随着超大规模集成电路技术、计算机技术以及信息安全技术的发展,IC卡技术同趋成熟。现在,非接触式IC卡由于具有使用方便、无机械触点磨损、稳定可靠、维护费用低等诸多优点,已经在多个领域开始取代接触式IC卡。非接触式IC卡的天线用于获得卡上电路工作所需要的电能并与读卡机天线通过电磁耦合的方式交换数据。目前市场上销售的IC卡,都是片外天线形式的,其优点是天线Q值较高、易于制造、成本适中,但它的体积较大、易折断,不能胜任防伪或以生物标签形式埋入动物内等任务。如果把天线放在芯片中将会使整个IC卡体积更小,使用更加方便,随着产量的增大,有望降低成本,扩大在商品防伪等领域中的应用。论文基于这个目的,设计了13.56 MHz片上天线。HF频段(13.56MHz)系统工作在天线的近场,芯片所需的能量都是通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得。目前,片上天线的实现仍以硅基集成电感为主。首先,论文通过比较硅基片上电感的两种电路模型:分段等效的电路模型和集总π模型,选定了集总π模型作为片上天线的模型。并对集总π模型进行了简化,比较了谐振和非谐振时天线的工作特性,分析了片上天线的损耗及抑制,提出了3个提高Q值的方法。其次,论文提出了片上天线设计的基本流程,并基于设计公司设计的RFID芯片,设计了13.56 MHz片上天线。片上天线的外边长已受芯片面积限定而确定,论文根据这个天线外径,通过理论计算,分析了片上天线的各个参数,如不同线圈数、不同线宽、不同线间距、不同氧化层厚度等对天线性能的影响;论文对17组不同工艺条件下(即金属线厚度和氧化层厚度均不相同)的片上天线性能进行了比较;并最终确定了182个不同结构的天线。再次,为了减少设计次数,论文设计了一套片上天线的版图,放置了182个不同结构的天线。为了天线建模和结构优化的需要,同时设计了一套片上电感版图,包括182个与本项目中片上天线对应的电感结构。此次设计的片上天线采用特殊铜后道工艺,这比传统的铝工艺和常规铜工艺增加了难度,因此论文还介绍了片上天线和片上电感的工艺制备和实现。最后,论文介绍了片上电感的测试方法和参数提取方案;还介绍了片上天线的测试方案。