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欧宝体育娱乐平台:一种关用于无源RFID测温标签的温度传感器

发表时间: 2022-02-22 12:09:36 来源:欧宝体育首页APP 作者:欧宝体育app客户端


  提出了一个实用于无源RFID温度检测标签芯片的低压、低功耗、迅速A/D转换的数字温度传感器电道。采用BJT管的Vbe电压和PTAT电流相集合的设施,同时运用SAR A/D转换器,避免了运用带隙基准电压电道所需的较高办事电压,使电道正在1 V以上就可办事。电道的功耗电流约4 μA,运用80 kHz 的时钟,A/D转换时候幼于100 μs。

  跟着RFID技能正在冷链跟踪、仓储、运输及智能监控范围的使用日益增强,集成正在RFID标签芯片内的低压、低功耗的温度传感器技能取得了更多的研讨和闭怀。古板的温度传感器电道由于必要较高的办事电压、较大的功耗电流和较长的A/D转换时候,很难使用于无源RFID标签,参考文件[1-5]提出了很多温度传感器的新计划设施,固然对上面三个题主意某些方面有所革新,但无法实行三个题主意统统打破,是以正在实质的无源RFID使用中,必要以断送标签芯片的机警度、缩幼读标签间隔或消重读标签的作用为价值。

  本文提出了一个低压低功耗并可举行迅速A/D转换的数字温度传感器电道,使电道正在1 V以上就可办事,功耗电流很幼,可用于无源RFID标签而不消重标签的机警度。正在周到论说电道计划的布局和办事道理后,举行了电道的温度丈量偏差剖判,指出惹起温度丈量偏差的苛重情由及相应的治理设施,结果依据电道的布局计划计划了一个温度丈量局限为60 ℃~123 ℃的温度传感器电道并举行Spectre仿真和流片测试。测试结果与表面剖判相符,验证了表面剖判的准确性。

  本文提出的温度传感器电道计划如图1所示。行使负温度系数的电压Vbe和正温度系数的电流IPTAT以及逐次挨近ADC[6](Successive Approximation Register A/D Convertor,简称SAR ADC)布局,避免运用带隙基准电压电道,可能正在较低的电源电压下办事,拥有较疾的A/D转换时候和较低的功耗,而且办事电压与无源RFID标签的电压相适宜。

  图1中,SAR ADC蕴涵对比器、SAR驾驭逻辑电道和D/A转换器。集电极电流IC历程BJT晶体管发作负温度系数电压Vbe,ITPAT电流历程D/A转换器的电阻搜集发作与数字信号联系的电压VP,通过对比器把Vbe和VP的对比结果送到ADC的逻辑驾驭电道。通过一个SAR ADC电道把电压Vbe转换成对应的数字信号输出。

  图1中的SAR驾驭逻辑按参考文件[6]的逻辑由Verilog编程实行。SAR ADC完结一次转换所需的时候与其位数和时钟脉冲频率相闭,位数愈少,时钟频率愈高,转换所需时候越短。这种A/D转换用拥有转换速率较疾、精度高的特质。

  温度丈量偏差苛重由图1中的模仿电道发作,Vbe、IPTAT电流的非线性、D/A转换器的开闭导通电阻、A/D转换的非线性、对比器的失调以及工艺的差错等身分都邑对温度的丈量发作影响。

  D/A转换器的开闭一样由MOS晶体管来实行,MOS晶体管导通时的导通电阻约莫有几十到几百欧姆,越发正在一共的开闭都导通时,相当于一共的导通电阻串联,会发作较大的温度丈量偏差,是以必要尽大概减幼开闭的导通电阻。

  由式(6)可知,正在t=t0左近,丈量的温度值与实质的温度存正在近似线)可知,温度的丈量值与温度并不是苛刻的线性干系,实质的温度偏离t0越大,温度丈量偏差越大,把这种偏差界说为A/D转换的非线性。是以,正在必定的温度丈量局限内,温度丈量值是对温度非线性弧线的拟合,它限定了传感器的温度丈量局限。温度丈量拟合弧线所示,正在温度丈量局限的中央有正的温度丈量偏差,不过正在两头有负的温度丈量偏差。

  依据图1的办事道理,计划了一个温度丈量局限为60 ℃~123 ℃、温度判袂率为1℃、数据位数为6 bit的低压、低功耗数字温度传感器。所计划的温度传感器的模仿电道如图3所示。电道蕴涵左边的偏置电道、中央的D/A转换电道和右边的对比器电道。偏置电道发作IPTAT电流、Vbe电压,并为无源RFID标签芯片的其他电道供应偏置电流。M14、M25、M26和M29是温度传感器电道的使能驾驭开闭,当完结温度丈量后,驾驭信号EN变为高电平,温度传感器的D/A转换电道和对比器电道进入睡眠状况,可减削芯片的功耗电流,而偏置电道仍处于办事状况,能络续为RFID标签芯片的其他电道供应偏置电流。

  基于TSMC CMOS 0.18 μm的工艺计划了温度传感器的电道国界并流片,其模仿电道的国界如图4所示。国界的面积为190 μm×127 μm。

  用Cadence Spectre举行电道的功能仿真,并测试流片后的芯片。芯片的温度测试设施:随机抽取10个样片,正在90℃举行单点校。

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