基于無源RFID標(biāo)簽的低功耗溫度傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、RFID技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域得到越加廣泛的應(yīng)用，如交通運(yùn)輸、醫(yī)療、商業(yè)商品自動(dòng)化等領(lǐng)域。溫度傳感器作為傳感器中非常重要的一類，通過其元件隨溫度變化的特性來對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)溫度不同實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，將溫度傳感器集成于RFID標(biāo)簽芯片有著非常廣泛的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于無源RFID標(biāo)簽芯片上、可對(duì)環(huán)境溫度精確測(cè)量、同時(shí)具有低功耗特點(diǎn)的CMOS溫度傳感器。
　　本文所設(shè)計(jì)的溫度傳感器主要包括溫度檢測(cè)模塊和溫度量

2、化模塊。溫度檢測(cè)模塊包括感溫電路和帶隙基準(zhǔn)，通過感溫元件得到與溫度成比例的電壓/電流和與溫度無關(guān)的參考電壓。論文對(duì)傳統(tǒng)CMOS工藝下PNP晶體管和工作在亞閾值區(qū)MOS管的溫度特性進(jìn)行分析、對(duì)比，得到工作在亞閾值區(qū)的MOS管具有更低的功耗。利用工作在亞閾值區(qū)MOS管的柵極-源極電壓差ΔVGS與溫度成正比的特性，實(shí)現(xiàn)感溫電路和帶隙基準(zhǔn)，具有更低功耗的優(yōu)勢(shì)；再針對(duì)與后級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的輸入范圍匹配度，本文專門設(shè)計(jì)了CTAT（與溫度成反比）電

3、路，對(duì)感溫電路進(jìn)行改進(jìn)，將其感溫電壓的范圍從245.7mV提升到709.7mV。論文針對(duì)溫度檢測(cè)電路的功耗、精度、以及與后級(jí)ADC輸入范圍匹配度等方面，從系統(tǒng)到模塊進(jìn)行協(xié)同改進(jìn)與折中，設(shè)計(jì)得到使用的溫度檢測(cè)電路的最終結(jié)構(gòu)。
　　溫度量化模塊采用低功耗ADC，將溫度檢測(cè)模塊得到的感溫電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)ADC有低功耗、低采樣頻率、高分辨率的要求。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)超低功耗10bits SAR ADC，通過對(duì)ADC中的電容陣列DAC及其

4、開關(guān)時(shí)序進(jìn)行分析和優(yōu)化，得到一種新型的低功耗單端開關(guān)電容陣列。本文設(shè)計(jì)的新型單端電容陣列的參考電壓VREF為0.5V，僅為傳統(tǒng)參考電壓的一半，功耗約為傳統(tǒng)單端開關(guān)的1/8。最終得到10bits SAR ADC的參考電壓為0.5V，輸入范圍為0V～1V，采樣頻率為10KS/s，SNR為57.66dB，SFDR為72.48dB，SNDR為57.19dB,有效位數(shù)ENOB為9.2bit，功耗為0.046μW，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　論文將