一种集成于RFID标签芯片的CMOS温度传感器的设计

摘要

RFID 技术是21世纪最有发展前途的信息技术之一，但是当前RFID标签仅能够识别目标对象的信息，而不能获取其所处的环境信息。传感器可以探测目标对象所处的环境信息，因此，将RFID标签和传感器结合能够全面扩展RFID系统功能。本课题的主要研究内容是RFID标签芯片片上温度传感器的研究与设计，是基于对13.56MHz无源RFID标签芯片多年的研究基础上进行的。
　　 无源RFID标签芯片片上温度传感器的设计主要考虑功耗和精度两个指标。针对这两个指标，本论文对集成温度传感器的RFID标签结构进行了分析，重点讨论了温度传感器模块及其与其它模块的接口。在温度传感器模块的设计中，研究重心集中在高灵敏度温度检测电路和高分辨率单斜率ADC的设计上。论文对各种温度检测电路进行了对比分析，最终选定利用BJT的ΔVBE检测温度，该电路具有电压-温度关系线性度良好和电源抑制比高的显著优点。选定单斜率ADC对输出PTAT电压进行处理，它主要包括恒流源和比较器两个模块。论文针对低功耗的要求设计了一种工作在亚阈值区的恒流源电路，它具有优良的温度稳定性和电源抑制能力；同时，针对高精度的要求设计了一种高增益的比较器。
　　 采用SMIC 0.35 μm 2P3M工艺，基于cadence仿真平台对电路进行仿真，结果表明温度检测电路的灵敏度达到4.13 mV/℃，单斜率ADC的分辨率达到1 mV。将温度传感器模块和RFID标签芯片模拟前端模块综合在一起进行仿真，仿真结果显示温度传感器的精度可达到±1.2 ℃，满足设计要求。