基于RFID的可定位体温传感器收发机芯片研究

摘要

随着半导体技术在医疗领域的广泛应用，基于射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术的可穿戴人体体征检测设备已成为研究热点。本文提出的一种基于RFID的可定位体温传感器收发机芯片能同时实现体温检测、无线传输数据与对目标定位的功能，具有功耗低、体积小与集成度高等优点。
　　本文提出了一种采用UMC0.18um1P6M工艺设计的基于RFID的可定位体温传感器收发机芯片，其系统结构包括体温传感模块、数字处理模块、RSSI检测模块、发射模块、接收模块、天线与本振。其中体温传感模块包含启动电路、核心电路与温度输出模块三部分，核心电路中的带隙基准电压源包含偏置电路与折叠式共源共栅运放两部分。
　　该体温传感模块芯片在1.8V电压下工作，在测量30℃至44℃范围内的温度时输出精度较高为0.01℃，PSRR为-82dB。温度输出模块将温度传感器30℃至44℃范围内的输出电压放大以便于提高该芯片的分辨率。体温传感模块输出的温度信息通过射频标签传输至上位机中，实现了数据的无线收发功能。经验证可在2米范围内实现体温数据的无线传输。对体温传感模块的定位功能是由基于LANDMARC算法的RFID定位系统实现，系统测试结果表明，该系统在10m×10m的室内环境下的定位误差小于0.5m，在实现定位功能的同时，能实现无线数据传输的功能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 RFID技术的发展与研究现状

1．2．1 RFID技术的发展

1．2．2 RFID技术的研究现状

1．3 温度传感器概述

1．3．1 常见的几种温度传感器

1．3．2 温度传感器技术的发展与研究现状

1．4 论文的主要内容

第二章 RFID技术的基本原理与定位理论

2．1 RFID技术的基本原理

2．1．1 RFID技术的传输标准

2．1．2 RFID技术的传输协议

2．1．3 RFID技术的帧与帧同步

2．2 基于LANDMARC算法的定位理论

2．2．1 基于LANDMARC的定位算法

2．2．2 基于LANDMARC算法的定位原理

第三章 基于RFID的可定位体温传感器收发机芯片结构

3．1 芯片系统结构

3．1．1 体温传感模块

3．1．2 RSSI检测模块

3．1．3 数字处理模块

3．1．4 天线

3．2 可定位体温传感器收发机芯片系统的工作原理

第四章 基于RFID收发机设计与仿真

4．1 RFID系统基本组成

4．1．1 射频标签

4．1．2 阅读器

4．2 RFID系统的工作原理

4．3 RFID系统收发机的设计

4．3．1 升余弦滤波器与希尔伯特变换

4．3．2 单边带调制与双边带调制

4．3．3 上变频与下变频

4．4 RFID系统收发机的仿真结果

第五章 CMOS体温传感器基本原理

5．1 CMOS温度传感器的技术指标

5．2 正负温度系数电压的产生

5．2．1 双极型晶体管基极与发射极之间的电压Vbe与温度之间的关系

5．2．2 CMOS工艺下的BJT

5．2．3 热电压的产生原理

第六章 CMOS体温传感模块的设计与仿真

6．1 CMOS体温传感模块的设计指标

6．2 CMOS体温传感模块的原理与设计

6．2．1 折叠式共源共栅放大器的基本原理

6．2．2 减法运算电路原理

6．2．3 影响电路性能的主要因素

6．2．4 正温度系数的电压产生

6．2．5 基准电压的产生

6．2．6 PTAT电压转换电路

6．3 CMOS体温传感模块的电路仿真

6．3．1 体温传感模块中核心电路仿真

6．3．2 体温传感模块中输出结构仿真

6．4 版图设计

6．4．1 版图设计所需考虑的主要因素

6．4．2 电路版图

6．5 电路后仿结果

第七章 定位算法测试

7．1 LANDMARC定位算法的测试

7．1．1 LANDMARC定位算法的测试方法

7．1．2 LANDMARC定位算法的测试结果

8．1 体温传感模块的测试

8．1．1 体温传感模块的测试方法

8．1．2 体温传感模块的测试结果

第九章 总结与展望

9．1 全文总结

9．2 后续工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢