一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及溫度傳感器領域，特別涉及一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器。
【背景技術】
[0002] 物聯網已被確定為中國戰略性新興產業之一，而射頻識別（RFID)技術作為物聯 網發展的關鍵技術，其應用市場必將隨著物聯網的發展而擴大。RFID技術是利用射頻信號 通過空間禪合實現非接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術，是自動識別 技術在無線電技術方面的具體應用和發展。一般來說，RFID系統可W分為有源和無源兩類。 由于無源RFID標簽無需內置電源供電，成本低且靈活性強，因此更廣泛的被應用于實際生 產和生活中。近年來，RFID技術與無線傳感器網絡結合的研究成為熱點。RFID標簽芯片與 溫度傳感器結合，可W有效利用RFID技術的無源特性及無線識別特性，同時具有良好的溫 度檢測特性，是其中的重要研究方向。
[0003] 傳統的集成溫度傳感器基于雙極性工藝，外界溫度的變化引起雙極性晶體管結電 壓的變化，再用數模轉換器（ADC)將電壓變化轉換為相應的數字信號輸出。該種方法可W 獲得高的精度和較寬的測量范圍，但功耗甚高，往往達到mW級別，不適合低功耗應用。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是，克服現有集成溫度傳感器在低功耗設計上的不足， 提供一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，該溫度傳感器將溫度變化轉換為頻率的變 化，在頻率域完成數字信號的轉換，整體功耗低于1 y W。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，包括溫控振蕩器、數控振蕩器和鑒相器，溫控 振蕩器的輸出端接鑒相器的一輸入端，數控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相 器的數字輸出端接數控振蕩器的輸入端。
[0006] 所述溫控振蕩器用于完成溫度變化轉換為頻率變化。
[0007] 所述鑒相器用于檢測溫控振蕩器的振蕩頻率是落后還是超前于數控振蕩器的振 蕩頻率，其數字輸出信號經反饋作用于數控振蕩器。在溫度傳感器反饋回路達到穩定情況 下，鑒相器輸出數字信號的平均值與溫度變化成正比例。
[0008] 進一步，所述溫控振蕩器采用環形振蕩器結構，環形振蕩器由溫控延時單元與奇 數個反相器I首尾相連構成正反饋回路，因此，溫控振蕩器的輸出振蕩頻率受溫度控制。
[0009] 進一步，所述數控振蕩器亦采用環形振蕩器結構，環形振蕩器由奇數個反相器II 首尾相連構成正反饋回路，反相器II與反相器I的數量和電路結構完全相同。
[0010] 進一步，數控振蕩器所采用的環形振蕩器的第一級反相器II輸出端的負載電容由 一個偏置電容和一個開關電容并聯構成，其中開關電容受鑒相器的數字輸出信號控制。
[0011] 進一步，所述鑒相器采用1比特的D觸發器。
[0012] 本發明將溫度變化轉換成頻率變化，在頻率域完成數字信號的轉換，避免了功耗 甚高的ADC的使用；采用全數字結構，電路結構簡單，輸入與輸出之間保持良好的線性，線 性度高，可W工作在接近工藝闊值電壓的超低電源電壓下，整體功耗低于lyw，適合集成于 RFID標簽的溫度傳感器設計。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明之集成于射頻識別標簽的溫度傳感器的結構圖； 圖2為本發明的溫控延時單元電路圖； 圖3為本發明的溫度與溫度傳感器輸出平均占空比關系圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和較優選實施例對本發明的技術方案進行詳細地闡述。W下較優選 實施例僅僅用于說明和解釋本發明，而不構成對本發明技術方案的限制。
[0015] 圖1為本發明的集成于射頻識別標簽的溫度傳感器結構圖，采用臺積電0. 18化 CMOS工藝設計并實現，包含溫控振蕩器、數控振蕩器和鑒相器H部分，溫控振蕩器的輸出端 接鑒相器的一輸入端，數控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相器的數字輸出端 接數控振蕩器的輸入端。
[0016] 所述溫控振蕩器，采用環形振蕩器結構，由3級反相器與溫控延時單元首尾串聯 而成。
[0017] 圖2為所述溫控延時單元電路圖，其中M0S管Ml- M3(即Mi、M2、Ms)與M0S管M4-Me (即M4、M。、Me)都完成延時功能，M4- Me (即M4、M。、Me)的加入減小了上升和下降沿的時 C 間。溫控延時單元的延遲時間-，其中為電源電壓，n為溫控延時單元輸出 王M 衣已。 Lg 端的等效總電容，與1為晶體管Ml的漏電流。
[0018] 所述溫控振蕩器的振蕩頻率戈主要由溫控延時單元的延遲時間決定，因此振 蕩頻率乂 = 7^%^。由于在低壓狀態下，晶體管Ml的漏電流 具有與絕對溫度成正 V 扛孤^馬 與1 比例關系特性，因此導致振蕩頻率/f化具有與絕對溫度成正比例關系特性。
[0019] 所述數控振蕩器，采用環形振蕩器結構，由3級反相器首尾相連而成，其中一級反 相器輸出端接一個偏置電容C。和一個開關電容Cw并聯構成的負載電容。
[0020] 所述溫控振蕩器與數控振蕩器中的反相器采用完全相同的電流驅動型反相器結 構，具有良好的溫度穩定性。
[0021] 由于工藝誤差等影響，所述的偏置電容C。被設計成可編程電容，C。所決定的數 控振蕩器頻率的固定部分與溫控振蕩器頻率的固定部分相等。
[0022] 所述開關電容所決定的數控振蕩器頻率的最大變化范圍為溫控振蕩器頻率的 最大變化范圍的1.5倍。
[0023] 本發明的集成溫度傳感器，采用全數字結構，可W工作在接近0. 18um CMOS工 藝闊值電壓的0. 5V電源電壓下，電路結構簡單，線性度好(如圖3所示)，最大功耗不超過 1 y W，適合集成于RFID標簽的溫度傳感器設計。
【主權項】
1. 一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，其特征在于，包括溫控振蕩器、數控振蕩器 和鑒相器，溫控振蕩器的輸出端接鑒相器的一輸入端，數控振蕩器的輸出端接鑒相器的另 一輸入端，鑒相器的數字輸出端接數控振蕩器的輸入端； 所述溫控振蕩器用于完成溫度變化轉換為頻率變化； 所述鑒相器用于檢測溫控振蕩器的振蕩頻率是落后還是超前于數控振蕩器的振蕩頻 率，其數字輸出信號經反饋作用于數控振蕩器；鑒相器輸出數字信號的平均值與溫度變化 成正比例。
2. 根據權利要求1所述的集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，其特征在于，溫控振蕩 器采用環形振蕩器結構，環形振蕩器由溫控延時單元與奇數個反相器I首尾相連組成，溫 控振蕩器的輸出振蕩頻率受溫度控制。
3. 根據權利要求2所述的集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，其特征在于，數控振蕩 器亦采用環形振蕩器結構，環形振蕩器由奇數個反相器II首尾相連構成，反相器II與反相 器I的數量和電路結構完全相同。
4. 根據權利要求3所述的集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，其特征在于，環形振蕩 器的第一級反相器II輸出端的負載電容由一個偏置電容和一個開關電容并聯構成，開關電 容受鑒相器的數字輸出信號控制。
5. 根據權利要求1或2所述的集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，其特征在于，鑒相器 采用1比特的D觸發器。
【專利摘要】一種集成于射頻識別標簽的溫度傳感器，包括溫控振蕩器、數控振蕩器和鑒相器，溫控振蕩器的輸出端接鑒相器的一輸入端，數控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相器的數字輸出端接數控振蕩器的輸入端。本發明將溫度變化轉換成頻率變化，在頻率域完成數字信號的轉換，避免了功耗甚高的ADC的使用；采用全數字結構，電路結構簡單，輸入與輸出之間保持良好的線性，線性度高，可以工作在接近工藝閾值電壓的超低電源電壓下，整體功耗低于1μW，適合集成于RFID標簽的溫度傳感器設計。
【IPC分類】H03L7-099, G01K7-32
【公開號】CN104568208
【申請號】CN201510014657
【發明人】何怡剛, 鄧芳明, 佐磊, 尹柏強, 李兵, 袁莉芬, 項勝, 何威
【申請人】合肥工業大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月13日