应用于RFID的超低功耗CMOS温度传感器设计.pdf

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1、106传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第2期DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02--0106-03应用于RFID的超低功耗CMOS温度传感器设计吴翔，邓芳明，何怡刚，丁青锋(1．华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌330013；2．合肥工业大学电气与自动化学院。安徽合肥230009)摘要：针对融合射频识别(RFID)的无线温度传感器节点设计的需求，采用0．18Ixm1P6M台积电CMOS工艺，设计了一种低功耗集成温度传感器。该温度传感器首先将温度信号转换为电

2、压信号，然后通过经压控振荡器将电压信号转换为受温度控制的频率信号，再通过计数器，将频率信号转换为数字信号。传感器电路利用MOS管工作在亚阈值区，并采用动态阈值技术获得超低功耗。测试结果显示：所设计的温度传感器仅占用0．051mm，功耗仅为101nW，在0—100oC范围内误差为-1．5一1．2℃。关键词：温度传感器；射频识别技术；互补金属氧化物半导体工艺中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)02--0106-03Designofultra-lowpowerconsumptionCMOStemperaturesensorap

3、pliedinRFIDwUXiang，DENGFang-ming，HEYi—gang，DINGQing-feng(1．SchoolofElectricalandElectronicEngineering，EastChinaJiaoTongUniversity，Nanchang330013，China；2．SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，HefeiUniversityofTechnology。Hefei230009．China)Abstract：Aimingatdesigndemandforwirelesstem

4、peraturesensornodewhichintegratesRFID，designalowpowerconsumptionintegratedtemperaturesensor，using0．18m1P6MCMOSprocess，designanintegratedtemperaturesensorwithlowpowerconsumption．Firstly，ittransferstemperaturesignaltovohagesignal，whichisthenconvenedto~equencysignalbyavoltage—controlledo

5、scillatorandthe~equencysignalisfinallyconvenedtodigitalsignalbycounter．Sensorcircuitworksinsub-thresholdregionandemploysdynamicthreshold—vohagetoachieveultra-lowpowerconsumption．Laterperiodtestresuhshowthatthedesignedtemperaturesensoronlycoversanareaof0．051mm，consumesonly101nWpowerwit

6、hanerror-i．5—1．2℃。atrangeof0—100℃．Keywords：temperaturesensor；RFIDtechnology：CMOSprocess0引言能的研究成为热点，典型的无源RFID标签的功耗为射频识别(RFID)技术是物联网发展的关键技术，是一10w，因此，适用于无源RFID标签的集成传感器的功耗一种非接触的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对般为几微瓦，设计如此超低功耗的温度传感器是一种挑战。象获取数据。RFID标签按照工作方式可以分为有源标签、传统互补金属氧化物半导体(CMOS)温度传感器基于半有源标签和无源标签三类，其

7、中，无源RFID标签由于无双极结型晶体管(BJT)J，将温度变量转换为相应电压需内置电池、成本低且使用周期长，更加广泛地被应用于实值，并经过A／D转换为数字输出。这种结构的温度传感器际生产生活中⋯。无源RFID标签利用标签天线接收虽然可以获得较高的精度，然而功耗甚高(常达mW级)，RFID阅读器发送的无线信号，并经标签内部的整流器和稳并不适用于无源RFID标签芯片中。文献[5，6，7]分别采压电路转换为直流电压为后续电路供电。因此，功耗是无用时间数字转换结构和频率数字转换结构来代替A／D转源RFID标签最关键的性能指标，它决定了RFID标签的最换结构，可以获得低于

8、1w的超低