一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溫度傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 物聯(lián)網(wǎng)已被確定為中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，而射頻識(shí)別（RFID)技術(shù)作為物聯(lián) 網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用市場(chǎng)必將隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而擴(kuò)大。RFID技術(shù)是利用射頻信號(hào) 通過(guò)空間禪合實(shí)現(xiàn)非接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，是自動(dòng)識(shí)別 技術(shù)在無(wú)線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用和發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，RFID系統(tǒng)可W分為有源和無(wú)源兩類(lèi)。 由于無(wú)源RFID標(biāo)簽無(wú)需內(nèi)置電源供電，成本低且靈活性強(qiáng)，因此更廣泛的被應(yīng)用于實(shí)際生 產(chǎn)和生活中。近年來(lái)，RFID技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的研究成為熱點(diǎn)。RFID標(biāo)簽芯片與 溫度傳感器結(jié)合，可W有效利用RFID技術(shù)的無(wú)源特性及無(wú)線識(shí)別特性，同時(shí)具有良好的溫 度檢測(cè)特性，是其中的重要研究方向。
[0003] 傳統(tǒng)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(jié)電 壓的變化，再用數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC)將電壓變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)輸出。該種方法可W 獲得高的精度和較寬的測(cè)量范圍，但功耗甚高，往往達(dá)到mW級(jí)別，不適合低功耗應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有集成溫度傳感器在低功耗設(shè)計(jì)上的不足， 提供一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，該溫度傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)換為頻率的變 化，在頻率域完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，整體功耗低于1 y W。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是： 一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，包括溫控振蕩器、數(shù)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(shù)控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相 器的數(shù)字輸出端接數(shù)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(zhuǎn)換為頻率變化。
[0007] 所述鑒相器用于檢測(cè)溫控振蕩器的振蕩頻率是落后還是超前于數(shù)控振蕩器的振 蕩頻率，其數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)反饋?zhàn)饔糜跀?shù)控振蕩器。在溫度傳感器反饋回路達(dá)到穩(wěn)定情況 下，鑒相器輸出數(shù)字信號(hào)的平均值與溫度變化成正比例。
[0008] 進(jìn)一步，所述溫控振蕩器采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，環(huán)形振蕩器由溫控延時(shí)單元與奇 數(shù)個(gè)反相器I首尾相連構(gòu)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(jìn)一步，所述數(shù)控振蕩器亦采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個(gè)反相器II 首尾相連構(gòu)成正反饋回路，反相器II與反相器I的數(shù)量和電路結(jié)構(gòu)完全相同。
[0010] 進(jìn)一步，數(shù)控振蕩器所采用的環(huán)形振蕩器的第一級(jí)反相器II輸出端的負(fù)載電容由 一個(gè)偏置電容和一個(gè)開(kāi)關(guān)電容并聯(lián)構(gòu)成，其中開(kāi)關(guān)電容受鑒相器的數(shù)字輸出信號(hào)控制。
[0011] 進(jìn)一步，所述鑒相器采用1比特的D觸發(fā)器。
[0012] 本發(fā)明將溫度變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，在頻率域完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，避免了功耗 甚高的ADC的使用；采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(biāo)簽的溫度傳感器設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明之集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明的溫控延時(shí)單元電路圖； 圖3為本發(fā)明的溫度與溫度傳感器輸出平均占空比關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和較優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。W下較優(yōu)選 實(shí)施例僅僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。
[0015] 圖1為本發(fā)明的集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖，采用臺(tái)積電0. 18化 CMOS工藝設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，包含溫控振蕩器、數(shù)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(shù)控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相器的數(shù)字輸出端 接數(shù)控振蕩器的輸入端。
[0016] 所述溫控振蕩器，采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，由3級(jí)反相器與溫控延時(shí)單元首尾串聯(lián) 而成。
[0017] 圖2為所述溫控延時(shí)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(shí)功能，M4- Me (即M4、M。、Me)的加入減小了上升和下降沿的時(shí) C 間。溫控延時(shí)單元的延遲時(shí)間-，其中為電源電壓，n為溫控延時(shí)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(shí)單元的延遲時(shí)間決定，因此振 蕩頻率乂 = 7^%^。由于在低壓狀態(tài)下，晶體管Ml的漏電流 具有與絕對(duì)溫度成正 V 扛孤^馬 與1 比例關(guān)系特性，因此導(dǎo)致振蕩頻率/f化具有與絕對(duì)溫度成正比例關(guān)系特性。
[0019] 所述數(shù)控振蕩器，采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，由3級(jí)反相器首尾相連而成，其中一級(jí)反 相器輸出端接一個(gè)偏置電容C。和一個(gè)開(kāi)關(guān)電容Cw并聯(lián)構(gòu)成的負(fù)載電容。
[0020] 所述溫控振蕩器與數(shù)控振蕩器中的反相器采用完全相同的電流驅(qū)動(dòng)型反相器結(jié) 構(gòu)，具有良好的溫度穩(wěn)定性。
[0021] 由于工藝誤差等影響，所述的偏置電容C。被設(shè)計(jì)成可編程電容，C。所決定的數(shù) 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(kāi)關(guān)電容所決定的數(shù)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(fā)明的集成溫度傳感器，采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性度好(如圖3所示)，最大功耗不超過(guò) 1 y W，適合集成于RFID標(biāo)簽的溫度傳感器設(shè)計(jì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，其特征在于，包括溫控振蕩器、數(shù)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(shù)控振蕩器的輸出端接鑒相器的另 一輸入端，鑒相器的數(shù)字輸出端接數(shù)控振蕩器的輸入端； 所述溫控振蕩器用于完成溫度變化轉(zhuǎn)換為頻率變化； 所述鑒相器用于檢測(cè)溫控振蕩器的振蕩頻率是落后還是超前于數(shù)控振蕩器的振蕩頻 率，其數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)反饋?zhàn)饔糜跀?shù)控振蕩器；鑒相器輸出數(shù)字信號(hào)的平均值與溫度變化 成正比例。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，其特征在于，溫控振蕩 器采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，環(huán)形振蕩器由溫控延時(shí)單元與奇數(shù)個(gè)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(jù)權(quán)利要求2所述的集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，其特征在于，數(shù)控振蕩 器亦采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個(gè)反相器II首尾相連構(gòu)成，反相器II與反相 器I的數(shù)量和電路結(jié)構(gòu)完全相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，其特征在于，環(huán)形振蕩 器的第一級(jí)反相器II輸出端的負(fù)載電容由一個(gè)偏置電容和一個(gè)開(kāi)關(guān)電容并聯(lián)構(gòu)成，開(kāi)關(guān)電 容受鑒相器的數(shù)字輸出信號(hào)控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，其特征在于，鑒相器 采用1比特的D觸發(fā)器。
【專(zhuān)利摘要】一種集成于射頻識(shí)別標(biāo)簽的溫度傳感器，包括溫控振蕩器、數(shù)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(shù)控振蕩器的輸出端接鑒相器的另一輸入端，鑒相器的數(shù)字輸出端接數(shù)控振蕩器的輸入端。本發(fā)明將溫度變化轉(zhuǎn)換成頻率變化，在頻率域完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，避免了功耗甚高的ADC的使用；采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(biāo)簽的溫度傳感器設(shè)計(jì)。
【IPC分類(lèi)】H03L7-099, G01K7-32
【公開(kāi)號(hào)】CN104568208
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510014657
【發(fā)明人】何怡剛, 鄧芳明, 佐磊, 尹柏強(qiáng), 李兵, 袁莉芬, 項(xiàng)勝, 何威
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日