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面向RFID标签的CMOS温度传感器分析与设计

作　者: 田文卓
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: RFID 温度传感器高线性度电流控制振荡器
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 13次
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内容摘要

温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。它是利用材料、元件的物理参数随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，从而可以进行温度精确测量与自动控制。RFID，即射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人为操作，适用于各种恶劣环境。集成温度传感器的RFID标签芯片可以随时检测某个环境的温度并且及时获取数据，使得RFID技术在医疗、产品的生产制造、供应链管理等领域有着更广泛的应用前景，是目前国际上学术界和工业界的研究热点。本文描述了一种集成于RFID标签芯片的高精度CMOS温度传感器，该温度传感器可用于对环境温度的精确测量，具有功耗低、精度高的特点。本文研究设计的温度传感器包括两部分：与绝对温度成正比PTAT（Proportional To Absolute Temperature）电流产生电路和电流控制振荡器CCO（Current-Controlled Oscillator）。PTAT电流产生电路利用MOS管工作在亚阈值区电流的温度特性来产生PTAT的电流，替代了传统的带隙电路。电流控制振荡器（CCO）将PTAT电流转换成频率与温度成正比的周期性方波信号，该方波信号通过计数器转换为数字信号。本论文运用Cadence工具的Virtuoso软件对该CMOS温度传感器进行电路设计，并用Spectre电路仿真工具对温度传感器的各个模块电路和整体电路进行了仿真验证，所用器件均采用SMIC0.18μm2P4M CMOS工艺模型。温度传感器工作电压为1.8V，工作电流不超过50μA，可测量温度范围从–20℃到50℃，最小分辨为75LSB/℃，线性误差为-0.1/+0.3℃。其中PTAT电流的温度变化率为0.188nA/℃；电流参考源输出电流180nA，温度为-20.0℃，参考源电流为181.4nA，温度为37.0℃时，参考源电流为182.06nA，温度为50.0℃时，参考源电流为182.02nA。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 温度传感器的研究现状  10-11
  1.3 集成 RFID 标签的温度传感器的发展现状  11-14
  1.4 RFID 标签芯片供应能量的限制  14-15
  1.5 研究目标  15
  1.6 论文主要工作及组织结构  15-17
2. 温度传感器的系统设计  17-28
  2.1 MOS 管的亚阈值特性  18-19
  2.2 带隙电路的原理  19-21
  2.3 PTAT 电流产生原理  21-23
  2.4 ADC 的原理  23-26
  2.5 本章小结  26-28
3. 各模块电路设计  28-38
  3.1 PTAT 电路具体实现  28
  3.2 电流源电路优化设计  28-31
  3.3 参考电压源的设计  31-32
  3.4 CCO 电路具体实现  32-35
  3.5 比较器电路设计  35-37
  3.6 本章小结  37-38
4. 仿真结果与分析  38-52
  4.1 参考源仿真结果与分析  38-41
  4.2 PTAT 电流仿真结果与分析  41-44
  4.3 比较器仿真结果与分析  44-45
  4.4 CCO 仿真结果与分析  45-46
  4.5 整体电路仿真结果与分析  46-50
  4.6 计数器的参数设计  50-52
5. 总结与展望  52-55
  5.1 工作总结  52-53
  5.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文  60

面向RFID标签的CMOS温度传感器分析与设计

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