嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片。其包括电源管理模块，调制解调模块，时钟产生模块，数字基带模块，温度传感器模块及存储器。通过对嵌入温度传感器的无源超高频RFID标签芯片的低功耗处理可以提高嵌入温度传感器的RFID标签芯片的灵敏度及读写距离，同时将所嵌入的温度传感器进行高精准度和低误差的处理可以得到更稳定和准确的温度测量值，提供更可靠的温度数据。

【技术实现步骤摘要】
嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片
本专利技术涉及RFID技术，具体的说，是涉及一种嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片。
技术介绍
射频识别技术(RFID)是利用射频信号实现的一种非接触式自动识别技术，它利用射频方式进行非接触式双向通信，从而达到对目标对象的自动识别和相关数据采集。EPCC1G2协议采用的超高频(UHF)标签是指工作频率在860MHz到960MHz的RFID标签，具有可读写距离长、阅读速度快、作用范围广等优点。随着物联网技术的迅速发展，将物品标识技术和传感技术相集成的应用正变得越来越重要。因此，具有环境感知功能的RFID标签代表了物联网技术发展的趋势。在未来物联网技术的应用环境下，大多数系统动辄需要以百万计的感知识别节点，感知识别节点的高成本、高能耗和大体积成为物联网快速发展的瓶颈。因此，对智能标签低成本、低能耗，小体积的需求呼之欲出。同时含有温度传感器的RFID标签拥有巨大的潜在市场，尤其是监视易腐烂实物，医疗保健产品后勤及供应链管理。然而，现有的嵌入温度传感器的RFID标签温度感知的分辨率和误差值不符合人体测试及其他对温度测试精准度较高领域的标准及需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于在实现无源超高频RFID标签功能的基础上，将温度传感器嵌入式的集成到RFID标签上，通过对嵌入温度传感器的无源超高频RFID标签芯片的低功耗处理以提高温度RFID标签芯片的读写距离，同时将所嵌入的温度传感器进行高精准度和低误差的处理以得到更稳定和准确的温度测量值，提供更可靠的温度数据。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片，包括电源管理模块，调制解调模块，时钟产生模块，数字基带模块，温度传感器模块及存储器，其特征在于：所述温度传感器模块包括带隙基准电路，时域比较电路和模数转换电路；带隙基准电路连接于时域比较电路，时域比较电路连接于模数转换电路，带隙基准电路用于感知温度，所述带隙基准电路包括自启动电路，带隙基准核心电路及电流输出电路，所述温度传感器模块供电电压由电源管理模块提供，带隙基准电路供电电压的上电和断开由数字基带模块通过开关S1进行控制。优选的，带隙基准电路所述自启动电路由2个PMOS管M1、M2及4个NMOS管M3-M6组成，其中M2的漏端与M3的漏端相连，M2的栅极连接到节点1，M3～M6依次以二极管接法作为电阻串联，M1的栅极连接于M2和M3之间；M1的漏极连接于供电电压，M1的源极连接于带隙基准核心电路中的节点2。优选的，所述带隙基准核心电路由NPN型三极管Q1和Q2，电阻RPT和RCT，及PMOS管MA1～MA5及NMOS管MA6组成。Q1与Q2的基极相连，Q2的集电极连接到地，BJT三极管基极-集电极电压VBE具有负温度系数，因此通过电阻RCT产生负温度系数电流ICT。Q1与Q2的NPN个数比例为8：1，因为Q1与Q2工作在不等的电流密度下，因此二者的基极-发射极电压差△VBE与绝对温度成正比，电阻RPT连接于Q1集电极和地之前，产生正温度系数电流IPT。MA1和MA2，MA3和MA4构成重叠式电流镜，将正温度系数电流IPT以电流镜的方式提供给电流输出电路，MA5的源极连与Q1与Q2基极相连，栅极连于Q2的集电极，漏极与MA6的漏极相连，MA6以电流镜的方式将负温度系数电流ICT复制导出给电流输出电路。优选的，带隙基准所述电流输出电路由PMOS管M7-M16和NMOS管M17-M18构成。M7与M8将MA1与MA2的IPT复制导出提供给下一级，M12-M18以电流镜方式将ICT从带隙基准核心电路MA6复制提供给下一级，M9-M11以电流镜的方式将ICT、IPT复制并加和产生零温度系数电流IREF提供给下一级。优选的，电源管理模块包括整流器，以及连接整流器的低压差线性稳压电路和上电复位模块。所述的电源管理模块内还设有PMU带隙基准电路，电源管理模块的整流器与低压差线性稳压电路连接在PMU带隙基准电路上。优选的，电源管理模块中所用整流器为一个十二级整流器。和现有技术中采用成对的整流器不同，本专利技术仅仅通过一个整流器就达到了相应的效果。优选的，温度传感器模块的供电电压由电源管理模块的低压差线性稳压电路提供。电源管理器模块中的整流器输出作为低压差线性稳压电路的供电电压，电源管理模块中的PMU带隙基准电路的输出电压作为低压差线性稳压电路的参考电压，低压差线性稳压电路的输出电压作为温度传感器模块的供电电压。优选的，其温度传感器模块利用NPN型三极管的温度特性进行温度感知，将电流转换通过时域比较电路和电容转换为电压，并通过计数器电路将电压量化为数字信号输出，所述温度传感器采用的量化时钟频率为9M～15MHz。增加温度传感器的时钟频率，以获得更高的分辨率，提高温度感知准确度。优选的，所述温度传感器采用的量化时钟频率为12MHz。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本嵌入温度传感器的RFID标签芯片不仅实现了RFID的非接触自动识别的基本功能，还嵌入集成了传感器模块到RFID标签上实现RFID智能读取温度的功能。传统的标签芯片设计流程将天线与整流器作为两个互相独立的模块分别优化。然而在我们的研究过程中却发现只有将天线阻抗和整流器的电路参数(如整流器级数，晶体管尺寸和电容值等)做整体优化，才能得到最优的射频能量转化效率。据此，通过对整流器和天线接口的整体优化设计，提高射频能量的转换效率。同时对整个标签芯片各个模块进行低功耗设计，并优化工作方式控制温度传感器模块与数字基带模块的交替性工作来降低功耗，即温度传感器工作时，数字基带模块不工作，其余时间温度传感器不工作。这样保证了标签芯片不会因为嵌入温度传感器模块需要消耗一部分的功耗而降低灵敏度及读写距离。所采用的温度传感器具有高分辨率和低误差的特性。分辨率为0.016℃，误差低于0.3℃。具体实现方式为在温度传感器模块中添加一个单独为温度传感工作的带隙基准电路作为温度感知的前端电路，避免了与其他的电路模块对电源管理模块中带隙基准电路输出电压电流值的复用，造成数据感知的不准确。同时为了进一步确保温度感知的准确性，对温度传感器模块的供电电压进行了降低噪声提高电源抑制比的设计。增加温度传感器的时钟频率，以获得更高的分辨率，提高温度感知的准确性。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片的内部结构图。图2为本专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片中整流器连接图。图3为专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片中温度传感器模块中添加的带隙基准电路示意图。图4为本专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片温度传感器模块外部接口电路图。图5为本专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片温度传感器模块供电电压VDD_SEN产生电路。图6为专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片温度传感器时域比较电路及模数转化量化电路。具体实施方式如图1-图6所示，为本专利技术嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片的相关示意图，该标签芯片基于EPCC1G2协议。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片，包括电源管理模块，调制解调模块，时钟产生模块，数字基带模块，温度传感器模块及存储器，其特征在于：所述温度传感器模块包括带隙基准电路，时域比较电路和数模转换电路；带隙基准电路连接于时域比较电路，时域比较电路连接于数模转换电路，带隙基准电路用于感知温度，所述带隙基准电路包括自启动电路，带隙基准核心电路及电流输出电路，所述温度传感器模块供电电压由电源管理模块提供，带隙基准电路供电电压的上电和断开由数字基带模块通过开关S1进行控制。

【技术特征摘要】
1.嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片，包括电源管理模块，调制解调模块，时钟产生模块，数字基带模块，温度传感器模块及存储器，其特征在于：所述温度传感器模块包括带隙基准电路，时域比较电路和模数转换电路；带隙基准电路连接于时域比较电路，时域比较电路连接于模数转换电路，带隙基准电路用于感知温度，所述带隙基准电路包括自启动电路，带隙基准核心电路及电流输出电路，所述温度传感器模块供电电压由电源管理模块提供，带隙基准电路供电电压的上电和断开由数字基带模块通过开关S1进行控制,所述自启动电路由2个PMOS管M1、M2及4个NMOS管M3-M6组成，其中M2的漏端与M3的漏端相连，M2的栅极连接到节点1，M3～M6依次以二极管接法作为电阻串联，M1的栅极连接于M2和M3之间；M1的漏极连接于供电电压，M1的源极连接于带隙基准核心电路中的节点2。2.如权利要求1所述的嵌入温度传感器的无源超高频超低功耗RFID标签芯片，其特征在于：所述带隙基准核心电路由NPN型三极管Q1和Q2，电阻RPT和RCT，PMOS管MA1～MA5及NMOS管MA6组成；Q1与Q2的基极相连，Q2的发射极连接到地，BJT三极管基极-发射极电压VBE具有负温度系数，因此通过电阻RCT产生负温度系数电流ICT；Q1与Q2的NPN个数比例为8：1，因为Q1与Q2工作在不等的电流密度下，因此二者的基极-发射极电压差ΔVBE与绝对温度成正比，电阻RPT连接于Q1发射极和地之间，产生正温度系数电流IPT，MA1和MA2，MA3和MA4构成叠层电流镜，将正温度系数电流IPT以电流镜的方式提供给电流输出电路，MA6的源极与Q1的基极和Q2的基极均相连，栅极连于Q2的集电极，漏极与MA5的漏极相连，MA5以电流镜的方式将负温度系数电流ICT复制导出给电流输出电路。3.如权利要求2所述的嵌入温度传感器的无源超...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵犁，粱锦和，崔志英，阿明·贝尔马克，王波，徐旻，刘健，
申请(专利权)人：浙江港科大先进制造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33