一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，所述环形振荡器的输入端与电容式传感器的输出端连接，所述环形振荡器的输出端与分频器的输入端连接，所述分频器的多个输出端分别与多路选择器的一个输入端连接，所述多路选择器的输出端与计数器的输入端连接。本实用新型专利技术包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，在频域内处理传感器信号，采用了全数字结构，电路结构简单，避免了采用功耗甚高的模数转换器，电路的整体功耗低于1μw，功耗低，尤其适合集成于无源RFID标签中。本实用新型专利技术可广泛应用于电路技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电路
，尤其是一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路。
技术介绍
电容式传感器利用电容器原理，将外界环境中待测的非电量转换为电容量，再将电容量的变化转换为电压、频率等输出量，被广泛应用于压力、湿度、加速度、位移、气体等检测领域。得益于微电子技术的发展，作为集成电路制造主流工艺的CMOS工艺能很好地将电容式传感器与读出电路、信号处理电路等集成在同一芯片上，不仅大大降低了系统成本，而且可以提高检测精度，所以电容式传感器被广泛应用于集成传感器的设计中。当前，物联网被称为继计算机、互联网之后的第三次数字技术革命，当中的射频识别（即RFID）技术是物联网最前端( 即感知层) 的关键技术。RFID 技术是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用和发展。一般来说，RFID系统可以分为有源和无源两大类。无源RFID标签无需内置电源供电，成本低且灵活性强，因此被更广泛地应用于实际生产和生活中。近年来，得益于物联网和传感器技术发展的迅猛需求，在无源RFID标签中集成传感器功能的研究已成为一种趋势。RFID 传感器标签不仅拓宽了RFID 标签的应用范围，而且有利于降低系统成本、减少电路面积及提高系统稳定性。对于电容式传感器来说，传感器以电容形式接入接口电路，因此电容式传感器的主要功耗来源于接口电路。传统的电容式传感器接口电路在电压幅度域内处理传感器信号，首先采用电容－电压转换器产生一个与传感器电容和参考电容差值成正比例的电压信号，再经过模数转换器将此电压信号转换为相对应的数字信号输出。这种接口电路能够获得高速和高分辨率性能，但由于其采用了模数转换器，电路结构复杂，需使用较高的电源电压，整体功耗甚高，不适合于低功耗应用，难以应用到无源RFID标签中。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术的目的在于：提供一种电路结构简单和功耗低的，无源RFID标签电容式传感器的接口电路。本技术所采取的技术方案是：一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，所述环形振荡器的输入端与电容式传感器的输出端连接，所述环形振荡器的输出端与分频器的输入端连接，所述分频器的多个输出端分别与多路选择器的一个输入端连接，所述多路选择器的输出端与计数器的输入端连接。进一步，所述环形振荡器包括第一级反相器、第二级反相器和第三级反相器，所述电容式传感器的一端接地，所述电容式传感器的另一端分别与第一级反相器的输入端以及第三反相器的输出端连接，所述第一级反相器的输出端与第二级反相器的输入端连接，所述第二级反相器的输出端与第三级反相器的输入端连接，所述三级反相器的输出端还与分频器的输入端连接。进一步，所述第一级反相器、第二级反相器和第三级反相器均采用电流受限型反相器结构，所述第一级反相器还连接有第一电压摆幅钳制单元，所述第一电压摆幅钳制单元还连接有第一电流镜，所述第二级反相器还连接有第二电压摆幅钳制单元，所述第二电压摆幅钳制单元还连接有第二电流镜，所述第三级反相器还连接有第三电流镜。进一步，所述环形振荡器还包括电源电压、电流源、共源共栅电流镜和第十三晶体管，所述共源共栅电流镜包括第十四晶体管和第十五晶体管，所述电源电压分别与第一电流镜、电流源的输入端、第二电流镜、第十三晶体管的源极和第三电流镜连接，所述电流源的输出端分别与第十四晶体管的漏极、第十四晶体管的栅极和第十五晶体管的栅极连接，所述第十四晶体管的源极和第十五晶体管的源极均接地，所述第十五晶体管的漏极分别与第十三晶体管的栅极、第十三晶体管的漏极、第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜连接，所述第十三晶体管的栅极还分别与第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜连接。进一步，所述第一级反相器包括第一晶体管和第四晶体管，所述第一电压摆幅钳制单元包括第一高压钳制晶体管和第一低压钳制晶体管，所述第一电流镜包括第七晶体管和第十晶体管，所述第一晶体管的栅极分别与第四晶体管的栅极以及电容式传感器连接，所述第一晶体管的漏极与第四晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的源极与第一高压钳制晶体管的漏极连接，所述第一高压钳制晶体管的栅极和第一低压钳制晶体管的栅极均与第一晶体管的漏极连接，所述第一高压钳制晶体管的源极与第七晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的源极与电源电压连接，所述第七晶体管的栅极与第十三晶体管的栅极连接，所述第四晶体管的源极与第一低压钳制晶体管的漏极连接，所述第一低压钳制晶体管的源极与第十晶体管的漏极连接，所述第十晶体管的栅极与第十五晶体管的栅极连接，所述第十晶体管的源极接地；所述第二级反相器包括第二晶体管和第五晶体管，所述第二电压摆幅钳制单元包括第二高压钳制晶体管和第二低压钳制晶体管，所述第二电流镜包括第八晶体管和第十一晶体管，所述第二晶体管的栅极分别与第五晶体管的栅极和第一晶体管的漏极连接，所述第二晶体管的漏极与第五晶体管的漏极连接，所述第二晶体管的源极与第二高压钳制晶体管的漏极连接，所述第二高压钳制晶体管的栅极和第二低压钳制晶体管的栅极均与第二晶体管的漏极连接，所述第二高压钳制晶体管的源极与第八晶体管的漏极连接，所述第八晶体管的源极与电源电压连接，所述第八晶体管的栅极与第十三晶体管的栅极连接，所述五晶体管的源极与第二低压钳制晶体管的漏极连接，所述第二低压钳制晶体管的源极与第十一晶体管的漏极连接，所述第十一晶体管的栅极与第十五晶体管的栅极连接，所述第十一晶体管的源极接地；所述第三级反相器包括第三晶体管和第六晶体管，所述第三电流镜包括第九晶体管和第十二晶体管，所述第三晶体管的栅极分别与第六晶体管的栅极以及第二晶体管的漏极连接，所述第三晶体管的漏极分别与第六晶体管的漏极以及电容式传感器连接，所述第三晶体管的源极与第九晶体管的漏极连接，所述第九晶体管的栅极与第十三晶体管的栅极连接，所述第九晶体管的源极与电源电压连接，所述第六晶体管的源极与第十二晶体管的漏极连接，所述第十二晶体管的栅极与第十五晶体管的栅极连接，所述第十二晶体管的源极接地。进一步，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一高压钳制晶体管、第二高压钳制晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十三晶体管均采用PMOS管，所述第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第一低压钳制晶体管、第二低压钳制晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第十四晶体管和第十五晶体管均采用NMOS管。进一步，所述分频器包括2分频输出端、4分频输出端和8分频输出端这三个输出端，所述多路选择器采用三选一多路选择器。本技术的有益效果是：包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，在频域内处理传感器信号，采用了全数字结构，电路结构简单，避免了采用功耗甚高的模数转换器，电路的整体功耗低于1μw，功耗低，尤其适合集成于无源 RFID标签中。进一步，在环形振荡器中采用了基于电流镜的电流受限型三级反相器结构，并在第一级反相器和第二级反相器中加入了第一电压摆幅钳制单元和第二电压摆幅钳制单元，不仅能对反相器的输出电流进行限制，而且能对反相器的输出电压摆幅进行限制，有利于进一步降低整体电路的功耗。附图说明图1为本技术一种无源RFID标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，所述环形振荡器的输入端与电容式传感器的输出端连接，所述环形振荡器的输出端与分频器的输入端连接，所述分频器的多个输出端分别与多路选择器的一个输入端连接，所述多路选择器的输出端与计数器的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：包括环形振荡器、分频器、多路选择器和计数器，所述环形振荡器的输入端与电容式传感器的输出端连接，所述环形振荡器的输出端与分频器的输入端连接，所述分频器的多个输出端分别与多路选择器的一个输入端连接，所述多路选择器的输出端与计数器的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：所述环形振荡器包括第一级反相器、第二级反相器和第三级反相器，所述电容式传感器的一端接地，所述电容式传感器的另一端分别与第一级反相器的输入端以及第三反相器的输出端连接，所述第一级反相器的输出端与第二级反相器的输入端连接，所述第二级反相器的输出端与第三级反相器的输入端连接，所述三级反相器的输出端还与分频器的输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：所述第一级反相器、第二级反相器和第三级反相器均采用电流受限型反相器结构，所述第一级反相器还连接有第一电压摆幅钳制单元，所述第一电压摆幅钳制单元还连接有第一电流镜，所述第二级反相器还连接有第二电压摆幅钳制单元，所述第二电压摆幅钳制单元还连接有第二电流镜，所述第三级反相器还连接有第三电流镜。4.根据权利要求3所述的一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：所述环形振荡器还包括电源电压、电流源、共源共栅电流镜和第十三晶体管，所述共源共栅电流镜包括第十四晶体管和第十五晶体管，所述电源电压分别与第一电流镜、电流源的输入端、第二电流镜、第十三晶体管的源极和第三电流镜连接，所述电流源的输出端分别与第十四晶体管的漏极、第十四晶体管的栅极和第十五晶体管的栅极连接，所述第十四晶体管的源极和第十五晶体管的源极均接地，所述第十五晶体管的漏极分别与第十三晶体管的栅极、第十三晶体管的漏极、第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜连接，所述第十三晶体管的栅极还分别与第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜连接。5.根据权利要求4所述的一种无源RFID标签电容式传感器的接口电路，其特征在于：所述第一级反相器包括第一晶体管和第四晶体管，所述第一电压摆幅钳制单元包括第一高压钳制晶体管和第一低压钳制晶体管，所述第一电流镜包括第七晶体管和第十晶体管，所述第一晶体管的栅极分别与第四晶体管的栅极以及电容式传感器连接，所述第一晶体管的漏极与第四晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的源极与第一高压钳制晶体管的漏极连接，所述第一高压钳制晶体管的栅极和第一低压钳制...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建国，吴劲，王德明，段志奎，李启文，周婧，
申请(专利权)人：广州中大微电子有限公司，广州智慧城市发展研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44