一種集成在rfid標簽中的溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉換電路、計數器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路，計數器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路均為溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路，RFID標簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器和計數器進而與數字控制電路的輸入端連接，溫度脈沖轉換電路的輸出端與計數器的使能端連接，數字控制電路的輸出端還分別與計數器的復位端、溫度脈沖轉換電路的溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，計數器的輸出端還與負載調制電路的輸入端連接。本發(fā)明具有芯片面積小、功耗低和成本低的優(yōu)點，可廣泛應用于RFID技術領域。
【專利說明】
一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器
技術領域
[00011本發(fā)明涉及RFID技術領域，尤其是一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器。
【背景技術】
[0002] RFID技術具有諸多優(yōu)點，經過多年的發(fā)展日趨成熟，而CMOS工藝集成芯片的產生 更降低了其生產成本，拓寬了其應用領域。物聯網等技術戰(zhàn)略的提出，為作為硬件基礎的傳 感器帶來廣闊的應用前景，同時提出了體積小、成本低、功耗低的應用新要求。而基于標準 CMOS工藝并集成在RFID標簽上的溫度傳感器，同時擁有RFID成熟的低功耗技術基礎和CMOS 工藝成本低、面積小的技術優(yōu)勢，能夠滿足應用新需求，具有很好的實用價值。
[0003] RFID標簽采用無源結構時，系統的功耗嚴格受限，需要溫度傳感器在滿足精度的 前提下具有低功耗。如圖1所示，CMOS集成溫度傳感器，根據系統結構主要劃分為3大類：（1) BJT(雙極晶體管)結合ADC結構的溫度傳感器，該傳感器的優(yōu)點為精度高、測量范圍較寬，缺 點為芯片面積大，功耗非常高而數據轉換率較低，不適合集成于無源標簽；（2)振蕩器結合 頻率數字轉換結構的溫度傳感器，該傳感器需要額外設計振蕩器，不能有效利用標簽中固 有振蕩器，造成不必要的面積和能量消耗，也不適合集成于無源標簽；（3)脈沖結合時間數 字轉換結構的溫度傳感器，該傳感器的最大優(yōu)勢在于功耗低，占用芯片面積小，較適合集成 于無源標簽。
[0004] 雖然脈沖結合時間數字轉換結構的溫度傳感器較適合集成于RFID無源標簽，但由 于其溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路仍相對較少，限制了芯片面積的進一步減少 和功耗的進一步降低，同時也不利于成本的進一步降低。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于:提供一種芯片面積小、功耗低和成本低 的，集成在RFID標簽中的溫度傳感器。
[0006] 本發(fā)明所采取的技術方案是：
[0007] 一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉換電路、計數器、振蕩器、 RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路，所述計數器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控 制電路和負載調制電路均為溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路，所述其它模塊為 RFID標簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器和計數器 進而與數字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉換電路的輸出端與計數器的使能端連 接，所述數字控制電路的輸出端還分別與計數器的復位端、溫度脈沖轉換電路的溫度使能 端以及振蕩器的使能端連接，所述計數器的輸出端還與負載調制電路的輸入端連接。
[0008] 進一步，所述溫度脈沖轉換電路包括雙路電流偏置單元和脈沖生成單元，所述雙 路電流偏置單元的使能端與數字控制電路的輸出端連接，所述雙路電流偏置單元的輸出端 通過脈沖生成單元進而與計數器的使能端連接。
[0009] 進一步，所述雙路電流偏置單元包括PTAT偏置電流源和CTAT偏置電流源，所述脈 沖生成單元包括第一延遲單元、第二延遲單元及異或門，所述PTAT偏置電流源的溫度使能 端和CTAT偏置電流源的溫度使能端均與數字控制電路的輸出端連接，所述PTAT偏置電流源 的輸出端端通過第一延遲單元進而與異或門的第一輸入端連接，所述CTAT偏置電流源的輸 出端通過第二延遲單元進而與異或門的第二輸入端連接，所述異或門的輸出端與計數器的 使能端連接。
[0010] 進一步，所述第一延遲單元和第二延遲單元采用對稱的延時電路結構。
[0011] 進一步，所述計數器采用8位異步計數器。
[0012] 進一步，所述8位異步計數器由與非門和8個D觸發(fā)器組成，所述與非門的時鐘信號 端與RFID標簽時鐘的輸出端連接，所述與非門的使能端與振蕩器的輸出端連接，所述8個D 觸發(fā)器的D信號輸入端均與0輸出端連接;所述8個D觸發(fā)器中和與非門相鄰的D觸發(fā)器的 elk時鐘信號端和與非門的輸出端連接，且在相鄰的兩個D觸發(fā)器中，前一個D觸發(fā)器的Q輸 出端與后一個D觸發(fā)器的elk時鐘信號端連接。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:包括溫度脈沖轉換電路、計數器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數 字控制電路和負載調制電路，計數器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電 路均為溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路，克服了現有技術溫度傳感器與其它模塊 間的共用模塊電路少的缺陷，有利于芯片面積的進一步減少、功耗的進一步降低以及成本 的進一步降低。進一步，溫度脈沖轉換電路中，第一延遲單元和第二延遲單元采用對稱的延 時電路結構，使脈沖經過這2路延遲單元后，由工藝誤差造成的延遲完全相同，進而經過異 或門后將這2路延遲單元的延長完全抵消，更加穩(wěn)定和精確。進一步，采用8位異步計數器替 代模數轉換器來實現溫度模擬采集到數字輸出的轉換，功耗更低。
【附圖說明】
[0014] 圖1為傳統CMOS集成溫度傳感器的3種結構圖；
[0015]圖2為本發(fā)明一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器的系統結構圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明溫度脈沖轉換電路的結構框圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明8位異步計數器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 參照圖2,一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉換電路、計數器、 振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路，所述計數器、振蕩器、RFID標簽時 鐘、數字控制電路和負載調制電路均為溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路，所述其 它模塊為RFID標簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器 和計數器進而與數字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉換電路的輸出端與計數器的 使能端連接，所述數字控制電路的輸出端還分別與計數器的復位端、溫度脈沖轉換電路的 溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，所述計數器的輸出端還與負載調制電路的輸入端連 接。
[0019] 參照圖2,進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述溫度脈沖轉換電路包括雙路電流偏置 單元和脈沖生成單元，所述雙路電流偏置單元的使能端與數字控制電路的輸出端連接，所 述雙路電流偏置單元的輸出端通過脈沖生成單元進而與計數器的使能端連接。
[0020] 參照圖3,進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述雙路電流偏置單元包括PTAT偏置電流 源和CTAT偏置電流源，所述脈沖生成單元包括第一延遲單元、第二延遲單元及異或門，所述 PTAT偏置電流源的溫度使能端和CTAT偏置電流源的溫度使能端均與數字控制電路的輸出 端連接，所述PTAT偏置電流源的輸出端端通過第一延遲單元進而與異或門的第一輸入端連 接，所述CTAT偏置電流源的輸出端通過第二延遲單元進而與異或門的第二輸入端連接，所 述異或門的輸出端與計數器的使能端連接。
[0021] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述第一延遲單元和第二延遲單元采用對稱的延時 電路結構。
[0022] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述計數器采用8位異步計數器。
[0023] 參照圖4,進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述8位異步計數器由與非門和8個D觸發(fā) 器組成，所述與非門的時鐘信號端elk與RFID標簽時鐘的輸出端連接，所述與非門的使能端 en與振蕩器的輸出端連接，所述8個D觸發(fā)器的D信號輸入端均與g輸出端連接;所述8個D觸 發(fā)器中和與非門相鄰的D觸發(fā)器的elk時鐘信號端和與非門的輸出端連接，且在相鄰的兩個 D觸發(fā)器中，前一個D觸發(fā)器的Q輸出端與后一個D觸發(fā)器的elk時鐘信號端連接。
[0024]下面結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0025]參照圖2、3和4，本發(fā)明的第一實施例：
[0026]針對現有技術溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路相對較少的問題，本發(fā)明 提出了一種全新的集成在RFID標簽中的溫度傳感器，該溫度傳感器的系統結構如圖2所示， 主要由溫度脈沖轉換電路、計數器、數字控制電路、振蕩器、RFID標簽時鐘和負載調制電路 組成。本發(fā)明的工作原理如下：
[0027]系統工作時，首先由數字控制電路發(fā)出控制信號至振蕩器，使其根據RFID標簽時 鐘輸出系統時鐘。系統時鐘工作后，數字控制電路發(fā)出復位信號清空計數器，同時發(fā)出溫度 使能信號輸入溫度脈沖轉換電路，控制其開始采集溫度信息。信息采集結束后，溫度脈沖轉 換電路輸出含有溫度信息的脈沖作為使能信號控制計數器開始工作，使在系統時鐘控制作 用下的計數器開始計數，計數器計數的結果與溫度相關，即計數器輸出的脈沖寬度與溫度 值相關，然后經數字控制電路進行后續(xù)處理，即可得到相應的溫度值。
[0028]本發(fā)明將溫度傳感器完整地集成到RFID標簽的芯片中，并與RFID標簽芯片的其他 模塊（如電源穩(wěn)壓模塊和帶隙基準模塊等）一起共用多個模塊電路(包括計數器、振蕩器、 RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路等），大大降低了功耗和成本。該溫度傳感器 的輸出數據則根據IS014443的協議要求通過負載調制電路和天線傳輸出去。
[0029]而溫度脈沖轉換電路的結構及原理如下：
[0030]為了提高傳感的器精度，本發(fā)明的溫度脈沖轉換電路主要由PTAT偏置電流源、 CTAT偏置電流源、第一延遲單元、第二延遲單元及異或門構成，如圖3所示。溫度脈沖轉換電 路工作時，將數字控制電路提供的使能信號經PTAT偏置電流源和CTAT偏置電流源分成2路 信號，使之分別通過具有PTAT(正比于絕對溫度)偏置電流和具有CTAT(互補于絕對溫度)偏 置電流的2個延遲單元，這兩個延遲單元的輸出經異或門后得到最終輸入到計數器的脈沖 信號。本發(fā)明在這2路信號的路徑中添加了電路結構完全相同的延遲單元以形成對稱結構， 使脈沖經過這2路延遲單元后，由工藝誤差造成的延遲完全相同；而這2路延遲單元的輸出 脈沖經過異或門后能將這2路延遲單元所產生的延遲完全抵消。
[0031] 此外，為了滿足RFID標簽的低功耗要求，本實施例還可采用圖4的8位異步計數器 替代模數轉換器來實現溫度模擬采集到數字輸出的轉換。該8位異步計數器的工作時鐘由 標簽內嵌的振蕩器所輸出的系統時鐘提供，而溫度脈沖轉換電路輸出的脈沖寫作為該計數 器的使能信號。根據前面的敘述，計數器輸出的脈沖寬度與溫度值相關，即計數器的觸發(fā)時 間與溫度相關，故溫度變化時計數器輸出結果也會變?yōu)椴煌闹怠?br>[0032] 以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施 例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替 換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1. 一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于：包括溫度脈沖轉換電路、計數 器、振蕩器、RFID標簽時鐘、數字控制電路和負載調制電路，所述計數器、振蕩器、RFID標簽 時鐘、數字控制電路和負載調制電路均為溫度傳感器與其它模塊間的共用模塊電路，所述 其它模塊為RFID標簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標簽時鐘的輸出端依次通過振蕩 器和計數器進而與數字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉換電路的輸出端與計數器 的使能端連接，所述數字控制電路的輸出端還分別與計數器的復位端、溫度脈沖轉換電路 的溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，所述計數器的輸出端還與負載調制電路的輸入端 連接。2. 根據權利要求1所述的一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述溫度 脈沖轉換電路包括雙路電流偏置單元和脈沖生成單元，所述雙路電流偏置單元的使能端與 數字控制電路的輸出端連接，所述雙路電流偏置單元的輸出端通過脈沖生成單元進而與計 數器的使能端連接。3. 根據權利要求2所述的一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述雙路 電流偏置單元包括PTAT偏置電流源和CTAT偏置電流源，所述脈沖生成單元包括第一延遲單 元、第二延遲單元及異或門，所述PTAT偏置電流源的溫度使能端和CTAT偏置電流源的溫度 使能端均與數字控制電路的輸出端連接，所述PTAT偏置電流源的輸出端端通過第一延遲單 元進而與異或門的第一輸入端連接，所述CTAT偏置電流源的輸出端通過第二延遲單元進而 與異或門的第二輸入端連接，所述異或門的輸出端與計數器的使能端連接。4. 根據權利要求3所述的一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述第一 延遲單元和第二延遲單元采用對稱的延時電路結構。5. 根據權利要求1-4任一項所述的一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于： 所述計數器采用8位異步計數器。6. 根據權利要求5所述的一種集成在RFID標簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述8位 異步計數器由與非門和8個D觸發(fā)器組成，所述與非門的時鐘信號端與RFID標簽時鐘的輸出 端連接，所述與非門的使能端與振蕩器的輸出端連接，所述8個D觸發(fā)器的D信號輸入端均與 g輸出端連接;所述8個D觸發(fā)器中和與非門相鄰的D觸發(fā)器的elk時鐘信號端和與非門的輸 出端連接，且在相鄰的兩個D觸發(fā)器中，前一個D觸發(fā)器的Q輸出端與后一個D觸發(fā)器的elk時 鐘信號端連接。
【文檔編號】G01K13/00GK106017730SQ201610436065
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】胡建國, 吳勁, 王德明, 段志奎, 李啟文, 周婧
【申請人】廣州中大微電子有限公司, 廣州智慧城市發(fā)展研究院