一種集成在rfid標(biāo)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(biāo)簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路，計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)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(biāo)簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器和計數(shù)器進(jìn)而與數(shù)字控制電路的輸入端連接，溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的輸出端與計數(shù)器的使能端連接，數(shù)字控制電路的輸出端還分別與計數(shù)器的復(fù)位端、溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，計數(shù)器的輸出端還與負(fù)載調(diào)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(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于RFID技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明涉及RFID技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] RFID技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過多年的發(fā)展日趨成熟，而CMOS工藝集成芯片的產(chǎn)生 更降低了其生產(chǎn)成本，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)戰(zhàn)略的提出，為作為硬件基礎(chǔ)的傳 感器帶來廣闊的應(yīng)用前景，同時提出了體積小、成本低、功耗低的應(yīng)用新要求。而基于標(biāo)準(zhǔn) CMOS工藝并集成在RFID標(biāo)簽上的溫度傳感器，同時擁有RFID成熟的低功耗技術(shù)基礎(chǔ)和CMOS 工藝成本低、面積小的技術(shù)優(yōu)勢，能夠滿足應(yīng)用新需求，具有很好的實(shí)用價值。
[0003] RFID標(biāo)簽采用無源結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)的功耗嚴(yán)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(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要劃分為3大類：（1) BJT(雙極晶體管)結(jié)合ADC結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，該傳感器的優(yōu)點(diǎn)為精度高、測量范圍較寬，缺 點(diǎn)為芯片面積大，功耗非常高而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率較低，不適合集成于無源標(biāo)簽；（2)振蕩器結(jié)合 頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，該傳感器需要額外設(shè)計振蕩器，不能有效利用標(biāo)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(biāo)簽；（3)脈沖結(jié)合時間數(shù) 字轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(biāo)簽。
[0004] 雖然脈沖結(jié)合時間數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的溫度傳感器較適合集成于RFID無源標(biāo)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(jìn)一步減少 和功耗的進(jìn)一步降低，同時也不利于成本的進(jìn)一步降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)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(biāo)簽中的溫度傳感器。
[0006] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0007] 一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、振蕩器、 RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路，所述計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控 制電路和負(fù)載調(diào)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(biāo)簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標(biāo)簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器和計數(shù)器 進(jìn)而與數(shù)字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的輸出端與計數(shù)器的使能端連 接，所述數(shù)字控制電路的輸出端還分別與計數(shù)器的復(fù)位端、溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的溫度使能 端以及振蕩器的使能端連接，所述計數(shù)器的輸出端還與負(fù)載調(diào)制電路的輸入端連接。
[0008] 進(jìn)一步，所述溫度脈沖轉(zhuǎn)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(shù)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(jìn)而與計數(shù)器的使能端連接。
[0009] 進(jìn)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(shù)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(jìn)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(jìn)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(shù)器的 使能端連接。
[0010] 進(jìn)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(jié)構(gòu)。
[0011] 進(jìn)一步，所述計數(shù)器采用8位異步計數(shù)器。
[0012] 進(jìn)一步，所述8位異步計數(shù)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(biāo)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(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù) 字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路，計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)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(xiàn)有技術(shù)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(jìn)一步減少、功耗的進(jìn)一步降低以及成本 的進(jìn)一步降低。進(jìn)一步，溫度脈沖轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，使脈沖經(jīng)過這2路延遲單元后，由工藝誤差造成的延遲完全相同，進(jìn)而經(jīng)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(jìn)一步，采用8位異步計數(shù)器替 代模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)溫度模擬采集到數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)換，功耗更低。
【附圖說明】
[0014] 圖1為傳統(tǒng)CMOS集成溫度傳感器的3種結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為本發(fā)明一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明8位異步計數(shù)器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 參照圖2,一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，包括溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、 振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路，所述計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時 鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)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(biāo)簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標(biāo)簽時鐘的輸出端依次通過振蕩器 和計數(shù)器進(jìn)而與數(shù)字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的輸出端與計數(shù)器的 使能端連接，所述數(shù)字控制電路的輸出端還分別與計數(shù)器的復(fù)位端、溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的 溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，所述計數(shù)器的輸出端還與負(fù)載調(diào)制電路的輸入端連 接。
[0019] 參照圖2,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述溫度脈沖轉(zhuǎn)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(shù)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(jìn)而與計數(shù)器的使能端連接。
[0020] 參照圖3,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)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(shù)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(jìn)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(jìn)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(shù)器的使能端連接。
[0021] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)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(jié)構(gòu)。
[0022] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述計數(shù)器采用8位異步計數(shù)器。
[0023] 參照圖4,進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述8位異步計數(shù)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(biāo)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(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]參照圖2、3和4，本發(fā)明的第一實(shí)施例：
[0026]針對現(xiàn)有技術(shù)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(biāo)簽中的溫度傳感器，該溫度傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示， 主要由溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、數(shù)字控制電路、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘和負(fù)載調(diào)制電路 組成。本發(fā)明的工作原理如下：
[0027]系統(tǒng)工作時，首先由數(shù)字控制電路發(fā)出控制信號至振蕩器，使其根據(jù)RFID標(biāo)簽時 鐘輸出系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)時鐘工作后，數(shù)字控制電路發(fā)出復(fù)位信號清空計數(shù)器，同時發(fā)出溫度 使能信號輸入溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路，控制其開始采集溫度信息。信息采集結(jié)束后，溫度脈沖轉(zhuǎn) 換電路輸出含有溫度信息的脈沖作為使能信號控制計數(shù)器開始工作，使在系統(tǒng)時鐘控制作 用下的計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)器計數(shù)的結(jié)果與溫度相關(guān)，即計數(shù)器輸出的脈沖寬度與溫度 值相關(guān)，然后經(jīng)數(shù)字控制電路進(jìn)行后續(xù)處理，即可得到相應(yīng)的溫度值。
[0028]本發(fā)明將溫度傳感器完整地集成到RFID標(biāo)簽的芯片中，并與RFID標(biāo)簽芯片的其他 模塊（如電源穩(wěn)壓模塊和帶隙基準(zhǔn)模塊等）一起共用多個模塊電路(包括計數(shù)器、振蕩器、 RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路等），大大降低了功耗和成本。該溫度傳感器 的輸出數(shù)據(jù)則根據(jù)IS014443的協(xié)議要求通過負(fù)載調(diào)制電路和天線傳輸出去。
[0029]而溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)成，如圖3所示。溫度脈沖轉(zhuǎn)換電 路工作時，將數(shù)字控制電路提供的使能信號經(jīng)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(bǔ)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(jīng)異或門后得到最終輸入到計數(shù)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(jié)構(gòu)完全相同的延遲單元以形成對稱結(jié)構(gòu)， 使脈沖經(jīng)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(jīng)過異或門后能將這2路延遲單元所產(chǎn)生的延遲完全抵消。
[0031] 此外，為了滿足RFID標(biāo)簽的低功耗要求，本實(shí)施例還可采用圖4的8位異步計數(shù)器 替代模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)溫度模擬采集到數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)換。該8位異步計數(shù)器的工作時鐘由 標(biāo)簽內(nèi)嵌的振蕩器所輸出的系統(tǒng)時鐘提供，而溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寫作為該計數(shù) 器的使能信號。根據(jù)前面的敘述，計數(shù)器輸出的脈沖寬度與溫度值相關(guān)，即計數(shù)器的觸發(fā)時 間與溫度相關(guān)，故溫度變化時計數(shù)器輸出結(jié)果也會變?yōu)椴煌闹怠?br>[0032] 以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施 例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)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(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，其特征在于：包括溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路、計數(shù) 器、振蕩器、RFID標(biāo)簽時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)制電路，所述計數(shù)器、振蕩器、RFID標(biāo)簽 時鐘、數(shù)字控制電路和負(fù)載調(diào)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(biāo)簽中除溫度傳感器外的模塊，所述RFID標(biāo)簽時鐘的輸出端依次通過振蕩 器和計數(shù)器進(jìn)而與數(shù)字控制電路的輸入端連接，所述溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路的輸出端與計數(shù)器 的使能端連接，所述數(shù)字控制電路的輸出端還分別與計數(shù)器的復(fù)位端、溫度脈沖轉(zhuǎn)換電路 的溫度使能端以及振蕩器的使能端連接，所述計數(shù)器的輸出端還與負(fù)載調(diào)制電路的輸入端 連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述溫度 脈沖轉(zhuǎn)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(shù)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(jìn)而與計 數(shù)器的使能端連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成在RFID標(biāo)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(shù)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(jìn)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(jìn)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(shù)器的使能端連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成在RFID標(biāo)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(jié)構(gòu)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，其特征在于： 所述計數(shù)器采用8位異步計數(shù)器。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成在RFID標(biāo)簽中的溫度傳感器，其特征在于:所述8位 異步計數(shù)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(biāo)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