基于金属氧化物TFT的RFID标签模块设计研究

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1、工程硕士学位论文基于金属氧化物TFT的RFID标签模块设计研究作者姓名吴建东工程领域集成电路工程校内指导教师姚若河教授校外指导教师刘伟俭高工所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年6月StudyontheDesignofRFIDTagModulesBasedonMetalOxideTFTsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Jian-dongWuSupervisor：Prof.Ruo-heYaoSeniorEngineerWei-jianLiuSout

2、hChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN402学校代号：10561学号：201521010541华南理工大学硕士学位论文基于金属氧化物TFT的RFID标签模块设计研究作者姓名：吴建东指导教师姓名、职称：姚若河教授刘伟俭高工申请学位级别：工程硕士学科专业名称：集成电路工程研究方向：专用集成电路设计论文提交日期：2018年06月07日论文答辩日期：2018年06月01日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：刘玉荣委员：姚若河耿魁伟邓畅光林晓

3、玲摘要金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）相比非晶硅（a-Si）TFT迁移率高、亚阈值摆幅低及开关电流比高，相比低温多晶硅（LTPS）TFT工艺简单，相比传统CMOS透明性好、可实现柔性。TFT在平板显示领域和传感器件领域应用非常广泛，在未来的物联网、可穿戴技术中具有一定的应用前景。作为物联网的底层感知技术，射频识别（RFID）是自动识别领域最重要的应用之一。本文主要工作如下：对于RFID标签前端电路，首先对全波整流电路进行流片和测试。然后结合负载阻抗提高和等效跨导提高两种方案，设计了一个高增益运算放大器，并进行流片测试。测

4、试结果显示运算放大器电路在15V的电源下，开环差模增益为30dB，-3dB带宽为6kHz，单位增益带宽为103kHz，相位裕度为36°。采用自举结构的门电路，设计环形振荡器、五位计数器、2-4译码器、只读存储器（ROM）和曼彻斯特编码器等数字电路模块，并用以上模块实现RFID标签的曼彻斯特编码数据传输电路，整个电路仅采用了非门和或非门来构建，总晶体管总数目为300个，总面积为6.5mm2。流片后测试结果显示，在5V的电源驱动下，电路在读出ROM数据后成功进行了曼彻斯特编码，数据率达到103kbps，总功耗为3.8mW。采用

5、动态负载的Pseudo-CMOS门电路方案，降低了D触发器、环形振荡器、2-4译码器和异或门的功耗。动态负载的方案不需要添加外部控制信号和额外的晶体管，具有简单易实现的特点。对动态负载的和传统的Pseudo-CMOS门电路构成D触发器和环形振荡器进行流片，测试结果显示，动态负载的D触发器的功耗相比传统D触发器降低了12.8%。动态负载的11阶环形振荡器相比传统的11阶环形振荡器，在同样的VDD下，功耗延迟积降低了50%以上；在同样的频率下，功耗延迟积降低了约18%且摆幅提升了80%以上，而且，输出摆幅在各个电源电压下都接近

6、全摆幅。另外，仿真结果显示，动态负载的2-4译码器和异或门的功耗相比传统的方案分别降低了35%和22.6%。本论文着重于对RFID标签电路的模块化实现，基于MOTFT工艺在玻璃基板上制备并测试了调制电路、整流电路、运算放大器电路、曼彻斯特编码的数据传输电路、动态负载的低功耗D触发器和11阶环形振荡器，为TFT的集成电路设计提供了参考。关键字：金属氧化物薄膜晶体管；射频识别；曼彻斯特编码电路；低功耗电路IAbstractThenewlydevelopedmetaloxide(MO)TFTshaveadvantagesofhi

7、ghmobility,lowsub-thresholdvoltageandhighcurrenton/offratiocomparedtoamorphoussiliconTFTs.MOTFThaveadvantagesofsimpleprocesscomparedtolowtemperaturepoly-siliconTFTs.MOTFThaveadvantagesofgoodtransparence,compatibilitywithflexiblesubstratecomparedtoconventionalCMOSt

8、echnology.TFTshavebeenwildlyappliedinthepaneldisplayareaandthesensorarea.TFTshaveabrightfutureintheInternetofThingsandwearabledevices.Asaunderlyingperce