无源RFID的集成电容式传感器接口电路设计.pdf

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1、2015年仪表技术与传感器20l5第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11无源RFID的集成电容式传感器接口电路设计陈宏，邓芳明，吴翔(1．华东交通大学轨道交通学院，江西南昌330013；2．华东交通大学电子电气学院，江西南昌330013)摘要：针对射频识别技术(RFID)迅猛发展的需求，采用0．18mCMOS工艺设计并制造了一种电容式传感器接口电路。该接口电路为全数字结构，能将传感器电容值转换到频域进行处理。它采用了一种新型的内部限幅的环形振荡器结构，比传统反相器结构振荡器降低了约30％功耗。后期

2、测试结果显示，所设计的集成接口电路获得了良好的线性度和稳定性能，占用0．21mm芯片面积，1V电源电压下仅消耗0．92w功率，尤其适合于无源RFID传感器标签设计中。关键词：传感器接口电路；RFID标签；CMOS工艺中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2015)11—0004—03DesignofIntegratedCapacitiveSensorInterfaceBasedonPassiveRFIDCHENHong．DENGFang—ming．WUXiang(1．SchoolofRailwayTrac

3、ksandTransp0rtati0n，EastChinaJiaoTongUniversity，Nanchang330013，China；2．SchoolofElectricalandElectronicEngineering，EastChinaJiaoTongUniversity，Nanchang330013，China)Abstract：AccordingtotherapiddevelopmentofRadioFrequencyIDentification(RFID)，thispaperpresentedanintegrated

4、capacitivesensorinterfaceusing0．18pLmcomplementarymetaloxidesemiconductortechnology．Theproposedinterfaceemployedfully·digitalarchitectureandprocessedthesensorvalueinfrequencydomain．Thesensorinterfacepresentedaninternal—amplitude—limitingringoscillator，resuhinginareduct

5、ioninpowerdissipationbyalmost30％．Measurementresultsshowtheproposedinte—gratedcapacitivesensorinterfaceachievesexcellentlinearityatldstability．Theproposedinterfacecovers0．21mm(hjpareaandconsumesonly0．92Wpower，whichprovesespeciallysuitableforpassiveRFIDtagdesign．Keywords

6、：SensorInterface；RFIDtag；CMOStechnology0引言统成本、减小电路面积及提高系统稳定性。电容式传感器利用电容器原理，将外界环境中待测的非电无源RFID标签通过天线接收RFID阅读器发出的无线信量转换为电容量，再将电容量的变化转换为电压、频率等输出号，并经内部整流器转换为标签正常工作所需要的直流电压，量，被广泛应用在压力、湿度、加速度、位移、气体等检测中。L大J此，功耗是无源标签最重要的性能指标，它决定了标签工作当前，得益于微电子技术的发展，作为集成电路制造主流工艺的最大距离。一个无源超高频RFID标

7、签的典型功耗为的CMOS工艺能很好地将电容式传感器与读出电路、信号处理10p,W，因此集成于无源RFID标签电容式传感器接口电路的电路等集成在同一芯片上，不仅大大降低系统成本，而且可以功耗一般都不超过2w。传统电容式传感器接口电路基于开提高检测精度，所以电容式传感器被广泛应用于集成传感器的关电容运算放大器，首先采用电容一电压转换器，产生一个与传设计中。感器电容和参考电容差值成正比例的电压信号，再经过模数转当前，物联网被称为继计算机、互联网之后第三次数字技换器(ADC)将此电压信号转换为相对应的数字信号!。这种术革命，其中的射频识别(

8、RadioFrequencyIDentification，RFID)设计方法能够获得高速和高分辨率性能，但由于ADC采用了技术是物联网最前端(感知层)的关键技术。RFID技术是利川运算放大器，电路结构复杂，功耗甚高(常达到mW级)。文