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內(nèi)置巴魯夫位移傳感器識別標簽芯片技術(shù)研究

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巴魯夫,SICK,東方馬達,魏得米勒,FESTO等

內(nèi)置巴魯夫位移傳感器識別標簽芯片技術(shù)研究
射頻識別技術(shù)通過無線通信方式實現(xiàn)目標對象的非接觸自動識別,是物聯(lián)網(wǎng)四大核心支撐技術(shù)之一,。超高頻RFID系統(tǒng)具有識別距離遠、速度快,、多目標移動識別,、標簽成低等優(yōu)勢,已廣泛應(yīng)用于智能物流、交通,、防偽追溯等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用需求的增長,對具有信息感知,、識別等功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提出了低成、低功耗,、高精度,、長壽命、遠距離智能信息采集與處理等要求,促使將高精度巴魯夫位移傳感器集成在超高頻RFID標簽芯片之中實現(xiàn)低功耗無線位移感知-射頻識別一體化標簽芯片的概念誕生,。

內(nèi)置巴魯夫位移傳感器識別標簽芯片技術(shù)研究
在標簽芯片上集成高精度巴魯夫位移傳感器,額外增加的電路所占芯片面積很小,其附加的成微乎其微,既能保持標簽芯片極低功耗,、低成、高靈敏度,、微型化等優(yōu)點,又具有較高精度的位移感知功能,在食藥品倉儲,、冷鏈物流、電網(wǎng)位移監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊,。以此為背景,在對 標準分析和低功耗設(shè)計技術(shù)歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上,深入研究了無源標簽芯片中的低功耗射頻/模擬/數(shù)字電路設(shè)計技術(shù),、低功耗巴魯夫位移傳感器設(shè)計技術(shù)、位移感知-識別協(xié)調(diào)工作機理等關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)用0.18μm CMOS工藝,設(shè)計出內(nèi)置巴魯夫位移傳感器的無源標簽芯片,。的主要研究內(nèi)容和貢獻如下:對無源標簽芯片中的電壓基準電路,、反向散射鏈路頻率(BLF)產(chǎn)生電路和數(shù)字基帶電路等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。提出了一種低功耗CMOS電壓基準電路,采用工藝補償技術(shù)解決了CMOS電壓基準電路精度受工藝偏差影響的問題,。針對標準對BLF的精度要求,對BLF產(chǎn)生技術(shù)進行了研究,提出了兩種BLF產(chǎn)生電路:一種是寬時鐘頻率容限的BLF產(chǎn)生電路,其采用的工藝和位移補償時鐘電路和BLF分頻系數(shù)修正算法,在產(chǎn)生滿足標準規(guī)定的BLF的同時,提高了時鐘頻率穩(wěn)定性;一種是動態(tài)校正BLF產(chǎn)生電路,采用動態(tài)時鐘校準技術(shù)和BLF校正技術(shù)分別提高數(shù)字基帶解碼時的時鐘精度和返回數(shù)據(jù)時的BLF精度,。并對低功耗數(shù)字基帶處理器架構(gòu)進行了研究,根據(jù)標簽芯片的工作時段對數(shù)字基帶模塊進行合理劃分,并結(jié)合時鐘管理,、門控時鐘等低功耗設(shè)計技術(shù),實現(xiàn)了數(shù)字基帶在不同工作階段功耗的平衡分布,有效降低芯片的峰值功耗。對低功耗巴魯夫位移傳感器及傳感器接口關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,。提出了一種基于逐次逼近寄存器型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)的巴魯夫位移傳感器,。該巴魯夫位移傳感器采用全CMOS亞閾值模擬前端和SAR ADC實現(xiàn),并通過位移誤差補償技術(shù)減小巴魯夫位移傳感器的誤差。測試結(jié)果表明,在-40℃C-100℃C位移范圍內(nèi)位移誤差為+0.85℃C/-0.69℃C,功耗為2.02μW,。同時,針對傳統(tǒng)SAR ADC在轉(zhuǎn)換過程中數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)消耗能量較大的缺陷,提出了兩種低能耗DAC開關(guān)方法:一種是引入第三參考電壓Vcm的Hybrid開關(guān)方法,相比傳統(tǒng)DAC開關(guān)方法,其將DAC在轉(zhuǎn)換過程中的開關(guān)能耗降低了98.83%,;一種是開關(guān)方法,與傳統(tǒng)DAC開關(guān)方法相比,其將DAC在轉(zhuǎn)換過程中的開關(guān)能耗降低了96.91%,并且降低了對第三參考電壓Vcm的精度要求,在功耗和精度間取得了良好的折中?;谝陨蠈撕炐酒桶汪敺蛭灰苽鞲衅鞯难芯砍晒?應(yīng)用TSMC 0.18μm CMOS工藝設(shè)計了基于寬時鐘頻率容限BLF產(chǎn)生電路和基于動態(tài)校正BLF產(chǎn)生電路的兩款內(nèi)置巴魯夫位移傳感器標簽芯片,。其中,基于寬時鐘頻率容限BLF產(chǎn)生電路的標簽芯片已成功流片,并進行了詳細測試。

內(nèi)置巴魯夫位移傳感器識別標簽芯片技術(shù)研究
測試結(jié)果表明,數(shù)字分頻產(chǎn)生的BLF滿足標準規(guī)定,數(shù)字基帶電路的功耗為5.6μW,標簽盤存,、讀寫,、鎖定、滅活及位移感知功能均正確實現(xiàn),;室溫下標簽識別工作距離可達8m,位移感知工作距離可達6m,。文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求,研究了標簽芯片和巴魯夫位移傳感器中關(guān)鍵電路的低功耗設(shè)計技術(shù),實現(xiàn)了無線位移感知-射頻識別一體化的標簽,可完成對物品識別、環(huán)境位移的監(jiān)控,進一步拓寬了標簽的應(yīng)用范圍,。            



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