无源RFID测温标签的数字温度传感器设计

"该文提出了一种适用于无源RFID测温标签的温度传感器电路设计，特点是低压、低功耗且具有快速A/D转换能力。采用BJT管的Vbe电压与PTAT电流结合的方式，搭配SAR A/D转换器，能够在1V以上的电压下工作，降低了对电源电压的需求。电路的功耗电流仅为4 μA，A/D转换时间小于100 μs，使用80 kHz时钟频率。这种设计特别适合于无源RFID标签，以实现精准的温度监测，例如在冷链物流、仓储和智能监控等领域。文中还对温度测量误差进行了分析，并提出了解决方案，设计了一个温度测量范围为60℃~123℃的传感器电路，并通过仿真和实际流片测试验证了其性能。" 本文重点讨论的是一种专为无源RFID温度监测标签设计的温度传感器电路。关键创新在于使用BJT管的基极-发射极电压（Vbe）和正温度系数电流（PTAT）的组合，这允许在较低电压下工作，减少了系统功耗。同时，采用了逐次逼近寄存器A/D转换器（SAR ADC），它在保持高速转换的同时，也保证了较高的精度。由于SAR ADC的特性，转换速度与位数和时钟频率相关，这种设计使得整个系统的响应时间大大缩短。 温度传感器的工作原理是基于Vbe电压与温度之间的近似线性关系。Vbe通过BJT晶体管产生，而PTAT电流则通过D/A转换器电阻网络产生电压。比较器将这两个电压进行比较，SAR控制逻辑根据比较结果生成数字信号输出。然而，实际操作中会存在多种误差源，包括Vbe和PTAT的非线性、D/A转换器的开关导通电阻、A/D转换非线性、比较器失调以及制造工艺的差异等。这些因素都需要在设计阶段进行考虑和补偿。 为了减小测量误差，文章进行了深入的误差分析，并提出了相应的对策。例如，通过优化D/A转换器的设计来减少开关导通电阻的影响，调整比较器参数以减小失调，以及在设计过程中尽可能减小工艺偏差对性能的影响。此外，设计了一个特定温度范围的传感器电路，并通过Spectre仿真和物理芯片测试，验证了理论设计的准确性，表明该电路能够满足无源RFID标签的温度监测需求。 这项工作展示了如何在无源RFID系统中实现高效、准确的温度监测，这对于冷链物流、药品存储、食品安全以及各种环境监测应用具有重要意义。通过创新的电路设计和误差控制策略，该温度传感器不仅降低了系统功耗，还提高了测量精度和响应速度，为物联网(IoT)中的实时温度监控提供了实用的解决方案。