电子测量与仪器学报
電子測量與儀器學報
전자측량여의기학보
Journal of Electronic Measurement and Instrumentation
2015年
8期
1171-1178
,共8页
刘茂旭%何怡刚%邓芳明%李兵%张利华%吴翔
劉茂旭%何怡剛%鄧芳明%李兵%張利華%吳翔
류무욱%하이강%산방명%리병%장리화%오상
RFID%湿度传感器%CMOS%整流器%接口电路
RFID%濕度傳感器%CMOS%整流器%接口電路
RFID%습도전감기%CMOS%정류기%접구전로
RFID%humidity sensor%CMOS%rectifier%sensor interface
针对融合RFID的无线湿度传感器节点设计的需求,采用中芯国际0.18μm CMOS工艺设计并制造了一种集成湿度传感器节点。该传感器节点采用湿度传感器与其它标签电路集成设计,制造成本低。湿度传感器单元采用聚酰亚胺作为感湿材料,利用顶层金属层制作叉指结构电极,无需任何后处理工艺。整流电路采用自偏置结构降低了MOS开关管的有效导通电压,避免了高成本肖特基工艺的使用。接口电路基于锁相环原理,采用全数字电容-数字直接转换结构,能够工作在超低电源电压下。后期测试结果显示,该无源湿度传感器标签在常温下灵敏度为18.75 fF/%RH,最大回滞偏差7%,整体功耗约为4μW,在阅读器发射功率为2 W条件下,最大工作距离达到14 m。
針對融閤RFID的無線濕度傳感器節點設計的需求,採用中芯國際0.18μm CMOS工藝設計併製造瞭一種集成濕度傳感器節點。該傳感器節點採用濕度傳感器與其它標籤電路集成設計,製造成本低。濕度傳感器單元採用聚酰亞胺作為感濕材料,利用頂層金屬層製作扠指結構電極,無需任何後處理工藝。整流電路採用自偏置結構降低瞭MOS開關管的有效導通電壓,避免瞭高成本肖特基工藝的使用。接口電路基于鎖相環原理,採用全數字電容-數字直接轉換結構,能夠工作在超低電源電壓下。後期測試結果顯示,該無源濕度傳感器標籤在常溫下靈敏度為18.75 fF/%RH,最大迴滯偏差7%,整體功耗約為4μW,在閱讀器髮射功率為2 W條件下,最大工作距離達到14 m。
침대융합RFID적무선습도전감기절점설계적수구,채용중심국제0.18μm CMOS공예설계병제조료일충집성습도전감기절점。해전감기절점채용습도전감기여기타표첨전로집성설계,제조성본저。습도전감기단원채용취선아알작위감습재료,이용정층금속층제작차지결구전겁,무수임하후처리공예。정류전로채용자편치결구강저료MOS개관관적유효도통전압,피면료고성본초특기공예적사용。접구전로기우쇄상배원리,채용전수자전용-수자직접전환결구,능구공작재초저전원전압하。후기측시결과현시,해무원습도전감기표첨재상온하령민도위18.75 fF/%RH,최대회체편차7%,정체공모약위4μW,재열독기발사공솔위2 W조건하,최대공작거리체도14 m。
A wireless humidity sensor node integrated with RFID is presented in the paper.The proposed sensor node is fabricated in SMIC 0.18 μm CMOS process and integrated the humidity sensor with other tag blocks, the fabrication cost is low.The humidity sensor element utilizes polyimide as sensing material and fabricates the inter-digitated electrodes in top metal layer without any further post-processing.The proposed rectifier adopts self-biased architecture to reduce the turn-on voltage of the MOS switch.The sensor interface is based on Phase-Locked Loop theory, employs fully-digital architecture and achieves direct capacitance-to-digital conversion, and therefore it can work under ultra-low supply voltage.The measurements at 25℃ show that the proposed passive humidity sensor tag achieves a sensitivity of 18.75 fF%RH, the maximum hysteresis error of 7% and a total power dissipation of 4 μW, which allows a maximum operating distance of 14 m under a reader power of 2 W.