一种面向无源RFID系统的温度传感器设计

针对无源RFID系统的应用需求,设计了一款高精度片上集成温度传感器电路芯片。提出了一种由温度感应电路、PTAT偏置电流产生电路和Sigma-Delta ADC共同组成的温度传感器电路架构。采用基于双极晶体管的温度感应电路产生与温度成正比的电压,并采用Sigma-Delta ADC对其进行量化,得到与温度对应的数字量。在偏置电路中采用了斩波稳定技术,减小了由晶体管的失配及运放的失调引起的误差。在电流镜中采用了动态匹配技术,消除了由于电流镜失配引起的误差。采用GSMC 0.13μm CMOS工艺完成了对温度传感器的电路设计及版图绘制,版图面积为420μm×350μm。后仿真结果表示,在-40℃~+85℃的温度范围内,温度传感器的精度为-1.6℃/0.8℃,分辨率为0.75℃。在电源电压为1.5 V下,温度传感器消耗的电流为0.253 mA。

基于微声技术的电缆头温度传感器研究

针对电缆头内部测温需求,设计了一种基于微声技术的无线无源电缆头温度传感器。通过压电本构方程、边界条件和非线性微扰理论建立了声表面波(SAW)温度敏感理论模型。综合优选(0°,142°,0°)石英作为SAW温度传感器的压电基底。根据有限元方法(FEM)/边界元法(BEM)理论设计的SAW谐振器参数制作了温度敏感的SAW谐振器,得到中心频率为433.636 MHz,无载Q值为13041。把制作的SAW谐振器与天线嵌入在电缆头堵头中以构成无线无源SAW电缆头温度敏感单元,该敏感结构在10 kV电压下局放为5 pC,满足设计要求。最后,对设计的传感器进行了温度测试,得到SAW谐振器的频率变化量与温度之间成单调递增的关系。

基于纳米材料的无源RFID温度传感器设计

射频识别(RFID)技术与传感器的一体化设计,具有数据采集便捷和部署方便等优点,在智慧农业和食品溯源监测领域具有潜在应用价值。提出一种基于氧化锌(ZnO)/还原氧化石墨烯(RGO)的无源RFID一体化温度传感器设计,传感器天线和电极主要采用微带贴片天线制作,天线及电极结构通过HFSS软件进行仿真设计及优化,然后利用热转印技术在环氧树脂覆铜板上通过化学刻蚀制备图形化电极;传感器的温敏材料为水热法制备的ZnO/RGO纳米复合材料。ZnO/RGO温敏材料阻抗随环境温度发生变化,从而引起RFID射频谐振中心频点偏移,以射频回波损耗和归一化频移来度量环境温度的变化,在10℃~60℃量程范围内,该传感器的温度灵敏度可达0.86 dB/℃,线性度R2=0.99。

基于柔性基底的LC无线无源温度传感器的研究

针对复杂恶劣环境监测,设计了一种叉指热敏可变电容和平面螺旋电感组成的无线无源温度传感器测试系统。传感器与电感构成了LC谐振电路,通过网络分析仪连接的天线与平面电感构成的遥测系统完成非接触读取信号工作。传感器介电常数随温度变化发生改变,实现敏感电容随温度变化,由此测得频率变化。柔性基底可以实现曲面共形,通过在弯曲表面进行实验可得到传感器在室温到120℃的环境内可以正常工作,灵敏度可达到-1.34 kHz/℃,实验表明可以作为无线无源温度传感器消除一些物理接触、供电需求等技术难题,突破了传统的有线连接的局限性,实现对恶劣环境的温度进行测量。

一种可应用于无源RFID的新型CMOS温度传感器设计

针对无源RFID低功耗的应用需求,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了一种低功耗CMOS温度传感器。该传感器首先基于双晶体管电路将温度信号转换为与之成正比的电压信号,并进一步转换为电流信号,然后通过振荡器电路转换为频率信号,最终经计数器后转换为与温度对应的二进制数字信号输出。仿真结果表明,在-20~100℃范围内传感器具有良好的线性度和温度精度,且传感器总功耗仅为1.05μW,可满足无源RFID领域应用需求。

无线无源多栅格结构式温压传感器设计与制备

针对高温、高压等恶劣环境下的温度和压力参数测量,基于微波散射原理和高温共烧陶瓷(HTCC)技术设计了一种无线无源多栅格结构式温压传感器,能够实现25~800℃内温度的测量和0~300 kPa内压力的测量。使用高频电磁仿真软件对传感器进行结构设计,使所测参数与传感器回波损耗(S11)具有线性关系,然后通过传感器制备与实验对传感器性能开展验证。测试结果表明,在测量范围内,无线无源多栅格结构式温压传感器具有良好的可靠性和线性度,温度平均灵敏度为423 kHz/℃,压力灵敏度为209 kHz/kPa,温度和压力的最大相对测量误差分别为3.1%和1.13%。

集成于无源UHF RFID标签的高分辨率CMOS温度传感器

提出一种高分辨率的集成于无源UHF RFID标签的CMOS温度传感器结构。采用时域数字量化的方式,用与绝对温度成正比PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流源和标签内部振荡器构成的PTAT振荡器产生脉冲宽度与温度相关的脉冲信号,作为计数器的时钟信号,在温度-50℃～50℃范围内,脉冲周期从1.841μs～0.426μs;用数字电路对阅读器发送的帧头命令进行处理得到一个宽度为200μs的宽脉冲信号,作为计数器的使能信号,该脉冲的宽度完全不受温度影响;通过采样计数,得到包含温度信息的数字信号。本设计采用0.18μm UMC CMOS工艺,电源电压为1.8 V,直流功耗为789 nW,温度传感器后仿的有效分辨率达到0.332 LSB/℃。

集成于无源UHF RFID标签的新结构CMOS温度传感器

设计了一种集成于无源UHF RFID标签芯片的新结构温度传感器。利用高PSRR共源共栅结构的电流镜偏置电路产生两路温度系数相反的电流,实现了偏置电流对电源电压和温度补偿。与温度相关的脉冲信号由类似差分的结构产生,有效的克服了工艺偏差导致的误差。计数时钟信号由标签内部振荡器提供,振荡器频率受偏置电流控制近似与电源电压和温度无关。采用SMIC 0.18μm 2P4M CMOS工艺,仿真结果表明:电源电压为1.8V,温度在-10℃～100℃变化时,偏置电流为112 nA,标签提供的时钟信号频率为2 MHz,温度传感器有效分辨率为0.5℃/LSB,工作电流为774 nA。

应用于无源RFID标签的CMOS温度传感器

针对无源RFID标签功耗受限、芯片面积小的特点,采用SMIC0.18μm RF CMOS工艺设计了一种温度传感器。利用MOS管沟道电流的温度特性,设计了两种带有偏置电流源的延迟单元,通过其相互补偿产生脉冲与温度相关以提取温度信息。设计了后续电路将提取的温度信息转换成数字信号供RFID标签数字控制模块使用。仿真结果表明,当温度范围为-20~80℃时,温度传感器精度为0.8℃;标签芯片供电电压为1.8 V时,传感器芯片总的工作电流为440 nA,标签芯片模拟前端电路总工作电流为5μA。

声表面波谐振器型无源无线温度传感器

介绍了一种新型的单端口声表面波谐振器构成的无源无线温度传感器。分析了间歇正弦信号无线激励的单端口声表面波谐振器的响应特性。该响应为幅度衰减的振荡信号 ,振荡的中心频率为声表面波器件固有频率。设计并构造了高效、快速、较远距离自动无线遥测温度的实验系统 。

基于微波的无线无源贴片式温度传感器

针对温度参数的测试需求,选择印刷电路板（PCB）材料作为传感器的基板,利用其介电性能设计了一种基于微波的无线无源温度传感器,其谐振频率为2.4 GHz。传感器集成了贴片天线用以无线传输温度信号,当温度升高时,PCB材料的介电常数增大,传感器的谐振频率降低,通过监测传感器的谐振频率达到测温的目的。经过理论分析、参数设计、软件仿真和实验测试过程,验证了贴片式温度传感器的可行性和实用性。在25~115℃内,谐振频率由2.395 GHz降为2.344 GHz,绝对灵敏度为566.7 kHz/℃。该传感器具有集成度高、结构简单、易于加工和成本低的优点。

无源无线声表面波温度传感器及其在智能变电站中的应用

为了克服智能变电站温度检测环境复杂、非接触、精度低、成本高的缺点,研究并开发了一款无源无线声表面波智能温度传感器;研究了该型温度传感器的检测机理,并研究了无源无线声表面波智能传感器收发系统;设计了传感器系统射频模块匹配电路,并对输入输出信号进行了Multism仿真;基于无源无线声表面波传感器构建了智能变电站温度检测系统;现场试验发现系统温度精度提高了10%以上,长期运行无故障,表明该无源无线声表面波温度传感器在智能变电站测温中具有优异的表现,具有较广的应用前景。

无源温度标签中的超低功耗CMOS温度传感器设计

设计了一种适用于无源超高频（UHF）温度标签的超低功耗CMOS温度传感器电路。该电路利用衬底pnp晶体管产生随温度变化的电压信号,同时采用了逐次逼近寄存器（SAR）转换和Σ-Δ调制相结合的模拟数字转换方式。为了降低电源电压波动以及采样电容电荷泄漏对传感器测温精度的不利影响,提出了一种具有漏电保护机制的采样电路。基于0.18μm CMOS工艺设计实现了该传感器的电路和版图,其中版图面积为550μm×450μm,并利用Cadence Spectre仿真工具对电路进行了仿真。仿真结果表明,在-40～125℃,传感器的系统误差为-1.4～2.0℃,测温分辨率达到0.02℃;在1.2～2.6 V电源电压内,传感器输出温度波动小于0.3℃;在1.2 V电源电压下传感器电路（不含控制逻辑及数字滤波器）的功耗仅为2.4μW。

一种适用于无源RFID测温标签的温度传感器

提出了一个适用于无源RFID温度检测标签芯片的低压、低功耗、快速A/D转换的数字温度传感器电路。采用BJT管的Vbe电压和PTAT电流相结合的方法,同时使用SAR A/D转换器,避免了使用带隙基准电压电路所需的较高工作电压,使电路在1 V以上就可工作。电路的功耗电流约4μA,使用80 kHz的时钟,A/D转换时间小于100μs。

有线无源PDC-SiCN陶瓷基温度传感器的设计与制备

针对航空发动机高温恶劣环境监测对耐高温传感器的需求,提出采用新型耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiCN陶瓷)为温敏介质材料,制备被动式有线无源微波温度传感器,实现温度信息的有线无源传输。以PDC-SiCN陶瓷为填充介质,金属银作为表面层,形成谐振器;以共面波导线和共面天线为传输线,实现微波信号的传输;在谐振器的侧面开槽,实现宽频激励信号和谐振信号在传输线和谐振器之间的传输。采用HFSS软件进行结构尺寸的仿真和优化,设计出了满足最大传输效率的被动式有线无源PDC-SiCN耐高温温度传感器结构。通过以上结构设计,制备出了有线无源温度传感器。结果表明,所设计传感器的工作频率为10.16GHz,依据材料的变化特性该传感器可实现频率在500 MHz变化范围内的测量。

低沸点化学物质在无源轿车轮胎温度传感器中的应用

利用低沸点化学物质具有较高的饱和蒸汽压的特性,设计了一种无源轿车轮胎温度监测系统。系统中的温度传感器是将温度变化通过低沸点化学物质的饱和蒸汽压信号转变为磁铁的位移信号,再利用线性霍尔传感器检测位移信号,实现对轮胎内温度的实时监测。低沸点化学物质是温度传感器的核心之一,结合轮胎温度报警的实际条件,通过考察不同低沸点物质的饱和蒸汽压随温度和压力的变化规律,并考虑化学物质使用的安全性,最终确定了该温度传感器中所适用的感温物质。

集成于无源UHFRFID标签的超低功耗CMOS温度传感器

本文提出了一种集成于无源UHF RFID标签的超低功耗CMOS温度传感器。考虑到功耗是影响标签使用的第一要素。本文结构复用标签内部电路产生的电流作为温度转换模块的偏置电流,同时采用标签内部振荡器产生的信号作为传感器计数器的时钟信号,有效降低了功耗。本文设计采用SMIC 0.18μm 2P4M CMOS,仿真结果表明:电源电压为1.5 V时,室温时新增的温度传感器模块功耗仅为100 nW;当温度在-20℃～80℃变化时,温度传感器分辨率为0.4℃/LSB。

集成于无源UHF RFID标签的宽温测范围CMOS温度传感器

针对无源UHF RFID标签温度测量范围小、功耗等问题,本文提出了一种集成于无源UHF RFID标签的宽温测范围CMOS温度传感器。本文设计采用UMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺进行设计,提出一种新温度脉冲转换电路结构产生随温度变化的脉冲,从而实现了宽温度测量。仿真结果表明：当温度范围在-75℃-125℃时,温度脉冲宽度变化近220μs,标签芯片供电电压为1.5V时,室温时新增的温度传感器模块功耗仅为200 nW,温度传感器精度为0.45℃/LSB。测试结果：在-5℃~45℃范围内进行测试,温度传感器精度为0.48℃/LSB,其中在室温25℃左右振荡器频率2.087 MHz,脉冲宽度大约110μs,异步计数器显示为011011000。

PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器的制备

为了解决航空发动机的温度检测问题,提出了一种以聚合物先驱体陶瓷SiCN(PDC-SiCN)为传感器介质材料的无线无源温度传感器,并搭建了无线无源温度传感器的测试系统。PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器是以聚合物先驱体陶瓷SiCN(PDC-SiCN)作为传感器介质材料,以金属铂作为谐振腔材料。分析了PDCSiCN陶瓷基无线无源温度传感器的谐振频率与测试温度之间的关系,传感器的测试温度达到了610℃。研究发现,PDC-SiCN陶瓷基无线无源温度传感器的谐振频率随测试温度升高呈单调递减变化,通过对传感器的谐振频率与温度的关系进行多项式拟合,610℃时传感器的灵敏度为0.4705 MHz/℃。PDC-SiCN陶瓷基无线无源传感器在高温恶劣环境具有广阔的应用前景。

一种新型无源电容式温度传感器的制备与测试

为了实现高温、机械旋转和密闭空间等恶劣环境中的原位温度测量,以高居里点的铁电陶瓷为温度敏感介质材料,在传统低温共烧陶瓷(LTCC)工艺的基础上,采用牺牲层填充技术,保证了制备过程的工艺兼容性,成功制备出了一种基于LTCC衬底的新型无源电容式温度传感器。通过外部读取天线与传感器线圈的互感耦合,实现了从常温至700℃的传感器温度特性测试,测试结果表明:这种电容式温度传感器具有良好的温度敏感特性,其平均灵敏度为-7.33 kHz/℃。