为了降低功耗和无源RFID传感器标签区域，设计了一种基于无源RFID数字电容传感器的接口电路。采用0.18μmCMOS工艺集成的全数字架构允许在频域中处理传感器容量值。电路采用新型环形振荡器结构，与传统的逆变器结构振荡器相比，能耗降低30％。后，测试了全数字集成电路。试结果表明，线性度和稳定性良好，芯片占位面积小（仅0.21 mm2），功耗低（电源电压为0.92μW）。此，它适用于无源RFID传感器标签的设计。字电容传感器;接口电路;无源RFID; CMOS工艺;环形振荡器;标签设计N°CLC：TN641 .2？ 34; TP393文件代码：A货号：1004？ 373X（2018）18？ 0045 -04Conception用于电容传感器numériqueXIAOYinghuiAbstract接口电路：一个接口电路被设计用于数字电容式传感器的无源RFID，以减少能量消耗和无源RFID标签的传感器的表面上。于电路，以便在频域中处理传感器的电容值在电路中，一个新的环形振荡器的能耗比传统逆变器低30％？试验结果表明，该电路的线性度和稳定性是好的，芯片仅占据的0.21平方毫米瓦特Ith的是仅0.92毫瓦的低功率消耗的张力小的面积电源，适用于设计无源RFID传感器标签。键词：数字电容传感器;接口电路;无源RFID; CMOS工艺;环形振荡器;标签设计电容式传感器将测量值转换为电容值，然后将电容器两端的电压转换为待测量的参数值。测量方法广泛用于测量压力，加速度和位移等参数[1]。着集成电路制造工艺技术的快速发展，金属氧化物半导体（CMOS）互补电路由于其低功耗（几乎没有静电消耗）而被广泛用于集成电路中。的出现已经导致广泛使用在集成传感器电容式传感器，其可以是与在同一芯片上的其他电路，降低系统成本和提高传感器的检测精度更好地整合。2]射频识别（RFID）使用空间耦合的RF信号进行非接触信息传输和识别[3]，这是一种用于无线电方向的自动识别技术。RFID通常可以分为有源和无源系统，其中无源RFID因其低成本，灵活性和内部电源需求而被广泛使用[4]。着传感器的发展，传感器功能集成到无源RFID标签已成为一种趋势[5]。RFID标签的应用范围已扩大，减少了电路所需的面积和系统成本。时，它还提高了系统的稳定性。于开关电容运算放大器A常规电容式传感器接口电路产生通过电容 – 电压转换器的电压信号正比于传感器电容和参考电容，并且模拟 – 数字转换器之间的差将电压信号转换为数字信号。6？ 8]。管设计电路具有快速操作速度和高分辨率的优点，但使用运算放大器的模数转换器使电路结构复杂化并增加了功耗。了降低功耗，[9×10]文献使用逆变器代替运算放大器，但始终保持高电源电压并且功耗始终大于几μW。[11？如图12所示，根据脉冲调制方法，传感器电容的值在时域中被转换为数字信号。然传感器的电容值可以在很宽的范围内变化，但实现了电路的复杂性通过这种方法很棒。时，电路工作更慢，因此不适合低功率无源电路的设计。了降低功耗和无源RFID传感器标签区域，本文件设计了一种无源RFID数字电容传感器接口电路。采用0.18μmCMOS工艺设计，集成全数字结构，能够处理频域传感器容量值，电路结构简单，功耗低。容式传感器接口电路的结构随着CMOS技术的大小不断减小，恒温阀芯数字集成电路的运行速度不断提高，同时功耗和表面积也大大减少。艺尺寸减小对于模拟IC，除了降噪之外，MOS晶体管的阈值电压也不会降低太多。果，模拟IC设计的输出电压的允许范围显着降低[13]。表明纳米技术之后的电路设计极其困难，尤其是在低电压下。
此基础上，本文将讨论传感器的信号模式，从电压幅度到频域，使电路在低电源电压下工作，以适应低功耗设计。1是本发明设计的数字电容传感器接口电路，由环形振荡器，分频器，多路复用器和计数器组成。形振荡器的功能是将传感器的电容值[Csens]转换为振荡频率[fsens]，以解决振荡器的振荡频率[f0]的问题。仿真环境中很难准确估计环。频器有三个通道，分别为2，4和8，分别对应多路复用器的3个通道，以确保电影实现后电路的功能。统时钟信号CLK控制10位计数器进行计数以计算多路复用器的输出信号的频率，该频率又给出[结束]。
功率环形振荡器的设计环形振荡器的设计结构如图2所示。采用三级逆变器。荡输出频率[fsens]的表达式为：[fsens = IDC0VH-VL]（1）其中：[ID]是逆变器的偏置电流，[VH]和[VL]是高压连接到逆变器。坦和弱，逆变器输出的容量相当于[C0，恒温阀芯] [C0≈Csens]。了降低功耗，环形振荡器一般采用有限电流逆变器，其输出电压接近电源电压和地，这在一定程度上增加了信号的振荡，但由于信号的显着振荡，也会给电路供电。费增加。
了解决这个问题，本文档设计了一个环形振荡器，如图3所示。中，晶体管[M1，M6]构成一个三级限流CMOS反相器，[M7，M9]和[ M10，M12]分别构成电流镜。传统的环形振荡器相比，本文设计的环形振荡器增加了晶体管[MH1]，[MH2]，[ML1]，[ML2]来阻止前两级的输出电压偏差CMOS逆变器。如，在第一步中，当输入信号改变时，逆变器的输出电压从底部变为顶部。着[MH1]的栅极 – 源极电压增加，[VGSH]减小，直到阈值降低，[MH1]增加。
开始减速并进入低于阈值的状态，其工作电流迅速下降，直到输出电压达到[VDD] – [VGSH] – [VDS7];相反地，当从高电平反相器输出电压的变化为低电平，[ML1]经过下阈值状态，直到输出电压达到[VGSL] [VDS10] 。两个反相器的输出电压的振荡减小：[VDD-VGSH VDS7-VGSL VDS10]（2）本文设计的环形振荡器的输出波形如图4所示。4.从图中可以看出，第一个两级CMOS反相器的输出电压振荡从原来的0~1V降低到0.3-0.7V和尺寸振荡也降低了1 V.在0.4 V时，与传统振荡器相比，改进的环形振荡器的功耗降低了近30％。荡器的输出频率[fsens]与传感器电容值[CSENS]，如图5所示。可以在图中看到的交换，在本文中所设计的振荡器环具有更好的线性度。试结果分析图6显示了使用0.18μmCMOS1P6M工艺制造的接口电路湿度传感器芯片。分为两个区域：湿度传感器和接口电路I，II，它们必须调整1 MHz的时钟频率。试设计电路的性能，测试结果如图7所示。口电路的输出在25°C，0°C和60°C下测试每5％湿度变化。试结果表明，本文设计的接口电路在分频比变化时具有良好的线性度和良好的线性度。论为了解决无源RFID传感器标签需求增加，面积和功耗降低的问题，本文设计了一种无源RFID数字电容传感器接口电路。采用0.18μmCMOS工艺设计的完全集成数字架构，在频域处理传感器容量值，然后测试全数字集成电路。试结果表明，线性度和稳定性良好，芯片占位面积小（仅0.21 mm2），功耗低（电源电压为0.92μW）。此，所设计的电路适用于无源RFID传感器标签的设计。
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