【摘 要】
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当前,随着5G时代的即将来临和物联网的蓬勃发展,NFC技术在各个领域得到了迅速发展,其中的应用之一就是将NFC技术和传感器技术相结合,实现对一些常见物理量的监测。电阻式传感器便是此类传感器之一。本文设计了基于NFC的电阻式传感器接口读出电路。针对NFC电路的成本、功耗等约束,完成了符合ISO14443协议标准的13.56MHz无源标签芯片模拟前端电路和电阻式传感器读出电路设计。为了给标签芯片提供参
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当前,随着5G时代的即将来临和物联网的蓬勃发展,NFC技术在各个领域得到了迅速发展,其中的应用之一就是将NFC技术和传感器技术相结合,实现对一些常见物理量的监测。电阻式传感器便是此类传感器之一。本文设计了基于NFC的电阻式传感器接口读出电路。针对NFC电路的成本、功耗等约束,完成了符合ISO14443协议标准的13.56MHz无源标签芯片模拟前端电路和电阻式传感器读出电路设计。为了给标签芯片提供参考电压,设计了低功耗低温漂的基准电路,该电路由纳安电流基准电路,BJT管和PTAT电压组成,该电路避免了电阻的使用,仅仅包含MOS管和一个BJT管。在SMIC 0.18μm工艺下的仿真结果表明,该带隙基准电路可以产生0.5V的基准电压,功耗为120nW,温度系数为72ppm/℃为了给芯片的数字基带提供连续而稳定的时钟,采用了基于锁相环的时钟电路,该电路可以产生连续的13.56MHz时钟信号,并且时钟偏差为115KHz,功耗为5.6μW。为了实现对输入射频信号的高效整流,采用了阈值补偿的NMOS和PMOS栅极交叉耦合整流电路,在输入电压为3V、13.56MHz,负载为100KΩ时,得到的输出电压为2.47V,电压纹波为4.7mV,转换效率为85.1%;为了得到稳定的电源电压,采用了超级源跟随器结构的LDO;还设计了上电复位电路和解调调制电路,从而完成了整个NFC模拟前端电路的设计。最后设计了电阻式传感器读出电路,将电阻的阻值转换为可被数字电路处理的频率信号。在电路中,使用内部压控振荡器来控制开关电容电路,使开关电容的等效电阻等于传感器的电阻。该设计从内部VCO中获得了温度补偿的频率,消除了传统振荡环路中的比较器。在SMIC 0.18μm工艺下,仿真结果表明,当温度从-40℃变化到80℃时,频率的变化率仅仅为1.2‰,最小的可测电阻阻值为50Ω,电阻的变化范围为1MΩ~1.2MΩ。该读出电路在振荡频率为200KHz时的功耗为20.1μW。本文所有的电路均在SMIC 0.18μm工艺下设计和仿真验证,仿真结果显示,设计满足预期要求。
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