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降低RFID应答器功耗的设计策略

    基于上面提出的结果,作者目前认为DTMOS是代替肖特基接触,作为UHF RFID应答器整流器件的良好选择。DTMOS的低功耗特性还将有助于减少RFID数字模块的功耗。作者在多媒体大学的研究小组与Silterra(马来西亚)合作,曾参与开发DTMOS UHF RFID应答器IC。第一个项目之一采用Silterra生产工艺完成了带隙参考(BGR)电路的成功设计、生产以及测试。作为RFID应答器IC片内电源一部分的稳定电压参考是重要器件。其产生漏电压(VDD)以及作为应答器数字电路和片内振荡器的稳定电源。精心设计的参考源必须随工艺参数变动、电压和温度的变化而保持稳定,不必在生产过程中做出调整。

    采用CMOS工艺的传统BGR通常使用二极管连接的寄生衬底垂直PNP晶体管或横向PNP晶体管作为二极管器件。典型的带隙设计要求至少几十个微瓦的功耗,并提供大约1.25V的缺省输出电压,其几乎与硅的带隙电压一样,将其外推到0K。

    在UHF RFID IC中可以实现的VDD电源电压在1~1.5V范围内,仅用于优化器件的范围。整流后的RFID数字核心电压VDD小于1V。所以,传统的BGR不适合于RFID应用有两个原因:其高功耗与相对高的参考电压,以及BGR所要求的最小电源电压。图4表示了作者所提出的解决方法—DTMOS BGR。

    

    对器件设计的后端而言,采用通常的版图技术,例如同中心版图和dummy晶体管技术,来确保器件的对称。采用高阻抗多晶硅电阻是由于其在该制程可以选择的电阻中提供了非常好的的电阻系数(Ω/square),可以获得最小的芯片面积。仿真结果是基于Silterra晶圆厂HSPICE模型的。由于DTMOS的特性,漏衬底结有正向偏置的可能。通常,SPICE(HSPICE)模型不能准确预测这一情况下的器件行为。 

     

    图5表示了DTMOS BGR的显微照片。采用安捷伦科技的HP4156B参数分析仪在晶圆探测站上进行全部测量。这些测量通常与仿真是一致的,如表中所示。

    

    B-DTMOS的主要贡献是将用来生产一系列用于UHF RFID应答器数字模块的标准数字单元。B-DTMOS在超低电压条件下提供了良好的数字性能。B-DTMOS与传统的CMOS技术相比具有更低的漏电流和更高的速度,这意味着未来的设计大有希望,尽管新的数字单元将比CMOS消耗更大的芯片面积,这是由于控制电路复杂度的增加。

    此外,DTMOS显示出有望用于RF应用。一些研究人员已经研究了作为代替肖特基接触的整流过程的可能。与需要生产肖特基接触的前处理相比,这在标准CMOS制程中支持低成本产品。继续与Silterra(马来西亚)的研究工作在标准低成本的0.18μm CMOS制程中采用DTMOS来设计UHF RFID应答器IC,目前在调制器和解调器设计中采用了DTMOS结构。

   

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