传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）２０１５年第３４卷第１０期
ＤＯI：１０.１３８７３/J.１０００—９７８７（２０１５）１０—００８６—０４
一种适用无源ＲFIＤ的集成加速度传感器设计*
陈宏1，邓芳明2，3，何怡刚2，吴翔3
（1.华东交通大学轨道交通学院，江西南昌330013；
2.合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009；
3.华东交通大学电子与电气学院，江西南昌330013）
摘要：针对射频识别（RFID）与无线传感器网络（WSNs）融合研究的需要，基于０.３５μm CMOS工艺设计
了一种集成加速度传感器。传感器单元采用从单晶硅衬底的背面进行深反应离子刻蚀工艺，背面刻蚀完
成后再正面对金属和介质复合层进行各向异性刻蚀。集成电容式传感器接口电路基于锁相环原理，将传
感器信号转移到频率域处理，避免了高功耗的A/D转换器的使用，直接完成电容/数字转换。后期测试结
果显示：所设计的集成加速度传感器线性度好，稳定性高，功耗低，适合无源RFID及其它超低功耗应用设
计。
关键词：加速度传感器；射频识别标签；CMOS工艺；接口电路
中图分类号：TP２１２.２ 文献标识码：A文章编号：１０００—９７８７（２０１５）１０—００８６—０４
Ｄｅｓｉgｎｏｆaｎｉｎｔｅgｒaｔｅd aｃｃｅlｅｒaｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｆｏｒｐaｓｓｉｖｅ
ＲFIＤaｐｐlｉｃaｔｉｏｎ*
CHEN Hong１，DENG Fang-ming２，３，HE Yi-gang２，WU Xiang３
（1.ＳｃｈｏｏlｏｆＲaｉlｗayＴｒaｃkｓaｎdＴｒaｎｓｐｏｒｔaｔｉｏｎ，ＥaｓｔCｈｉｎa JｉaｏＴｏｎg Uｎｉｖｅｒｓｉｔy，Ｎaｎｃｈaｎg330013，Cｈｉｎa；
2.ＳｃｈｏｏlｏｆＥlｅｃｔｒｉｃalＥｎgｉｎｅｅｒｉｎg aｎdＡｕｔｏmaｔｉｏｎ，HｅｆｅｉUｎｉｖｅｒｓｉｔyｏｆＴｅｃｈｎｏlｏgy，Hｅｆｅｉ230009，Cｈｉｎa；
3.ＳｃｈｏｏlｏｆＥlｅｃｔｒｉｃal aｎdＥlｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎgｉｎｅｅｒｉｎg，ＥaｓｔCｈｉｎa JｉaｏＴｏｎg Uｎｉｖｅｒｓｉｔy，Ｎaｎｃｈaｎg330013，Cｈｉｎa）
Ａbｓｔｒaｃｔ：Aiming at requirement of integration study of radio frequency identification（RFID）and wireless sensor networks（WSNs）technology，an integrated acceleration sensor is designed based on０.３５μm CMOS process. Sensor unit utilizes deep reactive ion etching procedure on the backside of the monocrystalline silicon substrate，and then employs anisotropic etching on the front side of the metal and dielectric composite layer.The sensor interface circuit is based on phase-locked loop theory，converts sensor signal to frequency domain avoid usage of ADC which has very high power consumption and achieves capacitance to digital conversion directly.The measurement results prove that the proposed acceleration sensor achieves high performance on linearity，stability and power consumption，which is especially suitable for application on passive RFID and other ultra-low power consumption field.
Kｅyｗｏｒdｓ：acceleration sensor；RFID tag；CMOS technology；interface circuit
0 引言
射频识别（RFID）技术是一种非接触的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象获取数据，是当前物联网发展的关键技术。RFID标签按照工作方式可以分为有源标签、半有源标签和无源标签三类，其中，无源RFID标签由于无需内置电池、成本低且使用周期长，更加广泛地被应用于实际生产生活中［１］。无源RFID标签利用标签天线接收RFID阅读器发送的无线信号，并经标签内部的整流器和稳压电路转换为直流电压为后续电路供电。因此，功耗是无源RFID标签最关键的性能指标，它决定了RFID标签的最大工作距离。
电容式加速度传感器具有功率耗散低、灵敏度高、温度效应小、加工工艺不复杂、集成容易等优点，是目前应用很广泛的一种加速度传感器［２］。作为集成电路主流制造工
收稿日期：２０１５—０７—０６
*基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目（５０９２５７２７）；国防科技计划资助项目（C１１２０１１０００４，９１４０A２７０２０２１１DZ５１０２）；教育部科学技术研究重大项目（３１３０１８）；安徽省科技计划重点项目（１３０１０２２０３６）；国家自然科学基金资助项目（５１４６８０２０）；江西省科技厅青年科学基金资助项目（２０１４２BAB２１７００８）；华东交通大学校立科研基金资助项目（１４DQ０８）
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