Design of a low-power temperature sensor for passive rfid sensors

Resum

RFID (Radio Frequency IDentification) es una tecnología de comunicación inalámbrica que permite a los usuarios identificar objetos previamente marcados. Su contexto de aplicación está en pleno crecimiento debido al hecho de que existen muchas aplicaciones que requieren un medio inalámbrico de comunicación de datos e identificación de objetos con chips muy pequeños y de muy bajo consumo eléctrico. Por otro lado la sensorización de magnitudes físicas ha sido siempre un campo de investigación importante. Por ello, la posibilidad de marcar objetos y sensorizar sus variables físicas al mismo tiempo empleando un chip pasivo es un objetivo tecnológico de alto valor. No obstante, no existe actualmente una investigación significativa que conduzca a la búsqueda de unir ambos campos (identificación y sensorización), es decir, la búsqueda de un tag RFID pasivo (sin batería) de larga distancia capaz de identificar objetos y medir variables físicas en ellos. Por lo tanto, este trabajo de investigación nace del deseo de investigar e implementar tales dispositivos. Igualmente, se desconoce la existencia de tales dispositivos en el Mercado. La potencia disponible para alimentar tags RFID pasivos es siempre muy baja, de ahí que la alimentación de un tag que no sólo identifique sino que incorpore un sensor es un verdadero problema. Los consumos típicos de sensores electrónicos integrados están un orden de magnitud por encima de la potencia disponible en un tag RFID. Es por ello que un dispositivo RFID pasivo identificador y sensor supondría una ruptura en el actual estado del arte de la tecnología RFID. El objetivo de este trabajo de investigación es diseñar un sensor de temperatura integrado de ultra bajo consumo para que pueda ser válida su integración en un tag RFID pasivo. Se contempla que dicho sensor RFID sea empleado en 2 aplicaciones: una biomédica y una industrial (sector de la máquina herramienta). En ambas aplicaciones, el sensor de temperatura integrado es el elemento clave del sistema completo. Será diseñado en conjunto con el front-end analógico y el subsistema digital del tag RFID. Los interfaces entre estos 3 elementos serán diseñados detenidamente y se satisfacerán las exigentes restricciones de consumo en potencia. Este ambicioso objetivo ha sido conseguido con éxito alcanzando las siguientes prestaciones para los dos sensores de temperatura fabricados. En el sensor biomédico, se ha obtenido una resolución termal de 0,035 ºC de 35 a 45 ºC y un error de calibración de ±0,1 ºC con un consumo de sólo 30 nW (a una tasa de muestreo de 2 muestras/s) en un área activa de chip de 0,084 mm². Para el sensor industrial, se ha obtenido una resolución de 0,1 ºC de 0 a 100 ºC y un error de ±0,2 ºC con un consumo de 0,35 µW (2 muestras/s) en un área activa de chip de 0,12 mm².