A front-end for passive and semi-passive uhf rfid sensor nodedesign and characterization

Laburpena

Recientemente la industria ha realizado un gran esfuerzo investigador en la tecnología RFID, tratando de minimizar los costes de fabricación y maximizar el rango de lectura a partir de la optimización del consumo de los tags. Esto ha permitido ir más allá, y añadir a la funcionalidad puramente de identificación otras como la de sensar magnitudes físicas (Temperatura, presión, etc.). El uso de tags RFID puramente pasivos representa una ventaja en coste, además de presentar una autonomía cuasi infinita ya que alimentación del tag depende de una fuente de potencia externa para su funcionamiento. Sin embargo dicha solución muestra restricciones en el rango de lectura y la tasa de datos de las comunicaciones, pero estas limitaciones son aceptables en usos donde la autonomía y el coste son clave. Las soluciones pasivas UHF actuales han mejorado la tasa de datos y el rango de comunicación sobre los dispositivos de LF y HF ya existentes. Además, el despliegue de una solución RFID con sensor sobre infraestructuras RFID ya existentes facilita su implantación. El proyecto de investigación WISEN en el CEIT comenzó hace unos años con el objetivo de desarrollar sistemas de sensores de largo alcance basados en la tecnología UHF RFID pasiva. El proyecto fue enfocado en la aplicación médica, desarrollando un sensor de temperatura CMOS integrado en una etiqueta UHF RFID. Más tarde, como empresa spin-off del CEIT, FARSENS tomó ese know-how para continuar y llevarlo al campo comercial. Debido a la aparición de sensores digitales de ultra bajo consumo, la evolución consistía en incluir los reguladores de tensión y el interfaz digital para alimentar y comunicar los sensores digitales. Así, con un coste reducido final, se persigue realizar un paso adicional hacia una solución más versátil, donde se puede implementar una etiqueta UHF RFID estándar con una amplia gama de sensores comerciales. De este modo se solucionaría el problema de la autonomía de los sensores inalámbricos. En este contexto, el objetivo de este trabajo es el diseño, caracterización e implementación de la parte analógica de una etiqueta UHF RFID a la que se le pueden conectar sensores, alimentada inalámbricamente y con la posibilidad de funcionar con o sin baterías. Dado que se va a contar con un consumo de corriente extra, es necesaria una reducción del mismo en tanto la parte analógica como la digital de la etiqueta. Este trabajo de investigación hace una introducción a la transmisión de potencia inalámbrica, los sistemas RFID y la aparición de la tecnología RFID con sensores. Se presenta una amplia revisión del estado del arte relacionado con sensores RFID y dispositivos de ultra bajo consumo. De las restricciones y especificaciones, se definen la arquitectura y las partes que la componen. El chip analógico ha sido diseñado y fabricado para aplicaciones UHF RFID con sensor en la tecnología 0.35µm CMOS y cumplir con un bajo coste. El chip recoge la potencia externa de RF (a 868MHz) generando las tensiones requeridas y el reloj maestro para la parte digital, EEPROM y sensores externos. Éste está compuesto por el rectificador de RF, el modulador, el demodulador, el generador de corriente, la referencia de voltaje de 1.2V, reguladores de tensión de 1.2V, 1.8V y 2.5V, el oscilador de frecuencia a 2.5MHz, y otros periféricos, con un consumo total de corriente menor de 5µA a 3.0V. Se han caracterizado tanto el conjunto como muchas partes que lo componen obteniendo un número elevado de éxito en una sola fabricación. La parte analógica se ha implementado con la parte digital en una solución UHF RFID con sensor digitales externos alcanzando hasta los 2m de distancia de funcionamiento y siendo compatible con el protocolo EPC C1G2, permitiendo la utilización de lectores UHF RFID estándar.