[发明专利]温度感知射频标签及利用其来感知温度变化的电路和方法有效
申请号: | 201010241992.9 | 申请日: | 2010-07-30 |
公开(公告)号: | CN102346865A | 公开(公告)日: | 2012-02-08 |
发明(设计)人: | 卢小冬;张海英 | 申请(专利权)人: | 中国科学院微电子研究所 |
主分类号: | G06K19/077 | 分类号: | G06K19/077;G01K5/62 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司 11021 | 代理人: | 周国城 |
地址: | 100029 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 温度 感知 射频 标签 利用 变化 电路 方法 | ||
1.一种温度感知射频标签,该射频标签包括:
射频标签的集成电路,以及
至少一个温度传感器,该温度传感器包括:
带有浮栅的MOS晶体管,该晶体管的浮栅和焊接点金属面相连;
被密封在一个空腔中的双金属温度敏感片,该双金属温度敏感片一端为固定端,与该射频标签的集成电路的“地”信号相连的,另一端为自由端,在空腔中可自由随温度变化弯曲,在特定的温度下该自由端可接触到与浮栅相连的焊接点金属面;
其中,射频标签的集成电路用于检测温度传感器的MOS晶体管的浮栅上是否被注入自由电荷。
2.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中所述焊接点金属面是一个具有钝化层窗口的裸露金属面,该裸露金属面和所述双金属温度敏感片密封在所述空腔中,所述带有浮栅的MOS晶体管的浮栅通过金属连线与所述焊接点金属面相连接。
3.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中所述双金属温度敏感片使用两种或者两种以上热膨胀系数不同的金属材料,随着环境温度不同该双金属温度敏感片将向一边弯曲。
4.根据权利要求3所述的温度感知射频标签,其中所述两种或者两种以上热膨胀系数不同的金属材料为以下之一:铜和银;银和铬;银和金;银和钯;银和锌;银和镍。
5.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中所述密封双金属温度敏感片的空腔使用芯片和/或MEMS传感器的刻蚀方法加工,在刻蚀形成的槽顶部通过硅帽封装得到密闭的腔体。
6.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中所述双金属温度敏感片使用芯片金属层工艺来制作,在去除牺牲层后得到悬臂梁的双金属温度敏感片。
7.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中所述双金属温度敏感片是独立加工的,通过封装的方法与射频标签芯片的地信号焊接点相连,所述双金属温度敏感元件自由端的触点位于与MOS晶体管相连的焊接点金属面的钝化层窗口上方,芯片和双金属温度敏感元件使用LTCC陶瓷被封装成温度传感器。
8.根据权利要求1所述的温度感知射频标签,其中通过调整所述双金属温度敏感片自由端的长度,来控制不同温度下双金属温度敏感片自由变形的最大行程,从而实现MOS晶体管在不同温度下实现浮栅电荷的泄放。
9.一种使用权利要求1至8中任一项所述的温度感知射频标签来感知温度变化的电路,该电路包括:
射频标签的集成电路,包括射频标签模拟前端和射频标签控制器及存贮器,该集成电路通过射频标签模拟前端从阅读器耦合得到能量,以及集成电路工作所需要的低压电源(VDD/地)、时钟(CLK)和IO数据信号;
初始化电路,用于响应于射频标签冷却到指定的保存温度,所述射频标签控制器通过IO数据信号控制该初始化电路使得MOS晶体管的浮栅被注入自由电荷;
浮栅电荷检测电路,用于响应于环境温度变化,射频标签的集成电路通过该浮栅电荷检测电路检测MOS晶体管的浮栅上的自由电荷,如果该自由电荷不存在,则判定该射频标签在保存期间,存在过环境温度超出指定的温度范围的情况。
10.根据权利要求9所述的电路,其中初始化电路包括:
电荷泵电路,用于使用射频标签的集成电路的电源电压VDD经过该电荷泵电路升压得到高压VPP;
电平选择电路,通过选择控制MOS晶体管的控制栅与高压VPP或者射频标签的集成电路的电源电压VDD相连接。
11.根据权利要求9所述的电路,其中浮栅电荷检测电路使用浮栅MOS管阈值电压法或电流比较法检测浮栅电荷。
12.一种使用权利要求1至8中任一项所述的温度感知射频标签来感知温度变化的方法,该方法包括:
射频标签的集成电路从阅读器耦合得到能量,以及集成电路工作所需要的低压电源(VDD/地)、时钟(CLK)和IO数据信号;
响应于射频标签冷却到指定的保存温度,通过射频标签的集成电路的IO数据信号控制使得MOS晶体管的浮栅被注入自由电荷;
响应于环境温度变化,射频标签的集成电路检测MOS晶体管的浮栅上的自由电荷,如果该自由电荷应将不存在,则判定该射频标签在保存期间,存在过环境温度超出指定的温度范围的情况。
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