Diese Dissertation stellt die Methodik und die Implementierung eines vollständig passiven RFID SoC mit Temperatursensor zur Reduzierung von Versorgungsrauschen für eine hochgenaue drahtlose Temperaturmessung vor. Die Analyse der modernen eigenständigen Temperatursensoren und der drahtlosen RFID Temperatursensoren zeigt eine Design Herausforderung, dass die RFID Sensoren aufgrund der RFID Kommunikation erheblich unter dem Versorgungsrauschen leiden. Um die Sensorgenauigkeit zu verbessern, ohne zu viele Kompromisse einzugehen, stellt diese Dissertation die folgenden wissenschaftlichen Beiträge vor. Zuerst wird ein Zeitdomain Niederspannungs Niederleistungs Temperatursensor vorgeschlagen, um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, ohne einen hochkomplexen Sigma Delta ADC mit niedriger Abtastrate zu verwenden. Darüber hinaus wird die Methodik zur Analyse von Versorgungsrauschen für die Erzeugung, Verstärkung und Digitalisierung des Versorgungsrauschens entwickelt. Die Analyseergebnisse zeigen, dass das Versorgungsrauschen über ein breites Frequenzspektrum verteilt ist, während das Rauschen im Kommunikationsfrequenzband durch das Power Management Unit verstärkt wird. Für die Analyse der Rauschdigitalisierung erreicht dieser vorgeschlagene Temperatursensor die beste DC Versorgungsempfindlichkeit seiner Klasse, während er noch unter Wechselstromwelligkeit leidet. Daher wird das durch die RFID Kommunikation erzeugte Versorgungsrauschen die Sensorleistung erheblich beeinflussen. Die abschließende Optimierung auf Systemebene wird durch die Einführung eines seriellen Auslesekommandos erreicht, das das Versorgungsrauschen für die Sensorauslesung deutlich reduziert. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass dieser vorgeschlagene RFID Temperatursensor die Genauigkeit von ±0.4 °C (3 sigma) von 0 °C bis 125 °C erreicht. Die ist höchste Genauigkeit mit dem größten Arbeitsbereich im Vergleich zu den derzeit berichteten modernen RFID Temperatursensoren. Der neue RFID Befehl verbessert die Auflösung dieses RFID Temperatursensors um den Faktor 16.
This dissertation presents the methodology and implementation of a fully passive RFID SoC with temperature sensor to reduce supply noise for high accurate wireless temperature measurement. The analysis of the state-of-the-art stand-alone temperature sensors and the RFID wireless temperature sensors reveals a design challenge that the RFID sensors suffer significantly from the supply noise, due to the RFID communication. In order to improve sensor accuracy without making too many compromises, this dissertation presents the following scientific contributions. First, a time-domain low-voltage low-power temperature sensor is proposed to achieve high accuracy without using a highly complex Sigma Delta ADC with low sampling rate. In addition, the methodology for the analysis of supply noise is developed for the generation, the amplification and the digitization of the supply noise. The analysis results show that the supply noise is distributed over a wide frequency spectrum, while the noise in the communication frequency band is amplified by the power management unit. For the analysis of noise digitization by the sensors, this proposed temperature sensor achieves the best-in-class DC supply sensitivity while it still suffers from AC ripple. Therefore, the supply noise generated by RFID communication will significantly affect the sensor performance. The final optimization at system level is achieved by introducing a serial readout command that significantly reduces the supply noise for the sensor readout. The experimental results show that this proposed RFID temperature sensor achieves ±0.4 °C (3 sigma) from 0 °C to 125 °C, which is the highest accuracy with the largest operational range compared to the currently reported state-of-the-art RFID temperature sensors. The new RFID command improves the resolution of this RFID temperature sensor by a factor of 16.