專利名稱：溫度感知射頻標(biāo)簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度測量和射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度感知射頻標(biāo)簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法。
背景技術(shù)：
與普通的條形碼相比，射頻標(biāo)簽(RF Tag)具有訪問速度高、可并行批量訪問，雙向數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀寫等很多優(yōu)點(diǎn)。因此，射頻標(biāo)簽已經(jīng)被廣泛用于各種物品的識(shí)別。根據(jù)射頻標(biāo)簽有無電池供電，射頻標(biāo)簽又可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽兩種，無源標(biāo)簽只有在閱讀器進(jìn)行識(shí)別的過程中才能工作。對(duì)于一些特殊的物品在傳輸過程中，需要使用保溫箱或者類似的保溫裝置來確保運(yùn)輸?shù)奈锲吩趥鬏斶^程中處于合適的溫度氛圍，比如，血液產(chǎn)品和血液制品、疫苗、冷藏食品等等，并且需要箱內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定的溫度，防止箱內(nèi)物品因?yàn)闇囟茸兓^大而發(fā)生質(zhì)變。 對(duì)于這樣的物品，在物品序列號(hào)識(shí)別的過程中，還希望能同時(shí)獲取并物品保存的環(huán)境溫度 fn息ο一般來說，這樣的保溫箱內(nèi)部裝有至少一個(gè)物品，對(duì)于箱內(nèi)的物品個(gè)體，比如血液產(chǎn)品的單個(gè)包裝，現(xiàn)有技術(shù)中，可以使用射頻標(biāo)簽，在不打開保溫箱的前提下，能夠快速檢查保溫箱內(nèi)物品個(gè)體的編號(hào)、數(shù)量、種類等信息。通過在保溫箱體上加裝現(xiàn)有的溫度測量和記錄裝置，也可以記錄、保存和顯示物品保溫儲(chǔ)存過程中的溫度信息，從而實(shí)現(xiàn)物品存儲(chǔ)運(yùn)輸過程中的溫度監(jiān)管。但是，這樣的獲得溫度信息一方面自動(dòng)化程度低，另一方面需要額外配置溫度讀出和傳輸裝置，將溫度信息傳輸?shù)缴漕l標(biāo)簽物品識(shí)別的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。更一般的情形，在很多需要監(jiān)控物品保存過程中環(huán)境溫度信息的場合，并不需要采用電池供電的溫度實(shí)時(shí)測量和監(jiān)控系統(tǒng)全程測量和記錄環(huán)境溫度信息，只需要識(shí)別在物品保存過程中，檢測到物品所處的環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，對(duì)于在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的物品報(bào)廢處理即可。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種溫度感知射頻標(biāo)簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法，以能夠在射頻標(biāo)簽沒有閱讀器供電的情況下全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，保證在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的物品能夠被識(shí)別出來并作進(jìn)一步處理，保證物品存儲(chǔ)的質(zhì)量。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種溫度感知射頻標(biāo)簽，該射頻標(biāo)簽包括射頻標(biāo)簽的集成電路，以及至少一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器包括
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帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(diǎn)(PAD)金屬面相連；被密封在一個(gè)空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端， 與該射頻標(biāo)簽的集成電路的“地”信號(hào)相連的，另一端為自由端，在空腔中可自由隨溫度變化彎曲，在特定的溫度下該自由端可接觸到與浮柵相連的焊接點(diǎn)金屬面；其中，射頻標(biāo)簽的集成電路用于檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。上述方案中，所述焊接點(diǎn)金屬面是一個(gè)具有鈍化層窗口的裸露金屬面，該裸露金屬面和所述雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中，所述帶有浮柵的MOS晶體管的浮柵通過金屬連線與所述焊接點(diǎn)金屬面相連接。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片使用兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料，隨著環(huán)境溫度不同該雙金屬溫度敏感片將向一邊彎曲。上述方案中，所述兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料為以下之一銅和銀；銀和鉻；銀和金；銀和鈀；銀和鋅；銀和鎳。上述方案中，所述密封雙金屬溫度敏感片的空腔使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬溫度敏感片。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片是獨(dú)立加工的，通過封裝的方法與射頻標(biāo)簽芯片的地信號(hào)焊接點(diǎn)相連，所述雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點(diǎn)位于與MOS晶體管相連的焊接點(diǎn)金屬面的鈍化層窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件使用LTCC陶瓷被封裝成溫度傳感器。上述方案中，通過調(diào)整所述雙金屬溫度敏感片自由端的長度，來控制不同溫度下雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而實(shí)現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實(shí)現(xiàn)浮柵電荷的泄放。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用溫度感知射頻標(biāo)簽來感知溫度變化的電路，該電路包括射頻標(biāo)簽的集成電路，包括射頻標(biāo)簽?zāi)M前端和射頻標(biāo)簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標(biāo)簽?zāi)M前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；初始化電路，用于響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，所述射頻標(biāo)簽控制器通過IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。上述方案中，初始化電路包括電荷泵電路，用于使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；電平選擇電路，通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD相連接。
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上述方案中，浮柵電荷檢測電路使用浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用溫度感知射頻標(biāo)簽來感知溫度變化的方法，該方法包括射頻標(biāo)簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標(biāo)簽的集成電路的IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應(yīng)將不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。上述方案中，射頻標(biāo)簽的集成電路通過IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD相連。上述方案中，射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過浮柵 MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。(三)有益效果本發(fā)明提供的溫度感知射頻標(biāo)簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法，能夠在射頻標(biāo)簽沒有閱讀器供電的情況下全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，從而保證了在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的物品能夠被識(shí)別出來并作進(jìn)一步處理，保證了物品存儲(chǔ)的質(zhì)量。


通過對(duì)附圖中本發(fā)明示例實(shí)施例方式的更詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述、以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表本發(fā)明示例實(shí)施例方式中的相同部件。圖1示出了典型的帶MOS晶體管；圖2表示了 MOS晶體管浮柵加載電子過程；圖3表示了電子的電學(xué)方法擦除的過程；圖4示意性地示出了一種浮柵自由電荷檢測電路；圖5示出了本發(fā)明的射頻標(biāo)簽的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)；圖6示出了采用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工出的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)；圖7示出了獨(dú)立雙金屬敏感元件和MOS晶體管/標(biāo)簽芯片的封裝形成的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)；圖8示出了環(huán)境溫度變化時(shí)溫度傳感器的改變；圖9示出了上述溫度感知射頻標(biāo)簽感知溫度的電路結(jié)構(gòu)；圖10示出了初始化電路組成；
圖Ila和圖lib示出了兩種電平選擇電路；圖12a和圖12b分別示出了兩種浮柵電荷檢測電路；以及圖13示出了溫度感知射頻標(biāo)簽測量溫度變化的方法流程。
具體實(shí)施例方式將參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以各種形式實(shí)現(xiàn)而不應(yīng)該理解為被這里闡述的實(shí)施例所限制。 相反，提供這些實(shí)施例是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且，完全將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。對(duì)于特殊物品在保存過程中的溫度歷史，可以通過在射頻標(biāo)簽上集成半導(dǎo)體溫度傳感器，將測量電路輸出的對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度的電信號(hào)數(shù)字化，利用射頻標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)私有的擴(kuò)展命令將數(shù)字化的溫度信息傳輸給射頻標(biāo)簽閱讀器系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)在物品識(shí)別的同時(shí)獲取物品存儲(chǔ)的溫度信息。但是，上述帶有溫度測量功能的溫度標(biāo)簽在這些物品標(biāo)識(shí)和溫度測量應(yīng)用中有如下問題1.如果使用沒有電池的無源標(biāo)簽，由于射頻標(biāo)簽上的電路只有在閱讀器訪問的時(shí)候才能工作，因此，除非閱讀器始終在訪問射頻標(biāo)簽，否則，不可能檢測到物品存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過程中的環(huán)境溫度超出許可的情況；2.如果使用帶電池的有源標(biāo)簽，雖然可以實(shí)現(xiàn)全過程的物品保存溫度環(huán)境，但是有源標(biāo)簽的價(jià)格較高，會(huì)對(duì)物品的成本帶來很大的影響；并且標(biāo)簽的電池還可能污染環(huán)境和物品。在很多實(shí)際應(yīng)用中，只需要監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，對(duì)于在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的物品報(bào)廢處理即可，而不需要記錄全程的溫度細(xì)節(jié)。因此，需要一種低成本的射頻標(biāo)簽，在沒有閱讀器為射頻標(biāo)簽電路供電的情況下也能夠全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可范圍的情況，從而保證在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標(biāo)準(zhǔn)的物品能夠被識(shí)別出來作進(jìn)一步處理，保證物品的質(zhì)量。本發(fā)明需要利用浮柵技術(shù)。首先對(duì)該技術(shù)作簡要介紹。帶有浮柵的MOS晶體管廣泛用于電可改寫存儲(chǔ)器，比如=EEPROM和Flash存儲(chǔ)器。圖1示出了典型的帶MOS晶體管， 該晶體管具有兩個(gè)柵(Gate)，一個(gè)是控制柵(CG)，另一個(gè)稱為浮柵(Floating Gate, FG) 0 這種器件的浮柵不帶電荷的時(shí)候，在控制柵加電壓則浮柵中的電子跑到浮柵的靠近控制柵的一側(cè)，另一側(cè)出現(xiàn)空穴。由于感應(yīng)，便會(huì)吸引電子并開啟MOS晶體管的溝道。圖2表示了 MOS晶體管浮柵加載電子過程。具體來說，在漏極(D)加電壓，在溝道電場EL的作用下，電子從源極⑶流向漏極⑶；當(dāng)控制柵(CG)和地之間加IOV以上的電壓時(shí)，在柵_(tái)襯底電場ET的作用下，當(dāng)EL的場強(qiáng)大于lOOkV/cm的時(shí)候，源、漏的溝道電子能躍過浮柵(TO)下方的SiO2的勢(shì)壘，注入到浮柵中，這個(gè)過程也稱為熱電子注入(Hot Electron Ejection)。在沒有別的外力的情況下，電子會(huì)很好的保持在浮柵上。如果浮柵上有自由電子的時(shí)候，由于自由電子電場的影響，這時(shí)候晶體管的開啟電壓就會(huì)變大，開啟
η, _ Δβ
電壓的變化等于八「= T^伏，其中Δ Q為浮柵(FG)的自由電荷，Crfg為控制柵(CG)和浮
^Cfg
柵(re)之間的電容。換句話說，在控制柵(CG)上施加正常的導(dǎo)通電壓(例如，ι伏)信號(hào)，
7不能使晶體管的漏、源導(dǎo)通，或者漏、源的導(dǎo)通電流變小，根據(jù)這個(gè)變化可以檢測浮柵晶體管的浮柵(FG)有無自由電荷。圖3表示了電子的電學(xué)方法擦除的過程，對(duì)于浮柵(re)有自由電荷的浮柵晶體管，將漏極⑶懸空，源極⑶施加正電源，比如5V電壓，在控制柵(CG)施加負(fù)電源，比如-8V的電壓，當(dāng)電場ET的場強(qiáng)達(dá)到8 lOMV/cm的時(shí)候，浮柵(TO)的自由電荷會(huì)通過 Fowler-Nordheim Tunneling效應(yīng)回至Ij襯底，如圖3所示。對(duì)于確定的設(shè)計(jì)，選擇合適的參考電流Iref，通過比較器C比較浮柵MOS管的漏、 源電流Ic和參考電源Iref的大小，則可以通過比較器的輸出電壓Out來檢測浮柵MOS管的浮柵是否帶有自由電荷，圖4示意性地示出了一種浮柵自由電荷檢測電路。本發(fā)明利用了上述MOS晶體管的工作原理，提供了一種溫度感知射頻標(biāo)簽和使用該射頻標(biāo)簽測量記錄溫度變化的方法。該射頻標(biāo)簽是可重復(fù)使用的。圖5示出了本發(fā)明的射頻標(biāo)簽的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖5，該射頻標(biāo)簽包括射頻標(biāo)簽的集成電路；以及至少一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(diǎn)(PAD)金屬面相連；被密封在一個(gè)空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端， 與該射頻標(biāo)簽的集成電路的“地”信號(hào)相連的，雙金屬溫度敏感片的另一端為自由端，在空腔中可以自由隨溫度變化彎曲；并且在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的 PAD金屬面，其中，射頻標(biāo)簽的集成電路可檢測MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。優(yōu)選地，MOS晶體管的浮柵通過金屬連線和PAD金屬面相連，該P(yáng)AD金屬面是一個(gè)具有鈍化層窗口的裸露金屬面。裸露的金屬面和雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中。與 MOS晶體管的浮柵相連的PAD可以不必是芯片嚴(yán)格意義上信號(hào)PAD，可以是一段大小合適的金屬引線；所謂大小合適，是說金屬引線的面積要和雙金屬熱元件的接觸端點(diǎn)的大小相適應(yīng)。本發(fā)明溫度傳感器的雙金屬熱敏元件使用兩種或者兩種以上的金屬，比如銅和銀，銀和鉻，銀和金，銀和鈀，銀和鋅，銀和鎳等面復(fù)、條復(fù)、多條復(fù)等熱敏元件，這種材料由于組成的材料熱膨脹系數(shù)不同，因而隨著環(huán)境溫度不同會(huì)向一邊彎曲，由于歷史原因，這一類材料通常被稱為雙金屬熱敏元件；雙金屬熱敏元件和PAD密封在腔體中。雙金屬熱元件可以使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬熱敏元件；本發(fā)明溫度傳感器的密封腔體也可以使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體，圖6示出了采用芯片和/或MEMS 傳感器的刻蝕方法加工出的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)。還可以使用其他加工方法得到該標(biāo)簽溫度傳感器，例如，圖7示出了獨(dú)立雙金屬敏感元件和MOS晶體管/標(biāo)簽芯片的封裝形成的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖7，雙金屬溫度敏感元件是獨(dú)立加工的，通過封裝的方法和射頻標(biāo)簽芯片的地PAD相連，雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點(diǎn)位于MOS晶體管相連的PAD窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件可以使用LTCC陶瓷封裝成標(biāo)簽溫度傳感器系統(tǒng)。MOS晶體管中，簡言之，如果浮柵上有自由電子的時(shí)候，MOS晶體管的漏、源導(dǎo)通；
8浮柵上沒有自由電子的時(shí)候，MOS晶體管的漏、源不導(dǎo)通?，F(xiàn)有技術(shù)中，浮柵上的電荷可通過以下兩種方法得以去除，使得浮柵上沒有自由電子(1)通過紫外線長時(shí)間的照射。當(dāng)紫外線照射時(shí)，浮柵上的電子形成光電流而泄放。(2)通過在漏、控制柵之間加一大電壓，即前面所說的Fowler-Nordheim Tunneling效應(yīng)，將電子從浮柵拉回到襯底中，從而實(shí)現(xiàn)浮柵電荷的去除。而本發(fā)明浮柵電荷的去除方法為上述雙金屬溫度敏感片在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的PAD金屬面，就使得浮柵上的電子和芯片的地信號(hào)形成回路，電荷就被放掉了。圖8示出了環(huán)境溫度變化時(shí)溫度傳感器的改變，如圖8所示，在感知溫度變化過程中，響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，雙金屬溫度敏感片由于兩側(cè)的膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生彎曲。如果標(biāo)簽和物品的存儲(chǔ)溫度始終低于雙金屬溫度敏感元件彎曲接觸浮柵PAD必須的溫度，雙金屬溫度敏感片彎曲不大，雙金屬溫度敏感片自由端的觸點(diǎn)不能接觸到與浮柵相連PAD的金屬， 則浮柵的電荷會(huì)繼續(xù)保持；如果標(biāo)簽和物品的存儲(chǔ)溫度上升并且超過了雙金屬溫度敏感元件彎曲接觸浮柵PAD的溫度，雙金屬溫度敏感片彎曲很大到一定程度，雙金屬溫度敏感片自由端的觸點(diǎn)接觸到與浮柵相連PAD的金屬，則浮柵的電荷通過溫度敏感雙金屬連通的地回路泄放掉，因此，通過使用電路檢測浮柵上是否保持電荷就能確定該射頻標(biāo)簽在保存期間，是否存在過環(huán)境溫度超出許可的情況。通過調(diào)整雙金屬溫度敏感片的材料和/或雙金屬溫度敏感片自由端的長度，控制不同溫度下，雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而可以實(shí)現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實(shí)現(xiàn)浮柵電荷的泄放。下面詳細(xì)描述該溫度傳感器的電路動(dòng)態(tài)工作流程該溫度傳感器的動(dòng)態(tài)工作流程包括兩個(gè)過程，初始化過程和感知溫度變化過程，圖9示出了上述溫度感知射頻標(biāo)簽感知溫度的電路結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖9，該電路包括射頻標(biāo)簽的集成電路，包括射頻標(biāo)簽?zāi)M前端和射頻標(biāo)簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標(biāo)簽?zāi)M前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；初始化電路，用于響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，射頻標(biāo)簽的集成電路的射頻標(biāo)簽控制器通過IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應(yīng)將不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出許可的情況。圖10示出了初始化電路組成，根據(jù)圖10，初始化電路具體包括電荷泵電路和點(diǎn)平選擇電路，電荷泵電路用于使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；而電平選擇電路通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD相連。圖Ila和圖lib示出了兩種電平選擇電路。INVl和INV2為低壓反相器，IMl和MPl為低壓NMOS和PMOS管，在VDD低壓電源下工作；MP2和MP3為高壓PMOS管，能夠承受VPP高壓電源。對(duì)于圖11a，當(dāng)電平控制為“高” 的時(shí)候MPl關(guān)閉，MP2和MP3開啟，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VPP高壓；當(dāng)電平控制為“低”的時(shí)候， MP2和MP3關(guān)閉，MPl開啟，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VDD低。圖lib實(shí)現(xiàn)的控制正好相反電平控制為“高”的時(shí)候，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VDD電平；反之輸出VPP高電平。當(dāng)傳感器初始化完成后，浮柵和PAD上具有電荷。當(dāng)雙金屬溫度敏感片自由端的觸點(diǎn)遠(yuǎn)離PAD金屬層的時(shí)候，浮柵和PAD的電荷被保持，因而MOS晶體管具有較大的閾值 (或開啟)電壓。浮柵電荷檢測電路也有多種實(shí)施方式，圖12a和圖12b分別示出了兩種浮柵電荷檢測電路，圖12a浮柵MOS管閾值電壓法的浮柵電荷檢測電路，在該電路中，浮柵有自由電荷的時(shí)候，浮柵MOS管不導(dǎo)通，Vout輸出低；反之，Vout輸出高，通過檢測Vout的高低可以得到浮柵上是否有自由電荷。圖12b是一種電流比較法的浮柵電荷檢測電路，在該電路中， 使用和傳感器浮柵MOS管相同的器件作參考電流支路，該器件不做初始化，浮柵上永遠(yuǎn)不會(huì)有自由電荷，這是衡量傳感器浮柵MOS器件漏、源電流是否受浮柵自由電荷影響的精密方法。因此，在同樣的條件下，如果傳感器用的浮柵器件的漏源電源和參考浮柵器件的電流不同，也就是比較器輸出Vout不為零，則表示傳感器浮柵MOS管的浮柵存在自由電荷，物品的存儲(chǔ)溫度條件沒有遭到破壞；反之，則表示傳感器浮柵MOS管的浮柵沒有自由電荷，物品的存儲(chǔ)溫度條件發(fā)生了變化。因此，上述溫度感知射頻標(biāo)簽測量溫度變化的方法流程如圖13所示。根據(jù)圖13， 在步驟S1301，射頻標(biāo)簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；在步驟S1302，響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標(biāo)簽的集成電路的IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；在步驟S1303，響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應(yīng)將不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。在一種實(shí)施方式中，射頻標(biāo)簽的集成電路通過IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD相連。在一種實(shí)施方式中，射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過以下電路方式之一檢測浮柵電荷浮柵MOS管閾值電壓法的浮柵電荷檢測電路；或者電流比較法的浮柵電荷檢測電路。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1.一種溫度感知射頻標(biāo)簽，該射頻標(biāo)簽包括射頻標(biāo)簽的集成電路，以及至少一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(diǎn)金屬面相連；被密封在一個(gè)空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端，與該射頻標(biāo)簽的集成電路的“地”信號(hào)相連的，另一端為自由端，在空腔中可自由隨溫度變化彎曲，在特定的溫度下該自由端可接觸到與浮柵相連的焊接點(diǎn)金屬面；其中，射頻標(biāo)簽的集成電路用于檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述焊接點(diǎn)金屬面是一個(gè)具有鈍化層窗口的裸露金屬面，該裸露金屬面和所述雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中，所述帶有浮柵的MOS晶體管的浮柵通過金屬連線與所述焊接點(diǎn)金屬面相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述雙金屬溫度敏感片使用兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料，隨著環(huán)境溫度不同該雙金屬溫度敏感片將向一邊彎曲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料為以下之一銅和銀；銀和鉻；銀和金；銀和鈀；銀和鋅；銀和鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述密封雙金屬溫度敏感片的空腔使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述雙金屬溫度敏感片使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬溫度敏感片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中所述雙金屬溫度敏感片是獨(dú)立加工的，通過封裝的方法與射頻標(biāo)簽芯片的地信號(hào)焊接點(diǎn)相連，所述雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點(diǎn)位于與MOS晶體管相連的焊接點(diǎn)金屬面的鈍化層窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件使用LTCC陶瓷被封裝成溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感知射頻標(biāo)簽，其中通過調(diào)整所述雙金屬溫度敏感片自由端的長度，來控制不同溫度下雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而實(shí)現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實(shí)現(xiàn)浮柵電荷的泄放。
9.一種使用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的溫度感知射頻標(biāo)簽來感知溫度變化的電路，該電路包括射頻標(biāo)簽的集成電路，包括射頻標(biāo)簽?zāi)M前端和射頻標(biāo)簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標(biāo)簽?zāi)M前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源 (VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；初始化電路，用于響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，所述射頻標(biāo)簽控制器通過 IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中初始化電路包括電荷泵電路，用于使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；電平選擇電路，通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中浮柵電荷檢測電路使用浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。
12.一種使用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的溫度感知射頻標(biāo)簽來感知溫度變化的方法，該方法包括射頻標(biāo)簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源 (VDD/地)、時(shí)鐘(CLK)和IO數(shù)據(jù)信號(hào)；響應(yīng)于射頻標(biāo)簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標(biāo)簽的集成電路的IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；響應(yīng)于環(huán)境溫度變化，射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應(yīng)將不存在，則判定該射頻標(biāo)簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中射頻標(biāo)簽的集成電路通過IO數(shù)據(jù)信號(hào)控制使得 MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓VDD經(jīng)過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標(biāo)簽的集成電路的電源電壓 VDD相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中射頻標(biāo)簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度感知射頻標(biāo)簽以及該溫度感知射頻標(biāo)簽感知溫度的電路和方法，該射頻標(biāo)簽包括射頻標(biāo)簽的集成電路，以及至少一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(diǎn)金屬面相連；被密封在一個(gè)空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端，與該射頻標(biāo)簽的集成電路的“地”信號(hào)相連的，雙金屬溫度敏感片的另一端為自由端，在空腔中可以自由隨溫度變化彎曲；并且在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的焊接點(diǎn)金屬面；其中，射頻標(biāo)簽的集成電路可檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。
文檔編號(hào)G01K5/62GK102346865SQ20101024199
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者盧小冬, 張海英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所