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研究生:郭鎮華
研究生(外文):Chen Hua kuo
論文名稱:應用於生醫之RFID的光強度與位置感測器研製
論文名稱(外文):The optical intensity and position detector of RFID for medical electronics
指導教授:馮武雄馮武雄引用關係
指導教授(外文):W. S. Feng
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電子工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:74
中文關鍵詞:光感測
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RFID應用於物流、人員管理、自動收費,即時環境監測,提高了管理效率以及精確性。除此之外,近年來RFID也廣泛的在醫院中使用,包含追蹤病患和醫療藥品的所在位置,更提供了即時的醫療照護。
在本論文中,設計了感光震盪器以及光強度與光位置感測晶片。把2.4GHz的RF訊號經由倍壓電路,再透過整流電路得到輸出1V的穩定電壓,提供感測和控制電路使用,所有電路設計均使用單位面積為35um×35um的感光二極體元件。
在光強度電路設計中,利用感光二極體做電壓放電,透過設計的電路,最後以100MHz的訊號送出感測結果。光位置感測電路設計,利用感光二極體的陣列排列輔以電路來做光位置的判斷。感光震盪器則是使用一傳統之環形震盪器,以感光二極體去加以修改,最後由其震盪頻率的變化來表示光的強弱。
晶片研製是由財團法人國家實驗研究院晶片系統設計中心贊助,使用台灣積體電路公司0.18μm 1P6M 1.8V混合訊號互補式金屬氧化半導體製程完成,晶片之面積分別為1.3×0.8 mm2和0.7×0.4 mm2。量測到的感光元件照光之電壓變化大約為0.5V,並且得知照光強度和位置。
RFID has been extensively applied in the material distribution, personnel management, automatic toll, and immediately environmental surveillance so as to enhance the management efficiency and accuracy. Besides, RFIDs are also applied in the hospital in recent years, that contains the patient tracing and the medical drugs manipulation, as well as provides the immediately medical service.
This thesis investigates the optical intensity detectors, position tracking sensors and optical sensitivity oscillators. The receiving 2.4GHz signal passes through the voltage multiplier circuit and rectifier circuit to generate a 1.0V DC voltage. This provides the bias voltage for the detectors and control circuits. The photodiode size of 35um×35um is used for whole circuit designs.
In the optical intensity circuit design, we use the photodiode to discharge voltage and obtain the result of 100MHz signal by the sensing circuit. In the optical position circuit design, we use the photodiode array to differentiate the object position. The optical intensity oscillator uses a conventional ring oscillator as improved by photodiode. Finally, the optical intensity can be obtained by adjustment of the oscillator frequency.
The proposed chips with a die area of 1.3×0.8 mm2 and 0.7×0.4 mm2, are fabricated by National Chip Implementation Center (CIC), accomplished by using Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) 0.18μm 1P6M 1.8V mixed‐signal CMOS process. The voltage variation of photodiode about 0.5V and obtains optical intensity and position from measurement.
目錄
指導教授推薦書
口試委員審定書
圖書館授權書............................................iii
致謝.....................................................iv
中文摘要..................................................v
英文摘要.................................................vi
目錄....................................................vii
圖目錄....................................................x
表目錄...................................................xv
第一章 序論
1-1 研究動機與背景...................................1
1-2 論文架構.........................................2
第二章 無線射頻識別系統
2-1 RFID系統簡介....................................3
2-1.1 系統架構.....................................3
2-1.2 射頻識別系統之標籤分類.......................4
2-1.3 射頻識別系統標籤工作原理.....................5
2-1.4 射頻識別系統的應用...........................9
2-2 光感測元件......................................10
2-2.1 簡介........................................10
2-2.2 光電與光感元件種類..........................11
2-3 感光二極體......................................14
2-3.1 原理........................................14
2-3.2 暗電流......................................17
2-3.3 光波長與吸收係數............................18
2-3.4 光電流與光譜響應............................19
第三章 感光電路設計
3-1 電路架構........................................27
3-2 倍壓電路........................................28
3-3 整流電路........................................33
3-3.1 穩壓電路....................................33
3-3.2 參考電壓電路................................35
3-4 光照強度感測電路................................36
3-5 光照位置感測電路................................39
3-5.1 感光二極體陣列..............................39
3-5.2 編碼器......................................42
3-6 感光震盪器......................................45
3-7 電路佈局........................................47
第四章 量測環境與技術
4-1 量測設備與儀器..................................49
4-2 感光二極體的量測................................51
4-3 光強度與感光震盪器的量測........................54
4-4 光位置的量測....................................55
第五章 總結
5-1 總結............................................56
5-2 未來方向........................................57
參考文獻.................................................59









圖目錄
圖2-1 RFID內部系統方塊圖................................4
圖2-2 被動式RFID 標籤之線圈感應與微波傳遞模式...........6
圖2-3 電子躍升能帶圖.....................................14
圖2-4 二極體各個操作區之I-V特性曲線.....................15
圖2-5 反向偏壓..........................................16
圖2-6 (a)二極體剖面圖 (b)二極體之示意圖 (c)等效電路圖...16
圖2-7 深淺層之光子吸收距離和位置圖......................19
圖2-8 (a)光二極體之I-V特性曲線圖 (b)局部放大圖..........25
圖2-9 光電流模擬圖......................................25
圖2-10 深淺層之光子吸收距離和位置圖.....................26
圖3-1 晶片設計架構......................................27
圖3-2 載波倍壓式充電示意圖..............................28
圖3-3 倍壓電路二極體示意圖..............................29
圖3-4 倍壓電路MOS示意圖...............................29
圖3-5 接成二極體形式之MOS I-V特性曲線圖................30
圖3-6 接成二極體形式在不同長寬比MOS I-V特性曲線圖......31
圖3-7 充電示意圖 (正弦波)...............................32
圖3-8 充電示意圖 (負弦波)...............................32
圖3-9 倍壓電路模擬圖....................................33
圖3-10 穩壓電路.........................................34
圖3-11 穩壓電路模擬圖....................................34
圖3-12 參考電壓電路.....................................36
圖3-13 Vth和Vaja輸出電壓圖.............................36
圖3-14 光-電子訊號轉換電路圖............................38
圖3-15 放電速度曲線與輸出擷取電壓圖.....................38
圖3-16 不同光照強度輸出訊號放大圖.......................38
圖3-17 偏光位置感應原理示意圖...........................39
圖3-18 光偏斜照射圖.....................................40
圖3-18 光偏斜照射圖.....................................41
圖3-20 光偏斜角度設計圖.................................41
圖3-21 感光二極體陣列編碼圖.............................42
圖3-22 邏輯閘示意圖.....................................44
圖3-23 編碼器輸入圖.....................................44
圖3-24 編碼器輸出圖.....................................44
圖3-25 感光振盪器圖.....................................45
圖3-26 感光振盪器頻率變化圖.............................46
圖3-27 感光振盪器圖.....................................47
圖3-28 光強度和位置感測佈局圖...........................48
圖3-29 感光振盪器佈局圖.................................48
圖4-1 量測方塊圖........................................50
圖4-2 量測儀器圖........................................51
圖4-3 感光元件量測示意圖................................52
圖4-4 實際晶片圖........................................53
圖4-5 感光二極體的電壓變化..............................53
圖4-6 感光二極體的電流變化..............................53
圖4-7 感光二極體不同層的電壓變化........................54
圖4-8 光強度的量測......................................54









表目錄
表2-1 被動型和主動型的比較...............................5
表2-2 FCC規範表.........................................8
表3-1 編碼器真值表......................................43
參考文獻
[1]http://tw.myblog.yahoo.com/jw!9hXVG1.GHQT3nF.sqP4-/article?mid =70

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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