Design of a low power and low voltage time to digital converter for passive RFID sensor tags

La identificacion por radiofrecuencia (RFID) es una tecnologia de comunicacion inalambrica que permite identificar de forma unica elementos etiquetados. Hoy en dia, su uso esta muy extendido en diversos campos de la industria debido al bajo consumo y bajo coste que requieren las comunicaciones con esta tecnologia. El reciente desarrollo de sensores miniaturizados y de bajo consumo ha permitido la combinacion de la tecnologia RFID con la sensorica, resultando en nuevos sensores inalambricos sin bateria. Estos sensores RFID inalambricos proporcionan la magnitud a medir junto con la identificacion. Esta combinacion es de gran importancia debido a que anade valor a aplicaciones previamente existentes y permite la creacion de nuevas aplicaciones. Muchas de estas aplicaciones requieren largos rangos de medida. El rango de medida depende de la corriente disponible y de la tension de alimentacion, por lo que para conseguir mayores rangos es necesario minimizar el consumo de potencia de los bloques que componen el sensor y desarrollar nuevas arquitecturas de sistema. Uno de los bloques que deben ser optimizados es el modulo sensor. Este modulo permite adquirir la magnitud fisica que se desea medir y convertirla a codigo digital. Los modulos sensores convencionales constan de un transductor que convierte la magnitud analogica que se desea medir en una tension o una corriente y un convertidor analogico/digital. Estas arquitecturas presentan un alto consumo de potencia y son sensibles al ruido a medida que se reduce la tecnologia de fabricacion. Los convertidores de tiempo a digital (TDC) se estan proponiendo como alternativa para digitalizar la magnitud fisica que se desea medir. Estos convertidores explotan los beneficios de las conversiones en el dominio temporal y permiten reducir la tension de alimentacion y el consumo de potencia mientras se mantienen la resolucion y la eficiencia de conversion. Por ello, las arquitecturas basadas en conversion de tiempo a digital parecen una buena alternativa para aplicaciones basadas en sensores RFID. Este trabajo de investigacion se centra en el diseno de un convertidor de bajo consumo de potencia y baja tension de alimentacion para su uso en sensores RFID pasivos. Con este objetivo se proponen y evaluan tres arquitecturas (el Pipeline Successive Approximation (PSA) TDC, el Recursive Successive Approximation (RSA) TDC y el nonius TDC) para el mismo caso de estudio: un sensor de temperatura UHF RFID pasivo para monitorizacion de temperatura corporal para aplicaciones biomedicas. Como resultado de este analisis se ha determinado que el nonius TDC es la arquitectura que mejores caracteristicas presenta para esta aplicacion. Esta misma arquitectura se ha adaptado y optimizado para su aplicacion como parte de un sensor de presion UHF RFID pasivo. El nonius TDC propuesto se ha disenado, simulado, fabricado y medido para poder validar la viabilidad de su uso como parte del sensor de presion UHF RFID pasivo. El nonius TDC presenta un bajo consumo de potencia y requiere de una baja tension de alimentacion mientras cuenta con una resolucion de mas de 8 bit, quedando por lo tanto validada la arquitectura como una buena solucion para sensores de presion UHF RFID pasivos que utilizan el transductor de presion comercial SCB10H-B012. A pesar de las buenas caracteristicas que se obtienen con este nonius TDC, se propone un segundo diseno de TDC que completa la arquitectura inicial y mejora su funcionamiento. El nonius TDC redisenado ofrece una mayor estabilidad con la variacion de tension de alimentacion y permite reducir el area y el consumo para la misma resolucion. Finalmente, se ha disenado un convertidor de capacidad a digital (C2D) basado en el nonius TDC previamente propuesto. El C2D presenta un bajo consumo y una baja tension de alimentacion, por lo que resulta una solucion valida como parte de un sensor de presion UHF RFID pasivo.