基于非晶氧化物TFT的RFID后端电路设计

发布时间：2020-07-05 07:53

【摘要】：以a-IGZO薄膜晶体管(TFT)为代表的非晶氧化物TFTs具有高迁移率、高开关比、高透光率等优点,其在射频识别(RFID)技术领域的应用逐渐引起人们的关注。RFID标签电路的性能对于增大标签感应距离、提高信息存储量和通信稳定性具有重要意义。由于目前难以制备出性能一致的N型和P型的非晶氧化物TFT,因此基于非晶氧化物TFT的RFID标签后端电路中一般采用单极型晶体管实现,与采用硅基工艺的芯片相比,其在功耗、摆幅等性能方面仍有待提高。因此,本文从逻辑门电路设计和系统电路架构两个方面优化RFID标签后端电路。通过研究现有反相器的拓扑结构,提出一个采用动态负载的三级架构非晶氧化物TFT反相器。由输出信号驱动的动态负载替代Pseudo-CMOS反相器中的二极管连接负载,使输入级的输入管与负载管驱动信号互补,实现反相器零静态电流,降低电路功耗。由于上拉管的驱动电压与输出电压形成正反馈,反相器通过反馈通路钳制输出电压幅值,提高输出电压摆幅。针对基于伪CMOS或非门的D触发器存在功耗较大等问题,提出一种采用外部偏置或非门的D触发器,并优化电路拓扑结构。在时钟信号为高电平时,外部偏置电压钳制维持-阻塞电路输出低电平,在锁存输出信号的同时降低或非门的输入级电流。分析表明,提出的低功耗D触发器在响应速度不变的情况下有效减小静态功耗。提出一种超前置位时钟振荡器,其中反相器的负载晶体管由上一个反相器的输入电压驱动,与输入电压相位相反,在实现较高振荡频率的同时降低功耗,提高输出摆幅。针对现有三相时钟曼切斯特编码电路功能单一,需要多个时钟信号的问题,设计了一种双模式曼切斯特编码电路,在单时钟信号的驱动下可以实现标准曼切斯特编码和差分曼切斯特编码两种功能。仿真结果表明,与伪CMOS反相器相比,采用动态负载的三级架构反相器输出摆幅提高了13.13%,静态电流最大减小98.54%。与基于伪CMOS或非门的D触发器相比,本文提出的D触发器在维持输出摆幅和响应速度基本不变的同时,功耗最大减小了78.07%。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5;TP391.44
【图文】：

曲线图,电压传输特性,CMOS反相器,反相器

VOH（V） 4.38 4.95VOL（V） 0.045 0.036VPP（V） 4.34 4.91ION（A） 5.19 μ 75.74 nIOFF（A） 44.33 n 1.93 ntHL（s） 444.09n 12.63μtLH（s） 30.95n 215.63n CMOS 反相器相比，采用动态负载的三级反相器具有更大的 VOH，使增大了 13.13%。当输入电压为高电平时，本文提出的三级架构反相器流 ION比伪 CMOS 结构的反相器减少了 98.54%；当输入电压为低电的静态电流 IOFF比 Pseudo-CMOS 反相器减小了 95.65%。通过对比可的三级反相器具有更高的输出电压摆幅，并显著减小了电路功耗。

曲线图,动态负载,电压传输特性,反相器

图 2-15 动态负载反相器电压传输特性曲线图MOS 反相器的电压传输特性曲线如图 2-14 所示，本文提出的采用动器电压传输特性曲线如图 2-15 所示。由图 2-15 可得，动态负载的三地将输入电压进行高低转换，并实现全摆幅输出电压。其中，动态负低电平最小输入电压 VIH为 2V，高电平最大输入电压 VIL为 1.19V，相器的高噪声容限 VNMH=VOH-VIH，即为 2.95V，低噪声容限 VNML=V。与伪 CMOS 反相器相比，本文提出的采用动态负载的三级架构反相噪声容限。极型基本逻辑门电路分析与设计CMOS 技术具有良好的电压调节能力与较好的电路鲁棒性等优点，不电路设计中，更被广泛拓展到不同的单极型基本逻辑电路设计中，

【参考文献】