Concepção de Circuitos e Sistemas IntegradosJoão Paulo CunhaBolsa Voluntária/PIBICProf. André Augusto Mariano, Ph.D. / Bernardo R. B. A. Leite, Ph.D.

Introdução e objetivos: RFID é um método de identificação eletrônica que usa frequência de rádio para ler/escrever dados em dispositivoschamados tags RFID. As tags obtém energia dasondas incidentes de rádio frequência emitidasda base[1] e podem ser usados em pessoas, animais ou produtos para identificação de forma automática. A meta é projetar um retificador, para uso de tags de circuito RFID de baixo consumo, com 915 MHz usando transistores zeroVth. O retificador deverá possuir uma sensibilidade inferior à -15 dBm de potência, ocupando uma superfície de silíciomenor que 0,025 mm2. Deverá ser capaz de fornecer uma corrente de até 400 uA para o modo escrita.

Método: Um estágio contém geralmente 4 capacitores e cada placa usa uma área considerável de silício. Ele é o elemento crítico em termo de área usada e esta pesquisa visa propor um retificador que usa apenas 2 capacitores. A saída do retificador foi fixada em 1,25V e a entrada em 350mV. O uso de vários estágios possibilita a diminuição da área ocupada pelo capacitor, ao passo que, um retificador com poucos estágios utiliza menos capacitores. Foi determinado, com ajuda de simulações, que para retificadores com menos de 4 estágios não se alcança níveis de tensão superior a 1V. O mínimo de estágios alcançados, portanto, é de quatro estágios.

Resultados e discussão : Foi possível projetar um retificador UHF usando a tecnologia de transistor de 130nm de comprimento de canal com zero Vth. O uso de transistores com a tecnologia zero Vth proporcionou a construção de um retificador que não usa circuito adicional de cancelamento de Vth. Os circuitos de cancelamento de Vth geralmente utilizam 2 capacitores por estágio para realizar a sua função e cada capacitor ocupa uma área considerada de silício no circuito. Para o retificador projetado nesta pesquisa, foi utilizado 4 estágios com 2 capacitores de 1,6pF por estágio. Cada capacitor ocupa uma área de 0,000795mm2 no silício, ou seja, para o retificador em questão, há uma área de 0,00631mm2 ocupada pelos capacitores do circuito. Isso significa também que será economizada a mesma área pela ausência do circuito de cancelamento. Foi obtido, assim, um retificador com área de integração de 0,010432mm2 (41,73% do limite imposto). O layout do circuito foi implementado usando o conceito de modularidade, facilitando o design para vários estágios.

Conclusões: Foi projetado um retificador UHF capaz de fornecer uma corrente de até 400 uA no modo escrita usando uma área de 0,010432mm2 em silício. Esse valor corresponde a 42% do limite estabelecido para o projeto. Esta pesquisa também mostrou a aplicabilidade de transistores zero Vth, onde em retificadores de etiquetas foi possível diminuir significativamente o tamanho do circuito.

Referências: [1] Shu-Yi Wong, Chunhong Chen. “Power efficient multi-stage CMOS rectifier design for UHF RFID Tags”.No VLSI journal. NO.44 (2011) 242-255, Março 2011.