Design and optimization of an analog front end for a long range full passive rfid sensor

Resumen

Durante los últimos ocho años se han publicado los resultados de varios informes independientes sobre la prevención de errores médicos. Este tipo de errores han supuesto un incremento en innumerables muertes, efectos adversos y un importante coste económico. Las tecnologías RFID permiten reducir drásticamente los errores humanos en este campo tan crítico, pero la aplicación en hospitales ha sido muy escasa debido a su alto coste. Se presenta así la necesidad de buscar nuevas aplicaciones que ayuden a mejorar la atención y la calidad de vida del paciente, es aquí donde RFID ofrece la solución más económica. Estas aplicaciones pueden conseguirse gracias a un campo emergente: los sensores médicos RFID pasivos de largo alcance, que es el objetivo de este trabajo. Las medidas en radiofrecuencia facilitan la accesibilidad al paciente en quirófanos y unidades de cuidados intensivos. En estos escenarios tan críticos es fácil conseguir una solución económica y eficiente: RFID pasivos (sin pila), son más rentables comparados con los sensores del estado de arte. Aún no se han presentado ni anunciado en el mercado sensores médicos RFID pasivos de largo alcance. Tampoco se ha encontrado ninguna publicación en el ámbito científico. La potencia disponible para hacer funcionar un tag RFID es muy baja, por eso, la dificultad de hacer funcionar un tag RFID con sensor es aún mayor. El típico consumo de un sensor está un orden de magnitud por encima de la potencia total disponible en el tag. Es por ello que este dispositivo producirá una ruptura en el estado del arte y una fuerte entrada en el mercado debido a su reducido coste. El presente trabajo es uno de los frutos del grupo de investigación llamado WISEN con un objetivo muy ambicioso: diseñar e implementar una nueva generación de sistemas sensores RFID pasivos de largo alcance. El campo de aplicaciones de sensores RFID es muy elevado. Como punto de inicio, este proyecto está enfocado en monitorización inalámbrica de temperatura para aplicaciones médicas. En este contexto, el objetivo de este trabajo de investigación es el diseño e implementación de un tag front end de un sensor de temperatura RFID pasivo de largo alcance. Se debe conseguir el objetivo en colaboración con todo el grupo WISEN con un objetivo común. Esto conlleva trabajar en todos los niveles del proceso de la implementación del diseño: desde las especificaciones del sistema hasta el diseño del circuito integrado, y desde el circuito integrado hasta la integración del sistema y testeo. El tag front end RFID es un punto crítico del sistema. Debe de ser diseñado en conjunto con el lector para así maximizar el alcance. Se requiere una adaptación con la antena, una tensión de alimentación estable para el sensor y un buen diseño del interfaz entre la parte analógica y la digital. También es un módulo crítico en términos de consumo, alcance y precio. El trabajo de investigación presentado contiene un capítulo introductorio al mundo del RFID y otro capítulo presentando el estado del arte de los front ends analógicos. Estos dos capítulos se han incluido para entender mejor los objetivos del proyecto, que serán expuestos en el capítulo 3. Las especificaciones globales y las primeras decisiones están justificadas en el capítulo 4, estableciendo las bases necesarias para continuar con los siguientes capítulos. El capítulo 5 está especialmente dedicado al Voltage Multiplier (o multiplicador de tensión), considerado un elemento clave en el front end analógico. En el capítulo 6, se diseñan de forma individual el resto de los bloques analógicos. Estos bloques se integran in un mismo front end analógico, explicado en el capítulo 7 y los resultados de las simulaciones y medidas se muestran en el capítulo 8. En el capítulo 9 se incluyen los resultados más importantes del sistema RFID. Por último, en el último capítulo se extraen las principales conclusiones y, de ellas, se sugieren las posibles líneas de futuro.