本實(shí)用新型設(shè)計(jì)射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置。

背景技術(shù)：

射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)技術(shù)是利用射頻遠(yuǎn)距離通信的方式已達(dá)到物品的識別、跟蹤和管理。目前廣泛應(yīng)用在商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸管理以及防偽等眾多領(lǐng)域。

在交通運(yùn)輸管理領(lǐng)域通常會涉及到冷鏈物流(新鮮食品、葡萄酒等)；疫苗、藥品等環(huán)境敏感性物品監(jiān)測；專用倉庫內(nèi)重要物資，如糧食、薯類等溫度監(jiān)測；建筑材料溫度監(jiān)測等，這些環(huán)境都要使用都溫度傳感器?，F(xiàn)有的有線溫度傳感器主要是依靠直流電源供電，如依靠電池進(jìn)行供電。電池供電最主要的問題是電池的壽命所帶來一系列的保養(yǎng)、維護(hù)問題。其次是電池的安全性問題：現(xiàn)有的電池存在著安全性差的問題，比如爆炸、漏液等，以及一系列環(huán)保的問題。

此外，現(xiàn)有的溫度傳感器其數(shù)據(jù)主要采用有線進(jìn)行傳輸，常見的溫度傳感器一般有四條線，包括電源線兩條，數(shù)據(jù)線兩條。有線的溫度傳感器有可能會引起整個(gè)系統(tǒng)的短路、積灰等問題，同時(shí)也會給布局布線帶來很大的麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有溫度傳感器依靠電池進(jìn)行供電而存在電池壽命短以及安全性能差的問題，提供一種能利用自由空間內(nèi)的高頻信號進(jìn)行供電的具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置，該裝置包括天線、射頻能量轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器和射頻傳輸模塊。天線接收自由空間內(nèi)的超高頻無線信號。射頻能量轉(zhuǎn)換模塊與天線相連接，將超高頻無線信號轉(zhuǎn)換為電信號。溫度傳感器獲取被測物的溫度并與射頻能量轉(zhuǎn)換模塊電性連接，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊為溫度傳感器供電。射頻傳輸模塊分別電性連接射頻能量轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器和天線，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊為射頻傳輸模塊供電，溫度傳感器獲得的溫度信號經(jīng)射頻傳輸模塊和天線進(jìn)行無線傳輸。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，溫度傳感器包括溫度檢測模塊、讀取電路、存儲模塊和通信控制模塊。溫度檢測模塊檢測被測物的溫度。讀取電路電性連接溫度檢測模塊，讀取溫度檢測模塊的數(shù)據(jù)。存儲模塊電性連接讀取電路，存儲溫度數(shù)據(jù)。通信控制模塊電性連接射頻傳輸模塊、存儲模塊和溫度檢測模塊，通信控制模塊接收射頻傳輸模塊輸出的信號并對溫度檢測模塊進(jìn)行控制或者將存儲模塊內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)傳輸給射頻傳輸模塊。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，溫度檢測模塊包括兩個(gè)與溫度相關(guān)的電流源，其中一個(gè)與溫度正相關(guān)，另一個(gè)與溫度負(fù)相關(guān)。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，讀取電路包括：

交錯(cuò)相連的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，在工作狀態(tài)中兩者交替導(dǎo)通；

電容，連接在第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管均為NPN三極管，第一開關(guān)管的基極與第二開關(guān)管的集電極相連接，第二開關(guān)管的基極和第一開關(guān)管的集電極相連接，電容連接在第一開關(guān)管的發(fā)射極和第二開關(guān)管的發(fā)射極之間。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，電容包括兩個(gè)首尾相連接的第一電容和第二電容。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，讀取電路還包括與第一開關(guān)管和第二開關(guān)管相連接的信號放大器，信號放大器包括對稱設(shè)置的兩個(gè)MOS管，兩個(gè)MOS管的柵極分別與第一開關(guān)管的輸出端和第二開關(guān)管的輸出端相連接，兩個(gè)MOS管的漏極分別經(jīng)兩個(gè)電流源接地，兩個(gè)MOS管的源極與另一電流源相連接。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，讀取電路還包括由四個(gè)開關(guān)管組成的并連接在電源和地之間的軌到軌比較器，軌到軌比較器將第一開關(guān)管和第二開關(guān)管輸出的信號以滿擺幅進(jìn)行輸出。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，讀取電路還包括補(bǔ)償電路，補(bǔ)償電路包括第一補(bǔ)償管和第二補(bǔ)償管，第一補(bǔ)償管和第二補(bǔ)償管分別與第一開關(guān)管和第二開關(guān)管對應(yīng)設(shè)置，第一補(bǔ)償管的發(fā)射極與第一開關(guān)管的發(fā)射極相連接，第一補(bǔ)償管的基極和集電極接地，第二補(bǔ)償管的發(fā)射極與第二開關(guān)管的發(fā)射極相連接，第二補(bǔ)償管的基極和集電極接地。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，讀取電路還包括匹配調(diào)節(jié)電路，匹配調(diào)節(jié)電路包括由相反信號控制的兩組開關(guān)，兩組開關(guān)通過改變第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一負(fù)載電阻和第二負(fù)載電阻之間的位置進(jìn)行失配調(diào)節(jié)，第一負(fù)載電阻連接在第一開關(guān)管和電源之間，第二負(fù)載電阻連接在第二開關(guān)管和電源之間。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

射頻能量轉(zhuǎn)換模塊將天線所接受到的來自于自由空間內(nèi)的超高頻無線信號轉(zhuǎn)換為直流電為溫度傳感器和射頻傳輸模塊進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)溫度傳感裝置的自供電。該設(shè)置解決了現(xiàn)有溫度傳感器因?yàn)殡姵貕勖桶踩缘膯栴}。此外，溫度傳感器所檢測的數(shù)據(jù)同樣可以通過射頻傳輸模塊以高頻無線電的形式發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。有效解決了現(xiàn)有的有線傳感器易短路安全性差的問題，極大簡化了布局布線。即本實(shí)用新型提供一種無源無線且具有超高頻無線通信功能的溫度傳感器。同時(shí)，該溫度傳感裝置工作時(shí)尖峰電流極小，降低了傳感裝置工作對片上模擬電源的污染，同時(shí)避免由于瞬時(shí)電流過大觸發(fā)片上過流保護(hù)。

為讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置的原理框圖。

圖2所示為圖1中溫度傳感器的原理框圖。

圖3所示為圖3中第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一電流源、第二電流源以及電容的簡化圖。

圖4所示為讀取電路的詳細(xì)原理圖。

圖5所示為圖3中電容上流經(jīng)的電流和端電壓的時(shí)序圖。

圖6所示為電容放電時(shí)間比與溫度數(shù)據(jù)的曲線圖。

圖7所示為圖1所示的具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置工作時(shí)的電流曲線。

圖8所示為圖7中A處的放大圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供的具有UHF RFID通信功能的溫度傳感裝置天線1、射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2、溫度傳感器3和射頻傳輸模塊4。天線1接收自由空間內(nèi)的超高頻無線信號。射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2與天線1相連接，將超高頻無線信號轉(zhuǎn)換為電信號。溫度傳感器3獲取被測物的溫度并與射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2電性連接，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2為溫度傳感器供電。射頻傳輸模塊4分別電性連接射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2、溫度傳感器3和天線1，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2為射頻傳輸模塊4供電，溫度傳感器3獲得的溫度信號經(jīng)射頻傳輸模塊4和天線1進(jìn)行無線傳輸。

于本實(shí)施例中，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊2為射頻-直流變換器(RF-DC變換器)，具體而言，射頻-直流變換器為電容和二極管組成的電荷泵結(jié)構(gòu)。然而，本實(shí)用新型對射頻-直流變換器的具體結(jié)構(gòu)不作任何限定。于其它實(shí)施例中，可采用MOS管來形成射頻-直流變換器。

于本實(shí)施例中，溫度傳感器3包括溫度檢測模塊31、讀取電路32、存儲模塊33和通信控制模塊34。溫度檢測模塊31檢測被測物的溫度。讀取電路32電性連接溫度檢測模塊31，讀取溫度檢測模塊31的數(shù)據(jù)。存儲模塊33電性連接讀取電路32，存儲溫度數(shù)據(jù)。通信控制模塊34電性連接射頻傳輸模塊4、存儲模塊33和溫度檢測模塊31，通信控制模塊34接收射頻傳輸模塊4輸出的信號并對溫度檢測模塊31進(jìn)行控制或者將存儲模塊33內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)傳輸給射頻傳輸模塊4。

于本實(shí)施例中，溫度檢測模塊31包括兩個(gè)與溫度相關(guān)的電流源，其中一個(gè)與溫度正相關(guān)，如圖3和圖4中的第二電流源I₂；另一個(gè)與溫度負(fù)相關(guān)，如圖3和圖4中的第一電流源I₁。第一電流源I₁和第二電流源I₂可為電壓信號或電流信號與溫度相關(guān)的三極管、MOS管或二極管等感溫器件所形成。于本實(shí)施例中，第一電流源I₁和第二電流源I₂是基于兩個(gè)NPN三極管產(chǎn)生的。

于本實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，讀取電路32包括交錯(cuò)相連的第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂以及電容C_F。于本實(shí)施例中，第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂均為NPN三極管，第一開關(guān)管Q₁的基極與第二開關(guān)管Q₂的集電極相連接，第二開關(guān)管Q₂的基極和第一開關(guān)管Q₁的集電極相連接。第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂之間形成正反饋?zhàn)饔?，在工作狀態(tài)中兩者交替導(dǎo)通。電容C_F連接在第一開關(guān)管Q₁的發(fā)射極和第二開關(guān)管Q₂的發(fā)射極之間。然而，本實(shí)用新型對此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂可為MOS管。

在該電路中，第一電流源I₁上流經(jīng)的電流I1是與溫度負(fù)相關(guān)的電流，第二電流源I₂上流經(jīng)的電流I2是與溫度正相關(guān)的電流，電流I1與作為感溫器件的NPN三極管的基極發(fā)射極電壓V_BE成正比，I2與兩個(gè)在相同集電極電流偏置下的作為感溫器件的NPN三極管的基極發(fā)射極電壓差DV_BE成正比，并且I1+I2為一個(gè)與溫度輕微正相關(guān)的電流以減小V_BE的非線性對輸出的影響，其溫度系數(shù)根據(jù)工藝不同而不同。

由于在正常工作狀態(tài)，第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂兩者交替導(dǎo)通，因而圖中電容C_F被電流I1和I2交替放電。根據(jù)電荷守恒原則，電流I1，I2流經(jīng)電容C_F的時(shí)間與其大小成反比，即I1/I2＝t_L/t_H，t_H為電流I1對電容C_F的放電時(shí)間，t_L為電流I2對電容C_F的放電時(shí)間。則電容C_F的放電時(shí)間比為t_L/t_H＝I1/I2∝f(V_BE/DV_BE)，根據(jù)V_BE/DV_BE與溫度T之間的關(guān)系，可以得到溫度T和t_L/t_H之間的關(guān)系曲線，經(jīng)線性化后可得T＝1/(a+t_L/t_H),其中a為線性化參數(shù)。

本實(shí)施例提供的讀取電路通過第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂來形成多穩(wěn)態(tài)諧振器，極大簡化了傳感器溫度數(shù)據(jù)的讀取以及與其它模塊的連接。進(jìn)一步的，針對不同的溫度傳感器可通過調(diào)節(jié)線性化參數(shù)a進(jìn)行校準(zhǔn)。為匹配第一開關(guān)管Q₁的發(fā)射極電容和第二開關(guān)管Q₂的發(fā)射極電容，于本實(shí)施例中，電容C_F包括兩個(gè)首尾相連接的第一電容和第二電容。

為提高信號檢測的精度，于本實(shí)施例中，讀取電路還包括與第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂相連接的信號放大器。該信號放大器將第一開關(guān)管Q₁的集電極電壓V1和第二開關(guān)管Q₂的集電極電壓V2進(jìn)行放大。于本實(shí)施例中，信號放大器包括對稱設(shè)置的兩個(gè)MOS管，分別為第一MOS管M_P1和第二MOS管M_P2。第一MOS管M_P1和第二MOS管M_P2的柵極分別與第一開關(guān)管Q₁的輸出端(集電極)和第二開關(guān)管Q₂的輸出端(集電極)相連接(在圖4中cpb所控制的那組開關(guān)閉合)，第一MOS管M_P1的漏極和第一MOS管M_P2的漏極分別經(jīng)兩個(gè)電流源Ib1，Ib2接地，第一MOS管M_P1的源極和第二MOS管M_P2的源極分別經(jīng)第一負(fù)載電阻R₁和第二負(fù)載電阻R₂與另一電流源Ib0相連接。

于本實(shí)施例中，讀取電路還包括由四個(gè)開關(guān)管M_p3、M_p4、M_n1、M_n2(開關(guān)管M_p3、M_p4為PMOS管，開關(guān)管M_n1、M_n2為NMOS管)組成的并連接在電源和地之間的軌到軌比較器，軌到軌比較器將第一開關(guān)管和第二開關(guān)管輸出的信號以滿擺幅進(jìn)行輸出，即輸出為VDD(電源電壓)或GND(地)。擺幅指的是最大值和最小值的差，該差值越大意味著信號的波動越明顯，也就越容易獲得有效的輸出，更有利于后續(xù)信號的數(shù)字處理。

圖4所示為詳細(xì)的讀取電路的電路圖，以下對具體的工作原理進(jìn)行闡述。圖中T₀為經(jīng)軌到軌比較器處理器處理后的時(shí)鐘信號。具體而言，在圖4中，若當(dāng)信號cpb所控制的那組開關(guān)導(dǎo)通且第一開關(guān)管Q1導(dǎo)通，第二開關(guān)管Q2截止時(shí)，電容C_F經(jīng)電流I2放電，放電時(shí)間為t_L，V1點(diǎn)電壓為VDD-(I1+I1)R1；V2點(diǎn)電壓為VDD-(I1+I2)R2/β,其中β為NPN三極管的電流放大倍數(shù)。同時(shí)，開關(guān)管M_p1，開關(guān)管M_p2放大V1點(diǎn)和V2點(diǎn)的電壓差并隔離輸出端電平轉(zhuǎn)換時(shí)的噪聲；開關(guān)管M_p3截止，開關(guān)管M_p4導(dǎo)通，開關(guān)管M_n1導(dǎo)通，T₀輸出低電平。而當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Q1截止，第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通；電容C_F經(jīng)電流I1放電，放電時(shí)間為t_H，T₀輸出高電平。因此，本實(shí)施例提供的讀取電路中，T₀輸出的時(shí)鐘信號中低電平所占的時(shí)間與高電平所占的時(shí)間比即為t_L/t_H。根據(jù)公式t_L/t_H∝f(V_BE/DV_BE)，可以得出T₀輸出的時(shí)鐘信號中低電平所占的時(shí)間與高電平所占的時(shí)間比∝f(V_BE/DV_BE)，即通過檢測T₀輸出的時(shí)鐘信號中低電平所占的時(shí)間與高電平所占的時(shí)間比可得到待測物體的溫度。

由于傳感器所檢測的溫度會涉及到高溫，在高溫情況下第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂有可能會發(fā)生高溫漏電，高溫漏電流會影響電流I1和電流I2，從而影響檢測溫度。為有效避免高溫漏電流的影響，于本實(shí)施例中，讀取電路還包括補(bǔ)償電路。補(bǔ)償電路包括第一補(bǔ)償管Q₁’和第二補(bǔ)償管Q₂’，第一補(bǔ)償管Q₁’和第二補(bǔ)償管Q₂’分別與第一開關(guān)管Q₁和第二開關(guān)管Q₂對應(yīng)設(shè)置。第一補(bǔ)償管Q₁’的發(fā)射極與第一開關(guān)管Q₁的發(fā)射極相連接，第一補(bǔ)償管Q₁’的基極和集電極接地；第二補(bǔ)償管Q₂’的發(fā)射極與第二開關(guān)管Q₂的發(fā)射極相連接，第二補(bǔ)償管Q₂’的基極和集電極接地。在電路設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)置第一補(bǔ)償管Q₁’和第一開關(guān)管Q₁同型號，第二補(bǔ)償管Q₂’和第二開關(guān)管Q₂同型號，即可實(shí)現(xiàn)高溫漏電補(bǔ)償。然而，本實(shí)用新型對第一補(bǔ)償管Q₁’和第二補(bǔ)償管Q₂’的結(jié)構(gòu)不作任何限定。于其它實(shí)施例中，第一補(bǔ)償管Q₁’和第二補(bǔ)償管Q₂’可為分別與第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2相匹配的二極管。所述匹配為兩者在高溫情況下的漏電流盡可能的相接近。

于本實(shí)施例中，讀取電路還包括匹配調(diào)節(jié)電路，匹配調(diào)節(jié)電路包括由相反信號(cp和cpb)控制的兩組開關(guān)，兩組開關(guān)通過改變第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一負(fù)載電阻和第二負(fù)載電阻之間的位置進(jìn)行失配調(diào)節(jié)，以減小由于制造過程中的電阻，三極管性能偏差引起的片與片之間的輸出偏差。

于本實(shí)施例中，存儲模塊33為寄存器，存儲在寄存器內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)可大幅度提高溫度數(shù)據(jù)的讀寫速率。然而，本實(shí)用新型對此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，存儲器33也可為非易失性存儲器。

進(jìn)一步的，如圖7和圖8所示，由于采用了電流舵來控制所有有源器件在工作時(shí)的電流大小，在工作時(shí)，整個(gè)裝置的電流尖峰極小，有效減小了傳感器對片上電壓源的污染。同時(shí)，由于芯片有瞬時(shí)過流保護(hù)，該傳感器極少觸發(fā)過流狀態(tài)。

綜上所述，射頻能量轉(zhuǎn)換模塊將天線所接受到的來自于自由空間內(nèi)的超高頻無線信號轉(zhuǎn)換為直流電為溫度傳感器和射頻傳輸模塊進(jìn)行自供電。該設(shè)置解決了現(xiàn)有溫度傳感器因?yàn)殡姵貕勖桶踩缘膯栴}。此外，溫度傳感器所檢測的數(shù)據(jù)同樣可以通過射頻傳輸模塊以高頻無線電的形式發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。有效解決了現(xiàn)有的有線傳感器易短路安全性差的問題，極大簡化了布局布線。即本實(shí)用新型提供一種無源無線且具有超高頻無線通信功能的溫度傳感器。

進(jìn)一步的，采用多穩(wěn)態(tài)諧振器來對獲取的溫度信號進(jìn)行處理，不僅有效降低了溫度傳感器的復(fù)雜程度，同時(shí)也簡化了其與射頻能量轉(zhuǎn)換模塊和射頻傳輸模塊之間的連接。同時(shí)，該溫度傳感裝置工作時(shí)尖峰電流極小，降低了傳感裝置工作對片上模擬電源的污染，同時(shí)避免由于瞬時(shí)電流過大觸發(fā)片上過流保護(hù)。

雖然本實(shí)用新型已由較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟知此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所要求保護(hù)的范圍為準(zhǔn)。