一種溫濕度感知式無源超高頻rfid標(biāo)簽裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，包括依次連接的射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路和存儲器，以及分別與所述數(shù)字基帶電路連接的LED顯示屏和溫濕度傳感器。本實用新型所述溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中體積大、功耗大和成功高等缺陷，以實現(xiàn)體積小、功耗小和成本低的優(yōu)點。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及射頻識別領(lǐng)域，具體地，涉及一種溫濕度感知式無源超高頻RFID 標(biāo)簽裝置。 一種溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻識別（Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術(shù)是利用射頻方式遠距 離的通信以達到物品的識別、追蹤、定位和管理等目的。射頻識別技術(shù)在工業(yè)自動化，商業(yè) 自動化，交通運輸控制管理，防偽等眾多領(lǐng)域，甚至軍事用途具有廣泛的應(yīng)用前景，目前已 引起了廣泛的關(guān)注。
[0003] 隨著RFID技術(shù)成熟與RFID標(biāo)簽成本的下降，逐步呈現(xiàn)一些具有更大的實際應(yīng)用 價值的發(fā)展趨勢，其中之一是RFID與溫濕度傳感器相結(jié)合。將溫度傳感與RFID結(jié)合起來 可以為易腐壞食品、藥品和物流中任何其他對溫度敏感的物品采集溫度信息，也可以為許 多醫(yī)藥診斷試驗和程序提供及時的數(shù)據(jù)。而且基于RFID技術(shù)的溫度傳感系統(tǒng)在物流中起 到了越來越重要的應(yīng)用。如：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；整合其他技術(shù)， 比如震動、光照和位移傳感器實現(xiàn)對相關(guān)目標(biāo)的監(jiān)控和大型冷庫溫度監(jiān)控等；可以實現(xiàn)對 運輸、配送過程中溫度發(fā)生改變時的預(yù)警，并有助于質(zhì)量事故的責(zé)任認定。
[0004] 現(xiàn)有的具備溫度感知功能的標(biāo)簽一般有兩種，一種多采用外部熱敏元件實現(xiàn)溫度 感知，這種標(biāo)簽產(chǎn)品一方面材料成本與封裝成本較高，另一方面產(chǎn)品體積較大；另一種基 于帶隙基準的原理，采用三極管和電阻實現(xiàn)溫度感知，這種溫度感知電路可以與標(biāo)簽芯片 做在一片硅片上，但是芯片的功耗較大，而且要使用較大面積的電阻，從而增加了芯片的成 本。
[0005] 在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在體積大、功耗大和 成功高等缺陷。 實用新型內(nèi)容
[0006] 本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種溫濕度感知式無源超高頻RFID 標(biāo)簽裝置，以實現(xiàn)體積小、功耗小和成本低的優(yōu)點。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種溫濕度感知式無源超高頻 RFID標(biāo)簽裝置，包括依次連接的射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路和存儲器，以及分別與 所述數(shù)字基帶電路連接的LED顯示屏和溫濕度傳感器；其中：
[0008] 所述數(shù)字基帶電路，用于對接收到的信號解碼并作出響應(yīng)，同時控制對存儲器的 讀寫操作、溫濕度傳感器的休眠與喚醒，并控制溫濕度傳感器執(zhí)行溫度感知操作；
[0009] 所述存儲器，用于存儲無源超高頻RFID標(biāo)簽的物品屬性信息、無源超高頻RFID標(biāo) 簽的ID、溫度數(shù)據(jù)以及用戶寫入數(shù)據(jù)。LED顯示屏，可以用于顯示數(shù)字基帶電路的處理結(jié) 果，使用戶清楚得到數(shù)字基帶電路的處理結(jié)果。
[0010] 進一步地，所述射頻前端，包括分別與所述數(shù)字基帶電路連接的解調(diào)電路和調(diào)制 電路，以及與所述模擬前端連接的整流電路；其中：
[0011] 所述解調(diào)電路，用于從用于讀取無源超高頻RFID標(biāo)簽信息的閱讀器發(fā)出的射頻 信號中提取出包絡(luò)，處理后傳送給數(shù)字基帶進行解碼；
[0012] 所述調(diào)制電路，用于將數(shù)字基帶電路返回的無源超高頻RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)調(diào)制到射 頻頻段，并通過射頻天線發(fā)送給閱讀器；
[0013] 所述整流電路，用于將閱讀器發(fā)射的射頻波轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽工作的直流能量，并發(fā)送 給模擬前端。
[0014] 進一步地，所述模擬前端，包括與所述整流電路連接的穩(wěn)壓電路，以及分別與所述 穩(wěn)壓電路和數(shù)字基帶電路連接的復(fù)位電路和時鐘電路；其中：
[0015] 所述穩(wěn)壓電路，用于將整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓，為整個 芯片的用電部分提供工作電壓；
[0016] 所述復(fù)位電路，用于產(chǎn)生上電復(fù)位信號，當(dāng)無源超高頻RFID標(biāo)簽上電、且穩(wěn)壓電 路提供的電源電壓穩(wěn)定后，將復(fù)位電平拉高，使數(shù)字基帶電路節(jié)點信號復(fù)位；
[0017] 所述時鐘電路，用于產(chǎn)生供數(shù)字基帶電路工作所需的時鐘信號。
[0018] 進一步地，所述時鐘電路，具體包括振蕩器。
[0019] 進一步地，所述溫濕度傳感器，包括依次連接至所述數(shù)字基帶電路的溫濕度采集 電路、信號濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中：
[0020] 所述溫濕度采集電路，用于產(chǎn)生一個與溫度成正比的電壓表示當(dāng)前的環(huán)境溫度信 息，還產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準電壓；
[0021] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將標(biāo)示溫度信息的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0022] 進一步地，所述溫濕度采集電路，包括PM0S管MP1~MP8, NM0S管MN1~MN16 ;其中：
[0023] 所述PM0S管MP1~MP8的源極都連接在一起，并接至溫濕度采集電路的電源電壓， 該電源電壓由模擬前端中的穩(wěn)壓電路提供；PM0S管MP1~MP8的柵極都連接在一起，并接至 MP2的漏極；PM0S管MP1?MP7的漏極，分別接至NM0S管MN1?MN7的漏極；
[0024] 所述NM0S管MN1的柵極和漏極相連，并與NM0S管MN2的柵極連接在一起；NM0S管 MN8的柵極和漏極相連并與NM0S管MN9的柵極連接在一起；NM0S管MN1和NM0S管MN2的 源極，分別和NM0S管MN8和NM0S管MN9的漏極相連；NM0S管MN9的源極和NM0S管MN15的 漏極相連，NM0S管麗:ΓΜΝ7各自的柵極和它們的漏極相連，并分別與NM0S管麗ΚΓΜΝ14的 柵極相連；NM0S管ΜΝ3?ΜΝ7的源極，分別與NM0S管ΜΝΚΓΜΝ14的漏極相連；NM0S管MN11的 源極接至NM0S管MN10的漏極，NM0S管MN12的源極接至NM0S管MN11的漏極并與NM0S管 麗16的源極相連；NM0S管麗16的柵極和漏極連接在一起，并與NM0S管MN8的漏極和NM0S 管麗15的柵極相連，作為溫濕度采集電路輸出的基準電壓VREF ;
[0025] 所述NM0S管MN13的源極與NM0S管MN12的漏極相連，NM0S管MN14的源極與NM0S 管麗12的漏極相連；NM0S管麗14的漏極，作為溫濕度采集電路輸出的溫度成正比的電壓 VPTAT，NM0S 管 MN8、NM0S 管 MN15、NM0S 管 MN10 的源極連接至地。
[0026] 進一步地，所述PM0S管MP1-MP7構(gòu)成的電流鏡，將基準電流鏡像到其他各個支路。
[0027] 進一步地，所述射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路、存儲器和溫濕度傳感器）基于 相同的集成電路工藝，并集成在同一片娃片上。
[0028] 本實用新型各實施例的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，由于包括依次 連接的射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路和存儲器，以及分別與數(shù)字基帶電路連接的LED 顯示屏和溫濕度傳感器；可以基于CMOS集成電路工藝實現(xiàn)溫濕度傳感器，將傳統(tǒng)的電子標(biāo) 簽芯片與溫濕度傳感器結(jié)合起來，在一片硅片上實現(xiàn)溫度感知功能和射頻識別功能；從而 可以克服現(xiàn)有技術(shù)中體積大、功耗大和成功高的缺陷，以實現(xiàn)體積小、功耗小和成本低的優(yōu) 點。
[0029] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0030] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用 新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0032] 圖1為本實用新型溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置的工作原理示意圖；
[0033] 圖2為本實用新型溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置中溫濕度采集電路的 工作原理示意圖。

【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu) 選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0035] 根據(jù)本實用新型實施例，如圖1和圖2所示，提供了一種溫濕度感知式無源超高頻 RFID標(biāo)簽裝置。
[0036] 參見圖1，本實施例的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，包括射頻前端、模 擬前端、數(shù)字基帶電路、存儲器和溫濕度傳感器，所有電路模塊（即射頻前端、模擬前端、數(shù) 字基帶電路、存儲器和溫濕度傳感器）基于相同的集成電路工藝，可以做在同一片硅片上； 射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路和存儲器依次連接，溫濕度傳感器與數(shù)字基帶電路連 接。關(guān)于射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路、存儲器和溫濕度傳感器的具體說明如下：
[0037] ⑴射頻前端，是標(biāo)簽與讀寫器通信的接口電路，標(biāo)簽芯片的射頻前端由整流電路、 解調(diào)電路和調(diào)制電路組成。整流電路將閱讀器發(fā)射的射頻波轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽工作的直流能量； 解調(diào)電路從閱讀器發(fā)出的射頻信號中提取出包絡(luò)，處理后傳送給數(shù)字基帶電路進行解碼； 調(diào)制電路將標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)調(diào)制到射頻頻段，并通過天線發(fā)送給閱讀器。
[0038] ⑵模擬前端，由穩(wěn)壓電路、時鐘電路和復(fù)位電路組成。穩(wěn)壓電路將整流電路輸出的 不太穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓，作為整個芯片其他部分電路的工作電壓；時 鐘電路是一個振蕩器，產(chǎn)生供數(shù)字基帶電路工作所需的時鐘信號；復(fù)位電路產(chǎn)生上電復(fù)位 信號，當(dāng)標(biāo)簽上電，電源電壓穩(wěn)定后，復(fù)位電平拉高，數(shù)字基帶電路節(jié)點信號復(fù)位。
[0039] ⑶數(shù)字基帶電路對接收到的信號解碼并作出響應(yīng)，同時控制對存儲器的讀寫操 作、溫濕度傳感器的休眠與喚醒，并控制溫濕度傳感器執(zhí)行溫度感知操作。
[0040] ⑷存儲器存儲物品屬性信息、標(biāo)簽ID、溫度數(shù)據(jù)以及用戶寫入數(shù)據(jù)等。
[0041] (5)溫濕度傳感器，包括溫濕度采集電路、信號濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。溫濕度采集電 路產(chǎn)生一個與溫度成正比的電壓表示當(dāng)前的環(huán)境溫度信息，還產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準 電壓作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將標(biāo)示溫度信息的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0042] 特別地，參見圖2,溫濕度采集電路，包括PM0S管MP1~MP8, NM0S管ΜΝ1?ΜΝ16。其 中，PM0S管MP1~MP8的源極都連接在一起并接至溫濕度采集電路的電源電壓，該電源電壓 由模擬前端中的穩(wěn)壓電路提供；PM0S管MP1~MP8的柵極都連接在一起并接至MP2的漏極， PM0S管MPf MP7的漏極分別接至NM0S管MNf MN7的漏極，NM0S管MN1的柵極和漏極相連 并與NM0S管MN2的柵極連接在一起，NM0S管MN8的柵極和漏極相連并與NM0S管MN9的柵 極連接在一起，NM0S管MN1和NM0S管MN2的源極分別和NM0S管MN8和NM0S管MN9的漏極 相連，NM0S管MN9的源極和NM0S管MN15的漏極相連，NM0S管ΜΝ3?ΜΝ7各自的柵極和它們 的漏極相連，并分別與NM0S管ΜΝΚΓΜΝ14的柵極相連，NM0S管MN3~MN7的源極分別與NM0S 管ΜΝΚΓΜΝ14的漏極相連，NM0S管MN11的源極接至NM0S管MN10的漏極，NM0S管MN12的 源極接至NM0S管麗11的漏極并與NM0S管麗16的源極相連，NM0S管麗16的柵極和漏極 連接在一起并與NM0S管MN8的漏極和NM0S管MN15的柵極相連作為溫濕度采集電路輸出 的基準電壓VREF，NM0S管MN13的源極與NM0S管MN12的漏極相連，NM0S管MN14的源極與 NM0S管麗12的漏極相連，NM0S管麗14的漏極作為溫濕度采集電路輸出的溫度成正比的電 壓VPTAT，NM0S管MN8、NM0S管MN15、NM0S管MN10的源極連接至地。
[0043] PM0S管MP1-MP7構(gòu)成的電流鏡將基準電流鏡像到其他各個支路。
[0044] 在上述實施例的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置中，溫濕度傳感器采用 與標(biāo)簽芯片工藝相同的CMOS器件實現(xiàn)，增加的芯片面積很??；同時，基于亞閾值區(qū)工作的 CMOS器件的溫度特性，設(shè)計了溫度信息采集電路，大大降低了芯片的功耗。
[0045] 綜上所述，本實用新型上述各實施例的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置， 基于CMOS集成電路工藝實現(xiàn)溫濕度傳感器，將傳統(tǒng)的電子標(biāo)簽芯片與溫濕度傳感器結(jié)合 起來，在一片硅片上實現(xiàn)溫度感知功能和射頻識別功能；該溫濕度感知式無源超高頻RFID 標(biāo)簽裝置，具有功耗低、面積小、封裝成本低的優(yōu)點。
[〇〇46] 最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本 實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征 進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征在于，包括依次連接的射頻前 端、模擬前端、數(shù)字基帶電路和存儲器，以及分別與所述數(shù)字基帶電路連接的LED顯示屏和 溫濕度傳感器；其中： 所述數(shù)字基帶電路，用于對接收到的信號解碼并作出響應(yīng)，同時控制對存儲器的讀寫 操作、溫濕度傳感器的休眠與喚醒，并控制溫濕度傳感器執(zhí)行溫度感知操作； 所述存儲器，用于存儲無源超高頻RFID標(biāo)簽的物品屬性信息、無源超高頻RFID標(biāo)簽的 ID、溫度數(shù)據(jù)以及用戶寫入數(shù)據(jù)； 所述溫濕度傳感器，包括依次連接至所述數(shù)字基帶電路的溫濕度采集電路、信號濾波 器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中： 所述溫濕度采集電路，用于產(chǎn)生一個與溫度成正比的電壓表示當(dāng)前的環(huán)境溫度信息， 還產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準電壓； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將標(biāo)示溫度信息的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述溫濕度采集電路，包括PMOS管MPf MP8, NMOS管MN11N16 ;其中： 所述PMOS管MP1~MP8的源極都連接在一起，并接至溫濕度采集電路的電源電壓，該電 源電壓由模擬前端中的穩(wěn)壓電路提供；PMOS管MP1~MP8的柵極都連接在一起，并接至MP2 的漏極；PMOS管MPf MP7的漏極，分別接至NMOS管MNf MN7的漏極； 所述NMOS管MN1的柵極和漏極相連，并與NMOS管MN2的柵極連接在一起；NMOS管MN8 的柵極和漏極相連并與NMOS管MN9的柵極連接在一起；NMOS管MN1和NMOS管MN2的源 極，分別和NMOS管MN8和NMOS管MN9的漏極相連；NMOS管MN9的源極和NMOS管MN15的 漏極相連，NMOS管麗:ΓΜΝ7各自的柵極和它們的漏極相連，并分別與NMOS管麗ΚΓΜΝ14的 柵極相連；NMOS管ΜΝ3?ΜΝ7的源極，分別與NMOS管ΜΝΚΓΜΝ14的漏極相連；NMOS管MN11的 源極接至NMOS管MN10的漏極，NMOS管MN12的源極接至NMOS管MN11的漏極并與NMOS管 麗16的源極相連；NMOS管麗16的柵極和漏極連接在一起，并與NMOS管MN8的漏極和NMOS 管麗15的柵極相連，作為溫濕度采集電路輸出的基準電壓VREF ; 所述NMOS管麗13的源極與NMOS管麗12的漏極相連，NMOS管麗14的源極與NMOS 管麗12的漏極相連；NMOS管麗14的漏極，作為溫濕度采集電路輸出的溫度成正比的電壓 VPTAT，NMOS 管 MN8、NMOS 管 MN15、NMOS 管 MN10 的源極連接至地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征在于，所述 射頻前端，包括分別與所述數(shù)字基帶電路連接的解調(diào)電路和調(diào)制電路，以及與所述模擬前 端連接的整流電路；其中： 所述解調(diào)電路，用于從用于讀取無源超高頻RFID標(biāo)簽信息的閱讀器發(fā)出的射頻信號 中提取出包絡(luò)，處理后傳送給數(shù)字基帶進行解碼； 所述調(diào)制電路，用于將數(shù)字基帶電路返回的無源超高頻RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)調(diào)制到射頻頻 段，并通過射頻天線發(fā)送給閱讀器； 所述整流電路，用于將閱讀器發(fā)射的射頻波轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽工作的直流能量，并發(fā)送給模 擬前端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征在于，所述 模擬前端，包括與所述整流電路連接的穩(wěn)壓電路，以及分別與所述穩(wěn)壓電路和數(shù)字基帶電 路連接的復(fù)位電路和時鐘電路；其中： 所述穩(wěn)壓電路，用于將整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電壓，為整個芯片 的用電部分提供工作電壓； 所述復(fù)位電路，用于產(chǎn)生上電復(fù)位信號，當(dāng)無源超高頻RFID標(biāo)簽上電、且穩(wěn)壓電路提 供的電源電壓穩(wěn)定后，將復(fù)位電平拉高，使數(shù)字基帶電路節(jié)點信號復(fù)位； 所述時鐘電路，用于產(chǎn)生供數(shù)字基帶電路工作所需的時鐘信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征在于，所述 時鐘電路，具體包括振蕩器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征在于，所述 PMOS管MP1-MP7構(gòu)成的電流鏡，將基準電流鏡像到其他各個支路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的溫濕度感知式無源超高頻RFID標(biāo)簽裝置，其特征 在于，所述射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶電路、存儲器和溫濕度傳感器基于相同的集成電 路工藝，并集成在冋一片娃片上。
【文檔編號】G06K19/077GK203882332SQ201320818986
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】吳越, 吳少智, 宗雪婷 申請人:無錫成電科大科技發(fā)展有限公司