基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，包括依次連接的天線、模擬射頻前端電路、邏輯控制電路，所述模擬射頻前端電路包括整流電路模塊，以及和邏輯控制電路相連接的溫度檢測電路、振蕩器模塊、解調(diào)器、反向散射電路，所述天線和整流電路組成能量提取電路，所述邏輯控制電路采用FPGA模塊。本發(fā)明具有低功耗、實現(xiàn)感應(yīng)天線體積小、低成本、通信距離遠等特點。
【專利說明】基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線溫度傳感器電路，尤其是涉及一種基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前無線溫度傳感器主要由電池、感溫元件、控制電路、收發(fā)電路組成。這類傳感器有體積大，低溫情況電池不能正常工作等缺點。
[0003]RDIF(Rad1 Frequency Identificat1n)無線射頻識別技術(shù)具有非接觸式、存儲容量大、識別速度快、距離遠、可多卡識別等優(yōu)點。根據(jù)有無電池供電，其射頻標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽兩種，無源標(biāo)簽只需配合閱讀器即可進行識別、信號傳輸工作。將溫度傳感器與無源射頻標(biāo)簽結(jié)合在一起，形成無線傳輸溫度測量值的射頻前端，占用空間小，成本增加不多，可用于血液制品、疫苗冷藏、易腐壞食品和物流中任何其他對溫度敏感的物品采集溫度信息。
[0004]現(xiàn)有采用射頻技術(shù)的溫度電子標(biāo)簽由于天線結(jié)構(gòu)的限制，體積大，無法安裝在西林瓶等小容器中；電壓差值量化測量溫度的方案，需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，其功耗較大，造成無線傳輸距離較近。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明采用基于RDIF技術(shù)的無源溫度電子標(biāo)簽，解決了當(dāng)前低溫傳感器需要電池或者有線電源的問題，其技術(shù)方案如下所述:
[0006]一種基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，包括依次連接的天線、模擬射頻前端電路、邏輯控制電路，所述模擬射頻前端電路包括整流電路模塊，以及和邏輯控制電路相連接的溫度檢測電路、振蕩器模塊、解調(diào)器、反向散射電路，所述天線和整流電路組成能量提取電路，所述邏輯控制電路采用FPGA模塊。
[0007]所述天線采用圓極化的微帶天線設(shè)計。
[0008]所述整流電路用于把交流電壓信號轉(zhuǎn)化為直流電壓，與穩(wěn)壓電路和電壓基準(zhǔn)電路相連接，所述電壓基準(zhǔn)電路為基帶電路提供穩(wěn)定的電源電壓。
[0009]所述整流電路還連接有電壓限幅保護電路。
[0010]所述解調(diào)器、反向散射電路直接與天線相連接。
[0011]所述FPGA模塊包括狀態(tài)機、譯碼編碼、加密校驗、防沖突功能模塊。
[0012]所述整流電路的整流器件采用肖特基二極管。
[0013]所述溫度檢測電路包括基準(zhǔn)電路模塊、第一振蕩器、第二振蕩器、分頻器、振蕩器關(guān)斷電路、計數(shù)器，所述基準(zhǔn)電路模塊與第一振蕩器、第二振蕩器相連接，所述振蕩器關(guān)斷電路與第一振蕩器、第二振蕩器相連接，所述分頻器與第一振蕩器相連接，所述第二振蕩器、分頻器與計數(shù)器相連接。
[0014]所述第一振蕩器、第二振蕩器結(jié)構(gòu)相同，采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，由依次連接的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路、I個比較器、3個反相器、充放電電路組成。
[0015]本發(fā)明是針對當(dāng)前無源射頻溫度電子標(biāo)簽電路功耗大、感應(yīng)天線尺寸大、信號傳輸距離近的問題，提出以下解決方案:采用對脈寬計數(shù)的方式測量溫度，較好的解決了低功耗的問題；采用圓極化的微帶線天線，并使天線的阻抗與無源射頻標(biāo)簽的輸入阻抗匹配，實現(xiàn)感應(yīng)天線體積小、低成本、通信距離遠等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明提供的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽的電路示意圖；
[0017]圖2是所述圓極化天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是所述整流電路的電路不意圖；
[0019]圖4是所述溫度檢測電路的電路示意圖；
[0020]圖5是所述振蕩器的電路不意圖。

【具體實施方式】
[0021]無源射頻溫度電子標(biāo)簽，主要包括天線，模擬射頻前端電路，邏輯控制電路三個基本功能模塊。
[0022]如圖1所示，天線接收到射頻信號，把信號傳輸給倍壓整流電路和解調(diào)器。整流器的作用是將天線接收到的交流信號轉(zhuǎn)換為直流電壓，產(chǎn)生標(biāo)簽芯片所需的電源。整流電路把接受到的能量轉(zhuǎn)換為更高的直流電壓VDD輸出給穩(wěn)壓電路和電壓基準(zhǔn)電路，為基帶電路產(chǎn)生穩(wěn)定的電源電壓REFVDD，大約1.65V，隨著溫度和工藝角不同而變化。所述整流電路還連接有電壓限幅保護電路，通過穩(wěn)壓器實現(xiàn)，所述穩(wěn)壓器的作用是為整流器所產(chǎn)生的直流電壓提供泄流支路，產(chǎn)生穩(wěn)定的電源電壓，從而對電源電壓起到限幅的作用。從而防止輸入電壓過高，把芯片內(nèi)部電路擊穿損毀。解調(diào)器和反向散射電路通過匹配網(wǎng)絡(luò)與天線相連:解調(diào)器從輸入信號中解調(diào)出有用數(shù)據(jù)發(fā)送給邏輯處理模塊進行下一步處理；反向散射電路通過改變自身的電容達到改變芯片輸入阻抗的目的，從而實現(xiàn)ASK調(diào)制。系統(tǒng)中的振蕩器為基帶電路提供穩(wěn)定的時鐘信號。
[0023]所述模擬射頻前端電路包括溫度檢測電路，整流電路模塊，穩(wěn)壓電壓電路，振蕩器模塊，解調(diào)器，反向散射電路以及相關(guān)數(shù)據(jù)接口模塊。
[0024]所述邏輯控制電路采用成熟的FPGA (Field Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)模塊來實現(xiàn)此功能，所述FPGA模塊內(nèi)部包括狀態(tài)機、譯碼編碼、加密校驗、防沖突等功能模塊，可以實現(xiàn)命令解碼、數(shù)據(jù)校驗，完成對射頻接口、EEPROM的控制操作，從而完成協(xié)議所要求的功能，此處不再詳述。
[0025]本發(fā)明中，所述天線如圖2所示，采用圓極化的微帶天線設(shè)計，天線體積比其他方案減小很多。由天線和N級倍壓整流電路組成能量提取電路。天線接收到從讀卡器發(fā)出的射頻能量，并且把能量轉(zhuǎn)換為交流電壓信號傳輸給N級倍壓整流電路；N級倍壓整流電路用于把交流電壓信號轉(zhuǎn)化為較高的直流電壓，為芯片正常工作提供穩(wěn)定的直流電源。
[0026]在射頻電子標(biāo)簽中，天線的面積占主導(dǎo)地位，其面積決定了標(biāo)簽的大小。由于電路功耗的降低，本設(shè)計中的天線采用圓極化，并使它的阻抗能夠和標(biāo)簽芯片的輸入阻抗匹配，具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。
[0027]所述倍壓整流電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，其整流器件采用肖特基二極管。圖中Cm為每一級的升壓電容，每兩個二極管組成一組升壓電路，一共有N級，N的取值根據(jù)整體電路要求，取值為4。輸出負載電容Cout的取值要比Cm大很多，用來濾除升壓過程中產(chǎn)生的波紋，從而使倍壓整流電路輸出穩(wěn)定的直流電壓，同時大的負載電容也起到了儲存能量的作用。
[0028]所述溫度檢測電路如圖4所示，主要分為6個模塊:1)基準(zhǔn)電路模塊:該模塊產(chǎn)生一基準(zhǔn)電流提供給兩個振蕩器實現(xiàn)對其電容的充放電，同時產(chǎn)生不受溫度變化影響的基準(zhǔn)電壓VREF和隨溫度變化的基準(zhǔn)電壓VBE分別輸入到振蕩器2和振蕩器I。
[0029]2)振蕩器1:該振蕩器產(chǎn)生一個周期信號，該信號的周期與基準(zhǔn)電流、VBE以及工藝有關(guān)。
[0030]3)振蕩器2:該振蕩器也產(chǎn)生一個周期信號，該信號的周期也與基準(zhǔn)電流、VREF和工藝有關(guān)，但振蕩器I和振蕩器2結(jié)構(gòu)完全相同，從而抵消了工藝的影響。
[0031]4)分頻器:由于兩個振蕩器的周期比較接近，為了能夠檢測出周期的變化，需要對振蕩器I輸出的信號進行分頻，并將分頻后的信號作為計數(shù)器的使能信號，文中采用512分頻。
[0032]5)振蕩器關(guān)斷電路:該模塊產(chǎn)生一個使振蕩器在計數(shù)完成后關(guān)斷的信號。
[0033]6)計數(shù)器:該模塊輸出計數(shù)值，用于判決溫度測量值。
[0034]其電路工作原理如下:
[0035]當(dāng)使能信號到來之后，計數(shù)器復(fù)位，振蕩器I和振蕩器2開始振蕩。振蕩器I輸出信號送入分頻器，經(jīng)過分頻以后產(chǎn)生一個T_EN信號，作為計數(shù)器的使能信號。振蕩器2產(chǎn)生的時鐘信號T_CLK作為計數(shù)器的時鐘，每一個T_CLK正沿的到來，計數(shù)器輸出增加I。當(dāng)計數(shù)結(jié)束，也就是T_EN信號變?yōu)榈偷臅r候，關(guān)斷電路在延遲幾微秒后，產(chǎn)生一個使基準(zhǔn)電流和振蕩器關(guān)斷的信號，從而避免計數(shù)器重復(fù)計數(shù)，同時降低了功耗。利用T_EN信號的溫度特性，通過計數(shù)器的計數(shù)值可解析出溫度。
[0036]所述振蕩器采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，如圖5所示，它由I個比較器，3個反相器，I個充放電電路和基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路組成。電路中兩個環(huán)形振蕩器采用同樣的電流基準(zhǔn)對電容進行充放電，因此電流隨溫度、工藝等的變化對振蕩器的影響可以抵消，不會對溫度的測量結(jié)果產(chǎn)生影響。
[0037]由于振蕩器I和振蕩器2電路結(jié)構(gòu)相同，電容C容值相同，充放電電流大小相同，因此，振蕩器的周期只取決于參考電壓。
[0038]本發(fā)明具有低功耗、實現(xiàn)感應(yīng)天線體積小、低成本、通信距離遠等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:包括依次連接的天線、模擬射頻前端電路、邏輯控制電路，所述模擬射頻前端電路包括整流電路模塊，以及和邏輯控制電路相連接的溫度檢測電路、振蕩器模塊、解調(diào)器、反向散射電路，所述天線和整流電路組成能量提取電路，所述邏輯控制電路采用FPGA模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述天線采用圓極化的微帶天線設(shè)計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述整流電路用于把交流電壓信號轉(zhuǎn)化為直流電壓，與穩(wěn)壓電路和電壓基準(zhǔn)電路相連接，所述電壓基準(zhǔn)電路為基帶電路提供穩(wěn)定的電源電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述整流電路還連接有電壓限幅保護電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述解調(diào)器、反向散射電路直接與天線相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述FPGA模塊包括狀態(tài)機、譯碼編碼、加密校驗、防沖突功能模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述整流電路的整流器件采用肖特基二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述溫度檢測電路包括基準(zhǔn)電路模塊、第一振蕩器、第二振蕩器、分頻器、振蕩器關(guān)斷電路、計數(shù)器，所述基準(zhǔn)電路模塊與第一振蕩器、第二振蕩器相連接，所述振蕩器關(guān)斷電路與第一振蕩器、第二振蕩器相連接，所述分頻器與第一振蕩器相連接，所述第二振蕩器、分頻器與計數(shù)器相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于射頻技術(shù)的無線溫度電子標(biāo)簽，其特征在于:所述第一振蕩器、第二振蕩器結(jié)構(gòu)相同，采用環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，由依次連接的基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路、I個比較器、3個反相器、充放電電路組成。
【文檔編號】G06K19/067GK104281869SQ201410553350
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】何國強, 陳躍武, 鄧哲, 梁志國, 劉立科 申請人:奧星制藥設(shè)備（石家莊）有限公司