一种温湿度感知式无源超高频rfid标签装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，包括依次连接的射频前端、模拟前端、数字基带电路和存储器，以及分别与所述数字基带电路连接的LED显示屏和温湿度传感器。本实用新型所述温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，可以克服现有技术中体积大、功耗大和成功高等缺陷，以实现体积小、功耗小和成本低的优点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及射频识别领域，具体地，涉及一种温湿度感知式无源超高频RFID 标签装置。 一种温湿度感知式无源超高频RFID标签装置
【背景技术】
[0002] 射频识别（Radio Frequency Identification,简称RFID)技术是利用射频方式远距 离的通信以达到物品的识别、追踪、定位和管理等目的。射频识别技术在工业自动化，商业 自动化，交通运输控制管理，防伪等众多领域，甚至军事用途具有广泛的应用前景，目前已 引起了广泛的关注。
[0003] 随着RFID技术成熟与RFID标签成本的下降，逐步呈现一些具有更大的实际应用 价值的发展趋势，其中之一是RFID与温湿度传感器相结合。将温度传感与RFID结合起来 可以为易腐坏食品、药品和物流中任何其他对温度敏感的物品采集温度信息，也可以为许 多医药诊断试验和程序提供及时的数据。而且基于RFID技术的温度传感系统在物流中起 到了越来越重要的应用。如：冷链物流(新鲜食品、葡萄酒等);疫苗、药品等环境敏感性物品 监测；专用仓库内重要物资，如粮食、薯类等温度监测；建筑材料温度监测；整合其他技术， 比如震动、光照和位移传感器实现对相关目标的监控和大型冷库温度监控等；可以实现对 运输、配送过程中温度发生改变时的预警，并有助于质量事故的责任认定。
[0004] 现有的具备温度感知功能的标签一般有两种，一种多采用外部热敏元件实现温度 感知，这种标签产品一方面材料成本与封装成本较高，另一方面产品体积较大；另一种基 于带隙基准的原理，采用三极管和电阻实现温度感知，这种温度感知电路可以与标签芯片 做在一片硅片上，但是芯片的功耗较大，而且要使用较大面积的电阻，从而增加了芯片的成 本。
[0005] 在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在体积大、功耗大和 成功高等缺陷。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种温湿度感知式无源超高频RFID 标签装置，以实现体积小、功耗小和成本低的优点。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种温湿度感知式无源超高频 RFID标签装置，包括依次连接的射频前端、模拟前端、数字基带电路和存储器，以及分别与 所述数字基带电路连接的LED显示屏和温湿度传感器；其中：
[0008] 所述数字基带电路，用于对接收到的信号解码并作出响应，同时控制对存储器的 读写操作、温湿度传感器的休眠与唤醒，并控制温湿度传感器执行温度感知操作；
[0009] 所述存储器，用于存储无源超高频RFID标签的物品属性信息、无源超高频RFID标 签的ID、温度数据以及用户写入数据。LED显示屏，可以用于显示数字基带电路的处理结 果，使用户清楚得到数字基带电路的处理结果。
[0010] 进一步地，所述射频前端，包括分别与所述数字基带电路连接的解调电路和调制 电路，以及与所述模拟前端连接的整流电路；其中：
[0011] 所述解调电路，用于从用于读取无源超高频RFID标签信息的阅读器发出的射频 信号中提取出包络，处理后传送给数字基带进行解码；
[0012] 所述调制电路，用于将数字基带电路返回的无源超高频RFID标签数据调制到射 频频段，并通过射频天线发送给阅读器；
[0013] 所述整流电路，用于将阅读器发射的射频波转化为标签工作的直流能量，并发送 给模拟前端。
[0014] 进一步地，所述模拟前端，包括与所述整流电路连接的稳压电路，以及分别与所述 稳压电路和数字基带电路连接的复位电路和时钟电路；其中：
[0015] 所述稳压电路，用于将整流电路输出的直流电压转化为稳定的直流电压，为整个 芯片的用电部分提供工作电压；
[0016] 所述复位电路，用于产生上电复位信号，当无源超高频RFID标签上电、且稳压电 路提供的电源电压稳定后，将复位电平拉高，使数字基带电路节点信号复位；
[0017] 所述时钟电路，用于产生供数字基带电路工作所需的时钟信号。
[0018] 进一步地，所述时钟电路，具体包括振荡器。
[0019] 进一步地，所述温湿度传感器，包括依次连接至所述数字基带电路的温湿度采集 电路、信号滤波器和模数转换器；其中：
[0020] 所述温湿度采集电路，用于产生一个与温度成正比的电压表示当前的环境温度信 息，还产生一个与温度无关的基准电压作为模数转换的基准电压；
[0021] 所述模数转换器，用于将标示温度信息的电压信号转换为数字信号。
[0022] 进一步地，所述温湿度采集电路，包括PM0S管MP1~MP8, NM0S管MN1~MN16 ;其中：
[0023] 所述PM0S管MP1~MP8的源极都连接在一起，并接至温湿度采集电路的电源电压， 该电源电压由模拟前端中的稳压电路提供；PM0S管MP1~MP8的栅极都连接在一起，并接至 MP2的漏极；PM0S管MP1?MP7的漏极，分别接至NM0S管MN1?MN7的漏极；
[0024] 所述NM0S管MN1的栅极和漏极相连，并与NM0S管MN2的栅极连接在一起；NM0S管 MN8的栅极和漏极相连并与NM0S管MN9的栅极连接在一起；NM0S管MN1和NM0S管MN2的 源极，分别和NM0S管MN8和NM0S管MN9的漏极相连；NM0S管MN9的源极和NM0S管MN15的 漏极相连，NM0S管丽:ΓΜΝ7各自的栅极和它们的漏极相连，并分别与NM0S管丽ΚΓΜΝ14的 栅极相连；NM0S管ΜΝ3?ΜΝ7的源极，分别与NM0S管ΜΝΚΓΜΝ14的漏极相连；NM0S管MN11的 源极接至NM0S管MN10的漏极，NM0S管MN12的源极接至NM0S管MN11的漏极并与NM0S管 丽16的源极相连；NM0S管丽16的栅极和漏极连接在一起，并与NM0S管MN8的漏极和NM0S 管丽15的栅极相连，作为温湿度采集电路输出的基准电压VREF ;
[0025] 所述NM0S管MN13的源极与NM0S管MN12的漏极相连，NM0S管MN14的源极与NM0S 管丽12的漏极相连；NM0S管丽14的漏极，作为温湿度采集电路输出的温度成正比的电压 VPTAT，NM0S 管 MN8、NM0S 管 MN15、NM0S 管 MN10 的源极连接至地。
[0026] 进一步地，所述PM0S管MP1-MP7构成的电流镜，将基准电流镜像到其他各个支路。
[0027] 进一步地，所述射频前端、模拟前端、数字基带电路、存储器和温湿度传感器）基于 相同的集成电路工艺，并集成在同一片娃片上。
[0028] 本实用新型各实施例的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，由于包括依次 连接的射频前端、模拟前端、数字基带电路和存储器，以及分别与数字基带电路连接的LED 显示屏和温湿度传感器；可以基于CMOS集成电路工艺实现温湿度传感器，将传统的电子标 签芯片与温湿度传感器结合起来，在一片硅片上实现温度感知功能和射频识别功能；从而 可以克服现有技术中体积大、功耗大和成功高的缺陷，以实现体积小、功耗小和成本低的优 点。
[0029] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
[0030] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用 新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0032] 图1为本实用新型温湿度感知式无源超高频RFID标签装置的工作原理示意图；
[0033] 图2为本实用新型温湿度感知式无源超高频RFID标签装置中温湿度采集电路的 工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0035] 根据本实用新型实施例，如图1和图2所示，提供了一种温湿度感知式无源超高频 RFID标签装置。
[0036] 参见图1，本实施例的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，包括射频前端、模 拟前端、数字基带电路、存储器和温湿度传感器，所有电路模块（即射频前端、模拟前端、数 字基带电路、存储器和温湿度传感器）基于相同的集成电路工艺，可以做在同一片硅片上； 射频前端、模拟前端、数字基带电路和存储器依次连接，温湿度传感器与数字基带电路连 接。关于射频前端、模拟前端、数字基带电路、存储器和温湿度传感器的具体说明如下：
[0037] ⑴射频前端，是标签与读写器通信的接口电路，标签芯片的射频前端由整流电路、 解调电路和调制电路组成。整流电路将阅读器发射的射频波转化为标签工作的直流能量； 解调电路从阅读器发出的射频信号中提取出包络，处理后传送给数字基带电路进行解码； 调制电路将标签返回的数据调制到射频频段，并通过天线发送给阅读器。
[0038] ⑵模拟前端，由稳压电路、时钟电路和复位电路组成。稳压电路将整流电路输出的 不太稳定的直流电压转化为稳定的直流电压，作为整个芯片其他部分电路的工作电压；时 钟电路是一个振荡器，产生供数字基带电路工作所需的时钟信号；复位电路产生上电复位 信号，当标签上电，电源电压稳定后，复位电平拉高，数字基带电路节点信号复位。
[0039] ⑶数字基带电路对接收到的信号解码并作出响应，同时控制对存储器的读写操 作、温湿度传感器的休眠与唤醒，并控制温湿度传感器执行温度感知操作。
[0040] ⑷存储器存储物品属性信息、标签ID、温度数据以及用户写入数据等。
[0041] (5)温湿度传感器，包括温湿度采集电路、信号滤波器和模数转换器。温湿度采集电 路产生一个与温度成正比的电压表示当前的环境温度信息，还产生一个与温度无关的基准 电压作为模数转换的基准电压；模数转换器将标示温度信息的电压信号转换为数字信号。
[0042] 特别地，参见图2,温湿度采集电路，包括PM0S管MP1~MP8, NM0S管ΜΝ1?ΜΝ16。其 中，PM0S管MP1~MP8的源极都连接在一起并接至温湿度采集电路的电源电压，该电源电压 由模拟前端中的稳压电路提供；PM0S管MP1~MP8的栅极都连接在一起并接至MP2的漏极， PM0S管MPf MP7的漏极分别接至NM0S管MNf MN7的漏极，NM0S管MN1的栅极和漏极相连 并与NM0S管MN2的栅极连接在一起，NM0S管MN8的栅极和漏极相连并与NM0S管MN9的栅 极连接在一起，NM0S管MN1和NM0S管MN2的源极分别和NM0S管MN8和NM0S管MN9的漏极 相连，NM0S管MN9的源极和NM0S管MN15的漏极相连，NM0S管ΜΝ3?ΜΝ7各自的栅极和它们 的漏极相连，并分别与NM0S管ΜΝΚΓΜΝ14的栅极相连，NM0S管MN3~MN7的源极分别与NM0S 管ΜΝΚΓΜΝ14的漏极相连，NM0S管MN11的源极接至NM0S管MN10的漏极，NM0S管MN12的 源极接至NM0S管丽11的漏极并与NM0S管丽16的源极相连，NM0S管丽16的栅极和漏极 连接在一起并与NM0S管MN8的漏极和NM0S管MN15的栅极相连作为温湿度采集电路输出 的基准电压VREF，NM0S管MN13的源极与NM0S管MN12的漏极相连，NM0S管MN14的源极与 NM0S管丽12的漏极相连，NM0S管丽14的漏极作为温湿度采集电路输出的温度成正比的电 压VPTAT，NM0S管MN8、NM0S管MN15、NM0S管MN10的源极连接至地。
[0043] PM0S管MP1-MP7构成的电流镜将基准电流镜像到其他各个支路。
[0044] 在上述实施例的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置中，温湿度传感器采用 与标签芯片工艺相同的CMOS器件实现，增加的芯片面积很小；同时，基于亚阈值区工作的 CMOS器件的温度特性，设计了温度信息采集电路，大大降低了芯片的功耗。
[0045] 综上所述，本实用新型上述各实施例的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置， 基于CMOS集成电路工艺实现温湿度传感器，将传统的电子标签芯片与温湿度传感器结合 起来，在一片硅片上实现温度感知功能和射频识别功能；该温湿度感知式无源超高频RFID 标签装置，具有功耗低、面积小、封装成本低的优点。
[〇〇46] 最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本 实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员 来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征在于，包括依次连接的射频前 端、模拟前端、数字基带电路和存储器，以及分别与所述数字基带电路连接的LED显示屏和 温湿度传感器；其中： 所述数字基带电路，用于对接收到的信号解码并作出响应，同时控制对存储器的读写 操作、温湿度传感器的休眠与唤醒，并控制温湿度传感器执行温度感知操作； 所述存储器，用于存储无源超高频RFID标签的物品属性信息、无源超高频RFID标签的 ID、温度数据以及用户写入数据； 所述温湿度传感器，包括依次连接至所述数字基带电路的温湿度采集电路、信号滤波 器和模数转换器；其中： 所述温湿度采集电路，用于产生一个与温度成正比的电压表示当前的环境温度信息， 还产生一个与温度无关的基准电压作为模数转换的基准电压； 所述模数转换器，用于将标示温度信息的电压信号转换为数字信号； 所述温湿度采集电路，包括PMOS管MPf MP8, NMOS管MN11N16 ;其中： 所述PMOS管MP1~MP8的源极都连接在一起，并接至温湿度采集电路的电源电压，该电 源电压由模拟前端中的稳压电路提供；PMOS管MP1~MP8的栅极都连接在一起，并接至MP2 的漏极；PMOS管MPf MP7的漏极，分别接至NMOS管MNf MN7的漏极； 所述NMOS管MN1的栅极和漏极相连，并与NMOS管MN2的栅极连接在一起；NMOS管MN8 的栅极和漏极相连并与NMOS管MN9的栅极连接在一起；NMOS管MN1和NMOS管MN2的源 极，分别和NMOS管MN8和NMOS管MN9的漏极相连；NMOS管MN9的源极和NMOS管MN15的 漏极相连，NMOS管丽:ΓΜΝ7各自的栅极和它们的漏极相连，并分别与NMOS管丽ΚΓΜΝ14的 栅极相连；NMOS管ΜΝ3?ΜΝ7的源极，分别与NMOS管ΜΝΚΓΜΝ14的漏极相连；NMOS管MN11的 源极接至NMOS管MN10的漏极，NMOS管MN12的源极接至NMOS管MN11的漏极并与NMOS管 丽16的源极相连；NMOS管丽16的栅极和漏极连接在一起，并与NMOS管MN8的漏极和NMOS 管丽15的栅极相连，作为温湿度采集电路输出的基准电压VREF ; 所述NMOS管丽13的源极与NMOS管丽12的漏极相连，NMOS管丽14的源极与NMOS 管丽12的漏极相连；NMOS管丽14的漏极，作为温湿度采集电路输出的温度成正比的电压 VPTAT，NMOS 管 MN8、NMOS 管 MN15、NMOS 管 MN10 的源极连接至地。
2. 根据权利要求1所述的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征在于，所述 射频前端，包括分别与所述数字基带电路连接的解调电路和调制电路，以及与所述模拟前 端连接的整流电路；其中： 所述解调电路，用于从用于读取无源超高频RFID标签信息的阅读器发出的射频信号 中提取出包络，处理后传送给数字基带进行解码； 所述调制电路，用于将数字基带电路返回的无源超高频RFID标签数据调制到射频频 段，并通过射频天线发送给阅读器； 所述整流电路，用于将阅读器发射的射频波转化为标签工作的直流能量，并发送给模 拟前端。
3. 根据权利要求2所述的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征在于，所述 模拟前端，包括与所述整流电路连接的稳压电路，以及分别与所述稳压电路和数字基带电 路连接的复位电路和时钟电路；其中： 所述稳压电路，用于将整流电路输出的直流电压转化为稳定的直流电压，为整个芯片 的用电部分提供工作电压； 所述复位电路，用于产生上电复位信号，当无源超高频RFID标签上电、且稳压电路提 供的电源电压稳定后，将复位电平拉高，使数字基带电路节点信号复位； 所述时钟电路，用于产生供数字基带电路工作所需的时钟信号。
4. 根据权利要求3所述的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征在于，所述 时钟电路，具体包括振荡器。
5. 根据权利要求1所述的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征在于，所述 PMOS管MP1-MP7构成的电流镜，将基准电流镜像到其他各个支路。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的温湿度感知式无源超高频RFID标签装置，其特征 在于，所述射频前端、模拟前端、数字基带电路、存储器和温湿度传感器基于相同的集成电 路工艺，并集成在冋一片娃片上。
【文档编号】G06K19/077GK203882332SQ201320818986
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】吴越, 吴少智, 宗雪婷 申请人:无锡成电科大科技发展有限公司