基于射频技术的无线温度电子标签的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于射频技术的无线温度电子标签，包括依次连接的天线、模拟射频前端电路、逻辑控制电路，所述模拟射频前端电路包括整流电路模块，以及和逻辑控制电路相连接的温度检测电路、振荡器模块、解调器、反向散射电路，所述天线和整流电路组成能量提取电路，所述逻辑控制电路采用FPGA模块。本实用新型具有低功耗、实现感应天线体积小、低成本、通信距离远等特点。
【专利说明】基于射频技术的无线温度电子标签
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线温度传感器电路，尤其是涉及一种基于射频技术的无线温度电子标签。
【背景技术】
[0002]当前无线温度传感器主要由电池、感温元件、控制电路、收发电路组成。这类传感器有体积大，低温情况电池不能正常工作等缺点。
[0003]RDIF(Rad1 Frequency Identificat1n)无线射频识别技术具有非接触式、存储容量大、识别速度快、距离远、可多卡识别等优点。根据有无电池供电，其射频标签可分为有源标签和无源标签两种，无源标签只需配合阅读器即可进行识别、信号传输工作。将温度传感器与无源射频标签结合在一起，形成无线传输温度测量值的射频前端，占用空间小，成本增加不多，可用于血液制品、疫苗冷藏、易腐坏食品和物流中任何其他对温度敏感的物品采集温度信息。
[0004]现有采用射频技术的温度电子标签由于天线结构的限制，体积大，无法安装在西林瓶等小容器中；电压差值量化测量温度的方案，需要数模转换器进行转换，其功耗较大，造成无线传输距离较近。
实用新型内容
[0005]本实用新型采用基于RDIF技术的无源温度电子标签，解决了当前低温传感器需要电池或者有线电源的问题，其技术方案如下所述:
[0006]一种基于射频技术的无线温度电子标签，包括依次连接的天线、模拟射频前端电路、逻辑控制电路，所述模拟射频前端电路包括整流电路模块，以及和逻辑控制电路相连接的温度检测电路、振荡器模块、解调器、反向散射电路，所述天线和整流电路组成能量提取电路，所述逻辑控制电路采用FPGA模块。
[0007]所述天线采用圆极化的微带天线设计。
[0008]所述整流电路用于把交流电压信号转化为直流电压，与稳压电路和电压基准电路相连接，所述电压基准电路为基带电路提供稳定的电源电压。
[0009]所述整流电路还连接有电压限幅保护电路。
[0010]所述解调器、反向散射电路直接与天线相连接。
[0011]所述FPGA模块包括状态机、译码编码、加密校验、防冲突功能模块。
[0012]所述整流电路的整流器件采用肖特基二极管。
[0013]所述温度检测电路包括基准电路模块、第一振荡器、第二振荡器、分频器、振荡器关断电路、计数器，所述基准电路模块与第一振荡器、第二振荡器相连接，所述振荡器关断电路与第一振荡器、第二振荡器相连接，所述分频器与第一振荡器相连接，所述第二振荡器、分频器与计数器相连接。
[0014]所述第一振荡器、第二振荡器结构相同，采用环形振荡器结构，由依次连接的基准电流产生电路、I个比较器、3个反相器、充放电电路组成。
[0015]本实用新型是针对当前无源射频温度电子标签电路功耗大、感应天线尺寸大、信号传输距离近的问题，提出以下解决方案:采用对脉宽计数的方式测量温度，较好的解决了低功耗的问题；采用圆极化的微带线天线，并使天线的阻抗与无源射频标签的输入阻抗匹配，实现感应天线体积小、低成本、通信距离远等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型提供的基于射频技术的无线温度电子标签的电路示意图；
[0017]图2是所述圆极化天线的结构示意图；
[0018]图3是所述整流电路的电路不意图；
[0019]图4是所述温度检测电路的电路示意图；
[0020]图5是所述振荡器的电路不意图。
【具体实施方式】
[0021]无源射频温度电子标签，主要包括天线，模拟射频前端电路，逻辑控制电路三个基本功能模块。
[0022]如图1所示，天线接收到射频信号，把信号传输给倍压整流电路和解调器。整流器的作用是将天线接收到的交流信号转换为直流电压，产生标签芯片所需的电源。整流电路把接受到的能量转换为更高的直流电压VDD输出给稳压电路和电压基准电路，为基带电路产生稳定的电源电压REFVDD，大约1.65V，随着温度和工艺角不同而变化。所述整流电路还连接有电压限幅保护电路，通过稳压器实现，所述稳压器的作用是为整流器所产生的直流电压提供泄流支路，产生稳定的电源电压，从而对电源电压起到限幅的作用。从而防止输入电压过高，把芯片内部电路击穿损毁。解调器和反向散射电路通过匹配网络与天线相连:解调器从输入信号中解调出有用数据发送给逻辑处理模块进行下一步处理；反向散射电路通过改变自身的电容达到改变芯片输入阻抗的目的，从而实现ASK调制。系统中的振荡器为基带电路提供稳定的时钟信号。
[0023]所述模拟射频前端电路包括温度检测电路，整流电路模块，稳压电压电路，振荡器模块，解调器，反向散射电路以及相关数据接口模块。
[0024]所述逻辑控制电路采用成熟的FPGA (Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列)模块来实现此功能，所述FPGA模块内部包括状态机、译码编码、加密校验、防冲突等功能模块，可以实现命令解码、数据校验，完成对射频接口、EEPROM的控制操作，从而完成协议所要求的功能，此处不再详述。
[0025]本实用新型中，所述天线如图2所示，采用圆极化的微带天线设计，天线体积比其他方案减小很多。由天线和N级倍压整流电路组成能量提取电路。天线接收到从读卡器发出的射频能量，并且把能量转换为交流电压信号传输给N级倍压整流电路；N级倍压整流电路用于把交流电压信号转化为较高的直流电压，为芯片正常工作提供稳定的直流电源。
[0026]在射频电子标签中，天线的面积占主导地位，其面积决定了标签的大小。由于电路功耗的降低，本设计中的天线采用圆极化，并使它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配，具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。
[0027]所述倍压整流电路结构如图3所示，其整流器件采用肖特基二极管。图中Cm为每一级的升压电容，每两个二极管组成一组升压电路，一共有N级，N的取值根据整体电路要求，取值为4。输出负载电容Cout的取值要比Cm大很多，用来滤除升压过程中产生的波纹，从而使倍压整流电路输出稳定的直流电压，同时大的负载电容也起到了储存能量的作用。
[0028]所述温度检测电路如图4所示，主要分为6个模块:1)基准电路模块:该模块产生一基准电流提供给两个振荡器实现对其电容的充放电，同时产生不受温度变化影响的基准电压VREF和随温度变化的基准电压VBE分别输入到振荡器2和振荡器I。
[0029]2)振荡器1:该振荡器产生一个周期信号，该信号的周期与基准电流、VBE以及工艺有关。
[0030]3)振荡器2:该振荡器也产生一个周期信号，该信号的周期也与基准电流、VREF和工艺有关，但振荡器I和振荡器2结构完全相同，从而抵消了工艺的影响。
[0031]4)分频器:由于两个振荡器的周期比较接近，为了能够检测出周期的变化，需要对振荡器I输出的信号进行分频，并将分频后的信号作为计数器的使能信号，文中采用512分频。
[0032]5)振荡器关断电路:该模块产生一个使振荡器在计数完成后关断的信号。
[0033]6)计数器:该模块输出计数值，用于判决温度测量值。
[0034]其电路工作原理如下:
[0035]当使能信号到来之后，计数器复位，振荡器I和振荡器2开始振荡。振荡器I输出信号送入分频器，经过分频以后产生一个T_EN信号，作为计数器的使能信号。振荡器2产生的时钟信号T_CLK作为计数器的时钟，每一个T_CLK正沿的到来，计数器输出增加I。当计数结束，也就是T_EN信号变为低的时候，关断电路在延迟几微秒后，产生一个使基准电流和振荡器关断的信号，从而避免计数器重复计数，同时降低了功耗。利用T_EN信号的温度特性，通过计数器的计数值可解析出温度。
[0036]所述振荡器采用环形振荡器结构，如图5所示，它由I个比较器，3个反相器，I个充放电电路和基准电流产生电路组成。电路中两个环形振荡器采用同样的电流基准对电容进行充放电，因此电流随温度、工艺等的变化对振荡器的影响可以抵消，不会对温度的测量结果产生影响。
[0037]由于振荡器I和振荡器2电路结构相同，电容C容值相同，充放电电流大小相同，因此，振荡器的周期只取决于参考电压。
[0038]本实用新型具有低功耗、实现感应天线体积小、低成本、通信距离远等特点。
【权利要求】
1.一种基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:包括依次连接的天线、模拟射频前端电路、逻辑控制电路，所述模拟射频前端电路包括整流电路模块，以及和逻辑控制电路相连接的温度检测电路、振荡器模块、解调器、反向散射电路，所述天线和整流电路组成能量提取电路，所述逻辑控制电路采用FPGA模块。
2.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述天线采用圆极化的微带天线设计。
3.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述整流电路用于把交流电压信号转化为直流电压，与稳压电路和电压基准电路相连接，所述电压基准电路为基带电路提供稳定的电源电压。
4.根据权利要求3所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述整流电路还连接有电压限幅保护电路。
5.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述解调器、反向散射电路直接与天线相连接。
6.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述FPGA模块包括状态机、译码编码、加密校验、防冲突功能模块。
7.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述整流电路的整流器件采用肖特基二极管。
8.根据权利要求1所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述温度检测电路包括基准电路模块、第一振荡器、第二振荡器、分频器、振荡器关断电路、计数器，所述基准电路模块与第一振荡器、第二振荡器相连接，所述振荡器关断电路与第一振荡器、第二振荡器相连接，所述分频器与第一振荡器相连接，所述第二振荡器、分频器与计数器相连接。
9.根据权利要求8所述的基于射频技术的无线温度电子标签，其特征在于:所述第一振荡器、第二振荡器结构相同，采用环形振荡器结构，由依次连接的基准电流产生电路、I个比较器、3个反相器、充放电电路组成。
【文档编号】G01K1/02GK204102171SQ201420602367
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】何国强, 陈跃武, 邓哲, 梁志国, 刘立科 申请人:奥星制药设备（石家庄）有限公司