CN105389611A

CN105389611A - 被动rfid传感器标签

Info

Publication number: CN105389611A
Application number: CN201510555660.0A
Authority: CN
Inventors: J·尼库宁; V·维卡里
Original assignee: Metso Flow Control Oy
Current assignee: Metso Finland Oy
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: EP2993626A1; US20160063286A1; FI126136B; ES2699897T3; JP6594711B2; EP2993626B1; PL2993626T3; JP2016053958A; CN105389611B; US9613237B2; FI20145765A

Abstract

公开一种被动RFID传感器标签，以及一种集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片(36)，包括：背向散射调制器(24)，用于利用背向散射原理进行通信；标签振荡器(23)，产生背向散射调制频率；及参照负载，优选地为参照谐振器(31-ref)。参照谐振器(31-ref)或者至少一对内部(31)或外部谐振器(31-1)和外部传感器元件(32、32-1)可以被选择性地连接(39)以对标签振荡器(23)施加负载。每个外部感测元件(32、32-1)被配置为感测预定的变量。当参照负载被连接以对标签振荡器施加负载时，标签振荡器(23)能够产生为相应的RFID系统定义的任意一种额定背向散射调制频率。当所述至少一对内部或外部谐振器和外部传感器元件被连接以对标签振荡器施加负载时，标签振荡器被配置为产生额定背向散射调制频率中预定的一种。

Description

被动RFID传感器标签

技术领域

本发明涉及被动无线传感器，具体地，涉及被动射频识别(RFID)传感器、RFID传感器系统以及用于被动RFID传感器标签的RFID读取器。

背景技术

传感器是一种将测量的量转换为可读取的格式的器件，通常转换为电信号。近来，市场上已经可以购买到适用于任何测量目的的传感器。根据连接方式，传感器可被分为无线传感器和有线传感器。有线传感器通过布线线束或电缆组件连接到读取器装置。无线传感器可以在未物理连接到传感器的情况下被读取，通常通过为传感器装备无线电收发器来实现。发送的无线电信号被接收器解释，接收器将无线信号转换为期望的输出。在例如由于苛刻的操作条件(比如温度和压力)、旋转部件或者布线的成本以及复杂性而难以进行有线连接的许多应用中，无线操作可以是有益的。然而，无线传感器也具有一些缺点，例如由电池导致的有限寿命、由衰减和干扰导致的有限读出距离、由于信号的不可控的传播导致的安全问题以及潜在的通信速度低。基于电源以及通信原理，无线传感器可以被分为三类：主动传感器、半被动传感器和被动传感器。

主动无线传感器通常既具有无线电收发器又具有用于为收发器供电的内置电池。具有自身电源的主动无线传感器能够使用强效的发射器和感测接收器。然而，内置电池限制了寿命时间并且还增加了体积和重量。由于更复杂的电路，主动传感器的价格可能比被动传感器的价格高得多。

半被动无线传感器不包含无线电收发器，然而其装备有电池。电池被用于为集成电路(IC)供电并且使传感器独立于读取器装置运行或者维持传感器中的存储器。半被动电池辅助传感器应用调制后向散射技术进行通信。这意味着半被动传感器不需要从内置电池获得任何电力来进行发射，而传感器简单地将由读取器装置发射的功率中的一些反射回去。

与主动传感器和半被动传感器不同，被动传感器不需要内置电池。因此，它们可以更简单、更小、更便宜，并且它们的寿命不受电源的限制。被动无线传感器的典型的读取距离在10cm至3m之间。被动无线传感器可以被分为四个主要类别：射频识别(RFID)标签、电谐振电路传感器、表面声波(SAW)、谐波传感器和互调传感器。

RFID是使用标签与读取器之间的无线电波来通信的识别技术，并且被用于识别物体。与光学条形码识别技术相比，RFID具有一些优点，例如在读取器装置与标签之间不需要通信视线，并且RFID读取器能够同时读取数百个标签。被动RFID标签使用图1中所示的调制背向散射通信原理。当标签10与RFID读取器11通信时，其调制接收的信号12并将信号12的一部分13反射回读取器。典型的被动标签包括连接到应用专用微芯片的天线。当被RFID收发器或读取器无线询问时，RFID标签天线从RFID读取器接收功率和RF信号并将它们供应至芯片。芯片处理该信号并将请求的数据发送回RFID读取器。根据发射的数据来调制背向散射的信号。RFID的最高操作频率和读取距离受到集成电路(IC)整流功率的限制，并且分别为几GHz以及5-10m。

RFID主要用于识别。RFID标签配备有可重写的存储器，这赋予了RFID标签可重复使用的特征，然而他们对于测量外部量是无用的。通过使RFID标签配备外部传感器以及读取外部传感器的数字逻辑器件，RFID也已经表现出可以适用于测量。这种方法的好处在于其可以使用通用的传感器元件并且因此可以很好地适用于非常广泛的应用。然而，在该方法中，需要在标签中包括额外的A/D转换器和数字电路，以使传感器能够被读出。由于额外的电子器件增加的功耗显著减小了读出范围(例如，具有8位A/D转换器的情况下，从5m减至0.3m)。额外的传感器元件还增加了功耗。在下列文献中讨论了额外的数字电路和A/D转换器的实施注意事项：1、2009年2月出版的名为“DevelopmentandImplementationofRFIDTechnology(RFID技术的发展和实施)”的图书中的第9章“SmartRFIDTags(智能RFID标签)”，ISBN978-3-902613-54-7，出版社为奥地利维也纳的I-Tech，详见：http://www.intechopen.com/books/development_and_implementation_of_rfid_technology。

US2013/0099897公开了一种RFID读取器、一种RFID芯片和一种电耦合到该RFID芯片并被构造为接收来自RFID读取器的信号并将信号发射至RFID读取器的天线。RFID芯片设置有连接到感测材料的电接口。RFID芯片被构造为调制从读取器接收的信号并利用调制的信号驱动感测材料。感测材料具有可变的电特性，从而背向散射的调制信号将根据感测材料的情况而改变。不管感测材料的本质如何，其与来自RFID芯片的调制信号发生作用并将信号返回至RFID芯片。返回的信号经由背向散射调制器从RFID芯片传递至天线，并随后被发送回RFID读取器。可选择地，由感测材料处理的信号被用于调制RFID芯片的输入阻抗，使得信号从RFID芯片通过天线背向散射至RFID读取器，以确定感测材料的情况。

US2011/0301903提出了在其使用期间而非在制造商处的额外校准步骤中校准发射应答器(例如，RFID标签中的传感器)的传感器，因此节约了相关成本。将被传感器监测的许多产品的初始条件对于产品的制造商来说是熟知的且被定义好的。这种初始条件的示例包括以下方面：在生产与运输之间储存产品的冷藏库中的温度；诸如牛奶和酒的液体的pH值；在受控的环境条件下包装的容器中的玻璃的组分。这些被定义好的条件可以被用作传感器校准的参照。因此，在该发明中，相对于参照来校准传感器，该参照在传感器的操作使用的每一种环境下是特有的。

Chen等人发表的论文“CouplingPassiveSensorstoUHFRFIDTags(将被动传感器耦合至UHFRFID标签)”(RadioandWirelessSymposium(RWS),2012IEEE,15-18Jan.2012,SantaClara,255–258)探讨了将被动传感器数据耦合至已有的UHFRFID标签而不设计新的标签ASIC的可能性。通过在标签天线上叠加耦合回路和调制矢量背向散射器，已有的UHFRFID系统可以被用于传递额外的数据。载有传感器数据的被动传感器的阻抗影响背向散射的相位以及大小的值。为了传输被动传感器数据，被动传感器耦合模块的负载在三种负载之间切换，以提供与两个参照阻抗或被动传感器之间的连接。利用两个参照阻抗，确定了被动传感器的阻抗。

Guerin等人发表的论文“Atemperatureandgassensorintegratedona915MHzRFIDUHFtag(一种集成在915MHzRFIDUHF标签上的温度和气体传感器)”(WirelessInformationTechnologyandSystems(ICWITS),2010IEEEInternationalConference,Honolulu,Aug.282010-Sept.32010)公开了一种应用调制背向散射原理的被动无线传感器。通过电压控制振荡器来产生调制信号，其控制电压进而输出频率被确定为按照传感器值的函数来改变。

同时待审的申请PCT/FI2013/051214公开了一种被动无线传感器设计，其使得被动无线传感器的读取距离本质性地增大。调制信号由振荡器产生，该振荡器包括感测元件作为振荡电路的一部分，从而调制频率与感测元件的感测值相关。因此，感测值被编译到调制的模拟信号的频率中，该信号可以在不需要耗能的AD转换器并且需要最少数量的外部组件的情况下产生。结果，读取距离可以被增大至若干米，达到室内级别。

由于短的读取距离，所以还不需要在读取器的范围内管理多个被动无线传感器标签。当前可用的所有被动无线传感器均为可用于专用读取器的单目的的传感器。

UHFRFID技术(例如标准的Class-1Gen-2防冲突)已经解决了关于读取多个无线标签的大部分问题。然而，由于还不需要考虑远程传感器，所以全部的RFID解决方案已经略过了传感器值的转换的问题，例如，温度补偿或校准。

因此，需要提供用于管理和读取具有不同的传感器特性的多个被动无线传感器的方法、过程和设置。

发明内容

本发明的一方面在于改进被动RFID传感器标签的精度和读取范围。

本发明的一方面在于一种根据所附的独立权利要求所述的集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明的一方面在于一种集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片，包括：

整流器，通过接收到的射频(RF)信号产生用于芯片的电功率；

背向散射调制器，用于利用背向散射原理进行通信；

标签振荡器，用于产生背向散射调制频率；

参照负载，优选地为参照谐振器；

选择装置，用于选择性地连接参照负载或者至少一对内部或外部谐振器和外部感测元件，以对标签振荡器施加负载(loadthetagoscillator)，每个外部感测元件感测预定的变量，其中，

当参照负载被连接以对标签振荡器施加负载时，标签振荡器能够产生为相应的RFID系统定义的任意一种额定背向散射调制频率，以及

当所述至少一对内部或外部谐振器和外部传感器元件被连接以对标签振荡器施加负载时，标签振荡器被配置为产生额定背向散射调制频率中预定的一种。

本发明的另一方面在于一种集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片，包括：

整流器，通过接收到的射频(RF)信号产生用于芯片的电功率；

背向散射调制器，用于利用背向散射原理进行通信；

标签振荡器，被配置为当至少一个外部感测元件或至少一对内部或外部谐振器和外部传感器元件被连接以对标签振荡器施加负载时，所述标签振荡器产生为相应的RFID系统定义的额定背向散射调制频率中预定的一种；

参照振荡器，能够产生为相应的RFID系统定义的任意一种额定背向散射调制频率；

选择装置，用于选择参照振荡器或标签振荡器，以向背向散射调制器提供背向散射调制频率。

在一个实施例中，标签振荡器的背向散射调制频率被配置为根据预定变量的感测值而在所述预定的一种额定背向散射调制频率的允许频率容差内改变。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括接触端子，至少一个外部感测元件和/或至少一对外部感测元件和外部谐振器能够连接到所述接触端子。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括接触端子，至少一对外部感测元件和外部LC谐振器能够连接到所述接触端子。

在一个实施例中，与一对外部谐振器和外部传感器元件组合的标签振荡器是LC振荡器。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括内部谐振器和接触端子，外部感测元件能够连接到所述接触端子，以形成一对内部谐振器和外部感测元件。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括内部谐振器和接触端子，外部电容性感测元件能够被连接到所述接触端子，以形成一对内部谐振器和外部感测元件。

在一个实施例中，与一对内部谐振器和外部传感器元件组合的标签振荡器是RC振荡器。

在一个实施例中，与参照负载组合的标签振荡器是RC振荡器。

在一个实施例中，与参照负载组合的标签振荡器的背向散射调制频率被配置为具有预定的温度-频率关联。

在一个实施例中，参照负载是谐振器或温度传感器，或者它们的组合。

在一个实施例中，参照振荡器的背向散射调制频率被配置为具有预定的温度-频率关联。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括额外的能量存储器，优选地为具有大容量的电容器，以在较长的时间段期间从接收的射频信号收集并存储较大量的能量。

在一个实施例中，发射应答器芯片包括内部天线和/或接触端子，外部天线能够连接到所述接触端子。

在一个实施例中，额定背向散射调制频率包括640kHz、320kHz、256kHz和40kHz中的一个或多个。

本发明的一方面在于一种被动RFID传感器标签，包括：载体元件；发射应答器芯片，附着在载体元件上；以及至少一个外部感测元件和/或至少一个外部谐振器，附着在载体元件上并电连接到发射应答器芯片的接触端子。

在一个实施例中，被动RFID传感器标签还包括外部天线，附着在载体元件上并电连接到发射应答器芯片。

在一个实施例中，所述至少一个外部谐振器包括LC谐振器、MEMS(微机电系统)谐振器、SAW(表面声波)谐振器、BAW(体声波)谐振器中的一种或多种。

在一个实施例中，所述至少一个外部感测元件包括雷电传感器(lightningsensor)、应力传感器、磨损传感器、水分传感器、pH传感器、压力传感器、湿度传感器、压强传感器、气体传感器、品质传感器、位置传感器、震动传感器中的一种或多种。

附图说明

在下面，将参照附图以优选实施例的方式来更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了在RFID系统中的背向散射通信原理；

图2A是示出RFID标签架构的示例的功能性框图；

图2B示出了被动无线传感器标签的示例性布局；

图2C示出了被动无线传感器标签的另一示例性布局；

图2D示出了被动无线传感器标签的又一示例性布局；

图2E示出了被动无线传感器标签的再一示例性布局；

图2F示出了具有结合到载体基底上的RFID芯片和外部谐振器/传感器的被动无线传感器标签的示例；

图3A是示出RFID传感器的通信原理的谱图；

图3B和图3C分别是示出压力传感器和气体传感器的调制频率—传感器值关联曲线的示例的曲线图；

图3D示出了可以为RFID传感器提供或存储的示例性传感器配置信息；

图4是示出RFID读取器架构的示例的功能性框图；

图5示出了在多个不同位置上存储频率-传感器值关联表的示例；

图6是示出具有多个传感器标签的系统的示例的系统图；

图7是示出进行盘点、从标签查询频率-传感器值关联数据、以及读取感测值的过程的示例的信号图；以及

图8A和图8B是示出读取主动(active)传感器以及在标签中改变主动传感器的过程的示例的信号图。

具体实施方式

参照图1，RFID系统典型地包括两个基本组件：RFID发射应答器(transponder)或标签10，位于将被识别的目标上或者在测量点处；RFID询问器(interrogator)或读取器11，执行RFID标签的询问。在被动RFID系统中，RFID读取器11向标签10供应必要的能量以使标签10执行读取器的询问信号的调制。在RFID传感器标签的情况下，除了仅提供使RFID标签10工作并发射数据的能量源和媒介之外，RFID读取器11可以执行向标签10的数据发射，其在大部分情况下被实现为载体信号的调制。

图2A显示了示出射频识别(RFID)标签架构的进一步示例的功能性框图。在示出的示例中，RFID标签10可以包括：天线21，直接与标签的前端阻抗匹配(未示出匹配电路)，以与RFID读取器11通信；模拟RF前端，通常可以包含将RF功率转换为直流(DC)的整流电路22、时钟产生器或振荡器23、背向散射调制器24和解调器25。时钟产生器23还可以为标签提供方波时钟信号或多个时钟信号。在传统的RFID标签中，在标签中不存在振荡器的情况下，时钟产生器23可以通过接收到的RF频率产生时钟信号，例如，通过分频电路来产生。还可具有逻辑部件或数字控制模块26，其可被构造为提供期望的功能，例如处理询问指令、执行防冲突协议、执行数据完整性检验、运行存储器读取-写入操作以及执行输出控制和数据流。该逻辑实施方式通常遵守已定义的标准和特定的相关协议。此外，可以提供存储存贮器(memorystorage)27。根据用户的需要，如果既实现读取能力又实现写入能力，可以需要非易失性存储存贮器。

如上所述，被动RFID标签使用调制背向散射原理用于通信。当标签被由读取器发射的RFCW信号照射时，标签对接收的信号进行调制并将信号的一部分反射回到读取器。利用从读取器11发射的射频(RF)载波(CW)信号来激励RFID传感器。首先，通过整流器22将RF信号转换为DC电压。经整流的电压为振荡器23加电，振荡器23在其输出端产生低频正弦信号fOSC。最后，振荡信号fOSC被馈送至背向散射调制器24，以实现背向散射原理。调制器24基于天线与整流器22/调制器24之间的匹配来调制所述信号以及返回至天线21的信号。结果，在从传感器背向散射的信号中，存在边带或副载波fCW-fOSC和fCW+fOSC，如图3A中所示，fCW和fOSC分别表示载波频率和振荡频率。边带或副载波从载波fCW偏移振荡频率fOSC。振荡频率fOSC也可以被称作背向散射调制频率或副载波频率。

时钟频率产生器23可以由振荡器实现，其频率取决于感测值。这能够实现RFID的精密特性，以及在不需要AD转换的情况下能够测量外部量。在示例性实施例中，感测元件(例如，如图2A中的感测元件32所示出的)被构造为标签振荡器的振荡电路的基本部分，从而从振荡器输出的调制频率取决于感测值，即，感测量的值的范围被映射到振荡频率范围内。这使得在实际上不需要任何耗能的额外组件的情况下测量外部量成为可能，并且使在不降低读出距离的情况下测量外部量成为可能。这种构思适用于已有的RFID标签。可用的振荡器的示例可以包括RC振荡器、环形振荡器、LC振荡器、RLC振荡器或任何其它基于谐振的振荡器，例如基于MEMS(微机电系统)、SAW(表面声波)和BAW(体声波)谐振器的振荡器。与例如LC振荡器或RLC振荡器相比，RC振荡器的优点在于其可以集成，然而它可能具有更高的功耗，因此读出距离可能缩短。

应该理解的是，不意图将本发明限制为任何特定类型的RFID传感器标签或者通过传感器标签改变背向散射信号的调制频率的任何特定方式。然而，本发明实施例的具体优点在于这样的应用，其中，标签的调制频率振荡器直接负载有调节振荡频率的感测元件，即，感测元件为振荡器的运行部分。

图2B示出了根据本发明的第一方面的被动无线传感器标签的示例性布局。无线传感器可以形成在单个半导体基底(例如硅基底)或芯片36上。器件的制造价格与基底36上的器件的尺寸成比例，因此期望使尺寸最小化。在该示例中，尺寸为大约1mm×2.5mm。无线传感器标签可以包括普通RFID电路和功能(例如整流器/调制器/解调器24/25、逻辑器26和存储器27)以及负载于传感器的时钟产生器或振荡器23(例如在其它示例性实施例中所描述的那些)。还可以具有电源35(例如整流器22)，以从接收到的RF功率产生用于电路的适当的操作电压。还可以具有额外的能量存储器35A(例如具有大容量的电容器)，以在更长的时间段期间从接收的RF功率收集并存储更大量的能量。对于具有高功耗的传感器元件(例如气体传感器)，可能需要该更大的能量存储器35A。

传感器元件32可以与振荡器23集成，或者可以是连接到振荡器以作为振荡器的一部分来工作的单独的元件。在图2B中示出的示例性布局中，传感器元件32可以被制造在单独的裸片38上，裸片38与上面制造有无线传感器标签10的其它组件的裸片37不同。传感器元件32的制造技术可以根据传感器元件类型的不同而改变。可以在不受到无线传感器标签的其他组件的制造技术和需求的限制的情况下来设计和制造传感器元件32，这对所有的传感器元件类型来讲可以是基本相同的。

可选择地，如虚线所示出的，如果需要单独的谐振器元件，也可以具有振荡器23的谐振器部分31。谐振器31可以被调谐和设计为与相关的特定传感器元件32一起工作。使每对谐振器31和传感器元件32具有单独的裸片可以确保最佳的感测功能和精度以及最佳的谐振器和传感器元件尺寸。可以通过制造被不同地调谐的成对的谐振器31和传感器元件32来容易地提供用于不同的测量量的被动无线传感器。另外，其他传感器元件专用的组件或结构可以与传感器元件32一起被制造在裸片38上，例如更大的能量存储器35A(其可以从基本组件裸片37上省略，以节约不需要额外能量的传感器标签的尺寸和价格)。

RFID规范通常需要RFID标签必须支持RFID系统的全部调制频率范围，例如，ISO18000-6C标准定义了40-640kHz的调制频率范围。换言之，RFID标签必须响应在该定义的频率范围内的任何调制频率的读取器信号。然而，对于振荡器23，既支持如此宽的频率范围又利用感测元件通过改变背向散射信号的振荡频率来提供精确的感测数据发送，这是有挑战性的。具有谐振器31和负载的感测元件32的振荡器23可以被优化，以在特定的谐振频率或振荡频率范围内在窄的频率范围内工作，例如256kHz±10％，即226-281kHz。因此，对于标签10的振荡器23具有相互抵触的需求。

根据本发明的一方面，被动无线传感器标签还可包括优选地被制造在裸片37上的参照振荡器(例如参照振荡器23ref)或参照负载(例如谐振器31-ref或者参照传感器32-ref)。振荡器23可以选择性地逐一地可连接到参照负载31-ref/32-ref和谐振器或者谐振器31，或者传感器(或多个传感器)32。参照负载31-ref/32-ref可以被实施和构造为使得振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合提供这样的RFID标签的工作，其满足在由相关的RFID规范所要求的宽振荡频率范围下工作的需求。例如，振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合可以被实施为RC振荡器或环形振荡器，其能够被容易地集成在集成芯片上。参照负载31-ref/32-ref可以既包括参照谐振器21-ref又包括相关的传感器(例如温度传感器)。当读取器11在读取范围内对被动无线传感器标签进行盘点(makeaninventory)并收集传感器标签特定信息时，振荡器23和参照负载31-ref/32-ref的组合可以在与读取器11的初始通信期间使用，或者例如在校准过程中使用。振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合可以针对该目的而优化，使得标签能够在由读取器使用的任何载波振荡频率fosc下充分地响应读取器指令。实际的谐振器(或多个谐振器)31和传感器(或多个传感器)32可被构造或优化以进行感测，并且因此可能较不适用于与读取器11的初始通信或握手。这对传感器特定谐振器31来讲也是一样。因此，使用实际传感器(或多个传感器)32或者谐振器(或多个谐振器)31与振荡器23来仅传输感测值可能是有益的，例如，在初始通信之后，当被动无线传感器标签10已经准备和/或被命令发送实际传感器值时。

在实施例中，除了振荡器23之外，可以提供参照振荡器23-ref。参照振荡器23-ref可以被构造为按照与上文对振荡器23和参照负载31-ref/32-ref的组合解释的相似的方式代替振荡器23工作，以满足RFID规范。然而，使用选择性地可连接到参照负载31-ref/32-ref以及实际谐振器31或传感器32的一个振荡器23可以获得RFID芯片的更小的尺寸和制造成本。

如上所述，传统的RFID传感器标签以由固定的(在一定容差内)震荡频率副载波调制的数字值来传输传感器测量数据，例如，利用二进制相移键控(BPSK)或幅移键控(ASK)。因此，由于温度而导致的可能的震荡频率偏移不影响传送的传感器值。仅感测元件自身(例如压力传感器)可能在制造或使用过程中需要校准，例如在US2011/0301903中所提出的。

在本发明的实施例中，利用频率基于感测的值(例如压力)而改变的振荡器来产生震荡频率fosc。感测的值(例如压力)的改变导致震荡频率fosc的改变。如果震荡频率也由于振荡器23的温度相关性而偏移或改变，则在接收到的震荡频率中将具有误差，因此由读取器检测到的感测值将具有误差。因此，出于精确度来考虑，区分由于实际感测的量的变化导致的震荡频率变化与由振荡器的温度相关性导致的振荡频率变化可能是至关重要的。在图3B中示出了调制频率fosc的温度相关性的示例，并且将在下面进行描述。

因此，根据本发明的其它方面，可以使用参照振荡器23-ref或参照负载31-ref/32-ref进行温度补偿，以作为其他用途的替代或补充。例如，可以预先定义或知晓与参照负载31-ref/32-ref一起使用的振荡器23的震荡频率fosc的温度相关性，并且因此可以通过振荡器23的震荡频率fosc来确定被动无线传感器标签的温度，这是因为震荡频率fosc仅受温度影响。读取器11可以随后利用获取的温度信息来进行标签的温度补偿和/或校准，具体地，当振荡器23与实际谐振器31、实际传感器32或一对谐振器31和传感器元件32一起使用时，对振荡器23的震荡频率fosc进行补偿和/或校准。否则的话，可能不能够精确地消除温度对感测量的值的影响。

根据本发明的一方面，可选择地，可以具有用于逐一地选择性地连接参照负载31-ref/32-ref、传感器32或者一对谐振器31和传感器元件32的装置39，以对振荡器23提供负载，从而从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值。相似地，装置39可以被布置为在使用振荡器23与使用参照振荡器23-ref之间切换。在开始阶段，连接有参照振荡器23-ref或参照负载31-ref/32-ref的振荡器模式可以是传感器选择器39的默认配置。将在下面给出选择装置39的示例以及它们的控制方式。

图2C示出了根据本发明的一方面的被动无线传感器标签的另一示例性布局。在该示例性实施例中，被动无线传感器标签10可以分别设置有一个或更多个传感器元件32-1、32-2、32-3和/或一对或更多对的调谐谐振器31-1、31-2、31-3和传感器元件32-1、32-2、32-3。另外，谐振器可以与分立的组件结合，例如线圈和电容器。如果需要大的电感值，这可能是必要的。每个传感器元件或每对调谐谐振器和传感器元件可以被制造在单独的专用裸片28上，其提供上面描述的优点。此外，根据相关的应用的需求，容易使被动无线传感器标签具有不同数量和不同组合的感测量。可选地或除了内置的传感器元件或一对谐振器和传感器元件之外，能够通过连接端子40连接外置传感器元件(未示出)。这种外置传感器元件可以是例如阀的位置传感器。也可以具有对外部传感器元件调谐的谐振器31-ext。除了可以具有用于可选择地逐一地连接传感器元件和/或成对的谐振器和传感器元件的装置，以对振荡器23提供负载，使得从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值之外，裸片37上的组件可以与参照图2B示出的组件相似。换言之，可以逐一地选择一个传感器元件或者一对谐振器与传感器元件，以对振荡器提供负载，因此影响震荡频率。以这种方式，传感器可以配备有能够被独立地读取的多个传感器元件。例如，无线传感器标签可以包括传感器元件选择器39，例如开关电路或者模拟多路复用器，布置为选择性地将一个传感器元件和/或谐振器-传感器元件对连接到振荡器23以及将其余的传感器元件和/或谐振器-传感器元件对与振荡器23断开。可以根据预定的顺序来执行选择性地使能、开关或连接。可选择地，读取器装置可以向无线传感器标签发送指令，指示激活或打开传感器元件32-1、32-2、32-N中的哪一个。例如，逻辑器26可以接收来自读取器的选择或激活指令并相应地控制选择器39。

在图2D中示出的被动无线传感器的又一示例性布局中，形成在半导体基底(例如，硅基底)或芯片36上的RFID芯片的尺寸因而其制造成本被进一步降低。在图2D中和在图2A、图2B和图2C中相同的参照标记可以指示相似的功能和结构。图2D中示出的主要电路与图2A和图2B中示出的电路的不同之处在于，在集成RFID标签芯片36上不可以实施内部传感器(除了可能的用于温度补偿目的的温度传感器或谐振器之外)。集成RFID标签芯片36包括连接端子41A、41B、42A和42B，一个或更多个外部传感器32或者成对的外部谐振器31-1和传感器32-1可以连接到这些连接端子。集成RFID芯片36优选地为通用芯片，其可以仅包括通用于所有的感测应用以实施本发明方案的功能和结构。所述功能和结构包括下述至少一种：时钟产生器或振荡器23，其频率输出取决于感测值，即，感测量的值的范围被映射于标签的震荡频率范围；参照负载，例如参照谐振器31-ref；选择性地择一地切换参照负载31-ref、谐振器、传感器32或成对的谐振器和传感器元件以对振荡器提供负载的装置；以及存储器27，存储频率相关性信息。

集成RFID标签芯片36也可以包括一个或更多个内部谐振器31。例如，可以连接通用电容传感器以使用内部芯片谐振器31。另一方面，外部谐振器31-1可以更容易地实施为较大尺寸的组件，例如具有大电容器和/或外部线圈的LC谐振器。LC谐振器允许实现更精确的传感器和更长的读取范围。外部谐振器和传感器可以彼此匹配。

图2E示出了根据本发明的一方面的被动无线传感器标签的又一示例性布局。在图2E中与在图2A、图2B、图2C和图2D中相同的参照标记可以指示相似的功能和结构。在该示例性实施例中，被动无线传感器标签10可以设置有多个振荡器。如关于本发明的不同实施例所讨论的，可以设置参照振荡器23-ref。振荡器芯23’包括适于与外部的成对的外部谐振器31-1和传感器32-1对一起工作的振荡器构造，所述外部谐振器31-1和传感器32-1连接到连接端子41A和41B。基本上，振荡器芯23’是与参照这里的图2A、图2B、图2C和图2D所讨论的被包含到时钟产生块23中的振荡器23，或者与振荡器23相似。振荡器23-1包括适于与连接到连接端子42A和42B的外部传感器32一起工作的振荡器构造。基本上，振荡器23-1是与参照这里的图2A、图2B、图2C和图2D所讨论的被包含到时钟产生块23中的振荡器23和谐振器31的组合，或者与振荡器23和谐振器31的组合相似。

图2F示出了示例性被动RFID标签，其可以包括根据本发明的各方面的RFID芯片36，以及设置在共用载体基板45上的外部天线21和外部谐振器31-1和/或外部传感器32-1。天线21和外部谐振器31/传感器32可以通过例如印刷导电布线或MEMS器件而被制造在基板上。RFID芯片36可以通过对应的端子或连接件41或42的方式连接到天线21和谐振器31/传感器32。

【根据本发明的一方面，根据本发明的第一方面的被动无线传感器包括关于在特定的无线传感器标签中可实现的传感器功能的信息。该信息可以包括例如在该传感器标签中可用的传感器元件(或传感器节点配置文件)、从传感器元件获取试机感测值需要进行的计算或过程、询问每个传感器元件所需的时间、传感器元件值范围、关于传感器元件值的定标的信息、传感器元件值的单位、校准信息、温度补偿信息等。可以定义传感器配置文件，以指示无线传感器标签中的传感器元件的类型，并且无线传感器标签可以在存储器26中存储传感器节点配置文件标识符。因此，可以减少背向散射的传感器信息的量，读取器可以利用传感器节点配置文件来获得更具体的信息。

本发明的一方面在于用于根据本发明其它方面的被动无线传感器的读取器。通常，RFID读取器是专用的无线电发射器和接收器。与所有的这类装置相似，读取器必须产生载波频率fCW(例如，对于典型的UHF装置，大约800-950MHz)的信号并将调制该载波信号以将信息传送至标签。对于被动标签，读取器可以对标签施加能量，接收结果并不断地进行低电平防冲突算法，以使读取器一次读取超过一个标签。在简单的RFID系统中，读取器的RF信号为连续波(CW)信号或者脉冲开关信号；在更复杂的系统中，读取器的RF信号可以包含对标签的指令，指示读取或写入标签的存储器。读取器11可以选择性地接收并放大来自标签的响应，并将信号从载波频率转换至接收的信号中包含的信息的更低的频率特征。

图4中示出了示例性RFID读取器的一般框图。RFID读取器11可以包括两个主要部分：射频(RF)前端40和数字控制部分41。射频(RF)前端40用于RF信号发射和接收。RF前端40可以包括两个单独的信号路径，以对应于从RFID传感器10流出和流向RFID传感器10的两个有向数据。调制器401可以利用来自数字控制部分41的Tx信号(例如指令)调制本地振荡信号(RF载波信号，信号fCW)。调制后的信号通过功率放大器402放大，放大后的信号，即，RF功率(等效全向辐射功率，EIRP)以及可能的读取器指令通过天线ANT被发送至位于读取区域或询问区域中的传感器10。接收器通过天线ANT接收来自传感器10的模拟背向散射信号。有向耦合器或循环器403将发射到传感器10的放大的发射信号与从传感器10接收的弱的背向散射信号fcw±fosc分开。接收的背向散射信号弱，可以设置低噪声放大器，以在信号在解调器404中解调之前和之后增大接收的信号的幅值。解调器404随后可以将解调后接收信号RX数据发送至数字控制部分41。在解调从发射应答器或标签10接收的数据时，可以使用不同的解调技术。在RFID系统中使用的调制和解调技术的示例包括二进制相移键控(BPSK)或幅移键控(ASK)。读取器天线ANT的辐射强度决定了询问范围和区域。根据RFID系统的应用，RFID读取器可以以不同的方式设计，其中天线的谐振频率、增益、指向性和辐射图案可以改变。

RFID读取器11的控制部分41可以对从RFID标签接收(Rx)的数据执行数字信号处理和程序。另外，通过执行调制、防冲突程序并对从RFID标签10接收的数据解码，控制部分41可以使读取器能够与RFID无线通信。该数据通常用于询问标签(读取)或对标签进行编程(写入)。控制部分41(例如，微处理器)可以通常包括数字信号处理(DSP)块410、存储器块412、编码块414、解码块413和通信接口块415。控制部分41可以接收从RF前端40接收的解调后的信号，并将其转换为等效数字信号。解码器413随后可以将接收的信号解码为Rx数据，DSP411可以执行对Rx数据的数据处理。存储器块412可以存储各种数据，例如询问的Rx数据、读取器的设置参数、传感器特定参数等。当控制部分41希望向询问区域内的一个特定标签或向全部标签10发送出消息或指令时，控制器部分41的编码器413可以编码Tx数据并将编码后的数据输出至RF前端40以调制载波信号。此外，控制部分41可以通过例如控制功率放大器402的增益来控制RF前端40的RF发射功率。所有的标准RFID数字通信可以从无线RFID传感器或标签10以载波频率fcw(利用适当的调制技术)接收并且利用解调器404和解码器413处理。利用商用的RFID读取器可以实现全部的通用RFID功能，例如来自ThingMagic公司的Mercury6e(M6e)埋置式UHFRFID读取器模块。

如上面所讨论的，在根据本发明的第一方面的被动无线传感器中，可以使无线传感器的震荡频率fosc基于或易感于测量的量。换言之，fosc在每个特定的量处与感测的量成比例。如上面还讨论的，接收的背向散射信号被fosc调制，即，接收的背向散射信号的频率为fcw±fosc，如图3A中所示。

根据本发明的一方面，读取器11可以被布置为根据瞬时震荡频率fOSC来检测感测量的值。因此，不需要存取指令或者对标签存储器的读取来读取实际传感器值。例如，可以提供频率fosc获取单元405来从接收的背向散射信号提取fosc或者表示fosc的参数。该信息可以被进一步提供至控制部分41，如信号416所示出的。单元405可以选择性地提取和提供关于接收的背向散射信号的进一步信息，例如接收信号电平、接收信号的信噪比(SNR)等。Fosc单元可以包括例如下变频混频器，其中，接收的信号fcw±fosc与载波fcw混频，从而获得震荡频率信号fosc。然后，可以以适当的方式测量频率foffset，例如，利用频率计数法。也可以从接收的信号直接检测fosc，例如，通过检测fcw与fcw±fosc之间的频移，该频移与fosc之间的震荡频率成比例。接收的信号电平可以通过适当的信号电平检测器来确定。信号电平信息在许多商用RFID读取器中已经可以实现。

在示例性实施例中，读取器也可以设置有温度传感器元件417，以用于接收的传感器值的温度补偿，如将在下面的示例中描述的。

通信接口使得读取器11能够利用适当的连接和适当的协议，例如OPC(用于过程控制的OLE(对象连接与嵌入))与上级系统(例如主机计算机或软件应用43)通信。例如，读取器可以利用串联连接(例如RS-228或USB串联连接)物理地连接到主机计算机。作为另一示例，读取器可以通过有线或无线网络连接到主机计算机43或者本地服务器，从而读取器像标准网络装置那样工作，并且不需要硬件和系统配置的特别知识。RFID读取器可以支持多种网络协议，例如以太网、TCP/IP、UDP/IP、HTTP、LAN、WLAN以及其它协议。主机43或服务器通常可以提供两种主要功能。首先，其从读取器接收数据并执行诸如滤波和校验的数据处理。其次，其用作装置监视器，以确保读取器正常地、安全地工作并且具有最新的指令。RFID读取器还可以包括电源44。例如，电源44可以是连接到电网的适当的AC/DC适配器，或者电池电源。

根据本发明的一方面，读取器11被布置为将传感器标签响应的传感器调制频率转换为测量值。应当理解的是，接收的fosc的信息或者代表fosc的参数通常是不够的，但是控制部分11可能关于相关的RFID传感器的需要其他信息。典型地，读取器必须了解调制频率与传感器值之间的关联。控制部分41可以使用调制频率-传感器值关联信息来提取感测的量的实际值。读取器还可能需要关于例如所需的校准操作、所需的计算、传感器标签中可用的传感器元件、查询每个传感器元件所需时间等的信息。将传感器频率调制响应转换为测量值的信息可以包括例如传感器范围、关于定标的信息、测量单位、校准信息、温度补偿信息等。如在这里使用的，任意组合的所有的这种信息被称作频率-传感器值关联信息。

应当理解的是，根据本发明的实施例的适合的读取器可以被实现为具有足够的计算能力的RFID读取器，如这里的示例性实施例所示出的，或者可以被实现为连接到执行至少部分所需计算的远程或本地计算机装置(例如PC)的RFID读取器。RFID可以向计算机装置提供计算机装置可以访问的特殊功能接口。例如，读取器可以是提供RFID收发特征并将调制频率信息传递至另一计算机装置的“哑(dumb)”装置，由该计算装置将调制频率信息转换为感测值。发送至标签的全部指令以及对来自标签的响应的处理可以由其他计算机装置来处理。

图3B和图3C中示出了调制频率-传感器值关联的示例。在图3B中示出的示例中，关联曲线+20℃表示在+20℃的温度下(标签的工作温度)压力传感器的压力值(mBar)相对于调制频率fosc的函数，其中，额定调制频率fosc为256kHz。示出了-40℃、-20℃、+40℃和+65℃的温度的相似地的关联曲线，以说明可能的温度与频率的相关性。在示出的示例中，感测的压力值被映射为额定调制频率256kHz以上的+2、……、+25kHz的频率范围，即，映射为258-281kHz的范围。还定义了感测到的主要工作水平(压力)为990mBar与1010mBar之间。在图3C中示出的示例中，关联曲线代表在额定调制频率fosc为640kHz时，气体传感器的压力值(mBar)相对于调制频率fosc的函数。在示出的示例中，感测的压力值被映射为额定调制频率640kHz以上的+22、……、+64kHz的频率范围，即，映射为663-704kHz的范围。还定义了感测的主要工作水平(压力)为大约300mBar。图3D中示出了可以为具有两个传感器1和2的RFID传感器标签提供或存储的示例性的传感器配置信息或频率-传感器值关联信息。传感器1可以与图3B中所示的具有关联数据的传感器相似，传感器2可以与图3C中所示的具有关联数据的传感器相似。应当理解的是，示出的传感器参数和数据以及数据结构仅仅是非限制性的示例。

利用根据本发明的各方面的被动无线传感器和根据本发明的可选择的读取器，被动无线传感器的读取距离可以增大至若干米，达到室内级别。增大的读取距离使其能够利用一个且相同的读取器来读取多个被动无线传感器(位于该增大的读取范围内)。多个无线传感器可以具有不同种类的感测元件、不同的读取周期、不同的传感器值格式/范围、不同的温度补偿设置、不同的校准设置或者其它的传感器特定参数、特性或配置。还可在单个被动无线传感器中存在具有不同的设置和参数的多个传感器元件。虽然例如UHFRFID技术(例如标准的Class-1Gen-2防冲突)已经解决了关于读取多个无线标签的问题，但是还需要提供用于管理和读取具有不同的传感器特性的多个被动无线传感器的方法、过程和设置。

本发明的一方面在于一种用于管理和查询具有不同传感器特性的多个被动无线传感器的方法和设置。

根据本发明的一方面，频率-传感器值关联信息可以存储在RFID传感器标签10的非易失性存储器中。例如，频率-传感器值关联信息可以被存储在RFID传感器标签的存储器中的被分配给制造特性数据的存储器位置中，例如在由ISO18000-6C中定义的“Manufacturerrecordblock(制造商记录块)”中。

根据本发明的一方面，除了在RFID传感器标签中存储信息之外或者代替在RFID传感器标签中存储信息，频率-传感器值关联信息可以被存储在除了RFID传感器标签以外的位置。图5示出了将频率-传感器-值关联表存储在多个不同位置的示例。例如，频率-传感器值关联信息可以被存储在读取器11、主机43、可以用于多个读取器的本地服务器和/或远程服务器、可以用于全球的多个读取器的云端或者因特网。在一个实施例中，存储在除了RFID传感器标签之外的位置的关联信息可以与特定的RFID标签的特定的标识符相关联，例如EPC，从而可以区分每个独立的RFID。在实施例中，存储在除了RFID传感器标签之外的位置的关联信息可以与传感器的类型相关联。

根据本发明的一方面，在读取器的安装和配置期间，可以将频率-传感器值关联信息存储在读取器中。在识别了标签或传感器的类型(例如，读取了标签EPC)之前，频率-传感器值关联信息可能不可用于RFID传感器标签。在识别了标签或传感器的类型之前，读取器可能不具有关于特定的RFID传感器标签的频率-传感器值关联的任何信息或任何准确信息。

根据本发明的一方面，在从RFID传感器标签读取关联信息时，频率-传感器值关联信息的副本可以存储在读取器中。在识别了标签(例如，读取了标签EPC)之后，频率-传感器值关联信息可以从RFID传感器标签的存储器读取。在从标签读取了关联信息之前，读取器可能不具有关于特定的RFID传感器标签的频率-传感器值关联的任何信息或任何准确信息。

根据本发明的一方面，读取器11可以从除了RFID传感器标签之外的位置(例如，从服务器、云端或因特网)获取频率-传感器值关联信息的副本。读取器可以基于标签的特定标识符(例如标签EPC)来获得特定RFID传感器标签的频率-传感器值关联信息。在实施例中，读取器可以基于在读取范围内的传感器元件的类型的知识来获得频率-传感器值关联信息的副本。在标签或传感器的类型被识别(例如，读取了标签EPC)之前，频率-传感器值关联信息对于特定的RFID传感器标签可能是不可用的或不能获得的。在识别了标签或传感器的类型之前，读取器可能不具有关于特定的RFID传感器标签的频率-传感器值关联的任何信息或任何准确信息。

根据本发明的一方面，可以从标签将永久性地存储在RFID传感器标签中的频率-传感器值关联信息收集(复制)到读取器、主机43或服务器，从而当特定的传感器标签被重新盘点时，可以不需要从标签重新读取关联信息。可以仅在标签被首次盘点到系统中的时候将关联信息从标签读取并存储在系统中一次。然后，发现特定的标签被重新盘点的读取器可以从系统中的另一位置获得关联信息。由此，通过无线电接口传输的信号和数据减少，这导致了更快的操作并且节约功率。此外，将自动地在系统中进行标签的管理。

本发明的一方面在于一种用于控制和询问具有不同的传感器特性的多个被动无线传感器的方法。在一般层面上，SRFID读取器握手方法被设计为提供根据本发明的各方面的SRFID读取器11与根据本发明的各方面的被动无线传感器10的容易地握手。每个被动无线SRFID传感器10可以具有多个传感器元件32，例如如上所述的。基本上，被动SRFID传感器节点10是附有传感器元件的简单的RFID标签。一旦使握手附有智能，则它们变为“聪明”的装置。除了仅询问被动RFID传感器和读取“哑”传感器值之外，人们可以在装置中存储许多信息。这种信息可以提供用于获得实际测量值的方法。此外，人们可以使用不同的方式来补偿测量的温度问题。

在图6中示出了一种设置读取器11和三个被动无线传感器10-1、10-2和10-3的示例。每个被动无线传感器10-1、10-2和10-3可以具有一个或多个传感器元件32。在该示例设置中，第一被动无线传感器10-1包括压力传感器元件P和温度传感器元件T；第二被动无线传感器10-2包括湿度传感器元件H和温度传感器元件T；第三被动无线传感器10-3仅包括单个传感器元件，即品质传感器Q。通常，可以使用温度传感器T来补偿相应的无线传感器10中的其他传感器元件或谐振器的温度相关性，否则温度相关性将使测量结果受到歪曲。

标签10与读取器(也称作询问器)11之间的全部通信完全通过无线链接(有时称作空气接口)而发生。通过两个装置之间发送和接收的指令的顺序(称作盘点环程(inventoryround))，RFID读取器11可以识别RFID标签的标识符，例如电子产品码(EPC)。对于被动标签，基本构思在于读取器利用询问指令启动盘点环程。询问指令实质上“唤醒”标签，标签利用适当的信息来进行响应。根据ISO-18000-6C标准(2代EPC全球协议)，RFID标签被设计为以握手的方式利用预定的响应来响应预定的指令，如大体上在图6中所示出的。RFIDQ协议(标准Class-1Gen-2防冲突)是为标签竞争控制而定义的协议，例如，来控制标签响应于读取器11的速度和频繁度。

一旦标签10进入读取器11的RF场，其就改变为准备状态并接受选择指令。选择指令被发送至全部标签，以通知每个标签其是否参与接下来的盘点处理(Inventoryprocess)。可以使用多个选择指令来精确地限定标签将要响应的内容。读取器11与标签10之间的全部交流以一个或更多个选择指令开始。多个标签不响应于选择指令。现在，可以使用指令的盘点组来开始分离(singulation)处理，其中，每个独立的标签被识别和处理。每个盘点环程开始于被广播的询问指令，该指令传递Q值(0至15)，利用该Q值，每个标签10产生范围在0至2Q-1的范围内的槽计数器值。大部分读取器基于场中的标签的数量来动态地调整Q值，从而增大潜在读取率。如果标签产生的槽计数器值为0，则允许通过发送16位随机数RN16来回令，并同时转换为回令状态。其他标签将状态改变为任意(Arbitrate)并且等待。如果成功地从标签10接收到RN16响应，则读取器通过发送ACK指令来回令，同时发送相同的16位随机数。该响应现在允许标签10回送其标签ID、电子产品码(EPC)、16位错误校验码CRC16，以及一些协议控制位PC数据，并将状态改变至确认应答(Acknowledged)。PC位提供存储在标签中的EPC的长度，以及关于编号系统的一些信息，并且可选地提供标签所附的目标的类型(应用族标识符(AFI))。

如果需要对标签10执行进一步动作，并且标签10已经返回其EPC号码并处于确认应答状态，则读取器11发送存取指令，以将标签10转换为公开(或保护)状态，以允许诸如读取、写入、锁定和灭活的操作。读取操作用于从标签10的存储器读取信号或多块数据。写入操作用于将信号或多块数据写入到标签10的存储器中。

根据本发明的一方面，如果频率关联信息被存储在标签10中，并且频率关联信息还未被从标签10收集和/或尚未存储在读取器10或网络中的其它位置(见图6)，则读取器11可以利用存取指令询问关联信息(在图7中的A点)。也可以进行这种额外的访问来改变标签当前使用的多个传感器标签中的哪一个传感器。

根据本发明的一方面，如果频率关联信息未被存储在标签10中而是存储在读取器中或网络中的其它位置上，或者频率关联信息已经被从标签10收集并且已经存储在读取器中或者网络中的另一位置上(见图6)，则一旦已经接收了(PC、EPC、CRC16)响应(在图7中的B点)，读取器11可以使用EPC来获得标签10的正确的关联信息。因此，对于该过程不需要存取指令或者读取传感器标签存储器。

ISO18000-6C标准定义了RFID标签应当支持40-640kHz的调制频率范围。该频率在背向散射过程中具有±2.5％的容差。调制频率fosc允许的±2.5％的容差对于传输传感器值的目的而言可以是过小的频率范围：传感器值范围应当被映射至允许频率容差范围内的调制频率，例如，传感器读数被调制为250kHZ±2.5％，即，241.75至256.25kHz。读取器11可能不能以足够的分辨率检测该频率，从而不能检测传感器值。例如，图3B中示出的示例性调制频率-传感器值关联将不在该允许的频率容差范围内。

然而，在背向散射之前允许的基本频率容差非常高。基于选择的链接频率(即，选择的额定调制频率)，容差可为：在640kHz下±15％，在320kHz下±10％，在256kHz下±15％，在40kHz下±4％。换言之，允许标签10以更高容差的调制频率来响应RN16，读取器11被锁定至该调制频率，在其余的阶段，仅允许标签调制频率从锁定的调制频率变化±2.5％。

根据本发明的一方面，在对传感器标签10进行的一个阶段期间，可以仅获得调制频率的一个值，因而仅获得标签的一个当前传感器值。在对相同的传感器元件或另一传感器元件读取新的值之前，对标签进行的该阶段被释放，从而调制频率可以改变以对应于新的感测值。

例如，标签的调制频率进而当前传感器值可以在RFID读取器的锁定相位容易地读取，例如通过RN16回令读取(在图7中的C点)，或者在频率锁定后通过接收PC、EPC、CRC16响应来读取(在图7中的B点)。标签的调制频率进而当前传感器值也可以稍后在相同的阶段期间进行，例如，在图7的存取点A，但调制频率和感测的值不变(应当不变)。传感器值范围被映射至在允许频率容差范围内的调制频率，例如，传感器读数被调制为250kHz±10％，即，225至275kHz。另外，图3B中示出的示例性调制频率-传感器值关联将落入该允许的频率容差范围。

标签10可以是包括两个或更多个传感器的多传感器标签。多个传感器在一个标签10中可能需要额外的操作。当读取器11查询多传感器标签10时，其可能不知道标签的多个传感器中的哪一个传感器正在调制背向散射信号。可以进行额外的存取(在图7中的点A)来确认多传感器中的哪个传感器当前正在被标签使用。在实施例中，默认的可以是特定类型的传感器(如温度补偿传感器或参照传感器)总是第一个响应。根据本发明的一方面，读取器11可以发送指令以激活多传感器标签10中的特定的传感器。在实施例中，读取器11可以使用询问指令来激活多传感器标签10中的特定传感器。例如，ISO18000-6C标准提供了在询问指令中的额外的位以激活具有传感器的标签。这些位可以在本申请的情况中使用，以激活标签10中的特定传感器。只有两个可用的位，所以本申请可以使用该方案来激活在标签10中的最多三个不同的传感器。这种方案需要预先知晓通过哪个位来激活哪个标签，例如，预定的2位图案被分配给每个传感器。这种信息可以存储在读取器中或者在网络的一些其它位置，以用于所有可用的传感器标签。在实施例中，可以为特定类型的缺省传感器(例如温度补偿传感器或参照传感器)制定预定的位图案。作为另一示例，例如，ISO18000-6C标准提供了可以负载任何用户指令的HandleSensor，以激活具有传感器的标签。

由于参测值的发射是基于标签至询问器调制频率的，所以由于调制的最大允许偏差为±2.5％，所以在正常阶段期间，本发明不能改变调制频率。结果，在同一的阶段期间改变标签10的传感器并读取标签的多个传感器可能会导致调制频率出现比允许值更大的变化。

根据本发明的一方面，在前一读出循环期间改变多传感器标签10的传感器，然后标签被释放(该阶段结束)一段时间以在基于新的传感器的新的调制频率fosc下被重新发现。换言之，在对当前激活的传感器执行当前的盘点环程或询问期间，下一盘点环程或询问可以被预先选择，如在图8A和图8B中示出的示例所示的。

改变传感器或振荡器的实际过程是不重要的。来自读取器11的激活或询问指令可以直接地访问控制对期望的传感器元件的选择和激活的存储位置或寄存器，例如，如图2B和图2C中所示的传感器选择器39的控制寄存器(例如，利用写入指令访问)。作为另一示例，来自读取器的指令可以命令RFID逻辑器26进行必要的激活操作。例如，可以使用HandleSensor指令来命令标签10。标签10可以被配置为这样地操作，以使下次发生新的盘点时新的传感器成为振荡器的一部分。例如，振荡器的改变可以是瞬时的，这可能导致调制频率改变超过±2.5％，因此允许读取器放弃该阶段。作为另一示例，传感器的改变延后至在传感器改变至准备或任意状态之后发生。

本发明的一方面在于对传感器测量的温度补偿，以消除温度对感测的量的值的影响。在图7的示例中，传感器标签10-1和10-2设置了用于温度补偿目的的温度传感器T。可以通过参照谐振器来提供温度感测能力，例如图2C和图2D中示出的参照谐振器31-ref，或者通过其相关的温度传感器来提供温度感测能力。

根据本发明的一方面，在传感器标签具有集成的温度感测能力的情况下，标签也可以设置有内部温度补偿，其补偿振荡器的温度相关性。

根据本发明的一方面，在传感器标签具有集成的温度感测能力的情况下(除了诸如压力传感器的实际传感器元件之外)，温度值可以首先被询问，这是因为其被用于在读取器11中转换实际传感器值。

根据本发明的一方面，读取器11可以包括用于温度补偿目的的温度传感器元件，例如图4中示出的温度传感器417。在读取器11中进行温度感测而不在传感器标签中实施温度感测将导致节约传感器标签的尺寸和成本。还使得温度补偿可用于全部类型的传感器标签。如果传感器标签具有集成的温度感测能力，则读取器11可以忽略其自身的温度测量结果，或者可以将温度值与从传感器标签询问的温度值进行比较，例如以校验询问的温度值的有效性。

本发明的一方面在于一种通过读取器11对传感器标签10进行的校准。读取器11可以多次询问传感器标签10中的传感器元件32的测量值，同时实际修正值已经通过例如参照测量而获知。在校准过程期间，实际测量的量可以被改变，使得将对若干个不同的测量存储测量值。可以确定询问值与已知实际值之间的关联或误差，并且可以定义校准参数来修正询问值。校准参数可以存储在读取器11中和/或被转发至某种主机43或服务器。传感器标签11的校准可以总是需要读取器11的帮助。

根据本发明的一方面，校准信息也被存储在传感器标签中。这允许传感器标签从一个读取器11的范围漫游至另一读取器的范围。在与新读取器11握手期间可需要校准信息，并且新读取器可以不需要重复已经由前一读取器进行过的校准过程。

根据本发明的一方面，一种传感器标签10可以将预先处理过的值作为传感器值来提供。例如，传感器标签10可以将测量量是否符合特定的标准的标志作为传感器值来提供。例如，具有气体泄漏传感器元件的传感器标签可以仅给出监测的周围气体的开/关标志。与具有精确测量值的信号相比，这种开/关信号可以到达更远的距离。读取器11可以在握手期间询问或设置触发标准或者限制值。

对于本领域技术人员来讲将明显的是，本发明构思可以以不同的显然替代方式来实施。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可以在权利要求的范围内进行改变。

Claims

1.一种集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片，包括：

整流器，通过接收到的射频(RF)信号产生用于所述芯片的电功率；

背向散射调制器，用于利用背向散射原理进行通信；

标签振荡器，用于产生背向散射调制频率；

参照负载，优选为参照谐振器；

选择装置，用于选择性地连接所述参照负载或者至少一对内部或外部谐振器和外部感测元件，以对所述标签振荡器施加负载，每个外部感测元件感测预定的变量，其中，

当所述参照负载被连接以对所述标签振荡器施加负载时，所述标签振荡器能够产生为相应的射频识别系统定义的任意一种额定背向散射调制频率，以及

当所述至少一对内部或外部谐振器和外部感测元件被连接以对所述标签振荡器施加负载时，所述标签振荡器被配置为产生所述额定背向散射调制频率中预定的一种。

2.一种集成被动射频识别(RFID)发射应答器芯片，包括：

背向散射调制器，用于利用背向散射原理进行通信；

标签振荡器，被配置为当至少一个外部感测元件或者至少一对内部或外部谐振器和外部感测元件被连接以对所述标签振荡器施加负载时，所述标签振荡器产生为相应的射频识别系统定义的额定背向散射调制频率中预定的一种；

参照振荡器，能够产生为相应的射频识别系统定义的任意一种额定背向散射调制频率；

选择装置，用于选择所述参照振荡器或所述标签振荡器，以向所述背向散射调制器提供背向散射调制频率。

3.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，其中，所述标签振荡器的背向散射调制频率被配置为根据预定变量的感测值而在所述预定的一种额定背向散射调制频率的允许频率容差内改变。

4.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括接触端子，至少一个外部感测元件和/或至少一对外部感测元件和外部谐振器能够连接到所述接触端子。

5.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括接触端子，至少一对外部感测元件和外部LC谐振器能够连接到所述接触端子。

6.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，其中，与一对外部谐振器和外部感测元件组合的所述标签振荡器是LC振荡器。

7.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括内部谐振器和接触端子，外部感测元件能够连接到所述接触端子，以形成一对内部谐振器和外部感测元件。

8.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括内部谐振器和接触端子，外部电容性感测元件能够连接到所述接触端子，以形成一对内部谐振器和外部感测元件。

9.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，其中，与一对内部谐振器和外部感测元件组合的所述标签振荡器是RC振荡器。

10.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，其中，与所述参照负载组合的所述标签振荡器是RC振荡器。

11.如权利要求1所述的发射应答器芯片，其中，与所述参照负载组合的所述标签振荡器的背向散射调制频率被配置为具有预定的温度-频率关联。

12.如权利要求1或11所述的发射应答器芯片，其中，所述参照负载是谐振器或温度传感器，或者它们的组合。

13.如权利要求2所述的发射应答器芯片，其中，所述参照振荡器的背向散射调制频率被配置为具有预定的温度-频率关联。

14.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括额外的能量存储器，优选地为具有大容量的电容器，以在较长的时间段期间从接收的射频信号收集并存储较大量的能量。

15.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，包括内部天线和/或接触端子，外部天线能够连接到所述接触端子。

16.如权利要求1或2所述的发射应答器芯片，其中，所述额定背向散射调制频率包括640kHz、320kHz、256kHz和40kHz中的一个或多个。

17.一种被动射频识别(RFID)传感器标签，包括：

载体元件；

根据权利要求1或2所述的发射应答器芯片，附着在所述载体元件上；以及

至少一个外部感测元件和/或至少一个外部谐振器，附着在所述载体元件上并电连接到所述发射应答器芯片的接触端子。

18.如权利要求17所述的被动射频识别传感器标签，还包括外部天线，附着在所述载体元件上并电连接到所述发射应答器芯片。

19.如权利要求17所述的被动射频识别传感器标签，其中，所述至少一个外部谐振器包括LC谐振器、MEMS(微机电系统)谐振器、SAW(表面声波)谐振器、BAW(体声波)谐振器中的一种或多种。

20.如权利要求17所述的被动射频识别传感器标签，其中，所述至少一个外部感测元件包括雷电传感器、应力传感器、磨损传感器、水分传感器、pH传感器、压力传感器、湿度传感器、压强传感器、气体传感器、品质传感器、位置传感器、震动传感器中的一种或多种。