CN117686105A - 一种基于rfid芯片的电缆测温装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于RFID芯片的电缆测温装置及方法，具体包括：嵌入电缆的测温RFID标签芯片及RFID读写设备，测温RFID标签芯片包括通过信号连接的射频前端单元及温度传感器单元；射频前端单元，用于接收RFID读写设备的测温指令以触发温度传感器单元的测温功能，并将温度传感器单元的温度数据反馈给RFID读写设备；温度传感器单元，包括传感器模拟前端电路及ADC模块，用于基于偏置电流下三极管的VBE，给出温度数据，并发送给射频前端单元。设置适合的射频前端单元，实现了温度传感器单元在低电压下稳定工作，配合ADC模块，兼顾低功耗、高精度，实现了传感器和RFID技术的深度融合。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种基于RFID芯片的电缆测温装置及方法。
背景技术
RFID技术在物联网（IoT）和供应链管理等领域得到广泛应用。RFID系统通常由两部分组成：RFID标签芯片和RFID读写设备，其中，它具有快速、无线、非接触读取的特点，使其适用于需要高效追踪和管理物品的场景。
电力系统中所用的电缆主要由电缆本体、电缆中间头及电缆终端头组成，是使用较多且较为重要的电力耗材。电缆运行温度是电缆的一个重要参数，温度的升降反映了电缆运行状态的变化，电缆的运行异常通常表现为温度的异常变化。当电缆在额定负荷下运行时，线芯温度达到允许值；电缆一旦过负荷，线芯温度将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。对电缆温度进行实时监测可有效防止事故发生，确保电缆的安全运行。
当前，结合RFID技术进行电缆温度的检测已有一些相关的研究。如CN116773934A给出基于RFID的电力线路监测系统及方法，方案包括：RFID温度标签，其用于获取电力线路局部位置的温度并存储；其中，RFID温度标签设置于电力线路架线杆预设范围内的电缆上；感知终端，其用于对RFID温度标签内的温度数据进行读取，并基于预先构建的线性网络将获得的温度数据上传至远端服务器；远端服务器，其用于接收来自感知终端的温度数据，并基于预设处理策略对温度数据进行处理，基于处理结果实现对电力线路的温度监测。能够有效避免电力线路因温度监测不准确而发生的故障，实现对线路上温度的快速准确获取。
但是，融合温度传感的RFID标签芯片普通存在运行信号不稳定，功耗较大，测温数据不够精准的问题。如何设置温度传感器单元的结构，衔接RFID标签芯片，以实现对电缆温度的温度、精准测量是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于RFID芯片的电缆测温装置及方法，具体包括：嵌入电缆的测温RFID标签芯片及RFID读写设备，测温RFID标签芯片包括通过信号连接的射频前端单元及温度传感器单元；射频前端单元，用于接收RFID读写设备的测温指令以触发温度传感器单元的测温功能，并将温度传感器单元的温度数据反馈给RFID读写设备；温度传感器单元，包括传感器模拟前端电路及ADC模块，用于基于偏置电流下三极管的VBE，给出温度数据，并发送给射频前端单元。本发明通过设置适合的射频前端单元，实现了温度传感器单元在低电压下稳定工作条件，配合ADC模块，同时兼顾低功耗和高精度，实现了传感器和RFID技术的深度融合，能广泛应用于电缆的测温中。
第一方面，本发明提供一种基于RFID芯片的电缆测温装置，具体包括：嵌入电缆的测温RFID标签芯片及RFID读写设备，测温RFID标签芯片包括通过信号连接的射频前端单元及温度传感器单元；
射频前端单元，用于接收RFID读写设备的测温指令以触发温度传感器单元的测温功能，并将温度传感器单元的温度数据反馈给RFID读写设备；
温度传感器单元，包括传感器模拟前端电路及ADC模块，用于基于偏置电流下三极管的VBE，给出温度数据，并发送给射频前端单元。
进一步的，射频前端单元，包括：信息存储模块，信息存储模块用于向RFID读写设备提供第一预设地址的应答读取信息，以及第二预设地址的温度读取信息。
进一步的，所述传感器模拟前端电路依次包括启动电路、偏置电路以及VBE生成电路，启动电路与射频前端单元连接，接收射频前端单元给出的电源能量。
进一步的，射频前端单元还包括整流电路以及电源管理模块；
整流电路用于对射频能量进行转化输出；
电源管理模块用于对整流电路的输出进行限幅、稳压，为启动电流提供工作电源。
进一步的，所述偏置电路用于产生偏置电流，并提供给VBE生成电路；
VBE生成电路通过电流镜匹配，并采用电容轮转DEM，开启不同三极管组比例，生成VBE差值，发送给出ADC模块。
进一步的，VBE生成电路包括基准三极管组和可调三极管组，基准三极管组与可调三极管组中的三极管尺寸相同、三极管数量不同，可调三极管组的基极处串联有调整电阻，调整电阻用于进行β值补偿；
调整电阻的阻值，具体表示为：
；
其中，为调整电阻的阻值，m为可调三极管组与基准三极管组的三极管数量比例，/>为基准三极管组的放大倍数值，/>为误差影响后的放大倍数值，/>为基准三极管组的基极电流值，/>可调三极管组与基准三极管组产生的/>差值。
进一步的，所述ADC模块依次包括采样单元以及CIC数字滤波器单元；
采样单元与VBE生成电路连接，用于采集VBE差值，并进行数据输出，CIC数字滤波器单元与采样单元连接，用于对采样获得的数据进行CIC抽取及校准处理；
采样单元的数据输出与VBE的具体关系，表示为：
；
其中，为采样单元的数据输出值，A、/>、B均为校准参数，VBE为基准三极管组产生的基级与发射极间电压，ΔVBE为可调三极管组与基准三极管组产生的VBE差值。
进一步的，所述采样单元包括SAR ADC结构及ΣΔADC结构，SAR ADC结构用于基于VBE差值的比例进行输出数据的粗量化，ΣΔADC结构用于结合SAR ADC结构对基于VBE差值的比例进行输出数据的细量化。
进一步的，SAR ADC结构的精度不低于5比特，ΣΔADC结构的精度不低于8比特。
第二方面，本发明还提供一种基于RFID芯片的电缆测温方法，采用如上述基于RFID芯片的电缆测温装置，该方法包括如下步骤：
步骤S1、RFID读写设备向射频前端单元发送测温指令，触发温度传感器单元的测温功能；
步骤S2、温度传感器单元产生偏置电流，由三极管电路产生VBE，并给出温度数据，发送给射频前端单元；
步骤S3、射频前端单元将温度数据反馈给RFID读写设备，实现基于RFID芯片的电缆测温。
本发明提供的一种基于RFID芯片的电缆测温装置及方法，至少包括如下有益效果：
（1）本发明通过设置适合的射频前端单元，实现了温度传感器单元在低电压下稳定工作条件，配合ADC模块，同时兼顾低功耗和高精度，实现了传感器和RFID技术的深度融合，能广泛应用于电缆的测温中。
（2）本发明给出的VBE生成电路，消除了温度变化带来的放大误差，降低了数据的噪声，提高了温度测量的精准度。
（3）本发明给出的ADC模块中的采样单元，融合了SAR ADC结构及ΣΔADC结构，兼顾低功耗，实现对温度输出数据的精细处理。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于RFID芯片的电缆测温装置的结构示意图；
图2为本发明提供的某一实施例的信息存储模块中预设地址信息的示意图；
图3为本发明提供的某一实施例的传感器模拟前端电路的结构示意图；
图4为本发明提供的某一实施例的VBE生成电路的结构示意图；
图5为本发明提供的一种基于RFID芯片的电缆测温方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
针对融合温度传感的RFID标签芯片普通存在运行信号不稳定，功耗较大，测温数据不够精准的问题，如图1所示，本发明提供了一种基于RFID芯片的电缆测温装置。
该装置包括嵌入电缆的测温RFID标签芯片及RFID读写设备，测温RFID标签芯片包括通过信号连接的射频前端单元及温度传感器单元；
射频前端单元，用于接收RFID读写设备的测温指令以触发温度传感器单元的测温功能，并将温度传感器单元的温度数据反馈给RFID读写设备；
温度传感器单元，包括传感器模拟前端电路及ADC模块，用于基于偏置电流下三极管的VBE，给出温度数据，并发送给射频前端单元。
测温RFID标签芯片，与RFID读写设备进行数据交互，接收RFID读写设备的测温指令以触发测温功能，并将温度数据反馈给RFID读写设备。
射频前端单元还包括整流电路以及电源管理模块；
整流电路用于对射频能量进行转化输出；
电源管理模块用于对整流电路的输出进行限幅、稳压，为启动电流提供工作电源。
整流电路，分别与电源管理模块相连接，用于对获取的射频能量进行转化输出，并进行整流处理；
电源管理模块，包括限幅器和稳压器，对整流电路的输出进行限幅和稳压后，为温度传感器单元提供工作电源；
将温度传感器进行集成的方案较多，但是由于需要和能量严重受限的无源RFID芯片结合，传感器协议（IP）的设计就需要考虑更加低功耗的设计技术，同时又需要兼顾精度。本发明给出的测温RFID标签芯片通过上述设计，实现了温度测量的功能。在某个实施例中，嵌入电缆的测温RFID标签芯片设计的整体电路指标如下表1所示：
表1
RFID读写设备通过发送测温指令来激活测温RFID标签芯片，射频前端单元工作所产生的电能又可以提供给温度传感器单元用于实现其测温功能；测温结束后，RFID读写设备通过读指令从射频前端单元获取当前温度数据。温度传感器单元正常工作需要为其提供电源及接收相应的工作指令，通过RFID读写设备发送指令激活射频前端单元工作，产生电能提供给温度传感器单元并触发测温功能，在测温期间通过射频载波持续供能的方式确保测温精度，再通过RFID读写设备与测温RFID标签芯片之间的数字基带和射频电路的交互，将信息传送回RFID读写设备。
本发明通过设计与协议兼容的测温指令，触发测温RFID标签芯片的测温功能，并在测温期间通过射频载波持续供能的方式确保测温精度，测温结束后再通过特定的读指令获取当前温度数据。设置的测温RFID标签芯片可以与市售通用RFID读写器兼容，最大限度降低使用门槛，提升通用性。
测温RFID标签芯片与RFID读写设备的交互数据/信息可以存储于射频前端单元的信息存储模块，信息存储模块用于向RFID读写设备提供第一预设地址的应答读取信息，以及第二预设地址的温度读取信息。
如图2所示，测温RFID标签芯片与RFID读写设备的交互以及测温指令的通信流程，具体包括：
RFID读写设备检测到测温RFID标签芯片，针对测温RFID标签芯片进行读操作；
其中，如果在RFID读写设备中已配置了安全模式，则需要对测温RFID标签芯片进行完安全鉴别之后再进行读操作；
RFID读写设备向测温RFID标签芯片发送读指令，读取射频前端单元中信息存储模块第一预设地址（在某个实施例中为第96号地址）的应答读取信息；
判断所获取的应答读取信息是否为0000H，若否，则返回，重新向测温RFID标签芯片发送读指令；若是，则提供射频载波，持续时间可以为100ms以上，并且在提供射频载波期间，不发送读指令；
之后，RFID读写设备向测温RFID标签芯片发送读指令，读取射频前端单元中信息存储模块第二预设地址的温度读取信息（在某个实施例中为第97号地址；获得5个字，共80比特（80bit）的温度测量应答数据；将80比特的温度测量应答数据作为实时温度测量信息进行处理）。
接下来，介绍传感器模拟前端电路（AFE）。在AFE中，由于电路中的两个偏置电流不同的三极管的VBE之差ΔVBE电压具有偏置（PTAT）特性，通过量化ΔVBE的值，因此，可以精确得到当前环境温度。
在量化ΔVBE时，还需要一个不随温度变化的VREF作为参考，一般可以通过负温度系数的VBE和αΔVBE相加，得到零温度系数的VREF参考电压。这样将VBE和VREF的比值就会含有温度的信息，如果ΔVBE远小于VREF，若以VREF作为参考，直接量化ΔVBE，则会浪费大量的ADC量程，降低温度传感器的精度。为了充分利用ADC的满量程，一般将αΔVBE作为量化对象，这样可以充分利用ADC，VBE和ΔVBE分别通过如下公式计算：
；
在上述方程中，引入和/>两个常量参数，/>的计算公式如下：
令，然后通过X来表示出温度。在上述公式中，VBE为三极管中基级与发射极级间电压；/>为两个不同三极管的基级与发射极级间电压的差；T为热力学温度；q为电子的电荷量；k为玻尔兹曼常数；/>为集电极电流；/>为三极管反向饱和电流；m为两个三极管的数量比例；/>为上述算法中引入的常量。
在AFE电路中，为了匹配VBE的电压值，电流比例可以设定为1：7，但是，MOS器件的失配直接影响了电流比例1：7，失配导致电流比例变化，从而导致VBEL和VBER的变化，导致测温精度变差。为了保证电流镜匹配，采用了DEM轮转的方式，通过不同三极管的比例开启，确保1：7的电流比例。运放的失配，影响了参考电流的精度，采用CHOPPER斩波技术，解决了失调的问题，并能有效地消除因1/f噪声引起的电压误差。同时，给三极管偏置的电流流入E端，而非C端，三极管的/>的变化，会引入误差，如温度变化，PTAT电路变化，会引起/>变化。在QBL的基端串联一个电阻，可以消除/>的影响。
基于上述分析计算，确定了传感器模拟前端的电路结构，如图3所示，传感器模拟前端电路包括启动电路，偏置电路和VBE生成电路，启动电路与射频前端单元连接，接收射频前端单元给出的电源能量，VBE生成电路以向传感器ADC模块提供稳定的基级与发射极级间电压VBE和电压差ΔVBE。偏置电路用于产生PTAT电流，为VBE生成电路和传感器ADC模块提供偏置电流；VBE生成电路通过电流镜匹配，并采用电容轮转DEM的方式，通过不同三极管的比例开启，保持电流比例稳定，以确保向传感器ADC模块提供稳定的基级与发射极级间电压VBE和ΔVBE。
如图4所示，VBE生成电路包括基准三极管组和可调三极管组，基准三极管组与可调三极管组中的三极管尺寸相同、三极管数量不同，可调三极管组的基极处串联有调整电阻，调整电阻用于进行β值补偿。
调整电阻的阻值，具体表示为：
其中，为调整电阻的阻值，m为可调三极管组与基准三极管组的三极管数量比例，/>为基准三极管组的放大倍数值，/>为误差影响后的放大倍数值，/>为基准三极管组的基极电流值，/>可调三极管组与基准三极管组产生的VBE差值。
同时，在三极管的选型和偏置电流的选择时，应使用β比较平缓的部分，与此同时，在VBE生成电路中，电流比例I和7I的值都尽量放在β值变化比较平缓的电流区域，为了使电阻的值不至于太大，将I取为140nA，7I为980nA。
VBE生成电路通过电流镜匹配，并采用电容轮转DEM，开启不同三极管组比例，生成VBE差值，发送给出ADC模块。
随着电流的增长，三极管会出现四种机理：①表面效应(复合占比较大)②肖克莱方程 ③大注入 ④寄生电阻成为主导。其中②肖克莱方程阶段，β值最大。在VBE生成电路中，MOS器件的失配直接影响了电流比例1：7，失配导致电流比例变化，从而导致基准三极管组和可调三极管组的变化，导致测温精度变差。为了保证电流镜匹配，采用了DEM轮转的方式，确保1：7的电流比例。
ADC模块依次包括采样单元以及（级联积分累积）CIC数字滤波器单元；
采样单元与VBE生成电路连接，用于采集VBE差值，并进行数据输出，CIC数字滤波器单元与采样单元连接，用于对采样获得的数据进行CIC抽取及校准处理；
采样单元的数据输出与VBE的具体关系，表示为：
其中，为采样单元的数据输出值，A、/>、B均为校准参数，VBE为基准三极管组产生的基级与发射极间电压，ΔVBE为可调三极管组与基准三极管组产生的VBE差值。
采样单元包括SAR ADC结构（即，通过逐步逼近的过程逼近输入信号的大小的结构）及ΣΔADC结构（Delta-Sigma ADC结构，过采样转换器），SAR ADC结构用于基于VBE差值的比例进行输出数据的粗量化，ΣΔADC结构用于结合SAR ADC结构对基于VBE差值的比例进行输出数据的细量化。
SAR ADC结构的精度不低于5比特，ΣΔADC结构的精度不低于8比特。
在确定ADC模块的组成时，首选需要确定ADC模块的结构和阶数，在本发明中，将ADC模块的转换输出设置为：
X的值随温度变化是有一些非线性的。经过对X值进行算法处理，算法中选取合适的校准参数（，A和B），可以在合适的量程中，达到较高的线性度，其中/>=13，/>，。由于测温精度要求±1℃以内，传感器ADC模块精度应为±0.1℃，在-40~150℃之间，要求±0.1℃，则需要分辨的格子至少有1650格，理论上11bit可以满足精度要求2048格。但是由于X是非线性的，可能会浪费掉一些传感器ADC模块的精度，X在低温区斜率较大，对传感器ADC模块的精度要求相对宽松，在高温区，X的斜率变缓，对传感器ADC模块的精度要求变高。根据上述的量化得到的X及u的表达式，可以得到：
其中，，/>；假设要保证0.1℃的精度，/>；在150℃时对传感器ADC模块精度要求最高，/>；ENOB=10.8bit。这只是估计值，考虑到实际可能有较大偏差，需要留一些余量，最低设为12bit。大于等于12bit的ADC模块，出于性能功耗面积等考虑，一般采用ΣΔADC。
而ΣΔADC的精度取决于两个参数：过采样率OSR和阶数order。温度传感器的输入信号是一个直流信号，因此过采样率可以很高。阶数方面，使用ΣΔADC应尽量避免使用1阶，以避免空闲音（idle tone）的问题，也应当避免使用大于等于3阶，以避免产生稳定性问题。因此ΣΔADC采用2阶单比特前馈结构，并且反馈系数小于0.8，这样ADC无条件稳定。
ΣΔADC要实现大于12bit的精度，需要相当高的OSR，这就会增加ADC的转换时间。SAR ADC如果实现大于12bit的精度，面积，功耗都会付出很大代价。因此采用SAR ADC结合ΣΔADC：高几位，量化的精度不需要太高，可以采用SAR实现，节省转换时间，低几位，使用ΣΔADC进行精确量化，再将两者的结果叠加，得到所需的精度和速度。
在高几位（coarse）转换阶段，SAR ADC结构先量化出，其中m，n = 1，2……，现在考虑选取SAR ADC和ΣΔADC的阶数。在-40~150℃区间，X的值不会超过28。因此，SAR部分至少需要5bit，小数部分由ΣΔADC进行量化，至于ΣΔADC的精度，并不是简单的12-5=7bit，但这里涉及到冗余与gardbanding原理，所以ΣΔADC的阶数需要仔细考虑。
如果SAR按照5bit设计，由于电路中噪声和offset的影响，有可能会造成SAR确定出错误的区间，ΣΔADC会zoom到错误的区间，导致出错。例如，当X的实际值距离n+1很近时，考虑到电路的误差在0.5LSB时，可能会给出n+1的结果，此时，ΣΔADC会在n+1和n+2之间寻找小数值，会造成过载。同理，当X值距离n很近时，SAR可能会给出n-1的结果，造成ΣΔ取到n-1和n之间寻找小数值，造成过载。因此，引入了冗余和扩展ΣΔADC满量程的方法，当确定X在n到n+1之间时，再让X与n+0.5及进行一次比较，如果X＞n+0.5，说明X也可能是从n+1到n+2区间掉落下来的，所以，将zoom区间设置成n到n+2，即可覆盖这种情况。同理，如果X＜n+0.5，说明X也有可能是从n-1至n的区间，错误的进入到了n至n+1区间，从而需要将zoom区间设置位n-1至n+1，即可覆盖这种情况。这种方式，放松了对SAR ADC的精度要求，同时保证了整个ADC的精度。因此，SAR ADC结构设计为5bit，ΣΔ ADC结构设计为8bit。
SAR ADC结构的工作逻辑如下：温度计码DEC<21:0>对应的十进制数，将其转换为温度计码输出。当数据跑到非法位置时，给出L_ALARM或H_ALARM信号，过程如下：
Step1：温度计码DEC<21:0>尝试0后，一定会给出1（Compout=1），按照时序，将DEC<21:0>置为16（BCD）对应的温度计码。如果这一步输出错误（Compout=0），则将L_ALARM置为1。当DEC<21:0>=16，若Compout=0，则将DEC<21:0>置为8，若Compout=1，则将DEC<21:0>置为24；
Step2~step5：以此进行逐次逼近的过程。箭头旁边的数字为比较器的输出，温度计码DEC<21:0>对应的十进制数值。直到step5结束，将DEC<21:0>确定为括号中数字的证书部分，例如(17.5)，DEC<21:0>即为17所对应的温度计码。
StepM：根据step5的结果，选择DEC<21:0>的值，例如17~18（17.5），即将DEC<21:0>设置为17所对应的温度计码，同时将M置为1。（M代表0.5）。在下一个周期CLKSAR的上升沿，会采到Compout的输出数据B，若B=1，则将step5的结果向上扩张，例如，如果step5的结果为17~18，则扩张为17~19，n=17。若B=0，则将step5的结果向下扩张，即16~18，n=16。
再下一个周期，将SD_STATE设置为1，抛弃本次采到的Compout，DEC<21:0>的值按照如下方式给出：
根据上面得到的n值，温度计码DEC<21:0>的取值为：
由于ADC精度要求很高，对电容的匹配要求很高，需要尽可能地降低失调的影响，采用电容轮转技术（DEM）。DEM的实现的功能为：SD_STATE变高后，根据上面方法计算所得的DEC<21:0>,每经过一个CLK周期，初始指针向下移动。例如，DEC<21:0>结果为17（BCD），第一cycle，pointer=0（pointer的初始值为0），即DEC<16:0>=1，DEC<18:17>=，DEC<21:19>=0。第二cycle，pointer=1，即DEC<17:1>=1，DEC<19:18>=/>，DEC<21:20>=0。以此类推，当pointer=21，下一步，pointer=0，照此规律进行循环，减少失调影响。
ADC模块的输出数据ADC_DATA<12:0>中的MSB<4:0>对应SAR ADC的十进制值，LSB<8:0>由抽取滤波器得到。具体而言， ADC_DATA<12:0>由以下方法获得：，其中X为ADC_DATA<12:0>的十进制数值，n为SAR ADC得到的十进制数值，/>是ΣΔADC经过CIC抽取之后的余数部分（最低8位数转成十进制，0</><1）；然后再通过校准参数计算温度。
ADC模块还包括积分器单元，由第一级积分器和第二级积分器组成。对于第一级积分器，在SAR阶段，SW1起作用，SW2不打开，第一级积分器被连接成为一个放大器；在采样相Φ1，SAMPCAP进行采样并存在电容中，SW1闭合将运放输入输出短接确定静态工作点；在放大相Φ2，SW1断开，运放将输入信号放大。在ΣΔADC阶段，SW1和SW2都起作用，此时是正常的积分器功能；在采样相Φ1，SAMPCAP进行采样并存在电容中，SW1闭合将运放输入输出短接，确立静态工作点；SW2断开，将上一拍计算的结果存在积分电容Cint中；在积分相Φ2，SW1断开，SW2闭合将输入信号积分到电容Cint中。
对于第二级积分器，在SAR阶段，该积分器被短路，信号不经过该电路。在ΣΔADC阶段，该积分器正常工作。第二级积分器采用的时钟是16kHz，ΣΔADC的采样频率是32kHz，一般离散时间ΣΔADC将OPA的GBW设置在10*fs以满足要求。如果ΣΔADC按照8bit计算，误差为1/256，要求运放增益为50dB以上。
如图5所示，本发明还提供了一种基于RFID芯片的电缆测温方法。采用如上述基于RFID芯片的电缆测温装置，该方法包括如下步骤：
步骤S1、RFID读写设备向射频前端单元发送测温指令，触发温度传感器单元的测温功能；
步骤S2、温度传感器单元产生偏置电流，由三极管电路产生VBE，并给出温度数据，发送给射频前端单元；
步骤S3、射频前端单元将温度数据反馈给RFID读写设备，实现基于RFID芯片的电缆测温。
本发明提供的一种基于RFID芯片的电缆测温装置及方法，至少包括如下有益效果：
（1）本发明通过设置适合的射频前端单元，实现了温度传感器单元在低电压下稳定工作条件，配合ADC模块，同时兼顾低功耗和高精度，实现了传感器和RFID技术的深度融合，能广泛应用于电缆的测温中。
（2）本发明给出的VBE生成电路，消除了温度变化带来的放大误差，降低了数据的噪声，提高了温度测量的精准度。
（3）本发明给出的ADC模块中的采样单元，融合了SAR ADC结构及ΣΔADC结构，兼顾低功耗，实现对温度输出数据的精细处理。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，具体包括：嵌入电缆的测温RFID标签芯片及RFID读写设备，测温RFID标签芯片包括通过信号连接的射频前端单元及温度传感器单元；
射频前端单元，用于接收RFID读写设备的测温指令以触发温度传感器单元的测温功能，并将温度传感器单元的温度数据反馈给RFID读写设备；
温度传感器单元，包括传感器模拟前端电路及ADC模块，用于基于偏置电流下三极管的VBE，给出温度数据，并发送给射频前端单元。
2.根据权利要求1所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，射频前端单元，包括：信息存储模块，信息存储模块用于向RFID读写设备提供第一预设地址的应答读取信息，以及第二预设地址的温度读取信息。
3.根据权利要求1所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，所述传感器模拟前端电路依次包括启动电路、偏置电路以及VBE生成电路，启动电路与射频前端单元连接，接收射频前端单元给出的电源能量。
4.根据权利要求3所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，射频前端单元还包括整流电路以及电源管理模块；
整流电路用于对射频能量进行转化输出；
电源管理模块用于对整流电路的输出进行限幅、稳压，为启动电流提供工作电源。
5.根据权利要求3所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，所述偏置电路用于产生偏置电流，并提供给VBE生成电路；
VBE生成电路通过电流镜匹配，并采用电容轮转DEM，开启不同三极管组比例，生成VBE差值，发送给出ADC模块。
6.根据权利要求5所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，VBE生成电路包括基准三极管组和可调三极管组，基准三极管组与可调三极管组中的三极管尺寸相同、三极管数量不同，可调三极管组的基极处串联有调整电阻，调整电阻用于进行β值补偿；
调整电阻的阻值，具体表示为：
；
其中，为调整电阻的阻值，m为可调三极管组与基准三极管组的三极管数量比例，/>为基准三极管组的放大倍数值，/>为误差影响后的放大倍数值，/>为基准三极管组的基极电流值，/>可调三极管组与基准三极管组产生的/>差值。
7.根据权利要求6所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，所述ADC模块依次包括采样单元以及CIC数字滤波器单元；
采样单元与VBE生成电路连接，用于采集VBE差值，并进行数据输出，CIC数字滤波器单元与采样单元连接，用于对采样获得的数据进行CIC抽取及校准处理；
采样单元的数据输出与VBE的具体关系，表示为：
；
其中，为采样单元的数据输出值，A、/>、B均为校准参数，VBE为基准三极管组产生的基级与发射极间电压，ΔVBE为可调三极管组与基准三极管组产生的VBE差值。
8.根据权利要求7所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，所述采样单元包括SAR ADC结构及ΣΔADC结构，SAR ADC结构用于基于VBE差值的比例进行输出数据的粗量化，ΣΔADC结构用于结合SAR ADC结构对基于VBE差值的比例进行输出数据的细量化。
9.根据权利要求8所述基于RFID芯片的电缆测温装置，其特征在于，SAR ADC结构的精度不低于5比特，ΣΔADC结构的精度不低于8比特。
10.一种基于RFID芯片的电缆测温方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述基于RFID芯片的电缆测温装置，该方法包括如下步骤：
步骤S1、RFID读写设备向射频前端单元发送测温指令，触发温度传感器单元的测温功能；
步骤S2、温度传感器单元产生偏置电流，由三极管电路产生VBE，并给出温度数据，发送给射频前端单元；
步骤S3、射频前端单元将温度数据反馈给RFID读写设备，实现基于RFID芯片的电缆测温。
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