CN203882332U - 一种温湿度感知式无源超高频rfid标签装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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。
背景技术
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。
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。
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。
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
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。
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：
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。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。
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：
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。
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：
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。
进一步地，所述时钟电路，具体包括振荡器。
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：
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。
进一步地，所述温湿度采集电路，包括PMOS管MP1~MP8，NMOS管MN1~MN16；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MP1~MP7的漏极，分别接至NMOS管MN1~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MN3~MN7各自的栅极和它们的漏极相连，并分别与NMOS管MN10~MN14的栅极相连；NMOS管MN3~MN7的源极，分别与NMOS管MN10~MN14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MN16的源极相连；NMOS管MN16的栅极和漏极连接在一起，并与NMOS管MN8的漏极和NMOS管MN15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MN13的源极与NMOS管MN12的漏极相连，NMOS管MN14的源极与NMOS管MN12的漏极相连；NMOS管MN14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。
进一步地，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。
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，并集成在同一片硅片上。
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。
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。
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。
附图说明
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：
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；
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
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。
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。
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：
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。
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。
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。
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。
⑸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。
特别地，参见图2，温湿度采集电路，包括PMOS管MP1~MP8，NMOS管MN1~MN16。其中，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MP1~MP7的漏极分别接至NMOS管MN1~MN7的漏极，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MN3~MN7各自的栅极和它们的漏极相连，并分别与NMOS管MN10~MN14的栅极相连，NMOS管MN3~MN7的源极分别与NMOS管MN10~MN14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MN16的源极相连，NMOS管MN16的栅极和漏极连接在一起并与NMOS管MN8的漏极和NMOS管MN15的栅极相连作为温湿度采集电路输出的基准电压VREF，NMOS管MN13的源极与NMOS管MN12的漏极相连，NMOS管MN14的源极与NMOS管MN12的漏极相连，NMOS管MN14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。
PMOS管MP1-MP7构成的电流镜将基准电流镜像到其他各个支路。
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。
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。
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。
Claims (6)
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MP1~MP8，NMOS管MN1~MN16；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MP1~MP7的漏极，分别接至NMOS管MN1~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MN3~MN7各自的栅极和它们的漏极相连，并分别与NMOS管MN10~MN14的栅极相连；NMOS管MN3~MN7的源极，分别与NMOS管MN10~MN14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MN16的源极相连；NMOS管MN16的栅极和漏极连接在一起，并与NMOS管MN8的漏极和NMOS管MN15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MN13的源极与NMOS管MN12的漏极相连，NMOS管MN14的源极与NMOS管MN12的漏极相连；NMOS管MN14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，并集成在同一片硅片上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20210108 Address after: No.2006 Xiyuan Avenue, Chengdu, Sichuan 611731 Patentee after: University of Electronic Science and technology of Sichuan foundation for education development Address before: Room 402, area a, Liye building, science and Technology Park, China sensor network university, Taike Park, New District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214135 Patentee before: WUXI UESTC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20141015 |