TWI470943B - 用於無線感測系統之核心模組 - Google Patents

Description

用於無線感測系統之核心模組

本發明係關於一種用於無線感測系統之核心模組，用以感測、處理以及輸出環境資訊。

近年來隨著健康照護系統發展成熟，生理訊號檢測無線網路系統的需求也與日俱增，對於人體端檢測裝置以及健康照護監視處理器的溝通因礙於病患行動方便，通常需使用無線通訊的方式來實現兩個裝置之間的溝通。

習知之攜帶式無線通訊裝置之中，主要採用現有標準無線網路裝置，如WiFi、Bluetooth、ZigBee，然所消耗的功率往往相當大，不易符合生理訊號無線傳輸的要求。決定攜帶裝置使用時間長短的關鍵元件主要為無線射頻傳輸電路的功率消耗，但是傳統無線網路裝置之射頻積體電路；如射頻功率放大器，其功率消耗會大幅縮短攜帶裝置的使用時間，因此具低功耗的無線射頻系統將有機會被廣泛用於攜帶式無線通訊裝置，應用於生理訊號之無線傳輸。此外，由於外部網路以及檢測裝置互相傳輸指令及資料時，都會有許多預期外的因素導致傳輸資訊錯誤，而現今的生理訊號無線檢測系統，並沒有嚴格規範通訊協定以及偵錯機制，無法確保系統間互相傳輸的資訊是使用者本身的生理資訊。

再者，現有用於無線感測系統之無線通訊裝置所具有射頻電路、感測電路、數位電路、類比電路、以及電源管理電路，若以離散元件的方式組成，無線通訊裝置會顯得過大而笨重，不利於攜帶性；而若以單一晶片的方式組成，電路裡的元件種類愈多，其良率將受到影響而使產品變得昂貴。

因此，現有無線通訊裝置在擷取環境或生理資訊的無線感測應用中，具有高功耗、資料傳輸不穩定以及低良率等缺點。如何解決或降低這些缺點以提供人們更佳的使用體驗，實為所屬技術領域人士所迫切想要達成的目標。

有鑑於習知無線通訊裝置在無線感測領域中高功耗、資料傳輸不穩定及良率低的缺點，本發明之發明人針對上述之問題，殫精竭力開發出一種用於無線感測系統之核心模組，可用於接收、處理並輸出感測到的環境資訊，其包括：射頻前端電路，係可接收並處理射頻輸入訊號以產生距離檢測訊號和控制指令暨電源啟動訊號；電源控制電路，係可接收控制指令暨電源啟動訊號之控制以供應直流穩定電壓；類比前端檢測電路，係可接受直流穩定電壓而啟動接收載有環境資訊之感測環境訊號的功能並且輸出數位環境訊號；以及基頻訊號處理器，係可接受直流穩定電壓而接收距離檢測訊號與控制指令暨電源啟動訊號以輸出解調控制訊號給射頻前端電路並輸出電源關閉訊號給電源控制電路，以及接收並處理數位環境訊號以輸出載有環境資訊之阻抗控制訊號。

射頻前端電路可包括：電荷幫浦，係可將射頻輸入訊號轉換成直流訊號；振幅移位鍵控解調變電路，係可接收並處理直流訊號與解調控制訊號以輸出控制指令暨電源啟動訊號；以及距離數位轉換器，係可偵測電荷幫浦之內部電壓以產生距離檢測訊號。振幅移位鍵控解調變電路產生控制指令暨電源啟動訊號之方式可包括振幅移位鍵控(ASK)、相位移位鍵控(PSK)、或頻率移位鍵控(FSK)等通訊調變解調變技術。

電源控制電路可包括：啟動電路，接收控制指令暨電源啟動訊號與電源關閉訊號以產生電源禁致能訊號，用於關閉或啟動其它電路元件以有效利用電源；數位穩壓電路，接收電源禁致能訊號以產生或停止直流穩定電壓；以及類比穩壓電路，接收電源禁致能訊號以產生或停止直流穩定電壓。電源控制電路復可包括電池，用以提供電源給數位穩壓電路和類比穩壓電路以產生直流穩定電壓。數位穩壓電路或類比穩壓電路可為低壓差線性穩壓電路或切換式穩壓電路等用來產生穩定直流電壓的電路架構。電源控制電路復可包括數位重置電路，用於產生重置訊號以重置基頻訊號處理器或其它電路模組內之數位記憶元件。

類比前端檢測電路可包括：前級放大器，係接收並放大感測環境訊號而產生放大感測訊號；類比濾波器，係接收並濾波處理放大感測訊號以產生濾波訊號；後級放大器，係接收並放大濾波訊號以產生放大濾波訊號；以及類比數位轉換器，係將放大濾波訊號轉換成數位環境訊號。類比濾波器可利用低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器或帶拒濾波器之架構予以設計。前級放大器或後級放大器可屬於開迴路放大器或閉迴路放大器之架構。類比濾波器另可屬於連續時間式處理電路或離散時間式處理電路。類比數位轉換器可利用單斜率轉換器、雙斜率轉換器、電荷重新分佈轉換器、連續漸進式轉換器或三角積分調變轉換器之架構予以設計。

基頻訊號處理器可包括：脈衝產生器，係產生脈衝訊號而可作為電路運作所需的時脈訊號；脈波間距編碼之解碼器，係輸入控制指令暨電源啟動訊號與脈衝訊號以產生解碼訊號；指令解碼器，輸入解碼訊號以產生指令判別訊號；五位元循環冗餘校驗檢查電路，輸入並偵錯解碼訊號以產生校驗檢查訊號；核心有限狀態機，係輸入距離檢測訊號、指令判別訊號和校驗檢查訊號以產生解調控制訊號、電源關閉訊號、除數訊號、記憶體選擇訊號、交握控制訊號和記憶體存取指示訊號；回傳頻率除頻器，係接收除數訊號與脈衝訊號以輸出除頻脈波；虛擬隨機亂數產生器，係接收交握控制訊號以產生交換預設控制信號；多工器，係接收記憶體選擇訊號以傳送記憶讀取數據與記憶寫入數據；記憶電路，係用於接收並儲存記憶寫入數據和輸出記憶讀取數據；寫入記憶體之有限狀態機，係接收數位環境訊號和記憶體存取指示訊號以輸出記憶寫入數據；讀取記憶體之有限狀態機，係接收除頻脈波、交換預設控制信號、記憶體存取指示訊號和記憶讀取數據並輸出串列讀取數據；以及FM0編碼器，係輸入並對串列讀取數據執行FM0編碼以依據除頻脈波輸出阻抗控制訊號。

記憶電路可包括第一記憶體和第二記憶體，係用於交替寫入記憶寫入數據與讀取記憶讀取數據。記憶電路可由靜態隨機存取記憶體、動態隨機存取記憶體或電子燒錄式記憶體等任何可儲存資料之記憶體予以構成。

核心模組中的基頻訊號處理器可具有射頻辨識電子標籤第一級第二世代通訊協定之架構，亦可利用任何其它可傳輸環境資訊的通訊協定予以架構，例如近場通訊(NFC)協定之架構或其它級別或世代別之無線射頻辨識架構。

相較於習知，本發明之無線感測系統的基頻訊號處理器，因具有五位元循環冗餘校驗檢查電路和FM0編碼器而有助於降低環境資訊的錯誤率，提升資訊傳輸的性能，讓資料傳傳更加穩定。再者，傳統之無線通訊晶片必須配置功率放大器，才可以傳輸無線電波，然本發明毋需功率放大器就可傳輸無線電波傳遞環境資訊，故可簡化電路設計而提升電路製造的良率。另外，藉由電源控制電路的設計，本發明可避免不必要的功耗而達到節能環保且使用壽命長的目的。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明之精神下，進行各種修飾與變更。

本發明之一實施例乃依據射頻辨識(RFID)第一級第二世代通訊協定(Class1 Gen2)（後文稱「通訊協定」）提供一種用於無線感測系統之核心模組，用於將感測到的環境資訊透過無線傳輸的方式提供給遠端的讀取機，並在系統晶片內實現電源管理機制和偵錯功能，以使本發明具有精巧、省電及偵錯等功效。所述環境資訊意指無線感測系統所在位置之資訊，例如室內溫度資訊、大氣壓力資訊、或人體之生理資訊，如心跳等，但不侷限於此，舉凡可透過感測器予以擷取之資訊皆包含於本文所述之環境資訊。

以用於長時效生理監控系統之無線感測系統為例，本發明所述的無線感測系統可採用主動式RFID架構、被動式RFID架構或半主動式RFID架構。主動式RFID架構內部包含電池，電路功率消耗相當大，使用時間無法很長，不適合長時效生理監控系統；被動式RFID架構內部沒有電池，因此讀取器需相當大的發射功率，長期使用於生理監控，對身體的傷害很大，因而被動式RFID架構的無線感測系統並不適合長時間的使用；而就半主動式RFID架構而言，讀取機毋需發射高功率即可叫醒電路並進行生理資訊讀取，因此與其它的RFID架構相比較不會傷害人體，此外，若不需要讀取生理資訊時，電路可處於省電的睡眠狀態，進而延長系統使用時間，不需常換電池，或可採用鈕扣電池。所以，本發明可採用半主動式RFID架構，可適用於可攜式系統或穿戴式系統。

本發明可利用系統晶片的微縮技術，以在符合效能的情況下縮小體積，而達到精巧實用的功效，請參閱圖1，係本發明之系統晶片架構示意圖，為一種用於接收感測到的環境資訊，例如生理資訊，之無線感測系統，無線感測系統可擷取並處理環境資訊，還可將環境資訊傳送給讀取機，在圖1中，無線感測系統係以系統晶片10予以實現，系統晶片10包括核心模組100、電子標籤天線101、阻抗改變電路102以及感測器107，電子標籤天線101接收來自遠端讀取機（圖未示）載有控制指令之射頻輸入訊號，且感測器107擷取環境資訊並輸出感測環境訊號，核心模組100依據射頻輸入訊號上所載之控制指令輸入感測器107所輸出之感測環境訊號並作處理以產生載有環境資訊之阻抗控制訊號並提供給阻抗改變電路102，阻抗改變電路102依據阻抗控制訊號調整其內部阻抗，電子標籤天線101依據阻抗改變電路102之內部阻抗之變化而使反射回讀取機之電磁波產生變化，讀取機藉由電磁波之變化解調出系統晶片10所要傳達之環境資訊。阻抗改變電路102可輸入例如具有一個位元之阻抗控制訊號，藉由阻抗控制訊號電壓位準之高低變化，來改變阻抗改變電路102之內部阻抗，從而調整電子標籤天線101之反射係數，藉此將來自於讀取機之電磁波依據反射係數之不同回傳代表環境資訊之位元訊息，讀取機藉由所接收之位元訊息判讀系統晶片10所傳送的環境資訊，因此，系統晶片10不需要使用功率放大器來發射電磁波，如此可減少整個系統晶片之功率消耗，延長電源的使用時間，經實驗證明，本發明的系統晶片可使用五年以上，為目前在無線生理訊號檢測產品中最久者。

核心模組100包括射頻前端電路103、基頻訊號處理器104、電源控制電路105和類比前端檢測電路106。射頻前端電路103負責接收電子標籤天線101所傳來載有控制指令之射頻輸入訊號，將射頻輸入訊號由交流形式轉換為直流形式，然後進行發射距離檢測以產生距離檢測訊號，並且進行數位解調變以產生控制指令暨電源啟動訊號，其中距離檢測訊號載有讀取機與系統晶片10之間的距離資訊，而控制指令暨電源啟動訊號則載有用於導引系統晶片10運作之控制指令和用於啟動系統晶片10之電源啟動資訊。電源控制電路105接收來自射頻前端電路103之控制指令暨電源啟動訊號以產生直流穩定電壓供系統晶片10內部的電子元件使用，直流穩定電壓可包括用於數位電子元件之數位直流穩壓和用於類比電子元件之類比直流穩壓。當類比前端檢測電路106得到來自電源控制電路105之直流穩定電壓即開始接收來自感測器107載有環境資訊之感測環境訊號，並處理感測環境訊號以產生數位環境訊號給基頻訊號處理器104。

基頻訊號處理器104得到來自電源控制電路105之直流穩定電壓後即開始接收來自射頻前端電路103之距離檢測訊號、判斷讀取機與系統晶片10之間的距離、以及產生並回授載有距離資訊之解調控制訊號給射頻前端電路103，俾使射頻前端電路103準確地解讀來自讀取機的資料。另外，基頻訊號處理器104亦接收來自射頻前端電路103之控制指令暨電源啟動訊號、以及依據載於控制指令暨電源啟動訊號上之控制指令和來自類比前端檢測電路106之數位環境訊號並進行編碼處理以產生阻抗控制訊號用於調整阻抗改變電路102之阻抗，藉由調整阻抗改變電路102之阻抗可改變電子標籤天線101對電磁波的反射特性，從而改變由電子標籤天線101反射回讀取機之反射電磁信號，讀取機得藉由反射回來的反射電磁信號之變化以順利解讀出環境資訊。再者，讀取機可傳送代表停止感測要求之控制指令給系統晶片10，基頻訊號處理器104亦可依據停止感測要求發出電源關閉訊號給電源控制電路105以關閉系統晶片10的運作，藉以達到省電之目的。或者，若讀取機未傳送提取感測要求之控制指令給系統晶片10，基頻訊號處理器104亦得據以發出電源關閉訊號給電源控制電路105以關閉系統晶片10的運作，同樣達到省電的目的。

電子標籤天線所接收的電磁波信號微弱，無法直接進行資訊判讀，因此，在解讀電磁波信號所載的資訊之前，射頻前端電路會先對接收進來的電磁波進行處理。請參閱圖2，係本發明一具體實施例之射頻前端電路架構圖，在圖2中，射頻前端電路103包括電荷幫浦201、振幅移位鍵控解調變電路202和距離數位轉換器203。電荷幫浦201將射頻輸入訊號由交流訊號之形式轉換成直流訊號並提供給振幅移位鍵控解調變電路202進行解調變，振幅移位鍵控解調變電路202依據此直流訊號和來自基頻訊號處理器104之解調控制訊號產生控制指令暨電源啟動訊號以供啟動電源控制電路105並提供控制指令給基頻訊號處理器104進行環境資訊之處理。距離數位轉換器203偵測電荷幫浦201之內部電壓以產生距離檢測訊號給基頻訊號處理器104供判別無線傳輸距離以及回饋解調控制訊號。振幅移位鍵控解調變電路202產生控制指令暨電源啟動訊號之方式可包括振幅移位鍵控(ASK)、相位移位鍵控(PSK)、或頻率移位鍵控(FSK)。

為節少能量消耗並延長使用壽命，核心模組100配置有提供電源管理機制之電路。請參閱圖3，係本發明具體實施例之電源控制電路架構圖，在圖3中，電源控制電路105主要包括啟動電路301、數位穩壓電路302和類比穩壓電路305。來自射頻前端電路103之控制指令暨電源啟動訊號可驅動啟動電路301，啟動電路301根據控制指令暨電源啟動訊號所載之控制指令產生電源禁致能訊號以決定是否要啟動數位穩壓電路302和類比穩壓電路305；來自基頻訊號處理器104之電源關閉訊號亦可令啟動電路301產生電源禁致能訊號以關閉系統晶片10之電源。電源控制電路105復可包含電池304，電池304可提供電源給數位穩壓電路302和類比穩壓電路305以產生直流穩定電壓，當啟動電路301未要求啟動數位穩壓電路302和類比穩壓電路305時，數位穩壓電路302和類比穩壓電路305呈關閉狀態以節省電能；當啟動電路301要求啟動數位穩壓電路302和類比穩壓電路305時，數位穩壓電路302和類比穩壓電路305可分別處理來自電池304之電源以分別產生數位直流穩壓和類比直流穩壓供系統晶片10內之數位元件和類比元件使用；然而電池304並非必要，熟悉本技術領域之人士已知有許多技術可產生系統晶片10運作所需的電源，例如無線供電聯盟(WPC)所制定之無線供電技術(Wireless Power)。啟動電路301復可接收來自基頻訊號處理器104之電源關閉訊號以關閉數位穩壓電路302和類比穩壓電路305，從而達到主動省電的功效。電源控制電路105復可包括數位重置電路303，數位重置電路303得到數位穩壓電路302所供應之直流穩定電壓後即產生重置訊號以重置基頻訊號處理器104內之數位記憶元件，例如暫存器或閂鎖器，但不侷限於此，俾使基頻訊號處理器順利運作；然而，若基頻訊號處理器104內的數位記憶元件採供電即重置的方式設計，則可不需要有重置訊號，亦即電源控制電路105的數位重置電路303非屬本發明的必要元件。

應說明的是，數位穩壓與類比穩壓可為相同的直流穩定電壓，因此，數位穩壓電路302和類比穩壓電路305可為同一個電路以縮小系統晶片10的面積。數位穩壓電路或類比穩壓電路之設計可為低壓差線性穩壓電路或切換式穩壓電路，但不侷限於此。

感測器107輸出的感測訊號可摻有雜訊並且微弱而必需先進過處理才能擷取出環境資訊。請參閱圖4，係本發明具體實施例之類比前端檢測電路架構圖，在圖4中，類比前端檢測電路106包括前級放大器401、類比濾波器402、後級放大器403和類比數位轉換器404。類比前端檢測電路106得到來自電源控制電路105之直流穩定電壓後即開始運作，由於來自感測器107之感測環境訊號可為微弱訊號，此感測環境訊號經由前級放大器401進行第一次訊號放大後，以產生放大感測訊號供後續電路進行環境資訊之處理。不同的環境資訊在頻譜上所佔的訊號頻帶各有不同，因此，藉由類比濾波器402對放大感測訊號進行濾波處理以濾除不需要的雜訊並擷取環境資訊所佔頻帶之濾波訊號。濾波訊號再經由後級放大器403進行第二次訊號放大以產生符合後續類比數位轉換器404所需的動態範圍，並由類比數位轉換器404轉換成數位環境訊號以供基頻訊號處理器104進行數位化處理。

類比濾波器402之設計可包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶拒濾波器或上述濾波器的組合，例如串接組合，但不侷限於此。前級放大器401或後級放大器403之設計可包括開迴路放大器或閉迴路放大器，但不侷限於此。類比濾波器402之設計可為連續時間式處理電路或離散時間式處理電路，但不侷限於此。類比數位轉換器404之設計可為單斜率轉換器、雙斜率轉換器、電荷重新分佈轉換器、連續漸進式轉換器或三角積分調變轉換器，但不侷限於此。

無線通訊會因通道雜訊之干擾而失真，通道編碼可有效提升訊號傳輸的準確率，通道編碼舉例如循環冗餘校驗(CRC)編碼及FM0編碼。請參閱圖5，係本發明具體實施例之基頻訊號處理器架構圖，在圖5中，基頻訊號處理器104具有數位處理器405和記憶電路406，分別用於處理和儲存數位信號。

數位處理器405包括脈衝產生器502、脈波間距編碼之解碼器501、指令解碼器505、五位元循環冗餘校驗檢查電路506、核心有限狀態機510、回傳頻率除頻器503、虛擬隨機亂數產生器507、多工器511、寫入記憶體之有限狀態機509、讀取記憶體之有限狀態機508以及FM0編碼器504。基頻訊號處理器405得到電源控制電路105供應之直流穩定電壓後即開始運作。本發明所述的系統晶片10可令包含有數位重置電路303之電源控制電路105在供應直流穩定電壓的同時提供重置訊號給基頻訊號處理器104並重置數位處理器405內之數位記憶元件；然而，若基頻訊號處理器405內的數位記憶元係採供電即重置的方式設計，則可不需要有重置訊號。

脈衝產生器502產生脈衝訊號以提供觸發數位記憶元件所需時脈之來源。脈波間距編碼之解碼器501接收脈衝訊號與來自射頻前端電路103控制指令暨電源啟動訊號以產生具有控制指令之解碼訊號。指令解碼器505輸入解碼訊號、解讀解碼訊號所載有之控制指令並且產生指令判別訊號，並將結果傳送給核心有限狀態機510。五位元循環冗餘校驗檢查電路506係供輸入解碼訊號，以執行五位元循環冗餘校驗演算法，進而檢查或偵錯解碼訊號是否符合通訊協定的要求，五位元循環冗餘校驗檢查電路506還可產生載有檢查或偵錯結果之校驗檢查訊號，並將校驗檢查訊號傳送給核心有限狀態機510。

本具體實施例雖然是以五位元循環冗餘校驗檢查電路506執行五位元循環冗餘校驗演算法，但若所應用的通訊協定有所更新或改變，亦可將五位元循環冗餘校驗檢查電路506改為其它通道編解碼電路以符合相應的通訊協定。

核心有限狀態機510係供輸入指令判別訊號、校驗檢查訊號和來自射頻前端電路103之距離檢測訊號以產生解調控制訊號、電源關閉訊號、除數訊號、記憶體選擇訊號、交握控制訊號和記憶體存取指示訊號；解調控制訊號係傳送至射頻前端電路103，俾使射頻前端電路103準確地解讀來自讀取機送來的控制指令；電源關閉訊號係在控制指令要求關閉無線感測系統10或無控制指令要求傳送感測到之環境資訊時予以傳送到電源控制電路105藉以關閉電源供應，從而達到省電的效果；除數訊號係送至回傳頻率除頻器503以供調整脈衝訊號之週期；記憶體選擇訊號係送至多工器511以供控制記憶電路406之寫入與讀取動作；交握控制訊號係傳送至並用於控制虛擬隨機亂數產生器507；記憶體存取指示訊號係傳送至讀取記憶體之有限狀態機508和寫入記憶體之有限狀態機509以分別控制讀取與寫入經由多工器511讀取自與寫入至記憶電路406之資料流。

回傳頻率除頻器503依據除數訊號以調整脈衝訊號之週期而輸出符合通訊協定所規範之回傳訊號所需的除頻脈波。虛擬隨機亂數產生器507依據交握控制訊號產生16位元之亂數資料作為系統晶片10與讀取機建立連線時所需的交換預設控制信號(handshaking signal)；多工器511接收記憶體選擇訊號以控制記憶電路406之資料存取方向，藉以自記憶電路406接收記憶讀取數據並且傳送記憶寫入數據至記憶電路406。

記憶電路406具有兩可供資料存取之資料存取埠，資料輸入與資料輸出可同時運作，在本具體實施例中，記憶電路406係由第一記憶體512（記憶體1）與第二記憶體513（記憶體2）所組成，第一記憶體512與第二記憶體513各具有一資料存取埠，多工器511依據記憶體選擇訊號透過資料存取埠令第一記憶體512與第二記憶體513輪流執行資料輸入與資料輸出的動作，例如，若核心有限狀態機令多工器511要求第一記憶體512進行資料輸入而第二記憶體513進行資料輸出，一旦第一記憶體512已寫滿資料，核心有限狀態機即改令多工器511要求第一記憶體512進行資料輸出而第二記憶體513進行資料輸入，之後，一旦第二記憶體513已寫滿資料，核心有限狀態機再改令多工器511要求第一記憶體512進行資料輸入而第二記憶體513進行資料輸出，如此循環調整多工器511對第一記憶體512與第二記憶體513之資料存取運作。

寫入記憶體之有限狀態機509依據來自核心有限狀態機510之記憶體存取指示訊號自類比前端檢測電路輸入數位環境訊號並與寫入記憶體之有限狀態機509內部依序產生之記憶位址數據一起送至多工器511用以將數位環境訊號寫入對應之記憶位址；讀取記憶體之有限狀態機508以除頻脈波所提供的頻率（或週期）依據來自核心有限狀態機510之記憶體存取指示訊號自多工器511接收儲存在記憶電路406內的數位環境訊號、配合虛擬隨機亂數產生器507所提供之交換預設控制信號將數位環境訊號轉換成串列讀取數據、以及將串列讀取數據輸出至FM0編碼器504；FM0編碼器504以除頻脈波所提供的頻率對串列讀取數據進行通訊協定所要求之FM0編碼以產生阻抗控制訊號，並且將阻抗控制訊號送至阻抗改變電路102以改變阻抗改變電路102之內部阻抗藉以透過電子標籤天線101將環境資訊回傳給讀取機。

記憶電路406可包括一能夠同時讀取並寫入之雙埠記憶體而不需用到兩個分別進行讀取與寫入之記憶體。記憶電路406裡的記憶體可為靜態隨機存取記憶體、動態隨機存取記憶體、電子燒錄式記憶體或任何揮發性、非揮發性或其它記憶體，如快閃記憶體(Flash)、磁阻隨機存取記憶體(MRAM)、鐵電隨機存取記憶體(FRAM)或相變隨機存取記憶體(PRAM)等，但不侷限於此。

如圖5所示，讀取記憶體之有限狀態機508傳送給FM0編碼器504之訊號雖然為串列形式，但系統晶片10內之各功能區塊相互間的訊號亦得以並列方式傳輸，亦即，本發明之訊號傳輸不應被限制為串列或並列中的任一種傳輸形式。

本發明可應用在人體之心跳檢測，請參閱圖6，係根據本發明之具體實施例應用在心跳生理檢測之無線感測系統之示意圖，如圖6所示，無線感測系統可由上述之系統晶片10與讀取機61所構成，可將系統晶片10做成射頻辨識電子標籤的形式黏貼在患者的心臟跳動部位，看護人員操作讀取機61發出載有控制指令之電磁波要求系統晶片10讀取並傳送載有心跳內容之生理資訊，系統晶片10收到控制指令後，感測並處理生理資訊以及依據生理資訊反射讀取機61所傳送的電磁波，此時，反射回讀取機61之電磁波上載有生理資訊，讀取機61接收到反射回來的電磁波後，根據此載有生理資訊的電磁波判讀系統晶片10回傳的生理資訊並進行顯示，而完成無線感測系統之運作，讀取機61可為手錶、智慧型手機、個人行動助理、電腦、機上盒等，但不侷限於此。

本文已詳盡說明本發明所設計之系統晶片可具有精巧、省電及偵錯等優點，系統晶片的核心模組係應用射頻辨識(RFID)第一級第二世代通訊協定予以設計，但應說明的是，任何熟習此項技術之人士還可利用其它通訊協定與電路架構實現本發明，舉例而言，還可利用近場通訊(NFC, Near Field Communication)或遠場通訊(FFC, Far Field Communication)等通訊技術實現本發明。是以，對本發明的通訊協定與電路架構進行簡易的修改均應包含在本發明的保護範疇內。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。

10．．．系統晶片

100．．．核心模組

101．．．電子標籤天線

102．．．阻抗改變電路

103．．．射頻前端電路

104．．．基頻訊號處理器

105．．．電源控制電路

106．．．類比前端檢測電路

107．．．感測器

201．．．電荷幫浦

202．．．振幅移位鍵控解調變電路

203．．．距離數位轉換器

301．．．啟動電路

302．．．數位穩壓電路

303．．．數位重置電路

304．．．電池

305．．．類比穩壓電路

401．．．前級放大器

402．．．類比濾波器

403．．．後級放大器

404．．．類比數位轉換器

405．．．數位處理器

406．．．記憶電路

501．．．脈波間距編碼之解碼器

502．．．脈衝產生器

503．．．回傳頻率除頻器

504．．．FM0編碼器

505．．．指令解碼器

506．．．五位元循環冗餘校驗檢查電路

507．．．虛擬隨機亂數產生器

508．．．讀取記憶體之有限狀態機

509．．．寫入記憶體之有限狀態機

510．．．核心有限狀態機

511．．．多工器

512．．．第一記憶體(記憶體1)

513．．．第二記憶體(記憶體2)

61．．．讀取機

〔圖1〕係本發明之系統晶片架構示意圖； 〔圖2〕係本發明具體實施例之射頻前端電路架構圖； 〔圖3〕係本發明具體實施例之電源控制電路架構圖； 〔圖4〕係本發明具體實施例之類比前端檢測電路架構圖； 〔圖5〕係本發明具體實施例之基頻訊號處理器架構圖；以及 〔圖6〕係本發明之具體實施例應用在心跳生理檢測之無線感測系統之示意圖。

10．．．系統晶片

100．．．核心模組

101．．．電子標籤天線

102．．．阻抗改變電路

103．．．射頻前端電路

104．．．基頻訊號處理器

105．．．電源控制電路

106．．．類比前端檢測電路

107．．．感測器

Claims (10)

1. 一種用於無線感測系統之核心模組，係用於接收、處理並輸出感測到的環境資訊，其包括：一射頻前端電路，係接收並處理射頻輸入訊號以產生距離檢測訊號和控制指令暨電源啟動訊號；一電源控制電路，係接收該控制指令暨電源啟動訊號之控制以供應直流穩定電壓；一類比前端檢測電路，係接受該直流穩定電壓而啟動接收載有該環境資訊之感測環境訊號的功能並且輸出數位環境訊號；以及一基頻訊號處理器，係接受該直流穩定電壓而接收該距離檢測訊號與該控制指令暨電源啟動訊號以輸出解調控制訊號給該射頻前端電路並輸出電源關閉訊號給電源控制電路，以及接收並處理該數位環境訊號以輸出載有該環境資訊之阻抗控制訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之核心模組，其中該射頻前端電路包括：一電荷幫浦，係將該射頻輸入訊號轉換成直流訊號；一振幅移位鍵控解調變電路，係接收並處理該直流訊號與該解調控制訊號以輸出該控制指令暨電源啟動訊號；以及一距離數位轉換器，係偵測該電荷幫浦之內部電壓以產生該距離檢測訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之核心模組，其中該振幅移位鍵控解調變電路產生該控制指令暨電源啟動訊號之方式包括振幅移位鍵控(ASK)、相位移位鍵控(PSK)、或頻率移位鍵控(FSK)。
4. 如申請專利範圍第3項所述之核心模組，其中該直流穩定電壓係分為用於數位電子元件之數位直流穩壓以及用於類比電子元件之類比直流穩壓；該電源控制電路包括：一啟動電路，接收該控制指令暨電源啟動訊號與該電源關閉訊號以產生電源禁致能訊號；一數位穩壓電路，接收該電源禁致能訊號以產生或停止該數位直流穩壓；以及一類比穩壓電路，係接收該電源禁致能訊號以產生或停止該類比直流穩壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之核心模組，復包括一電池或一數位重置電路，該電池係用以提供電源給該數位穩壓電路和該類比穩壓電路以產生該直流穩定電壓；該數位重置電路係用以產生重置訊號以重置該基頻訊號處理器內之數位記憶元件；其中該數位穩壓電路或該類比穩壓電路為低壓差線性穩壓電路或切換式穩壓電路。
6. 如申請專利範圍第1項所述之核心模組，其中該類比前端檢測電路包括：一前級放大器，係接收並放大該感測環境訊號而產生放大感測訊號； 一類比濾波器，係接收並濾波處理該放大感測訊號以產生濾波訊號；一後級放大器，係接收並放大該濾波訊號以產生放大濾波訊號；以及一類比數位轉換器，係將該放大濾波訊號轉換成數位環境訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之核心模組，其中該類比濾波器包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶拒濾波器或上述濾波器的組合；該前級放大器或該後級放大器係分別屬於開迴路放大器或閉迴路放大器；該類比濾波器屬於連續時間式處理電路或離散時間式處理電路；該類比數位轉換器屬於單斜率轉換器、雙斜率轉換器、電荷重新分佈轉換器、連續漸進式轉換器或三角積分調變轉換器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之核心模組，其中該基頻訊號處理器包括：一脈衝產生器，係產生脈衝訊號；一脈波間距編碼之解碼器，係輸入該控制指令暨電源啟動訊號與該脈衝訊號以產生解碼訊號；一指令解碼器，輸入該解碼訊號以產生指令判別訊號；一五位元循環冗餘校驗檢查電路，輸入並偵錯該解碼訊號以產生校驗檢查訊號；一核心有限狀態機，係輸入該距離檢測訊號、該指令判別訊號和該校驗檢查訊號以產生該解調控制訊號、該電源關閉訊號、除數訊號、記憶體選擇訊號、交握控制訊號和記憶體存取指示訊號； 一回傳頻率除頻器，係接收該除數訊號與該脈衝訊號以輸出除頻脈波；一虛擬隨機亂數產生器，係接收該交握控制訊號以產生交換預設控制信號；一多工器，係接收該記憶體選擇訊號以傳送記憶讀取數據與記憶寫入數據；一記憶電路，係用於接收並儲存該記憶寫入數據和輸出該記憶讀取數據；一寫入記憶體之有限狀態機，係接收該數位環境訊號和該記憶體存取指示訊號以輸出該記憶寫入數據；一讀取記憶體之有限狀態機，係接收該除頻脈波、該交換預設控制信號、該記憶體存取指示訊號和該記憶讀取數據並輸出串列讀取數據；以及一FM0編碼器，係輸入並對該串列讀取數據執行FM0編碼以依據該除頻脈波輸出該阻抗控制訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之核心模組，其中該記憶電路包括第一記憶體和第二記憶體，係用於交替寫入該記憶寫入數據與讀取該記憶讀取數據；該記憶電路係由靜態隨機存取記憶體、動態隨機存取記憶體或電子燒錄式記憶體所組成。
10. 如申請專利範圍第1項所述之核心模組，其中該基頻訊號處理器具有射頻辨識電子標籤第一級第二世代通訊協定之架構。