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专利名称：一种无源rfid温度传感器标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种无源RFID温度传感器标签。
背景技术：
无线通信技术、嵌入式技术和传感技术的飞速发展，促进着物联网技术的逐步成熟。传感器是物联网最基本、最底层的设备，起着识别物体、采集信息的重要作用。RFID是一种无线通信技术，通过RFID标签芯片可以建立传感器和无线网关之间的通信。温度传感器是最基本、需求量最大的传感器类型之一，被广泛的应用于工农业生 产、科学研究和生活领域。RFID标签芯片能够识别目标对象的信息，但是它不能获取其所处的环境信息，而温度传感器可以探测目标对象所处的温度，将RFID标签芯片和温度传感器结合能够全面扩展RFID系统功能，使得RFID技术在医疗、产品的生产制造、冷链物流链管理等领域有着广泛的应用前景。因此，集成有温度传感器的RFID标签芯片(即RFID温度传感器标签)成为了诸多机构的研究对象，也是下一代RFID技术发展的主要趋势和挑战之
O而现有的RFID温度传感器标签多采用有源供电方式(即内置电源)对其内部的标签主体和温度传感器进行供电，这就不但增加RFID温度传感器标签的生产成本，而且使RFID温度传感器标签的使用寿命和使用环境都有很大制约。同时，现有的RFID温度传感器标签没有可与读写器进行安全认证功能，导致所检测的环境温度数据极容易被窃取和修改。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无源RFID温度传感器标签，其不但可以降低RFID温度传感器标签的生产成本，而且可以降低RFID温度传感器标签的使用寿命和使用环境的受制约程度。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下
一种无源RFID温度传感器标签，其包括射频模拟前端、数字部分、存储器、温度传感器和用于连接外接天线的天线端；所述射频模拟前端分别与天线端、数字部分、存储器和温度传感器相连；所述数字部分还分别与存储器和温度传感器相连；其中，
外接天线，用于无线连接读写器；
射频模拟前端，用于将外接天线感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分、存储器和温度传感器，用于向数字部分和温度传感器提供时钟信号，用于向数字部分传输解调后的数据信号，用于对数字部分发送过来的数据信号进行调制；
数字部分，用于对来自射频模拟前端解调后的数据信号进行解码，用于对要发送给射频模拟前端的数据信号进行编码，用于控制存储器和温度传感器的工作；
存储器，用于存储数字部分发送过来的数据信号，同时将其内部存储的数据信号发送到数字部分中进行处理；
温度传感器，用于在数字部分的控制下检测环境温度，并将环境温度数据信号反馈到数字部分。本发明的无源RFID温度传感器标签采用天线端配合射频模拟前端将外接天线感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分、存储器和温度传感器，无需在无源RFID温度传感器标签内置电源，可有效地降低RFID温度传感器标签的生产成本，而且只要将无源RFID温度传感器标签置身在电磁场的环境中，即可以利用外接天线感应电磁场中的射频能量，再转化成可供无源RFID温度传感器标签利用的电能，使用十分方便，而且无需像传统的RFID温度传感器标签那样由于使用了内置电源，从而使其使用寿命受制于内置电源的寿命。
优选地，所述天线端包括两个分别对应连接外接天线两端的天线接口 ；所述射频模拟前端包括解调器、调制器、整流器、电源管理电路和时钟产生电路，其中解调器的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接数字部分的数据输入端；调制器的输出端正负两极分别对应连接两个天线接口，输入端连接所述数字部分的数据输出端；整流器的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接电源管理电路的输入端；电源管理电路的输出端连接数字部分、存储器和温度传感器三者的电源端；时钟产生电路的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接数字部分和温度传感器两者的时钟端。优选地,所述外接天线包括天线电感和谐振电容；所述天线电感并接所述谐振电容后其两端分别对应连接所述两个天线接口。为了对本发明整个无源RFID温度传感器标签起静电保护作用，优选地，所述射频模拟前端还包括对整个所述标签起静电保护作用的ESD保护电路；所述ESD保护电路的输入端正负两极分别对应连接所述两个天线接口。为了将射频能量转换成的电能分配到数字部分、存储器和温度传感器中，优选地，所述电源管理电路包括数字电源、模拟电源以及用于提供一个与模拟电源电压和环境温度无关的基准电压的基准电压产生电路；数字电源输入端和模拟电源输入端均连接整流器的输出端；数字电源输出端连接数字部分的电源端；模拟电源输出端连接存储器和温度传感器两者的电源端；所述模拟电源输出端还连接基准电压产生电路的输入端；所述基准电压产生电路的输出端分别与数字电源、温度传感器、存储器三者的基准电压端相连。优选地，所述数字部分包括解码器、控制器和编码器；其中所述解码器的输入端连接解调器的输出端，解码器的输出端连接控制器上与其对应的I/o端；编码器的输入端连接控制器上与其对应的I/o端，输出端连接调制器的输入端；存储器的数据端连接控制器上与其对应的I/o端；温度传感器的数据端连接控制器上与其对应的I/O端。为了确保在读写器与无源RFID温度传感器标签之间传输的数据准确性，优选地，所述数字部分还包括CRC校验电路和CRC产生电路；所述CRC校验电路的输入端连接解调器的输出端，CRC校验电路的输出端连接控制器上与其对应的I/O端；所述CRC产生电路的输入端连接控制器上与其对应的I/O端，CRC产生电路的输出端连接调制器的输入端。
为了防止所检测到的环境温度数据被窃取和修改，优选地，所述数字部分还包括用于实现所述标签与读写器之间交互认证的安全认证电路；所述安全认证电路连接控制器上与其对应的I/o端。为了减少生产成本，提高温度传感器的检测精度，并且无需额外的提高电源电压抑制能力和温度补偿的措施就可降低温度传感器的功耗和减少标签的面积，优选地，所述温度传感器为CMOS温度传感器，所述CMOS温度传感器包括PTAT电压产生电路和模数转换器；所述PTAT电压产生电路与模数转换器的数据输入端相连；模数转换器的数据输出端连接控制器上与其对应的I/O端；时钟产生电路的输出端连接模数转换器的时钟端；基准电压产生电路连接模数转换器的基准电压端。优选地，所述模数转换器包括斜坡发生器、比较器和计数器；斜坡发生器的数据输出端和PTAT电压产生电路连接在比较器的输入端上，比较器的输出端连接计数器的数据输入端；计数器的数据输出端连接控制器上与其对应的I/O端；基准电压产生电路连接斜坡发生器的基准电压端；并且计数器的时钟端连接时钟产生电路的输出端。 与现有技术相比，本发明产生了如下有益效果
I、本发明的无源RFID温度传感器标签采用天线端配合射频模拟前端将外接天线感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分、存储器和温度传感器，无需在无源RFID温度传感器标签内置电源，可有效地降低RFID温度传感器标签的生产成本，而且只要将无源RFID温度传感器标签置身在电磁场的环境中，即可以利用外接天线感应电磁场中的射频能量，再转化成可供无源RFID温度传感器标签利用的电能，使用十分方便，而且无需像传统的RFID温度传感器标签那样由于使用了内置电源，从而使其使用寿命受制于内置电源的寿命。 2、本发明的无源RFID温度传感器标签其射频模拟前端还设有ESD保护电路，可对整个无源RFID温度传感器标签起到静电保护作用，防止了无源RFID温度传感器标签被静电烧坏。3、本发明的无源RFID温度传感器标签其数字部分还包括CRC校验电路和CRC产生电路，确保了读写器与无源RFID温度传感器标签之间传输的数据准确性。4、本发明的无源RFID温度传感器标签其数字部分还包括用于实现所述标签与读写器之间交互认证的安全认证电路，防止温度传感器所检测到的环境温度数据被窃取和修改，确保了信息传输的安全性。5、本发明的无源RFID温度传感器标签其温度传感器采用了 COMS工艺，极大降低了生产成本；利用带隙电压差检测温度，获得了线性度更好的电压-温度曲线和更好的电源一致特性，提高了温度传感器的精度。并且，通过复用无源RFID温度传感器标签中原有的基准电压，不需要采用额外的提高电源电压抑制能力和温度补偿的措施，有效地降低了温度传感器的功耗和无源RFID温度传感器标签的面积。


图I是本发明的无源RFID温度传感器标签的原理框 图2是本发明的无源RFID温度传感器标签较优选实施例的具体结构框图；图3是图2在使用时的具体结构框图。
具体实施例方式下面结合附图和较优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下较优选实施例仅仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。如图I至图3所示，本发明的无源RFID温度传感器标签，其包括射频模拟前端I、数字部分2、存储器3、温度传感器4和和用于连接外接天线5的天线端；所述射频模拟前端I分别与天线端、数字部分2、存储器3和温度传感器4相连；所述数字部分2还分别与存储器3和温度传感器4相连；
其中，
外接天线5，用于无线连接读写器(图未示)； 射频模拟前端2，用于将外接天线5感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分2、存储器3和温度传感器4，用于向数字部分2和温度传感器4提供时钟信号，用于向数字部分2传输解调后的数据信号，用于对数字部分2发送过来的数据信号进行调制；
数字部分2，用于对来自射频模拟前端I解调后的数据信号进行解码，用于对要发送给射频模拟前端I的数据信号进行编码，用于控制存储器3和温度传感器4的工作；
存储器3，用于存储数字部分2发送过来的数据信号，同时将其内部存储的数据信号发送到数字部分2中进行处理；
温度传感器4，用于在数字部分2的控制下检测环境温度，并将环境温度数据信号反馈到数字部分2。本发明的无源RFID温度传感器标签采用天线端配合射频模拟前端I将外接天线5感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分2、存储器3和温度传感器4，无需在无源RFID温度传感器标签内置电源，可有效地降低RFID温度传感器标签的生产成本，而且只要将无源RFID温度传感器标签置身在电磁场的环境中，即可以利用外接天线5感应电磁场中的射频能量，再转化成可供无源RFID温度传感器标签利用的电能，使用十分方便，而且无需像传统的RFID温度传感器标签那样由于使用了内置电源，从而使其使用寿命受制于内置电源的寿命。其中，需要说明的是，所述的射频能量为射频信号，所述射频信号包括数据信号和时钟信号。具体地，所述天线端包括两个分别对应连接外接天线5两端的天线接口 6 ;所述射频模拟前端I包括解调器12、调制器13、整流器14、电源管理电路15和时钟产生电路16，其中解调器12的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口 6，输出端连接数字部分2的数据输入端；调制器13的输出端正负两极分别对应连接两个天线接口 6，输入端连接所述数字部分2的数据输出端；整流器14的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口 6，输出端连接电源管理电路15的输入端；电源管理电路15的输出端连接数字部分2、存储器3和温度传感器4三者的电源端；时钟产生电路16的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口 6，输出端连接数字部分2和温度传感器4两者的时钟端。具体地,所述外接天线5包括天线电感01和谐振电容02 ;所述天线电感01并接所述谐振电容02后其两端分别对应连接所述两个天线接口 6。为了对本发明整个无源RFID温度传感器标签起静电保护作用，具体地，所述射频模拟前端I还包括对整个所述标签起静电保护作用的ESD保护电路11 ;所述ESD保护电路11的输入端正负两极分别对应连接所述两个天线接口 6。为了将射频能量转换成的电能分配到数字部分2、存储器3和温度传感器4中，具体地，所述电源管理电路15包括数字电源153、模拟电源151以及用于提供一个与模拟电源电压V。。和环境温度无关的基准电压Vref的基准电压产生电路152 ;数字电源153的输入端和模拟电源151的输入端均连接整流器14的输出端；数字电源153的输出端连接数字部分2的电源端；模拟电源151的输出端连接存储器3和温度传感器4两者的电源端；所述模拟电源151的输出端还连接基准电压产生电路152的输入端；所述基准电压产生电路152的输出端分别与数字电源153、温度传感器4、存储器3三者的基准电压端相连。具体地，所述数字部分2包括解码器21、控制器23和编码器24 ;其中所述解码器21的输入端连接解调器12的输出端，解码器21的输出端连接控制器23上与其对应的I/O 端；编码器24的输入端连接控制器24上与其对应的I/O端，输出端连接调制器13的输入端；存储器3的数据端连接控制器23上与其对应的I/O端；温度传感器4的数据端连接控制器23上与其对应的I/O端。为了确保在读写器与无源RFID温度传感器标签之间传输的数据准确性，具体地，所述数字部分2还包括CRC校验电路22和CRC产生电路25 ;所述CRC校验电路22的输入端连接解调器12的输出端，CRC校验电路22的输出端连接控制器23上与其对应的I/O端；所述CRC产生电路25的输入端连接控制器23上与其对应的I/O端，CRC产生电路25的输出端连接调制器13的输入端。为了防止所检测到的环境温度数据被窃取和修改，具体地，所述数字部分2还包括用于实现所述标签与读写器之间交互认证的安全认证电路26 ;所述安全认证电路26连接控制器23上与其对应的I/O端。为了减少生产成本，提高温度传感器4的检测精度，并且无需额外的提高电源电压抑制能力和温度补偿的措施就可降低温度传感器4的功耗和减少标签的面积，具体地，所述温度传感器4为CMOS温度传感器，所述CMOS温度传感器包括PTAT电压产生电路41和模数转换器42 ;所述PTAT电压产生电路41与模数转换器42的数据输入端相连；模数转换器42的数据输出端连接控制器23上与其对应的I/O端；时钟产生电路16的输出端连接模数转换器42的时钟端；基准电压产生电路152连接模数转换器42的基准电压端。具体地，所述模数转换器42包括斜坡发生器421、比较器422和计数器423 ;斜坡发生器421的数据输出端和PTAT电压产生电路41连接在比较器422的输入端上，比较器422的输出端连接计数器423的数据输入端；计数器423的数据输出端连接控制器23上与其对应的I/O端；基准电压产生电路152连接斜坡发生器421的基准电压端；并且计数器423的时钟端连接时钟产生电路16的输出端。本发明的无源RFID温度传感器标签的工作原理具体如下
使用时，先将外接天线5接到无源RFID温度传感器标签的两个天线接口 6上，然后无源RFID温度传感器标签通过天线电感01感应到来自读写器的射频信号，通过谐振电容02产生谐振，得到一个信号强度加强的射频信号并输入到标签的两个天线接口 6上。解调器12对该射频信号中的数据信号进行解调，并输出到数字部分2上；整流器14将外接天线5上感应到的射频信号转换为直流电压供给电源管理电路15 ;电源管理电路15产生模拟电源电压数字电源电压VDD、基准电压VMf以及reset信号(即复位信号)，然后将模拟电源电压Vcc供给存储器3、温度传感器4和基准电压产生电路152三者的电源端，将数字电源电压VDD供给数字部分2的电源端，将基准电压Vref供给数字电源153、斜坡发生器421、存储器3三者的基准电压端，将复位信号传送给数字部分2的复位信号接收端；同时时钟产生电路16从外接天线5得到的射频信号中提取电路工作所需的时钟信号，并将该时钟信号分配到计数器423和数字部分2两者的时钟端。数字部分2收到复位信号后，将内部各寄存器复位，使数字部分2做好接收数据信号的准备。解码器21接收到来自射频模拟前端I的解调后的数据信号后，就开始对该数据信号进行解码；同时CRC校验电路22对来自射频模拟前端I的解调后的数据信号进行CRC校验，若满足CRC校验的规则，则接收这一帧数据信号，若不满足CRC校验的规则，则丢弃这一帧数据信号。待CRC校验结束后，数字部分2根据当前的标签状态和接收缓存中的数据信号内容进行对应的处理。例如，若收到读取存储器3的指令，就会在控制器23中产生相 关时序控制信号，进而读取存储器3中的对应地址的内容；若收到温度检测指令，则会控制温度传感器4检测环境温度，并将检测的结果(即环境温度数据信号)反馈给数字部分2，数字部分2再将该环境温度数据信号发送给存储器3。当数字部分2处理完本条指令后，会将需要返回的指令应答信息写入返回缓存中，并置位和清零内部的部分控制信号。之后数字部分2会根据协议要求，通过编码器24将读写器所需的数据信号进行编码并发送到射频模拟前端1，同时CRC产生电路25对该数据信号进行生成CRC的操作，并发送给射频模拟前端I。射频模拟前端I接收到来自数字部分2的数据信号，通过调制器13进行调制，然后将调制后的数据信号输出到两个天线接口 6上，再通过外接天线5传回读写器。读写器对该数据信号进行相应的处理，这样就完成了一次读写器和无源RFID温度传感器标签的通信。需要说明的是，所述读取存储器3的指令、温度检测指令、环境温度数据信号分别为数据信号的一种类型。下面对温度传感器4的工作原理作出详细的描述
当温度传感器4接收到来自数字部分2的使能信号后，PTAT电压产生电路41产生一个与绝对温度成正比的电压信号。同时模数转换器42中的斜坡发生器421产生一个与时间成正比的斜坡电压信号，比较器422将斜坡电压信号与PTAT电压产生电路41所产生的电压进行比较，从而将PTAT电压产生电路41所产生的电压信号转换成一个与之成正比的时间信号；然后计数器423对来自射频模拟前端I的时钟信号进行计数，计数时间由比较器422输出的脉冲进行控制，计数器423产生的数字信号所代表的数值与温度成正比关系。因此，当计算器423将产生的数字信号输出到数字部分2进行后续处理时，即可得到环境温度信息。需要说明的是，“计数器423产生的数字信号”即环境温度数据信号。本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种无源RFID温度传感器标签，其特征在于其包括射频模拟前端、数字部分、存储器、温度传感器和用于连接外接天线的天线端；所述射频模拟前端分别与天线端、数字部分、存储器和温度传感器相连；所述数字部分还分别与存储器和温度传感器相连；其中， 外接天线，用于无线连接读写器； 射频模拟前端，用于将外接天线感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分、存储器和温度传感器，用于向数字部分和温度传感器提供时钟信号，用于向数字部分传输解调后的数据信号，用于对数字部分发送过来的数据信号进行调制； 数字部分，用于对来自射频模拟前端解调后的数据信号进行解码，用于对要发送给射频模拟前端的数据信号进行编码，用于控制存储器和温度传感器的工作； 存储器，用于存储数字部分发送过来的数据信号，同时将其内部存储的数据信号发送到数字部分中进行处理； 温度传感器，用于在数字部分的控制下检测环境温度，并将环境温度数据信号反馈到数字部分。
2.如权利要求I所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述天线端包括两个分别对应连接外接天线两端的天线接口 ；所述射频模拟前端包括解调器、调制器、整流器、电源管理电路和时钟产生电路，其中解调器的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接数字部分的数据输入端；调制器的输出端正负两极分别对应连接两个天线接口，输入端连接所述数字部分的数据输出端；整流器的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接电源管理电路的输入端；电源管理电路的输出端连接数字部分、存储器和温度传感器三者的电源端；时钟产生电路的输入端正负两极分别对应连接两个天线接口，输出端连接数字部分和温度传感器两者的时钟端。
3.如权利要求2所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述外接天线包括天线电感和谐振电容；所述天线电感并接所述谐振电容后其两端分别对应连接所述两个天线接口。
4.如权利要求2所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述射频模拟前端还包括对整个所述标签起静电保护作用的ESD保护电路；所述ESD保护电路的输入端正负两极分别对应连接所述两个天线接口。
5.如权利要求2所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述电源管理电路包括数字电源、模拟电源以及用于提供一个与模拟电源电压和环境温度无关的基准电压的基准电压产生电路；数字电源输入端和模拟电源输入端均连接整流器的输出端；数字电源输出端连接数字部分的电源端；模拟电源输出端连接存储器和温度传感器两者的电源端；所述模拟电源输出端还连接基准电压产生电路的输入端；所述基准电压产生电路的输出端分别与数字电源、温度传感器、存储器三者的基准电压端相连。
6.如权利要求5所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述数字部分包括解码器、控制器和编码器；其中所述解码器的输入端连接解调器的输出端，解码器的输出端连接控制器上与其对应的I/o端；编码器的输入端连接控制器上与其对应的I/O端，输出端连接调制器的输入端；存储器的数据端连接控制器上与其对应的I/o端；温度传感器的数据端连接控制器上与其对应的I/o端。
7.如权利要求6所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述数字部分还包括CRC校验电路和CRC产生电路；所述CRC校验电路的输入端连接解调器的输出端，CRC校验电路的输出端连接控制器上与其对应的I/o端；所述CRC产生电路的输入端连接控制器上与其对应的I/O端，CRC产生电路的输出端连接调制器的输入端。
8.如权利要求6所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述数字部分还包括用于实现所述标签与读写器之间交互认证的安全认证电路；所述安全认证电路连接控制器上与其对应的I/O端。
9.如权利要求6-8任何一项所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述温度传感器为CMOS温度传感器，所述CMOS温度传感器包括PTAT电压产生电路和模数转换器；所述PTAT电压产生电路与模数转换器的数据输入端相连；模数转换器的数据输出端连接控制器上与其对应的I/O端；时钟产生电路的输出端连接模数转换器的时钟端；基准电压产生电路连接模数转换器的基准电压端。
10.如权利要求9所述的所述的无源RFID温度传感器标签，其特征在于所述模数转换器包括斜坡发生器、比较器和计数器；斜坡发生器的数据输出端和PTAT电压产生电路连 接在比较器的输入端上，比较器的输出端连接计数器的数据输入端；计数器的数据输出端连接控制器上与其对应的I/O端；基准电压产生电路连接斜坡发生器的基准电压端；并且计数器的时钟端连接时钟产生电路的输出端。
全文摘要
本发明公开了一种无源RFID温度传感器标签，其包括射频模拟前端、数字部分、存储器、温度传感器和用于连接外接天线的天线端；射频模拟前端分别与天线端、数字部分、存储器、温度传感器相连；数字部分还分别与存储器和温度传感器相连。该标签采用天线端配合射频模拟前端将外接天线感应到的射频能量转换成电能后将该电能供应给数字部分、存储器和温度传感器，无需内置电源，可有效地降低标签的生产成本，而且只要将该标签置身在电磁场的环境中，即可利用外接天线感应电磁场中的射频能量，再转化成可供标签利用的电能，使用方便，而且其使用寿命也无需受制约于内置电源的寿命。
文档编号G01K7/01GK102831457SQ20121030676
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者宋国琴, 刘冬生 申请人:广州中盈物流科讯有限公司