无线传感器读取器制造技术

提供了无线传感器读取器以与无线传感器相连接。无线传感器读取器发送窄带的固定频率的激励脉冲以使无线传感器产生振铃信号。该振铃信号与感测到的物理参数的值相对应。无线传感器读取器接收和放大该振铃信号并将该信号发送至锁相环。该锁相环中的电压控制振荡器锁定至振铃信号频率并且生成频率与该振铃信号频率相关的计数信号。使电压控制振荡器置于保持模式，其中，在该保持模式下，使控制电压维持恒定以允许确定计数信号频率。生成激励脉冲所需的低功率的简单电路允许读取器作为小型的电池供电单元。还公开了频率确定的可选方法。

Wireless sensor reader

A wireless sensor reader is provided to connect with the wireless sensor. The wireless sensor reader transmits a narrow band of fixed frequency excitation pulses to enable the wireless sensor to generate a ringing signal. The ringing signal corresponds to the sensed physical parameter. The wireless sensor reader receives and amplifies the ringing signal and transmits the signal to the phase-locked loop. The voltage controlled oscillator in the phase-locked loop locks to the ringing signal frequency and generates a count signal associated with the frequency of the ringing signal. The voltage controlled oscillator is placed in the hold mode, wherein the control voltage is kept constant in the hold mode to allow for determining the count signal frequency. A simple circuit with low power required to generate an excitation pulse allows the reader to act as a small battery powered unit. Optional methods for frequency determination are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
(本申请是申请日为2010年3月19日、申请号为201080020249.9(PCT/US2010/027951)、专利技术名称为“无线传感器读取器”的申请的分案申请。)相关申请的交叉引用本非临时申请是2009年4月7日提交的美国专利申请12/419,326的部分延续申请，该美国专利申请12/419,326是2008年3月14日提交的美国专利申请12/075,858的部分延续申请，该美国专利申请12/075,858要求2007年3月15日提交的美国临时申请60/918,164的优先权，其中，在此通过引用包含各个申请的全部内容。
本专利技术通常涉及对无源无线传感器进行读取，尤其涉及用于激励和感测来自无源无线读取器的数据的读取器电路和方法。
技术介绍
已知有采用谐振电路技术的无源无线传感器系统。这些系统利用无源无线传感器与激励和读取器电路进行远程通信。经常将该无线传感器植入诸如人体内等的特定位置处，以检测和报告感测参数。该感测参数使无线传感器的谐振电路频率改变。读取器装置对无线传感器的谐振频率进行采样以确定该感测参数。早期，研究员Haynes(H.E.Haynes和A.L.Witchey,“Medicalelectronics,thepillthat‘talks’”,RCAEngineer,vol5,pp.52-54.1960)公开了包含无线压力传感器的可吞服药片，其中，大型读取器装置围绕被检者的身体并且利用鉴别器电路测量频率。Nagumo(J.Nagumo,A.Uchiyama,S.Kimoto,T.Watanuki,M.Hori,K.Suma,A.Ouchi,M.Kumano和H.Watanabe,“Echocapsuleformedicaluse(abatterylessradioendosonde)”,IRETransactionsonBio-MedicalElectronics,vol.BME-9,pp.195-199,1962)公开了类似的系统，其中，传感器包括用以在谐振期间对该传感器供电的能量存储电容器。Bullara的美国专利4,127,110公开了用于测量脑液压的传感器。Cosman的美国专利4,206,762公开了用于测量颅内压的类似传感器。具体地，Cosman的专利描述了将栅陷式系统用于无线测量传感器的谐振频率。现有专利也已描述了对无源无线传感器进行读取的几种方法。例如，Cosman的专利公开了使用植入式传感器进行调谐的外部振荡器电路以及用于进行传感器谐振频率的测量的栅陷式测量系统。Kensey等人的美国专利6,015,386公开了如下的读取器，其中，该读取器通过发送扫频来激励无源传感器，并对该发送信号使用相位检测器以识别该扫频期间所发送的频率与该传感器的谐振频率一致的点。Spillman等人的美国专利6,206,835公开了针对在Spillman等人的美国专利5,581,248中公开的读取器技术的医疗植入应用。该读取器技术利用传感器的检测参数来检测对该读取器的频率依赖可变阻抗负载效应。Ellis等人的美国专利7,432,723公开了具有供电回路的读取器，其中，以确保传感器的带宽允许进行传感器的谐振激励的方式，对各个供电回路进行调谐并使供电回路发送的不同的频率间隔开。Ellis使用来自合适的供电回路的衰荡响应以确定传感器谐振频率。Allen等人的美国专利6,111,520公开了向传感器发送“啁啾声”的白噪声并检测衰荡响应的方法。一些读取器利用锁相环(“PLL”)电路以锁定至传感器的谐振频率。Joy等人的美国专利7,245,117公开了有源PLL电路和信号处理电路，其中，该信号处理电路用于调整发送PLL频率，直到接收信号相位和发送PLL信号相位相匹配为止。当发生该匹配时，该发送PLL频率等于传感器谐振频率。PLL电路可以包含用于对输入频率进行采样并保持PLL处于给定频率的采样保持(S/H)功能。具有S/H的PLL可用于各种应用。例如，Genest的美国专利4,531,526公开了如下的读取器，其中，该读取器使用具有S/H电路的PLL电路，以将该读取器的发送频率调整为与从传感器接收到的谐振频率相匹配。该操作是为了使针对下一发送的传感器响应最大化所进行的，并且测量传感器谐振幅度的衰减率以提取感测参数值。Buchan的美国专利4,644,420描述了如下的具有S/H的PLL，其中，该PLL用于对磁带数据流进行采样并维持适当的采样频率以评价该磁带上的数字数据脉冲。Buchan等人的美国专利5,006,819提供了这一概念的附加改进。Denny的美国专利5,920,233描述了一种高速采样技术，其中，该技术使用具有PLL的S/H电路，以降低来自相位频率检测器的电荷泵噪声，从而增强频率合成电路的低抖动性能。Charavit等人的美国专利4,511,858公开了如下的具有S/H电路的PLL，其中，该PLL用于当正在改变PLL锁定频率时预先确定电压控制振荡器的控制电压的位置。这是为了在改变期望合成频率时提高PLL的响应速度而进行的。Fischer的美国专利6,570,457和Fischer等人的美国专利6,680,654公开了用于提高PLL频率步进以及偏移校正特征的具有S/H电路的PLL。Fuller等人的美国专利3,872,455公开了如下的具有数字S/H的PLL，其中，该PLL用于在检测到PLL相位锁定时冻结频率显示并预载频率计数器。还已发现了用于实现直接信号采样和频率分析技术的读取器。一个例子是Eggers等人的美国专利7,048,756，其中，使用具有居里温度以在温度阈值处示出响应变化的谐振传感器来测量体内温度。此外，已知有使用数字信号分析以提高性能和响应的读取器。Miller等人的美国专利7,466,120描述了使用数字信号处理器(DSP)来评价利用频率脉冲已激励的无源血压传感器的响应，然后针对相对相位延迟评价来自三频激励的响应信号。目前的诸如上述等的无源传感器读取器的设计存在多个缺陷。早期的Haynes和Nagumo的“脉冲回波振铃系统”需要大型的高功率读取器装置。另外，Collins(C.Collins,“MiniaturePassivePressureTransensorforImplantingintheEye”,IEEETransactionsonBio-MedicalEngineering,volBME-14,no.2,April1967)公开了这些系统由于在测量短暂的振铃信号频率方面存在困难而发生不精确和分辨率差，从而导致这些系统被各种扫频方法取代。与Cosman、Kensey、Ellis和Spillman的专利所述的技术以及Allen所描述的脉冲方法类似的扫频传感器读取器需要管制无线电传输的政府机构允许相对宽的带宽。这就限制了频谱的其它使用并使干扰成为潜在的问题。诸如Genest、Ellis和Joy等的用于利用变频发射器追踪无源谐振传感器的谐振频率的读取器也存在类似的问题。扫频方法和/或数字追踪方法所需的附加电路极大，从而使读取器大小、成本和故障率增加。此外，使用数字控制的频率追踪或扫频系统来发送、信号处理、采样和追踪传感器的谐振频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器读取器，包括：发送电路，用于生成用于使无线传感器发出至少一个响应信号的至少一个激励脉冲；至少一个天线，用于发送所述激励脉冲和接收所述响应信号；锁相环电路，用于从所述至少一个天线接收所述响应信号，其中，所述锁相环电路包括电压控制振荡器，所述电压控制振荡器用于生成频率与所述响应信号的频率相关的计数信号；第一电路，用于对所述电压控制振荡器的控制电压输入进行采样；以及第二电路，用于生成输入至所述电压控制振荡器所用的控制电压信号，其中，所述锁相环电路能够置于采样模式，以接收所述响应信号并基于所述响应信号的频率调整所述计数信号的频率，所述锁相环电路还能够置于保持模式，以在足以确定所述计数信号的频率的时间长度内保持所述计数信号的频率恒定，以及所述第一电路和所述第二电路在所述采样模式和所述保持模式之间重新配置所述锁相环电路。

【技术特征摘要】
2009.04.07 US 12/419,3261.一种无线传感器读取器，包括：发送电路，用于生成用于使无线传感器发出至少一个响应信号的至少一个激励脉冲；至少一个天线，用于发送所述激励脉冲和接收所述响应信号；锁相环电路，用于从所述至少一个天线接收所述响应信号，其中，所述锁相环电路包括电压控制振荡器，所述电压控制振荡器用于生成频率与所述响应信号的频率相关的计数信号；第一电路，用于对所述电压控制振荡器的控制电压输入进行采样；以及第二电路，用于生成输入至所述电压控制振荡器所用的控制电压信号，其中，所述锁相环电路能够置于采样模式，以接收所述响应信号并基于所述响应信号的频率调整所述计数信号的频率，所述锁相环电路还能够置于保持模式，以在足以确定所述计数信号的频率的时间长度内保持所述计数信号的频率恒定，以及所述第一电路和所述第二电路在所述采样模式和所述保持模式之间重新配置所述锁相环电路。2.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述第一电路还包括模数转换电路。3.根据权利要求2所述的无线传感器读取器，其特征在于，使用从所述模数转换电路获得的值来将所述锁相环电路配置成所述保持模式。4.根据权利要求2所述的无线传感器读取器，其特征在于，使用从所述模数转换电路获得的值来确定要评价所述计数信号的频率的点。5.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述第二电路还包括数模转换电路。6.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，还包括开关，所述开关用于在所生成的所述控制电压信号和所述锁相环电路的相位检测器的输出之间选择针对所述电压控制振荡器的输入。7.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述无线传感器读取器被配置为在不存在所述响应信号的时间的至少一部分期间，将所述电压控制振荡器的频率保持在所生成的固定频率。8.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述电压控制振荡器的与所述计数信号的频率相对应的所述控制电压输入是从所述锁相环电路直接输出的。9.根据权利要求1所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述锁相环电路还包括内部校准用的校准电路。10.根据权利要求9所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述校准电路使得所述电压控制振荡器的所述控制电压输入能够与所述响应信号的频率相关。11.根据权利要求10所述的无线传感器读取器，其特征在于，所述校准电路使得能够代替所述响应信号而将基准信号引入所述锁相环电路内。12.根据权利要求10所述的无线传感器读取器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·罗兰德，R·沃特金斯，B·桑德拉姆，B·保罗，S·I·安，M·纳吉，
申请(专利权)人：内电子有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US