集成无源无线传感器的自适应调谐标签制造技术

本实用新型专利技术公开了一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其包括集成为一体的标签天线、标签芯片以及传感芯片；其中，标签天线包括微带线和馈电网络，且标签天线用以接收读写器或超高频供电电源发送的能量信号；其中，标签芯片包括自适应调谐电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、数字基带、主控及数据处理单元及非易失存储器依次连接；其中，传感芯片包括传感量化模块，其与主控及数据处理单元相连接；其中，标签天线与标签芯片的自适应调谐电路相连接。借此，本实用新型专利技术的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，提高了标签识别距离和数据传输的准确率，还提高了传感器的环境适应性、可靠性和使用寿命。

Adaptive Tuning Label for Integrated Passive Wireless Sensors

The utility model discloses an adaptive tuning tag integrated with passive wireless sensors, which comprises an integrated tag antenna, a tag chip and a sensor chip. The tag antenna includes a microstrip line and a feed network, and the tag antenna receives energy signals sent by a reader or an ultra-high frequency power supply. The tag chip includes an adaptive tuning circuit, a tag antenna and a tag antenna. The power management circuit, demodulation circuit, modulation circuit, digital baseband, main control and data processing unit and non-volatile memory are connected in turn. The sensor chip includes a sensor quantization module, which is connected with the main control and data processing unit. The tag antenna is connected with the adaptive tuning circuit of the tag chip. In this way, the adaptive tuning tag of the integrated passive wireless sensor of the utility model improves the tag recognition distance and the accuracy of data transmission, and also improves the environmental adaptability, reliability and service life of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
集成无源无线传感器的自适应调谐标签
本技术是关于射频识别及无源传感器领域，特别是关于一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签。
技术介绍
射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，已在许多行业得到广泛应用。典型的RFID系统包括标签，读写器和应用系统，标签无需电池供电，由读写器询问信号提供能量，当其处于读写器有效读取范围内时，凭借电磁波耦合，在其内部产生感应电流供芯片内部其它电路使用，并通过反射方式进行信号传输。在许多传感器应用场合，由于供电方式、设备空间和安全等条件限制，需要传感器具备无源无线等特点，如电力设备温度监测、振动监测等应用领域。基于上述原因，将传感器和超高频RFID技术进行结合，使得传感器具有无源供电、无线传输、体积小、寿命长等显著特点。如专利201710436238.2采用超高频RFID技术和温度传感芯片集成，实现开关柜无线无源测温，且具有芯片体积小和长寿命等优点。但所使用的超高频RFID技术在许多应用场合，由于复杂环境导致其性能降低，调谐频率发生偏移，进而使标签出现读取距离缩短或数据可靠传输变差。为实现标签和读写器间能量的最大传递，RFID标签设计时需将标签芯片的阻抗和天线的输入阻抗进行共轭匹配，从而实现最大功率传输。最大功率传输决定标签最大和最小读取距离。当传感器标签安装在金属表面时，天线的阻抗会发生变化，标签的读取距离会迅速缩减，为解决超高频RFID技术的这一不足，通常采用最大能量传递法(阻抗共轭匹配)来进行抗金属标签和宽频带标签天线设计，可在标签天线设计中或芯片谐振电路加入匹配网络使标签具有宽频特性。专利103022649A公开了一种UHF频段RFID系统的阻抗可调标签天线，采用对标签天线进行宽频带设计，通过调节π型匹配网络的高度和宽度来进行阻抗匹配调节。但匹配网络在天线制造完成后不能进行调节，不能在实际应用时实现阻抗自调节。专利20131011910.2公开的阻抗可调标签天线，通过调节偶极子天线两臂的夹角来实现调谐，但该方法应用存在调整困难，不能精确调节，可靠性差等问题，同时由于该天线是为二维结构，不适合和传感器进行集成应用。专利201720672864.7公开了一种阻抗调节标签天线，采用金属反射板和引向极板弹性连接，通过调节引向极板位置来调节电容值，进而调节输入阻抗。该方法实际应用时存在阻抗调节不能精确稳定，弹性柱在长期使用时存在可靠性降低等问题，不能实现阻抗快速精确匹配。另外，还有其它已公开的方法，如在读写器电路中加入阻抗自动匹配网络，由测量电桥、电容阵列网络及控制器组成，采用调谐算法扫描所有电容组合，寻找幅值和相位偏移在二维平面中距离零点最短的路径，进而得到一组电容值进行阻抗匹配。该方法在一定程度上可实现读写器和标签阻抗自适应调节，但该方法是针对读写器端进行调节，不适用于集成进标签芯片解决标签内部阻抗匹配问题。在一些应用场合，如无线无源传感器安装在一个密闭复杂金属结构设备内部时，附近的金属和液体将改变射频电磁场，导致调谐电路不再调谐。专利201710436238.2公开的测温标签的阻抗不具备自动调节功能，当传感器标签针对开关柜电缆接头温度监测应用实现了调谐，但同一传感器标签在梅花触头温度监测应用时，传感器标签安装位置附近的金属结构或密闭环境潮湿时，将使调谐频率发生偏移，电路失谐，进而导致标签读取距离缩短。专利103022649A和专利20131011910.2公开的阻抗调节方法属于对标签天线进行特殊设计，专利201720672864.7属于机械式调节阻抗，虽然这些方法可以在某种程度上减少频率变化对天线阻抗的影响，但会以牺牲所有频段的性能为代价。另外，实际应用时这些方法需要根据每个场景不同进行精细设计和调整，当应用场景环境稍变化时，就不再适应。这些缺点大大降低了传感器标签的环境适应性和可靠性，限制了传感器标签的广泛应用。已公布的在读写器天线中加入阻抗自动匹配网络方法，该方法是针对读写器端进行调节，不能解决标签天线和内部芯片阻抗匹配问题。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其提高了标签识别距离和数据传输的准确率，还提高了传感器的环境适应性、可靠性和使用寿命。为实现上述目的，本技术提供了一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其包括集成为一体的标签天线、标签芯片以及传感芯片；其中，标签天线包括微带线和馈电网络，且标签天线用以接收读写器或超高频供电电源发送的能量信号；其中，标签芯片包括自适应调谐电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、数字基带、主控及数据处理单元及非易失存储器依次连接；其中，传感芯片包括传感量化模块，其与主控及数据处理单元相连接；其中，标签天线与标签芯片的自适应调谐电路相连接。在一优选的实施方式中，自适应调谐电路包括可变电容阵列、功率检测电路、第一Σ-Δ模数转换器、自适应控制电路依次连接。在一优选的实施方式中，传感量化模块包括数字量传感模块及模拟量传感模块。在一优选的实施方式中，数字量传感模块用以输出数字量信号，并通过主控及数据处理单元存入非易失存储器中。在一优选的实施方式中，模拟量传感模块用以输出模拟量信号，并通过程控增益控制放大器和第二Σ-Δ模数转换器进行模数转换后，再通过主控及数据处理单元存入非易失存储器中。在一优选的实施方式中，标签芯片在接收到标签天线传输的射频信号后，进行电源转换和自适应调谐，且启动传感芯片进行状态监测并将状态监测数据存储至非易失存储器中；其中，当标签芯片收到读写器的指令信号后，将非易失存储器中的反馈信号进行调制后传输至标签天线。在一优选的实施方式中，反馈信号包括状态监测数据、传感器校准数据、功率校准数据、射频信号功率检测值以及传感器标识。在一优选的实施方式中，状态监测数据为温度或湿度或压力或振动。在一优选的实施方式中，标签芯片还包括时钟电路，其用以产生基准时钟。与现有技术相比，根据本技术的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其提高了标签识别距离和数据传输的准确率，还提高了传感器的环境适应性、可靠性和使用寿命。附图说明图1是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签的结构示意图。图2是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签的工作流程图。图3是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签中的可变电容阵列的电路原理示意图。图4是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签中的二进制加权变容管阵列的等效电路示意图。图5是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签中的功率检测电路的电路原理示意图。图6是根据本技术一实施方式的集成无源无线传感器的自适应调谐标签中的自适应控制电路的电路原理示意图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其特征在于，包括集成为一体的标签天线、标签芯片以及传感芯片；其中，所述标签天线包括微带线和馈电网络，且所述标签天线用以接收读写器或超高频供电电源发送的能量信号；其中，所述标签芯片包括自适应调谐电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、数字基带、主控及数据处理单元及非易失存储器依次连接；其中，所述传感芯片包括传感量化模块，其与所述主控及数据处理单元相连接；以及其中，所述标签天线与所述标签芯片的所述自适应调谐电路相连接。

【技术特征摘要】
1.一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其特征在于，包括集成为一体的标签天线、标签芯片以及传感芯片；其中，所述标签天线包括微带线和馈电网络，且所述标签天线用以接收读写器或超高频供电电源发送的能量信号；其中，所述标签芯片包括自适应调谐电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、数字基带、主控及数据处理单元及非易失存储器依次连接；其中，所述传感芯片包括传感量化模块，其与所述主控及数据处理单元相连接；以及其中，所述标签天线与所述标签芯片的所述自适应调谐电路相连接。2.如权利要求1所述的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其特征在于，所述自适应调谐电路包括可变电容阵列、功率检测电路、第一Σ-Δ模数转换器、自适应控制电路依次连接。3.如权利要求1所述的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其特征在于，所述传感量化模块包括数字量传感模块及模拟量传感模块。4.如权利要求3所述的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其特征在于，所述数字量传感模块用以输出数字量信号，并通过所述主控及数据处理单元存入所述非易失存储器中。5.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦如意，杨吉，戴晓红，庞振江，曹为接，王峥，刘宗良，胡泉，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，北京智芯微电子科技有限公司，国网信息通信产业集团有限公司，国家电网有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33