【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路，具体涉及一种基于无线供电的温度传感系统。
技术介绍
1、温度传感系统的应用十分广泛，涵盖工业、农业、食品、医疗等多个领域。温度传感系统通过传感器测量工作环境的温度，利用有线或无线的方式，将温度信息传输到终端设备进行处理和显示。随着科技水平的提升和物联网的发展，温度传感系统正成为工业数字化、智慧城市等基础设施建设的重要组成部分，得到了更为广泛和大规模的应用，这对温度传感系统提出了新的要求。
2、物联网场景下，传感器数量大幅增加，成本的积累可能成为温度传感系统大规模应用的制约因素。传统温度传感器通常使用铂电阻测温并由纽扣电池供电，这使其难以集成，并且需要定期更换电池，制造成本和维护成本都比较高，难以大规模部署和应用。此外，传统有线连接的温度传感系统面临安装复杂、移动受限、安装和维护成本高的问题，无法满足很多场景对灵活性和拓展性的要求。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，实现降低成本、提高集成度、便于安装维护、解除有线连接限制的目的，本专利技术采用如下的技术方案：
2、一种基于无线供电的温度传感系统，包括温度传感器和读取终端，所述温度传感器包括温度传感器天线、能量管理模块、温度传感模块、反向散射模块，所述读取终端包括读取终端天线、射频信号生成模块、频率测量模块，此外还有用于控制的数字逻辑电路；射频信号生成模块产生的射频信号，经读取终端天线发射后，由温度传感器天线接收，通过能量管理模块整流后为温度传感器的其他模块供电，温度传感模块将测得
3、进一步地，所述能量管理模块包括整流器、带隙基准电路、低压差线性稳压器，整流器将来自温度传感器天线的射频交流信号转换为一定的直流电压，为带隙基准电路和低压差线性稳压器供电，带隙基准电路产生一个与温度无关的电压，为低压差线性稳压器提供电压参考，低压差线性稳压器输出一个稳定的电压，作为温度传感器其他模块的供电电压，从而实现无电池设计。
4、进一步地，所述温度传感模块包括带隙基准电路、温度传感器压控振荡器，除了温度无关的参考电压之外，从带隙基准电路中获取正温度系数的电压δvbe和负温度系数的电压vbe，利用具有温度系数的电压控制温度传感器压控振荡器，不同温度下电压不同，温度传感器压控振荡器频率也随之变化，从而将温度信息转化为频率信息，与铂电阻测温相比，这种测温方式易于集成，有利于降低温度传感器的制造成本。
5、进一步地，带隙基准电路包括启动电路、一组mos管构成的电流镜、运放a1、电阻r1、r2、r3、放大电路a2，以及并联的三级晶体管q1、q2、q3，其个数比为1:n:1，mos管m1、m2和m3的源极相互连接，m1、m2的栅极分别与a1的输出连接，m1的漏极分别与a1的反向输入、a2的反向输入和q1的发射极连接，m2的漏极与a1的正向输入连接，同时，经r1与q2的发射极连接，m3的栅极与a2的正向输入连接，同时，经r2与q3的发射极连接，q1、q2、q3的基极和集电极接地，a2的输出与温度传感器压控振荡器连接；
6、m1至m5是电流镜，m1至m3取相同宽长比，调节m4和m5的宽长比，可以为其他模块产生所需的参考电流，带隙基准电路还需要设计一个启动电路，以保证电路的正常启动，带隙基准电路正常启动后，由于a1形成的反馈环路，a1的正、反向输入的节点电压vx＝vy，q1、q2发射极电压之差其中vbe(q2)表示q2的基极-发射极电压，vbe(q1)表示q1的基极-发射极电压，vt表示热电压，n*i0表示q2偏置的集电极电流，i0表示q1偏置的集电极电流，is表示饱和电流，流过m1至m3的电流均为i＝δvbe(q1q2)/r1，因此a2正向输入的电压调整r2与r1比值，使得q3的基极-发射极电压vbe(q3)的负温度系数与项中的负温度系数抵消，得到具有零温度系数的电压vbg，然后利用放大电路a2，将电压vbe(q1)放大，并作为温度传感器压控振荡器的控制电压，从而生成随温度变化的频率。
7、进一步地，所述射频信号生成模块包括电荷泵锁相环和调制电路产生射频信号，锁相环包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、读取终端压控振荡器、分频器，鉴频鉴相器比较参考时钟与反馈信号的相位差和频率差，在两者之间存在相位误差时，其输出的脉冲信号，电荷泵接收到脉冲信号后，将其转化为电荷，通过控制电流方向调整读取终端压控振荡器，从而减小反馈信号与参考时钟的相位与频率误差，读取终端压控振荡器是锁相环的信号源，其频率受到控制电压的影响，分频器对读取终端压控振荡器输出频率进行分频，形成反馈回路，输出反馈信号，将反馈信号与参考时钟进行比较，使用电荷泵锁相环可以产生一个比较稳定的频率，输入功率放大器发射出去为传感器供能。
8、进一步地，所述电荷泵和读取终端压控振荡器之间设有环路滤波器，对电荷泵输出进行滤波，以平滑控制电压，并确保系统稳定性。
9、进一步地，所述频率测量模块，可以使用数字电路实现，首先将中频信号进行放大和整形，再将方波作为待测信号输入，通过所述分频器从锁相环分频产生一个基准时钟，在一定周期内利用计数器对待测信号的边沿数进行计数，经过换算就可以得到待测信号的频率，最终结果可以通过接口输出。
10、进一步地，所述读取终端还包括射频前端模块和中频滤波器，射频前端模块包括滤波器、低噪声放大器、混频器、跨阻放大器，滤波器用于抑制干扰信号，低噪声放大器位于接收链路的前端，接收来自传感器的微弱射频信号并将其放大，低噪声放大器本身较低的噪声系数，同时增益足够高以保证系统整体的噪声系数，混频器将放大的射频信号与本振进行混频，产生中频信号，从而降低信号频率，简化了后续处理电路的设计，跨阻放大器用于进一步放大中频信号，将中频信号转换为电流信号，通过电阻的设计实现中频信号的放大，并经中频滤波器进一步滤波。
11、进一步地，所述读取终端还包括功率放大器，对射频信号进行放大后再发射。
12、进一步地，所述射频信号包含温度传感器的编号信息，所述温度传感器还包括与能量管理模块连接的编号解调模块，用于对射频信号进行解调，启动编号信息对应的温度传感器的温度传感模块和反向散射模块。
13、本专利技术的优势和有益效果在于：
14、本专利技术的一种基于无线供电的温度传感系统，以解决在物联网应用中传感器数量激增带来的成本和灵活性问题。通过能量管理模块，传感器可以实现无电池设计，温度测量电路也无需借助铂电阻，可以降低传感器成本。此外，通过反向散射技术的应用，以及无线供电及射频接收电路的设计，该系统可以实现无线供电和对温度数据的无线传输，摆脱了有线连接的限制，为物联网应用提供了一种高效、可持续的解决方案。
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1.一种基于无线供电的温度传感系统，包括温度传感器和读取终端，其特征在于：所述温度传感器包括温度传感器天线、能量管理模块、温度传感模块、反向散射模块，所述读取终端包括读取终端天线、射频信号生成模块、频率测量模块；射频信号生成模块产生的射频信号，经读取终端天线发射后，由温度传感器天线接收，通过能量管理模块整流后为温度传感器供电，温度传感模块将测得的温度信号转换为频率信号，利用反向散射模块的反向散射机制，经温度传感器天线发射后，由读取终端天线接收，通过频率测量模块读取，得到反向散射信号的频率和对应温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述能量管理模块包括整流器、带隙基准电路、低压差线性稳压器，整流器将来自温度传感器天线的射频交流信号转换为直流电压，为带隙基准电路和低压差线性稳压器供电，带隙基准电路产生一个与温度无关的电压，为低压差线性稳压器提供电压参考，低压差线性稳压器输出一个稳定的电压，作为温度传感器其他模块的供电电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述温度传感模块包括带隙基准电路
4.根据权利要求3所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：带隙基准电路包括一组MOS管构成的电流镜、运放A1、电阻R1、R2、R3、放大电路A2，以及并联的三级晶体管Q1、Q2、Q3，其个数比为1:n:1，MOS管M1、M2和M3的源极相互连接，M1、M2的栅极分别与A1的输出连接，M1的漏极分别与A1的反向输入、A2的反向输入和Q1的发射极连接，M2的漏极与A1的正向输入连接，同时，经R1与Q2的发射极连接，M3的栅极与A2的正向输入连接，同时，经R2与Q3的发射极连接，Q1、Q2、Q3的基极和集电极接地，A2的输出与温度传感器压控振荡器连接；
5.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述射频信号生成模块包括电荷泵锁相环和调制电路产生射频信号，锁相环包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、读取终端压控振荡器、分频器，鉴频鉴相器比较参考时钟与反馈信号的相位差和频率差，在两者之间存在相位误差时，其输出的脉冲信号，电荷泵接收到脉冲信号后，将其转化为电荷，通过控制电流方向调整读取终端压控振荡器，分频器对读取终端压控振荡器输出频率进行分频，形成反馈回路，输出反馈信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述电荷泵和读取终端压控振荡器之间设有环路滤波器，对电荷泵输出进行滤波。
7.根据权利要求5所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述频率测量模块，首先将中频信号进行放大和整形，再将方波作为待测信号输入，通过所述分频器从锁相环分频产生一个基准时钟，在一定周期内利用计数器对待测信号的边沿数进行计数，得到待测信号的频率。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述读取终端还包括射频前端模块和中频滤波器，射频前端模块包括滤波器、低噪声放大器、混频器、跨阻放大器，滤波器用于抑制干扰信号，低噪声放大器接收来自传感器的射频信号并将其放大，混频器将放大的射频信号与本振进行混频，产生中频信号，跨阻放大器用于进一步放大中频信号，并经中频滤波器进一步滤波。
9.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述读取终端还包括功率放大器，对射频信号进行放大后再发射。
10.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述射频信号包含温度传感器的编号信息，所述温度传感器还包括与能量管理模块连接的编号解调模块，用于对射频信号进行解调，启动编号信息对应的温度传感器的温度传感模块和反向散射模块。
...【技术特征摘要】
1.一种基于无线供电的温度传感系统，包括温度传感器和读取终端，其特征在于：所述温度传感器包括温度传感器天线、能量管理模块、温度传感模块、反向散射模块，所述读取终端包括读取终端天线、射频信号生成模块、频率测量模块；射频信号生成模块产生的射频信号，经读取终端天线发射后，由温度传感器天线接收，通过能量管理模块整流后为温度传感器供电，温度传感模块将测得的温度信号转换为频率信号，利用反向散射模块的反向散射机制，经温度传感器天线发射后，由读取终端天线接收，通过频率测量模块读取，得到反向散射信号的频率和对应温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述能量管理模块包括整流器、带隙基准电路、低压差线性稳压器，整流器将来自温度传感器天线的射频交流信号转换为直流电压，为带隙基准电路和低压差线性稳压器供电，带隙基准电路产生一个与温度无关的电压，为低压差线性稳压器提供电压参考，低压差线性稳压器输出一个稳定的电压，作为温度传感器其他模块的供电电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：所述温度传感模块包括带隙基准电路、温度传感器压控振荡器，从带隙基准电路中获取正温度系数的电压δvbe和负温度系数的电压vbe，利用具有温度系数的电压控制温度传感器压控振荡器，不同温度下电压不同，温度传感器压控振荡器频率也随之变化，从而将温度信息转化为频率信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线供电的温度传感系统，其特征在于：带隙基准电路包括一组mos管构成的电流镜、运放a1、电阻r1、r2、r3、放大电路a2，以及并联的三级晶体管q1、q2、q3，其个数比为1:n:1，mos管m1、m2和m3的源极相互连接，m1、m2的栅极分别与a1的输出连接，m1的漏极分别与a1的反向输入、a2的反向输入和q1的发射极连接，m2的漏极与a1的正向输入连接，同时，经r1与q2的发射极连接，m3的栅极与a2的正向输入连接，同时，经r2与q3的发射极连接，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩洋，赵博，罗宇轩，李佳清，汪炜枭，方天颖，张磊，张治欢，杨长贵，陈诚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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