被动无线传感器的制造方法
【专利摘要】RFID传感器标签可包括普通RFID电路和功能(诸如整流器22、调制器24、逻辑器26和存储器27)以及基于谐振器的时钟产生器或振荡器(23)。振荡器(23)是具有高Q值的稳定的基于谐振器的振荡器。基于谐振器的振荡器(23)负载有传感器元件(42)，该传感器元件(42)调谐振荡频率，即振荡频率对测量的量敏感。因此，提供具有基于谐振器的振荡器和传感器元件的被动RFID传感器，其中，如果需要感测，则振荡频率可以取决于传感器元件。这一概念与现有的RFID标签兼容，并且可以用于测量外部量而无需缩短读出距离。
【专利说明】
被动无线传感器
技术领域
[0001] 本发明涉及被动无线传感器(passive wireless sensor)。
【背景技术】
[0002] 传感器是一种将测量的量转换为可读取的格式(通常为电信号）的器件。近来，市 场上已经可以购买到实际上用于任何测量目的的传感器。根据连接方式，传感器可被分为 无线传感器和有线传感器。有线传感器通过线束或电缆组件连接到读取器装置。无线传感 器可以在没有物理连接到该传感器的情况下被读取，且通常通过为传感器装备无线电收发 器来实现。发送的无线电信号被接收器解读，该接收器将无线信号转换为期望的输出。在例 如由于苛刻的操作条件(比如温度和压力）、旋转部件或者布线的成本以及复杂性而难以进 行有线连接的许多应用中，无线操作可以是有益的。然而，无线传感器也具有一些缺点，例 如由电池导致的有限寿命、由衰减和干扰导致的有限读出距离、由于信号的不可控传播导 致的安全问题以及潜在的通信速度低。基于电源以及通信原理，无线传感器可以被分为三 类:主动(act ive)传感器、半被动传感器和被动传感器。
[0003] 主动无线传感器通常既具有无线电收发器又具有用于为收发器供电的内置电池。 具有自身电源的主动无线传感器能够使用强大的发射器和敏感的接收器。然而，内置电池 限制了寿命时间并且还增加了体积和重量。由于更复杂的电路，主动传感器的价格可能比 被动传感器的价格高得多。
[0004] 半被动无线传感器不包含无线电收发器，然而其装备有电池。电池被用于为集成 电路（1C)供电并且使传感器独立于读取器装置运行或者维持传感器中的存储器。半被动电 池辅助传感器应用调制背向散射技术进行通信。这意味着半被动传感器不需要从内置电池 获得任何电力来进行发射，而传感器简单地将由读取器装置发射的功率中的一些反射回 去。
[0005] 与主动传感器和半被动传感器不同，被动传感器不需要内置电池。因此，它们可以 更简单、更小、更便宜，并且它们的寿命不受电源的限制。被动无线传感器的典型的读取距 离在10cm到3m之间。被动无线传感器可以被分为四个主要类别:射频识别(RFID)标签、电谐 振电路传感器、表面声波(SAW)、谐波传感器和互调传感器。
[0006] SAW传感器利用在压电基片上图案化的叉指换能器将电磁能转换为表面声波 (SAW)。然后，SAW通过声反射器被操纵、被转换回电磁能、并且被辐射回读取器装置。测量的 量影响SAW在压电基片上的传输特性。使用用于感测元件的压电材料的需求限制了可能的 应用。此外，SAW标签仅使能硬编码标识(ID)，因而它们不为芯片提供任何存储器。
[0007] 谐振传感器由简单的谐振电路组成，该谐振电路的谐振对测量的量很敏感。这些 传感器要求与读取器近场耦合，这将它们的读出距离限制在几厘米以内。
[0008]当被具有一种或多种信号音(tone)的读取器照射(illuminate)时，谐波传感器以 谐波频率散射回传感器数据。换言之，传感器混合信号音(非线性是必要的以便设置混合） 并反射包含偏移读取器频率的谐波积的信号。谐波读取器接收发射频率的谐波，然后对接 收的数据进行处理，以找到导致产生此谐波的对象的确切位置和移动性。这一概念针对遥 测首次提出。最近，已经研制出用于感测应用的互调通信原理。在此原理中，通过两个紧密 定位频率来激励传感器，并且传感器数据以互调频率被散射回。此方法能够穿过非常大的 距离(甚至几十米)无线读出通用传感器元件(例如，MEMS传感器）。传感器还可以配备有ID。 然而，这一概念需要特殊的读取器，并且其不提供存储器或防碰撞协议。在W02011/121180 和US6378360中公开了这种方法。
[0009] RFID是使用无线电波在标签与读取器之间进行通信的识别技术，并且被用于识别 物体。与光学条形码识别技术相比，RFID具有一些优点，例如在读取器装置与标签之间不需 要视线，并且RFID读取器能够同时读取数百个标签。被动RFID标签使用图1中所示的调制背 向散射通信原理。当标签10与RFID读取器11通信时，其调制接收的信号12并将信号12的一 部分13反射回读取器。典型的被动标签包括连接到应用专用微芯片的天线。当被RFID收发 器或读取器无线询问时，RFID标签天线从RFID读取器接收功率和RF信号并将它们供应至芯 片。芯片处理该信号并将请求的数据发送回RFID读取器。根据发射的数据来调制背向散射 的信号。RFID的最高操作频率和读取距离受到集成电路（1C)的整流功率的限制，并且分别 为几 GHz以及5-10m。
[0010] RFID主要用于识别。RFID标签配备有可重写的存储器，这赋予了 RFID标签可重复 使用的特征，然而他们对于测量外部量是无用的。通过使RFID标签配备外部传感器以及读 取外部传感器的数字逻辑器件，RFID也已经表现出可以适用于测量。这种方法的好处在于 其可以使用通用的传感器元件并且因此可以很好地适用于非常广泛的应用。然而，在该方 法中，需要在标签中包括额外的A/D转换器和数字电路，以使传感器能够被读出。由于额外 的电子器件而增加的功耗显著减小了读出范围（例如，具有8位A/D转换器的情况下，从5m减 至0.3m)。额外的传感器元件还增加了功耗。在下列文献中讨论了额外的数字电路和A/D转 换器的实施注意事项：1、2009年2月出版的名为"Development and Implementation of RFID Technology(RFID技术的发展和实施)"的图书中的第9章 "Smart RFID Tags(智能 RFID标签)"，ISBN 978-3-902613-54-7，出版社为奥地利维也纳的I-Tech，详见:http: // www.intechopen.com/books/development_and_implementation_of_rfid_technology。 [0011]总之，目前的被动无线传感器技术存在一些局限性。没有一种技术可以同时提供 感测、RFID技术的复杂特征(诸如识别和防碰撞）以及大的读出距离。
【发明内容】
[0012] 本发明的一个目的在于提供一种被动无线传感器，其可以提供感测、复杂功能以 及大的读出距离。
[0013] 本发明的目的由根据所附的独立权利要求所述的被动无线传感器和系统来实现。 在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
[0014] 本发明的一个方面在于一种被动无线发射应答器，包括：用于利用背向散射原理 进行通信以提供射频识别(RFID)特征的天线、整流器、振荡器和调制器；以及用于感测预定 变量的感测元件，其中所述振荡器是基于谐振器的振荡器(例如，LC振荡器、RLC振荡器、晶 体振荡器、基于MEMS谐振器的振荡器），并且所述感测元件连接到所述振荡器，并且从所述 振荡器输出的调制频率被布置为取决于所述预定变量的感测值。
[0015] 在一个实施例中，发射应答器还包括用于射频识别（RFID)特征(诸如识别和防碰 撞）的控制逻辑器和/或存储器。
[0016] 在一个实施例中，发射应答器的主要部分利用集成电路技术来实现，并且其中感 测元件可以是外部组件，诸如MEMS传感器。通常，可以使用电阻、电容和电感传感器元件，因 为它们都可以影响电谐振器的谐振。电阻传感器的示例包括温度和应变传感器。电感传感 器包括超声换能器(其可以以特定的激励频率感应）、接近传感器和电感继电器。其它变量 (诸如电压或力)可以例如使用变容二极管和压电材料被转换为电容。
[0017] 在一个实施例中，发射应答器的主要部分利用集成电路技术来实现，并且其中振 荡器的至少一部分包括外部组件，诸如外部谐振器、外部MEMS谐振器、外部电感器。
[0018] 在一个实施例中，发射应答器的主要部分利用集成电路技术来实现，并且其中感 测元件和振荡器的谐振器部分利用谐振传感器或MEMS谐振传感器来实现。
[0019] 在一个实施例中，振荡器可以是考毕兹(Collpitts)振荡器、迈斯纳(Meissner)振 荡器、阿姆斯特朗(Armstrong)振荡器或哈特莱(Hartley)振荡器。此外，可以利用更复杂的 振荡器结构。
[0020] 在一个实施例中，振荡器负载有许多可切换的传感器元件。可以每次选择一个感 测元件以对振荡器提供负载，因此影响振荡频率。以这种方式，发射应答器可以配备有能够 被独立地读取的多个传感器。发射应答器具有可以打开特定的感应元件并将其余的感应元 件断开的逻辑电路。读取器装置可以向发射应答器发送关于打开什么传感器的指令。
[0021] 在一个实施例中，LC或RLC振荡器是包括有源(active)放大装置、电容分压器和反 馈电感的考毕兹振荡器。
[0022] 在一个实施例中，从LC或RLC振荡器输出的调制频率的电压电平取决于电容分压 器的电容分压器比。
[0023] 在一个实施例中，被动无线发射应答器包括天线与整流器之间的高通滤波器、整 流器的DC输出端与振荡器的输入端之间的低通滤波器、以及振荡器的输出端与调制器的输 入端之间的带通滤波器中的一个或多个。
[0024] 在一个实施例中，整流器包括整流二极管D1，并且其中所述整流二极管还提供调 制器的混频器。
[0025] 在一个实施例中，所调制的背向散射信号中包括从询问频率偏移振荡频率的边 带，所述振荡频率取决于预定变量的感测值。
[0026]本发明的一个方面在于一种系统，包括RFID读取器以及根据本发明的实施例的至 少一个被动无线发射应答器。
[0027]根据本发明的实施例的被动无线传感器概念可提供：
[0028] 1)RFID(存储器、ID和防碰撞)的所有复杂特征，
[0029] 2)使用通用的外部感测元件（例如MEMS传感器）来测量外部量(诸如压力或加速 度)的可能性，
[0030] 3)非常大的读出距离(>10m)，以及 [0031] 4)与现有的RFID读取器的兼容性。
【附图说明】
[0032]在下面，将参照附图以优选实施例的方式来更详细地描述本发明，在附图中：
[0033]图1示出在RFID系统中的背向散射通信原理；
[0034]图2是示出RFID标签架构的示例的功能性框图；
[0035]图3是示出RC振荡器的电路图；
[0036]图4A示出LC振荡器的示例；
[0037]图4B示出利用集成电路芯片和外部组件来实现的RFID传感器标签的示例；
[0038]图4C示出设置有两个或多个感测元件的RFID传感器标签的示例；
[0039]图5A是示出根据本发明的示例性实施例的用于RFID传感器的通信原理的系统图； [0040]图5B是示出用于RFID传感器的通信原理的谱图；
[0041] 图6是示出根据本发明的示例实施例的RFID传感器装置的框图和电路图；以及
[0042] 图7是示出振荡输出电压随着输入供电电压而改变的曲线图。
【具体实施方式】
[0043]图2显示了示出射频识别（RFID)发射应答器(标签)架构的示例的功能性框图。在 示出的示例中，RFID标签10可包括：天线21，直接与标签的前端阻抗匹配（未示出匹配电 路），以与RFID读取器11通信;模拟RF前端，通常可以包含将RF功率转换为直流(DC)的整流 电路22、时钟产生器或振荡器23、调制器24和解调器25。还可以具有逻辑部件或数字控制模 块26,其可被配置为提供期望的功能，例如用于处理询问指令、执行防碰撞协议、执行数据 完整性检验、运行存储器读取-写入操作以及执行输出控制和数据流。该逻辑实施方式通常 遵守已定义的标准和特定的相关协议。此外，可以提供存储存1C器(memory storage)27。根 据用户的需要，如果既实现读取能力又实现写入能力，则可能需要非易失性存储存贮器。 [0044]如上所讨论的，被动RFID标签使用调制背向散射原理进行通信。当标签与读取器 进行通信时，标签对接收的信号进行调制并将信号的一部分反射回读取器。在现有的RFID 系统中，调制频率与标签的时钟频率相同。在现有的RFID系统中，时钟频率产生23利用频率 较不稳定的低效RC振荡器来实现。因此，较大的带(40或160kHz，± 15 % )被分配给标签的调 制响应。在当前系统中，调制频率本身不携带任何信息，并且频谱效率差(信息带可以低至 整体带的十分之一）。此振荡器也消耗较大功率。图3中示出包含晶体管M1、电阻R1和电容器 C1的RC振荡器的示例。
[0045]当前的被动无线传感器不能同时提供RFID技术的感测和复杂特征。这可以通过配 备具有基于谐振器的振荡器(LC振荡器、RLC振荡器、晶体振荡器等）的RFID标签和传感器元 件而实现，以便使得RFID的复杂特征以及用于测量外部量而无需缩短读出距离成为可能。 [0046]根据本发明的一个实施例，RFID标签装置中的不稳定的RC振荡器由具有高Q值的 稳定的基于谐振器的振荡器替代，并且RFID设置有传感器元件以便使得RFID的复杂特征以 及用于测量外部量而无需缩短读出距离成为可能。基于谐振器的振荡器的示例包括哈特 莱、考毕兹、阿姆斯特朗和迈斯纳LC振荡器或RLC振荡器、不同的晶体振荡器以及基于MEMS (微机电系统）、SAW(表面声波)和BAW(体声波)谐振器的振荡器。本文所描述的针对LC振荡 器的示例性实施例可以类似地应用到RLC振荡器。应理解的是，如果将最小量电阻R引入到 LC振荡器中，则LC振荡器将变得像RLC振荡器一样。在实践中，所有LC振荡器可以被认为是 RLC振荡器，因为在电感器L中始终存在电阻R。另一方面，优选地最小化电阻元件R，因为电 阻元件R增加了功耗并且缩短了读出距离。本发明还可以使用具有减少的测量分辨率的RC 振荡器。RC振荡器的优点在于其可以被集成。
[0047]首先，基于谐振器的振荡器能够大幅提高RFID的频谱效率，从而能够以不同的调 制频率同时读取许多标签(最先进技术的读取器已经使能载波频率多址接入方案，这不应 与调制频率多址接入方案混淆）。此外，基于谐振器的振荡器可以负载有感测元件，该感测 元件调谐振荡频率，即振荡频率变为对测量的量敏感。换言之，提供具有基于谐振器的振荡 器和传感器元件的被动RFID传感器，其中，如果需要感测，则振荡频率可以取决于传感器元 件。因此，此概念与现有的RFID标签兼容，并且可以使能用于测量外部量而无需缩短读出距 离的可能性。
[0048]还可以以其谐振对测量的量敏感这样的方式例如通过设计MEMS谐振器来使谐振 器和传感器结合。例如，MEMS谐振器的谐振频率可以对温度和应变敏感，因此可以从谐振频 率获得这些参数。
[0049]本发明的实施例提供了许多益处。首先，可以利用现有的RFID读取器询问RFID传 感器标签，因为它们已经测量了标签的时钟频率(即，调制频率）。不需要对用于与根据本发 明的实施例的传感器RFID进行通信的现有的RFID读取器进行硬件修改。RFID传感器标签还 可以配备有外部传感器元件而不会缩短任何读出距离。事实上，当RC振荡器由基于谐振器 (例如LC、RLC、石英晶体、SAW或BAW谐振器或MEMS谐振器）的振荡器替代时，RFID标签的功耗 已经略有下降。
[0050]图4A示出包含晶体管Ml和LC谐振器41(具有并联连接的电感器L1和电容器C2)的 基于谐振器的LC振荡器的示例。
[0051 ] 图4B示出RFID传感器标签的示例，其中普通RFID电路和功能(诸如整流器22、调制 器24、逻辑器26和存储器27)以及时钟产生器23的一部分(诸如晶体管Ml和电容器C1)在集 成电路芯片43上实现，而振荡器23的一部分(诸如电感器L1或谐振器）以及感测元件42(诸 如电容传感器Cs)可以实现为连接到集成电路芯片43的外部组件。或者，整个谐振器(诸如 谐振器41)可以由一个或多个外部组件实施，或者可以采用一些其它类型的配置。此概念允 许利用潜在的低成本电感器、谐振器和传感器或者谐振传感器。例如，MEMS谐振器和传感器 或者MEMS谐振传感器可以是可用的。MEMS谐振传感器是谐振装置，其谐振对测量的量敏感。 测量的量通过测量装置的谐振而获得。MEMS谐振器和传感器的成本处于0.5到2€，并且批 量生产的RFID芯片的成本约为0.1 €。作为对比，具有传感器接口的批量生产的高频(HF)和 近场通信(NFC)RFID标签花费$2.59到3.46。
[0052] 图4C示出设置有两个或更多个感测元件42-1、42-2、的发射应答器或RFID 传感器标签的示例。RFID传感器标签可包括普通RFID电路和功能（诸如整流器22、调制器 24、逻辑器26和存储器27)以及基于谐振器的时钟产生器或振荡器23,诸如在其它示例性实 施例中所描述的。感测元件42-1、42-2、…、42-N可以选择性地一次一个地使能以加载 (load)振荡器23,使得从振荡器23输出的调制频率取决于所使能的感测元件42的预定变量 的感测值。换言之，可以逐一地选择一个感测元件以对振荡器提供负载，从而影响振荡频 率。以这种方式，发射应答器可以配备有能够被独立地读取的多个传感器。发射应答器可以 具有可以打开特定的感应元件并将其余的感应元件断开的逻辑电路。例如，发射应答器可 包括选择器44,例如开关电路或者模拟多路复用器，其被布置为选择性地将多个感测元件 42-U42-2.....42-N中的一个感测元件连接到振荡器23以及将其余的感测元件与振荡器 断开。可以根据预定的顺序来执行选择性地使能、开关或连接。可选择地，读取器装置可以 向其上感测元件42-1、42-2、42-Ν被打开的发射应答器发送指令。例如，逻辑器26可以接收 来自读取器的选择命令并相应地控制选择器44。
[0053]图5A和图5B示出根据本发明的示例性实施例的用于RF ID传感器的通信原理。在图 5A和图5B中，f 和f QSC分别表示载波频率和振荡频率。使用从读取器11发射的RF (射频)CW (载波）信号来激励RFID传感器。首先，通过整流器22(诸如图4B中的整流器22)将RF信号转 换为DC电压。经整流的电压为振荡器23加电，振荡器23在其输出端产生低频正弦波f QSC。最 后，振荡信号fosc被馈送至调制器24,以实现背向散射原理。调制器24基于天线与整流器21/ 调制器24之间的匹配来调制信号并将其返回至天线21。结果，在从传感器反射的信号中，存 在边带fof-fosc和fcw+fosc。边带从载波fcrf扁移了振荡频率fosc。
[0054]为了说明的目的，仅通过以下主要部件对本发明的示例性实施例进行描述:天线 21、整流器22、LC振荡器23、调制器24和感测元件42,如图6所示。与具有合适的匹配电路的 整流器22匹配的天线21对本领域技术人员而言是公知的。此外，在天线21与整流器22之间 可能有高通滤波器51，在整流器21的DC输出端与低频振荡器23的输入端之间可能有低通滤 波器52,以及在振荡器23的输出端与调制器24的输入端之间可能有带通滤波器53。
[0055]被动RFID传感器50通常从读取器装置11的询问信号收集其操作所需的所有能量。 然而，也可以将其它能量收集器附连到所提出的传感器装置以实现增加的读出范围。可能 的能量收集器包括光电池和太阳能电池、热电偶、振动能量收集器、风力涡轮机(也在微观 层面)和声学收集器。读取器装置11用连续波(CW)照射标签，且RFID传感器利用电压整流器 22来产生操作所需的电源电压V DC。在小信号条件下，其中RFID传感器经常在大距离下操作， 整流器的效率与峰值AC电压成比例。整流器22可以基于非线性元件，诸如二极管D1，并且其 用于将AC电压转换为DC。最简单的整流器可以包含零偏置肖特基二极管D1。天线21可以通 过高通滤波器51(诸如隔直电容)与整流二极管D1隔离，且振荡器23可以通过低通滤波器52 (诸如RF扼流圈）在RF与天线21和整流器22隔离，以防止RF能量在DC负载中（即在振荡器23 中）消散。
[0056]如前所讨论的，传感器利用调制背向散射原理进行通信。在示例性实施例中，调制 的背向散射可以通过将振荡器输出fosc施加到整流器22来实现。换言之，整流二极管D1还被 用作调制器24的一部分。在调制器24中，整流二极管D1被用作混频器。带通滤波器63(诸如 RF扼流圈）允许振荡器频率fosdl过并停止其它频率。振荡信号fQSC调制整流二极管D1的RF 阻抗。在振荡频率f CISC下的电压与原输入频率fCT混合，在和(fcw+f CISC)和差(fcw-f CISC)频率处 产生信号。因此，在从传感器50反射的信号中存在边带。例如，由RFID传感器反射的功率取 决于二极管参数、RFID传感器输入功率(Vdc)、振荡器输出电压Vosc和天线21的内部电阻。 [0057]当被用在被动无线传感器中时，振荡器23必须产生大输出电压并且其功耗必须 小。RFID传感器50的功耗主要发生在振荡器电路23中以产生振荡器输出电压，传感器读出 距离取决于该振荡器输出电压。因此，通过设计能够以超低电源电压工作的振荡器，可以使 RFID传感器50的功耗任意小。此外，RFID传感器50的较大读出距离可以通过产生大振荡器 输出电压来实现。前面的分析是在假设传感器未配备有数字1C电子器件的情况下进行的。 当包括有数字电子器件时，由于数字电路的功耗，读出距离可被限制。
[0058]振荡器电路23可以利用各种振荡器拓扑来实现。经典的振荡器拓扑的示例包括考 毕兹振荡器、迈斯纳振荡器、阿姆斯特朗振荡器和哈特莱振荡器。考毕兹振荡器也许是历史 上使用最广泛的振荡器，因为其广泛用于高达100MHz的商业信号产生器并且还因为其很容 易实现。在示例性实施例中，简单的考毕兹振荡器拓扑已经被选择用于说明而不是旨在将 本发明限制于此振荡器拓扑。
[0059]参照图6,示例性振荡器23可以通过低电压考毕兹振荡器来实现。示例性振荡器电 路包含共栅放大器，其包括晶体管M1、由电容器C1和C2组成的电容分压器以及反馈电感器 Ll〇
[0060] 振荡器的功耗很大程度上取决于半导体制造工艺和晶体管技术类型。常用工艺是 硅(Si)、砷化镓(GaAs)和硅锗(SiGe)。所使用的典型技术是双极结型晶体管(BJT)、场效应 晶体管(FET)和异质结双极晶体管(HBT)。振荡器的功耗还取决于晶体管的偏置电路和阈值 电压。金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)是一种类型的场效应晶体管(FET)。与BJT 相比，M0SFET可以被做得相当小，并且其操作需要较低功率。因此，在示例性实施例中，可以 使用具有非常低的阈值电压的M0SFET晶体管Ml (诸如ALD800)。
[0061] 为了超低压操作，M0SFET晶体管Ml的控制端子直接连接到电源电压VDC，漏极端子 经由反馈电感器L1连接到电源电压V DC，并且源极端子经由串联连接的电感器L2和偏压电阻 Rblas接地。感测元件42可以在振荡器的输出端处提供负载电阻Rl。所需的反馈可以通过由在 漏极端子与地之间串联连接的电容器C1和C2形成的电容分压器来实现。C1与C2之间的中间 节点连接到源极端子并且提供振荡器的输出。电容分压器C1-C2确定振荡器电压V DC与VQSC之 间的比。
[0062] 可以将等效电容Ceq和电容分配比η。写为
[0065]图7通过下表1所列出的参数值以及产生100kHz下信号的目的来示出振荡输出电 压随着输入供电电压而改变。振荡器需要4mV的最小电源电压来启动振荡，这使得该振荡适 于用在被动无线传感器中。
[0066]表1.在振荡器仿真中使用的参数 反馈电感器 偏置电感器 L2=10mH 电容器 Ci = 3JnF
[0067] 电容器 C2=i6nF 负载电阻 Κ).5ΜΩ 反馈电阻 Rbias = 50Q
[0068] 在振荡器的设计过程中，一些关键特征已经被实现，这些关键特征可以在设计振 荡器时予以考虑。可以通过减小电容分压器比以及增大反馈电感器的品质因数(Q)使振荡 器的功耗任意低。研究发现，整流的DC电压取决于二极管参数、输入功率和负载阻抗。振荡 器输出电压取决于整流的DC电压、振荡电路拓扑、以及谐振器的品质因数和特征阻抗。此 外，可以通过减小电容分压器比率来使振荡器的功耗任意小。另外，传感器的调制反射功率 取决于混频器二极管参数、传感器的输入功率和振荡器的输出电压。
[0069]对于本领域技术人员来讲将明显的是，本发明构思可以以不同的显然替代方式来 实施。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可以在权利要求书的范围内进行改 变。
【主权项】
1. 一种被动无线发射应答器，包括：用于利用背向散射原理进行通信以提供射频识别 (RFID)特征的天线、整流器、振荡器和调制器；以及用于感测预定变量的感测元件，其中所 述振荡器基于谐振器，并且所述感测元件连接到所述振荡器，并且从所述振荡器输出的调 制频率被布置为取决于所述预定变量的感测值。2. 根据权利要求1所述的被动无线发射应答器，其中所述感测元件还包括用于诸如识 别和防碰撞的射频识别(RFID)特征的控制逻辑器和/或存储器。3. 根据权利要求1或2所述的被动无线发射应答器，其中所述发射应答器的主要部分利 用集成电路技术来实现，并且其中所述感测元件是外部组件。4. 根据权利要求1到3中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述发射应答器包括 多个感测元件，选择性地每次使能一个感测元件以加载所述振荡器，使得从所述振荡器输 出的所述调制频率取决于所使能的感测元件的预定变量的感测值。5. 根据权利要求4所述的被动无线发射应答器，其中所述发射应答器包括选择装置，该 选择装置被布置为根据预定顺序或者根据从读取器装置接收到的指令选择性地使能所述 多个感测元件中的一个并且禁用其余的感测元件。6. 根据权利要求1到5中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述发射应答器的主 要部分利用集成电路技术来实现，并且其中所述振荡器的至少一部分包括外部组件，诸如 外部谐振器。7. 根据权利要求1到6中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述发射应答器的主 要部分利用集成电路技术来实现，并且其中所述感测元件和所述振荡器的谐振器部分利用 谐振传感器或MEMS谐振传感器来实现。8. 根据权利要求1到7中任一项所述的被动无线发射应答器，其中基于谐振器的所述振 荡器包括LC振荡器、RLC振荡器、晶体振荡器以及基于MEMS(微机电系统）谐振器、SAW(表面 声波)谐振器或BAW(体声波)谐振器的振荡器中的一个。9. 根据权利要求1到8中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述振荡器是考毕兹 振荡器、迈斯纳振荡器、阿姆斯特朗振荡器和哈特莱振荡器中的一个。10. 根据权利要求1到9中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述振荡器是包括 有源放大装置、电容分压器和反馈电感的考毕兹LC或RLC振荡器。11. 根据权利要求10所述的被动无线发射应答器，其中从所述LC或RLC振荡器输出的所 述调制频率的电压电平取决于所述电容分压器的电容分压器比。12. 根据权利要求1到11中任一项所述的被动无线发射应答器，包括所述天线与所述整 流器之间的高通滤波器、所述整流器的DC输出端与所述振荡器的输入端之间的低通滤波器 以及所述振荡器的输出端与所述调制器的输入端之间的带通滤波器中的一个或多个。13. 根据权利要求1到12中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所述整流器包括整 流二极管D1，并且其中所述整流二极管还提供所述调制器的混频器。14. 根据权利要求1到12中任一项所述的被动无线发射应答器，其中所调制的背向散射 信号包括从询问频率偏移振荡频率的边带，所述振荡频率取决于所述预定变量的感测值。15. -种系统，包括RFID读取器以及根据权利要求1到14中任一项所述的至少一个被动 无线发射应答器。
【文档编号】H04B1/59GK106031049SQ201380081913
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2013年12月30日
【发明人】V·维卡里
【申请人】美卓流体控制有限公司