本發(fā)明屬于射頻識別（radio?frequency?identification,?rfid），具體是指在集成有溫度傳感器的無源被動式射頻識別標簽內(nèi)，通過補償無源溫度傳感器芯片中熱力效應(yīng)的影響，以提高溫度傳感器測溫準確度的方法，以及實現(xiàn)所述方法的電路。

背景技術(shù)：

1、隨著智能化物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，基礎(chǔ)的無源射頻識別技術(shù)與超低功耗傳感器技術(shù)結(jié)合，給畜牧養(yǎng)殖、生物制藥和寵物健康領(lǐng)域引入了新的應(yīng)用。超低功耗溫度傳感器被集成到rfid芯片內(nèi)，在提供id號的同時，也將測量所得到的溫度信息以數(shù)字碼流的形式發(fā)送到rfid數(shù)據(jù)讀取設(shè)備上。

2、rfid溫度傳感器標簽芯片是在rfid所需要的射頻通訊前端、邏輯控制和存儲等模塊部件的基礎(chǔ)架構(gòu)上延伸到溫度測量以及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器部分而成，如圖1的結(jié)構(gòu)框架圖所示。

3、其中，虛線框內(nèi)部為rfid溫度傳感標簽芯片，其只需要一個外接線圈即可工作，而無需外置電池供電。虛線框的左半部分為rfid基礎(chǔ)功能部分，右半虛線框為延伸出的溫度傳感器部分。圖中的結(jié)構(gòu)粗略地展示了芯片內(nèi)部幾個功能模塊之間的電源供電連接以及信號的輸入輸出關(guān)系，并特別地，以粗箭頭的形式標示了代表溫度測量的數(shù)字代碼的信號傳輸過程。作為一個無源被動式rfid標簽，芯片的外部天線通過與芯片內(nèi)部的諧振電路諧振而獲取特定頻率的電磁場能量，該能量繼而被整流電路處理，將交變電流轉(zhuǎn)換為可以作為電源供電的直流電流，在整流輸出端輸出；整流輸出的電源經(jīng)過進一步的穩(wěn)壓模塊而產(chǎn)生更加穩(wěn)定的直流電壓，作為芯片其他部分的電源用；時鐘模塊從天線上的振蕩信號中提取入射的電磁場載波信號頻率而轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€芯片工作所需要的同步時鐘信號；命令解調(diào)模塊從天線上的幅度調(diào)制波形中提取由讀卡器下發(fā)至標簽的命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成二進制邏輯代碼供給邏輯控制模塊做進一步處理；上行調(diào)制模塊受邏輯控制模塊驅(qū)動，將rfid標簽芯片所要反饋至讀卡器設(shè)備的數(shù)字碼以幅度調(diào)制或者頻率調(diào)制的方式發(fā)送至天線上，通過空中接口完成與讀卡器的通訊過程；在上述體系架構(gòu)中，泄流與限幅模塊主要是起到了對芯片內(nèi)部的器件進行保護的作用，以免天線上過高的能量產(chǎn)生高壓而擊穿內(nèi)部半導(dǎo)體器件。當能量過高時，泄流與限幅模塊提供一條泄放電流到地的泄流通道，以此降低天線上的振蕩信號幅度，從而起到保護作用。

4、泄流與限幅模塊中的泄流通路對于無源被動式射頻識別標簽芯片的來說是具有非常鮮明的獨特性的，在別的電路系統(tǒng)里面幾乎很少使用到泄流通路這一電路模塊。這是因為無源被動式的射頻識別標簽芯片是由外接電磁場能量供電的，而電磁場的強弱情況又與該標簽芯片相對于讀寫器設(shè)備的距離有關(guān)，所以在各個不同的應(yīng)用場景下，標簽芯片接收到的能量水平不同，并且具有較大的差異。從芯片內(nèi)部器件有限的耐壓的特性角度，一個可靠性的泄流通路是必不可少的，而且泄流通路開啟的程度也是一個變量，是根據(jù)當前的場能量而變化可調(diào)的。

5、作為相對獨立的部分，溫度測量模塊受前述整流輸出的電源供電，獲得與溫度呈線性相關(guān)的電學物理量，繼而進行從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，得到代表溫度信息的二進制代碼，并且通過調(diào)制模塊和天線發(fā)送到讀卡器設(shè)備。與工業(yè)控制領(lǐng)域的溫度傳感不同，測量動物體溫的傳感器需要達到+/-0.1攝氏度以內(nèi)的精確度，以滿足牲畜養(yǎng)殖、生物制藥研發(fā)、以及家庭寵物健康領(lǐng)域的應(yīng)用。這個需求給rfid芯片設(shè)計帶來諸多的挑戰(zhàn)和技術(shù)創(chuàng)新的題材。比如，專利技術(shù)cn109186790b，即《一種提高半導(dǎo)體溫度傳感器測量精度的方法》從測量參數(shù)校準的角度來解決精度的問題；專利技術(shù)cn109766980b，即《一種改進溫度傳感器無源射頻識別標簽?zāi)芰渴占碾娐芳胺椒ā窂母纳茻o源標簽?zāi)芰渴占慕嵌纫垣@得性能更優(yōu)越的對溫度信號進行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換；專利技術(shù)cn102840925b，即《一種溫度測量與校準電路及無源射頻識別標簽以及溫度測量方法》提出了芯片內(nèi)部進行溫度物理量測量以及放大的電路實現(xiàn)方法；專利技術(shù)cn103837243b，即《時間域集成溫度傳感器》提出了一種消除從模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的量化過程與讀卡器時鐘周期參數(shù)相關(guān)性的技術(shù)，從而獲得了溫度測量在批量傳感器產(chǎn)品中的一致性，等等。

6、通過對現(xiàn)有技術(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)無源射頻識別玻璃管工作時需要從天線上通過諧振接收電磁場能量，接收的能量強弱與玻璃管標簽相距于讀卡器設(shè)備的距離相關(guān)，也就是和自身所處的環(huán)境的電磁場能量強弱相關(guān)。該交變能量被轉(zhuǎn)換為直流電流，給芯片供電，而多余的部分會以泄放電流的形式通過泄流通道流入標簽芯片的襯底，即地線。這部分多余的電流最后以熱量的形式散發(fā)到芯片周圍，對周圍環(huán)境有著明顯的加熱作用，從而會改變溫度玻璃管標簽所正在測量的環(huán)境溫度。對于精準測量的要求來說，這一影響因素產(chǎn)生的負面效應(yīng)是不可忽略的。

7、?現(xiàn)有的通訊系統(tǒng)，比如手機等具有射頻收發(fā)功能的移動通訊設(shè)備，往往具有對入射射頻信號功率進行衡量并做出自適應(yīng)性調(diào)整的電路。該部分電路在現(xiàn)有技術(shù)中往往被稱作rssi模塊，即received?signal?strength?indicator模塊。從原理上講，這種模塊在現(xiàn)有技術(shù)中無一例外地都是通過對入射射頻信號功率的直接測量，比如天線獲取的振蕩信號電壓幅度高低而產(chǎn)生的信號，經(jīng)過復(fù)雜的系統(tǒng)通信信道補償算法之后得到一個控制可變增益放大器的控制電壓，來調(diào)整接收鏈路中的增益值，以獲得滿意的接收效果。這部分電路沒有采用或者披露過本技術(shù)技術(shù)中對射頻識別芯片的整流輸出之后的泄流通路進行采樣和量化的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種補償無源溫度傳感器芯片中熱力效應(yīng)影響的方法和電路，對射頻識別標簽溫度傳感器泄放電荷的物理量進行采樣并量化成為二進制代碼，然后對二進制代碼進行補償，從而提高溫度傳感器的測溫準確度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，一種補償無源溫度傳感器芯片中熱力效應(yīng)影響的方法，所述方法包括芯片的外部天線通過與芯片內(nèi)部的諧振電路諧振而獲取特定頻率電磁場能量的步驟，所述電磁場能量被整流電路轉(zhuǎn)換為直流電流的步驟，所述直流電流一部分經(jīng)過穩(wěn)壓模塊而產(chǎn)生更加穩(wěn)定的直流電壓并作為電源輸入至芯片各模塊，直流電流的另一部分經(jīng)過泄流通路模塊泄放至地線端，所述方法還包括以下步驟：

3、s1,對所述泄流通路模塊中流過的泄放電荷的物理量進行采樣，所述泄放電荷的物理量為泄放電荷形成的泄放電流經(jīng)過鏡像后流過一個負載支路所形成的電壓量樣本，或者為泄放電荷形成的泄放電流按一系列的比例鏡像復(fù)制而得到的電流量樣本二者其一；

4、s2,將上述采樣的泄放電荷的物理量輸入至量化模塊中進行量化處理；

5、s3,將上述量化處理產(chǎn)生的二進制碼流輸入至算法模塊中進行算法處理；

6、s4,根據(jù)上述經(jīng)過算法處理后得到與該二進制碼流對應(yīng)的溫度差值，將該溫度差值從溫度傳感器所測量的溫度值中減除，即得到經(jīng)過補償熱力效應(yīng)影響后的準確溫度值。

7、進一步的，所述步驟s1中泄放電荷的物理量為電壓量樣本時，所述步驟s2中量化處理的方法為將泄放電荷形成的泄放電流按比例采樣并鏡像復(fù)制為樣本電流之后，使樣本電流流過一個電阻串組成的負載支路得到的電壓量樣本vx，所述電壓量樣本vx輸入到下一級n比特的量化模塊中進行量化處理，由量化模塊輸出n位的補償熱力效應(yīng)的二進制碼流。

8、或者是，所述步驟s1中泄放電荷的物理量為電流量樣本時，所述步驟s2中量化處理的方法為將采樣后的電流量樣本分成n個m/2n整數(shù)倍數(shù)的量化電流，將不同的量化電流分別與n個對應(yīng)的基礎(chǔ)參考電流進行比較，從而并列地得出n位的補償熱力效應(yīng)的二進制碼流。

9、本發(fā)明同時還提供了一種補償無源溫度傳感器芯片中熱力效應(yīng)影響的電路，?包括諧振與整流電路，整流電路輸出端連接至電源穩(wěn)壓模塊和泄流通路模塊，所述電源穩(wěn)壓模塊分別連接至時鐘模塊，命令解調(diào)模塊，上行調(diào)制模塊以及邏輯控制模塊，存儲陣列模塊，溫度測量模塊和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，所述泄流通路模塊連接至泄放電荷采樣模塊，泄放電荷采樣模塊輸出端連接至量化模塊，所述量化模塊將泄放電荷采樣模塊所采樣的泄放電荷的物理量輸入至量化模塊中進行量化處理，生成代表溫度量的二進制碼流，所述二進制碼流輸入至算法模塊中進行算法處理，得到所述二進制碼流對應(yīng)的溫度差值，將該溫度差值從溫度傳感器所測量的溫度值中減除，即得到經(jīng)過補償熱力效應(yīng)影響后的準確溫度值;

10、所述泄放電荷的物理量為泄放電荷形成的泄放電流經(jīng)過鏡像后流過一個負載支路所形成的電壓量樣本，或者為泄放電荷形成的泄放電流按一系列的比例鏡像復(fù)制而得到的電流量樣本二者其一。

11、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案還進一步的包括，當泄放電荷的物理量為電壓量樣本時，所述量化模塊包括第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2，第一n型mos管nm1和電阻型負載支路，

12、所述第一p型mos管pm1和第二p型mos管pm2柵極和源極均互相連接，相連的源極連接于所述整流電路輸出端，第一p型mos管pm1柵極與其漏極短接構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，其漏極連接至第一n型mos管nm1漏極端形成泄流通路，所述第一n型mos管nm1柵極端連接至泄流控制開關(guān)信號單元輸出端，在泄流控制開關(guān)信號的控制下，導(dǎo)通所述泄流通路將多余電荷泄放至地線端，第二p型mos管pm2漏極將按比例采樣并鏡像復(fù)制的電流量樣本輸出至所述電阻型負載支路的輸入端，并由電阻型負載轉(zhuǎn)換得到電壓量樣本。

13、或者是，當泄放電荷的物理量為電流量樣本時，所述量化模塊包括鏡像電流源支路陣列，第二n型mos管nm2，第三n型mos管nm3，以及n路電流比較器，

14、所述鏡像電流源支路陣列連接于整流電路輸出端，將泄放電流idump鏡像為n路支路電流i0，且i0=(m/2n)*idump,m<1,n個n型mos管并聯(lián)連接于整流電路輸出端與地線端之間，構(gòu)成n路電流比較器，

15、第二n型mos管nm2漏極端連接至所述整流電路輸出端，柵極端連接至泄流控制開關(guān)信號單元輸出端，在泄流控制開關(guān)信號的控制下，導(dǎo)通所述泄流通路將多余電荷泄放至地線端，

16、第三n型mos管nm3漏極端連接至參考電流輸出端，源極端接地，其柵極和漏極連接至偏置電壓，在偏置電壓的作用下將參考電流iunit鏡像復(fù)制至所述n個n型mos管的源極和漏極之間形成的溝道中，分別與n個n型mos管的漏極端輸入的采樣電流進行比較，所述采樣電流分別取值為支路電流i0的20倍至2n-1倍，各n型mos管分別將其漏極端的采樣電流和柵極端的參考電流iunit進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果分別輸出一位二進制代碼，n路電流比較器分別輸出的多個二進制代碼組成n位的代表溫度傳感器自身泄流而產(chǎn)生的熱力效應(yīng)的二進制碼流。

17、又或者是，當泄放電荷的物理量為電流量樣本時，所述量化模塊包括鏡像電流源支路陣列，第二n型mos管nm2，第三n型mos管nm3，第四n型mos管nm4和n路開關(guān)器件組，

18、所述鏡像電流源支路陣列連接于整流電路輸出端，將泄放電流idump鏡像為n路支路電流i0，且i0=(m/2n)*idump,m<1，n路受計數(shù)器控制的開關(guān)器件組并聯(lián)連接于整流電路輸出端與第四n型mos管nm4的漏極端之間，構(gòu)成電流比較器，

19、第二n型mos管nm2漏極端連接至所述整流電路輸出端，柵極端連接至泄流控制開關(guān)信號單元輸出端，在泄流控制開關(guān)信號的控制下，導(dǎo)通所述泄流通路將多余電荷泄放至地線端，

20、第三n型mos管nm3漏極端連接至參考電流輸出端，源極端接地，其柵極和漏極連接而使參考電流iunit在第三n型mos管nm3柵極上產(chǎn)生偏置電壓，在偏置電壓的作用下將參考電流iunit與第四n型mos管nm4漏極端輸入的采樣電流進行比較，所述采樣電流分別取值為支路電流i0的20倍至2n-1倍，所述計數(shù)器控制開關(guān)器件組中的開關(guān)器件依次導(dǎo)通，將該路采樣電流和參考電流iunit進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出一位二進制代碼，計數(shù)器再切換不同的開關(guān)器件導(dǎo)通，再次輸出一位二進制代碼，如此反復(fù)，多次輸出的二進制代碼組成n位的代表溫度傳感器自身泄流而產(chǎn)生的熱力效應(yīng)的二進制碼流。

21、本發(fā)明針對無源被動式射頻識別溫度傳感器標簽芯片產(chǎn)品所面臨的熱力效應(yīng)帶來的溫差的影響提出了一個完整的補償技術(shù)，分別以泄放電荷所產(chǎn)生的電壓量樣本和泄放電荷形成的電流量樣本為處理信號，通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊量化和電流比較器量化的電路實施技術(shù)，用硬件加軟件協(xié)同的實施方案，從根本上解決了熱力效應(yīng)帶來的溫差的影響，使得無源被動式射頻識別溫度傳感器標簽的測量精準度有了可靠的保證，極大地提高了批量成品率，具有顯著的經(jīng)濟價值。