相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本非臨時(shí)申請(qǐng)是2009年4月7日提交的美國專利申請(qǐng)12/419,326的部分延續(xù)申請(qǐng)，該美國專利申請(qǐng)12/419,326是2008年3月14日提交的美國專利申請(qǐng)12/075,858的部分延續(xù)申請(qǐng)，該美國專利申請(qǐng)12/075,858要求2007年3月15日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)60/918,164的優(yōu)先權(quán)，其中，在此通過引用包含各個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及對(duì)無源無線傳感器進(jìn)行讀取，尤其涉及用于激勵(lì)和感測(cè)來自無源無線讀取器的數(shù)據(jù)的讀取器電路和方法。

背景技術(shù)：

已知有采用諧振電路技術(shù)的無源無線傳感器系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用無源無線傳感器與激勵(lì)和讀取器電路進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。經(jīng)常將該無線傳感器植入諸如人體內(nèi)等的特定位置處，以檢測(cè)和報(bào)告感測(cè)參數(shù)。該感測(cè)參數(shù)使無線傳感器的諧振電路頻率改變。讀取器裝置對(duì)無線傳感器的諧振頻率進(jìn)行采樣以確定該感測(cè)參數(shù)。

早期，研究員Haynes(H.E.Haynes和A.L.Witchey,“Medical electronics,the pill that‘talks’”,RCA Engineer,vol 5,pp.52-54.1960)公開了包含無線壓力傳感器的可吞服藥片，其中，大型讀取器裝置圍繞被檢者的身體并且利用鑒別器電路測(cè)量頻率。Nagumo(J.Nagumo,A.Uchiyama,S.Kimoto,T.Watanuki,M.Hori,K.Suma,A.Ouchi,M.Kumano和H.Watanabe,“Echo capsule for medical use(a batteryless radioendosonde)”,IRE Transactions on Bio-Medical Electronics,vol.BME-9,pp.195-199,1962)公開了類似的系統(tǒng)，其中，傳感器包括用以在諧振期間對(duì)該傳感器供電的能量存儲(chǔ)電容器。

Bullara的美國專利4,127,110公開了用于測(cè)量腦液壓的傳感器。Cosman的美國專利4,206,762公開了用于測(cè)量顱內(nèi)壓的類似傳感器。具體地，Cosman的專利描述了將柵陷式系統(tǒng)用于無線測(cè)量傳感器的諧振頻率。

現(xiàn)有專利也已描述了對(duì)無源無線傳感器進(jìn)行讀取的幾種方法。例如，Cosman的專利公開了使用植入式傳感器進(jìn)行調(diào)諧的外部振蕩器電路以及用于進(jìn)行傳感器諧振頻率的測(cè)量的柵陷式測(cè)量系統(tǒng)。Kensey等人的美國專利6,015,386公開了如下的讀取器，其中，該讀取器通過發(fā)送掃頻來激勵(lì)無源傳感器，并對(duì)該發(fā)送信號(hào)使用相位檢測(cè)器以識(shí)別該掃頻期間所發(fā)送的頻率與該傳感器的諧振頻率一致的點(diǎn)。Spillman等人的美國專利6,206,835公開了針對(duì)在Spillman等人的美國專利5,581,248中公開的讀取器技術(shù)的醫(yī)療植入應(yīng)用。該讀取器技術(shù)利用傳感器的檢測(cè)參數(shù)來檢測(cè)對(duì)該讀取器的頻率依賴可變阻抗負(fù)載效應(yīng)。Ellis等人的美國專利7,432,723公開了具有供電回路的讀取器，其中，以確保傳感器的帶寬允許進(jìn)行傳感器的諧振激勵(lì)的方式，對(duì)各個(gè)供電回路進(jìn)行調(diào)諧并使供電回路發(fā)送的不同的頻率間隔開。Ellis使用來自合適的供電回路的衰蕩響應(yīng)以確定傳感器諧振頻率。Allen等人的美國專利6,111,520公開了向傳感器發(fā)送“啁啾聲”的白噪聲并檢測(cè)衰蕩響應(yīng)的方法。

一些讀取器利用鎖相環(huán)(“PLL”)電路以鎖定至傳感器的諧振頻率。Joy等人的美國專利7,245,117公開了有源PLL電路和信號(hào)處理電路，其中，該信號(hào)處理電路用于調(diào)整發(fā)送PLL頻率，直到接收信號(hào)相位和發(fā)送PLL信號(hào)相位相匹配為止。當(dāng)發(fā)生該匹配時(shí)，該發(fā)送PLL頻率等于傳感器諧振頻率。

PLL電路可以包含用于對(duì)輸入頻率進(jìn)行采樣并保持PLL處于給定頻率的采樣保持(S/H)功能。具有S/H的PLL可用于各種應(yīng)用。例如，Genest的美國專利4,531,526公開了如下的讀取器，其中，該讀取器使用具有S/H電路的PLL電路，以將該讀取器的發(fā)送頻率調(diào)整為與從傳感器接收到的諧振頻率相匹配。該操作是為了使針對(duì)下一發(fā)送的傳感器響應(yīng)最大化所進(jìn)行的，并且測(cè)量傳感器諧振幅度的衰減率以提取感測(cè)參數(shù)值。Buchan的美國專利4,644,420描述了如下的具有S/H的PLL，其中，該P(yáng)LL用于對(duì)磁帶數(shù)據(jù)流進(jìn)行采樣并維持適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率以評(píng)價(jià)該磁帶上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)脈沖。Buchan等人的美國專利5,006,819提供了這一概念的附加改進(jìn)。Denny的美國專利5,920,233描述了一種高速采樣技術(shù)，其中，該技術(shù)使用具有PLL的S/H電路，以降低來自相位頻率檢測(cè)器的電荷泵噪聲，從而增強(qiáng)頻率合成電路的低抖動(dòng)性能。Charavit等人的美國專利4,511,858公開了如下的具有S/H電路的PLL，其中，該P(yáng)LL用于當(dāng)正在改變PLL鎖定頻率時(shí)預(yù)先確定電壓控制振蕩器的控制電壓的位置。這是為了在改變期望合成頻率時(shí)提高PLL的響應(yīng)速度而進(jìn)行的。Fischer的美國專利6,570,457和Fischer等人的美國專利6,680,654公開了用于提高PLL頻率步進(jìn)以及偏移校正特征的具有S/H電路的PLL。Fuller等人的美國專利3,872,455公開了如下的具有數(shù)字S/H的PLL，其中，該P(yáng)LL用于在檢測(cè)到PLL相位鎖定時(shí)凍結(jié)頻率顯示并預(yù)載頻率計(jì)數(shù)器。

還已發(fā)現(xiàn)了用于實(shí)現(xiàn)直接信號(hào)采樣和頻率分析技術(shù)的讀取器。一個(gè)例子是Eggers等人的美國專利7,048,756，其中，使用具有居里溫度以在溫度閾值處示出響應(yīng)變化的諧振傳感器來測(cè)量體內(nèi)溫度。

此外，已知有使用數(shù)字信號(hào)分析以提高性能和響應(yīng)的讀取器。Miller等人的美國專利7,466,120描述了使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來評(píng)價(jià)利用頻率脈沖已激勵(lì)的無源血壓傳感器的響應(yīng)，然后針對(duì)相對(duì)相位延遲評(píng)價(jià)來自三頻激勵(lì)的響應(yīng)信號(hào)。

目前的諸如上述等的無源傳感器讀取器的設(shè)計(jì)存在多個(gè)缺陷。早期的Haynes和Nagumo的“脈沖回波振鈴系統(tǒng)”需要大型的高功率讀取器裝置。另外，Collins(C.Collins,“Miniature Passive Pressure Transensor for Implanting in the Eye”,IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering,vol BME-14,no.2,April 1967)公開了這些系統(tǒng)由于在測(cè)量短暫的振鈴信號(hào)頻率方面存在困難而發(fā)生不精確和分辨率差，從而導(dǎo)致這些系統(tǒng)被各種掃頻方法取代。

與Cosman、Kensey、Ellis和Spillman的專利所述的技術(shù)以及Allen所描述的脈沖方法類似的掃頻傳感器讀取器需要管制無線電傳輸?shù)恼畽C(jī)構(gòu)允許相對(duì)寬的帶寬。這就限制了頻譜的其它使用并使干擾成為潛在的問題。諸如Genest、Ellis和Joy等的用于利用變頻發(fā)射器追蹤無源諧振傳感器的諧振頻率的讀取器也存在類似的問題。掃頻方法和/或數(shù)字追蹤方法所需的附加電路極大，從而使讀取器大小、成本和故障率增加。此外，使用數(shù)字控制的頻率追蹤或掃頻系統(tǒng)來發(fā)送、信號(hào)處理、采樣和追蹤傳感器的諧振頻率所需的電力量極大，并且限制了在讀取器中使用電池電力的能力，并限制了電池供電的讀取器內(nèi)的電池的壽命。因此，本領(lǐng)域需要改進(jìn)了的無源傳感器和讀取器系統(tǒng)。

附圖說明

結(jié)合以下附圖來進(jìn)行詳細(xì)說明：

圖1是無源無線傳感器系統(tǒng)的框圖；

圖2是示出從傳感器獲取讀數(shù)的處理的流程圖；

圖3是定性示出傳感器和讀取器之間的信號(hào)交換的頻率特性的圖；

圖4A、4B和4C是定性示出讀數(shù)獲取期間傳感器和讀取器之間的信號(hào)交換的頻率特性的三個(gè)連續(xù)圖；

圖5是擴(kuò)大為包括外部數(shù)據(jù)接口功能和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理功能的圖1的無源無線傳感器系統(tǒng)的框圖；

圖6是增加了中間天線的圖1的無源無線傳感器系統(tǒng)的框圖；

圖7是讀取器內(nèi)部電路的頂層框圖；

圖8是讀取器電路的定時(shí)和控制部的框圖；

圖9是讀取器電路的發(fā)送部的框圖；

圖10是讀取器電路的接收部的框圖；

圖11是讀取器電路的鎖相環(huán)部的框圖；

圖12是讀取器電路的頻率計(jì)數(shù)器部的框圖；

圖13是具有用于實(shí)現(xiàn)采樣和保持的數(shù)字采樣定時(shí)器和生成功能的圖11所示的讀取器電路的鎖相環(huán)部的替代實(shí)施例的框圖；

圖14是示出圖7的讀取器內(nèi)部電路的替代實(shí)施例的框圖，其中，利用數(shù)字采樣電路和頻譜分析電路替換PLL和頻率計(jì)數(shù)器；

圖15是示出圖8的定時(shí)和控制電路的替代實(shí)施例的框圖，其中，利用數(shù)字采樣定時(shí)器和頻譜分析定時(shí)器分別替換PLL定時(shí)器和頻譜計(jì)數(shù)器定時(shí)器；

圖16是圖14的數(shù)字采樣電路塊的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的框圖；以及

圖17是圖14的頻譜分析電路塊的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的框圖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了讀取器裝置以與無線傳感器相連接，其中，該無線傳感器的諧振頻率與感測(cè)參數(shù)成比例地改變。讀取器發(fā)送固定頻率的短脈沖能量，以使無線傳感器緊挨在該發(fā)送結(jié)束之后以等于或接近其諧振頻率的頻率振鈴。讀取器接收和放大傳感器振鈴信號(hào)，并測(cè)量其頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，讀取器通過向鎖定至傳感器振鈴頻率的鎖相環(huán)(“PLL”)發(fā)送該信號(hào)來執(zhí)行該測(cè)量。一旦PLL已鎖定至該振鈴頻率，使PLL的電壓控制振蕩器(“VCO”)置于保持模式以維持VCO頻率處于該鎖定頻率。對(duì)VCO頻率計(jì)數(shù)以確定傳感器諧振頻率?？蛇x地，對(duì)VCO控制電壓本身進(jìn)行采樣，并且基于已知的相關(guān)使用該VCO控制電壓本身來確定傳感器諧振頻率。當(dāng)對(duì)VCO控制電壓進(jìn)行采樣時(shí)，如果電壓采樣足夠快則無需對(duì)VCO頻率進(jìn)行鎖定。還公開了涉及數(shù)字頻譜分析的其它頻率確定方法和系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

提供了無源無線傳感器系統(tǒng)，其中，該無源無線傳感器系統(tǒng)包括與傳感器12進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的讀取器10。讀取器10能夠通過以等于或接近傳感器12的諧振頻率的頻率發(fā)送諸如射頻(“RF”)脈沖等的信號(hào)來激勵(lì)傳感器12(參見圖1)。傳感器12響應(yīng)于來自讀取器10的激勵(lì)脈沖，可以在短時(shí)間段內(nèi)發(fā)出振鈴信號(hào)。

傳感器12可以是本身不包含電源的無源裝置，并且能夠響應(yīng)于等于或接近傳感器12的諧振頻率的激勵(lì)信號(hào)14而發(fā)出振鈴信號(hào)16。傳感器12可被配置為感測(cè)特定參數(shù)。例如，傳感器12可以包括固定電感器13和基于感測(cè)參數(shù)而改變的電容器15。不斷變化的電容或電感使傳感器12的諧振頻率改變。然而，應(yīng)當(dāng)理解，傳感器12可以是本領(lǐng)域已知的、能夠與讀取器10進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的任意無線傳感器。此外，盡管將傳感器12描述為RF諧振傳感器，但應(yīng)當(dāng)理解，傳感器12可以是聲學(xué)諧振傳感器、光學(xué)諧振傳感器或本領(lǐng)域已知的其它類似傳感器。讀取器10可以采用相應(yīng)的信號(hào)來激活傳感器12。此外，傳感器12可以是有源傳感器或無源傳感器。

在實(shí)施例中，傳感器12包括至少一個(gè)電感元件13和一個(gè)電容元件15。為了與感測(cè)參數(shù)成比例地改變傳感器12的諧振頻率，電感元件13或電容元件15或者這兩者可被配置為與感測(cè)參數(shù)成比例地改變電感或電容。在圖1所示的示例實(shí)施例中，電容元件15可變并且電感元件13固定。這些組件的典型例子是響應(yīng)于壓力的變化而改變電容的傳感器。這些電容式壓力傳感器在本領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。

在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器12中的至少一個(gè)電感元件13還用作傳感器12用的天線，從而與位于讀取器10上的另一天線26耦合能量。

讀取器10可以通過在傳感器12附近發(fā)送激勵(lì)脈沖14來激勵(lì)傳感器12。例如，該讀取器可以發(fā)出等于或接近傳感器12的諧振頻率的RF激勵(lì)脈沖14。傳感器12可以響應(yīng)于激勵(lì)脈沖14而發(fā)出振鈴信號(hào)16。讀取器10可以確定振鈴信號(hào)16的頻率從而確定感測(cè)參數(shù)值。

圖2是示出在讀取器10從傳感器12獲取讀數(shù)的過程中可能涉及的步驟的示例的流程圖。各步驟可以包括多個(gè)交錯(cuò)的步驟并且這些步驟可以分幾層交錯(cuò)。然而，為了明確讀取器在讀數(shù)獲取期間的操作的序列，僅示出基本的頂層步驟。在初始條件202中，傳感器12已被配置成其諧振頻率與感測(cè)參數(shù)成比例。利用電容傳感器或電感傳感器可以測(cè)量出的感測(cè)參數(shù)的一些例子包括壓力、溫度、加速度、角速度、PH水平、葡萄糖水平、鹽度、粘度、介電常數(shù)、濕度、接近度、電解質(zhì)水平和氧水平。另外，還可以感測(cè)其它已知參數(shù)。

傳感器12配置成遠(yuǎn)離讀取器10。在一個(gè)實(shí)施例中，將傳感器12植入活的人或動(dòng)物體內(nèi)以進(jìn)行生理測(cè)量?？赡艿年P(guān)注位置包括但不限于以下：血管、頭顱、眼睛、膀胱、胃、肺、心臟、肌肉表面、骨面或任何體腔?？梢葬槍?duì)短期的急性期或長(zhǎng)期的慢性期而植入傳感器12。傳感器12可以是獨(dú)立式，或者可以與諸如導(dǎo)管、支架、分流器、濾波器、起搏器、起搏器導(dǎo)線和血管封堵裝置等的其它裝置合并。

傳感器12被設(shè)計(jì)成具有映射到感測(cè)參數(shù)值的范圍的工作頻率范圍220(圖2中未示出)。當(dāng)期望獲取讀數(shù)時(shí)，如圖2的框204一樣，讀取器10可以在傳感器12附近發(fā)送激勵(lì)脈沖14。脈沖14可以是預(yù)定的固定頻率的短暫能量爆發(fā)。可以選擇脈沖14的頻率為等于或接近傳感器12的工作頻率范圍220的中間，并且脈沖14的帶寬可以窄。窄帶寬脈沖的優(yōu)勢(shì)在于不太可能電磁干擾周圍的其它裝置。窄帶寬脈沖的另一優(yōu)勢(shì)在于：通過使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠選擇由關(guān)于電磁頻譜分配的政府或行業(yè)法規(guī)所規(guī)定的嚴(yán)格帶寬內(nèi)的脈沖頻率，允許該系統(tǒng)更容易遵守這些法規(guī)。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖14窄，并且集中于作為由國際電信聯(lián)盟(ITU)分配給商用RF裝置使用的所謂的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段之一的13.56MHz。窄帶寬脈沖的又一優(yōu)勢(shì)在于：與等同的連續(xù)發(fā)送方案相比，可以需要較少的電力，由此使讀取器10更適合電池操作，并且允許使用與更高功率的對(duì)應(yīng)部件相比通常需要較少的散熱的較小組件。最后，在圖2的步驟204中發(fā)送固定頻率的脈沖14的優(yōu)勢(shì)在于：與掃頻方案或連續(xù)發(fā)送方案相比較，讀取器10的發(fā)送電路簡(jiǎn)單。

由于傳感器12鄰近讀取器10，因此進(jìn)行圖2的步驟206。經(jīng)由傳感器12的天線和讀取器10的天線之間的電感耦合利用脈沖14對(duì)傳感器12供電。脈沖14使電流流入傳感器12的天線，從而對(duì)由電容器15和電感器13形成的“LC儲(chǔ)能”電路供電。脈沖14的持續(xù)時(shí)間通常短，并且在步驟208中，讀取器10突然終止脈沖14。存儲(chǔ)在傳感器12的LC儲(chǔ)能電路中的能量立即開始耗散，從而使傳感器12以其諧振頻率進(jìn)行振蕩。由此，傳感器12的天線發(fā)出該頻率的振鈴信號(hào)16。在終止發(fā)送之后，如步驟210一樣，讀取器10必須立即進(jìn)入接收模式，從而檢測(cè)振鈴信號(hào)16并放大振鈴信號(hào)16。

根據(jù)測(cè)量條件，振鈴信號(hào)可能微弱、有噪聲或者持續(xù)時(shí)間短，從而導(dǎo)致不利于頻率測(cè)量期間的精度和分辨率。由于該原因，在步驟212中，讀取器10可以鎖定和保持采樣后的振鈴信號(hào)在足夠的時(shí)間內(nèi)處于恒定頻率和強(qiáng)振幅，以在步驟214中獲取高精度的頻率測(cè)量。

圖3定性示出實(shí)施例中讀取器10和傳感器12在頻域內(nèi)的理想特性。傳感器12在值的預(yù)定作用范圍內(nèi)感測(cè)其關(guān)注物理參數(shù)。傳感器12將該物理參數(shù)范圍映射到相應(yīng)的工作頻率范圍220上。曲線224是當(dāng)傳感器12的諧振頻率是其工作頻率范圍220的最小值時(shí)傳感器12的傳遞函數(shù)。傳感器傳遞函數(shù)224的峰值位于傳感器12的諧振頻率處。隨著感測(cè)參數(shù)在值的作用范圍內(nèi)變化，傳感器傳遞函數(shù)在工作頻率范圍220內(nèi)相應(yīng)地移動(dòng)。因而，根據(jù)感測(cè)到的物理參數(shù)的值，可以使傳感器傳遞函數(shù)以工作頻率范圍220內(nèi)的任意位置為中心。其諧振頻率(傳遞函數(shù)曲線的峰值)與感測(cè)參數(shù)的值相對(duì)應(yīng)。當(dāng)感測(cè)參數(shù)位于其作用范圍的另一斷點(diǎn)時(shí)，傳感器傳遞函數(shù)變?yōu)樽畲箢l率傳感器傳遞函數(shù)222。

圖3中的窄帶函數(shù)14表示圖1所示的激勵(lì)脈沖14。窄帶函數(shù)14的表示為f_xmt的頻率通常固定為等于或接近工作頻率范圍220的中央。脈沖14通常為窄帶寬、持續(xù)時(shí)間短并固定為預(yù)定頻率f_xmt。相對(duì)于必須掃描或改變它們所發(fā)送的頻率的其它讀取器，這些脈沖特性賦予讀取器10以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：電路更加簡(jiǎn)單、控制軟件/固件更加簡(jiǎn)單、整體功耗降低(使得能夠進(jìn)行電池操作)、較低電力(因而較小)組件、內(nèi)部散熱較少、對(duì)來自外部源的電磁干擾的敏感性降低、電磁干擾外部裝置的可能性降低以及遵守政府頻率分配法規(guī)的容易度提高。

圖3所示的另一重要特征是表示讀取器10的最小信號(hào)檢測(cè)閾值226的水平線。在斷開激勵(lì)脈沖14之后，傳感器12耗散其從激勵(lì)脈沖14接收到的能量。在不存在強(qiáng)制性的激勵(lì)脈沖14的情況下，該能量引起傳感器12的諧振頻率的振蕩，從而發(fā)出振鈴信號(hào)16(圖3中未示出)。振鈴信號(hào)16的信號(hào)強(qiáng)度(幅度)是由激勵(lì)脈沖14和傳感器傳遞函數(shù)的交叉所確定的：該振鈴信號(hào)的幅度受到該點(diǎn)處這兩個(gè)函數(shù)的乘積所限制。為了使讀取器10能夠檢測(cè)到和測(cè)量出振鈴信號(hào)16，該乘積在該交點(diǎn)處的幅度必須大于或等于讀取器10的信號(hào)檢測(cè)閾值226。

圖4A、4B和4C提供讀取器10和傳感器12之間的典型信號(hào)交換在頻域內(nèi)的說明性示例。該圖所示的處理與圖2中以流程圖形式所示的處理相同。在圖4A所示的初始條件下，感測(cè)參數(shù)值使得傳感器12的傳遞函數(shù)228以工作頻率范圍220內(nèi)的頻率為中心。注意，與在傳感器12和讀取器10之間傳遞的電子信號(hào)相比，感測(cè)參數(shù)(因而傳遞函數(shù)228)以慢得多的時(shí)標(biāo)改變，因而傳遞函數(shù)228相對(duì)于這些信號(hào)呈準(zhǔn)靜態(tài)。由于感測(cè)參數(shù)相對(duì)于電子信號(hào)呈準(zhǔn)靜態(tài)，因此讀取器10能夠在短的時(shí)間間隔內(nèi)取出多個(gè)樣本并對(duì)這些樣本進(jìn)行平均以獲得更加精確的測(cè)量值。

在圖4B中，讀取器10生成激勵(lì)脈沖14。脈沖14是集中于作為等于或接近工作頻率范圍220的中央的頻率f_xmt的窄帶寬信號(hào)。當(dāng)讀取器10在傳感器12的物理附近生成激勵(lì)脈沖14時(shí)，從讀取器10向傳感器12傳遞能量。在一個(gè)實(shí)施例中，該能量傳遞利用RF頻帶內(nèi)的f_xmt通過電感耦合而發(fā)生。注意讀取器激勵(lì)脈沖14和傳感器傳遞函數(shù)228之間的交點(diǎn)230。該點(diǎn)處這兩個(gè)幅度的乘積將確定振鈴信號(hào)16的幅度。

接著，在圖4C中，讀取器10停止發(fā)送激勵(lì)脈沖14。當(dāng)激勵(lì)能量停止時(shí)，傳感器12從以由于非發(fā)送頻率諧振而發(fā)生相位誤差的發(fā)送頻率的強(qiáng)制性驅(qū)動(dòng)特性轉(zhuǎn)變?yōu)橐约s為曲線228的峰值的、依賴于傳感器及其周圍環(huán)境的諧振頻率的頻率的無源諧振特性。由于傳感器12的電感器內(nèi)的諧振能量，以該諧振頻率在傳感器12周圍生成時(shí)變磁場(chǎng)，其中，讀取器10可以檢測(cè)到該時(shí)變磁場(chǎng)作為以該諧振頻率發(fā)出的信號(hào)。

注意，如果使傳感器12受到使傳遞函數(shù)228向著圖4C的右側(cè)(在f_res的增加方向上)進(jìn)一步移動(dòng)的感測(cè)參數(shù)，則曲線228在點(diǎn)f_xmt處的幅度減小，從而導(dǎo)致交叉水平230也減小。隨著f_res進(jìn)一步增加并且到達(dá)f_max，交叉幅度230等于讀取器10的最小檢測(cè)閾值226。如果傳遞函數(shù)228向著右側(cè)進(jìn)一步移動(dòng)，則f_res超過f_max，并且交叉幅度230降至讀取器10的檢測(cè)閾值226以下。現(xiàn)在，讀取器10不再能夠檢測(cè)到振鈴信號(hào)16，即f_res在系統(tǒng)的工作頻率范圍220外。注意，必須對(duì)傳感器12進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使得其傳遞函數(shù)228具有足夠?qū)挼膸挘栽谡麄€(gè)工作頻率范圍220內(nèi)維持交叉幅度230在讀取器10的檢測(cè)閾值226以上。然而，設(shè)置具有寬的傳遞函數(shù)228的傳感器12通常使傳遞函數(shù)228的峰幅度下降，因此必須在幅度和帶寬之間尋求平衡。通常，根據(jù)圖4A、4B和4C明確可知，讀取器10的檢測(cè)和測(cè)量振鈴信號(hào)16的能力也將依賴于激勵(lì)脈沖14停止之后的振鈴信號(hào)的功率水平，依賴于系統(tǒng)Q，以及依賴于振鈴信號(hào)16的持續(xù)時(shí)間。

說明了圖4A、4B和4C所示的傳遞函數(shù)228、信號(hào)14和16的形狀以及工作范圍220作為例子。在一些實(shí)施例中，傳遞函數(shù)228可能具有不同的特性，并且相對(duì)于處于峰值的f_res可能不對(duì)稱。另外，操作范圍220相對(duì)于作為激勵(lì)脈沖14的頻率的f_xmt可能不對(duì)稱。操作范圍220的不對(duì)稱可能作為傳感器12的特性的結(jié)果而發(fā)生，或者可能有意設(shè)計(jì)了該不對(duì)稱，從而抵消傳遞函數(shù)228、激勵(lì)信號(hào)14或振鈴信號(hào)16的不對(duì)稱。

在替代實(shí)施例中，讀取器10可以發(fā)送不接近傳感器12的工作范圍220的中央的脈沖。在這種情況下，讀取器10發(fā)送頻率與傳感器12的操作范圍220內(nèi)的頻率諧波相關(guān)的脈沖。即，使用由于所發(fā)送的脈沖而產(chǎn)生的高次或低次諧波作為圖4A、4B和4C所示的激勵(lì)脈沖14。

在又一實(shí)施例中，讀取器10可以同時(shí)或在不同的時(shí)刻發(fā)送頻率不同的兩個(gè)以上的激勵(lì)脈沖。這些多個(gè)激勵(lì)脈沖可以激勵(lì)工作頻率范圍220的不同部分?？蛇x地，通過加上或減去這些多個(gè)脈沖的組合或它們的諧波所產(chǎn)生的頻率可以用作圖4A、4B和4C中的激勵(lì)頻率14。激勵(lì)脈沖還可以假定高斯形狀或其它非正弦形狀。

再次參考圖1，讀取器10還可以包含用于將來自傳感器12的振鈴頻率讀數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式、并將這些讀數(shù)存儲(chǔ)在板上存儲(chǔ)器內(nèi)的電路。除來自傳感器12的測(cè)量值以外，讀取器10的存儲(chǔ)器還可以存儲(chǔ)其它相關(guān)數(shù)據(jù)。這些例子包括時(shí)間戳數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)系數(shù)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的固件、固件升級(jí)、零件編號(hào)、序列號(hào)、使用日志、歷史數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)、與傳感器的主機(jī)位置和應(yīng)用有關(guān)的信息以及用戶定義數(shù)據(jù)。

讀取器10還可以包含與頻率數(shù)據(jù)的某方面相對(duì)應(yīng)的諸如顯示畫面、LED或聽覺指示等的人機(jī)界面。此外，讀取器10可以處理其接收到的頻率數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行平均化、濾波、曲線擬合、閾值監(jiān)測(cè)、時(shí)間戳、趨勢(shì)分析和與其它數(shù)據(jù)比較等的這些功能。

如圖5所示，讀取器10還可以與數(shù)據(jù)接口17進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)接口17位于讀取器10外部，并被配置為從讀取器10接收電子信號(hào)并向讀取器10發(fā)送信號(hào)。另外，數(shù)據(jù)接口17可以向讀取器10提供電力，從而例如對(duì)位于讀取器10內(nèi)的電池充電。數(shù)據(jù)接口17的例子包括主計(jì)算機(jī)、擴(kuò)展塢、電話網(wǎng)絡(luò)、蜂窩式電話網(wǎng)絡(luò)、GPS網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)輸入裝置、可聽聲音和顯示畫面。

讀取器10和數(shù)據(jù)接口17可以彼此直接連接或經(jīng)由中間裝置間接連接，或者可以經(jīng)由遠(yuǎn)程連接進(jìn)行通信。讀取器10和數(shù)據(jù)接口17可以設(shè)置在同一殼體內(nèi)。讀取器10和數(shù)據(jù)接口17可以經(jīng)由線纜或通過無線鏈路相連接。讀取器10可以向數(shù)據(jù)接口17發(fā)送信息。例子包括與傳感器12有關(guān)的數(shù)據(jù)、從傳感器12得到的測(cè)量值、時(shí)間戳數(shù)據(jù)、零件編號(hào)、序列號(hào)、固件修改信息、使用日志、診斷數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、與傳感器的主機(jī)位置和應(yīng)用有關(guān)的信息以及用戶定義數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接口17可以向讀取器10提供數(shù)據(jù)和命令。例如，數(shù)據(jù)接口17可以向讀取器10提供與用于對(duì)傳感器12進(jìn)行采樣的進(jìn)度和間隔有關(guān)的信息、校準(zhǔn)系數(shù)或查找表、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的固件、固件升級(jí)、配置設(shè)置、診斷命令、重置、重啟、用戶定義數(shù)據(jù)和用戶發(fā)出命令。

數(shù)據(jù)接口17還可以與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18進(jìn)行通信以交換狀態(tài)信號(hào)和控制信號(hào)并提供傳感器數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18可以包括：數(shù)據(jù)收集模塊19，用于接收來自數(shù)據(jù)接口17的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄模塊20，用于存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)；以及數(shù)據(jù)顯示器21，用于顯示傳感器數(shù)據(jù)。與數(shù)據(jù)接口17相同，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18可以存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，發(fā)出命令，并且分發(fā)這些數(shù)據(jù)和命令，從而允許與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)用戶進(jìn)行通信。與讀取器10和數(shù)據(jù)接口17之間的連接相同，數(shù)據(jù)接口17和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18之間的連接可以經(jīng)由線纜或者可以是無線的。圖5所示的、讀取器10經(jīng)由線纜連接至數(shù)據(jù)接口17并且數(shù)據(jù)接口17無線連接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18的結(jié)構(gòu)是一個(gè)示例實(shí)施例。盡管圖5的例子將數(shù)據(jù)記錄和顯示的功能與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18相關(guān)聯(lián)，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見，還可以利用外部數(shù)據(jù)接口17或讀取器10來執(zhí)行這些功能。

上述的讀取器10、傳感器12和數(shù)據(jù)接口17的系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)遙測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)實(shí)施例中特別有利。在本實(shí)施例中，將傳感器12植入活人內(nèi)，以感測(cè)例如從動(dòng)脈內(nèi)感測(cè)到的血壓的生理參數(shù)。由于通過傳統(tǒng)技術(shù)可以使傳感器12變得非常小，因此傳感器12非常適合該應(yīng)用，并且由于傳感器12是無源傳感器，因此傳感器12不需要最終將耗盡的板上電源?？梢允棺x取器10的部分在實(shí)體上足夠小以進(jìn)行手持，電池供電，熱冷卻，并與其附近的其它電子裝置電磁兼容。這些屬性來源于如上所述的生成窄帶的固定頻率的激勵(lì)脈沖14的簡(jiǎn)單低功率電路。因而，可以將讀取器10舒適地佩戴于人的位于所植入的傳感器12附近的衣服上，從而可以頻繁讀數(shù)并且處理/存儲(chǔ)這些讀數(shù)。用戶可以周期性地、例如每天將讀取器12放置在擴(kuò)展塢形式的數(shù)據(jù)接口17上。數(shù)據(jù)接口17可以包含用于對(duì)讀取器12的電池充電、更新讀取器12的設(shè)置和軟件并下載其數(shù)據(jù)的電路。數(shù)據(jù)接口17還可以經(jīng)由因特網(wǎng)或電話鏈路將該數(shù)據(jù)通信至用戶、以及諸如該用戶的醫(yī)師等的其它關(guān)注者。由于讀取器12所使用的低功率激勵(lì)方案，因此這種系統(tǒng)可以在對(duì)患者造成的麻煩最小的情況下頻繁取得精確的血壓讀數(shù)，并將這些血壓讀數(shù)高效地通信至護(hù)理者。顯然，本實(shí)施例還可應(yīng)用于感測(cè)可以對(duì)無源LC傳感器的諧振頻率造成變化的任何其它內(nèi)部生理參數(shù)。

在本實(shí)施例的變形例中，將傳感器12與進(jìn)行不同的功能的另一可植入式醫(yī)療裝置合并。例如，傳感器12可以是與諸如St.Paul,Minnesota的St.Jude Medical,Inc所研發(fā)的Angio Seal產(chǎn)品等的血管阻塞裝置合并的血壓傳感器。在本實(shí)施例的另一變形例中，可以將讀取器10與其它裝置合并。例如，可以將讀取器10安裝至蜂窩式電話、眼鏡、手持式音樂播放器、視頻游戲機(jī)、衣服或手表。

包括電容器15和電感器13的傳感器12可以配置成將這些電路元件組裝在單一封裝體中?？蛇x地，在一些應(yīng)用中，將電容器15布置成遠(yuǎn)離電感器13并利用導(dǎo)電引線連接電容器15和電感器13這兩個(gè)元件，這可能是有利的。作為例子，在將傳感器12植入人體內(nèi)的實(shí)施例中，可以將壓敏電容器15布置在發(fā)現(xiàn)關(guān)注壓力的部位，并且可以將用作天線的電感器13布置得離肌膚表面較近，從而使傳感器12和讀取器10之間的無線耦合距離最小。這些連接用的導(dǎo)電引線可以采用包括布線、布線絲、印刷柔性電路、印刷剛性電路、饋通或剛性管腳的多個(gè)眾所周知的形式中的任意形式。

在可植入式實(shí)施例中，對(duì)傳感器12進(jìn)行設(shè)計(jì)以適合諸如基于導(dǎo)管的傳輸?shù)鹊奈?chuàng)植入方法也可以是有利的。另外，可以期望可植入式傳感器的一部分不透過射線或反射超聲波，以輔助植入和植入后診斷。

可以利用多個(gè)眾所周知的技術(shù)來制造傳感器12?？梢岳梦C(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、光刻技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械加工技術(shù)來制造電容傳感器15。電感器13可以包括：繞線線圈；FR4、Teflon、Rogers或其它印刷電路板；低溫共燒陶瓷(LTCC)、生瓷帶或其它陶瓷印刷電路板；或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何其它電感器技術(shù)。電感器13可以帶芯或不帶芯，并且還可以利用并入上述的印刷電路板或陶瓷技術(shù)之一內(nèi)的磁性材料?？梢詫㈦姼衅骱碗娙萜鞣庋b到一起作為多芯片模塊(MCM)。

在另一實(shí)施例中，如圖6所示，圖1的系統(tǒng)還可以包括中間天線240。中間天線240包括串聯(lián)連接到一起的讀取器側(cè)天線242和傳感器側(cè)天線244這兩個(gè)天線。中間天線240可以改善讀取器10和傳感器12之間的信號(hào)耦合，并且可以用于在讀取器10和傳感器12之間存在不易被導(dǎo)電引線穿透的多個(gè)阻擋層246和248的情況。作為例子，對(duì)于植入血管內(nèi)的傳感器12，阻擋層2(248)表示血管壁，并且阻擋層1(246)表示肌膚表面。在將中間天線240配置在適當(dāng)位置的情況下，由于讀取器10和傳感器12之間的信號(hào)耦合通過經(jīng)由引線的導(dǎo)通而不是通過經(jīng)由系統(tǒng)所置于的介質(zhì)的輻射而發(fā)生，因此該信號(hào)耦合更加高效。另外，可以對(duì)天線242和244各自調(diào)整大小以匹配傳感器12和讀取器10的相應(yīng)天線，從而進(jìn)一步提高耦合效率。最后，可以橫跨傳感器電感器13精確地對(duì)準(zhǔn)傳感器側(cè)天線244，從而減少由于在不存在中間天線240的情況下可能發(fā)生的讀取器10和傳感器12之間的不一致而引起的誤差。中間天線240可以由柔性電路、繞線線圈或其它廣泛應(yīng)用的部件制成。還注意，通過對(duì)各對(duì)阻擋層添加更多的中間天線240，該概念可以擴(kuò)展至存在兩個(gè)以上的阻擋層的應(yīng)用。

在另一實(shí)施例中，圖1的傳感器12還可以包括被稱為基準(zhǔn)諧振器的具有單獨(dú)的電感器和電容器的第二LC儲(chǔ)能電路?？梢允褂门c包括電感器13和電容器15的感測(cè)諧振器相同的材料、工藝和部件來制造該基準(zhǔn)諧振器，但有兩個(gè)關(guān)鍵不同之處。首先，基準(zhǔn)諧振器的組件的值固定并且不隨著感測(cè)參數(shù)而改變。其次，基準(zhǔn)諧振器的組件的固定諧振頻率被設(shè)計(jì)成在感測(cè)諧振器的工作頻率范圍220外。基準(zhǔn)諧振器的目的是提供可用于對(duì)讀取器12獲取到的傳感器讀數(shù)進(jìn)行校正的背景讀數(shù)。諸如讀取器距離、中間介質(zhì)的變化、傳感器朝向讀取器的方位、組件的老化、機(jī)械應(yīng)力、電應(yīng)力、除氣、溫度、細(xì)胞生長(zhǎng)和血液凝固等的導(dǎo)致不精確的某些因素可能以與感測(cè)諧振器相同的方式影響基準(zhǔn)諧振器。通過理解基準(zhǔn)諧振器相對(duì)于其固定頻率的偏差和感測(cè)諧振器相對(duì)于其標(biāo)稱頻率的偏差之間的關(guān)系，讀取器可以基于基準(zhǔn)讀數(shù)來對(duì)感測(cè)頻率提供校正因數(shù)。在本實(shí)施例中，向圖2的步驟202和204之間引入額外的步驟，其中，讀取器10可以發(fā)送基準(zhǔn)諧振器的標(biāo)稱諧振頻率的激勵(lì)脈沖，觀察基準(zhǔn)振鈴頻率的任何偏差，并且計(jì)算(或根據(jù)查找表獲得)針對(duì)即將在步驟210中獲得的讀數(shù)的適當(dāng)校正因素。可選地，可以在感測(cè)讀數(shù)之后得到基準(zhǔn)讀數(shù)。盡管感測(cè)諧振器所經(jīng)過的每個(gè)變化可能不會(huì)都以完全相同的方式影響基準(zhǔn)諧振器，但“自校準(zhǔn)”的該方法可以通過消除或降低這兩個(gè)諧振器共有的不精確度來提高性能。例如，這些不精確度可以與距離、方位、生理反應(yīng)、中間組織的變化以及經(jīng)常被統(tǒng)稱為“傳感器漂移”的傳感器12的行為的其它長(zhǎng)期變化相關(guān)聯(lián)。另外，必須認(rèn)真考慮頻率選擇以及基準(zhǔn)諧振器的其它設(shè)計(jì)方面，以避免與原來的感測(cè)諧振器耦合以及與讀取器發(fā)生常見的相互作用。

讀取器10包括用于發(fā)送激勵(lì)脈沖14、接收振鈴信號(hào)16并處理振鈴信號(hào)16的電路(圖7)。例如，讀取器10包括用于配置和激活讀取器10內(nèi)的其它電路的定時(shí)和控制電路22。來往于定時(shí)和控制電路22的實(shí)線箭頭表示諸如數(shù)字信號(hào)或低頻信號(hào)等的控制接口。定時(shí)和控制電路22還生成發(fā)送至發(fā)送電路24的RF信號(hào)(由虛線箭頭示出)。發(fā)送電路24接收RF信號(hào)并將激勵(lì)脈沖14發(fā)送至天線26以激勵(lì)傳感器12。定時(shí)和控制電路22可以僅在正在發(fā)送激勵(lì)脈沖的間隔期間將RF信號(hào)提供至發(fā)送電路24，以防止泄漏或耦合至系統(tǒng)內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)。

讀取器10還包括連接至發(fā)送電路24和接收電路28的天線26。發(fā)送電路24利用天線26來發(fā)送激勵(lì)脈沖14，而接收電路28利用天線26來接收振鈴信號(hào)16。在實(shí)施例中，代替在發(fā)送和接收之間進(jìn)行切換，天線26總是連接至發(fā)送電路24和接收電路28這兩者。該共用天線26的設(shè)計(jì)需要特別考慮，以防止對(duì)接收電路28造成損壞。具體地，必須注意不使接收電路28的敏感放大器級(jí)過載。另外，讀取器10需要在發(fā)送電路24正在驅(qū)動(dòng)天線26的情況下存在的極端過度驅(qū)動(dòng)條件和在接收和放大相位期間在天線26處存在的低壓條件之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)變。例如，天線26的電壓在激勵(lì)脈沖的發(fā)送期間可能超過200伏的峰峰電壓，并且在緊挨激勵(lì)脈沖14之后的接收期間可能是數(shù)毫伏，快速衰減至微伏。盡管將讀取器10描述為具有共用天線26，但應(yīng)當(dāng)理解，讀取器10可以包含一個(gè)以上的天線，以單獨(dú)進(jìn)行發(fā)送激勵(lì)脈沖14和接收振鈴信號(hào)16的功能。

讀取器10還包括用于接收和鎖定到振鈴信號(hào)16的鎖相環(huán)(PLL)30。接收電路28可以在將振鈴信號(hào)16發(fā)送至PLL 30之前對(duì)振鈴信號(hào)16進(jìn)行放大和調(diào)節(jié)。PLL 30包括電壓控制振蕩器(“VCO”)32(圖7中未示出)，其中，電壓控制振蕩器32可以工作以在不存在信號(hào)時(shí)鎖定傳感器諧振頻率的范圍內(nèi)的頻率，或者可以進(jìn)行選擇以在不存在信號(hào)時(shí)優(yōu)選傳感器諧振頻率的范圍以上或以下的頻率，從而增強(qiáng)接收到傳感器諧振頻率時(shí)的鎖定時(shí)間。在實(shí)施例中，選擇在無信號(hào)的PLL鎖定頻率略微高于傳感器諧振頻率的范圍時(shí)表現(xiàn)較好的PLL。VCO 32生成被稱為計(jì)數(shù)信號(hào)250的與振鈴信號(hào)頻率成比例的ac信號(hào)。PLL 30調(diào)整降頻得到的計(jì)數(shù)信號(hào)以匹配振鈴信號(hào)16的頻率，并將計(jì)數(shù)信號(hào)250發(fā)送至頻率計(jì)數(shù)器34。VCO 32與確定計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率的頻率計(jì)數(shù)器34相連接，并且將表示該頻率的數(shù)字信號(hào)提供至外部接口電路36以傳遞至數(shù)據(jù)接口17。通過使VCO 32以比振鈴信號(hào)16的頻率高的頻率工作，可以大幅縮減計(jì)數(shù)和記錄VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率所需的時(shí)間。

讀取器10的各組件被設(shè)計(jì)成高效工作并降低電力消耗。為此，讀取器10包括降低電力功能。定時(shí)和控制電路22利用連接至各組件的喚醒定時(shí)器38控制各組件的電源狀態(tài)(圖8)。在降低電力模式中，一些組件可能完全斷電而其它組件可能在睡眠模式下工作，其中，在該睡眠模式下，保持供電以維持配置但該電路呈靜態(tài)以使功耗最小化。

定時(shí)和控制電路22可以使讀取器10的各組件在不使用時(shí)置于睡眠模式或關(guān)機(jī)模式。另外，可以使整體讀取器10在外部控制器所指定的時(shí)間段內(nèi)置于系統(tǒng)水平的低功率模式。定時(shí)和控制電路22可以包括用于從外部接口電路36接收定時(shí)指示的配置緩沖器40。這些指示確定進(jìn)入電力降低模式之前的延遲期間以及喚醒定時(shí)器38用的其它延遲期間。除了來自讀取器10外部的定時(shí)指示以外，還可以通過板上信號(hào)其中之一超過了閾值來觸發(fā)進(jìn)入/退出電力降低模式。讀取器10的固件可以包含用于確定進(jìn)入/退出電力降低模式的算法。

在讀數(shù)獲取期間，喚醒定時(shí)器38可以在適當(dāng)時(shí)刻喚醒讀取器10的各組件以確保各組件在需要時(shí)處于工作狀態(tài)。具體地，喚醒定時(shí)器38可以與發(fā)送定時(shí)器42、接收定時(shí)器46、PLL定時(shí)器48和頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器50進(jìn)行通信，以喚醒和控制讀取器10的各個(gè)組件。一旦啟動(dòng)，則這些定時(shí)器各自可以控制并對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行供電。當(dāng)進(jìn)行配置時(shí)，喚醒定時(shí)器38在發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)52以啟動(dòng)其它的定時(shí)器之前，可以延遲可以為0秒的指定間隔。如圖8所示，沒有將啟動(dòng)信號(hào)52示出為從喚醒定時(shí)器38到各個(gè)計(jì)數(shù)器的連續(xù)線，從而防止線交叉并使混淆最小化。

一旦啟動(dòng)，發(fā)送定時(shí)器42對(duì)電源控制信號(hào)54、衰減控制信號(hào)56、Q控制信號(hào)58和RF啟用信號(hào)60確定適當(dāng)序列和時(shí)段，以對(duì)發(fā)送電路24和發(fā)送頻率發(fā)生器44進(jìn)行適當(dāng)排序。電源控制信號(hào)54控制發(fā)送電路24的電源狀態(tài)和睡眠狀態(tài)。衰減控制信號(hào)56控制發(fā)送電路24內(nèi)的衰減電路的激活，以在發(fā)送時(shí)段結(jié)束時(shí)快速耗散天線26的能量。Q控制信號(hào)58控制發(fā)送電路24內(nèi)的切換電路，以在接收到振鈴信號(hào)16時(shí)減小Q并修改天線26的帶寬。RF啟用信號(hào)允許發(fā)送頻率發(fā)生器44將RF信號(hào)發(fā)送至發(fā)送電路24。在實(shí)施例中，發(fā)送頻率發(fā)生器44僅在發(fā)送電路24正在發(fā)送激勵(lì)脈沖14的時(shí)段期間，將RF信號(hào)提供至發(fā)送電路24。

接收定時(shí)器46被配置為對(duì)電源控制信號(hào)62確立適當(dāng)序列和時(shí)段以對(duì)接收電路28進(jìn)行適當(dāng)排序。

PLL定時(shí)器48對(duì)電源控制信號(hào)64和S/H模式信號(hào)66確立適當(dāng)序列和時(shí)段，以對(duì)PLL 30進(jìn)行適當(dāng)排序。電源控制信號(hào)64控制PLL 30的電源狀態(tài)和睡眠狀態(tài)。S/H模式信號(hào)66控制PLL 30中的采樣和保持電路，其中，該采樣和保持電路用于使PLL鎖定至發(fā)送頻率然后鎖定至振鈴信號(hào)16的頻率，然后保持VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率處于該鎖定頻率，直到計(jì)數(shù)器34測(cè)量出該頻率為止。

頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器50對(duì)電源控制信號(hào)68和開始/停止計(jì)數(shù)信號(hào)70確立適當(dāng)序列和計(jì)數(shù)間隔，以對(duì)頻率計(jì)數(shù)器34進(jìn)行適當(dāng)排序。電源控制信號(hào)68控制頻率計(jì)數(shù)器34的電源狀態(tài)和睡眠狀態(tài)。開始/停止計(jì)數(shù)信號(hào)70控制頻率計(jì)數(shù)器34開始和結(jié)束測(cè)量VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率的時(shí)間。

注意，盡管圖8包含諸如“啟動(dòng)”、“配置”和“電源控制”等的共用同一名稱的信號(hào)，但這些信號(hào)各自對(duì)于其所連接的電路塊而言是唯一的。例如，如上所述，來自頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器塊50的電源控制信號(hào)68不是與來自PLL定時(shí)器塊48的電源控制信號(hào)64相同的信號(hào)。

發(fā)送電路24被配置為經(jīng)由天線26將激勵(lì)脈沖14發(fā)送至傳感器12(圖7)。激勵(lì)脈沖14可以是等于或接近傳感器12的諧振頻率的固定頻率突發(fā)或頻率迅速改變的突發(fā)。例如，激勵(lì)脈沖14可以是傳感器12的諧振頻率的幾個(gè)帶寬內(nèi)的固定頻率突發(fā)。可選地，激勵(lì)脈沖14可以是等于或接近與傳感器12的諧振頻率諧波相關(guān)的頻率的、非常短的持續(xù)時(shí)間的頻率固定或頻率迅速改變的突發(fā)或掃描。激勵(lì)脈沖14還可以是超寬帶脈沖。由于當(dāng)激勵(lì)脈沖14的發(fā)送已停止時(shí)接收到振鈴信號(hào)16，因此這些多個(gè)激勵(lì)脈沖14的方式都是可以的。因此，可以將激勵(lì)脈沖14的發(fā)送限制為監(jiān)管機(jī)構(gòu)容許的頻帶、幅度和調(diào)制方案。由于傳感器12完全是無源裝置，因此射頻法規(guī)可能不適用于傳感器12。

由于一個(gè)短的能量傳輸導(dǎo)致振鈴信號(hào)16的一個(gè)完整樣本，因此激勵(lì)脈沖14不需要大量的傳輸時(shí)間?？梢酝ㄟ^使用較低的傳輸占空比來降低電力消耗，由此減小發(fā)送、接收、計(jì)數(shù)和數(shù)字處理電路的占空比。通過降低電力消耗，電池供電成為用以對(duì)讀取器10充電的更可行的選擇。

激勵(lì)脈沖14可被配置為使幾個(gè)系統(tǒng)參數(shù)最大。例如，如果使用固定頻率的激勵(lì)脈沖14，則突發(fā)的頻率可被配置為使以下的參數(shù)最大，諸如最大容許發(fā)送峰電力、在將PLL鎖定至振鈴信號(hào)16的情況下在“接收”間隔期間相對(duì)于帶內(nèi)或近帶干擾的最大自由度、針對(duì)期望傳感器目的的讀取器發(fā)送用的特定頻率的最大廣泛接受或者其它這種標(biāo)準(zhǔn)等。

圖9示出發(fā)送電路24。發(fā)送電路24的電平轉(zhuǎn)換器72從定時(shí)和控制電路22接收控制信號(hào)54、56、58和RF信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換器72緩沖這些輸入并將控制邏輯電平轉(zhuǎn)換成電路驅(qū)動(dòng)電平。發(fā)送驅(qū)動(dòng)器74放大RF信號(hào)以提供充足的電力以驅(qū)動(dòng)天線26。在接收期間激活Q控制電路76以減小所組合的天線26以及調(diào)諧和D.C.塊82的Q。緊挨在激勵(lì)脈沖14的發(fā)送結(jié)束時(shí)短暫地激活衰減電路78，以吸收天線的能量并允許該天線對(duì)振鈴信號(hào)16作出響應(yīng)。衰減電路78可以將不同的Q因數(shù)提供至天線以提高振鈴信號(hào)16的接收。電源控制電路80控制發(fā)送電路24內(nèi)的組件的電源接通和睡眠模式。調(diào)諧和D.C.塊82對(duì)天線26進(jìn)行調(diào)諧并防止直流不適當(dāng)?shù)厥顾p電路78偏置。將來自發(fā)送電路的RF輸出或激勵(lì)脈沖14發(fā)送至天線26和接收電路28這兩者。

一旦發(fā)送電路24發(fā)送了激勵(lì)脈沖14，接收電路28被配置為收聽振鈴信號(hào)16。參考圖10，高Z緩沖器/鉗位電路84包括用于限制接收電路28對(duì)調(diào)諧和D.C.塊82所進(jìn)行的調(diào)諧的影響的高阻抗(“高Z”)輸入裝置。高Z緩沖器/鉗位電路84還用于保護(hù)放大器級(jí)86免于在激勵(lì)脈沖14的發(fā)送期間存在于天線26上的極端電壓。天線26的電壓在激勵(lì)脈沖的發(fā)送期間可以達(dá)到200伏以上的峰峰電壓，僅需要約60皮克法拉的電容來對(duì)天線26進(jìn)行調(diào)諧。在一個(gè)實(shí)施例中，使用1皮卡法拉的電容器作為13.56MHz的發(fā)送電路上的高阻抗輸入電流限制電路?？梢栽?pF的電容器的接收器側(cè)上配置將過電壓分流至電源并將欠壓分流至地面的低電容的二極管結(jié)，以使得在這些二極管結(jié)保護(hù)接收器放大器免于在發(fā)送期間流經(jīng)天線26的高壓時(shí)，該電容器限制流經(jīng)二極管的電流。

放大器級(jí)86將振鈴信號(hào)16放大至充足電平以驅(qū)動(dòng)PLL 30的輸入。需要對(duì)放大器級(jí)86進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，以在去除并衰減了所發(fā)送的激勵(lì)脈沖14的信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)響應(yīng)，并且接收到低電平的振鈴信號(hào)16?？梢允褂肣調(diào)諧的反應(yīng)漏極負(fù)載低的共用柵極放大器級(jí)來調(diào)節(jié)高Z緩沖器/鉗位電路84的輸出，之后將幾個(gè)濾波器散置在高增益的放大器級(jí)之間。這些濾波器可以是電阻器-電容器(“RC”)式濾波器或電感器-電容器(“LC”)式濾波器。在實(shí)施例中，這些濾波器可以全部都是RC帶通濾波器?？梢允褂肣調(diào)諧的反應(yīng)漏極負(fù)載低的另一共用柵極放大器級(jí)，以在將信號(hào)饋給至PLL 30的輸入之前進(jìn)行最終帶通調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)使得所有這些放大器類型都能夠進(jìn)行從極低的信號(hào)輸入電平到極高的信號(hào)輸入電平，而不存在由于級(jí)飽和特性所引起的諸如頻率加倍或減半等的信號(hào)失真，并且利用共用柵極放大器級(jí)和散置在高增益的放大器級(jí)之間的RC濾波器的優(yōu)越的瞬態(tài)響應(yīng)特性可以實(shí)現(xiàn)極高的輸入阻抗。必須特別考慮級(jí)之間的電源和信號(hào)分離以防止由于與放大器級(jí)86相關(guān)聯(lián)的極端增益而引起的不必要的振蕩。

電源控制電路88可以向放大器級(jí)86和高Z緩沖器/鉗位電路84中的緩沖器應(yīng)用電源和從它們移除電源以降低電力消耗。應(yīng)當(dāng)注意，高Z緩沖器/鉗位電路84被設(shè)計(jì)成即使在電力被去除的情況下，也提供完全保護(hù)，因?yàn)槎嘤嗄芰吭诤纳⒅皟H對(duì)放大器級(jí)86供電。輸入阻抗足夠高以限制多余能量從而防止對(duì)放大器級(jí)86提供過多電力。在實(shí)施例中，接收電路28在激勵(lì)脈沖14的發(fā)送期間工作，以縮短PLL 30鎖定至振鈴信號(hào)16所需的時(shí)間。

PLL 30從接收電路28接收放大和調(diào)節(jié)后的振鈴信號(hào)16。參考圖10和11，來自接收電路28的放大器級(jí)86的RF信號(hào)饋給PLL30的RF緩沖器90。RF緩沖器90可以將RF信號(hào)饋給至將RF信號(hào)頻率除以整數(shù)值的可選RF分頻器92(圖11)。然后，RF分頻器92將RF信號(hào)饋給至相位頻率檢測(cè)器94的第一輸入。相位頻率檢測(cè)器94的輸出饋給采樣和保持(S/H)誤差放大器96。S/H誤差放大器96控制VCO 32的頻率。VCO 32所輸出的計(jì)數(shù)信號(hào)250饋給VCO分頻器98，其中，VCO分頻器98的輸出反過來饋送至相位頻率檢測(cè)器94的第二輸入。PLL 30可以包括輸出緩沖器102，其中，輸出緩沖器102用于在將計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率轉(zhuǎn)發(fā)至頻率計(jì)數(shù)器34的情況下減輕VCO 32的負(fù)載。VCO分頻器98允許VCO32以比振鈴頻率16高得多的頻率工作。結(jié)果，可以大幅縮短計(jì)數(shù)和記錄VCO信號(hào)頻率所需的時(shí)間。此外，較短的計(jì)數(shù)間隔使計(jì)數(shù)期間的VCO漂移減少并且允許更高的采樣率。

相位頻率檢測(cè)器94被配置為確定分頻后的RF信號(hào)和分頻后的VCO信號(hào)之間的頻率和相位誤差。這最好通過濾波并放大饋給至S/H誤差放大器96的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。此外，S/H的功能可以最佳地轉(zhuǎn)發(fā)過濾和放大后的信號(hào)以控制VCO 32。以這種方式，形成了使VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率等于振鈴信號(hào)16的頻率與除以了RF分頻器92的整數(shù)的VCO分頻器98的整數(shù)相乘的封閉控制環(huán)路。PLL 30可以包括附加分頻器以使電路設(shè)計(jì)最優(yōu)化并增加潛在的VCO 32的頻率范圍。

PLL定時(shí)器48將S/H模式控制信號(hào)66發(fā)送至PLL 30的S/H誤差放大器96。S/H模式控制信號(hào)66可以使VCO 32置于采樣模式。在實(shí)施例中，使VCO 32在預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)置于采樣模式。在采樣模式中，如上所述，對(duì)分頻后的VCO計(jì)數(shù)信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整以匹配振鈴信號(hào)16的頻率。當(dāng)將S/H模式控制信號(hào)66置于保持模式時(shí)，S/H誤差放大器96將保持其輸出恒定，從而使針對(duì)VCO 32的控制電壓在足以確定VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)大致恒定。

從PLL定時(shí)器48到電源控制電路104的電源控制信號(hào)64確定PLL 30是處于電源接通模式還是處于用以節(jié)約電力的睡眠/電源斷開模式。根據(jù)所使用的特定PLL 30，可能要求控制和通信鏈路(未示出)設(shè)置RF分頻器92的整數(shù)、VCO分頻器98的整數(shù)、以及相位頻率檢測(cè)器94的輸出和輸出配置。通信鏈路可能是所使用的特定PLL 30所特有的。

如圖12所示，頻率計(jì)數(shù)器34包括計(jì)數(shù)器級(jí)106、計(jì)數(shù)器緩沖器108和電源控制電路110。頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器50將開始/停止控制輸入70發(fā)送至計(jì)數(shù)器級(jí)106和計(jì)數(shù)器緩沖器108。頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器50還將電源控制輸入68發(fā)送至電源控制電路110。計(jì)數(shù)器級(jí)106對(duì)來自PLL 30的輸出緩沖器102的VCO信號(hào)頻率計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器級(jí)106在開始/停止控制命令開始時(shí)開始計(jì)數(shù)，并且在開始/停止控制命令停止時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)。當(dāng)開始/停止控制命令停止時(shí)，向計(jì)數(shù)器緩沖器108載入來自計(jì)數(shù)器級(jí)106的計(jì)數(shù)值。電源控制電路110控制頻率計(jì)數(shù)器34中的組件的電源接通模式和睡眠模式。計(jì)數(shù)器緩沖器108的輸出可以將計(jì)數(shù)輸入供給至外部接口電路36?？梢愿鶕?jù)頻率計(jì)數(shù)確定振鈴頻率16，隨后確定感測(cè)參數(shù)。

在其它實(shí)施例中，可以采用用于測(cè)量接收到和放大后的頻率的其它方法。這些其它方法可以包括振鈴信號(hào)的直接計(jì)數(shù)、或者現(xiàn)有技術(shù)已知的各種頻率到電壓轉(zhuǎn)換電路。

在工作中，讀取器10如下排序。在沒有對(duì)傳感器12進(jìn)行采樣的時(shí)間段內(nèi)，使讀取器10的所有組件置于電力降低模式。針對(duì)特定采樣延遲或采樣間隔對(duì)定時(shí)和控制電路22中的喚醒定時(shí)器38進(jìn)行配置。在指定時(shí)間時(shí)，喚醒定時(shí)器38啟動(dòng)采樣序列。具體地，喚醒定時(shí)器38在適當(dāng)時(shí)間供電或喚醒讀取器的各組件以確保各組件在需要時(shí)處于工作狀態(tài)。

除了接收所生成的最后數(shù)據(jù)以外，在采樣序列中通常不需要外部接口電路36?？梢杂沙〞r(shí)和控制電路22以外的內(nèi)部控制器或外部控制器來處理外部接口電路36進(jìn)入/退出低功率模式。定時(shí)和控制電路22在諸如約20毫秒等的短時(shí)間段內(nèi)將RF信號(hào)提供至發(fā)送電路24。然后終止來自定時(shí)和控制電路22的RF信號(hào)，并且對(duì)發(fā)送電路24進(jìn)行控制以快速衰減天線26處的發(fā)送信號(hào)。然后，使發(fā)送電路24置于適當(dāng)模式以允許在天線26處接收振鈴信號(hào)16。在實(shí)施例中，當(dāng)天線26被配置為接收振鈴信號(hào)16時(shí)，天線26的衰減大于振鈴信號(hào)16的衰減。

在激勵(lì)脈沖14的發(fā)送期間，接收電路26接收、調(diào)節(jié)和鉗位天線26處的所發(fā)送的RF信號(hào)。一旦激勵(lì)脈沖14的發(fā)送停止并且天線26被配置為接收振鈴信號(hào)16，接收電路28轉(zhuǎn)變?yōu)楦咴鲆娼邮漳Ｊ揭越邮諄碜蕴炀€26的振鈴信號(hào)16。PLL 30處于采樣模式以允許RF緩沖器90對(duì)接收電路28的調(diào)節(jié)輸出進(jìn)行接收。當(dāng)天線26開始接收振鈴信號(hào)16時(shí)，PLL 30從鎖定至所發(fā)送的激勵(lì)脈沖14的頻率轉(zhuǎn)變?yōu)殒i定至振鈴信號(hào)16的頻率。在足以使PLL 30鎖定至振鈴信號(hào)16的頻率的時(shí)間間隔之后，使PLL 30轉(zhuǎn)變?yōu)楸３帜Ｊ揭跃S持VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率處于振鈴信號(hào)16的頻率。鎖定所需的時(shí)間可以是預(yù)先確定的，或者可以是基于PLL鎖定條件而適應(yīng)的。在鎖定之后，在適當(dāng)時(shí)使接收電路28和發(fā)送電路24斷電或置于睡眠模式。

一旦PLL 30處于保持模式，定時(shí)和控制電路22指示頻率計(jì)數(shù)器34進(jìn)行VCO 32的計(jì)數(shù)信號(hào)250的頻率的受控間隔計(jì)數(shù)。在該計(jì)數(shù)完成時(shí)，在適當(dāng)時(shí)使PLL 30的組件斷電或置于睡眠模式并將計(jì)數(shù)值傳遞至外部接口電路36。然后，在適當(dāng)時(shí)使頻率計(jì)數(shù)器34的組件斷電或置于睡眠模式，隨后在適當(dāng)時(shí)使定時(shí)和控制電路22的組件斷電或置于睡眠模式。如果被編程為進(jìn)行間隔采樣，則定時(shí)和控制電路22的喚醒定時(shí)器38計(jì)數(shù)，直到應(yīng)當(dāng)進(jìn)行下一采樣為止。否則，定時(shí)和控制電路22等待來自外部接口電路36的喚醒命令以及任何其它的所需指示。在突發(fā)采樣模式中，組件準(zhǔn)備就緒所需的供電時(shí)間可能在斷電時(shí)間之前，在這種情況下，這些組件將保持供電直到采樣突發(fā)完成為止。

圖13所示的讀取器10中的PLL電路30的實(shí)施例包括可以添加至PLL 30的用以實(shí)現(xiàn)替代上述PLL 30電路的功能但等同的功能的幾個(gè)特征?？梢詰?yīng)用在圖11和圖13之間看出的變化中的一部分或全部以增強(qiáng)圖11的PLL 30的操作?？蛇x擇輸入RF緩沖器111允許選擇來自放大器級(jí)86的RF信號(hào)或在讀取器10的其它組件處生成的基準(zhǔn)信號(hào)以輸入至RF分頻器92。該選擇是由RF緩沖器111的基準(zhǔn)/接收控制輸入所確定的。誤差放大器112已簡(jiǎn)化，并且不再直接提供以前針對(duì)來自圖11的S/H誤差放大器96所述的采樣和保持能力。

圖13示出包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器113、數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器114和開關(guān)115的電路元件。這些元件可以用于實(shí)現(xiàn)采樣和保持功能。在圖13的結(jié)構(gòu)中，在讀取器10將激勵(lì)脈沖14發(fā)送至傳感器12期間，可以選擇基準(zhǔn)頻率信號(hào)“Ref信號(hào)”作為針對(duì)RF緩沖器111的輸入，并且維持基準(zhǔn)信號(hào)，直到可選擇輸入RF緩沖器111的In A處的RF信號(hào)變得穩(wěn)定并且可從接收電路28獲得的時(shí)間為止。該基準(zhǔn)信號(hào)允許PLL 30“預(yù)先鎖定”至穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號(hào)，因此縮短了從接收電路28可獲得振鈴信號(hào)時(shí)的鎖定時(shí)間。RF分頻器92將可選擇的輸入RF緩沖器的輸出除以等于或大于1的任意值，然后將分頻得到的緩沖器信號(hào)饋給至相位頻率檢測(cè)器94。相位頻率檢測(cè)器94的輸出饋給誤差放大器112，其中，誤差放大器112提供用作針對(duì)PLL 30中的VCO 32的控制信號(hào)所需的適當(dāng)增益和頻率響應(yīng)。誤差放大器112的輸出饋給開關(guān)115的輸入A。當(dāng)選擇輸入A時(shí)，開關(guān)115將誤差放大器112的信號(hào)傳遞至VCO 32和A/D轉(zhuǎn)換器113這兩者。然后，使用A/D轉(zhuǎn)換器113以對(duì)針對(duì)VCO的控制電壓進(jìn)行采樣，以確定將VCO 32鎖定為與可選擇輸入RF緩沖器111的輸入A有關(guān)的頻率的控制電壓電平。如后面將說明的，A/D轉(zhuǎn)換器113的信號(hào)可以用于間接測(cè)量VCO 32的頻率，并且可以用于確定D/A轉(zhuǎn)換器114的適當(dāng)設(shè)置，以使得可以將開關(guān)115設(shè)置到輸入B以維持VCO 32在任意時(shí)間段內(nèi)處于鎖定頻率輸入水平，從而實(shí)現(xiàn)與針對(duì)圖11的S/H誤差放大器96所述的數(shù)字采樣和保持功能相同的數(shù)字采樣和保持功能。

對(duì)所述的圖13的電路的操作的幾個(gè)細(xì)微修改可以允許在功能上等同的效果。一個(gè)這種修改是使用以已知頻率饋給的可選擇輸入RF緩沖器111的輸入B來將A/D轉(zhuǎn)換器113的電壓校準(zhǔn)為特定接收電路28的RF信號(hào)頻率。一旦進(jìn)行了校準(zhǔn)、以使得良好地定義了針對(duì)RF緩沖器的信號(hào)輸入和A/D轉(zhuǎn)換器113的數(shù)字輸出之間的關(guān)系，A/D轉(zhuǎn)換器113的輸出可以用于表示振鈴信號(hào)16的頻率。A/D轉(zhuǎn)換器113的輸出變?yōu)镻LL輸出。以這種方式的操作將允許A/D轉(zhuǎn)換器113部分或完全取代輸出緩沖器102和頻率計(jì)數(shù)器34的功能。

對(duì)所述的圖13的電路的操作的另一修改是使用來自A/D轉(zhuǎn)換器113的數(shù)據(jù)對(duì)PLL 30進(jìn)行鎖定分析以縮短鎖定時(shí)間并提高鎖定頻率精度。由于誤差放大器112的輸出在接收電路28的輸出處可獲得傳感器12的信號(hào)16時(shí)收斂于鎖定電壓值、然后在傳感器12的信號(hào)16的水平衰減經(jīng)過可以維持鎖定的位置時(shí)以可預(yù)測(cè)的方式發(fā)散，因此可以進(jìn)行該操作。

對(duì)所述的圖13的電路的操作的另一修改是使用D/A轉(zhuǎn)換器114以在VCO 32的輸入處生成特定電壓，記錄這些特定電壓處的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出，并且使用頻率計(jì)數(shù)器34來確定輸出緩沖器102的輸出處的信號(hào)的頻率。這樣允許使用頻率計(jì)數(shù)器34來針對(duì)一個(gè)或多個(gè)頻率對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行校準(zhǔn)。

對(duì)圖13的電路作出的、電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的細(xì)微修改包括將開關(guān)115和D/A轉(zhuǎn)換器114的位置從圖13所示的位置重新配置為相位頻率檢測(cè)器94和誤差放大器112之間。該配置需要使用A/D轉(zhuǎn)換器113或頻率計(jì)數(shù)器34或者這兩者所進(jìn)行的以下的附加步驟：校準(zhǔn)經(jīng)由誤差放大器112的D/A轉(zhuǎn)換器114的輸出以確定適當(dāng)縮放，從而實(shí)現(xiàn)所期望的VCO 32的控制電壓。然而，代替使用可選擇輸入RF緩沖器111的輸入B處的基準(zhǔn)信號(hào)，該配置允許D/A轉(zhuǎn)換器114用于進(jìn)行預(yù)先鎖定。將該配置與先前描述為允許消除輸出緩沖器102和頻率計(jì)數(shù)器34的A/D轉(zhuǎn)換器113的校準(zhǔn)方案相結(jié)合，這可以通過針對(duì)各振鈴周期縮短解析傳感器12的諧振頻率所需的時(shí)間來適度減少使讀取器10工作所需的電力。所述實(shí)施例的另一細(xì)微修改是基于電力限制、計(jì)算復(fù)雜度、時(shí)間臨界要求或其它系統(tǒng)相關(guān)優(yōu)先級(jí)來將系統(tǒng)處理負(fù)荷分配至適當(dāng)位置。這種修改可能使設(shè)計(jì)者將對(duì)來自A/D轉(zhuǎn)換器13、D/A轉(zhuǎn)換器114或者頻率計(jì)數(shù)器34的數(shù)據(jù)的處理或分析置于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18、讀取器10或外部數(shù)據(jù)接口17中的任一個(gè)。

在讀取器10的電路的又一實(shí)施例中，數(shù)字頻譜分析電路取代圖7的PLL 30和頻率計(jì)數(shù)器34，從而得到圖14所示的修改框圖。這里，數(shù)字采樣電路260取代PLL 30，并且頻譜分析電路262取代頻率計(jì)數(shù)器34。同樣，數(shù)字計(jì)數(shù)信號(hào)264取代模擬計(jì)數(shù)信號(hào)250。

在功能上，數(shù)字采樣電路260在振鈴信號(hào)16的短的振鈴持續(xù)時(shí)間內(nèi)從振鈴信號(hào)16提取信息并對(duì)該信息進(jìn)行數(shù)字化。接收電路28可以在將振鈴信號(hào)16發(fā)送至數(shù)字采樣電路260之前放大和調(diào)節(jié)振鈴信號(hào)16。數(shù)字采樣電路260可以對(duì)接收電路28的無線電頻率輸出進(jìn)行直接采樣以獲得基于時(shí)域的數(shù)據(jù)從而進(jìn)行進(jìn)一步分析。

在實(shí)施例中，讀取器10還包含頻譜分析電路262，其中，頻譜分析電路262用于將從數(shù)字采樣電路260輸出的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域數(shù)據(jù)，并且用于對(duì)該頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖以轉(zhuǎn)發(fā)至外部接口電路36。頻譜分析電路262還可以包括用以確定振鈴信號(hào)16的振鈴頻率的判別功能。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，可以利用讀取器10或利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18來容易地執(zhí)行頻譜分析電路262的功能中的全部或一部分，其中，實(shí)現(xiàn)的主要差異在于經(jīng)由外部接口電路36發(fā)送的數(shù)據(jù)的類型和數(shù)量、以及進(jìn)行處理的位置的所需處理電力。

定時(shí)和控制電路22以與圖8所述的PLL實(shí)施例相同的方式控制數(shù)字采樣電路260和頻譜分析電路262。圖15的框圖示出被配置為控制圖14所示的可選讀取器10電路的定時(shí)和控制電路22的可選實(shí)施例。利用圖15的數(shù)字采樣定時(shí)器274來替代圖8的PLL定時(shí)器48。該定時(shí)器確定針對(duì)電源控制信號(hào)270和采樣開始信號(hào)272的適當(dāng)序列和時(shí)段，以對(duì)數(shù)字采樣電路260排序。電源控制信號(hào)270控制數(shù)字采樣電路260的電源狀態(tài)和睡眠狀態(tài)。采樣開始信號(hào)272使數(shù)字采樣電路260在突發(fā)采樣模式下收集適當(dāng)數(shù)量的樣本以發(fā)送至頻譜分析電路262。

同樣，利用圖15的頻譜分析定時(shí)器280來替換圖8的頻率計(jì)數(shù)器定時(shí)器50。頻譜分析定時(shí)器280確立針對(duì)電源控制信號(hào)276和分析開始信號(hào)278的適當(dāng)序列和定時(shí)，以對(duì)頻譜分析電路262排序。電源控制信號(hào)276控制頻譜分析電路262的電源狀態(tài)和睡眠狀態(tài)。分析開始信號(hào)278控制頻譜分析電路262開始評(píng)價(jià)數(shù)字采樣電路260所提供的采樣突發(fā)264的時(shí)間。

圖14的可選實(shí)施例中的接收電路28在功能和體系結(jié)構(gòu)上等同于圖7和10的基于PLL的實(shí)施例的接收電路28，其中，唯一的不同之處在于來自放大器級(jí)86的輸出信號(hào)饋給數(shù)字采樣電路260的輸入處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器290，而不是PLL 30。

圖16是示出數(shù)字采樣電路260的實(shí)施例的框圖。來自接收電路28的放大器級(jí)86的RF信號(hào)饋給至數(shù)字采樣電路260的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)290的輸入。ADC 290將該RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成以足夠近的間隔獲取到的具有充分的采樣數(shù)量的一組時(shí)間相關(guān)樣本，以允許頻譜分析電路262實(shí)現(xiàn)其所需的頻率精度。這里將該組時(shí)間相關(guān)樣本稱為數(shù)字采樣突發(fā)264。

如圖17所示，將從ADC 290輸出的數(shù)字采樣突發(fā)264饋給至頻譜分析電路262的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換電路94。這里沒有指定時(shí)頻域轉(zhuǎn)換電路94的內(nèi)部工作方式，這是因?yàn)樵撧D(zhuǎn)換可以是以下幾種方式中的任意方式，其中，這些方式可以包括快速傅立葉變換或離散傅立葉變換、離散小波變換或連續(xù)小波變換、幾種拉普拉斯變換中的任意變換、幾種Z變換中的任意變換或者本領(lǐng)域已知的其它轉(zhuǎn)換算法?？梢栽谟布蜍浖蛘哌@兩者的任意組合中實(shí)現(xiàn)時(shí)頻域轉(zhuǎn)換電路94的內(nèi)部工作方式，以實(shí)現(xiàn)所期望的轉(zhuǎn)換。由于按采樣間隔生成時(shí)頻域轉(zhuǎn)換電路94的輸出、并且該輸出可能包含要傳遞至外部數(shù)據(jù)接口17的多個(gè)值，因此在頻譜分析電路262中示出結(jié)果緩沖器96以保持這些值，直到可以將這些值傳遞至外部數(shù)據(jù)接口17為止。

在該數(shù)字頻譜分析實(shí)施例中，除了數(shù)字采樣電路260和頻譜分析電路262進(jìn)行與振鈴信號(hào)16的頻率的確定有關(guān)的功能以外，讀取器10的工作序列與以上的“讀取器工作序列”所述的工作序列相同。當(dāng)天線26開始接收振鈴信號(hào)16時(shí)，數(shù)字采樣電路260在預(yù)先確定或計(jì)算出的時(shí)段內(nèi)快速進(jìn)行采樣以獲得數(shù)字采樣突發(fā)264。在數(shù)字采樣突發(fā)264完成之后，在適當(dāng)時(shí)使接收電路28和數(shù)字采樣電路260斷電或置于睡眠模式。頻譜分析電路262將數(shù)字采樣突發(fā)264的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻域并將該結(jié)果置于結(jié)果緩沖器96中，然后轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸β誓Ｊ?。隨后，在適當(dāng)時(shí)使定時(shí)和控制電路22的組件斷電或置于睡眠模式。如果被編程為進(jìn)行間隔采樣，則定時(shí)和控制電路22的喚醒定時(shí)器38計(jì)數(shù)，直到應(yīng)當(dāng)進(jìn)行下一采樣為止。否則，定時(shí)和控制電路22等待來自外部接口電路36的喚醒命令以及任何其它的所需指示。如由通信接口所控制，結(jié)果緩沖器96中的采樣數(shù)據(jù)對(duì)于外部接口電路36而言保持可用以傳遞至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可知，可以對(duì)所述的數(shù)字頻譜分析實(shí)施例進(jìn)行多個(gè)細(xì)微修改以實(shí)現(xiàn)在功能上等同的結(jié)果。一個(gè)這種修改是使用ADC數(shù)據(jù)的補(bǔ)零，這對(duì)于評(píng)價(jià)信號(hào)突發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換而言是常見做法。另一個(gè)這種修改是將頻譜分析電路262的物理位置從讀取器10移動(dòng)至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18，其中，將ADC 290的數(shù)據(jù)以時(shí)域形式從讀取器10發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)18。又一個(gè)這種修改是通過倍頻、分頻、合計(jì)或差分電路在讀取器10內(nèi)的某點(diǎn)處對(duì)振鈴信號(hào)16進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，由于與頻率選擇性、帶寬、采樣時(shí)間等有關(guān)的多個(gè)原因中的任意原因而將振鈴信號(hào)16改變?yōu)橹蓄l信號(hào)。又一個(gè)這種修改是使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來對(duì)頻域或時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、成形、分析、與其它數(shù)據(jù)的比較或者其他處理以及評(píng)價(jià)。

同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易觀察到可以進(jìn)行這里所公開的各種頻率確定方法的組合并且這些組合在不同的應(yīng)用中是有利的。例如，可以將模擬采樣和保持電路與數(shù)字頻譜分析相結(jié)合使用，從而保持振鈴信號(hào)16足夠長(zhǎng)以獲得數(shù)字化用的足夠的樣本。

在另一實(shí)施例中，可以將本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的類型的標(biāo)準(zhǔn)RFID標(biāo)簽與傳感器12合并。這種標(biāo)簽可以具有單獨(dú)的天線，并且可以在傳感器工作范圍220外的頻率下工作。這種標(biāo)簽可以編碼有傳感器12的配置信息。

以上已說明了本發(fā)明的實(shí)施例，并且顯然可知，其他人在閱讀并理解本發(fā)明時(shí)將明白這些修改和改變。所附的權(quán)利要求書意圖包括所有這些修改和改變，只要它們?cè)跈?quán)利要求書或其等同物的范圍內(nèi)即可。