專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于特殊環(huán)境下無(wú)源壓力傳感器的無(wú)接觸通訊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特殊環(huán)境下壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域和射頻識(shí)別RFID (Radio FrequencyIdentification)芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)源壓力傳感器的無(wú)接觸通訊方法。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別RFID技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)包括閱讀器READER和電子標(biāo)簽TAG。電子標(biāo)簽主要由天線和RFID芯片組成。閱讀器向周?chē)臻g發(fā)射電磁波，電子標(biāo)簽通過(guò)天線從電磁波中獲取工作所需能量而激活并與閱讀器實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞。
在石油開(kāi)采、化工領(lǐng)域的反應(yīng)釜和冶煉塔等特殊環(huán)境下的壓力測(cè)量中，對(duì)壓力傳感器提出了耐高溫、微型化、抗腐蝕等要求。壓阻式傳感器以體積小、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用。采用絕緣體介質(zhì)隔離(silicon on insulator, SOI)結(jié)構(gòu)的壓阻式壓力傳感器是常用的在特殊環(huán)境下應(yīng)用的壓力傳感器。壓力傳感器是有源器件，通常由一外部電流源供電，壓力測(cè)量輸出電壓信號(hào)有線連接到外部放大及控制設(shè)備。在某些應(yīng)用場(chǎng)合下，有線連接壓力傳感器使得測(cè)量和控制系統(tǒng)變得非常復(fù)雜，甚至有些特殊應(yīng)用場(chǎng)合下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓力傳感器與外部系統(tǒng)的有線連接。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種具有無(wú)接觸通訊功能的無(wú)源壓力傳感器的方法。射頻識(shí)別RFID模塊，壓力傳感器模塊，低功耗高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和放大器AMP都集成在同一具有SOI結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片上構(gòu)成無(wú)源壓力傳感器芯片。射頻識(shí)別RFID模塊通過(guò)接收閱讀器發(fā)出的電磁波獲得能量為整個(gè)RFID模塊，壓力傳感器模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和放大器AMP提供工作電壓，壓力傳感器模塊的輸出信號(hào)首 先經(jīng)過(guò)放大器AMP和ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入RFID芯片，然后RFID閱讀器READER讀取RFID模塊中存儲(chǔ)的壓力傳感器信息。采用了帶RFID模塊的壓力傳感器是無(wú)源器件，它實(shí)現(xiàn)了無(wú)源壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提出一種帶RFID模塊，壓力傳感器模塊，低功耗高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和放大器AMP組成的無(wú)源壓力傳感器，從而實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊。
實(shí)現(xiàn)具有無(wú)接觸通訊功能的在特殊環(huán)境下應(yīng)用的無(wú)源壓力傳感器的方法，包括以下步
驟:
第一步，將芯片外天線與無(wú)源壓力傳感器芯片內(nèi)射頻識(shí)別RFID模塊的anl端和an2端相連接，將RFID模塊的anl端和an2端分別與RFID模塊內(nèi)的整流調(diào)制模塊，解調(diào)模塊和時(shí)鐘模塊的al輸入端和輸入a2端相連接,將整流調(diào)制模塊的輸出端vi與電源模塊的輸入端vi相連接，將電源模塊的vdd端分別與解調(diào)模塊，時(shí)鐘模塊，數(shù)字模塊和存儲(chǔ)器模塊的vdd端相連接，將解調(diào)模塊的dm輸出端與數(shù)字模塊的dm輸入端相連接，將時(shí)鐘模塊的elk輸出端與數(shù)字模塊的elk輸入端相連接，將數(shù)字模塊的do輸出端與存儲(chǔ)器模塊的di輸入端相連接，將數(shù)字模塊的di輸入端與存儲(chǔ)器模塊的do輸出端相連接，將RFID模塊的ibias輸出端與壓力傳感器模塊的ibias輸入端相連接，將RFID模塊的vdd端分別與放大器AMP和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的vdd端相連接，將RFID模塊的elk輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的elk輸入端相連接，將RFID模塊的en輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的en輸入端相連接，將RFID模塊的rdy輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的rdy輸出端相連接，將RFID模塊的adc輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的adc輸出端相連接，將壓力傳感器模塊的ina和inb輸出端分別與放大器AMP的ina和inb輸入端相連接，將放大器AMP的ο輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的in輸入端相連接，
第二步，射頻識(shí)別RFID閱讀器READER向外發(fā)射電磁波，無(wú)源壓力傳感器芯片外的天線接收電磁波并在RFID模塊的anl和an2端口之間產(chǎn)生一射頻電壓信號(hào)，其頻率與電磁波的頻率相同，幅值大小由閱讀器和無(wú)源壓力傳感器芯片之間的距離決定，距離越近，幅值越大，
第三步，整流調(diào)制模塊將片外的天線接收到的射頻電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)整流和濾波送到電源模塊，電源模塊產(chǎn)生vdd為射頻識(shí)別RFID模塊內(nèi)的子模塊，AMP和ADC提供工作電壓，電源模塊產(chǎn)生的ibias電流源為壓力傳感器模塊提供恒定工作電流，不需要外部恒流源供電，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器的無(wú)源化，時(shí)鐘模塊產(chǎn)生的elk信號(hào)為數(shù)字模塊和ADC模塊提供時(shí)鐘，第四步，壓力傳感器模塊正常工作后的輸出信號(hào)ina和inb送到放大器AMP的差分輸入端，放大后的壓力信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC，為了保證測(cè)量精度，ADC的精度通常為10到12位，
第五步，當(dāng)射頻識(shí)別RFID閱讀器 READER發(fā)出指令要讀取壓力信號(hào)后，RFID模塊的en信號(hào)置高，ADC開(kāi)始工作，ADC轉(zhuǎn)換完成后，ADC模塊的rdy標(biāo)志信號(hào)置高，通知RFID的數(shù)字模塊12位adc轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可供數(shù)字模塊讀取，RFID模塊按相應(yīng)的RFID通訊協(xié)議將12位精度的壓力傳感器數(shù)字信號(hào)無(wú)接觸地傳輸?shù)絉FID閱讀器READER，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊，
第六步，無(wú)源壓力傳感器芯片需在已知壓力下進(jìn)行初始化標(biāo)定，由放大器AMP和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC引入的固定誤差經(jīng)過(guò)標(biāo)定后存儲(chǔ)在RFID模塊內(nèi)的存儲(chǔ)器中，正常工作中壓力傳感器的測(cè)量值需要減去這個(gè)固定誤差。
由于本發(fā)明集成RFID模塊，壓力傳感器模塊，放大器AMP和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC在同一具有SOI結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片上，RFID電源模塊產(chǎn)生的電流源為壓力傳感器模塊提供恒定工作電流，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器的無(wú)源化，壓力信號(hào)經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換，按RFID通訊協(xié)議將壓力傳感器數(shù)字信號(hào)無(wú)接觸地傳輸?shù)絉FID閱讀器READER，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊。


圖1為本發(fā)明的無(wú)源壓力傳感器示意圖 圖2為本發(fā)明的壓力傳感器示意圖 圖3為本發(fā)明的射頻識(shí)別RFID模塊示意圖。
權(quán)利要求
1.一種帶RFID模塊，壓力傳感器模塊，低功耗高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和放大器AMP的組成的無(wú)源壓力傳感器，包括以下步驟: 第一步，將芯片外天線與無(wú)源壓力傳感器芯片內(nèi)射頻識(shí)別RFID模塊的anl端和an2端相連接，將RFID模塊的anl端和an2端分別與RFID模塊內(nèi)的整流調(diào)制模塊，解調(diào)模塊和時(shí)鐘模塊的al輸入端和輸入a2端相連接,將整流調(diào)制模塊的輸出端vi與電源模塊的輸入端Vi相連接，將電源模塊的vdd端分別與解調(diào)模塊，時(shí)鐘模塊，數(shù)字模塊和存儲(chǔ)器模塊的vdd端相連接，將解調(diào)模塊的dm輸出端與數(shù)字模塊的dm輸入端相連接，將時(shí)鐘模塊的elk輸出端與數(shù)字模塊的elk輸入端相連接，將數(shù)字模塊的do輸出端與存儲(chǔ)器模塊的di輸入端相連接，將數(shù)字模塊的di輸入端與存儲(chǔ)器模塊的do輸出端相連接，將RFID模塊的ibias輸出端與壓力傳感器模塊的ibias輸入端相連接，將RFID模塊的vdd端分別與放大器AMP和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的vdd端相連接，將RFID模塊的elk輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的elk輸入端相連接，將RFID模塊的en輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的en輸入端相連接，將RFID模塊的rdy輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC的rdy輸出端相連接，將RFID模塊的adc輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的adc輸出端相連接，將壓力傳感器模塊的ina和inb輸出端分別與放大器AMP的ina和inb輸入端相連接，將放大器AMP的ο輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的in輸入端相連接， 第二步，射頻識(shí)別RFID閱讀器READER向外發(fā)射電磁波，無(wú)源壓力傳感器芯片外的天線接收電磁波并在RFID模塊的anl和an2端口之間產(chǎn)生一射頻電壓信號(hào)，其頻率與電磁波的頻率相同，幅值大小由閱讀器和無(wú)源壓力傳感器芯片之間的距離決定，距離越近，幅值越大， 第三步，整流調(diào)制模塊將片外的天線接收到的射頻電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)整流和濾波送到電源模塊，電源模塊產(chǎn)生vdd為射頻識(shí)別RFID模塊內(nèi)的子模塊，AMP和ADC提供工作電壓，電源模塊產(chǎn)生的ibias電流源為壓力傳感器模塊提供恒定工作電流，不需要外部恒流源供電，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器的無(wú)源化，時(shí)鐘模塊產(chǎn)生的elk信號(hào)為數(shù)字模塊和ADC模塊提供時(shí)鐘，第四步，壓力傳感器模塊正常工作后的輸出信號(hào)ina和inb送到放大器AMP的差分輸入端，放大后的壓力信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC，為了保證測(cè)量精度，ADC的精度通常為10到12位， 第五步，當(dāng)射頻識(shí)別RFID閱讀器READER發(fā)出指令要讀取壓力信號(hào)后，RFID模塊的en信號(hào)置高，ADC開(kāi)始工作，ADC轉(zhuǎn)換完成后，ADC模塊的rdy標(biāo)志信號(hào)置高，通知RFID的數(shù)字模塊12位adc轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可供數(shù)字模塊讀取，RFID模塊按相應(yīng)的RFID通訊協(xié)議將12位精度的壓力傳感器數(shù)字信號(hào)無(wú)接觸地傳輸?shù)絉FID閱讀器READER，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊， 第六步，無(wú)源壓力傳感器芯片需在已知壓力下進(jìn)行初始化標(biāo)定，由放大器AMP和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC引入的固定誤差經(jīng)過(guò)標(biāo)定后存儲(chǔ)在RFID模塊內(nèi)的存儲(chǔ)器中，正常工作中壓力傳感器的測(cè)量值需要減去這個(gè)固定誤差。
全文摘要
一種無(wú)源壓力傳感器的無(wú)接觸通訊方法，將RFID模塊，壓力傳感器模塊，低功耗高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和放大器AMP集成在同一具有SOI結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片上，RFID的電源模塊產(chǎn)生的電流源為壓力傳感器模塊提供恒定工作電流，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器的無(wú)源化，壓力信號(hào)經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換，按RFID通訊協(xié)議將壓力傳感器數(shù)字信號(hào)無(wú)接觸地傳輸?shù)絉FID閱讀器READER上，實(shí)現(xiàn)了壓力傳感器和外部接收設(shè)備的無(wú)接觸通訊。
文檔編號(hào)H03M1/00GK103246901SQ201310144719
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者吳欣延 申請(qǐng)人:吳欣延