[发明专利]一种用于无源传感电子标签阅读器的自适应频率跟踪系统

说明书

技术领域

本发明属于物联网感知层技术领域，具体涉及一种用于无源传感电子标签阅读器的自适应频率跟踪系统。

背景技术

无源传感电子标签属于物联网感知层关键技术之一。传感电子标签除了具有电子身份（ID）号外，还具有感知温度、湿度、压力、加速度、角度、化学、气体等外界环境物理信息。感知系统一般包括无源传感电子标签和阅读器。低频和高频段标签和阅读器之间一般通过电感耦合进行能量和信息的传递。阅读器的天线线圈和电容组成串联谐振回路而传感电子标签的天线线圈和电容组成并联谐振回路。它们的谐振频率是一致的。当标签进入阅读器的工作区域时，标签天线线圈接收到阅读器发出的电磁波，线圈就会产生感应电流，经过整流电路后产生电源电压。此电源电压激活传感标签并给标签供电。传感电子标签通过负载调制的方式把本身的电子身份信息以及外界物理环境信息传送给阅读器。阅读器的天线线圈的电压幅度会随着传感标签负载调制信号的变化而变化。阅读器通过二极管包络检波、低通滤波、放大、波形整形得到传感标签发送的电子身份信息以及环境物理信息。该系统的具体工作原理可查看专利号201010536704.2。如果电子标签和阅读器的天线线圈特性（比如线圈圈数和面积）在已定的情况下，它们之间的工作距离主要取决于阅读器的发射功率以及传感电子标签的功耗。阅读器的天线线圈和电容组成的串联谐振回路的品质因素（Q值）很高，如果阅读器的载波频率和天线线圈谐振频率不一致，这将大大降低阅读器的发射功率以至大大降低阅读器和传感电子标签间的工作距离。采用固定载波频率的阅读器就有可能发生这种情况。导致天线线圈谐振频率变化的主要因素有：天线线圈和电容的制造工艺引起的容值偏差、器件老化引起的容值变化、环境因素引起的容值变化等。采用本发明可以使阅读器的载波频率自动跟踪天线线圈的谐振频率，从而可以大大提高产品的生产率、良品率和可靠性。该发明可以采用低成本的CMOS技术来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无源传感电子标签阅读器的自适应频率跟踪系统，以提高产品的生产率、良品率和可靠性。

本发明提供的用于无源传感电子标签阅读器的自适应频率跟踪系统，包括锁相环电路(PLL)、驱动电路(Driver)、功放电路(PA)、天线串联谐振回路（由天线线圈L和谐振电容C组成）、降压电阻（R）、正弦波方波转换电路(S2Q)和延时电路(Delay)；其中，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器（PFD）、电荷泵（CP）、环路滤波器（LF）、电压电流转换器（V2I）、流控振荡器（CCO）。驱动电路2、功放电路3、正弦波方波转换电路4、延时电路5中的电路由一级或多级具有不同驱动能力的反相器组成。天线线圈L一端与功放电路的输出连接，连接点为n1，天线线圈L另一端和谐振电容C一端连接，连接点为n2。谐振电容C另一端接GND。降压电阻R一端连接n2，另一端和正弦波方波转换电路4的输入端连接，连接点为n3。 

当系统上电复位后，自适应频率跟踪系统开始工作；设流控振荡器初始的振荡频率为f1；其具有I和Q两路正交电压输出；其中I路信号经过驱动电路和功放电路至天线线圈L和谐振电容C组成的天线串联谐振回路，天线串联谐振回路串联谐振频率为f0=1/(2*π*                                               )；式中，L为天线线圈L的电感值，C为谐振电容C的电容值；谐振电容C上的电压信号经过降压电阻R后送入正弦波方波转换电路进行波形整形；整形后的方波信号CLKI输入到鉴频鉴相器的时钟输入端Clk；Q路信号经过延时电路后，其信号CLKQ输入到鉴频鉴相器的数据输入端Data；如果流控振荡器的振荡频率和天线串联谐振回路频率不一致，即信号CLKI和信号CLKQ具有不同的相位，此时，锁相环电路将调整流控振荡器的振荡频率，直至和天线串联谐振回路频率一致，也就是调整到信号CLKI和信号CLKQ的相位相同，系统完成自适应跟踪，进入锁定状态。