[發明專利]無線溫度傳感器芯片

有效

• 申請號: 201410068436.4
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103822728A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 曾德華;胡曉林;王權;陳友武;萬順
• 申請（專利權）人: 成都賽康信息技術有限責任公司
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 楊軍

技術領域

本發明涉及一種無線溫度傳感器芯片。

背景技術

進入21世紀后，自取能無線智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。?

傳統的無線溫度傳感器一般采用電池供電，盡管電池的儲能密度和使用壽命隨著技術進步不斷提高，但仍存在一些無法克服的供能缺陷，諸如供能壽命有限、需重復充電、體積與質量較大等，并不能完全滿足無線傳感器網絡的發展要求。隨著無線傳感器網絡的廣泛應用，節點數目越來越龐大，采用電池供電方式的缺陷愈加彰顯。近年來，自供能技術作為一種能從根本上解決無線傳感器網絡節點供能問題的方法被提出，其是一種通過收集周圍環境中其他形式的能量并將其轉換成電能，為傳感器及其它電子設備提供安全、穩定、高效、理論上無壽命限制的電能供給技術。自供能技術最大的優點在于無線傳感器可利用周圍環境中的能量作為自身的能量供給，從而擺脫了對電網的依賴。因為其獨特的自支持特點，符合傳感器的發展方向和工業需要，其發展前景十分廣闊。?

2005年Michiel?A.?P.?Pertijs等發表了高精度智能溫度傳感器，其原理是基于三極晶體管產生的PTAT電壓，通過Σ-Δ式A/D轉換器，實現了從-50℃到120℃的3σ誤差僅為±0.5℃的智能溫度傳感器；2006年Faith?Kocer等人實現了用RF信號供電的無線溫度傳感器，無線發射頻率為2.3?GHz，待機功耗5μA，發射信號時功率5mA，但是通信距離較短；2010年Fabio?Zito等發表了用于生物醫學的無線溫度傳感器，該芯片采用三極晶體管產生PTAT電壓，通過8bit數模轉換器將數據提供給射頻模塊發射，該芯片將射頻天線集成在芯片上實現了芯片的小型化。以上學術界的研究已經初步實現了測溫電路、無線通信電路的集成，但還未實現系統的自取能，并且大多研究并不是針對于電力傳輸系統，沒有涉及抗干擾設計等方面的研究內容。

從國外企業產品的調研情況來看，國外公司提供的芯片大多都側重于將無線通信功能單獨用一個芯片來實現，如ADI公司的ADF7021、Nordic公司的NRF2401、TI公司的CC1100等。組成無線溫度傳感系統時，還需要在系統中集成獨立的ADC和處理器芯片等，這樣的實現方式具有較大的通用性和可擴展性，但是，這種方式將導致系統的體積、成本較高。另外，國外公司開發的芯片通常是針對全球的無線頻段規劃，只有極少數產品能夠覆蓋我國的470MHz測量頻段，目前還沒有一款國外公司的芯片能夠滿足更高要求的取能、測溫、AD轉換、無線通信和組網協議處理。

由于我國的集成電路設計行業發展相對較晚，在芯片的設計能力發面與國外先進水平差距較大，尤其是在電力系統領域，目前國內的自取能無線溫度傳感器設備主要靠購買國外芯片組裝而成，自主設計研發的具有低功耗高性能的自取能無線溫度傳感專用芯片尚未有詳細報道，但在某些領域也取得了一些進展，但功能有限，無法滿足市場的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無線溫度傳感器芯片，主要解決現有技術中存在的缺乏一種安全可靠、功耗較低的無線溫度傳感器芯片，不能滿足技術發展需求的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

無線溫度傳感器芯片，包括：

電源管理單元，支持前端自取能裝置電源輸入和外接電源輸入，采用耐高壓的LDMOS管設計為LDO結構；

溫度傳感器單元，檢測芯片周圍的環境溫度，并在溫度高于閾值時產生過溫保護信號；

帶隙基準單元，在設定的溫度范圍內向AD轉換單元提供穩定不變的直流參考電壓，并為芯片中其他單元提供穩定的電壓或電流偏置；

ADC單元，將采樣到的信號與帶隙基準單元提供的參考信號逐次進行比較，得出每一位數字轉換結果，實現信號的AD轉換；

帶電檢測單元，判斷待檢測設備是否帶電；

射頻收發單元，進行信號收發及處理；

所述電源管理單元、溫度傳感器單元、帶隙基準單元、ADC單元、帶電檢測單元和射頻收發單元均集成在一起。

進一步地，所述射頻收發單元包括GFSK射頻發射機，對GFSK射頻發射機發射的信號進行接收的GFSK射頻接收機，以及將GFSK射頻接收機接收到的信號進行處理的處理單元。