无源无线SAW RFID传感器及其应用

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1、无源无线SAWRFID（识别+传感）应用摘要:声表面波(SAW)器件作为信号处理器在现代扩频技术中已获得广泛的应用，推动了信号保密、抗干扰技术在通信、雷达、电子对抗等军用电子系统中的应用。然而，随着信息技术的深入发展，作为模拟技术的SAW技术，在信号处理领域依然展示着其实时强盛的信号处理能力，同时在信息敏感方面也展现出卓越的优势，如其敏感度高、直接频率和相位输出、多参量综合信号转换能力、性能稳定、无源低功耗、工艺简朴且与半导体工艺兼容，易于实现片上集成等特点，在多种物理、化学、生物传感器系统获得应用，广受重视。近年来

2、，随着SAW器件工作频率提高到GHz以上，使得集信息敏感与信号处理、信号传输于一体的单芯片SAW无源标识器(SAWIDT)技术在多种SAW传感器系统获得广泛的应用，成为当今SAW和传感器两个技术领域的一个新发展亮点。本文基于信息敏感的角度对SAW传感器的理论、设计、结构、系统研究方向、在无源标识器(IDT)应用方面进行了探讨，对进一步发展以SAW综合信息敏感技术为基础的新的系统设计有一定意义。关键词:SAW传感器、无源标识器(IDT)、信息敏感一、声表面波（SAW）技术原理及特点分析声表面波（SAW）是由英国物理学家

3、瑞利在1885年发现，直至1965年，怀特和沃特默发现了瑞利SAW波的有效激励方法：压电基片上的叉指换能器。从此，SAW技术进入了应用开发高潮。此后30年SAW元件被广泛运用在各类通讯技术范畴的振荡器，谐振器及滤波器等电路元件中。声表面波（SAW）原理SAW技术的发展，至今已有几十年的历史。其基础理论、应用设计、工艺技术、计算模型等方面的研究已非常充分，声表面波(SAW)是一种传播于基片界面的机械波，如图1所示，鉴于SAW技术特点，推动一类新型、功能强盛的SAW信号处理中的实现，从而在二十世纪七十年代后期推动了海内外

4、宽带扩频技术在各类电子系统中的广泛应用。但它具有不可回避的缺点。如：器件性能如器件工作频率、插入损耗、时间延迟、相位延迟等受温度、压力、湿度等外界物理因素影响较大；图1：SAW器件原理SAW器件性能易受外界各物理因素影响，对信号处理器来说，这是它必须克服的弱点，而对于信息敏感器来说，这正是它作所必须的。因而，SAW器件的模拟信号特点为其成为信息敏感器奠定了物理基础。SAW特点分析SAW信号能量集中在基片的1～2波长范围内，其对外界量变的响应较其它信号更为敏感，因而，SAW信息敏感技术不但可以实现多种物理量(如温度T、

5、压力P、湿度H等)的高精度敏感，还为化学、生物等微量物质的敏感奠定了技术基础。SAW传播速度为1000m/s量级(比电磁波慢5个数量级)，易于实现SAW传感器的微型化、阵列化。当且与半导体技术融合时，奠定了SAW传感器的综合化、智能化、低成本大规模生产以及广泛应用的技术基础。基于上述SAW技术的自身特点以及当前信息敏感技术发展的需求，SAW传感器，包括SAW温度传感器，SAW压力传感器、SAW湿度传感器、SAW化学气体传感器、SAW液相传感器等，国际上早在二十世纪七十年代以后就有研究报告出现。近年来，随着环境掩护及反

6、恐的需要，SAW传感器再次宣起新的研究高潮，特别是SAW化学、生物传感器，更是受到各国高度重视。国内SAW传感器发展始于二十世纪八十年代，对机载SAW压力传感器、SAW温度传感器、SAWCO化学气相传感器、SAW生物基因传感器等进行了初步研究。本文对SAW传感器的基本观点、结构、应用及发展中的问题作了一个概述。二、声表面波射频识别系统（SAWRFID）应用特点及技术优势SAW-RFID的应用特点图2：SAW卡系统原理图如图2所示，读卡器发射的电信号到达SAW的交叉换能器IDT,IDT将电信号转换为纳米量级的声表面波（

7、SAW），这是一种位移极小的机械波.IDT激发的SAW脉冲就沿着基层表面传播。芯片上按照严格的位置关系排列着若干“码反射器”，SAW脉冲遇到码反射器时，部分被反射，部分通过。被反射回到IDT的SAW脉冲中就包含了反射器位置的编码信息。也就是说，通过时间延迟实现了对SAW脉冲的编码。这种编码方法被称作时间-位置编码。当一系列反射的SAW脉冲到达IDT，声波信号又被转换为电信号，并通过卡上的天线发送回到读卡器。读卡器将反馈信号检测、解码。当与SAW射频识别技术融合时，奠定了SAW-RFID传感技术的无源、无线、高耐受性、

8、廉价大规模生产等广泛应用的技术基础。SAW-RFID的技术优势无需任何形式的电源，能够长期使用；常规的无源RFID必需接收读卡脉冲整流后给集成电路提供必要的电压，实质上属于“远程供电”，因而识别距离受到很大的限制。而SAW-RFID没有门限电压的限制，无需“远程供电”，识别、传感距离大大增加；无线读取，无需接触，适合运动及旋转部件中物理量的