作为物联网数据采集的终端,UHF RFID技术可以同时识别多个传感标签,与蓝牙、WIFI等数据通信手段相比,具有低成本、无源低功耗、集成度高、支持数据加密认证的优点,这使RFID技术无疑成为实现传感器网络数据采集的最佳技术手段。针对电力能源行业提出的“电力行业物联网”的目标以及该行业中RFID技术应用的不足,本文作为国家重大科研仪器研制项目的子任务,给出了一种将RFID技术与谐振式传感技术结合的框架与电路实现方式,设计了一个检测电网稳定度的无源标签系统。针对电网信息采集和传递的应用环境特点,本文与阅读器承研方共同协定设计通信协议,相对于传统面向物流应用的“二叉树”防碰撞机制,本文创新性提出“点名式”防碰撞机制,在系统设计层面降低了无源标签的工作能耗,提高通信效率,减小了漏读率。通过对比多种谐振结构,谐振传感器件最终选择“三梁音叉”结构,并增加至两层磁致伸缩材料覆盖,得到对0.1T磁场强度变化导致的谐振频移量在2.5%以上的高敏感度传感器件。本文对皮尔斯振荡电路原理进行分析,优化电路结构,振荡电路功耗降低至皮尔斯振荡电路的40.2%,起振速度提高至6.45倍。本文对PCB无源标签完成模块划分,重点设计数字模块,验证该模块设计的协议一致性和功能完整性。文章提出双侧单级子天线的设计,将上、下行通信链路天线分开,结合采用的能量采集电路和无系统时钟下实现的防碰撞机制,将无源传感标签的工作距离提高至3.5m。为了满足量产需求及低成本考虑,本文对标签进行芯片化设计。芯片设计过程针对能量采集电路部分,采用双电荷泵的倍压整流结构,提高能量转换效率,保证芯片通信距离;同时重点完成对芯片级标签的数字基带模块设计、代码实现,保证其功能完整性。最终该无源标签经过物理设计,得到GDSⅡ版图,数字基带面积缩小至相似功能“国标协议”标签的22.9%,功耗缩小至45.1%,整体芯片版图面积缩小至70%左右。两种标签经过物理设计、系统测试,最终验证本文标签可以对电网的电特性信息进行采集,并实现距离3.5m位置下的数据传递,其功能和性能符合预期设计。