引言

隨著物聯網應用技術的高速發展，無源RFID感測系統受到了廣泛研究，但現有無源RFID感測標簽通信距離短，且因小型化和低成本特性，其安全性能常被忽視，同時，現有傳感終端采用專用RIFD芯片，無法根據實際所需參量進行修改，重構性差，且固定的加密算法安全性不高。

1999年，Steindl等人提出了基于聲表面波的無源傳感標簽［1］，其采用聲表面波反射信號的相位和幅度變化，實現信息感知，并據此實現了多類型傳感功能。2015年，Lee等人提出了一種無源氫氣濃度傳感系統［2］，其將傳感器集成在標簽天線上，通過標簽反射信號的頻率和功率變化測量氫氣濃度，由于傳感器變化會導致標簽天線和標簽電路不匹配，限制了標簽和讀寫器的工作距離，使得通信距離僅25 cm。2016年，Abdulhadi等人研制了一種集成太陽能和射頻能量收集的RFID傳感標簽［3］，采用太陽能和射頻能供電的通信距離分別可達27 m和748 m，但其沒有實現RFID協議處理功能，無法實現可重構，靈活性差，并且由于其天線面積較大，具有一定的安裝局限性。

國內傳感標簽起步較晚，2020年，Inserra等人研制了一種基于RFID的螺絲松動無源傳感標簽［4］，其通過螺釘松/緊改變標簽天線和電路匹配狀態，從而改變標簽反射系數，據此可測量出螺釘松/緊狀態，其通信距離僅 13 m。2021年，Shao等人提出了采用線圈結構的磁場傳感器結合RFID技術實現無源射頻電流感測標簽［5］，其采用磁場傳感器輸出的電壓幅值表征電流強度，但其電流動態測量范圍僅為5 A~175 A，且電壓信號抗干擾能力差，同時，通信距離僅52 m（EIRP為48 dBm）。

為增強傳感終端安全性能，常采用基于偽隨機數的加密算法，其安全性較弱；也常采用專用真隨機數產生電路，但增加了系統成本和功耗。考慮到傳感終端常采用ADC實現數模轉換，因此，為實現資源共享，減少因實現真隨機數產生器添加額外硬件資源而增加的成本和功耗，本文重點研究基于ADC的低復雜度高兼容真隨機數產生器。

2000年，Petrie等人提出將電阻熱噪聲、振蕩器采樣和離散時間混沌系統結合實現真隨機數發生器［6］，其性能優于采用單一熵源實現的真隨機數發生器。之后，Callegari等人和Pareschi等人分別提出采用多個ADC流水線架構實現真隨機數發生器［7-8］，每一級ADC使用15 bit的分辨率，輸出1位隨機數，并且ADC的輸入是前一級ADC輸出的殘差信號。2020年，Jayaraj等人在SAR ADC完成后，使用比較器對ADC輸出的最低位（殘差）繼續比較一次，將比較結果作為隨機數，可以同時完成模數轉換和產生真隨機數（True Random Numter,TRN）［9］。

以上文獻提出的基于ADC實現真隨機數發生器的方法難以真正實現，只適合專用芯片，增加了系統的設計復雜度和成本。2016年，Liu等人提出了基于傳統MCU的ADC采樣電阻分壓電路電壓的真隨機數發生器［10］，但其過度依賴電阻和電路的熱噪聲，當ADC位寬小的時候，其輸出數據變化很小或根本沒有變化，致使很難產生高質量的真隨機數。文獻［11-12］給出了使用傳統微處理器和流水線ADC相結合的結構來實現真隨機數發生器的方法，這是在微處理器上基于ADC實現真隨機數的典型例子，但其結構復雜，難以在無線無源低功耗設備上實現。

針對上述問題，本文在不增加無源傳感終端復雜度的情況下，研究兼容型真隨機數發生器和可重構加密算法，并進一步研究多源能量收集電路和高靈敏度ASK解調電路，增強無源終端接收靈敏度，提升無源終端通信距離，并設計出無線無源可重構遠距離安全傳感終端。

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作者信息：

鄧洋1，張世杰1，劉成旺1，李征1，冉君1，鐘永明1，王堅1，施昶2，李鋼2

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2.電子科技大學，四川成都610054)