專利名稱：一種新型半無源rfid標(biāo)簽芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別領(lǐng)域，特別的提出了一種新型半無源RFID標(biāo)簽芯片。該標(biāo)簽芯片能夠有效地節(jié)省功耗，縮短標(biāo)簽識別的操作時(shí)間，增加信息的識別距離，有效提高讀寫器的吞吐量，能夠適應(yīng)復(fù)雜的信道傳輸環(huán)境。
背景技術(shù)：
目前，對于半無源標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)研究，日益受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和重視。半無源標(biāo)簽的系統(tǒng)性能指標(biāo)包括了讀寫距離、識別率、識別速率、使用壽命四個(gè)方面。半無源標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，在于高靈敏度、無線充電、低功耗條件下的穩(wěn)定喚醒以及通信安全等功能的實(shí)現(xiàn)。標(biāo)簽芯片的基本結(jié)構(gòu)一般都包含射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶和存儲器單元等單元。國際標(biāo)準(zhǔn)IS014443TYPEA / B協(xié)議均采用ASK調(diào)制作為讀寫器向標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制方法，兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中都使用到了 10%和100%調(diào)制度的ASK調(diào)制方式。當(dāng)使用10%調(diào)制時(shí)采用NRZ編碼，而使用100%調(diào)制時(shí)采用改進(jìn)型Miller編碼；解調(diào)模塊由三部分組成，分別是RC回路，二階低通濾波器和遲滯比較器。其中，RC回路由有源電阻和電容實(shí)現(xiàn)；穩(wěn)壓模塊是將整流模塊輸出直流電壓穩(wěn)定在特定電平上，為整個(gè)標(biāo)簽芯片提供穩(wěn)定的工作電壓。基帶穩(wěn)壓模塊包含:輸出功率器件、反饋電路、誤差放大器以及輸出儲能電容；整流模塊的功能主要是將天線感應(yīng)的射頻能量轉(zhuǎn)化為供后級各模塊使用的直流能量；上電復(fù)位模塊在芯片上電時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號，用于數(shù)字基帶處理部分寄存器的復(fù)位。芯片的上電復(fù)位電平與芯片的最低工作電壓、儲能電容等參數(shù)有關(guān)；時(shí)鐘產(chǎn)生模塊主要給數(shù)字基帶處理器模塊提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，多采用片內(nèi)設(shè)計(jì)振蕩電路或時(shí)鐘恢復(fù)電路得到所需時(shí)鐘。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊采用環(huán)形振蕩器電路，并加入電壓和溫度補(bǔ)償電路，保證在不同的工作電壓和溫度下，頻率偏移在規(guī)定的范圍(如±1% )內(nèi)?，F(xiàn)已有多種商用RFID芯片，它們各自具有通常能在RFID集成電路中找到的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部功能模塊。這些商用的RFID芯片有很多型號，例如A9210-BRFID標(biāo)簽芯片。這些標(biāo)簽芯片一般包括以下幾部分電路模塊:電源恢復(fù)電路模塊、電源穩(wěn)壓電路模塊、反向散射調(diào)制電路模塊、解調(diào)電路模塊、時(shí)鐘提取/產(chǎn)生電路模塊、啟動(dòng)信號產(chǎn)生電路模塊、參考源產(chǎn)生電路模塊、控制單元、存儲器。在RFID標(biāo)簽芯片中，傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)模塊不能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置來適應(yīng)不同信道的復(fù)雜性，并且傳統(tǒng)的半無源RFID標(biāo)簽芯片結(jié)構(gòu)中沒有同時(shí)含有擴(kuò)頻模塊、電平閾值判斷/充電模塊和調(diào)制模式判斷模塊，不能有效縮小標(biāo)簽之間的沖撞概率，縮短讀寫器的識別操作時(shí)間，故其讀寫器的吞吐率不高，而且傳統(tǒng)的半無源RFID芯片沒有電平閾值判斷/充電模塊，不能保證較遠(yuǎn)距離信息的有效識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)RFID標(biāo)簽芯片存在的 不能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置來適應(yīng)不同信道，讀寫器的吞吐率不高，不能保證較遠(yuǎn)距離信息的有效識別的問題，提出一種新型半無源RFID標(biāo)簽芯片。本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是，提出一種新型半無源RFID標(biāo)簽芯片，包括:天線，調(diào)制模式判斷模塊，可配置調(diào)制模塊，整流模塊，可配置解調(diào)模塊，時(shí)鐘恢復(fù)模塊，檢測/喚醒模塊，電平閾值判斷/充電模塊，擴(kuò)頻模塊，微型控制器(MCU)，存儲器。外部射頻信號通過天線端口輸入到標(biāo)簽芯片進(jìn)入整流模塊，整流模塊對射頻信號經(jīng)過整流處理，送入檢測/喚醒模塊，判斷該標(biāo)簽芯片是否可以被喚醒，如果能夠被喚醒，則觸發(fā)標(biāo)簽芯片。檢測/喚醒模塊喚醒標(biāo)簽芯片后，產(chǎn)生一個(gè)高電平VDD，提供MCU的工作電源。整流處理后的射頻信號通過本發(fā)明增加的調(diào)制模式判斷模塊，判斷接收到的信息所采用的調(diào)制類型，是10%調(diào)制度的ASK調(diào)制方式，還是100%調(diào)制度的ASK調(diào)制方式，然后將不同調(diào)制類型的信號分別送入可配置解調(diào)電路進(jìn)行相應(yīng)解調(diào)操作?？膳渲媒庹{(diào)電路收到檢測/喚醒電路發(fā)送的觸發(fā)命令后，對接收的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出原信息的時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息則直接送入MCU (Micro Controller Unit微型控制器)進(jìn)行處理，時(shí)鐘信息送入時(shí)鐘恢復(fù)模塊進(jìn)行信息恢復(fù)，然后用以控制MCU的時(shí)鐘。本發(fā)明新增加的電平閾值判斷/充電模塊能夠判斷信息攜帶的能量是否滿足芯片的工作能量，當(dāng)標(biāo)簽芯片從讀寫器接收到的能量小于標(biāo)簽芯片工作啟動(dòng)的閾值時(shí)，芯片自身的電池開始對其提供能量，保證芯片的正常工作；當(dāng) 標(biāo)簽芯片從讀寫器接收到的能量大于標(biāo)簽芯片的啟動(dòng)閾值時(shí)，標(biāo)簽芯片直接使用讀寫器提供的能量進(jìn)行工作，并且剩余的能量還可以用于給電池進(jìn)行儲能。本發(fā)明增加的電平閾值判斷/充電模塊能夠擴(kuò)大標(biāo)簽芯片的識讀距離，確保芯片在從讀寫器接收的能量不足時(shí)也可以正常工作，保證信息的有效識別。信息被送入到MCU模塊進(jìn)行處理，隨后MCU模塊將待反饋的信息傳輸?shù)綌U(kuò)頻模塊，完成對信息的擴(kuò)頻操作，然后再送入可配置調(diào)制模塊進(jìn)行調(diào)制，最終通過天線將信息發(fā)射出去。本發(fā)明增加的可配置調(diào)制解調(diào)模塊，改變了傳統(tǒng)的只能使用設(shè)定好的調(diào)制方式對所以信息進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，其通過讀寫器的控制指令可以在通用硬件平臺上靈活改變芯片的調(diào)制模式，運(yùn)用數(shù)據(jù)通道融合技術(shù)共享部分電路單元，最大限度的節(jié)省功耗，完成調(diào)制解調(diào)模塊的動(dòng)態(tài)配置來適應(yīng)不同信道的復(fù)雜性。本發(fā)明增加的擴(kuò)頻模塊，依據(jù)碼分多址技術(shù)的保密性、抗干擾性和多址通信能力，并結(jié)合標(biāo)簽芯片的成本和功耗要求，通過擴(kuò)頻模塊，在標(biāo)簽中植入多組具有良好正交性的擴(kuò)頻碼，當(dāng)讀寫器識別過程中用以防沖撞算法使用，擴(kuò)頻碼可以是常用的三種碼組=Walsh碼、m序列和Gold序列?？s小標(biāo)簽之間的沖撞概率，縮短讀寫器操作時(shí)間，提高讀寫器的吞吐率，使其得到明顯改善。本發(fā)明將擴(kuò)頻模塊、電平閾值判斷/充電模塊和調(diào)制模式判斷模塊同時(shí)嵌入在標(biāo)簽芯片中，使標(biāo)簽芯片的性能得到大大改善。


圖1半無源RFID標(biāo)簽芯片的結(jié)構(gòu)圖；圖2調(diào)制模式判斷模塊的流程圖；圖3電平閾值判斷/充電模塊的流程圖；圖4半無源RFID工作機(jī)制。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示為半無源RFID標(biāo)簽芯片的結(jié)構(gòu)圖。新型半無源RFID標(biāo)簽芯片，包括，天線，調(diào)制模式判斷模塊，可配置調(diào)制模塊，整流模塊，可配置解調(diào)模塊，時(shí)鐘恢復(fù)模塊，檢測/喚醒模塊，電平閾值判斷/充電模塊，擴(kuò)頻模塊，MCU，存儲器。其特征是:增加了擴(kuò)頻模塊、電平閾值判斷/充電模塊和調(diào)制模式判斷模塊，并且對現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成可配置的調(diào)制解調(diào)模塊。外部射頻信號通過天線端口輸入到標(biāo)簽芯片進(jìn)入整流模塊，整流模塊對射頻信號經(jīng)過整流處理，送入檢測/喚醒模塊，判斷該標(biāo)簽芯片是否可以被喚醒，如果能夠被喚醒，則觸發(fā)標(biāo)簽芯片。檢測/喚醒模塊喚醒標(biāo)簽芯片后，產(chǎn)生一個(gè)高電平VDD，提供MCU的工作電源。整流處理后的射頻信號通過調(diào)制模式判斷模塊，判斷接收到的信息所采用的調(diào)制類型，將不同調(diào)制類型的信號分別送入可配置解調(diào)電路，當(dāng)收到檢測/喚醒電路發(fā)送的觸發(fā)命令后，可配置解調(diào)電路對接收的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)為時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息則直接送入MCU (Micro Controller Unit微型控制器)進(jìn)行處理，時(shí)鐘信息送入時(shí)鐘恢復(fù)模塊進(jìn)行信息恢復(fù)，并控制MCU的時(shí)鐘，電平閾值判斷/充電模塊判斷信息攜帶的能量是否滿足芯片的工作能量，當(dāng)標(biāo)簽芯片從讀寫器接收到的能量小于標(biāo)簽芯片工作啟動(dòng)的閾值時(shí)，芯片自身的電池開始對其提供能量，保證芯片的正常工作；當(dāng)標(biāo)簽芯片從讀寫器接收到的能量大于標(biāo)簽芯片的啟動(dòng)閾值時(shí)，標(biāo)簽芯片直接使用讀寫器提供的能量進(jìn)行工作，并且剩余的能量還可以用于給電池進(jìn)行儲能。如圖2所示為調(diào)制模式判斷模塊的流程圖。調(diào)制模式判斷模塊，提高了信息在惡劣信道環(huán)境下的傳輸能力。即采用10%ASK調(diào)制和100%ASK (幅移鍵控)調(diào)制。幅移鍵控調(diào)制是通過改變載波的振幅來發(fā)送數(shù)字信號的。其中10%和100%是指調(diào)制深度。設(shè)調(diào)幅信號的最大振幅為Emax，包括最小振幅為EminJlJ調(diào)制深度為:m= (Emax-Emin) / (Emax+Emin)。10%調(diào)制度時(shí)采用NRZ (反向不歸零制)編碼,100%調(diào)制度時(shí)采用改進(jìn)型的Miller (米勒)編碼。NRZ (反向不歸零制)編碼的原理是:“高”信號表示二進(jìn)制1，“低”信號表示二進(jìn)制O。Miller (米勒)編碼的原理是:在半比特周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制1，而經(jīng)過下一個(gè)比特周期中不變的I電平表示二進(jìn)制O。一連串的O在比特周期開始時(shí)產(chǎn)生電平交變。變形的米勒編碼在電感耦合的射頻識別系統(tǒng)中用于讀寫器到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸，由于很短的脈沖持續(xù)時(shí)間，就可以在數(shù)據(jù)傳輸過程中保證從讀寫器的高頻場中連續(xù)供給標(biāo)簽?zāi)芰?。調(diào)制度越大就要采用更復(fù)雜的編碼方式，避免傳輸過程中連續(xù)低電平時(shí)造成的通信中斷問題。當(dāng)半無源RFID芯片所處環(huán)境信噪比較好時(shí)可以采用有利于能量傳輸?shù)妮^小調(diào)制度的ASK調(diào)制?？膳渲谜{(diào)制解調(diào)模塊，使讀寫器的控制指令可以在通用硬件平臺上靈活改變芯片的調(diào)制模式，運(yùn)用數(shù)據(jù)通道融合技術(shù)共享部分電路單元，最大限度的節(jié)省功耗，完成調(diào)制解調(diào)模塊的動(dòng)態(tài)配置，來更好的適應(yīng)不同信道的復(fù)雜性。調(diào)制模式判斷模塊流程:當(dāng)信息進(jìn)入標(biāo)簽芯片后，調(diào)制模式判斷模塊判斷接收到的信息是采用哪種調(diào)制方法調(diào)制形成的，是采用的100%調(diào)制還是10%調(diào)制，然后把標(biāo)簽接收到的信息送到可配置解調(diào)模式進(jìn)行解調(diào)處理，待檢 測/喚醒電路發(fā)來觸發(fā)命令后，可配置解調(diào)電路開始對接收的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信息分為時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息則直接送入MCU進(jìn)行處理，時(shí)鐘信息則送入時(shí)鐘恢復(fù)模塊進(jìn)行信息的恢復(fù)，然后用來控制MCU的時(shí)鐘。如圖3所述為電平閾值判斷/充電模塊流程圖。當(dāng)標(biāo)簽芯片被激活并收到命令時(shí)，該模塊判斷標(biāo)簽從讀寫器接收到的能量大小，當(dāng)能量小于標(biāo)簽芯片正常工作啟動(dòng)的電平閾值時(shí)，芯片自身的電池立刻被激活并開始對其提供能量，保證芯片的正常工作。當(dāng)標(biāo)簽芯片從讀寫器接收到的能量大于標(biāo)簽芯片的啟動(dòng)閾值時(shí)，標(biāo)簽芯片可以看作是無源RFID標(biāo)簽芯片，直接使用讀寫器提供的能量進(jìn)行工作。并且電平閾值判斷/充電模塊能夠在有能量剩余時(shí)，對電池進(jìn)行儲能。本發(fā)明的標(biāo)簽可以在較遠(yuǎn)的距離時(shí)，使用自身的電池提供足夠的能量來進(jìn)行信息的識別。因此使用電平閾值判斷/充電模塊能夠擴(kuò)大識別距離，確保當(dāng)芯片從讀寫器接收的能量不足時(shí)也可以正常工作，保證了信息的有效識別。如圖4所述為半無源RFID工作機(jī)制。根據(jù)本發(fā)明提出的半無源RFID芯片結(jié)構(gòu)，針對這種結(jié)構(gòu)給出了標(biāo)簽芯片的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況。本發(fā)明RFID標(biāo)簽芯片工作機(jī)制設(shè)定五種工作狀態(tài):休眠態(tài)、信道查詢態(tài)、通信態(tài)、激活態(tài)以及空閑態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽位于讀寫器場區(qū)以外時(shí)，標(biāo)簽處于休眠態(tài)。此時(shí)，標(biāo)簽上各電路模塊無能量注入，標(biāo)簽的所有部件均停止工作。當(dāng)處于休眠態(tài)的標(biāo)簽感應(yīng)到存在場強(qiáng)時(shí)，經(jīng)過天線電感耦合產(chǎn)生微弱電流，進(jìn)入信道查詢態(tài)，查詢信道上的有效讀寫器信號。當(dāng)讀寫器分配給多個(gè)標(biāo)簽相同的擴(kuò)頻碼時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖撞，當(dāng)信道沖突時(shí)，搜索讀寫器的控制命令，以重置擴(kuò)頻碼。此時(shí)標(biāo)簽進(jìn)入空閑態(tài)，等待重新分配擴(kuò)頻碼，再次進(jìn)入信道查詢態(tài)。當(dāng)整流模塊的輸出直流電壓達(dá)到其開啟門限時(shí)，標(biāo)簽直接進(jìn)入通信態(tài)，建立起穩(wěn)定通信鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；否則，標(biāo)簽進(jìn)入激活態(tài)，當(dāng)感應(yīng)能量低于門限值 時(shí)，啟動(dòng)電池供應(yīng)能量，然后再進(jìn)入通信態(tài)，建立與讀寫器的有效連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在完成數(shù)據(jù)成功傳輸后，標(biāo)簽在接收到讀寫器發(fā)送的休眠指令后，便回到休眠態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種半無源RFID標(biāo)簽芯片，其特征在于，包括:天線，調(diào)制模式判斷模塊，可配置調(diào)制模塊，整流模塊，可配置解調(diào)模塊，時(shí)鐘恢復(fù)模塊，檢測/喚醒模塊，電平閾值判斷/充電模塊，擴(kuò)頻模塊，MCU，存儲器，整流模塊對射頻信號經(jīng)過整流處理，送入檢測/喚醒模塊，檢測/喚醒模塊喚醒標(biāo)簽芯片后，產(chǎn)生一個(gè)高電平VDD，提供MCU的工作電源，整流處理后的射頻信號通過調(diào)制模式判斷模塊，判斷接收到的信息所采用的調(diào)制類型，將不同調(diào)制類型的信號分別送入可配置解調(diào)電路，可配置解調(diào)電路對接收的信息進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)為時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息則直接送入微型控制器MCU進(jìn)行處理，時(shí)鐘信息送入時(shí)鐘恢復(fù)模塊進(jìn)行信息恢復(fù)，并控制MCU的時(shí)鐘，電平閾值判斷/充電模塊判斷信息攜帶的能量是否滿足芯片的工作能量，當(dāng)芯片從讀寫器接收到的能量小于工作閾值時(shí)，啟動(dòng)電池供電，當(dāng)芯片從讀寫器接收到的能量大于芯片的工作閾值時(shí)，芯片直接使用讀寫器提供的能量進(jìn)行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)簽芯片，其特征在于，當(dāng)調(diào)制類型為10%調(diào)制度時(shí)采用NRZ編碼，當(dāng)調(diào)制類型為 100%調(diào)制度時(shí)采用改進(jìn)型的Miller編碼。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)一種半無源RFID標(biāo)簽芯片原理標(biāo)簽，涉及射頻識別領(lǐng)域。將不同調(diào)制類型的信號分別送入可配置解調(diào)電路，可配置解調(diào)電路對接收的信息進(jìn)行解調(diào)，完成調(diào)制解調(diào)模塊的動(dòng)態(tài)配置來適應(yīng)不同信道的復(fù)雜性；通過讀寫器指令控制，啟動(dòng)電池供電或讀寫器提供的能量，以節(jié)省功耗，并且能夠擴(kuò)大信息的識別距離，保證信息的有效識別。同時(shí)，本發(fā)明芯片適用于高速數(shù)據(jù)通信，具有良好的穩(wěn)定性和抗噪能力。
文檔編號G06K19/077GK103226726SQ201310157479
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者龐宇, 林金朝, 宋得龍, 李章勇, 羅志勇, 周前能, 彭琦, 王斌 申請人:重慶郵電大學(xué)