專利名稱：一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別技術(shù)，特別是一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)和應(yīng)用在該 系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
包括非接觸式集成電路卡(Integrated Circuit Card，簡稱IC卡)在內(nèi)的射頻識 別(Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術(shù)于20世紀80年代興起，經(jīng)過 二十多年的發(fā)展，已深入現(xiàn)代生活的各個角落，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交 通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻識別系統(tǒng)具有如下特性 非接觸、快速操作電子標(biāo)簽?zāi)芰χ灰ㄟ^閱讀器，射頻識別系統(tǒng)即可不需接 觸，快速地讀寫操作電子標(biāo)簽； 多標(biāo)簽處理能力射頻識別系統(tǒng)具有防沖突功能，可一次處理多個標(biāo)簽； 耐環(huán)境性特性RFID可以對水、油和藥品等物質(zhì)有強力的抗污性，且可以在黑 暗或臟污的環(huán)境之中操作電子標(biāo)簽； 可重復(fù)使用特性由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，因此可以回收標(biāo)簽 重復(fù)使用；如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養(yǎng)的需要； 穿透性特性RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話， 也可以進行穿透性通訊。不過如果是被鐵質(zhì)金屬包覆的話，就無法進行通訊； 數(shù)據(jù)的記憶容量大RFID中閱讀器和電子標(biāo)簽中可以有很大的記憶容量，適合 各種各樣的應(yīng)用。射頻識別技術(shù)是自動識別技術(shù)的一種，射頻識別系統(tǒng)一般至少包括兩個部分(1)電子標(biāo)簽，英文名稱為Tag; (2)閱讀器，英文名稱為Reader。電子標(biāo)簽中一般 保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體的表面。閱讀器又 稱為讀出裝置，可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別 物體的目的。進一步通過計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳 送等管理功能。閱讀器在整個射頻識別系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。閱讀器的頻率決定了射頻識 別系統(tǒng)的工作頻段，其功率直接影響射頻識別的距離。人們通過計算機應(yīng)用軟件來處理對 射頻標(biāo)簽寫入或讀取其攜帶的數(shù)據(jù)信息，由于標(biāo)簽的非接觸性，人們必須借助處于應(yīng)用系 統(tǒng)與標(biāo)簽之間的閱讀器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫功能。這使得閱讀器在整個通信過程中起著關(guān)鍵 性的橋梁作用。RFID領(lǐng)域廣泛采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如ASK、FSK和PSK調(diào)制。幅度鍵控(Amplitude Shift Keying，簡稱ASK)即按載波的幅度受到數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制而取不同的值，例如對應(yīng)二 進制0，載波振幅為0 ；對應(yīng)二進制1，載波振幅為1。調(diào)幅技術(shù)實現(xiàn)起來簡單，但容易受增 益變化的影響。頻移鍵控(Frequency Shift Keying，簡稱FSK)即按數(shù)字數(shù)據(jù)的值(如0或1)調(diào)制載波的頻率。例如對應(yīng)二進制0的載波頻率為F1，而對應(yīng)二進制1的載波頻率為 F2。該技術(shù)抗干擾性能好，但占用帶寬較大。相移鍵控(Phase Shift Keying，簡稱PSK)即 按數(shù)字數(shù)據(jù)的值調(diào)制載波相位。例如用180相移表示1，用0相移表示0。這種調(diào)制技術(shù)抗 干擾性能最好，且相位的變化也可以作為定時信息來同步發(fā)送機和接收機的時鐘，并對傳 輸速率起到加倍的作用。這幾種調(diào)制方式都是現(xiàn)有的成熟調(diào)制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各通信系 統(tǒng)中。遵循國際電信聯(lián)合會(ITU)的規(guī)范。目前RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz 以下、13. 56MHz、433. 92MHz、860M 93OMHz (即超高頻，簡稱 UHF)、2. 45GHz 以及 5. 8GHz, 其各有特色和缺陷。135KHz以下傳輸距離比較短，此頻段在絕大多數(shù)的國家屬于開放，不 涉及法規(guī)開放和執(zhí)照申請的問題，因此使用較廣，主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。 13. 56MHz代表性應(yīng)用為會員卡、識別證、飛機機票和建筑物出入管理等，這幾年近距離非接 觸式IC卡發(fā)展快速。超高頻UHF頻段的RFID標(biāo)簽最遠可達近10米的傳輸距離，可大幅提 升現(xiàn)階段的應(yīng)用層次，通訊品質(zhì)佳，適合供應(yīng)鏈品項管理。而與此同時，移動通信終端經(jīng)歷20多年的迅速發(fā)展，幾乎已經(jīng)成為消費者人手必 備的隨身裝置，普及率非常高，并且有在移動終端上集成更多功能的趨勢。如果能將手機和 閱讀器有效結(jié)合起來，讓用戶可以利用手機隨時隨地地讀寫操作電子標(biāo)簽，將會給用戶帶 來極大的便利，且可廣泛應(yīng)用到防偽、資產(chǎn)管理等多個領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。NFC方案是近年由Norkia、PhilipS等公司提出有關(guān)移動支付的一種新的方案，基 本的做法是在新設(shè)計的手機中加入用于支付的RFID模塊，RFID模塊和手機之間用專門的 通信協(xié)議進行相互通信。這種方法可以比較好地解決利用手機讀寫電子標(biāo)簽的問題，但缺 點是用戶必須去改造現(xiàn)有的手機，甚至購買一個全新的手機，這在現(xiàn)階段并不是所有用戶 都能接受方法，而且對整個社會而言也是很大的資源浪費。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于手機平臺 的射頻識別系統(tǒng)和應(yīng)用在該系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽，該射頻識別系統(tǒng)可以在不改動現(xiàn)有手機、 僅替換SIM卡的情況下實現(xiàn)射頻識別。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)，包括手機和電子標(biāo)簽，該手機包括雙界面SIM 卡，該雙界面SIM卡是在單界面SIM卡的基礎(chǔ)上增加了無線接口模塊和非接觸式天線，該無 線接口模塊和該雙界面SIM卡芯片的中央處理單元CPU相連，該非接觸式天線和該無線接 口模塊相連。所述的無線接口模塊還包括接收放大電路，所述的非接觸式天線與該接收放大電 路的輸入端相連，該接收放大電路的輸出端與解調(diào)電路、數(shù)字量化電路和接收數(shù)字電路接 口順次相連。所述的無線接口模塊包括順次相連的發(fā)送數(shù)字電路接口、調(diào)制電路和發(fā)送功率放 大電路，該發(fā)送功率放大電路的輸出端與所述的非接觸式天線相連。該射頻識別系統(tǒng)在通信過程中，手機到電子標(biāo)簽方向為下行鏈路，其通信方式是 通過手機的射頻信號，或通過雙界面SIM卡發(fā)出的信號，或者沒有下行鏈路通信。
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該射頻識別系統(tǒng)在通信過程中，電子標(biāo)簽到手機是上行鏈路，其通信方式采用反 射或負載調(diào)制方式，或者由電子標(biāo)簽發(fā)射信號，雙界面SIM卡用于接收信號。所述手機是占用CDMA1X、800MHZ頻段的CDMA手機，或者是占用900/1800/1900MHZ 頻段的GSM手機，或者是3G手機。所述的電子標(biāo)簽是靠手機天線發(fā)射能量而工作的被動式標(biāo)簽，或者是由電子標(biāo)簽 自己供電的主動式、半主動式標(biāo)簽。所述的電子標(biāo)簽包括天線和電子標(biāo)簽芯片，所述天線和電子標(biāo)簽芯片通過管腳相 連，所述電子標(biāo)簽芯片包括電源管理模塊、測試管腳、存儲器、時鐘模塊、控制模塊、調(diào)制模 塊和解調(diào)模塊，所述電源管理模塊用于整個電子標(biāo)簽芯片的電源管理，并提供上電復(fù)位信號，所述存儲器用于保存物品的特定序列號信息，所述時鐘模塊用于產(chǎn)生符合各個模塊需要的時鐘信號，所述控制模塊用于協(xié)調(diào)控制整個芯片的內(nèi)部邏輯，
所述調(diào)制模塊和解調(diào)模塊用于信號的調(diào)制和解調(diào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可以在不改動現(xiàn)有手機、僅替換SIM卡的情況下實現(xiàn)射頻識別，更有利于 減小投資成本。同時本發(fā)明將手機和射頻識別系統(tǒng)中閱讀器有效結(jié)合起來，讓用戶可以利 用手機隨時隨地地讀寫操作電子標(biāo)簽，將會給用戶帶來極大的便利，可應(yīng)用到防偽、資產(chǎn)管 理等多個領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電子標(biāo)簽的內(nèi)部電路模塊示意圖。圖4是本發(fā)明雙界面SIM卡的內(nèi)部電路模塊示意圖。 圖5是本發(fā)明雙界面SIM卡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖5的A-A剖視圖。
圖7是本發(fā)明電子標(biāo)簽的整流電路模塊的電路圖。圖8是本發(fā)明電子標(biāo)簽的電源管理模塊的電路圖。圖9是本發(fā)明電子標(biāo)簽的內(nèi)部振蕩器的電路圖。圖10是本發(fā)明電子標(biāo)簽的調(diào)制模塊的電路圖。圖11是本發(fā)明電子標(biāo)簽解調(diào)模塊的相干解調(diào)方法的電路圖。圖12是本發(fā)明電子標(biāo)簽解調(diào)模塊的非相干解調(diào)方法的電路圖。圖13是本發(fā)明雙界面SIM卡的無線接口模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是本發(fā)明雙界面SIM卡的無線接口模塊中接收放大電路的示意圖。圖15是本發(fā)明雙界面SIM卡的無線接口模塊中發(fā)送功率放大器電路的示意圖。圖16是本發(fā)明雙界面SIM卡的無線接口模塊中數(shù)字量化電路的示意圖。 圖17是本發(fā)明手機中射頻識別軟件的參考流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步詳細的說明，但不應(yīng)以 此限制本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖1本發(fā)明射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明基于手機平臺的射頻識別 系統(tǒng)，包括手機1和電子標(biāo)簽3，該手機1包括雙界面SIM卡2。電子標(biāo)簽3附在物品4 上。電子標(biāo)簽3是靠手機天線發(fā)射能量而工作的被動式標(biāo)簽，或者是由電子標(biāo)簽自己供電 的主動式、半主動式標(biāo)簽(電子標(biāo)簽一部分電路由自己供電工作，一部分電路利用手機等 閱讀器所發(fā)射的射頻能量)。手機1是占用CDMA1X、800MHZ頻段的CDMA手機，或者是占用 900/1800/1900MHZ頻段的GSM手機，或者是3G手機，或其它通信協(xié)議的手機。手機1除目 前市面上手機有的各項功能外，還包括有一個與射頻識別相關(guān)的軟件，用該軟件可以啟動 電子標(biāo)簽的識別過程。射頻識別軟件可具有但不限于以下功能 射頻功能打開及關(guān)閉； 工作模式的選擇(工作、待機等)；·電子標(biāo)簽控制命令； 當(dāng)前識別、交易狀況的查詢； 歷史記錄的查詢。射頻識別軟件的參考流程圖如圖17所示。本發(fā)明提供一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子標(biāo)簽和作為電子標(biāo) 簽讀寫設(shè)備的手機(要求是可發(fā)送信號)這兩部分組成，手機內(nèi)部裝有針對該射頻識別的 雙界面SIM卡。該射頻識別系統(tǒng)可以在不改動現(xiàn)有手機、僅替換SIM卡的情況下實現(xiàn)射頻 識別。系統(tǒng)中電子標(biāo)簽工作的能量來自手機天線發(fā)出的射頻信號或者由電子標(biāo)簽自帶，而 作為電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備的手機和SIM卡工作的能量來自手機電池。通信過程中，下行鏈路 (手機到電子標(biāo)簽方向)的通信方式可以是通過手機的射頻信號(如解調(diào)所撥號碼)，或通 過SIM卡發(fā)出的信號，或者沒有下行鏈路通信；而上行鏈路通信可以采用反射或負載調(diào)制 方式，或者由標(biāo)簽發(fā)射信號，接收電路集成到SIM卡中。該SIM卡是一種雙界面SIM卡，接 觸界面提供手機和SIM卡之間進行相互通信的通道，非接觸界面提供SIM卡和電子標(biāo)簽之 間相互通信的通道。該SIM卡工作的能量來自手機電池提供的能量。該SIM卡中有接收電 路，可以接收來自電子標(biāo)簽返回的信號。請參閱圖2本發(fā)明電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖和圖3本發(fā)明電子標(biāo)簽的內(nèi)部電路模塊 示意圖。本發(fā)明電子標(biāo)簽3，包括天線和電子標(biāo)簽芯片5，電子標(biāo)簽可以有一個天線，也可以 有兩個天線。所述天線和電子標(biāo)簽芯片5通過管腳相連，所述電子標(biāo)簽芯片5包括電源管 理模塊502、測試管腳504、存儲器505、時鐘模塊506、控制模塊507、調(diào)制模塊508和解調(diào) 模塊509，電源管理模塊502連到各個模塊，給各模塊提供電源，時鐘模塊506連到存儲器 505、控制模塊507、調(diào)制模塊508和解調(diào)模塊509，為這些模塊提供同步時鐘，控制模塊507 連到測試管腳504、存儲器505、調(diào)制模塊508和解調(diào)模塊509，為這些模塊提供邏輯控制信 號。若該電子標(biāo)簽是主動式或半主動式標(biāo)簽，即當(dāng)電子標(biāo)簽主動工作時，所述天線包 括第一天線7和第二天線8，第一天線7用于接收手機天線發(fā)出的能量和信號，通過第一管 腳51和第二管腳52和電子標(biāo)簽芯片5相連；第二天線8用于發(fā)送信號給手機中的雙界面SIM卡2，通過第三管腳53和第四管腳54和電子標(biāo)簽芯片5相連。若該電子標(biāo)簽是被動式標(biāo)簽，即當(dāng)電子標(biāo)簽被動工作時，第二天線8可以不用。所 述天線包括第一天線7，用于接收手機天線發(fā)出的能量和信號，并將反饋給手機中的雙界面 SIM卡2的信號通過同一天線反射回去。所述電源管理模塊502用于整個電子標(biāo)簽芯片的電源管理，并提供上電復(fù)位信 號。請參閱圖8本發(fā)明電子標(biāo)簽的電源管理模塊的電路圖。電源管理模塊502可以選用但 不限于如圖所示的電路。當(dāng)該電子標(biāo)簽是被動式標(biāo)簽時，電源管理模塊502 —邊和整流電 路模塊501相連，另一邊和電子標(biāo)簽芯片的其它各模塊相連。利用電源管理模塊502內(nèi)部 的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)，將整流電路模塊501整流輸出的高電壓電源，如9V等，變換為 芯片內(nèi)部工作需要的電壓，如1.8V、3.3V等。當(dāng)該電子標(biāo)簽是主動式或半主動式標(biāo)簽時，該 電源管理模塊502直接利用電源管理模塊502內(nèi)部的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)，將標(biāo)簽自帶 電源變換為芯片內(nèi)部工作需要的電壓，如1.8V、3. 3V等，并提供給電子標(biāo)簽芯片的其它各 模塊使用。該電源管理模塊502還包括一個上電復(fù)位功能，當(dāng)電源管理模塊502的電壓輸 入達到一定幅度后，如5V，將產(chǎn)生一個復(fù)位信號，用于復(fù)位整個電子標(biāo)簽芯片，使芯片可以 從初始狀態(tài)開始工作。電子標(biāo)簽芯片5還可以包括內(nèi)部振蕩器503，用于提供所述電子標(biāo)簽芯片5工作的 系統(tǒng)時鐘，該內(nèi)部振蕩器503的輸出端與所述時鐘模塊506的輸入端相連。請參閱圖9本 發(fā)明電子標(biāo)簽的內(nèi)部振蕩器的電路圖。內(nèi)部振蕩器可以選用但不限于如圖所示的電路。該 電路由奇數(shù)級有一定時延的反相器首尾相連組成，每級反相器都有一個負載電容C，以造成 輸入和輸出間的時延，奇數(shù)級的時延造成的負反饋使電路產(chǎn)生振蕩。對于本發(fā)明射頻識別系統(tǒng)的不同工作模式，電子標(biāo)簽芯片工作的系統(tǒng)時鐘可以由 內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生或者沒有內(nèi)部振蕩器503而從第一天線7收到的載波信號中提取。下 文還會詳細描述。測試管腳504用于配合進行電子標(biāo)簽內(nèi)部芯片的功能、性能測試和初始化工作， 在設(shè)計上和普通管腳基本一致。所述存儲器505用于保存物品的特定序列號等相關(guān)信息，存儲介質(zhì)可以選用但不 限于 EEPR0M、Flash 等。所述時鐘模塊506用于產(chǎn)生符合各個模塊需要的時鐘信號，主要由各級分頻電路 實現(xiàn)，分頻電路的設(shè)計可參見各常見數(shù)字電路設(shè)計書籍，如康華光主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù) 字部分》。所述控制模塊507用于協(xié)調(diào)控制整個芯片的內(nèi)部邏輯，主要由數(shù)字電路設(shè)計完 成，詳細的控制過程在該射頻識別系統(tǒng)的各種工作模式中進行說明，控制模塊507的設(shè)計 就根據(jù)各種模式中的控制過程進行。所述調(diào)制模塊508和解調(diào)模塊509用于信號的調(diào)制和解調(diào)。電子標(biāo)簽通過調(diào)制模塊508實現(xiàn)信號調(diào)制，調(diào)制方式可選用但不限于以負載調(diào)制 的反向散射方式、ASK、FSK或PSK等調(diào)制方式產(chǎn)生調(diào)制信號。可采用但不限于如圖10所示 電路來實現(xiàn)以負載調(diào)制。如電子標(biāo)簽在被動工作時，調(diào)制模塊508通過發(fā)出高電平或低電 平來控制連接第二天線8即(發(fā)送天線)兩端的絕緣柵場效應(yīng)管(簡稱MOS管)開關(guān)，從 而改變加到該第二天線8的負載電流，產(chǎn)生副載波反射調(diào)制信號返回到手機1 (即閱讀器)。當(dāng)調(diào)制模塊508通過發(fā)出高電平時，MOS管開關(guān)導(dǎo)通，第二天線8構(gòu)成一個回路，這樣就有 負載電流流過，就產(chǎn)生副載波反射調(diào)制信號返回到手機；當(dāng)調(diào)制模塊508通過發(fā)出低電平 時，MOS管開關(guān)截止，第二天線8不構(gòu)成一個回路，這樣就沒有負載電流流過，也就不會產(chǎn)生 副載波反射調(diào)制信號返回到手機。電子標(biāo)簽3還可以利用內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生信號調(diào)制時的載波信號，并利用調(diào)制 模塊508產(chǎn)生ASK、FSK或PSK的調(diào)制信號。如果電子標(biāo)簽3利用內(nèi)部振蕩器503和調(diào)制模 塊508 —起產(chǎn)生ASK、FSK或PSK的調(diào)制信號，ASK、FSK以及PSK調(diào)制實現(xiàn)的方法可參見各 通信原理相關(guān)書籍介紹。解調(diào)模塊509可以采用但不限于如常見的相干解調(diào)方法或如二極管峰值包絡(luò)解 調(diào)的非相干解調(diào)等方法。對相干解調(diào)方法，可參考圖11本發(fā)明電子標(biāo)簽解調(diào)模塊的相干解 調(diào)方法的電路圖，所述解調(diào)電路包括乘法器210、低通濾波器211，經(jīng)濾波器501濾波后并作 放大處理的輸入信號Vi，與本地載波信號經(jīng)由乘法器210的運算后，由低通濾波器211濾波 后，生成解調(diào)輸出信號Vo。對二極管峰值包絡(luò)解調(diào)的非相干解調(diào)方法，可參考圖12本發(fā)明電子標(biāo)簽解調(diào)模 塊的非相干解調(diào)方法的電路圖，所述解調(diào)電路包括檢波二極管212、一端與檢波二極管212 負極相連的電容C以及一端與檢波二極管212負極相連的電阻R，且所述電容C和電阻R并 聯(lián)。所述的解調(diào)電路在接收輸入信號Vi后，進行二極管峰值包絡(luò)解調(diào)，輸出解調(diào)輸出信號 Vo。當(dāng)該電子標(biāo)簽是被動式標(biāo)簽時，所述電子標(biāo)簽芯片5還包括整流電路模塊501，用 于將通過天線7接收到的手機天線發(fā)出的射頻信號整流出直流電源，供后級電源管理模塊 502使用，該整流電路模塊501 —邊和天線7相連，另一邊和電源管理模塊502相連。對于 主動或半主動標(biāo)簽，整流電路模塊501可以不存在。請參閱圖7本發(fā)明電子標(biāo)簽的整流電 路模塊的電路圖。整流電路模塊可以選用但不限于如圖所示的電路，它是將通過天線7接 收到的交流信號轉(zhuǎn)換為直流電源的電路，整流電路中的D1、D2、D3、D4 二極管是作為開關(guān)運 用，具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)正半周時，整流二極管D1、D2導(dǎo)通，在芯片負載電阻R上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負半周時，二極管D3、D4導(dǎo)通，在芯片負載電阻R上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓，利用電 容C的充放電過程以及肖特基二極管D的限壓作用，將輸出直流電壓Vo，即整流電路模塊 501的輸出，穩(wěn)定到一個固定電平，如9V。請參閱圖4本發(fā)明雙界面SIM卡的內(nèi)部電路模塊示意圖。本發(fā)明射頻系統(tǒng)中雙界 面SIM卡是在目前廣泛應(yīng)用的單界面SIM卡的基礎(chǔ)上增加了無線接口模塊201和非接觸式 天線11，其中無線接口模塊201和圖4中所示的中央處理單元CPU相連，該CPU位于SIM卡 芯片12中。而非接觸式天線11和無線接口模塊201相連。本發(fā)明雙界面SIM卡采用如圖 5所示結(jié)構(gòu)。圖6是圖5的A-A剖視圖。請參閱圖13本發(fā)明雙界面SIM卡的無線接口模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。無線接口模塊 201包括順次相連的發(fā)送數(shù)字電路接口、調(diào)制電路和發(fā)送功率放大電路，該發(fā)送功率放大電 路的輸出端與所述的非接觸式天線相連；所述的無線接口模塊201還包括接收放大電路， 所述的非接觸式天線與該接收放大電路的輸入端相連，該接收放大電路的輸出端與解調(diào)電路、數(shù)字量化電路和接收數(shù)字電路接口順次相連。接收放大電路可選用但不限于通過一個自動增益控制(簡稱AGC)電路來實現(xiàn)。 AGC電路的實現(xiàn)可參見圖14。通過以上電路，將使雙界面SIM卡在輸入信號幅度變化較大 的情況下，使接收放大電路的輸出端，即解調(diào)電路的輸入端得到幅度恒定或較小范圍變化 的輸出信號。AGC電路中可控增益放大器可采用諸如差分放大器增益控制器電路或電控衰 減器增益控制電路。環(huán)路中電平檢測電路將交變輸出信號變換為直流信號，該信號通過低 通濾波器，在比較器中與基準電平VR相比較，并產(chǎn)生一控制信號。控制過程如下若輸入信 號Vi增加，而放大后信號Vo增加時，環(huán)路產(chǎn)生一控制信號，使AGC電路增益Av減少；當(dāng)Vi 減少使Vo減少時，環(huán)路產(chǎn)生一控制信號，使Av增加。即通過環(huán)路控制作用，無論Vi增加或 減少，輸出信號電平Vo將保持幾乎恒定的值，或僅在較小范圍內(nèi)變化，從而使下一級解調(diào) 電路得到穩(wěn)定的信號輸入。所述的發(fā)送功率放大器電路可采用但不限于如圖15所示電路實現(xiàn)。所示放大電 路為一種高效率諧振功率放大器電路，包括第一至第四反相器261 264，第一 PNP管Q3、 第二 PNP管Q5，第一 NPN管Q4、第二 NPN管Q6，第一至第三電容C3 C5，第一電阻R11、第 二電阻R12，第一天線負載端ANT1、第二天線負載端ANT2。其中，第一反相器261的輸入端接收第一已調(diào)制控制信號RFTXD1，輸出端與第二 NPN管Q6的基極相連。第二反相器262的輸入端接收第二已調(diào)制控制信號RFTXD2，輸出端 與第二 PNP管Q5的基極相連。第三反相器263的輸入端接收第三已調(diào)制控制信號RFTXD3， 輸出端與第一 PNP管Q3的基極相連。第四反相器264的輸入端接收第四已調(diào)制控制信號 RFTXD4，輸出端與第一 NPN管Q4的基極相連。第二 PNP管Q5的集電極接地，射極與第二 NPN管Q6的射極相連。第二 NPN管Q6 的集電極經(jīng)由第一電阻Rll與VCC相連。第一 PNP管Q3的集電極接地，射極與第一 NPN管 Q4的射極相連。第一 NPN管Q4的集電極經(jīng)由第二電阻R12與VCC相連。第一電容C3的第一端與第二 PNP管Q5的射極以及第二 NPN管Q6的射極相連。第 二電容C4的第一端與第一 PNP管Q3的射極以及第一 NPN管Q4的射極相連。第三電容C5 的兩端分別與第一電容C3以及第二電容C4的第二端相連。第三電容C5的兩端分別與第 一天線負載端ANT1、第二天線負載端ANT2相連。上述放大電路通過RFTXD1、RFTXD2、RFTXD3、RFTXD4這四個已調(diào)制控制信號的開 關(guān)控制，使得NPN管Q5、Q6，以及PNP管Q3、Q4交替打開/關(guān)閉，從而在對于調(diào)制信號放大的 同時，也使得天線負載端發(fā)出符合頻率要求的射頻信號。而RFTXD1、RFTXD2、RFTXD3、RFTXD4 這四個已調(diào)制控制信號由調(diào)制電路25產(chǎn)生，RFTXDl/RFTXD2與RFTXD3/RFTXD4為相位正好 相反的信號對，RFTXDl與RFTXD2之間相位基本一致，RFTXD3與RFTXD4之間相位基本一致。解調(diào)的方法還是可以采用但不限于如常見的相干解調(diào)方法或如二極管峰值包絡(luò) 解調(diào)的非相干解調(diào)方法。調(diào)制電路調(diào)制方式可選用但不限于以負載調(diào)制的反向散射方式、ASK、FSK或PSK 等調(diào)制方式產(chǎn)生調(diào)制信號，或者利用內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生信號調(diào)制時的載波信號，并利用 調(diào)制模塊508產(chǎn)生ASK、FSK或PSK的調(diào)制信號。數(shù)字量化電路可采用但不限于如圖16所示的比較器電路，作用是輸入模擬信號， 輸出為數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)字量化。
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非接觸天線要求是滿足SIM卡的機械尺寸要求。本發(fā)明射頻識別系統(tǒng)的工作過程如下首先，在需要識別的物品4上粘貼一個電子標(biāo)簽3，電子標(biāo)簽3內(nèi)部有一個對應(yīng)該 物品的特定序列號。同時，手機1包括一個與射頻識別相關(guān)的軟件，用該軟件可以啟動電子 標(biāo)簽的識別過程。整個射頻識別系統(tǒng)可以處于以下幾種工作模式1、手機-電子標(biāo)簽-SIM卡模式即手機發(fā)射信號，電子標(biāo)簽接收，電子標(biāo)簽反射或 負載調(diào)制或主動發(fā)射信號，SIM卡接收信號；2、SIM卡-電子標(biāo)簽-SIM卡模式SIM卡發(fā)射信號，電子標(biāo)簽接收，電子標(biāo)簽反射 或負載調(diào)制或主動發(fā)射信號，SIM卡接收信號；3、TTF (Tag Talks First)模式即電子標(biāo)簽先發(fā)言模式，SIM卡接收信號。一、手機電子標(biāo)簽SIM卡模式在該模式下，電子標(biāo)簽和手機在通信過程中，下行鏈路(手機到電子標(biāo)簽方向)的 通信方式是利用手機的射頻信號；而上行鏈路(電子標(biāo)簽到手機方向)通信則采用反射或 負載調(diào)制方式，或者由電子標(biāo)簽發(fā)射信號；首先用戶啟動手機中射頻識別軟件，并將手機靠近物品4上的電子標(biāo)簽3，用戶可 以通過撥打某個特定號碼等方法，使手機天線持續(xù)發(fā)出信號。電子標(biāo)簽利用第一天線7接 收手機持續(xù)發(fā)出的信號，通過電子標(biāo)簽內(nèi)部芯片的整流電路模塊501獲取能量，并開始工 作。對主動或半主動標(biāo)簽，整流電路模塊501可以不存在，能量可以由另外方式如電池提 供。電源管理模塊502進行整個電子標(biāo)簽芯片的電源管理，并提供上電復(fù)位信號(POR)。電 子標(biāo)簽芯片工作的系統(tǒng)時鐘可以由內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生，或者沒有內(nèi)部振蕩器503而從第 一天線7收到的載波信號中提取，并提供給時鐘模塊506進行分頻處理后供其它模塊使用。 下行鏈路中，解調(diào)模塊509用于解調(diào)第一天線7收到的手機命令信號，并將該命令信號送交 控制模塊507?？刂颇K507協(xié)調(diào)控制整個芯片的內(nèi)部邏輯，并在上電后，監(jiān)測手機發(fā)出的 命令信號，然后根據(jù)命令作相應(yīng)的應(yīng)答控制。在上行鏈路中，當(dāng)電子標(biāo)簽3需要應(yīng)答數(shù)據(jù) 時，控制模塊507從存儲器505中讀取物品特定序列號等數(shù)據(jù)，并通過調(diào)制模塊508以負載 調(diào)制的反向散射方式等方式產(chǎn)生調(diào)制信號，或者由電子標(biāo)簽3利用內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生調(diào) 制信號，經(jīng)由第二天線8發(fā)射出去，供雙界面SIM卡2接收。電子標(biāo)簽內(nèi)部芯片的功能、性 能測試和初始化工作通過測試管腳504完成，初始化寫入的物品特定序列號等數(shù)據(jù)保存到 存儲器505中。當(dāng)雙界面SIM卡2通過非接觸式天線11收到電子標(biāo)簽的第二天線8發(fā)出的包 含物品特定序列號的調(diào)制信號后，無線接口模塊201將該信號進行放大并解調(diào)為數(shù)字信 號，并通過總線送交中央處理單元CPU。手機中的射頻識別軟件就可以通過但不限于ISO/ IEC7816接口獲取該物品4和電子標(biāo)簽3的相關(guān)信息，供用戶使用。在該模式下，雙界面SIM卡只需要一個天線。二、SIM卡-電子標(biāo)簽-SIM卡模式在該模式下，電子標(biāo)簽和手機在通信過程中，下行鏈路(手機到電子標(biāo)簽方向)的 通信方式是利用SIM卡發(fā)出的射頻信號；而上行鏈路通信則采用反射或負載調(diào)制方式，或 者由電子標(biāo)簽發(fā)射信號。
該模式與第一種模式不同之處在于在下行鏈路中，電子標(biāo)簽芯片的解調(diào)模塊 509用于解調(diào)第一天線7收到的雙界面SIM卡2發(fā)出的調(diào)制信號，并將該命令信號送交控制 模塊507處理。在該模式下，雙界面SIM卡2具有一個或兩個天線，一個天線用于發(fā)送信號，另一 個天線用于接收信號；或利用一個天線進行分時控制。三、TTF(Tag Talks First)模式在該模式下，電子標(biāo)簽和手機在通信過程中沒有下行鏈路；而上行鏈路通信則采 用電子標(biāo)簽發(fā)射信號。該模式與第一種模式不同之處在于內(nèi)部振蕩器503產(chǎn)生電子標(biāo)簽芯片工作的系 統(tǒng)時鐘，并提供給時鐘模塊506進行分頻處理后供其它模塊使用。在該模式下，雙界面SIM卡只需要一個天線。本發(fā)明可以在不改動現(xiàn)有手機、僅替換SIM卡的情況下實現(xiàn)電子標(biāo)簽的識讀，更 有利于減小投資成本，便于該發(fā)明的應(yīng)用與推廣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡 依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
1權(quán)利要求
一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于包括手機(1)和電子標(biāo)簽(3)，該手機(1)包括雙界面SIM卡(2)，該雙界面SIM卡是在單界面SIM卡的基礎(chǔ)上增加了無線接口模塊(201)和非接觸式天線(11)，該無線接口模塊(201)和該雙界面SIM卡芯片的中央處理單元CPU相連，該非接觸式天線(11)和該無線接口模塊(201)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于所述的無線接口模塊(201)還包 括接收放大電路，所述的非接觸式天線與該接收放大電路的輸入端相連，該接收放大電路 的輸出端與解調(diào)電路、數(shù)字量化電路和接收數(shù)字電路接口順次相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于所述的無線接口模塊(201) 包括順次相連的發(fā)送數(shù)字電路接口、調(diào)制電路和發(fā)送功率放大電路，該發(fā)送功率放大電路 的輸出端與所述的非接觸式天線相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于該射頻識別系統(tǒng)在通信過程中， 手機到電子標(biāo)簽方向為下行鏈路，其通信方式是通過手機的射頻信號，或通過雙界面SIM 卡發(fā)出的信號，或者沒有下行鏈路通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于該射頻識別系統(tǒng)在通信過程中， 電子標(biāo)簽到手機是上行鏈路，其通信方式采用反射或負載調(diào)制方式，或者由電子標(biāo)簽發(fā)射 信號，雙界面SIM卡用于接收信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于所述手機(1)是占用CDMA1X、 800MHZ頻段的CDMA手機，或者是占用900/1800/1900MHZ頻段的GSM手機，或者是3G手機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于所述的電子標(biāo)簽(3)是靠手機天 線發(fā)射能量而工作的被動式標(biāo)簽，或者是由電子標(biāo)簽自己供電的主動式、半主動式標(biāo)簽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的射頻識別系統(tǒng)，其特征在于所述的電子標(biāo)簽(3)包括 天線和電子標(biāo)簽芯片(5)，所述天線和電子標(biāo)簽芯片(5)通過管腳相連，所述電子標(biāo)簽芯片 (5)包括電源管理模塊(502)、測試管腳(504)、存儲器(505)、時鐘模塊(506)、控制模塊 (507)、調(diào)制模塊(508)和解調(diào)模塊(509)，所述電源管理模塊(502)用于整個電子標(biāo)簽芯片的電源管理，并提供上電復(fù)位信號，所述存儲器(505)用于保存物品的特定序列號信息，所述時鐘模塊(506)用于產(chǎn)生符合各個模塊需要的時鐘信號，所述控制模塊(507)用于協(xié)調(diào)控制整個芯片的內(nèi)部邏輯，所述調(diào)制模塊(508)和解調(diào)模塊(509)用于信號的調(diào)制和解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于手機平臺的射頻識別系統(tǒng)，包括手機和電子標(biāo)簽，該手機包括雙界面SIM卡，該雙界面SIM卡是在單界面SIM卡的基礎(chǔ)上增加了無線接口模塊和非接觸式天線，該無線接口模塊和該雙界面SIM卡芯片的中央處理單元CPU相連，該非接觸式天線和該無線接口模塊相連。該射頻識別系統(tǒng)在通信過程中，手機到電子標(biāo)簽方向為下行鏈路，其通信方式是通過手機的射頻信號，或通過雙界面SIM卡發(fā)出的信號，或者沒有下行鏈路通信。電子標(biāo)簽到手機是上行鏈路，其通信方式采用反射或負載調(diào)制方式，或者由電子標(biāo)簽發(fā)射信號，雙界面SIM卡用于接收信號。本發(fā)明可以在不改動現(xiàn)有手機、僅替換SIM卡的情況下實現(xiàn)射頻識別。
文檔編號H04W88/02GK101923623SQ20091005273
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者朱正, 金可威 申請人:上海坤銳電子科技有限公司