CN102521642A - 一种rfid标签芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种RFID标签芯片，应用于射频识别领域，包括：激励方式设置单元和收发机单元，所述激励方式设置单元用于将所述芯片的激励方式设置为无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；所述收发机单元与激励方式设置单元连接，用于根据选择的激励方式，灵活选择连接天线、外接电池或触发线圈，并通过变换与所述芯片连接的天线的负载阻抗或Q值，将所述芯片内的数据调制到载波上发射给阅读器；降低了有源电子标签和半有源电子标签的制造成本，并且满足了同时需要无源电子标签、有源电子标签或半有源电子标签的应用场景的要求。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别领域，尤其涉及一种RFID标签芯片。
背景技术
RFID即射频识别技术，又称电子标签、无线射频识别，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。物联网的终极发展目标就是为所有人员和物品安装RFID标签，利用阅读器设备和网络设备可以随时随地获得关于人员和物品的各种信息。RFID标签内包含RFID标签芯片和标签天线，有时也含有电池。
根据RFID标签芯片激励方式的不同，可将RFID标签分为以下三类：1)无源电子标签。无源电子标签内没有电池，标签天线通过空间磁场耦合或电磁辐射从阅读器获得供RFID标签芯片工作能量，再将存储在RFID标签芯片内存里的识别号和其它数据信息调制在射频信号上发射出去。由于没有电池，无源电子标签可以做得很薄、很小，其使用寿命不受电池电量的影响，可达10年以上；无源标签的成本低，在商品标签、货物物流、票证防伪、交通卡、图书管理、门禁考勤等领域已经得到广泛应用。但是，潮湿环境或附近的金属会极大影响标签的读取性能；而且，无源电子标签的读取距离受限于阅读器的发射功率。配合符合国际标准的阅读器，高频无源电子标签的读取距离小于1米，超高频无源电子标签的读取距离一般也不超过10米。2)有源电子标签。有源电子标签的RFID标签芯片由内置电池供电，其持续反复地将内存里的识别号和其它数据信息调制在射频信号上发射出去。有源电子标签的读取性能极好，其读取距离能达到100米以上，且受使用环境影响较小。但是，由于有源电子标签内含有电池，其使用寿命较短，一般在3年以下，而且，持续反复的信号发射方式也会造成大量的电磁污染；目前有源电子标签的用量远小于无源标签，造成其成本较高，甚至达到无源标签的10倍以上。3)半有源电子标签。半有源电子标签的RFID标签芯片由内置电池供电，但RFID标签芯片在平时一直处于休眠状态；当半有源电子标签经过阅读器天线辐射场区时，RFID标签芯片被触发进入工作状态，将内存里的识别号和其它数据信息调制在射频信号上发射出去；电子标签离开天线辐射场区后，RFID标签芯片恢复休眠状态，不再向外发射信号。半有源电子标签可以有很长的使用寿命，也不会造成电磁污染，同时受使用环境影响很小；但是，半有源电子标签的结构比有源电子标签更加复杂，成本也更高。
目前，很多应用场景要求同时使用无源电子标签、有源电子标签及半有源电子标签；例如，保密物品管理系统要求在纸质文件、移动存储设备、手机、照相机等保密物品上粘贴电子标签；纸质文件上使用无源电子标签、轻薄便携；移动存储设备、手机和照相机内包含大量金属件，需要使用半有源电子标签提高读取性能；但是，市场上的RFID标签芯片均只支持一种激励方式，不同激励方式的RFID标签芯片采用的空中接口协议不同，需要配合各自的阅读器使用；因此，如果采用市场上现有的RFID标签芯片产品，就必须分别为纸质文件和其它物品配置两套RFID系统，它们使用各自的空中接口协议，各自的阅读器，才能将获得的数据最后汇总给后台处理，增加了系统的复杂度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种RFID标签芯片，其可以实现多种激励方式，满足了同时需要无源电子标签、有源电子标签或半有源电子标签的应用场景的要求。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种RFID标签芯片，包括：激励方式设置单元和收发机单元，所述激励方式设置单元用于将所述芯片的激励方式设置为无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；所述收发机单元与激励方式设置单元连接，用于根据选择的激励方式，灵活选择连接天线、外接电池或触发线圈，并通过变换与所述芯片连接的天线的负载阻抗或Q值，将所述芯片内的数据调制到载波上发射给阅读器。
特别的，所述收发机单元包括：低频整流单元、超高频整流单元、电池控制单元及逻辑单元；所述低频整流或超高频整流单元用以将天线获得的交流信号转化为直流电压给所述芯片供电；所述电池控制单元用于配合所述激励方式设置单元，控制所述芯片工作在无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；所述逻辑单元与所述电池控制单元连接，用于变换与所述芯片连接的天线的负载阻抗或Q值，将其存储器内的数据调制到载波上发射给阅读器。
特别的，所述收发机单元还包括：振荡器单元、并联稳压器单元及脉冲产生单元；所述振荡器单元用于产生逻辑单元的工作时钟信号，从而决定发送的数据传输率；所述并联稳压器用维持经低频整流或超高频整流单元转化的直流电压处于稳定状态；所述脉冲产生单元用于生成发射的载波信号。
特别的，所述激励方式设置单元包含若干个焊盘，分别为辐射天线引脚、耦合天线引脚、电源负极引脚、外接电池引脚及两个触发线圈引脚。
特别的，当所述芯片的激励方式设置为无源方式时，将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得无源电子标签。
特别的，当所述芯片的激励方式设置为有源方式时，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，将外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得有源电子标签。
特别的，所述芯片的激励方式设置为半有源方式时，将所述两个触发线圈引脚分别连接触发线圈的两端，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得普通型半有源电子标签；所述普通型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦所述触发线圈检测到足够强度的电压，则芯片切换为工作状态，逻辑单元通过变换天线的负载阻抗或Q值将存储器里的数据调制到载波上发射给阅读器；当触发线圈检测到的电压强度一段时间内一直达不到将芯片激发为工作状态的电压时，芯片恢复休眠状态；休眠状态下芯片的耗电量远小于工作状态下芯片的耗电量。
特别的，所述芯片的激励方式设置为触发方式时，将所述两个触发线圈引脚分别连接触发线圈的两端，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得触发型半有源电子标签；所述触发型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦从触发线圈检测到足够强度的电压，则芯片切换成工作状态，所述逻辑单元通过变换天线的负载阻抗或Q值将存储器里的数据调制到载波上发射给阅读器；所述芯片保持工作状态一段时间后，芯片自动恢复为休眠状态。
本发明的有益效果，所述RFID标签芯片内实现了多种激励方式，分别为无源方式、有源方式、半有源方式和触发方式；设置为无源激励方式的芯片与天线一起组成无源电子标签；设置为有源激励方式的芯片与天线和电池一起组成有源电子标签；设置为半有源和触发激励方式的芯片与天线和电池一起组成半有源电子标签。由此，本发明的多激励方式RFID标签芯片能够适用于目前世界上几乎所有的RFID应用，其市场前景相当巨大；同时低廉的芯片量产成本将大大降低目前有源和半有源电子标签的售价，推动RFID技术向着更高性能、更低成本发展；此外，所述RFID标签芯为无源、半有源、和有源RFID技术提供一个公共的空中接口平台，为需要无源电子标签、有源电子标签或半有源电子标签共存的应用场景提供了最简单的解决方案。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明RFID标签芯片的结构图；
图2为本发明RFID标签芯片的焊盘的示意图；
图3为用本发明RFID标签芯片制作的无源电子标签的示意图；
图4为用本发明RFID标签芯片制作的有源电子标签的示意图；
图5为用本发明RFID标签芯片制作的半有源电子标签的示意图；
图中：1、辐射天线引脚；2、耦合天线引脚；3、电源负极引脚；4、外接电池引脚；5、电源正极引脚；6、第一触发线圈引脚；7、第二触发线圈引脚；8、天线；9、外接电池；10、触发线圈；11、电源控制单元；12、逻辑单元；13、存储器；14、超高频整流单元；15、低频整流单元；16、脉冲产生单元；17、振荡器；18、并联稳压器；19、复位器；20、NMOS管；21、NMOS管；22、储能电容。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
请参照图1及图2所示，图1为本发明RFID标签芯片的结构框图；图2为本发明RFID标签芯片的焊盘的示意图。
本实施例中，一种RFID标签芯片，包括：激励方式设置单元和收发机单元；所述激励方式设置单元包含七个焊盘，分别为辐射天线引脚1、耦合天线引脚2、电源负极引脚3、外接电池引脚4、电源正极引脚5、第一触发线圈引脚6及第二触发线圈引脚7；所述收发机单元包括：电源控制单元11、逻辑单元12、存储器13、超高频整流单元14、低频整流单元15、脉冲产生单元16、振荡器单元、并联稳压器单元、复位器19、NMOS管20、NMOS管21、储能电容22；所述振荡器单元为振荡器17，所述并联稳压器单元为并联稳压器18；所述NMOS管20即NMOS晶体管，NMOS的全称为：N-Mental-Oxide-Semiconductor，意思为金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为NMOS晶体管。
如图3所示，图3为用本发明RFID标签芯片制作的无源电子标签的示意图。当所述芯片的激励方式设置为无源方式时，将所述辐射天线引脚1或耦合天线引脚2与天线8的一端连接，所述电源负极引脚3与天线8的另一端连接，在所述电源控制单元11的配合下，获得无源电子标签。所述超高频整流单元14或低频整流单元15将天线8获得的交流信号转化为直流电压给所述芯片供电；所述并联稳压器18用维持经超高频整流单元14或低频整流单元15转化的直流电压处于稳定状态；所述振荡器17产生逻辑单元12的工作时钟信号，决定发送的数据传输率；所述脉冲产生单元16生成发射的载波信号，所述逻辑单元12变换与所述芯片连接的天线8的负载阻抗或Q值，将其存储器13内的数据调制到脉冲产生单元16生成的载波上发射给阅读器；其中，所述Q值是衡量电感器件的主要参数，是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。
如图4所示，图4为用本发明RFID标签芯片制作的有源电子标签的示意图。
当所述芯片的激励方式设置为有源方式时，将外接电池9的正极连接所述外接电池引脚4，将外接电池9的负极通过所述天线8的一端连接电源负极引脚3，并将所述辐射天线引脚1或耦合天线引脚2与天线8的一端连接，所述电源负极引脚3与天线8的另一端连接，即获得有源电子标签；所述有源电子标签中的芯片一直保持在工作状态；所述振荡器17产生逻辑单元12的工作时钟信号，决定发送的数据传输率；所述脉冲产生单元16生成发射的载波信号，所述逻辑单元12变换与所述芯片连接的天线8的负载阻抗或Q值，将其存储器13内的数据调制到脉冲产生单元16生成的载波上发射给阅读器。
如图5所示，图5为用本发明RFID标签芯片制作的半有源电子标签的示意图；所述芯片的激励方式设置为半有源方式时，将所述第一触发线圈引脚6及第二触发线圈引脚7分别连接触发线圈10的两端，将外接电池9的正极连接所述外接电池引脚4，外接电池9的负极通过所述天线8的一端连接电源负极引脚3，并将所述辐射天线引脚1或耦合天线引脚2与天线8的一端连接，所述电源负极引脚3与天线8的另一端连接，即获得普通型半有源电子标签；所述普通型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦所述触发线圈10检测到足够强度的电压，即当所述芯片进入工作区域时，则芯片切换为工作状态，所述振荡器17产生逻辑单元12的工作时钟信号，决定发送的数据传输率；所述脉冲产生单元16生成发射的载波信号，所述逻辑单元12变换与所述芯片连接的天线8的负载阻抗或Q值，将其存储器13内的数据调制到脉冲产生单元16生成的载波上发射给阅读器；当触发线圈10检测到的电压强度一段时间内一直达不到将芯片激发为工作状态的电压时，即当所述芯片离开工作区域时，芯片恢复休眠状态；休眠状态下芯片的耗电量远小于工作状态下芯片的耗电量。
所述芯片的激励方式设置为触发方式时，将所述第一触发线圈引脚6及第二触发线圈引脚7分别连接触发线圈10的两端，将外接电池9的正极连接所述外接电池引脚4，外接电池9的负极通过所述天线8的一端连接电源负极引脚3，并将所述辐射天线引脚1或耦合天线引脚2与天线8的一端连接，所述电源负极引脚3与天线8的另一端连接，即获得触发型半有源电子标签；所述触发型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦从触发线圈10检测到足够强度的电压，则芯片切换成工作状态，所述逻辑单元12通过变换天线8的负载阻抗或Q值将存储器13里的数据调制到载波上发射给阅读器；所述芯片保持工作状态一段时间后，芯片自动恢复为休眠状态。
所述RFID标签芯片通过设置的七个焊盘及电源控制单元11，将所述芯片的激励方式根据需要设置为无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；逻辑单元12通过变换与所述芯片连接的天线8的负载阻抗或Q值，将存储器13的数据调制到载波上发射给阅读器；所述的激励方式为无源方式、有源方式、半有源方式的芯片与对应的天线8、外接电池9及触发线圈10分别构成无源电子标签、有源电子标签及半有源电子标签，为需要无源电子标签、有源电子标签及半有源电子标签共存的应用场景提供了解决方案。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种RFID标签芯片，其特征在于，包括：激励方式设置单元和收发机单元，所述激励方式设置单元用于将所述芯片的激励方式设置为无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；所述收发机单元与激励方式设置单元连接，用于根据选择的激励方式，灵活选择连接天线、外接电池或触发线圈，并通过变换与所述芯片连接的天线的负载阻抗或Q值，将所述芯片内的数据调制到载波上发射给阅读器。
2.根据权利要求1所述的RFID标签芯片，其特征在于，所述收发机单元包括：低频整流单元、超高频整流单元、电池控制单元及逻辑单元；所述低频整流或超高频整流单元用以将天线获得的交流信号转化为直流电压给所述芯片供电；所述电池控制单元用于配合所述激励方式设置单元，控制所述芯片工作在无源方式、有源方式、半有源方式或触发方式；所述逻辑单元与所述电池控制单元连接，用于变换与所述芯片连接的天线的负载阻抗或Q值，将其存储器内的数据调制到载波上发射给阅读器。
3.根据权利要求2所述的RFID标签芯片，其特征在于，所述收发机单元还包括：振荡器单元、并联稳压器单元及脉冲产生单元；所述振荡器单元用于产生逻辑单元的工作时钟信号，从而决定发送的数据传输率；所述并联稳压器用维持经低频整流或超高频整流单元转化的直流电压处于稳定状态；所述脉冲产生单元用于生成发射的载波信号。
4.根据权利要求3所述的RFID标签芯片，其特征在于，所述激励方式设置单元包含若干个焊盘，分别为辐射天线引脚、耦合天线引脚、电源负极引脚、外接电池引脚及两个触发线圈引脚。
5.根据权利要求4所述的RFID标签芯片，其特征在于，当所述芯片的激励方式设置为无源方式时，将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得无源电子标签。
6.根据权利要求5所述的RFID标签芯片，其特征在于，当所述芯片的激励方式设置为有源方式时，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，将外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得有源电子标签。
7.根据权利要求6所述的RFID标签芯片，其特征在于，所述芯片的激励方式设置为半有源方式时，将所述两个触发线圈引脚分别连接触发线圈的两端，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得普通型半有源电子标签；所述普通型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦所述触发线圈检测到足够强度的电压，则芯片切换为工作状态，逻辑单元通过变换天线的负载阻抗或Q值将存储器里的数据调制到载波上发射给阅读器；当触发线圈检测到的电压强度一段时间内一直达不到将芯片激发为工作状态的电压时，芯片恢复休眠状态；休眠状态下芯片的耗电量远小于工作状态下芯片的耗电量。
8.根据权利要求7所述的RFID标签芯片，其特征在于，所述芯片的激励方式设置为触发方式时，将所述两个触发线圈引脚分别连接触发线圈的两端，将外接电池的正极连接所述外接电池引脚，外接电池的负极通过所述天线的一端连接电源负极引脚，并将所述辐射天线引脚或耦合天线引脚与天线的一端连接，所述电源负极引脚与天线的另一端连接，即获得触发型半有源电子标签；所述触发型半有源电子标签中的芯片平时处于休眠状态，一旦从触发线圈检测到足够强度的电压，则芯片切换成工作状态，所述逻辑单元通过变换天线的负载阻抗或Q值将存储器里的数据调制到载波上发射给阅读器；所述芯片保持工作状态一段时间后，芯片自动恢复为休眠状态。
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