CN101819650A - 一种rfid电子标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID电子标签，属于射频识别技术领域，所述电子标签包括：太阳能电池天线、电感、电容、标签芯片；所述太阳能电池天线的第一端和所述电感的第一端、所述电容的第一端相连；所述电感的第二端和所述标签芯片的正极性端相连；所述电容的第二端和所述标签芯片的天线输入端相连；所述太阳能电池天线的第二端和所述标签芯片的负极性端分别接地。通过使用本发明实施例提供的RFID电子标签，提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需要更换电池，避免了因使用普通电池造成的环境污染、减少制作工艺的复杂度，增加了无源标签和半有源标签的通信距离。

Description

一种RFID电子标签

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，特别涉及一种RFID电子标签。

背景技术

随着RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术的发展，RFID电子标签逐渐应用到射频识别技术领域中，RFID电子标签主要由标签芯片、读卡器、数据传输和处理系统三部分组成。RFID电子标签具有持久性、信息接收传播穿透性强、存储信息容量大和种类多等优点。

在射频识别系统中，按照电子标签供电系统的不同结构，RFID电子标签主要分为有源标签、半有源标签和无源标签。有源标签和半有源标签具有外置的电池，通过外置的电池(通常为普通电池)为标签芯片的工作提供能量，使其有更远的通信距离及可以增加更多的电路功能。无源标签依靠阅读器的射频信号提供能量使其工作，无源标签有着成本低和大规模生产的优点。

发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术至少存在以下缺点和不足：

有源标签和半有源标签因增加了外置的电池，使得增加了制作工艺的复杂度；并且当普通电池能量耗尽时需要更换电池，增加了使用过程中的复杂度，而且普通电池还会对环境造成污染；无源标签和半有源标签的通信距离有限。

发明内容

为了避免有源标签和半有源标签中的电池更换、减少对环境的污染、减少制作工艺的复杂度；增加无源标签和半有源标签的通信距离，本发明实施例提供了一种RFID电子标签，所述技术方案如下：

一种RFID电子标签，所述电子标签包括：太阳能电池天线、电感、电容、标签芯片；

所述太阳能电池天线的第一端和所述电感的第一端、所述电容的第一端相连；所述电感的第二端和所述标签芯片的正极性端相连；所述电容的第二端和所述标签芯片的天线输入端相连；所述太阳能电池天线的第二端和所述标签芯片的负极性端分别接地。

所述太阳能电池天线的极板采用贴片天线结构。

所述太阳能电池天线的材料采用多晶硅或非晶硅。

所述天线的形状和所述标签芯片的阻抗匹配。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过用太阳能电池代替普通电池，将太阳能电池的极板做成贴片天线，使得太阳能电池和天线结合为一个元器件，通过该RFID电子标签提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需要更换电池，避免了因使用普通电池造成的环境污染、减少制作工艺的复杂度，增加了无源标签和半有源标签的通信距离；并且通过对标签芯片和太阳能电池之间的电路设计，减小了标签芯片的面积，降低了标签芯片的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电路结构图；

图2是本发明实施例提供的另一电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了避免有源标签和半有源标签中的电池更换、减少对环境的污染、减少制作工艺的复杂度；增加无源标签和半有源标签的通信距离，本发明实施例提供了一种RFID电子标签，详见下文描述：

传统电池废旧之后，若电池中的重金属得不到妥善处理就会对环境造成污染，但，若标签芯片的能量来自于清洁环保的太阳能，就可以避免电池生产中对环境造成的危害；并且由于太阳能电池具有较长的使用寿命，在一定光照强度下，太阳能电池能收集足够的光子，将光能转化成电能，可为标签芯片提供电源，并且理想情况下，只要有一定的光照，太阳能电池可以源源不断地为标签芯片供电，使其永远工作，故本发明实施例优选用太阳能电池。

参见图1，该RFID电子标签包括：太阳能电池天线、电感、电容、标签芯片；

太阳能电池天线的第一端和电感的第一端、电容的第一端相连；电感的第二端和标签芯片的正极性端相连；电容的第二端和标签芯片的天线输入端相连；太阳能电池天线的第二端、标签芯片的负极性端分别接地。

太阳能电池天线的电池极板采用贴片天线结构，电池极板上收集电子的金属电极做为天线，使得太阳能电池和天线结合为一个元器件，具体地，天线的形状应满足能够接收UHF(Ultra High Frequency，超高频)频段的射频电磁波，例如：915M的频段；或者该结构应满足能够接收HF(HighFrequency，高频)频段的电磁耦合，例如：13.56M的频段。

通过上述的电路设计，使得太阳能电池天线既可以为标签芯片提供能源又可以作为天线来接收电磁波，详见下文描述：

当在有源模式下即有光的情况下，太阳能电池天线为标签芯片提供电源，标签芯片的正极性端通过电感连接到太阳能电池天线的第一端，标签芯片的天线输入端通过电容连接到太阳能电池天线的第一端，由于太阳能电池的电学特性使其可以作为一个电压受限的电流，使得太阳能电池天线可以作为平板天线来接收电磁波信号。

当在无源模式下即无光的情况下，将标签芯片的正极性端通过电感连接到太阳能电池天线的第一端，标签芯片的天线输入端通过电容连接到太阳能电池天线的第一端，这时太阳能电池天线，接收读卡器发送的电磁波，通过天线中的电感可以获取到使标签芯片工作的电源。

参见图1，标签芯片左端为天线输入端，在太阳能电池天线与标签芯片的正极性端之间加入电感，由于电感对直流信号近似于短路，使太阳能电池天线能够为标签芯片提供稳定的直流电压，同时电感对高频信号相当于断路，使电磁波信号不会对太阳能电池天线提供的供电电源产生干扰；在太阳能电池天线与标签芯片的天线输入端之间加入电容，由于电容对交流信号近似于短路，使太阳能电池天线接收到的调制信号能够传输到标签芯片的包络检测电路，使其实现与阅读器之间的正常通讯，同时电容对于低频的直流信号相当于断路，使太阳能电池天线不会对调制信号产生干扰。

进一步地，为了提高光电转化效率，太阳能电池的极板可以采用多晶硅或者非晶硅制作，具体实现时，还可以采用其他的材料来制作，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，太阳能电池的制作方法采用现有技术中通用的制作方法，例如：可以在玻璃衬底上制作，通过磁控溅射，生成一层ZnOx导电膜层，其电阻率小于10Ω.cm，采用13.5MHz的射频作电源，用等离子增强法沉积p、i、n型非晶硅薄膜。

进一步地，当用于接收UHF时，天线形状优选为片状天线；当用于接收HF时，天线形状优选为螺旋天线。

进一步地，为了减少接收太阳能能量时造成的损耗，提高接收的效率，增加标签芯片的通信距离，本发明实施例优选地采用太阳能电池天线的形状满足和标签芯片阻抗匹配的要求，并且使其具有一定的增益，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

进一步地，为了减少RFID电子标签的体积，方便用户的携带和使用，本发明实施例优选地采用较小体积的封装形式对电感、电容进行封装，具体的封装形式和实际应用中的电感、电容的规格有关，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

进一步地，RFID电子标签的封装形式可采用通用的封装形式，同时将太阳能电池天线置于封装之外，使得提高太阳能的利用率。例如：封装形式可以采用有源标签通常使用的陶瓷封装或塑料封装等封装形式。

具体实现时，本发明实施例对标签芯片的通信协议、阅读器不做限制。

具体实现时，由于有源标签与无线传感器节点类似，该RFID电子标签还可以应用到WSN(Wireless Sensor Network，无线传感网络)中，当在环境监测和军事应用等无线传感节点大量使用的场合中，通过该RFID电子标签可以使WSN在没有阳光下仍可以继续工作，解决了无法对电池能量耗尽的无线传感节点进行更换电池的问题，该应用前景十分广泛。进一步地，该RFID电子标签还可以应用到定位技术等领域，以及其他与射频识别技术相结合的领域，例如：可以用于湿度传感标签、定位标签中，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

太阳能电池在工作时，可等效成一个光控电流源，与传统的电压源供电可提供稳定电压不同，针对太阳能电池供电，本发明实施例给出了RFI D标签芯片的内部电路结构图，该电路结构图为一并联稳压电路。

参见图2，该电路主要包括：晶体管MP1、MN1、MN2、MP2、MN3、MP3、MN4、MN5，电阻R1、电源VDD，其中，MP1、MN1、MN2和R1组成的支路作为电流检测支路，MP2、MN3、MP3、MN4、MN5组成了泄流支路，VDD为该并联稳压电路提供电源。当电流检测支路流过的电流比较小时，电流在电阻R1上产生的压降VR1小于MN3管导通时的阈值电压(VR1＜V阈)，这时MN3管工作在截止状态，使得泄流支路处于断开；当电流检测支路流过的电流增加后，使电阻R1上产生的压降VR1大于MN3的阈值电压(VR1＞V阈)，这时MN3管工作在导通状态，使得泄流支路处于导通，MN3开始泄放电流，且经过MP2和MP3、MN4、MN5组成的电流镜将MN3的泄放电流按其晶体管尺寸比例镜像放大，使电路能够更快速的泄放多余的电荷。即流过R1的电流越大，则MN3的电流越大，泄流支路泄放的电流越大，最终，将VDD的电压钳位在一固定电压上，此固定电压由MP1的栅漏电压、MN1的栅漏电压、MN2的栅漏电压以及电阻R1上的压降VR1叠加组成，可表示为VDD＝VGD_MP1+VGD_MN1+VGD_MN2++VR1。其中，钳位电压和泄放电流的能力可根据实际应用中的太阳能电池的性能和标签芯片的需要进行设定。

该稳压电路具有高响应速度、功耗低的优点，通过使用该电路，使得当输入的电流为100uA到100mA时，能稳定的输出1.8V-2.0V电压，该输出电压保证了标签芯片的正常工作。

综上所述，本发明实施例提供了一种RFID电子标签，通过用太阳能电池代替普通电池，将太阳能电池的极板做成贴片天线，使得太阳能电池和天线结合为一个元器件，通过该RFID电子标签，提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需要更换电池，避免了因使用普通电池造成的环境污染、减少制作工艺的复杂度，增加了无源标签和半有源标签的通信距离，满足了标签芯片工作距离的要求；并且通过对标签芯片和太阳能电池天线之间的电路设计，减小了标签芯片的面积，降低了标签芯片的制造成本；并且该RFID电子标签拓展了RFID系统的应用范围，可以将其应用到大范围的无人区中对设备的监控和维护，减少人力的监督，降低人力成本，提高工作效率。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种RFID电子标签，其特征在于，所述电子标签包括：太阳能电池天线、电感、电容、标签芯片；

所述太阳能电池天线的第一端和所述电感的第一端、所述电容的第一端相连；所述电感的第二端和所述标签芯片的正极性端相连；所述电容的第二端和所述标签芯片的天线输入端相连；所述太阳能电池天线的第二端和所述标签芯片的负极性端分别接地。

2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述太阳能电池天线的极板采用贴片天线结构。

3.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述太阳能电池天线的材料采用多晶硅或非晶硅。

4.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述天线的形状和所述标签芯片的阻抗匹配。

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