CN101887528A - 通用rfid标签、读写终端、系统及其通讯方法 - Google Patents

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Abstract

一种通用RFID系统包括RFID读写终端和RFID标签，该标签可以根据读写终端发出的信号或预先设置的规则选择通讯方式与多种读写终端通讯，该读写终端可以通过选择的主动或被动方式与多种标签进行通讯。一种通用RFID系统的通讯方法包括：读写终端发射信号；通用RFID标签根据读写终端的信号的指示或预先设置的规则选用RFID技术与读写终端进行通讯。本发明通用RFID标签、通用RFID读写终端可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式进行通讯。本发明通用RFID系统和方法可以使不同通讯技术在同一体系下工作并发挥不同特点与特性。

Description

通用RFID标签、读写终端、系统及其通讯方法
【技术领域】
本发明是关于一种通用RFID标签、读写终端、系统以及方法，特别是有关一种支持多种RFID通讯技术的通用RFID标签、读写终端、系统以及方法。
【背景技术】
射频识别(radio frequency identification，简称RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术。它利用无线射频方式与目标对象进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、环境适应性强、抗干扰能力强、使用寿命长以及可穿透非金属材料等优点。RFID技术已在世界各地得到广泛的应用，并在安全、金融、物流等领域发挥出巨大优势。
一个典型的RFID系统由三部分组成：RFID标签(Tag)、RFID阅读器(Reader or Interrogator)以及天线。
标签：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；标签通常包括一个带天线的唯一标识集成电路。本领域内，一个典型的RFID标签电路通常包括数字电路模块、无线接口模块以及电源模块，其中数字电路模块用以控制标签内的其他模块，无线接口模块用以提供与读写器射频通讯接口，电源模块用以提供电能使标签运行。
读写器：读取和写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；读写器通常包括：射频收发单元、数字控制单元和外围通讯单元。
天线(Antenna)：在标签和读写器间传递射频信号。
RFID技术的基本工作原理：标签进入读写器产生的电磁场后，读写器先将多个标签通过防碰撞算法协议将区域内标签全部识别后，根据中央控制单元的命令，读写器读取或写入标签的信息并送至中央信息系统进行有关数据处理。
RFID标签按照供电方式分为有源标签和无源标签：
无源标签是指标签没有内置电源供给能量，当标签进入电磁场后，当接收到读写器发出的特殊射频信号时，凭借感应电流所获得的能量进行通信而无须外接电源的标签被称为无源标签，无源标签读写距离受接收到的能量限制，因而距离相对有源RFID标签为近。
相反，如果标签需要借助外接电源进行与读写器通信的的标签被称为有源标签。有源标签自身具备电池，可提供全部器件工作的电源。读写距离不受接收到的电磁波能量限制因而读写距离相对较远。
从标签将存储在芯片中的信息发送给读写器的方式，RFID标签又可分为被动标签(Passive Tag)和主动标签(Active Tag)，标签主动发送某一频率的信号回读写器的叫主动标签，标签不主动发送某一频率的信号回读写器而通过按一定方式反射读写器发射过来的电磁波将存储在芯片中的信息发送给读写器的标签叫被动标签。主动标签通常是有源的而被动标签通常为无源的，但主动标签也有无源的而被动标签也有无源的，无源被动标签也被称为电池辅助标签(Battery Assisted Tag，BAT)。
现有市场上的RFID技术一般以无源被动式和有源主动式二种技术较为常见。市场上也有一些有源被动和无源主动的产品。
目前RFID行业标准以及相关产品标准还不统一，电子标签标准迄今为止全球还没有正式形成一个统一的国际标准。同时各国生产RFID产品的大型公司和产业联盟又制定并执行自己企业的标准，这些标准互不兼容。各种RFID技术的特性和它的性能都不尽相同，无法相互取代。不同RFID技术的不兼容，为RFID技术的大规模推广设置了障碍。在实际RFID应用中，由于现有的RFID读写器和标签通常只能支持一种技术，各种不同的RFID技术必然需要种类繁多的RFID读写器和标签来实现。实际应用中，如果同一应用需要使用不同的RFID技术，就需要使用不同的RFID标签和不同的RFID读写器，即必须用多个不同的读写器分别对应不同的标签进行标签读写，增加了应用系统的成本和难度。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种通用RFID标签以及读写终端，其可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式进行通讯。
本发明的目的在于提供一种通用RFID系统及其通讯方法，其可以使不同通讯技术在同一体系下工作并发挥不同特点与特性。
为达上述目的，本发明提供一种通用RFID标签，可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式与RFID读写终端进行通讯，该通用RFID标签包括基带数字电路、天线以及天线与基带数字电路之间的接收通路，还包括发射通路选择模块以及主被动发射模块，其中主被动发射模块包括主动发射单元和反向散射单元，发射通路选择模块根据读写终端发出的信号或预先设置参数选择使用反向散射单元或主动发射单元与读写终端通讯。
本发明还提供一种通用RFID读写终端，可以与前述通用RFID标签通过选择的主动或被动方式进行通讯，也可以与仅具有主动或被动方式通讯能力的标签进行通讯，包括发射路径、接收路径以及数字电路，其中数字电路包括与发射路径连接的一编码器以及一与接收路径连接的解码器，其特征在于：数字电路还包括主动/被动选择单元以及多协议处理器，主动/被动选择单元与编码器连接，多协议处理器与编码器以及解码器连接，主动/被动选择单元用以发射发射通路选择指令信号或将发射通路选择信号插入其他指令信号。
本发明还提供一种通用RFID系统包括至少一个RFID读写终端和至少一个RFID标签，该至少一个RFID标签是前述通用RFID标签，该至少一个RFID读写终端是前述通用RFID读写终端。
本发明还提供一种通用RFID系统的通讯方法包括以下步骤：
步骤一：一RFID读写终端发射发射通路选择指令信号或其他指令射频信号；
步骤二：如果RFID标签收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，则根据读写终端发出的发射通路选择指令信号的指示通过主动通讯方式或被动通讯方式与读写终端进行通讯，如果未接收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，则根据预先设定的方式与读写终端进行通讯；以及
步骤三：结束本轮通讯。
相较于现有技术，本发明通用RFID标签、通用RFID读写终端可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式分别与任何RFID读写终端或RFID标签进行通讯。本发明通用RFID系统和方法可以使不同通讯技术在同一体系下工作并发挥不同特点与特性，尤其是本发明通用RFID系统和方法在兼容现有的RFID通讯协议的情况下实现有/无源、主/被动RFID技术在同一框架下一起工作，各种RFID技术可以完全发挥其应有的特性与性能，不会因为与其他技术的兼容问题而不能完全发挥其功用。
【附图说明】
图1是本发明通用RFID标签的结构方框示意图。
图2是本发明通用RFID标签的反向散射单元的一示意图。
图3A是本发明通用RFID标签的主动发射单元的一例示电路图。
图3B是本发明通用RFID标签的主动发射单元的另一例示电路图。
图4是本发明通用RFID标签的电源探测算法模块的例示电路图。
图5是本发明通用RFID标签的接收通路实现灵敏度控制的例示电路图。
图6是本发明通用RFID标签的接收通路实现灵敏度调节的例示电路图。
图7是本发明通用RFID标签的电源选择控制算法模块的信号输入输出示意图。
图8是本发明通用RFID标签的各种工作状态的关系示意图。
图9是本发明通用RFID读写终端的结构方框示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1，图1是本发明通用RFID标签的结构方框示意图，本发明通用RFID标签可以工作在有源或无源状态并通用于主/被动RFID系统中，用以与多种RFID技术的读写终端通讯。该通用RFID标签包括基带数字电路100、电源管理模块6、电源选择控制算法单元106、天线16、天线16与基带数字电路100之间的接收通路5、发射通路选择模块(未标号)以及主被动发射模块200，主被动发射模块200包括两个发射单元：反向散射单元10和主动发射单元20。
基带数字电路100包括状态机(State Machine)101、解码器102、编码及主被动控制器105和存储器104，解码器102、存储器104与编码及主被动控制器105均与状态机101电性连接。状态机101可以是任何状态机，在本实施例中，状态机101是有限状态机(Finite State Machine)。编码及主被动控制器105用以完成发射信号的编码、发射单元的选择以及产生天线选择控制信号(Rx/Tx Ctrl)，编码及主被动控制器105具有主动发射信号输出端和被动发射信号输出端，其中主动发射信号输出端与主动发射单元20连接，被动发射信号输出端与反向散射单元10连接，天线选择控制信号输出到天线选择开关25。
发射通路选择模块包括解码器102、编码及主被动控制单元105以及天线选择开关25，编码及主被动控制单元105和解码器102均设置在基带数字电路100内，编码及主被动控制单元105连接在主被动发射模块200与状态机101之间，解码器102连接在接收通路5和状态机101之间。该解码器102经由状态机101与编码及主被动控制单元105电性连接。解码器102除具有现有解码器功能之外，还用以解读读写终端发出的信号。如果读写终端发出的信号是发射通路选择指令信号，则解码器102判断并解读读写终端发出的发射通路选择指令，并将解读结果(技术选择信号)经状态机101输入至编码及主被动控制单元105。如未接收到读写终端的发射通路选择指令，编码及主被动控制单元105自动按预先设定的规则编码并发出相应的天线选择控制信号选择使用主被动发射模块200的发射单元(即反向散射单元10或主动发射单元20，容后详述)与读写终端通讯或者不与读写终端通讯。
编码及主被动控制单元105根据解码器102的解读后的读写终端的信号发出天线选择控制信号控制天线选择开关25。编码及主被动控制单元105的输入端输入状态机101发出的状态指令信号和技术选择信号，其中技术选择信号包括被动RFID技术选择信号以及主动RFID技术选择信号。状态指令信号则使编码及主被动控制单元105经由所选择的主被动RFID技术输出端口(主动发射信号输出端或被动发射信号输出端)向主被动发射模块200输出相应的编码信号。天线选择开关25设置在主被动发射模块200与天线16之间并且与编码及主被动控制单元105的输出端连接，由编码及主被动控制单元105发出的天线选择控制信号控制，根据读写终端发出的发射通路选择指令或预先设定的规则，编码及主被动控制单元105发出控制信号控制天线选择开关25，选择将天线16接通到相应的发射单元(即反向散射单元10或主动发射单元20)，从而导通反向散射通路或主动发射通路与读写终端通讯。天线选择开关25具有天线开关250、接收触点251、发射触点252以及散射触点254。根据编码及主被动控制单元105的技术选择信号，发出天线选择控制信号控制天线选择开关25的天线开关250分别与接收触点251、发射触点252或散射触点254连接，其中接收触点251设置在接收通路5上，天线开关250与接收触点251连接，可导通接收通路5；发射触点252设置在主动发射通路上，天线开关250与发射触点252连接，可导通主动发射通路；散射触点254与三极管15连接，天线开关250与散射触点254连接，可导通反向散射通路。根据编码及主被动控制单元105发出的技术选择信号控制天线开关250与接收触点251、发射触点252或散射触点254连接与否，从而控制导通接收通路5、反向散射通路或主动发射通路。
主被动发射模块200的反向散射单元10利用开关器件来实现，在本实施例中，开关器件是三极管15，在其他实施例中，开关器件是场效应管、PIN二极管或可动开关(如图2所示)等。三极管15的基极与编码及主被动控制单元105的被动发射信号输出端连接，集电极或发射极分别与天线16连接或接地，用被动发射信号输出端输出的基带信号PTx对散射信号调制并散射。三极管15以及天线16构成反向散射通路。当编码及主被动控制单元105的技术选择信号为被动RFID技术选择信号，编码及主被动控制单元105控制天线开关250与散射触点254连接，导通反向散射通路，通过三极管15的反复导通与截止，用基带信号PTx对散射信号调制并散射。其中当三极管15导通，则反向散射通路的阻抗为零；当三极管15截止，则反向散射通路的阻抗为接收通路5的阻抗，从而将基带信号PTx调制到读写终端发来的载波信号，而后经天线16反向散射给读写终端。
请参照图2，并结合参照图1，图2是本发明通用RFID标签的反向散射单元的一例示示意图，其中反向散射单元10利用可动开关反复跳动与零阻抗和开路交替连接来实现。本实施例中，反向散射单元10设置有反向散射调制开关258，包括有开路触点253和接地触点255接地，当技术选择信号为被动RFID技术选择信号时，编码及主被动控制单元105的基带信号PTx控制反向散射调制开关258反复跳动与开路触点253、接地触点255交替连接，形成反向散射通路，用基带信号PTx调制散射信号并散射给读写终端，其中当反向散射调制开关258与开路触点253连接时，调制后信号的相位与接收信号相位差如为α度，而当反向散射调制开关258与接地触点255连接时，调制后信号的相位与接收信号相位差则是α+180度，这样反向散射通路对基带信号PTx进行相位调制后，将调制后的信号经天线16散射给读写终端。
利用三极管15(或场效应管、PIN二极管)来实现的反向散射单元对散射信号进行幅度调制，结构简单；利用可动开关反复跳动的反向散射单元对散射信号进行相位调制，上行信号强。根据实际需求，本发明通用RFID标签可择一地包括图1或图2所示的反向散射单元的其中一种，或同时具有这两种类型的反向散射单元。当本发明通用RFID标签同时具有这两种类型的反向散射单元时，可根据实际情况，通过一切换开关(未图示)切换选择使用这两种类型的反向散射单元中的一种工作，该切换开关的构成与原理为本领域内一般技术人员所熟知，不赘述。
请参照图1，主被动发射模块200的主动发射单元20包括频率合成组件21和调制放大组件22。频率合成组件21是一振荡器，作为本发明通用RFID标签的本机振荡频率源(本振)，其输入端与放大器23连接，输出端与调制放大组件22的一输入端连接，调制放大组件22的另一输入端与基带数字电路100的编码及主被动控制单元105的主动发射信号输出端连接，用编码及主被动控制单元105编码后的基带信号ATx对频率合成组件21输出的发射信号进行调制，调制放大组件22的输出端与天线16连接。由于频率合成组件21的输入端经由放大器23与接收通路5连接，频率合成组件21可以根据接收通路5的接收信号的频率经放大器23放大后产生一信号，该信号可以与接收通路5的接收信号存在一定关联关系(例如频率和/或相位相同、成比例或等比例递增或递减等)。
主动发射单元20与天线16构成主动发射通路，当编码及主被动控制单元105的技术选择信号为主动RFID技术选择信号时，编码及主被动控制单元105控制天线开关250与发射触点252连接，导通主动发射通路。
请结合参照图3A，图3A是图1中的主动发射单元20的例示电路图，其中主要例示了频率合成组件21的电路结构方框图。该主动发射通路由频率合成组件21、放大器23、调制放大组件22以及天线16构成。频率合成组件21包括相位检测器31、除法器311、312、滤波器32、振荡器33、电容34、电阻35以及与天线开关250联动的充电开关36。除法器311、312可以分别或同时是任何整数和小数除法器，可以相同或不相同。滤波器32可以是任何滤波器，振荡器33可以是任何振荡器，在本实施例中，滤波器32是低通滤波器，振荡器33是压控振荡器。相位检测器31具有电压泵313。相位检测器31的输入端分别与两个除法器311、312连接，其电压泵313输出经过滤波器32与电容34连接。放大器23的输入端经过天线开关250与天线16连接，输出端与除法器311连接。电容34一端接地，另一端与滤波器32连接以及通过充电开关36和电阻35接地。振荡器33输入端与滤波器32以及电容34连接，输出端经过除法器312与相位检测器31连接。调制放大组件22的一输入端与振荡器33和除法器312分别连接，另一输入端与编码及主被动控制单元105连接，接收编码及主被动控制单元105的基带信号ATx。在其他实施例中，除法器311、312、滤波器32可以省略使用，以简化结构。请注意，在本实施例中，当天线开关250与接收触点251或发射触点252连接时，充电开关36与天线开关250联动，而当天线开关250与散射触点254连接时，充电开关36不与天线开关250联动。
当本发明通用RFID标签进入读写终端的电磁场中，收到读写终端发射的射频信号时，天线开关250连接到接收触点251，使天线16与放大器23电性连接，充电开关36闭合，电容34经由电阻35接地，本发明通用RFID标签利用所接收到的读写终端的射频信号作为信号源，将接收到的射频信号经由除法器311除N1后输入至相位检测器31，振荡器33的输出信号经由除法器312除N2后输入至相位检测器31，相位检测器31将接收到的除N1后的射频信号与除N2后的振荡器33输出信号进行相位比较后，根据相位比较结果，电压泵313调节其输出电压，经滤波器32滤波后，使电容34充电，将相位锁定后电压储存在电容34中，充电开关36闭合使电容34经由电阻35接地用以使保存在电容34中的相位锁定后电压实时反应电压变化。该电压同时控制振荡器33产生与收到读写终端发射的射频信号存在一定关联关系的信号(例如频率和/或相位相同、成比例或等比例递增、递减)。这里N1和N2可以是整数或小数，可以相同和不同。
当本发明通用RFID标签要发射时，天线开关250连接到发射触点252，使天线16与调制放大组件22电性连接，充电开关36断开，电容34与接地断开，存储在电容34中的电压用来维持振荡器33的频率和相位，使本发明通用RFID标签主动发射的射频信号与读写终端发射的射频信号频率和相位按照一定关联关系(例如频率和/或相位相同、成比例或等比例递增、递减)锁定。根据振荡器33输出信号的频率和相位，经调制放大组件22调制后发射给读写终端。一旦本发明通用RFID标签回复到接收状态后，电容34将被充电然后重新进行锁相操作，将新的电压值存入电容34中，一旦本发明通用RFID标签进入发射状态，电容34的充电电路将被重新切断。也就是说：当本发明通用RFID标签与现有的主动/被动读写终端通讯时，通过主动发射单元20可以使本发明通用RFID标签发射的射频信号与读写终端发射的射频信号频率和/或相位按一定关联关系锁定，然后采用主动发射技术与任何主动/被动读写终端一起工作，当与被动读写终端一起工作时，通用RFID标签主动发射的射频信号的频率可以和接收到的读写终端发射的射频信号频率相同来模拟反向散射信号。由于采用主动发射技术，读写距离可以得以增加。通过该主动发射单元20，即使本发明通用RFID标签未收到读写终端的发射通路选择指令信号，本发明通用RFID标签可采用主动发射技术与任何被动读写终端或主动读写终端进行通讯。
请参照图3B，是主动发射单元20的另一例示电路图，根据实际情况，主动发射单元的频率合成组件23的输入端与编码及主被动控制单元105的输出端连接，当通用RFID标签选择主动发射技术时，编码及主被动控制单元105控制频率合成组件23而输出一定频率的射频信号。
也就是说，频率合成组件23可以如图3A所示与接收通路5连接，根据接收通路5的接收信号产生一与接收通路5的接收信号的频率和/或相位存在一定关联关系的射频信号，也可以如图3B所示，由编码及主被动控制单元105控制而输出一固定频率的信号；当然，该振荡器是任何振荡器，可以按照预定设置输出预定频段的信号，例如UHF(Ultrahigh Frequency，超高频)频段，经调制放大组件22调制后主动发射，与读写终端进行通讯。
图3A或图3B所示的主动发射单元可以与图1或/和图2所示的反向散射单元10共同存在于本发明通用RFID标签内。当本发明通用RFID标签进入读写终端的电磁场中，收到读写终端发射的发射通路选择指令以及其他指令射频信号时，使用图1、图2、图3A或图3B所示的电路与读写终端进行通讯。如果未收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，仅收到读写终端发射的其他指令射频信号时，本发明通用RFID标签可以采用图3A或图3B所示的发射通路与读写终端进行通讯。显然，本发明通用RFID标签可以利用图3A或图3B所示的主动发射单元与本发明通用RFID读写终端(容后详述)或者仅具有主动或被动方式通讯能力的读写终端进行通讯。本发明通用RFID标签也可以按预先设定的规则选择图1、图2、图3A或图3B所示的任意一种反向散射单元10或主动发射单元20与读写终端通讯。
综上所述，如接收到读写终端的发射通路选择指令，本发明通用RFID标签可以根据读写终端的发射通路选择指令信号选择使用反向散射单元10或主动发射单元20与读写终端通讯；如未接收到读写终端的发射通路选择指令，仅收到读写终端发射的其他指令射频信号，本发明通用RFID标签可采用主动发射技术与任何被动读写终端或主动读写终端进行通讯，也可按预先设定的规则选择一种通讯方式与该读写终端通讯或不通讯，即选择反向散射单元10或主动发射单元20与读写终端通讯，或者不与读写终端通讯。
因此，本发明通用RFID标签可选择上行信息传输模式，根据读写终端发出信号或本发明通用RFID标签内部定义(即预先设定的规则)，选择导通反向散射通路或主动发射通路与读写终端通讯。
本发明通用RFID标签可选择地设置有外接电源VBA，电源管理模块6包括电源探测单元61、电源开关60、整流器63以及稳压器65，其中电源开关60设置在外接电源VBA、整流器63的输出端以及稳压器65的输入端之间，整流器63的输入端与经由天线选择开关25与天线16连接，稳压器65的输出端与基带数字电路100以及接收通路5连接，电源探测单元61的输入端与外接电源VBA连接或不连接。可通过开关、手动拆装、温度感应控制、光电感应控制等手段(该等手段为本领域内一般技术人员所熟知，不赘述)使外接电源VBA与电源探测单元61的输入端连接或不连接，从而使本发明通用RFID标签设置或不设置外接电源VBA。
电源探测单元61用于探测通用RFID标签是否设置有外接电源VBA而输出电源探测信号VBD，电源开关60受电源探测信号VBD控制而跳动连接稳压器65和整流器63或连接外接电源VBA与稳压器65。若电源探测单元61探测到通用RFID标签设置有电源VBA，则通用RFID标签工作在有源状态，电源探测单元61输出电源探测信号VBD控制电源开关60连接外接电源VBA与稳压器65的输入端，稳压器65调整外接电源VBA的电压后输出电压VCC向接收通路5供电，使接收通路5成为有源接收通路；若电源探测单元61探测到通用RFID标签未设置电源VBA，则通用RFID标签工作在无源状态，利用接收到的电磁场能量供电，电源探测单元61输出电源探测信号VBD控制电源开关60连接稳压器65的输入端和整流器63的输出端，接收到的电磁场能量经整流器63以及稳压器65调整后输出电压VCC向接收通路5供电，使接收通路5成为无源接收通路。
图4是电源探测单元61的例示电路图，通过该例示电路图，本领域内一般技术人员可以理解该电路的结构原理，故省略其结构原理的详细描述。请参照图1中的标号5所指示的部分和图5，图5是本发明通用RFID标签的接收通路5的方框结构示意图，接收通路5是有无源接收电路，根据电源探测信号VBD的控制，接收通路5成为有源接收电路或无源接收通路，从而本发明通用RFID标签由电源VBA或接收到的电磁场能量供电。接收通路5包括检波单元53、灵敏度调整单元55以及比较器57，检波单元53和灵敏度调整单元55的输出端与比较器57连接，在本实施例中，检波单元53利用二极管来实现，灵敏度调整单元55利用数模转换电路来实现比较器57输出接收通路的基带信号至解码器102以及电源选择控制算法单元106，检波单元53接收天线16的接收信号以及电源选择控制算法单元106发出的有无源指示信号和工作状态选择信号。检波单元53根据有无源指示信号调整该单元的偏置以实现对接收灵敏度的调节和该单元功耗的控制。如果有/无源指示信号指示本发明通用RFID标签工作在有源状态下，则该接收通路5提高本发明通用RFID标签的接收灵敏度，以增加读写距离。如果有/无源指示信号指示本发明通用RFID标签工作在无源状态下，由于需要平衡整个标签电路的耗电，标签接收灵敏度过高会造成对功耗要求过高反而造成读写距离变短，因此该接收通路5降低收灵敏度以节省功耗。
请参照图6，是本发明通用RFID标签的接收通路5实现灵敏度调节的例示电路图，为了使本发明通用RFID标签灵敏度保持较高一致性，灵敏度调整单元55利用可调电阻来实现，并根据读写终端发出命令来调节接收灵敏度。在该例示电路中，灵敏度调节信号是本发明通用RFID标签接收到的一个数字串口信号，利用该灵敏度调节信号来设置灵敏度调整单元55的阻值达到调节比较器57恒定电位的高低，通过对比较器57域值的改变来微调本发明通用RFID标签的接收灵敏度以达到提高标签读写距离一致性的目的。
本发明通用RFID标签具有一串行接口(未图示)与外界器件实现通讯，该串口可以采用标准的串口例如是I2C。只有本发明通用RFID标签在有源工作状态时，该串口才被接通。本发明通用RFID标签还设有一个或多个内部拉高的单比特输入口，可以探测该输入口是否被外界拉低来探测简单的接通与断开。
需要说明的是，由于本发明通用RFID标签同时支持有/无源RFID技术，因此本发明通用RFID标签具有有/无源均需要的电路，如有无源接收电路5和基带数字电路中除去外接串行接口(未图示)的电路，以及仅供有源状态的电路，如主动发射单元20和基带数字电路中的外接串行接口的电路，有/无源均需要的电路的电源和仅供有源状态的电路的电源相互独立，即本发明通用RFID标签包括二个稳压电源，用来分别提供电源给这二部分电路，在本实施例中，有/无源均需要的电路的电源例如为VCC，输入至接收通路5，仅供有源状态的电路的电源例如为有无源指示信号(BAT)，输入至主动发射单元20，主动发射单元20工作时，用以向主动发射单元20供电。
请参照图7，是本发明通用RFID标签的电源选择控制算法单元106的信号输入输出示意图，电源选择控制算法单元106输入端分别与电源探测单元61以及接收通路5电性连接，接收电源探测单元61输出的电源探测信号VBD以及接收通路5的接收信号，并向接收通路5输出有无源指示信号(BAT)以及工作状态选择信号(ACT)。电源选择控制算法单元106的输出端还与主动发射单元20电性连接，向主动发射单元20输出有无源指示信号，主动发射单元20工作时，用以向主动发射单元20供电。有/无源指示信号用以指示通用RFID标签工作在有源状态或无源状态，在本实施例中，若电源探测单元61输出的电源探测信号VBD为高电平例如1.5V、3V，则电源选择控制算法单元106输出有源指示信号，指示通用RFID标签工作在有源状态；若电源探测单元61输出的电源探测信号VBD为低电平例如0V、0.1V、0.2V，则电源选择控制算法单元106输出无源指示信号，指示通用RFID标签工作在无源状态。在其他实施例中，若电源探测单元61输出的电源探测信号VBD为高电平，则电源选择控制算法单元106输出无源指示信号，指示通用RFID标签工作在无源状态；若电源探测单元61输出的电源探测信号VBD为低电平，则电源选择控制算法单元106输出有源指示信号，指示通用RFID标签工作在有源状态。也就是说，电源选择控制算法单元106可以根据电源探测单元61输出的电源探测信号VBD高于或低于某电平阀值，而输出无源指示信号或有源指示信号。工作状态选择信号用以指示通用RFID标签处于正常工作状态或者睡眠状态，请参照图8，当电源选择控制算法单元106在预定时间段内持续没有接收到一定能量射频信号(即接收通路5的接收信号)时，则指示本发明通用RFID标签自动进入睡眠状态，当电源选择控制算法单元106在预先设置的一定长时间内持续接收到的超过预先设置强度的射频信号，则发出工作状态选择信号唤醒本发明通用RFID标签，使其工作在一般工作状态。当电源选择控制算法单元106接收到读写终端发出的进入睡眠状态命令时，发出工作状态选择信号使本发明通用RFID标签进入深度睡眠状态。本发明通用RFID标签在深度睡眠状态下不会被接收到的预先设置的一定长时间的超过预先设置强度的射频信号唤醒。处于深度睡眠状态下的本发明通用RFID标签，电源选择控制算法单元106必须在未接收到预先设置的一定长时间的唤醒强度的射频信号的情况下才能进入睡眠状态。
当本发明通用RFID标签与读写终端通讯结束，则本发明通用RFID标签的控制逻辑将会重新进入睡眠状态，通讯结束有两种情况：RFID标签离开通讯区域；或RFID标签进入深度睡眠状态。本发明通用RFID标签在进入睡眠状态之前，如果有外围接口，则会与外围接口所连接的模块(如外接存储器等)进行数据更新。
请参照图9，是本发明通用RFID读写终端的方框结构示意图。本发明通用RFID读写终端包括发射路径202、接收路径204以及数字电路206，其中数字电路206包括一多码解码器205、多码编码器207、主动/被动选择单元208以及多协议处理器209，多码解码器205连接在接收路径204与多协议处理器209之间，多码编码器207连接在发射路径202与多协议处理器209之间，主动/被动选择单元208设置在多协议处理器209内，与多码编码器207连接。主动/被动选择单元208用以发射发射通路选择指令信号，使本发明通用RFID标签根据发射通路选择指令信号所指示的RFID技术与本发明通用RFID读写终端进行通讯。显然，本发明通用RFID读写终端也发射其他指令射频信号，不赘述。本发明通用RFID读写终端的发射路径202、接收路径204以及数字电路206的结构与原理为本领域内一般技术人员所熟知，不赘述。
本发明通用RFID系统包括至少一个RFID读写终端(READER或INTERIGATOR)和至少一个RFID标签(TAG)。至少一个RFID读写终端包括支持单一RFID技术(有源、无源、主动或被动)的现有读写终端和支持多种技术的本发明通用RFID读写终端，其中本发明通用RFID读写终端可以与本发明通用RFID标签通过选择的主动或被动方式进行通讯，也可以与仅具有主动或被动方式通讯能力的标签进行通讯。至少一个RFID标签包括支持单一RFID技术(有源、无源、主动或被动)的现有标签和支持多种RFID技术的本发明通用RFID标签，其中本发明通用RFID标签可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式与任何一种RFID读写终端进行通讯。
本发明通用RFID系统的通讯方法包括以下步骤：
步骤一：一RFID读写终端发射发射通路选择指令信号或其他指令射频信号；
步骤二：如果RFID标签收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，则根据读写终端发出的发射通路选择指令信号的指示通过主动通讯方式或被动通讯方式与读写终端进行通讯，如果未接收到读写终端发射的发射通路选择指令信号而仅接收到其他指令射频信号，则根据预先设定的方式与读写终端进行通讯；以及
步骤三：结束本轮通讯。
其中，在步骤一中，如果该读写终端仅具有主动或被动方式通讯能力，则无须发射通路选择指令信号；如果该读写终端是本发明通用RFID读写终端，则发射一种或多种发射通路选择指令信号。
在步骤二中，如果RFID标签为仅具有主动通讯方式或被动通讯方式能力的标签，而且与接收到的信号指示的通讯方式一致或包涵，则该标签按照该通讯方式的通讯协议参与与读写终端的通讯；如果RFID标签为支持多种RFID技术的本发明通用RFID标签，而且与接收到的信号所指示的通讯方式至少有一个相同，则以所指示的通讯方式与读写终端的通讯；如果本发明通用RFID标签支持的多个技术与发射通路选择指令信号指示的多个技术一致，则本发明通用RFID标签按预先设定的规则选择一种通讯方式与该读写终端通讯；如果RFID标签支持的多种通讯方式与发射通路选择指令信号指示的多种通讯方式不一致，则RFID标签按预先设定的规则选择一种通讯方式与该读写终端通讯或不通讯。
在步骤三中，结束通讯的方式包括：RFID标签离开通讯区域；或RFID标签进入深度睡眠状态。
本发明通用RFID标签、通用RFID读写终端可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式分别与任何RFID读写终端或RFID标签进行通讯。本发明通用RFID系统和方法可以使不同通讯技术在同一体系下工作并发挥不同特点与特性，尤其是本发明通用RFID系统和方法在兼容现有的RFID通讯协议的情况下实现有/无源、主/被动RFID技术在同一框架下一起工作各种RFID技术可以完全发挥其应有的特性与性能，不会因为与其他技术的兼容问题而不能完全发挥其功用。

Claims (37)

1.一种通用RFID标签，可以工作在有/无源状况下，也可以通过主动或被动方式与RFID读写终端进行通讯，该通用RFID标签包括基带数字电路、天线以及天线与基带数字电路之间的接收通路，其特征在于：还包括一发射通路选择模块以及主被动发射模块，其中主被动发射模块包括主动发射单元和反向散射单元，发射通路选择模块根据读写终端发出的信号或预先设置参数选择使用反向散射单元或主动发射单元与读写终端通讯。
2.如权利要求1所述的通用RFID标签，其特征在于：发射通路选择模块包括编码及主被动控制单元，根据从基带数字电路接收到的信号对主被动基带信号编码并发出控制信号。
3.如权利要求2所述的通用RFID标签，其特征在于：发射通路选择模块还包括天线选择开关，设置在主被动发射模块与天线之间并且与编码及主被动控制单元连接，由编码及主被动控制单元发出的控制信号控制，根据编码及主被动控制单元的控制信号选择将天线接通到主动发射单元或反向散射单元。
4.如权利要求3所述的通用RFID标签，其特征在于：发射通路选择模块还包括一解码器，该解码器设置在基带数字电路内，与编码及主被动控制单元电性连接，用以解读读写终端发出的信号，并将解读结果传送至编码及主被动控制单元，编码及主被动控制单元根据解码器的解读结果进行发射信号编码并发出控制信号控制天线选择开关。
5.如权利要求4所述的通用RFID标签，其特征在于：读写终端发出的信号可以是发射通路选择指令信号，编码及主被动控制单元根据解码器的解读后的发射通路选择指令信号进行发射信号编码并控制天线选择开关，如果未收到读写终端发出的发射通路选择指令信号，则编码及主被动控制单元按照预先设置参数选择使用反向散射单元或主动发射单元与读写终端通讯。
6.如权利要求5所述的通用RFID标签，其特征在于：编码及主被动控制单元根据发射通路选择的结果完成发射信号的编码，具有主动发射信号输出端和被动发射信号输出端。
7.如权利要求6所述的通用RFID标签，其特征在于：主动发射单元包括调制放大组件以及频率合成组件，其中频率合成组件是任何种类的频率合成器，调制放大组件的输入端与编码及主被动控制单元的主动发射信号输出端与连接，用以对射频信号进行调制。
8.如权利要求7所述的通用RFID标签，其特征在于：频率合成组件的输出端与调制放大组件的输入端连接，其输出信号经调制放大组件调制后发射。
9.如权利要求7所述的通用RFID标签，其特征在于：频率合成组件的输入端与接收通路连接，根据接收通路的接收信号而产生与接收通路的接收信号的频率和/或相位相同或存在关联关系的信号，或频率合成组件自动产生一定频率的信号。
10.如权利要求7所述的通用RFID标签，其特征在于：频率合成组件的输入端与编码及主被动控制单元的输出端连接，根据主被动控制单元的控制而输出一定频率的信号。
11.如权利要求7所述的通用RFID标签，其特征在于：频率合成组件包括相位检测器、振荡器、电容、电阻以及与天线开关联动的充电开关，相位检测器的一输入端经过天线开关与天线电性连接，相位检测器的另一输入端和振荡器的输出端电性连接，相位检测器输出端与电容电性连接，电容一端接地，另一端滤波器连接以及通过充电开关和电阻接地，振荡器输入端与电容连接，输出端与相位检测器连接，调制放大组件的一输入端与振荡器和相位检测器分别电性连接，另一输入端与编码及主被动控制单元电性连接。
12.如权利要求11所述的通用RFID标签，其特征在于：滤波器可以是任何滤波器，振荡器是压控振荡器。
13.如权利要求11所述的通用RFID标签，其特征在于：控制天线开关和充电开关使天线与相位检测器电性连接，以及使电容经由电阻接地，用以使通用RFID标签接收信号，将接收到的读写终端射频信号输入至相位检测器，振荡器的输出信号输入至相位检测器，相位检测器将接收到的射频信号与振荡器输出信号进行相位作比较。
14.如权利要求13所述的通用RFID标签，其特征在于：相位检测器具有一电压泵，根据相位检测器的相位比较结果，电压泵调节输出电压，使电容充电，将相位锁定后电压储存在电容中。
15.如权利要求11所述的通用RFID标签，其特征在于：频率合成组件还包括二除法器、一除法器连接在天线开关和相位检测器之间，通用RFID标签接收到的射频信号经由除法器输入至相位检测器，另一除法器连接在振荡器的输出端与相位检测器之间，振荡器的输出信号经由除法器输入至相位检测器。
16.如权利要求15所述的通用RFID标签，其特征在于：该二除法器可以分别或者同时是整数和小数除法器，可以相同或不相同。
17.如权利要求12所述的通用RFID标签，其特征在于：控制联动的天线开关和充电开关，使天线与调制放大组件输出端电性连接，电容与接地断开，用以使通用RFID标签发射信号，存储在电容中的电压用来维持振荡器的频率和相位，使通用RFID标签主动发射的射频信号与读写终端发射的射频信号频率和/或相位相同或存在一定关联关系。
18.如权利要求2所述的通用RFID标签，其特征在于：反向散射单元包括开关器件用以改变天线接入端的连接阻抗从而对反向散射信号进行调制，该开关器件可以用三极管实现，三极管的基极与编码及主被动控制单元连接，集电极或发射极与天线连接，用基带信号对散射信号调制并散射。
19.如权利要求18所述的通用RFID标签，其特征在于：反向散射单元包括可动开关，可动开关反复跳动与零阻抗和开路交替连接，而用基带信号对散射信号调制并散射。
20.如权利要求1所述的通用RFID标签，其特征在于：通用RFID标签包括有电源以及电源探测单元，电源探测单元的输入端与电源连接，用于探测通用RFID标签是否使用电源，并输出电源探测信号。
21.如权利要求20所述的通用RFID标签，其特征在于：通用RFID标签还包括电源选择控制算法单元，输入端分别与电源探测单元以及接收通路电性连接，接收电源探测单元输出的电源探测信号以及接收通路的接收信号，并输出有无源指示信号以及工作状态选择信号，有/无源指示信号用以指示通用RFID标签工作在有源状态或无源状态，工作状态选择信号用以指示通用RFID标签处于正常工作状态或者睡眠状态。
22.如权利要求21所述的通用RFID标签，其特征在于：通用RFID标签的接收通路接收有无源指示信号以及工作状态选择信号，根据有无源指示信号来调节通用RFID标签的耗电从而影响其接收灵敏度的高低，根据工作状态选择信号调节通用RFID标签的工作状态。
23.如权利要求22所述的通用RFID标签，其特征在于：接收通路是有无源接收电路，包括检波单元、灵敏度调整单元以及比较器，检波单元接收有无源指示信号以及工作状态选择信号，检波单元和灵敏度调整单元的输出端与比较器连接，比较器输出接收通路的基带信号。
24.如权利要求23所述的通用RFID标签，其特征在于：接收通路的检波单元通过接收有无源指示信号和天线的接收信号调整电路的偏置以实现对接收灵敏度的调节和电路功耗的控制。
25.如权利要求23所述的通用RFID标签，其特征在于：接收通路的灵敏度调整单元通过对比较器域值的改变来微调标签接收灵敏度以达到提高标签读写距离一致性的目。
26.如权利要求23所述的通用RFID标签，其特征在于：RFID标签在没有接收到一定能量射频信号的情况下自动进入睡眠状态，一旦通用RFID标签接收到预先设置的一定长时间的超过预先设置强度的射频信号，RFID标签将被唤醒并工作在一般工作状态。
27.如权利要求26所述的通用RFID标签，其特征在于：RFID标签在接收到读写器发出的进入睡眠状态命令的情况下将进入深度睡眠状态，通用RFID标签在深度睡眠状态下不会被接收到的预先设置的一定长时间的超过预先设置强度的射频信号所唤醒，处于深度睡眠状态下的通用RFID标签必须在预先设置的一定长时间内未接收到唤醒强度的射频信号的情况下才能进入睡眠状态。
28.一种通用RFID读写终端，可以与权利要求1至27中任意一项所述的通用RFID标签通过选择的主动或被动方式进行通讯，也可以与仅具有主动或被动方式通讯能力的标签进行通讯，包括发射路径、接收路径以及数字电路，其中数字电路包括与发射路径连接的一编码器以及一与接收路径连接的解码器，其特征在于：数字电路还包括主动/被动选择单元以及多协议处理器，主动/被动选择单元与编码器连接，多协议处理器与编码器以及解码器连接，主动/被动选择单元用以发射发射通路选择指令信号或将发射通路选择信号插入其他指令信号。
29.如权利要求28所述的通用RFID读写终端，其特征在于：编码器是多码编码器，解码器是多码解码器，主动/被动选择单元设置在多协议处理器内而与多码编码器连接。
30.一种通用RFID系统包括至少一个RFID读写终端和至少一个RFID标签，其特征在于：该至少一个RFID标签是如权利要求1至27中任意一项所述的通用RFID标签。
31.如权利要求30所述的通用RFID系统，其特征在于：该至少一个RFID读写终端是如权利要求28或29中所述的通用RFID读写终端，或者是仅具有主动或被动方式通讯能力的读写终端。
32.一种通用RFID系统的通讯方法包括以下步骤：
步骤一：一RFID读写终端发射发射通路选择指令信号或其他指令射频信号；
步骤二：如果RFID标签收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，则根据读写终端发出的发射通路选择指令信号的指示通过主动通讯方式或被动通讯方式与读写终端进行通讯，如果未接收到读写终端发射的发射通路选择指令信号，则根据预先设定的方式与读写终端进行通讯；以及
步骤三：结束本轮通讯。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于：在步骤一中，如果该读写终端仅具有主动或被动方式通讯能力，则无须发射通路选择指令信号；如果该读写终端是权利要求28或29中所述的通用RFID读写终端，则发射选择一种或多种发射通路选择指令信号。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于：在步骤二中，如果RFID标签为仅具有主动通讯方式或被动通讯方式能力的标签，而且与接收到的信号指示的通讯方式一致或包涵，则该标签按照该通讯方式的通讯协议参与与读写终端的通讯。
35.如权利要求32所述的方法，其特征在于：在步骤二中，如果RFID标签为权利要求1至27中任意一项所述的RFID标签，而且与接收到的信号所指示的通讯方式至少有一个相同，则以所指示的通讯方式与读写终端的通讯。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于：在步骤二中，如果RFID标签支持的多种通讯方式与发射通路选择指令信号指示的多种通讯方式不一致，则RFID标签按预先设定的规则选择一种通讯方式与该读写终端通讯或不通讯。
37.如权利要求32所述的方法，其特征在于：在步骤三中，结束通讯的方式包括：RFID标签离开通讯区域；或RFID标签进入深度睡眠状态。
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PB01 Publication
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Assignee: Suzhou Digican Technology Co., Ltd.

Assignor: Shulun Computer Technology (Shanghai) Co., Ltd.

Contract record no.: 2010310000036

Denomination of invention: Universal RFID tag, read-write terminal and system and communication method of RFID system

License type: Exclusive License

Open date: 20101117

Record date: 20100413

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