CN102346869A

CN102346869A - 一种超高频传感标签芯片

Info

Publication number: CN102346869A
Application number: CN2011102861340A
Authority: CN
Inventors: 程良伦; 高锐; 于皓; 苏海武; 田刚; 胡莘
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2011-09-24
Filing date: 2011-09-24
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明公开了一种超高频传感标签芯片，包括射频收发模块、电源模块、存储器与数字处理模块；所述电源模块与射频收发模块双向通信，且为数字处理模块供电；所述存储器与数字处理模块连接；还包括传感采集模块，所述传感采集模块的信号输入端与电源模块的信号输出端连接；所述传感采集模块的信号输出端与存储器的信号输入端连接。该标签芯片具有温度、湿度、化学量传感功能丰富的特点，且芯片结构优化，使得信号的处理更迅速更集中。该标签芯片具有实用性强、集成度高、性能稳定，适合大批量生产等优点，对于食品贮存、冷链管理、药品管理、煤矿安全等方面的应用有着重要意义。

Description

一种超高频传感标签芯片

技术领域

本发明涉及电子标签射频识别系统技术领域，特别涉及一种超高频传感标签芯片。

背景技术

超高频无线射频识别技术（UHF RFID）具有非接触、识别速度快、作用距离远、工作寿命长、可多标签识别等显著优点，故该技术得到了社会的广泛认可。目前，该技术成功应用在仓库管理、物流运输、资产管理、食品溯源与智能电网等方面。电子标签是射频识别系统的一部分，而作为电子标签核心的标签芯片的性能好坏直接影响着电子标签的识别距离、速度与准确率等；另外，射频识别系统的其他重要功能的拓展也需要标签芯片的支持。

同时，传感器技术正朝着微型化、多元化方向发展，且高集成度芯片制造技术的日趋成熟。将 RFID技术与传感器技术结合，充分发挥二者的优势，实现识别与感知有机融合。尤其是在诸如食品贮存、冷链管理、药品管理、煤矿安全等场合，二者的结合有着重要的意义。

目前，市场上存在两种RFID标签，一种是有源电子标签，另一种是无源电子标签。前者与传感器相结合，需要额外的电源供电，导致该标签成本高、体积大，使该标签的应用在某些场合受到限制，故该方式并不普遍。后者与传感器技术相结合，即无线技术，该方式为普遍采用方式。但目前两者的结合主要是简单的温度传感与标签芯片的结合，其信息感知能力有限，集成度不高，大批量生产成本较高。

公开号为CN201819897U与CN201819943U的专利都公开了一种带有电子标签的无线数传传感器。在上述两篇专利文件中，传感器外置于电子标签之外的，该传感器直接与微处理器连接。公开号为CN201311301Y 与CN201298867Y的专利都公开了一种基于无线网络的超远距离监测装置。在上述两篇专利文件中传感器是内置于电子标签之内的。在该装置中，该传感器、储存器分别与微处理器连接。

综上所述，目前超高频无线射频识别技术存在的不足之处是传感器与数字处理器即微处理器直接连接，其信息感知能力有限，集成度不高，大批量生产成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超高频传感标签芯片，该芯片传感器与标准标签共享储存器，符合EPC Global Class 1 Gen 2标准的超高频电子标签，具有实用性强、集成度高、性能稳定，适合大批量生产。

进一步地，本发明要解决的技术问题是丰富传感器的功能，提高对环境的认识；同时优化了芯片的结构。

进一步地，本发明要解决的技术问题是优化该芯片的外部拓展功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超高频传感标签芯片，包括射频收发模块、电源模块、存储器与数字处理模块；所述电源模块与射频收发模块双向通信，且为数字处理模块供电；所述存储器与数字处理模块连接；还包括传感采集模块，所述传感采集模块的信号输入端与电源模块的信号输出端连接；所述传感采集模块的信号输出端与存储器的信号输入端连接。

优选地，所述传感采集模块包括模拟采集模块、数字量化模块与第一编码模块；所述模拟采集模块的信号输出端分别与数字量化模块的信号输入端连接，所述数字量化模块的信号输出端与第一编码模块的信号输入端连接，第一编码模块的信号输出端与存储器的信号输入端连接。

优选地，所述模拟采集模块包括温度采集模块、湿度采集模块和化学量采集模块。

优选地，还包括与数字处理模块连接的接口电路，所述接口电路上预设若干接口，所述预设接口包括PCI通信接口、外置电源接口、外置传感器接口与天线接口，上述四预设接口分别分布在PCI总线上。

优选地，所述数字处理模块包括主控模块、解码模块、第二编码模块与检验电路，所述解码模块的信号输出端与检验电路的输入端连接，且所述主控模块的信号输入输出端分别与检验电路的其他信号输出输入端连接；另外，所述检验电路的其他信号输出端与第二编码模块的信号输入端连接。

优选地，还包括与数字处理模块双向通信的协议处理模块，所述协议处理模块具有指令译码模块、防碰撞模块与安全认证模块，上述三模块均由主控模块控制。

优选地，所述存储器模块具有EPC存储区、TID存储区、传感量存储区与保留存储区，所述传感采集模块的信号存储于传感量存储区中。

优选地，所述电源管理模块包括整流电路、放大电路与稳压电路。

优选地，所述射频收发模块包括时钟发生器、复位电路与调制解调电路。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：与现有的电子标签相比，本发明提供了一种符合RFID技术EPC Global Class 1 Gen 2国际标准的标签芯片。该标签芯片具有温度、湿度、化学量传感功能丰富的特点，且芯片结构优化，使得信号的处理更迅速更集中。总而言之，该标签芯片具有实用性强、集成度高、性能稳定，适合大批量生产等优点，对于食品贮存、冷链管理、药品管理、煤矿安全等方面的应用有着重要意义。另外，本发明还优化该芯片的外部拓展功能，使得该芯片可用于更多场合。

附图说明

图1为本发明超高频传感标签芯片的原理示意图；

图2为本发明超高频传感标签芯片的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明的超高频传感标签芯片由射频收发模块1、电源管理模块2、传感采集模块7、存储器3、接口电路4、数字处理模块5与协议处理模块6七大模块组成。该射频收发模块1、传感采集模块7与数字处理模块5分别与电源管理模块2连接，且所述电源管理模块2为上述三模块供电。传感采集模块7与存储器3连接。存储器3、射频收发模块1分别与数字处理模块5连接。协议处理模块6直接、接口电路4与数字处理模块5连接，协议处理模块6为数字处理模块5的内部辅助模块，而接口电路4为数字处理模块5的外部辅助模块。

射频收发模块1包括时钟发生器11、复位电路12与调制解调电路13。该射频收发模块1集成内部快速振荡器（FRC），该振荡器输出标称2MHz的振荡信号，为数字处理模块5提供时钟信号。当标签在进入工作电磁场时，复位电路12自动动作，完成内部寄存器的初始化。调制解调电路13采用SSB-ASK调制方式，将天线接收的已调信号解调成数字基带信号，然后通过反向散射调制，将基带信号返回给阅读器，实现阅读器和标签芯片之间的通信。

传感采集模块7包括温度采集模块71、湿度采集模块72和化学量采集模块73、数字量化模块74与第一编码模块75。传感采集模块7集成微型温度采集模块71、湿度采集模块72和化学量采集模块73，该温度采集模块71、湿度采集模块72和化学量采集模块73三者的采样值经逐次比较电路量化成数字信号。为保证采样值正确传输和便于阅读器解码，该数字信号量化输出经第一编码模块75的曼侧斯特编码后输出8-10位数字量，输出结果在控制模块的作用下由低到高依次存储于存储器EEPROM的传感量存储区，可供控制器读出。

数字处理模块5包括主控模块51、解码模块52、第二编码模块53与检验电路54。数字处理模块5的解码模块52与第二编码模块53完成曼彻斯特编解码，校验电路54完成CRC校验，可以和EPC标准兼容；主控模块51为精简的8位CPU内核，主要实现对命令的解释和执行，控制芯片内各功能模块的动作。

存储器3由EEPROM构成，可根据不同应用定制容量大小。该存储器分为EPC存储区31、TID存储区32、传感量存储33区、保留存储区34四个扇区。EPC存储区31、TID存储区32、保留存储区34按照EPC标准用以UHF RFID信息记录，传感量存储区33用于芯片片上传感量与外部拓展传感量存储。

协议处理模块6具有指令译码模块61、防碰撞模块62与安全认证模块63，上述三模块均由主控模块51控制。协议处理模块6主要用以实现阅读器下发指令的译码，同时其中的防碰撞模块可实现ALOHA和二进制防碰撞算法，安全认证模块实现Hash加密，由主控模块51控制其动作。

接口电路4上预设若干接口，所述预设接口包括PCI通信接口41、外置电源接口42、外置传感器接口43与天线接口44，上述四预设接口分别分布在PCI总线上。该天线接口具有50欧姆输入阻抗，并具有集成带通滤波电路。外置传感器接口43可供外置大功耗复杂传感器输入，而外置电源接口42可为外置传感器提供参考电压和为功能拓展时提供输入电源。PCI通信接口41可在功能拓展时实现内部CPU与外设通信。

电源管理模块2包括整流电路21、放大电路22与稳压电路23。该整流电路21由肖基特二极管和NMOS构成多级整流，完成接收到的来自阅读器的电磁能射频信号整流成直流电。放大电路22和稳压电路23电压为芯片内各功能模块提供稳定合适的电源供给。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种超高频传感标签芯片，包括射频收发模块（1）、电源模块（2）、存储器（3）与数字处理模块（5）；所述电源模块（2）与射频收发模块（1）双向通信，且为数字处理模块（5）供电；所述存储器（3）与数字处理模块（5）连接；其特征在于：还包括传感采集模块（7），所述传感采集模块（7）的信号输入端与电源模块（2）的信号输出端连接；所述传感采集模块（7）的信号输出端与存储器的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述传感采集模块（7）包括模拟采集模块（70）、数字量化模块（74）与第一编码模块（75）；所述模拟采集模块（70）的信号输出端分别与数字量化模块（74）的信号输入端连接，所述数字量化模块（74）的信号输出端与第一编码模块（75）的信号输入端连接，第一编码模块（75）的信号输出端与存储器（3）的信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述模拟采集模块（70）包括温度采集模块（71）、湿度采集模块（72）和化学量采集模块（73）。

4.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：还包括与数字处理模块（5）连接的接口电路（4），所述接口电路（4）上预设若干接口，所述预设接口包括PCI通信接口（41）、外置电源接口（42）、外置传感器接口（43）与天线接口（44），上述四预设接口分别分布在PCI总线上。

5.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述数字处理模块（5）包括主控模块（51）、解码模块（52）、第二编码模块（53）与检验电路（54），所述解码模块（52）的信号输出端与检验电路（54）的输入端连接，且所述主控模块（51）的信号输入输出端分别与检验电路（54）的输出输入端连接；另外，所述检验电路（54）的其他信号输出端与第二编码模块（53）的信号输入端连接。

6.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：还包括与数字处理模块（5）双向通信的协议处理模块（6），所述协议处理模块（6）具有指令译码模块（61）、防碰撞模块（62）与安全认证模块（63），上述三模块均由主控模块（51）控制。

7.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述存储器（3）包括EPC存储区（31）、TID存储区（32）、传感量存储区（33）与保留存储区（34）。

8.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述电源管理模块（2）包括整流电路（21）、放大电路（22）与稳压电路（23）。

9.根据权利要求1所述的超高频传感标签芯片，其特征在于：所述射频收发模块（1）包括时钟发生器（11）、复位电路（12）与调制解调电路（13）。