CN102682330A

CN102682330A - 一种用于射频识别标签的时钟产生电路及其校准方法

Info

Publication number: CN102682330A
Application number: CN2011100644221A
Authority: CN
Inventors: 马长明; 吴行军
Original assignee: Beijing Tongfang Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Tongfang Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: CN102682330B

Abstract

一种用于射频识别标签的时钟产生电路及其校准方法，涉及射频识别RFID技术领域。本发明时钟产生电路由数控调谐振荡器、控制器、计数器以及数字基带处理电路组成。标签射频输出的解调信号Rx输入给标签数字基带处理电路和控制器，标签射频前端复位信号产生电路输出的上电复位信号Rst输入给控制器、计数器和标签数字基带处理电路。标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en连接到控制器和计数器的输入端。计数器的计数输出Count连接到控制器的输入端，控制器输出的Rst_cnt到计数器的输入端。本发明能解决集成电路制造工艺、应用环境和温度对无线射频识别标签芯片比特率精度、编码、占空比等的影响，降低标签芯片的功耗，提高芯片的成品率。

Description

一种用于射频识别标签的时钟产生电路及其校准方法

技术领域

本发明涉及射频识别RFID技术领域，特别是射频识别系统标签芯片的本地时钟产生电路及其校准方法。

背景技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification, RFID）是一种非接触式自动识别技术，利用射频信号和空间耦合传输特性，实现对被识别目标的自动识别。RFID系统通常由读卡器、射频标签和数据管理系统组成。射频标签按照获得能量方法的不同，可以分为有源电子标签、半有源电子标签和无源电子标签三种。有源电子标签和半有源电子标签识别距离远，但由于需要微电池，故其体积大、成本高。无源电子标签不需要外部电源，而是利用电源恢复技术，直接从天线接受的射频信号中恢复出能量，为其提供工作电压。无源电子标签以其体积小、重量轻、成本低、寿命长、便于携带等突出优点，成为近几年射频识别领域的研究热点。

在射频识别应用系统中，均对标签和读卡器之间通讯的码率大小、码率精度、编码方式、编码信号占空比以及芯片的工作温度范围等有一定的要求，并且，往往标签所使用的不挥发存贮器NVM对工作时钟的时钟频率大小、时钟占空比等也有一定的要求。以上的种种要求都可以划归到对标签芯片的片上时钟相关参数的要求，例如时钟频率范围、时钟频率精度、时钟占空比、电压抑制比和温度特性等。综合上述种种系统需求，一般要求时钟频率在一个有限的范围内，并且要求其随着环境因素温度等的变化，时钟频率也能够保持在这个范围内。

无论对于有源射频标签、半有源射频标签，还是对于无源射频标签，由于都没有片外的晶体振荡器提供精确的频率参考，是自由振荡，故射频标签的振荡器的振荡频率有一定的离散性。该离散性主要来自三方面原因。首先，集成电路的制造工艺的离散性会导致振荡器振荡频率的离散性；并且，受标签应用环境温度的影响，振荡器的振荡频率也会随环境温度的变化而变化；同时，由于无源射频标签所采用的片上振荡器所使用的电源是由片上电源恢复电路从射频信号中恢复出的直流电源，受天线和标签芯片的匹配关系、幅度调制、场区场强大小、识别距离、电源恢复电路的负载变化等因素的影响，该电源恢复电路输出的直流电源电压不太稳定，有一定程度的纹波，在某些情况下，该纹波幅度还比较大，可达0.5V（电源电压为1.8V）左右。以上种种原因导致无源射频标签芯片片上振荡器的振荡频率的离散性比较大。

针对典型RFID标签应用的10MHz以下时钟频率的无线系统，目前低功耗振荡电路所使用的常用技术一般有环形振荡器（Ring Oscillator）、RC驰豫振荡器（Relaxation Oscillator）等。环形振荡器的优点是功耗低，但是，其振荡频率受工艺和环境温度的影响，芯片振荡频率的离散性较大，环境适应性不太理想。RC驰豫振荡器的优点是较之环形振荡器其振荡频率受环境的影响相对较小，频率的离散性也相对较小，但是，其频率仍然受工艺和温度的影响而呈现一定的离散性，并且，为了保证频率满足设计要求，其功耗就会增加。

对于有源射频标签，为了延长电池的使用寿命，就必须使用低功耗处理技术，不能使时钟频率很高。同时，对于无源射频标签，由于没有外加电源，为了提高识别效率和识别距离，就需要对其各个电路模块应用低功耗设计技术。振荡器电路就是其中很重要的一个模块，其功耗的高低不仅关系着整体功耗，并且，由于数字电路的动态功耗和工作时钟频率成正比，其时钟频率的高低还直接关系数字电路的动态功耗，为了降低数字电路的功耗，就需要尽量使用较低的时钟频率。

上述原因导致标签芯片片上振荡器的离散性会对无源射频标签的识别造成如下影响。首先，该离散性可能导致标签返回的码率大小、码率精度不符合协议要求，并可能导致标签接收解码出错，从而，降低芯片的成品率。另外，为了防止出现上述问题，就必须加大振荡频率，但是，振荡器如果工作在较高频率，其本身的功耗以及后续数字电路的功耗就会加大，这样就会导致芯片整体的功耗加大，从而造成标签芯片的识别距离性能指标下降。为了满足无源射频识别系统对时钟频率精度的要求、提高对制造工艺、应用环境温度的兼容性，为了减小或者避免电源电压的纹波对识别性能的影响，为了降低标签芯片的整体功耗，提高芯片的成品率和识别距离，就需要一种低功耗校准技术，对标签振荡器的时钟频率进行校准，以补偿集成电路制造工艺、电源电压和环境温度对振荡频率的影响，使其时钟频率确保在协议要求的精度范围内。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于射频识别标签的时钟产生电路及其校准方法。它能解决集成电路制造工艺、应用环境和温度对无线射频识别标签芯片接收通路解码、同步、发送通路返回信号比特率精度、编码、占空比等的影响，降低标签芯片的功耗，提高芯片的成品率。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种用于射频识别标签的时钟产生电路，其结构特点是，它由数控调谐振荡器、控制器、计数器以及射频标签芯片固有的数字基带处理电路组成。标签射频前端解调器输出的解调信号Rx输入给标签数字基带处理电路和控制器，标签射频前端复位信号产生电路输出的上电复位信号Rst输入给控制器、计数器和标签数字基带处理电路，作为该三个电路模块的异步复位信号。标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en连接到控制器和计数器的输入端，作为控制器和计数器的校准使能。计数器的计数输出Count连接到控制器的输入端，控制器输出的Rst_cnt到计数器的输入端，作为计数器的同步复位信号。控制器的m位校准控制字Ctrl[m-1:0]输出给数控调谐振荡器，数控调谐振荡器输出的时钟Clk连接到计数器和数字基带处理电路的输入端，作为其工作时钟。

一种用于射频识别标签的时钟产生电路的校准方法，其步骤如下：

Figure 2011100644221100002DEST_PATH_IMAGE001

无源射频标签进入读卡器的射频场区，标签电源恢复电路恢复出标签芯片片上直流电源电压，数控调谐振荡器开始自由振荡，复位信号产生电路产生上电复位信号Rst，该复位信号Rst对控制器和计数器进行异步复位。将控制器的调频控制字Ctrl[m-1:0]寄存器异步复位为2^m-1，控制器中校准周期计数器的初值设为0，计数器的初值也置为0，此时，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en均为无效状态的电平。

标签芯片模拟前端对天线接收到的从读卡器到标签的前向链路通讯信号进行解调，并将解调信号Rx输出给标签数字基带处理电路和控制器，标签数字基带处理电路对解调信号Rx进行循环检测。当检测发现接收到前向链路的帧头Preamble时，将校准使能信号Calib_en置为有效状态的电平。当标签数字基带处理电路检测到前向链路通讯帧头Preamble接收完毕时，将校准使能信号Calib_en置为无效的逻辑电平。对于Calib_en高有效的系统，当上电复位信号Rst有效时，将校准使能Calib_en置为低电平，当接收到帧头信号Preamble时，将Calib_en置为高电平，当检测到接收帧头信号完毕时，将Calib_en置为低电平。对于Calib_en低有效的系统，当上电复位信号Rst有效时，将校准使能Calib_en置为高电平，当接收到帧头信号Preamble时，将Calib_en置为低电平，当检测到接收帧头信号完毕时，将Calib_en置为高电平。

Figure 2011100644221100002DEST_PATH_IMAGE003

当Calib_en使能有效时，计数器用数控调频振荡器输出的时钟信号Clk作为时钟对一个校准周期T_cal的时间长度进行同步计数，计数器的输出为Count。

当当前校准周期T_cal完毕时，控制器对计数器的计数输出Count是否在区间[M, N]（M≤N）之间进行比较判断，并根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整，同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）。

Figure 2011100644221100002DEST_PATH_IMAGE005

当第

步比较完毕后，控制器将Rst_cnt置为复位有效状态的值，计数器Count在信号Rst_cnt有效时同步复位为全零。

若校准周期计数器的值I小于m－1，则控制器中校准周期计数器I的计数值加一，然后，返回步骤

；

Figure 2011100644221100002DEST_PATH_IMAGE007

当校准周期计数器的值I等于m－1时，m个校准周期校准完毕。在接收到下一个命令帧之前，标签数字基带处理电路将校准使能信号Calib_en置为无效状态的电平。此时，数字基带处理电路接收前向链路通讯信号的数据，计数器Count和计数器I均清零，控制器中的调频控制字寄存器Ctrl数据保持。

当标签接收前向链路通讯信号的一帧数据完毕后，返回步骤

。

在上述校准方法中，所述自校准时钟产生电路利用读卡器发送给标签芯片的前向链路命令帧头的固定频率脉冲信号作为参考时间基准，对射频标签芯片本地振荡器的振荡频率进行动态实时校准。

在上述校准方法中，所述计数器进行计数的校准周期T_cal包含K（K＝1，2，3，…）个帧头脉冲周期T_p,preamble，它们的关系满足，T_cal＝K*T_{p, preamble}。

在上述校准方法中，所述根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整是将控制电路的输入信号为标签上电复位信号产生电路产生的上电复位信号Rst，标签解调电路输出的解调信号Rx，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en以及计数器的计数输出Count。在校准使能信号Calib_en有效时，控制器将计数器的计数输出Count和预设值M和N进行比较，并根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整。同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）；设相邻两次频率调整过程中控制字Ctrl的变化值为∆Ctrl，时钟频率f_clk的变化值为∆f_clk，那么根据∆Ctrl/∆f_clk的不同，具体的调整方法分为如下两种：

① 当∆Ctrl/∆f_clk>0，即调频控制字Ctrl和振荡器输出频率呈正相关时，若Count > N，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制01，Ctrl寄存器其它位数值不变；若Count<M，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制11，Ctrl寄存器其它位数值也不变；若Count在区间[M, N]内，则Ctrl不变。

② 当∆Ctrl/∆f_clk<0，即调频控制字Ctrl和振荡器输出频率呈负相关时，若Count > N，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制11，Ctrl寄存器其它位数值不变；若Count<M，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制01，，Ctrl寄存器其它位数值也不变；若Count在区间[M, N]内，则Ctrl不变。

设读卡器到标签的下行链路通讯帧的帧头Preamble中每个校准周期的时间长度为T，校准后标签片上振荡器的实际振荡周期为T_osc，实际振荡频率为f_osc，使用本电路进行校准的目标校准频率为f_osc,cali，t₀为标签振荡器输出时钟clk和标签所接收的下行链路（读卡器到标签）信号rx之间的初始时间差, f_err为由于异步采样误差造成的校准后振荡器实际时钟频率与目标时钟频率之间的误差, r_sample为由于异步采样误差造成的校准后振荡器实际时钟频率与目标时钟频率之间的相对误差。则述自校准时钟产生电路由于异步采样误差造成的校准后振荡器实际时钟频率与目标振荡频率之间的误差分析如下：

T＝NT_osc＋∆T （0 ≤ ∆T ≤ T_osc，其中，

,[●]表示向下取整）

1) 当0< t₀ ≤ ∆T ≤ T_osc时，计数器计数完毕时的值为N，

2) 当0≤ ∆T< t₀ ≤ T_osc时，计数器计数完毕时的值为N＋1，

设控制器中调频控制寄存器Ctrl为m比特，逐次逼近比较次数为m次，∆f为频率校准步长，f_H和f_L分别为该自校准时钟产生电路的校准范围的高频上限和低频下限，则由于有限比特SAR控制器造成校准步长不连续，从而造成校准误差r_disc，对此误差分析如下：

∆f＝

f_osc＝

故，该自校准时钟产生电路的总校准误差r_cal为

当0< t₀ ≤ ∆T ≤ T_osc时，校准误差的范围为：

当0≤ ∆T< t₀ ≤ T_osc时，校准误差的范围为：

由于异步采样，采样时钟Clk和采样信号Rx之间的初始时间差t₀有一定程度的随机性，故，我们取随着t₀变化时的最大校准误差，即当0≤ ∆T< t₀ ≤ T_osc时的校准误差。

由于环形振荡器具有低功耗的优点，故可以采用环形振荡器作为调频振荡器。参看图9，可以采用数控调整环形振荡器的电流的方式来改变振荡器的振荡频率。根据分析可知，反相器的传播延时t_p为从高电平到低电平的翻转延迟t_pHL和从低电平到高电平的翻转延迟t_pLH之和。可以分析如下：

t_p＝t_pHL+t_pLH

t_pLH=0.69R_eqpC_L

t_pHL=0.69R_eqnC_L

其中，R_eqp和R_eqn为

R_eqp≈

R_eqn≈

假设I_DSAT,n=I_DSAT,p＝I_DSAT，则，反相器的延迟t_p∝1/ I_DSAT，由于N级环振的振荡周期T_osc＝N*t_p，则很容易得出，环振的振荡频率F_osc有如下关系

F_osc∝I_DSAT＝

其中，最小的频率调整步长∆f∝I₀。从上式可以看出，我们可以通过调整调频控制字来调整环振的工作电流，来达到调节振荡频率的目的。这就是基于调整电流的数控调频环形振荡器的工作原理。

从反相器的延时表达式可以看出，延时和反相器输出节点的电容C_L成正比，那么，我们还可以通过数控调节反相器输出节点的电容来达到调节环振的振荡周期T_osc的目的，同样可以得出环振的振荡周期和数控电容阵列的电容有如下关系：

T_osc∝C_L＝

其中，最小的振荡周期调整步长∆T∝C₀。从上式可以看出，我们可以通过调整调频控制字来调整振荡器的延时电容，来达到调节振荡频率的目的。这就是基于调整电流的数控调频环形振荡器的工作原理。

对于ISO18000－6（B）协议的标签芯片，Preamble内部包含9个25μs的固定周期脉冲信号，如果取校准周期T＝25μs，使用8个校准周期来进行校准，目标设计片上振荡器振荡频率f_osc＝1MHz，并且，校准频率范围f_H-f_L=5M时，∆f＝20kHz，频率校准误差r约为±2%。而如果没有使用任何校准技术，集成电路制造工艺、环境温度、电源电压纹波等造成振荡器振荡频率的变化范围一般为±15%，有时甚至高达±25％。由此可见，本动态时钟频率校准技术还是非常有效的。

本发明由于采用了上述的结构和方法，其技术特点及效果是：

1）本发明的片上振荡电路，使用动态时钟校准技术，利用标签和读卡器前向链路通讯帧的帧头来进行频率校准，在接收每一条读卡器发送给标签的指令前都对振荡器振荡频率进行校准，完全实现自适应调节振荡器的时钟频率，无需外界干预和任何外加参考频率。

2）本发明的片上振荡电路，使用动态时钟校准技术，可以补偿由于温度等环境因素造成标签芯片片上振荡器振荡频率的离散性。

3）本发明的片上振荡电路，使用动态时钟校准技术，可以补偿由于集成电路制造工艺造成标签芯片片上振荡器振荡频率的离散性，使标签芯片的片上振荡器振荡频率和制造工艺相关性变弱，使不同工艺生产的标签芯片以及使用同一工艺生产的同一批次或者不同批次标签芯片片上振荡器振荡频率趋于一致。

4）本发明的片上振荡电路，使用动态时钟校准技术，可以补偿由于无源标签芯片片上恢复的直流电源电压的纹波造成标签芯片片上振荡器振荡频率的离散性。

5）本发明的片上振荡电路，相对普通的自由振荡电路只增加了计数器以及控制器，没有显著增加额外的功耗。

6）本发明的片上振荡电路对片上时钟进行动态校准，可以保证标签芯片片上时钟频率的精度，从而可以提高无源RFID标签芯片的成品率和识别性能。

7）本发明的适用于无源RFID标签中的自校准时钟产生方法和产生电路非常经济、简便、易于实现。

8）本发明的片上振荡电路，没有使用特殊的集成电路器件，便于进行工艺移植和集成。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明时钟产生电路的结构示意图；

图2为本发明时钟产生电路在读卡器和标签通讯过程中的校准过程示意图；

图3为本发明时钟产生电路校准前后振荡器的振荡频率范围比较图；

图4为本发明时钟产生电路的校准误差图；

图5为本发明调频控制字Ctrl和振荡器输出频率f_clk呈正相关时，控制器的控制字Ctrl调整流程图；

图6为本发明调频控制字Ctrl和振荡器输出频率f_clk呈负相关时，控制器的控制字Ctrl调整流程图；

图7为本发明振荡器自由振荡频率比目标频率高时，振荡器的校准工作过程示例；

图8为本发明当振荡器自由振荡频率比目标频率低时，振荡器的校准工作过程示例；

图9为本发明中一种数控调频振荡器的实施方式电路图；

图10为本发明中另一种数控调频振荡器的实施方式电路图；

图11为在ISO18000－6（B）协议中本为本发明时钟产生电路的工作波形示意图。

具体实施方式

参看图1，本发明时钟产生电路由数控调谐振荡器、控制器、计数器以及射频标签芯片固有的数字基带处理电路组成。标签射频前端解调器输出的解调信号Rx输入给标签数字基带处理电路和控制器，标签射频前端复位信号产生电路输出的上电复位信号Rst输入给控制器、计数器和标签数字基带处理电路，作为该三个电路模块的异步复位信号。标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en连接到控制器和计数器的输入端，作为控制器和计数器的校准使能。计数器的计数输出Count连接到控制器的输入端，控制器输出的Rst_cnt到计数器的输入端，作为计数器的同步复位信号。控制器的m位校准控制字Ctrl[m-1:0]输出给数控调谐振荡器，数控调谐振荡器输出的时钟Clk连接到计数器和数字基带处理电路的输入端，作为其工作时钟。

参看图2，在标签芯片进入场区上电后至接收到第一条命令期间，本自校准时钟产生电路都是处于自由振荡状态。在芯片接收到每条命令帧的帧头时，控制电路控制振荡器进入频率校准状态。当帧头结束时，校准完成，振荡器输出经过校准的高精度时钟。此后，直到接收到下一条命令帧的帧头重新开始新一轮校准过程之前，振荡器的调频控制字和振荡频率都不变。也就是说，校准过程只发生在接收命令帧的帧头Preamble时，其它任何时间振荡频率都维持不变，这样就对芯片接收命令以及发送命令的响应没有任何影响。

参看图3，由于无源射频识别标签使用的振荡器是自由振荡，没有外部输入参考时钟；并且，受集成电路制造工艺误差的影响，射频标签芯片的片上振荡器输出时钟频率芯片与芯片之间离散性较大。同时，受标签应用环境的温度、场区场强分布不均，以及标签电源电压纹波的影响，每个标签片上振荡器输出时钟频率也不稳定，随着环境温度和在场区的位置不同，以及在收发命令的不同时段都发生变化。以上种种原因，造成没有采用任何校准措施的标签的片上振荡器输出。

参看图11，对于ISO18000-6（Type B）RFID协议，每个命令帧的帧头Preamble均为9个周期为25μs的脉冲信号，其后为帧头标志Delimiter信号。由于帧头Preamble除了附有固定频率周期脉冲信号外，没有携带其它信息，所以，可以使用该Preamble脉冲的前8个脉冲对振荡器的频率进行校准，而且，这样做不会对标签接收命令产生影响。用计数器Count对每个脉冲周期进行计数，在每个脉冲周期结束时，根据计数器的值Count是否在区间[M, N]（M≤N）之间来调节控制字Ctrl的值，调节方法如图5和图6所示。此时，输出计数器Count的同步复位信号Rst_cnt。在帧头Preamble结束后，计数器Count和控制器停止校准，Rst_cnt保持低电平，处于复位无效状态，控制器的调频控制寄存器Ctrl保持其最终的校准值，振荡器输出经过校准的高精度时钟Clk，标签使用该时钟Clk完成和读卡器之间的通讯。

实施实例一

参看图5，当振荡器的调频控制字Ctrl和振荡器输出频率f_clk呈正相关时，该自校准时钟产生电路的校准步骤如下：

无源射频标签进入读卡器的射频场区，标签电源恢复电路恢复出标签芯片片上直流电源电压，数控调谐振荡器开始自由振荡，复位信号产生电路产生上电复位信号Rst，该复位信号Rst对控制器和计数器进行异步复位，将控制器的调频控制字Ctrl[m-1:0]寄存器异步复位为2^m-1－1。此时，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en均为无效状态的电平。

标签芯片模拟前端对天线接收到的从读卡器到标签的前向链路通讯信号进行解调，并将解调信号Rx输出给标签数字基带处理电路和控制器，标签数字基带处理电路对解调信号Rx进行循环检测，当检测发现接收到前向链路的帧头Preamble时，将校准使能信号Calib_en置为有效状态的电平。当标签数字基带处理电路检测到前向链路通讯帧头Preamble接收完毕时，将校准使能信号Calib_en置为无效的逻辑电平。

当Calib_en使能有效时，计数器用数控调频振荡器输出的时钟信号Clk作为时钟对一个校准周期T_cal的时间长度进行计数，计数器的输出为Count。

当当前校准周期T_cal完毕时，控制器对计数器的计数输出Count是否在区间[M, N]（M≤N）之间进行比较判断，并根据比较结果按照如下方法，对输出调频控制字Ctrl进行调整。同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）。设相邻两次频率调整过程中控制字Ctrl的变化值为∆Ctrl，时钟频率f_clk的变化值为∆f_clk，那么根据∆Ctrl/∆f_clk的不同，具体的调整方法分为如下两种：

当∆Ctrl/∆f_clk>0，即调频控制字Ctrl和振荡器输出频率呈正相关时，若Count > N，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制01，Ctrl寄存器其它位数值不变；若Count<M，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制11，，Ctrl寄存器其它位数值也不变；若Count在区间[M, N]内，则Ctrl不变。

当∆Ctrl/∆f_clk<0，即调频控制字Ctrl和振荡器输出频率呈负相关时，若Count > N，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制11，Ctrl寄存器其它位数值不变；若Count<M，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制01，，Ctrl寄存器其它位数值也不变；若Count在区间[M, N]内，则Ctrl不变。

当第

）步比较完毕后，控制器将Rst_cnt置为复位有效状态的值，计数器Count在信号Rst_cnt有效时同步复位。

若校准周期计数器的值I小于m－1，则返回步骤。

当m个校准周期完毕后，在接收到下一个命令帧之前，标签数字基带处理电路将校准使能信号Calib_en均置为无效状态的电平。此时，数字基带处理电路接收前向链路通讯信号的数据，计数器Count和计数器I均清零，调频控制字寄存器Ctrl数据保持。

当标签接收前向链路通讯信号的一帧数据完毕后，返回步骤

。

实施实例二

参看图6，当振荡器的调频控制字Ctrl和振荡器输出频率f_clk呈负相关时，该自校准时钟产生电路的校准步骤如下：

无源射频标签进入读卡器的射频场区，标签电源恢复电路恢复出标签芯片片上直流电源电压，数控调谐振荡器开始自由振荡，复位信号产生电路产生上电复位信号Rst，该复位信号Rst对控制器和计数器进行异步复位，将控制器的调频控制字Ctrl[m-1:0]寄存器异步复位为2^m-1。此时，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en均为无效状态的电平。

当当前校准周期T_cal完毕时，控制器对计数器的计数输出Count是否在区间[M, N]（M≤N）之间进行比较判断，并根据比较结果按照权力要求6的方法，对输出调频控制字Ctrl进行调整。同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）。设相邻两次频率调整过程中控制字Ctrl的变化值为∆Ctrl，时钟频率f_clk的变化值为∆f_clk，那么根据∆Ctrl/∆f_clk的不同，具体的调整方法分为如下两种：

当第

步比较完毕后，控制器将Rst_cnt置为复位有效状态的值，计数器Count在信号Rst_cnt有效时同步复位。

若校准周期计数器的值I小于m－1，则返回步骤

。

当标签接收前向链路通讯信号的一帧数据完毕后，返回步骤

。

Claims

1.一种用于射频识别标签的时钟产生电路，其特征在于，它由数控调谐振荡器、控制器、计数器以及射频标签芯片固有的数字基带处理电路组成；标签射频前端解调器输出的解调信号Rx输入给标签数字基带处理电路和控制器，标签射频前端复位信号产生电路输出的上电复位信号Rst输入给控制器、计数器和标签数字基带处理电路，作为该三个电路模块的异步复位信号，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en连接到控制器和计数器的输入端，作为控制器和计数器的校准使能，计数器的计数输出Count连接到控制器的输入端，控制器输出的Rst_cnt到计数器的输入端，作为计数器的同步复位信号，控制器的m位校准控制字Ctrl[m-1:0]输出给数控调谐振荡器，数控调谐振荡器输出的时钟Clk连接到计数器和数字基带处理电路的输入端，作为其工作时钟。

2.一种用于射频识别标签的时钟产生电路的校准方法，其步骤如下：

无源射频标签进入读卡器的射频场区，标签电源恢复电路恢复出标签芯片片上直流电源电压，数控调谐振荡器开始自由振荡，复位信号产生电路产生上电复位信号Rst，该复位信号Rst对控制器和计数器进行异步复位，将控制器的调频控制字Ctrl[m-1:0]寄存器异步复位为2^m-1，控制器中校准周期计数器的初值设为0，计数器的初值也置为0，此时，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en均为无效状态的电平；

标签芯片模拟前端对天线接收到的从读卡器到标签的前向链路通讯信号进行解调，并将解调信号Rx输出给标签数字基带处理电路和控制器，标签数字基带处理电路对解调信号Rx进行循环检测，当检测发现接收到前向链路的帧头Preamble时，将校准使能信号Calib_en置为有效状态的电平；当标签数字基带处理电路检测到前向链路通讯帧头Preamble接收完毕时，将校准使能信号Calib_en置为无效的逻辑电平；对于Calib_en高有效的系统，当上电复位信号Rst有效时，将校准使能Calib_en置为低电平，当接收到帧头信号Preamble时，将Calib_en置为高电平，当检测到接收帧头信号完毕时，将Calib_en置为低电平；对于Calib_en低有效的系统，当上电复位信号Rst有效时，将校准使能Calib_en置为高电平，当接收到帧头信号Preamble时，将Calib_en置为低电平，当检测到接收帧头信号完毕时，将Calib_en置为高电平；

当Calib_en使能有效时，计数器用数控调频振荡器输出的时钟信号Clk作为时钟对一个校准周期T_cal的时间长度进行同步计数，计数器的输出为Count；

当当前校准周期T_cal完毕时，控制器对计数器的计数输出Count是否在区间[M, N]（M≤N）之间进行比较判断，并根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整，同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）；

当第

步比较完毕后，控制器将Rst_cnt置为复位有效状态的值，计数器Count在信号Rst_cnt有效时同步复位为全零；

；

当校准周期计数器的值I等于m－1时，m个校准周期校准完毕，在接收到下一个命令帧之前，标签数字基带处理电路将校准使能信号Calib_en置为无效状态的电平，此时，数字基带处理电路接收前向链路通讯信号的数据，计数器Count和计数器I均清零，控制器中的调频控制字寄存器Ctrl数据保持；

当标签接收前向链路通讯信号的一帧数据完毕后，返回步骤

。

3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述自校准时钟产生电路利用读卡器发送给标签芯片的前向链路命令帧头的固定频率脉冲信号作为参考时间基准，对射频标签芯片本地振荡器的振荡频率进行动态实时校准。

4.如权利要求2或3所述的校准方法，其特征在于，所述计数器进行计数的校准周期T_cal包含K（K＝1，2，3，…）个帧头脉冲周期T_p,preamble，它们的关系满足，T_cal＝K*T_p _{,
preamble}。

5.如权利要求4所述的校准方法，其特征在于，所述根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整是将控制电路的输入信号为标签上电复位信号产生电路产生的上电复位信号Rst，标签解调电路输出的解调信号Rx，标签数字基带处理电路输出的校准使能信号Calib_en以及计数器的计数输出Count；在校准使能信号Calib_en有效时，控制器将计数器的计数输出Count和预设值M和N进行比较，并根据比较结果对输出调频控制字Ctrl进行调整，同时，控制器对校准周期数进行计数，计数值为I（I＝0，1，2，3，…）；设相邻两次频率调整过程中控制字Ctrl的变化值为∆Ctrl，时钟频率f_clk的变化值为∆f_clk，那么根据∆Ctrl/∆f_clk的不同，具体的调整方法分为如下两种：

当∆Ctrl/∆f_clk>0，即调频控制字Ctrl和振荡器输出频率呈正相关时，若Count > N，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制01，Ctrl寄存器其它位数值不变；若Count<M，则将控制字寄存器Ctrl[m-I, m-I-1]置为二进制11，Ctrl寄存器其它位数值也不变；若Count在区间[M, N]内，则Ctrl不变；