CN103208021A - 内置双存储器的rfid电子标签芯片 - Google Patents

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张强
刘俊伟
毛军华
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Abstract

内置双存储器的RFID电子标签芯片，涉及RFID技术。本发明包括模拟前端模块、存储器模块以及与二者连接的数字处理控制模块，其特征在于，所述存储器模块包含EEPROM储存器单元和XLPM储存器单元。本发明的有益效果是，不同存储器靠地址区分，使用方便。具备超强的数据保持能力，抗辐射、防篡改特性，能很好地以IP方式嵌入RFID芯片或其它设计中。

Description

内置双存储器的RFID电子标签芯片
技术领域
本发明涉及RFID技术。
背景技术
RFID是物联网的一项基础技术，实现在物联网的感知层上确认感知物和控制标的物身份识别（ID）和状态确认的功能。RFID芯片是是射频识别系统的核心器件，它在极大的程度上决定了RFID标签和系统的功能和性能。当前国内外厂商普遍采用EEPROM（电可擦除只读存储器）作为高频和超高频RFID电子标签芯片中存储ID码和其它数据的非易失存储器，这种以EEPROM为存储器的常规RFID芯片特点是可多次擦写、使用灵活，不足之处是存在以下重要的技术缺陷：数据保持时间短、数据抗篡改和抗侦破能力低。常规EEPROM存储结构的RFID芯片的数据保持能力只有约10年，而且数据容易易遭到物理篡改。
美国专利12/796,031公开了一种储存器，即本发明所称的XLPM储存器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有良好安全性的RFID电子标签芯片。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，内置双存储器的RFID电子标签芯片，包括模拟前端模块、存储器模块以及与二者连接的数字处理控制模块，所述存储器模块包含EEPROM储存器单元和XLPM储存器单元。
所述数字处理控制模块包括数字解码器、命令译码器、控制器、返回模块、循环冗余校验码电路及存储器接口电路，数字解码器连接命令译码器和循环冗余校验码电路；控制器连接命令译码器和循环冗余校验码电路；返回模块连接循环冗余校验码电路、控制器和存储器接口电路，存储器接口电路还与控制器连接；
数字解码器用于将模拟电路发送给数字电路的信号译码为数字信号，送给CRC模块进行CRC校验，同时也送给命令译码器解码命令；
命令译码器用于将数字解码器送来的数字信号解码，并存储命令参数；
循环冗余校验码电路用于在接收数据时，对数字解码器发送来的数字信号进行CRC校验，并判断校验是否通过，在数字电路发送数据时，对发送的数据进行CRC运算；
控制器用于在CRC校验正确后执行各条命令，并控制数字电路整个状态机的转换，在命令执行完成后需要操作存储器时，控制存储器的读写，并在命令需要返回数据时控制返回的数据；
存储器接口电路用于在控制器或返回模块的控制下执行对存储器的读写；
返回模块用于在命令执行完以后，由控制器控制需要返回的数据，如果需要返回存储器中的数据，则控制存储器接口模块执行对存储器数据的读取，如果返回的数据需要CRC运算，则将数据发送到CRC模块执行运算，并将运算后的数据返回。
所述存储器模块包括信号选择模块、EEPROM存储器、高压产生电路、XLPM存储器；
信号选择模块连接EEPROM存储器、XLPM存储器，用于选择输入的控制信号，送至EEPROM存储器或XLPM存储器；以及选择从EEPROM存储器或者XLPM存储器读出的存储内容；
EEPROM存储器连接信号选择模块和高压产生电路，用于存储可以更改的内容；
XLPM存储器连接信号选择模块和高压产生电路，用于存储不可更改的内容。
所述高压产生电路产生支持XLPM存储器的电压和支持EEPROM存储器的电压。
所述EEPROM存储器和XLPM存储器共用数据总线和控制总线。
本发明的有益效果是，不同存储器靠地址区分，使用方便。具备超强的数据保持能力，抗辐射、防篡改特性，能很好地以IP方式嵌入RFID芯片或其它设计中。
附图说明
图1是本发明的模块结构图。
图2是本发明的射频模拟前端的结构图。
图3是本发明的数字处理控制模块结构图。
图4是本发明的存储器模块结构图。
图5是本发明的高压产生电路的示意图。
图6是本发明的EEPROM存储器结构示意图。
图7是本发明的XLPM存储器结构示意图。
图8是本发明的EEPROM储存器和XLPM储存器共用总线的结构示意图。
图9是本发明的储存器地址资源规划示意图。
具体实施方式
低频（125KHZ,134.2KHZ）、高频（13.56MHZ）、超高频(433MHZ,840MHZ～960MHZ)电子标签芯片由射频模拟前端、数字处理控制模块以及双存储器组成，射频前端将射频能量转化为电路可用的直流能量，同时将射频信号解调，恢复出读写器发送的包络信号，并将数字处理控制模块返回的数字信号调制输出。
参见图1。数字处理控制模块用于处理射频模拟前端电路解调后得到的数字基带信号，控制与双存储器进行通信，同时根据阅读器发送的命令，返回相应的信号。其主要包括了时钟同步模块、解码模块、编码模块、、控制单元和存储器接口处理等几个主要组成部分。
双存储器由XLPM存储器和EEPROM组成，用于存储芯片的ID号、法定信息和其它特征信息等相关信息。
微波段（2.4GHZ）的RFID电子标签芯片架构如图1，由射频模拟前端、数字处理控制模块、双存储器以及电源管理模块组成。电源管理模块用于接收外部输入电源并对芯片进行低功耗控制。
参见图2。射频模拟前端由匹配网路、整流器、稳压器、振荡器、电压参考电路、解调器及方向散射电路组成。匹配网络实现标签芯片的输入阻抗与天线之间的阻抗匹配，从而满足最大功率传输条件。
整流器将天线接收到的交流信号转换为直流电压，产生标签芯片所需的电源，而稳压器则是为整流器所产生的直流电压提供泄流支路，产生稳定的电源电压，从而对电源电压起到限幅以及保护芯片的作用。
电压参考电路产生稳定的、与温度和电源电压无关的基准电压，并为其他模块提供电压电流偏置。
振荡器为逻辑控制电路提供稳定的时钟信号，并由此产生上电复位信号。
解调器对阅读器接收到的包络信号进行解调，获得所需的数字基带信号，将其提供给数字处理控制模块，并最终将控数字处理控制模块返回的信号经反向散射电路，返回给阅读器。
参见图3。数字处理控制模块由数字解码器、命令译码器、控制器、返回模块、CRC（循环冗余校验码）及存储器接口电路组成。
数字解码器将模拟电路发送给数字电路的信号译码为数字信号，送给CRC模块进行CRC校验，同时也送给命令译码器解码命令。
命令译码器将数字解码器送来的数字信号解码，并存储命令参数。
CRC（循环冗余校验码）电路在接收数据时，对数字解码器发送来的数字信号进行CRC校验，并判断校验是否通过，在数字电路发送数据时，对发送的数据进行CRC运算。
控制器在CRC校验正确后，执行各条命令，并控制数字电路整个状态机的转换。在命令执行完成后需要操作存储器时，控制存储器的读写，并在命令需要返回数据时控制返回的数据。
存储器接口电路在控制器或返回模块的控制下执行对存储器的读写。
返回模块在命令执行完以后，由控制器控制需要返回的数据，如果需要返回存储器中的数据，则控制存储器接口模块执行对存储器数据的读取。同时，如果返回的数据需要CRC运算，则将数据发送到CRC模块执行运算，并将运算后的数据返回。
参见图4。双存储器由4个模块组成：信号选择模块、EEPROM存储器、高压产生电路、XLPM存储器。
信号选择模块用来将输入的控制信号，如read，write读写信号进行选择，送至EEPROM或XLPM存储器。使得EEPROM或XLPM存储器其中一个被允许操作。而另外一个未被选择的存储器不能被操作。对于从EEPROM或者XLPM存储器读出的存储内容同样可以加以选择。
EEPROM用来存储可以更改的内容，即存储的内容可由外部的指令信号控制，进行多次的擦除和编程。
XLPM存储器存入的内容只能被写入一次，即一旦内容被写入，将不能被擦除和编程。
参见图5。双存储器编程的高压由高压产生电路提供，此电路分为两个部分，用以产生两个高压，分别提供给XLPM存储器和EEPROM编程使用。第一部分为CP1（电荷泵1），由1.5v的输入产生8.5v的输出。8.5v的高压提供XLPM存储器编程电压。第二部分为CP2（电荷泵2），CP2是在CP1输出基础上产生编程电压，即以CP1输出的8.5v作为CP2的输入，产生15.5v的高压。此高压提供EEPROM存储器编程电压。
参见图6。EEPROM存储器包含：EEPROM单元阵列，行解码器，列解码器，数据缓冲电路。
参见图7。XLPM存储器包含：XLPM存储单元阵列，行解码器，列解码器，数据缓冲电路。
如图8所示，将EEPROM和XLPM存储器结合在一起的存储器，数据及控制总线是共用的，这样能降低使用的难度。
EEP_XLPM_SEL作为片选信号，选择分别对XLPM存储器或EEPROM读写操作。
在RFID芯片中运用双存储器，并对地址资源进行规划，具体如图9所示。按page（页面）方式管理整个存储器空间。page0和page1是EEPROM，page2和page3是XLPM存储器。每个page有32个block，每个block由4个bytes（字节）组成。
说明书已经充分说明本发明的原理和必要技术内容，普通技术人员能够依据说明书实施本发明，故不再赘述更加具体的技术细节。

Claims (5)

1.内置双存储器的RFID电子标签芯片，包括模拟前端模块、存储器模块以及与二者连接的数字处理控制模块，其特征在于，所述存储器模块包含EEPROM储存器单元和XLPM储存器单元。
2.如权利要求1所述的内置双存储器的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述数字处理控制模块包括数字解码器、命令译码器、控制器、返回模块、循环冗余校验码电路及存储器接口电路，数字解码器连接命令译码器和循环冗余校验码电路；控制器连接命令译码器和循环冗余校验码电路；返回模块连接循环冗余校验码电路、控制器和存储器接口电路，存储器接口电路还与控制器连接；
数字解码器用于将模拟电路发送给数字电路的信号译码为数字信号，送给CRC模块进行CRC校验，同时也送给命令译码器解码命令；
命令译码器用于将数字解码器送来的数字信号解码，并存储命令参数；
循环冗余校验码电路用于在接收数据时，对数字解码器发送来的数字信号进行CRC校验，并判断校验是否通过，在数字电路发送数据时，对发送的数据进行CRC运算；
控制器用于在CRC校验正确后执行各条命令，并控制数字电路整个状态机的转换，在命令执行完成后需要操作存储器时，控制存储器的读写，并在命令需要返回数据时控制返回的数据；
存储器接口电路用于在控制器或返回模块的控制下执行对存储器的读写；
返回模块用于在命令执行完以后，由控制器控制需要返回的数据，如果需要返回存储器中的数据，则控制存储器接口模块执行对存储器数据的读取，如果返回的数据需要CRC运算，则将数据发送到CRC模块执行运算，并将运算后的数据返回。
3.如权利要求1所述的内置双存储器的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述存储器模块包括信号选择模块、EEPROM存储器、高压产生电路、XLPM存储器；
信号选择模块连接EEPROM存储器、XLPM存储器，用于选择输入的控制信号，送至EEPROM存储器或XLPM存储器；以及选择从EEPROM存储器或者XLPM存储器读出的存储内容；
EEPROM存储器连接信号选择模块和高压产生电路，用于存储可以更改的内容；
XLPM存储器连接信号选择模块和高压产生电路，用于存储不可更改的内容。
4.如权利要求3所述的内置双存储器的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述高压产生电路产生支持XLPM存储器的电压和支持EEPROM存储器的电压。
5.如权利要求3所述的内置双存储器的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述EEPROM存储器和XLPM存储器共用数据总线和控制总线。
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