CN103218652A

CN103218652A - 一种电子标签以及有源rfid系统

Info

Publication number: CN103218652A
Application number: CN2013101313738A
Authority: CN
Inventors: 尹武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明涉及一种电子标签，该电子标签包括主控制芯片模块、柔性电路板，主控制芯片模块设置在柔性电路板上。其中，该主控制芯片模块包括电源模块、控制模块以及射频模块，电源模块为控制模块和射频模块提供电源，并与控制模块和射频模块相连接，射频模块与控制模块相互连接；射频模块和控制模块均设置于所述柔性电路板上。本发明的电子标签采用了柔性电路板作为电路基板，具有体积小、重量轻且可任意弯曲、绕卷等特点，从而使其系统降低了重量，减小了体积，便于携带与运输，且该电子标签应用起来更加灵活，除此之外，本发明电子标签还具有降低功耗的效果，且制作简单，成本较低，便于推广应用。本发明还提供一种基于本发明电子标签的有源RFID系统。

Description

一种电子标签以及有源RFID系统

技术领域

本发明涉及无线射频技术，更具体地，涉及一种基于柔性电路板的电子标签以及采用该电子标签的有源RFID系统。

背景技术

有源RFID射频识别技术是一种非接触式的主动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，这种识别目标对象的工作无须人工干预，可工作于各种复杂的环境中。除此之外，RFID技术还可以识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，且操作快捷方便。

现有的有源RFID是一种单片机加无线微功率收发机的简单结构，且具有成本低和可实现远距离传输的特性，它自然成为人们解决公网以下物联网信息传输问题的希望所在。现有的有源RFID具备低发射功率、可靠性高和兼容性好等特点，与无源RFID相比，在技术上具备一定的优势，被广泛地应用到车辆管理、港口货运管理、军用物资追踪、医疗人员设备管理等应用中，所以有着非常好的应用前景。

有源RFID硬件电路系统主要由控制电路、射频电路以及天线和电池组成。其工作原理并不复杂：当电子标签进入磁场后，电子标签接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。现有的一套完整RFID系统，是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是阅读器(Reader)发射一特定频率的无线电波能量给应答器(Transponder)，用以驱动应答器(Transponder)电路将内部的数据送出，此时阅读器(Reader)便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

现有的有源RFID通信方式按照工作的要求，要将千千万万的物与物，物与人，人与人连接在一起，显然无线连接必然是主要采用的方式。为了避免环境的电磁污染，这就需要对大量的无线信号所占用的时间和空间进行控制，只容许它们在需要工作的有限空间和有限时间内发射信号，所以对RFID的电路设计会有一定的要求。现有的有源RFID是基于PCB板的设计，PCB板的设计对RFID的整体性能影响很大，首先，在PCB设计时，必须考虑到各种电磁干扰问题，比如要注意调整电阻、电容和电感的位置，由于电磁干扰比较大，尤其要特别注意电容的位置。其次，一般的有源电子标签对低功耗的要求很高，而用PCB材质做的有源RFID无法满足产品本身的要求。第三，由于这种通信方式对无处不在的成万上亿的人和物进行身份识别和信息采集的成本，具有高度集成的特点，采用PCB做的RFID设备体积较大，影响到产品的小型化，对其应用有一定的局限性。最后，目前产业化中的RFID对成本也有较高的要求，采用PCB具有较高的成本，不便其应用与推广。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中采用PCB作为RFID的基板无法满足低功耗，低成本以及小型化的要求，提供一种基于柔性电路板的电子标签，该电子标签具有低功耗、重量轻、体积小以及可任意弯折等优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种电子标签，所述电子标签包括主控制芯片模块、柔性电路板，所述主控制芯片模块设置在所述柔性电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述主控制芯片模块包括电源模块、控制模块以及射频模块，所述电源模块为所述控制模块和射频模块提供电源，并与所述控制模块和射频模块相连接，所述射频模块与所述控制模块相互连接；所述射频模块和所述控制模块均设置于所述柔性电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述柔性电路板上设置有RS485接口以及排线接口，所述主控制芯片模块通过RS485接口连接在所述柔性电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述主控制芯片模块通过焊接的方式固定在所述柔性电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述电子标签还包括一个或者一个以上电子元器件，所述一个或者一个以上电子元器件均设置在所述柔性电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述电子元器件包括电阻、电容以及电感。

根据本发明的一个实施例，所述柔性电路板包括覆铜电路基板和覆盖膜，所述覆盖膜设置于所述覆铜电路基板表面。

根据本发明的一个实施例，所述覆铜电路基板包括铜电路和基板，所述铜电路设置在所述基板上，所述基板由聚酰亚胺薄膜材料构成。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明提供的一种电子标签采用了FPC(柔性电路板)作为底板制作电子标签，首先，由于柔性电路板体积小、重量轻且可任意弯曲、绕卷，可作动态和静态卷曲，还可以向三维空间发展，大大地提高了电路设计和机械结构设计的自由度，从而使得本发明电子标签降低了重量，减小了体积，便于携带与运输，且该电子标签应用起来更加灵活；其次，柔性电路板采用聚酰亚胺薄膜材料制成，该材料为绝缘材料，能够减小柔性电路板的电磁辐射，从而降低产品的功耗，具有环保和节能的效果；还有柔性电路板制作工艺简单，成本较低，使得采用本发明电子标签的系统降低了成本，利用推广与应用。

除此之外，本发明还提供一种有源RFID系统，所述有源RFID系统包括电子标签、阅读器以及应用系统，所述电子标签包括主控制芯片模块、柔性电路板，所述主控制芯片模块设置在所述柔性电路板上。

附图说明

图1是本发明一种电子标签的结构示意图；

图2是本发明所述柔性电路板的结构示意图；

图3是本发明电子标签的结构示意图；

图4是本发明实施例示意图；

图5是本发明一种有源RFID的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

柔性印刷电路板FPC(Flexible Printed Circuit Board)是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。例如它可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。利用FPC可大大缩小电子产品的体积，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。FPC(Flexible Printed Circuit)挠性电路板又称软性电路板；以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材，通过蚀刻在铜箔上形成线路而制成的一种具有高度可靠性，绝佳挠曲性的印刷电路。

如图1所示，为本发明电子标签的结构示意图，该电子标签包括主控制芯片模块20以及柔性电路板10，其中，该主控制芯片模块20设置在柔性电路板10的表面，本发明具体实施例中，主控制芯片模块20可以设置在柔性电路板10的两个表面上，也可以只设置在柔性电路板的一个表面，这两种方式均在本发明的保护范围内。

本发明实施例中，该柔性电路板10上设置有RS485接口以及排线接口，其中排线接口用于连接外围设备，而主控制芯片模块20通过RS485接口与柔性电路板10相连接，电子标签中采用的RS485接口不易损坏接口电路的芯片，且其电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接，该RS485接口的数据传输速率最高为10Mbps，完全能满足一般的实际需要。本实施例中，RS485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，具有抗共模干扰能力，使得电子标签抗噪声干扰性好。

本发明实施例中，主控制芯片模块20还可以通过焊接的方式固定在柔性电路板10上，除此之外，主控制芯片模块20也通过引脚插孔的方式固定在柔性电路板10，当然，二者之间还可以有其他的方式进行连接或者固定，本发明不作具体限定。

如图2所示，本发明的柔性电路板10包括覆铜电路基板102和覆盖膜101，其中，覆盖膜101设置于覆铜电路基板102的表面，覆铜电路基板102包括铜电路和基板，即电子标签的电路铺设在该基板上，电路采用铜线制作而成，本发明实施例中，基板由聚酰亚胺薄膜材料构成，聚酰亚胺薄膜材料为绝缘材料，可以减少无线电磁波的泄露，降低电子标签的功耗，延迟其使用寿命。

在本发明的电子标签中，还包括若干个电子元器件，且该电子元器件均设置在柔性电路板10上，电子元器件的数量根据实际需要而定，在本发明中不作限定，其中，电子元器件包括电容、电感以及电阻等。

如图3所示，本发明实施例中，主控制芯片模块20包括电源模块、控制模块以及射频模块，其中，电源模块为控制模块和射频模块提供电源，并与控制模块和射频模块相连接，射频模块与控制模块相互连接；射频模块和控制模块均设置于柔性电路板10上，电源模块、控制模块以及射频模块均通过RS485接口与柔性电路板10相连接。本实施例中，电子标签采用的是HAC-US470J26T，主控制芯片模块20内的控制模块一般选用TI公司的MSP430F2XX系列单片机，其功耗低，除了有LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLK之外，还有一个片内超低功耗、12kHz的低频振荡器VLOCLK。MSP430F2XX具有成本低、功耗低、体积小等优点，是有源电子标签设计的首选。主控制芯片模块20的射频模块一般选用NORDIC公司的nRF24XX系列射频芯片等。nRF24XX系列射频芯片包括nRF2401、nRF2402、nRF24L01。nRF2401是一款新型单片射频收发器件，内置频率合成器、功率发大器、晶体振荡器，调制器等功能模块，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF2401功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA。多种低功耗模式，掉电模式和空闲模式I、空闲模式II，使低功耗设计更方便。本发明的电子标签基于单端FPC印制天线理论设计，电子标签小天线属于结构紧凑、低功率FPC无线传输天线。

如图4所示，本发明实施例中，柔性电路板10的制备工艺需要经过17道制作工序，依次包括开料、钻孔、沉铜、贴干膜、曝光、蚀刻、剥膜、贴覆盖膜、表面处理、文字印刷、靶冲、电性测试、贴3M胶、一冲成型、二冲成型、贴耐高温胶以及成品检查，包装等。开料主要是将卷曲成筒状的材料依据工程部提供的流程单上的尺寸要求进行裁切成尺寸大小一致的工作板；钻孔主要是钻覆盖膜的定位孔；沉铜是在已钻好的孔内通过化学置换反应镀上一层铜，使层与层之间线路电性导通；贴干膜主要是以热压合滚轮将干膜均匀覆盖在干净清洁的覆铜板表面；曝光显影的作用主要是用碱液作用将未发生聚合反应的干膜部分冲掉；蚀刻主要是利用药液将显影后露出的铜蚀掉，形成图形转移；剥膜主要是利用强碱将保护铜面的抗蚀层剥掉，露出线路图形；贴覆盖膜主要是屏蔽保护线路只露出待贴件的PAD和手指；表面处理的作用主要针对裸露出来PAD和手指，采用化金、电金、化锡、OSP等多种方式进行处理，增强SMT工艺中贴件的可焊性；文字印刷主要通过文字菲林做出文字网版，用丝印机将文字印刷在FPC制定位置，方便SMT工艺中零件识别；靶冲主要在FPC上冲出膜冲的定位孔，以便膜冲时定位准确；电性测试通过测试治具和测试机，对FPC的开路、短路进行测试，确保典型功能符合客户要求；一、二冲成型主要是通过冲型和整SET的外型成型，满足客户尺寸要求。本发明的柔性电路板10具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。

如图5所示，本发明提供了一种基于上述电子标签的有源RFID系统，该系统包括电子标签、阅读器以及应用系统，其中，电子标签包括主控制芯片模块20、柔性电路板10，主控制芯片模块20设置在所述柔性电路板10上。这种基于柔性电路板10的有源RFID系统，采用挠性印制线路板，由耐高温聚酰亚胺(PI)等薄膜材料构成，体积小，重量轻，可随意弯折和卷曲，且具有超低功耗。

综上所述，本发明提供的一种电子标签采用了FPC(柔性电路板)作为底板制作电子标签，首先，由于柔性电路板体积小、重量轻且可任意弯曲、绕卷，可作动态和静态卷曲，还可以向三维空间发展，大大地提高了电路设计和机械结构设计的自由度，从而使得本发明电子标签降低了重量，减小了体积，便于携带与运输，且该电子标签应用起来更加灵活；其次，柔性电路板采用聚酰亚胺薄膜材料制成，该材料为绝缘材料，能够减小柔性电路板的电磁辐射，从而降低产品的功耗，具有环保和节能的效果；还有柔性电路板制作工艺简单，成本较低，使得采用本发明电子标签的系统降低了成本，利用推广与应用。除此之外，本发明还提供一种基于上述电子标签的有源RFID系统。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电子标签，其特征在于，所述电子标签包括主控制芯片模块、柔性电路板，所述主控制芯片模块设置在所述柔性电路板上。

2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述主控制芯片模块包括电源模块、控制模块以及射频模块，所述电源模块为所述控制模块和射频模块提供电源，并与所述控制模块和射频模块相连接，所述射频模块与所述控制模块相互连接；所述射频模块和所述控制模块均设置于所述柔性电路板上。

3.根据权利要求1或者2所述的电子标签，其特征在于，所述柔性电路板上设置有RS485接口以及排线接口，所述主控制芯片模块通过RS485接口连接在所述柔性电路板上。

4.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述主控制芯片模块通过焊接的方式固定在所述柔性电路板上。

5.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述电子标签还包括一个或者一个以上电子元器件，所述一个或者一个以上电子元器件均设置在所述柔性电路板上。

6.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述电子元器件包括电阻、电容以及电感。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的电子标签，其特征在于，所述柔性电路板包括覆铜电路基板和覆盖膜，所述覆盖膜设置于所述覆铜电路基板表面。

8.根据权利要求7所述的电子标签，其特征在于，所述覆铜电路基板包括铜电路和基板，所述铜电路设置在所述基板上，所述基板由聚酰亚胺薄膜材料构成。

9.一种有源RFID系统，所述有源RFID系统包括电子标签、阅读器以及应用系统，其特征在于，所述电子标签包括主控制芯片模块、柔性电路板，所述主控制芯片模块设置在所述柔性电路板上。