CN103714370B - 一种锂电池供电的半双工rfid芯片及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂电池供电的半双工RFID芯片及其系统，所述半双工RFID芯片包括：RFID模拟电路；RFID数字电路，用于实现对芯片的控制和处理；锂电池充电电路，根据锂电池的电压进行恒流和恒压充电；电压保护电路，与锂电池充电电路相连接；以及，用于存储用户数据和UID信息的EEPROM存储模块，所述RFID数字电路对EEPROM存储模块进行读写操作；其中，所述电压保护电路设置电压保护门限值，当锂电池电压低于该电压保护门限值时，锂电池停止供电，进而由射频无线信号供电。本发明具备功耗低、性能好和成本低的优点，通讯距离比常规的低频RFID芯片提高一倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频芯片，尤其涉及一种锂电池供电的半双工RFID芯片，并涉及采用了该半双工RFID芯片的半双工RFID系统。
背景技术
随着RFID技术的应用越来越广泛，一种可在接收价格范围内、中远距离、可用于恶劣环境的RFID需求也越来越大；低频RFID由于采用低频作为能量和数据的载体，穿透性好，防水，因此被大量的用在动物管理和恶劣环境的物流系统上；但是常规的无源全双工RFID尽管可以做到价格低廉，但在读写距离上很难满足实际的需求，对读写器的要求也很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种低频的、具备无线充电功能的锂电池供电的半双工RFID芯片。
对此，本发明提供一种锂电池供电的半双工RFID芯片，包括：
RFID模拟电路，所述RFID模拟电路用于实现整流、稳压、限压、时钟提取、ASK信号调解以及FSK调制；
RFID数字电路，所述RFID数字电路用于实现整个芯片的控制和处理；
锂电池充电电路，所述锂电池充电电路根据锂电池的电压进行恒流和恒压充电；
电压保护电路，所述电压保护电路用于实现对锂电池的工作状态的控制；
以及，用于存储用户数据和UID信息的EEPROM存储模块，所述RFID数字电路对EEPROM存储模块进行读写操作；
其中，所述半双工RFID芯片采用低频作为能量和数据传输的载体；所述电压保护电路设置电压保护门限值，当锂电池电压低于该电压保护门限值时，所述电压保护电路停止锂电池对半双工RFID芯片的供电，进而由射频无线信号对半双工RFID芯片供电。
本发明内部集成了RFID模拟电路、RFID数字电路、锂电池充电电路、电压保护电路以及EEPROM存储模块；所述RFID模拟电路具备整流、稳压、限压、ASK信号调解、时钟提取以及FSK调制所对应的功能逻辑模块；所述RFID数字电路具备信号解调、数据处理、EEPROM读写接口以及数据调制所对应的功能逻辑模块；所述锂电池充电电路具备带隙基准、恒流充电模块以及恒压充电模块所对应的功能逻辑模块；所述电压保护电路包括低压保护。
与现有技术相比，本发明具备功耗低、性能好和成本低的优点，通讯距离比常规的低频RFID芯片提高一倍以上。其中，功耗低体现在80mA锂电池充满后可使用至少读写500次数据；性能好体现在与现有技术同样尺寸的读写器上，本发明比常规的低频RFID通讯距离提高了一倍以上；而且该半双工RFID芯片内部集成了RFID通讯和锂电池充电的功能，成本低；使得本发明所述的由锂电池供电、具备充电功能的半双工RFID芯片的低频RFID更为稳定，增加了通讯距离的同时还很好地控制成本和功耗。
加之，半双工RFID芯片的优势还在于，读写器在接收数据的时候关闭了自身的载波，把自身的干扰减少到了0，接收数据的灵敏度高，距离比同尺寸的现有读写器所读取的距离远。而决定半双工RFID芯片性能的因素是在充电期间能否给电容足够的能量，使得芯片的FSK调制有足够的能量返回数据。
本发明的进一步改进在于，所述电压保护门限值为2.7V；所述半双工RFID芯片采用100KHz~150 KHz的低频作为能量和数据传输的载体。当锂电池的电压低于2.7V的时候，停止锂电池对半双工RFID芯片的供电，该半双工RFID芯片的工作能量改由RF无线信号供电，进而根据该芯片的使用环境实现低压保护，保证半双工RFID芯片的性能。
本发明的进一步改进在于，当锂电池电压低于2.7V时，停止锂电池的供电，通过外接的储能电容对FSK调制进行供电，确保FSK调制有足够的能量返回数据。
本发明的进一步改进在于，所述EEPROM存储模块包括相互连接的EEPROM存储器核、高压产生电路、寄存器和灵敏低功耗读取电路。
本发明还提供一种锂电池供电的半双工RFID系统，包括以下步骤：
将上述的半双工RFID芯片置入读写器工作范围内，读写器开启载波；
半双工RFID芯片对交流载波整流后，先对外置的储能电容进行充电；
读写器在充电完成后，发送数据，发送数据完成后，经过3ms-15ms，关闭载波，并通过FSK解调半双工RFID芯片返回的数据；
其中，读写器在接收数据之前关闭自身的载波。
半双工RFID芯片依靠储能电容里的能量对谐振线圈进行FSK调制，该FSK调制优选设置为123 KHz为0、134 KHz为1；与现有技术相比，半双工RFID系统的优势在于，读写器在接收数据的时候关闭了自身的载波，把自身的干扰减少到了0，接收数据的灵敏度高，读写器结构简单，距离比同尺寸的现有读写器所读取的距离远。而决定半双工RFID芯片性能的因素是在充电期间能否给电容足够的能量，使得芯片的FSK调制有足够的能量返回数据。
在半双工RFID芯片对锂电池充满电后将减少或是增加谐振电容，使得半双工RFID芯片减少对读写器能量的感应，读写器可以根据这个变化判定锂电池已经充满；读写器可以通过发射锂电池电压查询命令来查询锂电池的电压，以此估算锂电池的余量。
随着锂电池技术的发展，低成本和微型化已经日趋成熟，在此基础上，本发明通过低频、具备无线充电功能的、锂电池供电的半双工RFID芯片，实现了半双工RFID系统；使用锂电池的能量进行FSK调制返回，因为能量充足，将使得在原有半双工RFID芯片的优越读写距离的基础上在提高一倍以上，非常适合动物管理和物流系统的需求。
同时，本发明还集成了无线充电功能的锂电池充电电路，将该半双工RFID芯片置于开启载波的读写器的射频范围内，150ms的时间内如果读写器没有发送命令，也没有关闭载波，半双工RFID芯片将进入充电状态；进入充电状态后，先判断无线能够感应的能量，在保证内部充电电压不低于5V的情况下，根据感应到的能量来决定充电电流，最低充电电流不低于5mA，最高充电电流不高于80mA。当感应到的能量过低，充电电流低于5mA的情况下，半双工RFID芯片停止对锂电池的充电。
优选的，将半双工RFID芯片的RF1、RF2和谐振线圈相连接并置于读写器工作范围内，当读写器在150ms内没有发信号且没关闭载波时，半双工RFID芯片进入充电状态。
优选的，在半双工RFID芯片进入充电状态后，保证其内部充电电压不低于5V，并通过无线感应到的能量来控制充电电流，充电电流控制在5mA~80 mA内；当感应到的能量过低使得充电电流低于5mA时，半双工RFID芯片停止对锂电池充电。
本发明的进一步改进在于，当半双工RFID芯片为只读模式时，读写器在充电结束后关闭载波，半双工RFID芯片依靠储能电容里的能量对谐振线圈进行FSK调制并返回数据；当半双工RFID芯片为读写模式时，读写器对半双工RFID芯片充电结束后，通过ASK调制载波向半双工RFID芯片发送命令和数据，该半双工RFID芯片根据命令进行相应的处理，直到读写器关闭载波后再通过FSK调制返回处理数据。
本发明的进一步改进在于，外置的储能电容设置为150nF，充电时间控制为15ms~50ms。
本发明的进一步改进在于，所述半双工RFID系统为动物管理或物流系统。本发明特别适合用于动物管理或物流系统这种对传输距离、成本和功耗的要求都比较高的恶劣环境。
本发明具备功耗低、性能好和成本低的优点，在80mA锂电池充满后可使用至少读写500次数据，与现有技术同样尺寸的读写器上相比，本发明比常规的低频RFID通讯距离提高了一倍以上；而且该半双工RFID芯片内部集成了RFID通讯和锂电池充电的功能，成本低；使得本发明所述的由锂电池供电、具备充电功能的半双工RFID芯片的低频RFID更为稳定，增加了通讯距离的同时还很好地控制成本和功耗，在此基础上，读写器在接收数据的时候关闭了自身的载波，把自身的干扰减少到了0，接收数据的灵敏度高，距离远。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，本例提供一种锂电池供电的半双工RFID芯片，包括：
RFID模拟电路，所述RFID模拟电路用于实现整流、稳压、限压、时钟提取、ASK信号调解以及FSK调制；
RFID数字电路，所述RFID数字电路用于实现整个芯片的控制和处理；
锂电池充电电路，所述锂电池充电电路根据锂电池的电压进行恒流和恒压充电；
电压保护电路，所述电压保护电路与锂电池充电电路相连接，用于实现对锂电池的工作状态的控制；
以及，用于存储用户数据和UID信息的EEPROM存储模块，所述RFID数字电路对EEPROM存储模块进行读写操作；
其中，所述半双工RFID芯片采用低频作为能量和数据传输的载体；所述电压保护电路设置电压保护门限值，当锂电池电压低于该电压保护门限值时，所述电压保护电路停止锂电池对半双工RFID芯片的供电，进而由射频无线信号对半双工RFID芯片供电。
本例内部集成了RFID模拟电路、RFID数字电路、锂电池充电电路、电压保护电路以及EEPROM存储模块；所述RFID模拟电路具备整流、稳压、限压、ASK信号调解、时钟提取以及FSK调制所对应的功能逻辑模块；所述RFID数字电路具备信号解调、处理，EEPROM读写接口以及数据调制所对应的功能逻辑模块；所述锂电池充电电路具备带隙基准、恒流充电模块以及恒压充电模块所对应的功能逻辑模块；所述电压保护电路包括低压保护。
与现有技术相比，本例具备功耗低、性能好和成本低的优点，通讯距离比常规的低频RFID芯片提高一倍以上。其中，功耗低体现在80mA锂电池充满后可使用至少读写500次数据；性能好体现在与现有技术同样尺寸的读写器上，本例比常规的低频RFID通讯距离提高了一倍以上；而且该半双工RFID芯片内部集成了RFID通讯和锂电池充电的功能，成本低；使得本例所述的由锂电池供电、具备充电功能的半双工RFID芯片的低频RFID更为稳定，增加了通讯距离的同时还很好地控制成本和功耗。
加之，半双工RFID芯片的优势还在于，读写器在接收数据的时候关闭了自身的载波，把自身的干扰减少到了0，接收数据的灵敏度高，距离比同尺寸的现有读写器所读取的距离远。而决定半双工RFID芯片性能的因素是在充电期间能否给电容足够的能量，使得芯片的FSK调制有足够的能量返回数据。
本例所述电压保护门限值优选为2.7V，所述半双工RFID芯片采用100KHz~150 KHz的低频作为能量和数据传输的载体。当锂电池的电压低于2.7V的时候，停止锂电池对半双工RFID芯片的供电，该半双工RFID芯片的工作能量改由RF无线信号供电，通过外接的储能电容对FSK调制进行供电，进而根据该芯片的使用环境实现低压保护，保证半双工RFID芯片的性能，并确保FSK调制有足够的能量返回数据。
本例所述EEPROM存储模块包括相互连接的EEPROM存储器核、高压产生电路、寄存器和灵敏低功耗读取电路。如图1所示，本例所述RFID模拟电路还可以包括复位的功能逻辑模块。
图2所示是本例的结构连接示意图，该示意图标识了各个功能逻辑模块之间的连接关系，半双工RFID芯片通过内置谐振电容与外部的谐振电感感应读卡器的载波能量，通过RFID模拟电路的限压模块限制RF1、RF2两端的电压在芯片允许工作电压范围内；整流、稳压模块提供了一个稳定的电压给芯片的其他模块的工作电压；时钟提取模块提供了一个从载波提取的时钟信号给RFID数字电路工作时钟；ASK信号调解模块从载波中提出了信号给数字模块；RFID数字电路的调制信号通过FSK调制模块调制天线的谐振电容，从而读卡器能够接收半双工RFID芯片的数据；复位模块提供了一个上电复位和掉电复位信号给RFID数字电路；电压保护电路保证了锂电池的工作环境；锂电池通过锂电池充电电路进行恒压和恒流充电；EEPROM存储模块存储信息，通过RFID数字电路来进行读写信息。
实施例2：
本例提供一种锂电池供电的半双工RFID系统，包括以下步骤：
将实施例1的半双工RFID芯片置入读写器工作范围内，读写器开启载波；
半双工RFID芯片对交流载波整流后，先对外置的储能电容进行充电；
读写器在充电完成后关闭载波，并通过FSK调制返回数据；
其中，读写器在接收数据之前关闭自身的载波。
本例外置的储能电容设置优选为150nF，充电时间优选控制为15ms~50ms；半双工RFID芯片依靠储能电容里的能量对谐振线圈进行FSK调制，该FSK调制优选设置为123KHz为0、134 KHz为1；本例决定半双工RFID芯片性能的因素是在充电期间能否给电容足够的能量，使得芯片的FSK调制有足够的能量返回数据。
在半双工RFID芯片对锂电池充满电后将减少或是增加谐振电容，使得半双工RFID芯片减少对读写器能量的感应，读写器可以根据这个变化判定锂电池已经充满；读写器可以通过发射锂电池电压查询命令来查询锂电池的电压，以此估算锂电池的余量。
随着锂电池技术的发展，低成本和微型化已经日趋成熟，在此基础上，本例通过低频、具备无线充电功能的、锂电池供电的半双工RFID芯片，实现了半双工RFID系统；使用锂电池的能量进行FSK调制返回，因为能量充足，将使得在原有半双工RFID芯片的优越读写距离的基础上在提高一倍以上，非常适合动物管理和物流系统的需求。
同时，本例还集成了无线充电功能的锂电池充电电路，将该半双工RFID芯片置于开启载波的读写器的射频范围内，150ms的时间内如果读写器没有发送命令，也没有关闭载波，半双工RFID芯片将进入充电状态；进入充电状态后，先判断无线能够感应的能量，在保证内部充电电压不低于5V的情况下，根据感应到的能量来决定充电电流，最低充电电流不低于5mA，最高充电电流不高于80mA。当感应到的能量过低，充电电流低于5mA的情况下，半双工RFID芯片停止对锂电池的充电。
如图1所示，本例将半双工RFID芯片的RF1、RF2和谐振线圈相连接并置于读写器工作范围内，优选当读写器在150ms内没有发信号且没关闭载波时，半双工RFID芯片进入充电状态。
优选的，在半双工RFID芯片进入充电状态后，保证其内部充电电压不低于5V，并通过无线感应到的能量来控制充电电流，充电电流控制在5mA~80 mA内；当感应到的能量过低使得充电电流低于5mA时，半双工RFID芯片停止对锂电池充电。
当半双工RFID芯片为只读模式时，本例读写器在充电结束后关闭载波，半双工RFID芯片依靠储能电容里的能量对谐振线圈进行FSK调制并返回数据；当半双工RFID芯片为读写模式时，读写器对半双工RFID芯片充电结束后，通过ASK调制载波向半双工RFID芯片发送命令和数据，该半双工RFID芯片根据命令进行相应的处理，直到读写器关闭载波后再通过FSK调制返回处理数据。
本例所述半双工RFID系统优选为动物管理或物流系统。
本例具备功耗低、性能好和成本低的优点，在80mA锂电池充满后可使用至少读写500次数据，与现有技术同样尺寸的读写器上相比，本例比常规的低频RFID通讯距离提高了一倍以上；而且该半双工RFID芯片内部集成了RFID通讯和锂电池充电的功能，成本低；使得本例所述的由锂电池供电、具备充电功能的半双工RFID芯片的低频RFID更为稳定，增加了通讯距离的同时还很好地控制成本和功耗，在此基础上，读写器在接收数据的时候关闭了自身的载波，把自身的干扰减少到了0，接收数据的灵敏度高，距离远。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂电池供电的半双工RFID芯片，其特征在于，包括：
RFID模拟电路，所述RFID模拟电路用于实现整流、稳压、限压、复位信号、时钟提取、ASK信号调解以及FSK调制；
RFID数字电路，所述RFID数字电路用于实现整个芯片的控制和处理；
锂电池充电电路，所述锂电池充电电路根据锂电池的电压进行恒流和恒压充电；
电压保护电路，所述电压保护电路用于实现对锂电池的工作状态的控制；
以及，用于存储用户数据和UID信息的EEPROM存储模块，所述RFID数字电路对EEPROM存储模块进行读写操作；
其中，所述半双工RFID芯片采用低频作为能量和数据传输的载体；所述电压保护电路设置电压保护门限值，当锂电池电压低于该电压保护门限值时，所述电压保护电路停止锂电池对半双工RFID芯片的供电，进而由射频无线信号对半双工RFID芯片供电。
2.根据权利要求1所述的半双工RFID芯片，其特征在于，所述电压保护门限值为2.7V；所述半双工RFID芯片采用100KHz~150 KHz的低频作为能量和数据传输的载体。
3.根据权利要求2所述的半双工RFID芯片，其特征在于，当锂电池电压低于2.7V时，停止锂电池的供电，通过外接的储能电容对FSK调制进行供电。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的半双工RFID芯片，其特征在于，所述EEPROM存储模块包括相互连接的EEPROM存储阵列、高压产生电路、译码器和灵敏低功耗读取电路。
5.一种锂电池供电的半双工RFID系统，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1至4任意一项所述的半双工RFID芯片置入读写器工作范围内，读写器开启载波；
半双工RFID芯片对交流载波整流后，先对外置的储能电容进行充电；
读写器在充电完成后发送数据，发送完数据后，经过3ms-15ms，关闭载波，并通过FSK解调半双工RFID芯片返回的数据；
其中，读写器在接收数据之前关闭自身的载波。
6.根据权利要求5所述的半双工RFID系统，其特征在于，将半双工RFID芯片的RF1、RF2和谐振线圈相连接并置于读写器工作范围内，当读写器在150ms内没有发信号且没关闭载波时，半双工RFID芯片进入充电状态。
7.根据权利要求6所述的半双工RFID系统，其特征在于，在半双工RFID芯片进入充电状态后，保证其内部充电电压不低于5V，并通过无线感应到的能量来控制充电电流，充电电流控制在5mA~80 mA内；当感应到的能量过低使得充电电流低于5mA时，半双工RFID芯片停止对锂电池充电。
8.根据权利要求6所述的半双工RFID系统，其特征在于，当半双工RFID芯片为只读模式时，读写器在充电结束后关闭载波，半双工RFID芯片依靠储能电容里的能量对谐振线圈进行FSK调制并返回数据；当半双工RFID芯片为读写模式时，读写器对半双工RFID芯片充电结束后，通过ASK调制载波向半双工RFID芯片发送命令和数据，该半双工RFID芯片根据命令进行相应的处理，直到读写器关闭载波后再通过FSK调制返回处理数据。
9.根据权利要求5所述的半双工RFID系统，其特征在于，外置的储能电容设置为150nF，充电时间控制为15ms~50ms。
10.根据权利要求5所述的半双工RFID系统，其特征在于，所述半双工RFID系统为动物管理或物流系统。
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| Date | Code | Title | Description |
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Effective date of registration: 20170323 Address after: 518000 Guangdong province Shenzhen city Longhua District gold dragon road building block E room 706 Applicant after: Shenzhen step Technology Transfer Center Co., Ltd. Address before: 530007 Nanning high tech Zone Binhe Road, No. 9, building, No. 4, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant before: GUANGXI KAIBEI TECHNOLOGY CO., LTD. |
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Effective date of registration: 20180604 Address after: 211299 18 Lishui Yihu Road, Lishui Economic Development Zone, Nanjing, Jiangsu Patentee after: Nanjing Zhong Shan battery Electronics Co., Ltd. Address before: 518000 room 706, block E, gold rush building, Tenglong Road, Longhua New District, Shenzhen, Guangdong. Patentee before: Shenzhen step Technology Transfer Center Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |