CN103714375B - 有源标签及其射频前端芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源标签及其射频前端芯片，该芯片包括：非接触卡接口电路模块、时钟感应整形电路模块，还包括：主载波生成电路模块用于接收时钟感应整形电路模块输出的感应时钟，并对感应时钟进行锁相、分频后输出调制主载波；调制主载波与感应时钟的频率差等于副载波的频率；编码电路模块用于对非接触卡接口电路模块输出的数据进行编码后输出；发射电路模块用于使用接收的调制主载波对接收的编码后的数据进行开关键控调制。本发明的技术方案中，有源标签前端芯片发射的调制信号等效的负载调制深度跟调制主载波与阅读器主载波的相位差无关，克服了调制信号的质量随调制主载波相位偏移而明显下降的缺点。

Description

有源标签及其射频前端芯片

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种有源标签及其射频前端芯片。

背景技术

随着无线通信技术和社会的发展，基于射频识别RFID（RadioFrequencyIDentification）技术的识别系统（本文中简称RFID系统），已广泛地应用于图书馆管理、门禁管理、食品安全溯源、物流管理和移动支付等多个领域中。

RFID系统中，可以包括无源标签Passivetag与阅读器Reader；或者RFID系统也可以包括有源标签ActiveTag与阅读器。

现有的有源标签的内部结构中的电路框图如图1a所示，通常包括：有源标签射频前端芯片101和非接触标签（Contectlesstag）102；

其中，有源标签射频前端芯片101的内部结构中的电路框图如图1b所示，通常包括：时钟感应整形电路模块111、主载波生成电路模块112、非接触卡接口电路模块113、发射电路模块114、接收电路模块115、解码电路模块116和编码电路模块117。

时钟感应整形电路模块111中包括感应线圈和整形电路；感应线圈在靠近阅读器输出的磁场时，会产生感应电流；整形电路对感应线圈输出的感应电流进行放大和整形后输出感应时钟到主载波生成电路模块112；该感应时钟的频率与阅读器输出的磁场的主载波的频率相一致。

主载波生成电路模块112对时钟感应整形电路模块111输出的感应时钟进行锁相，输出与阅读器输出的磁场的主载波的相位相一致的本有源标签的主载波。阅读器输出的磁场的主载波的频率可以是125～134Khz、13.56Mhz、433Mhz、860～960Mhz或者2.45Ghz等，通常采用13.56Mhz。当阅读器输出的主载波的频率为13.56Mhz时，主载波生成电路模块112对感应时钟锁相后生成本有源标签的主载波的频率也是13.56Mhz。

此外，主载波生成电路模块112还可输出应用于RFID系统中的副载波；该副载波由主载波分频后得到；例如，当主载波生成电路模块112输出的本有源标签的主载波的频率为13.56Mhz时，主载波生成电路模块112还可以输出848Khz的副载波，该频率的副载波是主载波生成电路模块112对13.56Mhz的主载波进行16分频后得到的。

阅读器向有源标签发送数据时，阅读器将要发送的指令数据进行改进的米勒编码（ModifiedMillerEncoding）后，再使用本阅读器的主载波对编码后的数据进行调制，发射无线信号；

有源标签中的接收电路模块115在靠近阅读器时可以接收到阅读器发射的无线信号，并使用主载波生成电路模块112输出的本有源标签的主载波对接收的无线信号进行解调，将解调后得到的数据发送给解码电路模块116；

解码电路模块116对接收的数据进行解码，从而得到阅读器发送的指令数据并通过非接触卡接口电路模块113将得到的指令数据发送给非接触标签102；非接触标签102对接收到的指令数据进行处理。

有源标签向阅读器发送数据时，现有技术中可以采用振幅键控ASK或者相移键控PSK的调制方式来发送数据。

有源标签中的非接触标签102对接收的指令数据进行响应，将本地存储的数据向有源标签射频前端芯片101输出。图1c的中I示出了非接触标签102输出到有源标签射频前端芯片101的数据时序。

有源标签射频前端芯片101中的编码电路模块117通过非接触卡接口电路模块113接收到非接触标签102输出的数据，并对接收到的数据进行曼彻斯特编码（ManchesterEncoding），得到经编码的数据；图1c的中III示出了经过曼彻斯特编码的数据；

此外，编码电路模块117还接收主载波生成电路模块112输出的副载波，使用接收的副载波对经编码的数据进行调制，得到副载波调制后的数据并输出到发射电路模块114。图1c的中II示出了副载波的波形图；图1c的中IV示出了经过编码，以及副载波调制后的数据的波形图。

发射电路模块114接收主载波生成电路模块112输出的本有源标签的主载波，接收编码电路模块117输出的经编码、以及副载波调制后的数据后，可以采用ASK或者PSK的调制方式将接收的数据向阅读器发送；

当发射电路模块114采用ASK的调制方式将接收的数据向阅读器发送时，发射电路模块114在接收的数据为1时，发射本有源标签的主载波，在接收的数据为0时不发射；图1c中的V示出了有源标签采用ASK的调制方式发送的数据波形图；图1c中的VI示出了有源标签采用ASK调制方式输出的磁场与阅读器输出的磁场叠加后的磁场中的负载调制信号波形图；

当发射电路模块114采用PSK的调制方式将接收的数据向阅读器发送时，发射电路模块114在接收的数据为1时，发射本有源标签的主载波，在接收的数据为0时，发射与在接收数据为1时发射的主载波同频反相的主载波；图1c中的VII示出有源标签采用PSK的调制方式发送的数据波形图；图1c中的VIII示出有源标签采用PSK调制方式输出的磁场与阅读器输出的磁场叠加后的磁场中的负载调制信号波形图。

本发明的发明人发现，采用现有的发射电路模块114不论是采用ASK还是PSK的调制方式，都对发射电路模块114接收的主载波的相位有严格的要求，也就是要求发射电路模块114接收的主载波的相位要与阅读器输出磁场的主载波的相位尽量保持一致或者相反；

若主载波生成电路模块112输出的主载波的相位与阅读器输出磁场的主载波的相位之间的偏差较大，则阅读器输出的磁场与有源标签输出的磁场叠加后的磁场的信号波形的包络负载调制深度会减小，导致有源标签向阅读器发送的信号质量劣化，原因分析如下：

阅读器输出的磁场的主载波可以由如下公式1表示：

V_rd(t)=A₁cos(ω₁t)（公式1）

公式1中，t为时间，A₁为阅读器输出的磁场的主载波的幅度，ω₁为阅读器输出的磁场的主载波的角频率；当阅读器输出的磁场的主载波的频率为13.56Mhz时，ω₁为13.56×2πMrad/s。

有源标签输出的磁场的信号V_induce(t)可以由如下公式2表示：

V_induce(t)=A₂cos(ω₂t+Φ)（公式2）

公式2中A₂为阅读器接收到有源标签输出的磁场的主载波的幅度，ω₂为有源标签输出的磁场的主载波的角频率，Φ为有源标签输出的主载波与阅读器输出的磁场的主载波之间的相位差。

阅读器输出的磁场与有源标签输出的磁场叠加后的磁场的信号V_ind(t)可以由如下公式3表示：

V_ind(t)=V_induce(t)+V_rd(t)=A₁cos(ω₁t)+A₂cos(ω₂t+Φ)（公式3）

阅读器使用本阅读器输出磁场的主载波对V_ind(t)进行解调，得到包络信号V_env(t)，V_env(t)可以由如下公式4表示：

V_env(t)=A₁+A₂cos(△wt)+A₂[cos(Φ)-1]（公式4）

公式4中，Δω=ω₂-ω₁。

当有源标签采用上述的ASK或PSK的调制方式向阅读器发送数据时，有源标签输出的主载波的角频率与阅读器输出的磁场的主载波的角频率相同，即Δω=0。则公式4可以转化为如下公式5：

V_env(t)=A₁+A₂cos(Φ)（公式5）

事实上，当有源标签采用ASK的调制方式向阅读器发送数据时，根据公式5，当有源标签发送编码数据高电平时，对应有V_env(t)|1=A₁+A₂cos(Φ)；当发送数据低电平时，对应有V_env(t)|0=A₁。阅读器得到的包络信号的调制深度V_del(t)可以由如下公式6表示：

V_del(t)=V_del(t)|1-V_del(t)|0=A₂cos(Φ)（公式6）

当有源标签采用PSK的调制方式向阅读器发送数据时，根据公式5，当有源标签发送编码数据高电平时，对应有V_env(t)|1=A₁+A₂cos(Φ)；发送数据低电平时，对应有V_env(t)|0=A₁+A₂cos(Φ+π)。阅读器得到的包络信号的调制深度V_del(t)可以由如下公式7表示：

V_del(t)=V_del(t)|1-V_del(t)0=2A₂sin(Φ+π/2)（公式7）

当主载波生成电路模块112输出的主载波的相位与阅读器输出磁场的主载波的相位一致或者相反，即当Φ=Nπ时，N为整数，根据公式6或公式7得到的V_del(t)的绝对值均最大，从而使得有源标签采用ASK或者PSK的调制方式向阅读器发送的数据的质量达到最优。

但是当主载波生成电路模块112输出的主载波的相位与阅读器输出磁场的主载波的相位既不一致也不相反，即Φ≠Nπ时，根据公式6或公式7得到的V_del(t)的绝对值均减小，从而导致有源标签采用ASK或者PSK的调制方式向阅读器发送的数据的质量劣化；数据的质量的劣化可以严重到阅读器无法识别有源标签发送的数据的程度，例如，当主载波生成电路模块112输出的主载波的相位与阅读器输出磁场的主载波的相位正交，即Φ=(2N+1)π/2时，根据公式6或公式7得到的V_del(t)的绝对值均为0，导致阅读器无法区分从包络信号中解析出的数据是1还是0。

综上所述，现有的采用ASK或者PSK的调制方式的RFID系统，很可能因为有源标签输出的主载波与阅读器输出的主载波之间的相位差，导致有源标签向阅读器发送的信号的质量出现明显下降的现象，从而降低了有源标签与阅读器之间通信的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种有源标签及其射频前端芯片，用以避免有源标签向阅读器发送的信号的质量随发射载波初始相位偏移出现明显下降的现象，从而保证有源标签与阅读器之间通信的稳定性和可靠性。

根据本发明的一个方面，提供了一种有源标签中的有源标签射频前端芯片，包括：非接触卡接口电路模块、时钟感应整形电路模块，其特征在于，还包括：

主载波生成电路模块，其与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；并对接收的感应时钟进行锁相、分频后输出调制主载波；其中，所述调制主载波与所述感应时钟的频率差等于所述有源标签所在RFID系统中的副载波的频率；

编码电路模块，其与所述非接触卡接口电路模块相连，用于对所述非接触卡接口电路模块输出的数据进行编码后输出；

发射电路模块，其与所述编码电路模块相连，用于接收所述编码电路模块输出的编码后的数据；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的调制主载波；并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制。

较佳地，主载波生成电路模块包括：

锁相电路单元，与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟，并将接收的感应时钟进行锁相，得到频率为所述感应时钟频率的17倍的锁相信号输出；

分频电路单元，与所述锁相电路单元相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16倍或18倍的分频得到所述调制主载波通过所述主载波生成电路模块的第一主载波输出端输出。

较佳地，所述感应时钟的频率具体为13.56MHz，所述副载波的频率具体为848KHz；以及

所述调制主载波的频率具体为14.408MHz，或者12.712MHz。

较佳地，所述锁相电路单元具体包括：检相器、17倍分频器、压控振荡器、电荷泵和环路滤波器；其中，

所述检相器的第一频率输入端与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；所述检相器的第二频率输入端与所述17倍分频器的频率输出端相连；所述检相器的电压输出端通过所述电荷泵和环路滤波器连接到所述压控振荡器的电压输入端；

所述17倍分频器的频率输入端与所述压控振荡器的频率输出端相连；以及

所述分频电路单元具体与所述压控振荡器的频率输出端相连。

进一步，所述有源标签射频前端芯片，还包括：接收电路模块、解码电路模块；以及

所述17倍分频器的频率输出端作为所述载波生成电路模块的第二主载波输出端；所述载波生成电路模块还用于通过其第二主载波输出端输出与所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟的频率相同的调解主载波；

所述接收电路模块与所述载波生成电路模块的第二主载波输出端相连，用于接收所述阅读器发射的无线信号后，使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调得到的数据输出；

所述解码电路模块，与所述接收电路模块相连，用于接收所述接收电路模块输出的数据，对接收的数据进行解码后通过所述非接触卡接口电路模块将解码后的数据发送给非接触标签。

较佳地，所述发射电路模块具体用于使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平时发射调制主载波，在编码后数据低电平时不发射。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种有源标签，包括：非接触标签，以及本发明实施例一中的有源标签射频前端芯片；其中，

所述非接触标签用于通过所述有源标签射频前端芯片中的非接触卡接口电路模块从所述有源标签射频前端芯片中的解码电路模块接收数据并进行响应：将存储的数据通过所述非接触卡接口电路模块向所述有源标签射频前端芯片中的编码电路模块发送。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种有源标签中的有源标签射频前端芯片，包括：非接触卡接口电路模块、时钟感应整形电路模块，其特征在于，还包括：

主载波生成电路模块，其与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；并对接收的感应时钟进行锁相、分频后输出调制主载波和副载波；其中，所述调制主载波与所述感应时钟的频率差等于所述副载波的频率；

副载波解调电路模块，其与所述非接触卡接口电路模块相连，用于接收所述非接触卡接口电路模块输出的经编码，以及副载波调制后的信号；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的副载波；并通过接收的副载波，对接收的信号进行副载波解调后，得到编码后的数据进行输出；

发射电路模块，其与所述副载波解调电路模块相连，用于接收所述副载波解调电路模块输出的编码后的数据；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的调制主载波；并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制。

较佳地，主载波生成电路模块包括：

锁相电路单元，与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟，并将接收的感应时钟进行锁相，得到频率为所述感应时钟频率的17倍的锁相信号输出；

第一分频电路单元，与所述锁相电路单元相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16倍或18倍的分频得到所述调制主载波通过所述主载波生成电路模块的第一主载波输出端输出；

第二分频电路单元，与所述锁相电路单元相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16×17倍的分频得到所述副载波通过所述主载波生成电路模块的副载波输出端输出。

较佳地，所述感应时钟的频率具体为13.56MHz，所述副载波的频率具体为848KHz；以及

所述调制主载波的频率具体为14.408MHz，或者12.712MHz。

较佳地，所述锁相电路单元具体包括：检相器、17倍分频器、压控振荡器、电荷泵和环路滤波器；其中，

所述检相器的第一频率输入端与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；所述检相器的第二频率输入端与所述17倍分频器的频率输出端相连；所述检相器的电压输出端通过所述电荷泵和环路滤波器连接到所述压控振荡器的电压输入端；

所述17倍分频器的频率输入端与所述压控振荡器的频率输出端相连；以及

第一、二分频电路单元均与所述压控振荡器的频率输出端相连。

进一步，所述有源标签射频前端芯片，还包括：接收电路模块、解码电路模块；以及，

所述17倍分频器的频率输出端作为所述载波生成电路模块的第二主载波输出端；所述载波生成电路模块还用于通过其第二主载波输出端输出与所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟的频率相同的调解主载波；

所述接收电路模块，与所述载波生成电路模块的第二主载波输出端相连，用于接收所述阅读器发射的无线信号后，使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调得到的数据输出；

所述解码电路模块，与所述接收电路模块相连，用于接收所述接收电路模块输出的数据，对接收的数据进行解码后通过所述非接触卡接口电路模块将解码后的数据发送给非接触标签。

较佳地，所述发射电路模块具体用于使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平时发射调制主载波，在编码后数据低电平时不发射。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种有源标签，包括：非接触标签，以及本发明实施例二的有源标签射频前端芯片；其中，

所述非接触标签用于通过所述有源标签射频前端芯片中的非接触卡接口电路模块从所述有源标签射频前端芯片中的解码电路模块接收数据并进行响应：将存储的数据经编码，以及副载波调制后通过所述非接触卡接口电路模块向所述有源标签射频前端芯片中的编码电路模块发送。

本发明的技术方案中，与现有的技术方案相比，有源标签采用本发明实施例的调制方式进行信号发射，其发射的信号被阅读器感应到的包络的负载调制深度可以跟有源标签输出的调制主载波与阅读器输出的主载波之间相位差不相关。因此，本发明的技术方案，不论有源标签前端芯片发射的调制信号的初始相位是多少，均可以实现等效负载调制深度最高。克服有源标签向阅读器发送信号的质量随调制主载波相位偏移出现明显下降的缺点，从而保证了有源标签与阅读器之间通信的可靠性和稳定性。

进一步，本发明的技术方案中，有源标签前端芯片发射的调制信号的不受相位限制，可以提高有源标签向阅读器发送信号的效率。

附图说明

图1a为现有技术的有源标签的内部结构中的电路框图；

图1b为现有技术的有源标签射频前端芯片的内部结构中的电路框图；

图1c为现有技术的数据、载波和信号的波形示意图；

图2a为本发明实施例一的有源标签的内部结构中的电路框图；

图2b为本发明实施例一的有源标签射频前端芯片的内部结构中的电路框图；

图2c为本发明实施例一的主载波生成电路模块的内部结构中的电路框图；

图2d为本发明实施例一的锁相电路单元的内部结构中的电路框图；

图2e为本发明实施例一的数据和信号的波形示意图；

图3a为本发明实施例二的有源标签的内部结构中的电路框图；

图3b为本发明实施例二的有源标签射频前端芯片的内部结构中的电路框图；

图3c为本发明实施例二的主载波生成电路模块的内部结构中的电路框图；

图3d为本发明实施例二的锁相电路单元的内部结构中的电路框图；

图3e为本发明实施例二的数据、载波和信号的波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。

本发明的发明人发现，当有源标签采用与阅读器磁场感应时钟存在数值上等于副载波频率的固定频偏的调制主载波，以开关键控的调制方式来发送未经副载波调制的原始编码信号时，阅读器得到的信号仍可以是等效副载波调制后的编码信号包络。且调制深度跟有源标签输出的主载波与阅读器输出的主载波之间初始相位差不相关；因此，即使有源标签的主载波的相位与阅读器输出的主载波的相位既不一致也不相反，阅读器也能区分得到的信号是数据1还是数据0；说明有源标签向阅读器发送的信号的质量未出现明显下降的现象，从而保证了有源标签与阅读器之间的通信的可靠性和稳定性。

基于上述考虑，本发明具体提供了的有源标签及其射频前端芯片的两个实施例；其中，实施例一是针对非接触标签输出未经编码、未经副载波调制的数据进行调制发射的技术方案；实施例二是针对非接触标签输出经编码、经副载波调制的数据进行调制发射的技术方案。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案的两个实施例。

实施例一

本发明实施例一提供的有源标签的内部结构中的电路框图如图2a所示，包括：有源标签射频前端芯片201和非接触标签（Contectlesstag）202。

有源标签射频前端芯片201的内部结构中的电路框图如图2b所示，可以包括：时钟感应整形电路模块211、主载波生成电路模块212、非接触卡接口电路模块213、发射电路模块214和编码电路模块215。

时钟感应整形电路模块211中包括感应线圈和整形电路；感应线圈在靠近阅读器输出的磁场时，会产生感应电流；整形电路对感应线圈输出的感应电流进行放大和整形后输出感应时钟到主载波生成电路模块212；该感应时钟的频率与阅读器输出的磁场的主载波的频率相一致。阅读器输出的磁场的主载波的频率可以是125～134Khz、13.56Mhz、433Mhz、860～960Mhz或者2.45Ghz等，通常采用13.56Mhz。当阅读器输出的主载波的频率为13.56Mhz时，时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率也是13.56Mhz。

主载波生成电路模块212对时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟进行锁相、分频后通过其第一主载波输出端向发射电路模块214输出用于对数据进行调制的主载波；为便于描述，本文中将主载波生成电路模块212的第一主载波输出端输出的主载波称为调制主载波。主载波生成电路模块212输出的调制主载波与时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率差等于有源标签所在RFID系统中的副载波的频率。

有源标签射频前端芯片201中的编码电路模块215通过非接触卡接口电路模块213接收到非接触标签202输出的数据；非接触标签202输出的数据波形如图2e的中I所示，为未经编码、未经RFID系统中的副载波调制的数据；

编码电路模块215对接收到的数据进行编码（例如曼彻斯特编码ManchesterEncoding）后，向发射电路模块214输出经编码的数据；图2e中II示出了经过曼彻斯特编码的数据。本发明提出的调制技术，直接采用主载波调制曼彻斯特编码数据，而不需要如ASK、PSK调制方式般需要对曼彻斯特编码数据进行进一步副载波调制。

发射电路模块214通过其载波输入端接收主载波生成电路模块212输出的本有源标签的调制主载波，通过其数据输入端接收编码电路模块215输出的经编码的数据，并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平（数据为1）时发射调制主载波，在编码后数据低电平（数据为0）时不发射。以有源标签输出的频率为14.408Mhz的调制主载波为例，图2e中的III示出有源标签采用开关键控调制方式发送的数据波形图；图2e中的IV示出有源标签采用开关键控调制方式输出的磁场与阅读器输出的磁场叠加后的磁场中的负载调制信号波形图。

主载波生成电路模块212的内部结构中的电路框图如图2c所示，可以包括：锁相电路单元221和分频电路单元222。

锁相电路单元221通过其时钟信号输入端接收时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟，并将接收的感应时钟进行锁相，得到频率为接收的感应时钟的17倍的锁相信号从锁相信号输出端输出。当时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率为13.56Mhz时，锁相电路单元221输出的锁相信号的频率为230.52Mhz。

分频电路单元222接收锁相电路单元221输出的锁相信号，对接收的锁相信号进行16倍或者18倍的分频得到调制主载波，将得到的调制主载波从作为主载波生成电路模块212第一主载波输出端的本分频电路单元的频率输出端输出。当锁相电路单元221输出的锁相信号的频率为230.52Mhz时，分频电路单元222输出的调制主载波的频率为14.408Mhz或者12.712Mhz；调制主载波与时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率差等于有源标签所在RFID系统中的副载波的频率，副载波的频率可以是848Khz。

锁相电路单元221的内部结构中的电路框图如图2d所示，可以包括：检相器231、17倍分频器232、压控振荡器233、电荷泵234和环路滤波器235。

检相器231的第一频率输入端作为锁相电路单元221的时钟信号输入端，与时钟感应整形电路模块211的输出端相连，检相器231通过其第一频率输入端接收时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟；检相器231的第二频率输入端与17倍分频器232的频率输出端相连；检相器231的电压输出端依次通过电荷泵234和环路滤波器235与压控振荡器233的电压输入端相连；压控振荡器233的频率输出端与17倍分配器232的频率输入端相连；压控振动器233的频率输出端作为锁相电路单元221的锁相信号输出端与分频电路单元222的输入端相连。

检相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器的工作原理为本领域技术人员所熟知，不再赘述。

分频电路单元222具体可以为16倍分频器或者18倍分频器。

本发明实施例一的有源标签采用上述的开关键控调制方式，则不必对主载波生成电路模块212输出的调制主载波有严格的相位要求；换言之，不论主载波生成电路模块212输出的调制主载波的初始相位是多少，与现有的技术方案相比，均可以实现等效负载调制深度最高。避免有源标签向阅读器发送的信号的质量随发射载波初始相位偏移出现明显下降的现象，分析如下：

当本发明实施例一的有源标签采用的开关键控调制方式向阅读器发送数据时，根据本文背景技术中的公式4，当有源标签发送曼彻斯特编码高电平时，V_env(t)的数值可以根据如下公式8计算得到：

V_env(t)|1=A₁+A₂cos(△wt)+A₂[cos(Φ)-1]（公式8）

公式8中,t为时间，A₁为阅读器输出的磁场的主载波的幅度，A₂为阅读器接收到有源标签输出的磁场的调制主载波的幅度；Δω=ω₂-ω₁，ω₁为阅读器输出的磁场的主载波的角频率；ω₂为有源标签输出的磁场的调制主载波的角频率；Φ为有源标签输出的调制主载波与阅读器输出的磁场的主载波之间的相位差；V_env(t)为阅读器使用有源标签输出的磁场的调制主载波，对阅读器输出的磁场与有源标签输出的磁场叠加后的磁场的信号进行解调，得到的包络信号。

当有源标签发送数据0时，V_env(t)的数值可以由V_env(t)|0=A₁计算得到。

阅读器得到的包络信号的调制深度V_del(t)可以由如下公式9表示：

V_del(t)=V_del(t)|1-V_del(t)0=A₂cos(△wt)+A₂[cos(Φ)-1]（公式9）

公式9中的数据项A₂cos(△wt)的数值与Φ无关，因此不论主载波生成电路模块212输出的调制主载波的相位是多少，阅读器均能得到按副载波频率余弦函数A₂cos(△wt)随时间波动的等效副载波负载调制包络信号。且负载波调制深度为A₂cos(△wt)函数的峰峰值，即2倍的A2。与对应PSK调制的最优值相同。说明有源标签向阅读器发送的信号的质量与初始相位无关，不会出现随初始相位偏移明显下降的现象，从而保证了有源标签向阅读器发送数据的稳定性和可靠性。

此外，本发明实施例一提供的有源标签的有源标签射频前端芯片201中还可包括：接收电路模块216和解码电路模块217。

阅读器将要发送的指令数据进行编码（例如改进的米勒编码）后，再使用本阅读器的主载波对编码后的数据进行调制，发射无线信号；有源标签中的接收电路模块216在靠近阅读器时可以接收到阅读器发射的无线信号。

主载波生成电路模块212还向接收电路模块216输出用于解调接收的无线信号的载波，为便于描述，本文中将该载波称为解调主载波；具体地，主载波生成电路模块212中的锁相电路单元221中压控振荡器233输出的锁相信号经过17倍分频器232进行17倍的分频后，得到解调主载波从作为主载波生成电路模块212第二主载波输出端的17倍分频器232的频率输出端输出。当锁相电路单元221输出的锁相信号的频率为230.52Mhz时，主载波生成电路模块212输出的解调主载波的频率为13.56Mhz。

接收电路模块216还通过其载波输入端接收主载波生成电路模块212输出的解调主载波，并使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调后得到的数据发送给解码电路模块217。

解码电路模块217通过其输入端接收到接收电路模块216输出的数据后，对接收的数据进行解码，得到阅读器发送的指令数据并通过非接触卡接口电路模块213将得到的指令数据发送给非接触标签202；非接触标签202对接收到的指令数据进行处理。

本发明实施例一的技术方案中，与现有的技术方案相比，有源标签采用本发明实施例一的调制方式进行信号发射，其发射的信号被阅读器感应到的包络的负载调制深度跟有源标签输出的调制主载波与阅读器输出的主载波之间相位差不相关。因此，本发明实施例一的技术方案，不论有源标签前端芯片发射的调制信号的相位是多少，均可以实现等效负载调制深度最高。克服有源标签向阅读器发送信号的质量随调制主载波相位偏移出现明显下降的缺点，从而保证了有源标签与阅读器之间通信的可靠性和稳定性。

进一步，本发明实施例一的技术方案中，有源标签前端芯片发射的调制信号的不受相位限制，可以提高有源标签向阅读器发送信号的效率。

实施例二

本发明的实施例二提供的一种有源标签的内部结构中的电路框图如图3a所示，可以包括：有源标签射频前端芯片301和非接触标签（Contectlesstag）302。

有源标签射频前端芯片301的内部结构中的电路框图如图3b所示，通常包括：时钟感应整形电路模块311、主载波生成电路模块312、非接触卡接口电路模块313、副载波解调电路模块314和发射电路模块315。

时钟感应整形电路模块311中包括感应线圈和整形电路；感应线圈在靠近阅读器输出的磁场时，会产生感应电流；整形电路对感应线圈输出的感应电流进行放大和整形后输出感应时钟到主载波生成电路模块312；该感应时钟的频率与阅读器输出的磁场的主载波的频率相一致。阅读器输出的磁场的主载波的频率可以是125～134Khz、13.56Mhz、433Mhz、860～960Mhz或者2.45Ghz等，通常采用13.56Mhz。当阅读器输出的主载波的频率为13.56Mhz，时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率也是13.56Mhz。

主载波生成电路模块312对时钟感应整形电路模块311输出的感应时钟进行锁相、分频后通过其第一主载波输出端向发射电路模块315输出用于对数据进行调制的调制主载波，并从副载波输出端输出副载波到副载波解调电路模块314。调制主载波与时钟感应整形电路模块211输出的感应时钟的频率差等于有源标签所在RFID系统中的副载波的频率。

有源标签射频前端芯片301中的副载波解调电路模块314，通过非接触卡接口电路模块313接收到非接触标签302输出的经编码，以及副载波调制后的信号；非接触标签302输出的信号波形如图3e中的I所示，为经编码，以及副载波调制后的信号。

副载波解调电路模块314接收主载波生成电路模块312输出的副载波；并使用接收的副载波，对接收的信号进行解调，得到经编码的数据输出到发射电路模块315。图3e中的II示出了副载波的波形图；图3e中的III示出了经编码（例如曼彻斯特编码）且去除副载波调制的数据。

发射电路模块315，通过其载波输入端接收主载波生成电路模块312输出的本有源标签的调制主载波，通过其数据输入端接收副载波解调电路模块314输出的编码后的数据；并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平（数据为1）时发射调制主载波，在编码后数据低电平（数据为0）时不发射。以有源标签输出的频率为14.408Mhz的主载波为例，图3e中的IV示出了有源标签采用开关键控的调制方式发送的数据波形图；图3e中的V示出了有源标签采用开关键控调制方式输出的磁场与阅读器输出的磁场叠加后的磁场中的负载调制信号波形图。

主载波生成电路模块312的内部结构中的电路框图如图3c所示，可以包括：锁相电路单元321、第一分频电路单元322和第二分频电路单元323。

锁相电路单元321通过其时钟信号输入端接收时钟感应整形电路模块311输出的感应时钟，并将接收的感应时钟进行锁相，得到频率为接收的感应时钟的17倍的锁相信号从锁相信号输出端输出。当钟感应整形电路模块311输出的感应时钟的频率为13.56Mhz时，锁相电路单元321输出的锁相信号的频率为230.52Mhz。

第一分频电路单元322接收锁相电路单元321输出的锁相信号，对接收的锁相信号进行16倍或者18倍分频得到调制主载波，将得到的调制主载波从作为主载波生成电路模块312第一主载波输出端的本分频电路单元的频率输出端输出。当锁相电路单元321输出的锁相信号的频率为230.52Mhz时，第一分频电路单元322输出的调制主载波的频率为14.408Mhz或者12.712Mhz；调制主载波与时钟感应整形电路模块311输出的感应时钟的频率差等于副载波的频率。

第二分频电路单元323接收锁相电路单元321输出的锁相信号，对接收的锁相信号进行16×17倍的分频得到副载波，将得到的副载波从作为主载波生成电路模块312副载波输出端的本分频电路单元的频率输出端输出。当锁相电路单元321输出的锁相信号的频率为230.52Mhz时，第二分频电路单元323输出的副载波的频率为848Khz。

锁相电路单元321的内部结构中的电路框图如图3d所示，可以包括：检相器331、17倍分频器332、压控振荡器333、电荷泵334和环路滤波器335。

检相器331的第一频率输入端作为锁相电路单元221的时钟信号输入端，与时钟感应整形电路模块311的输出端相连，检相器331通过其第一频率输入端接收时钟感应整形电路模块311输出的感应时钟；检相器331的第二频率输入端与17倍分频器332的频率输出端相连；检相器331的电压输出端依次通过电荷泵334和环路滤波器335与压控振荡器333的电压输入端相连；压控振荡器333的频率输出端与17倍分配器332的频率输入端相连；第一分频电路单元322和第二分频电路单元323的输入端均与作为锁相电路单元321的锁相信号输出端的压控振动器333的频率输出端相连。

检相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器的工作原理为本领域技术人员所熟知，不再赘述。

第一分频电路单元322具体可以是16倍分频器；第二分频电路单元323具体可以是16×17倍分频器。

本发明实施例二的有源标签采用上述的调试方式，则不必对主载波生成电路模块312输出的调制主载波有严格的相位要求；即不论主载波生成电路模块312输出的调制主载波的相位是多少，都可以保证有源标签向阅读器发送的信号的质量与调制主载波的初始相位无关，不会出现随调制主载波初始相位偏移而明显下降的现象，具体分析过程与实施例一的相同，此处不再赘述。

此外，本发明实施例二提供的有源标签的有源标签射频前端芯片301中还可以包括：接收电路模块316和解码电路模块317。

阅读器将要发送的指令数据进行编码（例如改进的米勒编码）后，再使用本阅读器的主载波对编码后的数据进行调制，发射无线信号；有源标签中的接收电路模块316在靠近阅读器时可以接收到阅读器发射的无线信号。

主载波生成电路模块312还向接收电路模块316输出用于解调接收的无线信号的载波，为便于描述，本文中将该载波称为解调主载波；具体地，主载波生成电路模块312中的锁相电路单元321中压控振荡器333输出的锁相信号经过17倍分频器332进行17倍的分频后，得到解调主载波从作为主载波生成电路模块312第二主载波输出端的17倍分频器332的频率输出端输出。当锁相电路单元321输出的锁相信号的频率为230.52Mhz时，主载波生成电路模块312输出的解调主载波的频率为13.56Mhz。

接收电路模块316还通过其载波输入端接收主载波生成电路模块312输出的解调主载波，并使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调后得到的数据发送给解码电路模块317。

解码电路模块317通过其输入端接收到接收电路模块316输出的数据后，对接收的数据进行解码，得到阅读器发送的指令数据并通过非接触卡接口电路模块313将得到的指令数据发送给非接触标签302；非接触标签302对接收到的指令数据进行处理。

本发明实施例二的技术方案中，与现有的技术方案相比，有源标签采用本发明实施例二的调制方式进行信号发射，其发射的信号被阅读器感应到的包络的负载调制深度跟有源标签输出的调制主载波与阅读器输出的主载波之间相位差不相关。因此，本发明实施例二的技术方案，不论有源标签前端芯片发射的调制信号的相位是多少，均可以实现等效负载调制深度最高。克服有源标签向阅读器发送信号的质量随调制主载波相位偏移出现明显下降的缺点，从而保证了有源标签与阅读器之间通信的可靠性和稳定性。

进一步，本发明实施例二的技术方案中，有源标签前端芯片发射的调制信号的不受相位限制，可以提高有源标签向阅读器发送信号的效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种有源标签中的有源标签射频前端芯片，包括：非接触卡接口电路模块、时钟感应整形电路模块，其特征在于，还包括：

主载波生成电路模块，包括：

锁相电路单元，该锁相电路单元包含检相器、17倍分频器、压控振荡器、电荷泵和环路滤波器；其中，

所述检相器的第一频率输入端与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；所述检相器的第二频率输入端与所述17倍分频器的频率输出端相连；所述检相器的电压输出端通过所述电荷泵和环路滤波器连接到所述压控振荡器的电压输入端；

所述17倍分频器的频率输入端与所述压控振荡器的频率输出端相连；以及

分频电路单元，与所述锁相电路单元的压控振荡器的频率输出端相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16倍或18倍的分频得到调制主载波并通过所述主载波生成电路模块的第一主载波输出端输出；

所述17倍分频器的频率输出端作为所述主载波生成电路模块的第二主载波输出端；所述主载波生成电路模块还用于通过其第二主载波输出端输出与所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟的频率相同的调解主载波；

其中，所述调制主载波与所述感应时钟的频率差等于所述有源标签所在RFID系统中的副载波的频率；

编码电路模块，其与所述非接触卡接口电路模块相连，用于对所述非接触卡接口电路模块输出的数据进行编码后输出；

发射电路模块，其与所述编码电路模块相连，用于接收所述编码电路模块输出的编码后的数据；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的调制主载波；并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制；

接收电路模块，与所述主载波生成电路模块的第二主载波输出端相连，用于接收阅读器发射的无线信号后，使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调得到的数据输出；

解码电路模块，与所述接收电路模块相连，用于接收所述接收电路模块输出的数据，对接收的数据进行解码后通过所述非接触卡接口电路模块将解码后的数据发送给非接触标签。

2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述感应时钟的频率具体为13.56MHz，所述副载波的频率具体为848KHz；以及

所述调制主载波的频率具体为14.408MHz，或者12.712MHz。

3.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，

所述发射电路模块具体用于使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平时发射调制主载波，在编码后数据低电平时不发射。

4.一种有源标签，包括：非接触标签，以及如权利要求1-3任一所述的有源标签射频前端芯片；其中，

所述非接触标签用于通过所述有源标签射频前端芯片中的非接触卡接口电路模块从所述有源标签射频前端芯片中的解码电路模块接收数据并进行响应：将存储的数据通过所述非接触卡接口电路模块向所述有源标签射频前端芯片中的编码电路模块发送。

5.一种有源标签中的有源标签射频前端芯片，包括：非接触卡接口电路模块、时钟感应整形电路模块，其特征在于，还包括：

主载波生成电路模块，其与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；并对接收的感应时钟进行锁相、分频后输出调制主载波和副载波；其中，所述调制主载波与所述感应时钟的频率差等于所述副载波的频率；

副载波解调电路模块，其与所述非接触卡接口电路模块相连，用于接收所述非接触卡接口电路模块输出的经编码，以及副载波调制后的信号；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的副载波；并通过接收的副载波，对接收的信号进行副载波解调后，得到编码后的数据进行输出；

发射电路模块，其与所述副载波解调电路模块相连，用于接收所述副载波解调电路模块输出的编码后的数据；其还与所述主载波生成电路模块相连，用于接收所述主载波生成电路模块输出的调制主载波；并使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制。

6.如权利要求5所述的芯片，其特征在于，主载波生成电路模块包括：

锁相电路单元，与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟，并将接收的感应时钟进行锁相，得到频率为所述感应时钟频率的17倍的锁相信号输出；

第一分频电路单元，与所述锁相电路单元相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16倍或18倍的分频得到所述调制主载波通过所述主载波生成电路模块的第一主载波输出端输出；

第二分频电路单元，与所述锁相电路单元相连，用于接收所述锁相电路单元输出的锁相信号，并对接收的锁相信号进行16×17倍的分频得到所述副载波通过所述主载波生成电路模块的副载波输出端输出。

7.如权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述感应时钟的频率具体为13.56MHz，所述副载波的频率具体为848KHz；以及

所述调制主载波的频率具体为14.408MHz，或者12.712MHz。

8.如权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述锁相电路单元具体包括：检相器、17倍分频器、压控振荡器、电荷泵和环路滤波器；其中，

所述检相器的第一频率输入端与所述时钟感应整形电路模块相连，用于接收所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟；所述检相器的第二频率输入端与所述17倍分频器的频率输出端相连；所述检相器的电压输出端通过所述电荷泵和环路滤波器连接到所述压控振荡器的电压输入端；

所述17倍分频器的频率输入端与所述压控振荡器的频率输出端相连；以及

第一、二分频电路单元均与所述压控振荡器的频率输出端相连。

9.如权利要求8所述的芯片，其特征在于，还包括：接收电路模块、解码电路模块；以及，

所述17倍分频器的频率输出端作为所述载波生成电路模块的第二主载波输出端；所述载波生成电路模块还用于通过其第二主载波输出端输出与所述时钟感应整形电路模块输出的感应时钟的频率相同的调解主载波；

所述接收电路模块，与所述载波生成电路模块的第二主载波输出端相连，用于接收阅读器发射的无线信号后，使用接收的解调主载波对接收的无线信号进行解调，将解调得到的数据输出；

所述解码电路模块，与所述接收电路模块相连，用于接收所述接收电路模块输出的数据，对接收的数据进行解码后通过所述非接触卡接口电路模块将解码后的数据发送给非接触标签。

10.如权利要求5所述的芯片，其特征在于，

所述发射电路模块具体用于使用接收的调制主载波对接收的编码后数据进行开关键控调制：在编码后数据高电平时发射调制主载波，在编码后数据低电平时不发射。

11.一种有源标签，包括：非接触标签，以及如权利要求5-10任一所述的有源标签射频前端芯片；其中，

所述非接触标签用于通过所述有源标签射频前端芯片中的非接触卡接口电路模块从所述有源标签射频前端芯片中的解码电路模块接收数据并进行响应：将存储的数据经编码，以及副载波调制后通过所述非接触卡接口电路模块向所述有源标签射频前端芯片中的编码电路模块发送。