CN105279543A - 射频应答器电路 - Google Patents

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Abstract

本文涉及射频应答器电路，特别是涉及具有唯一标识符这样的应答器电路。本文所揭示的实施例包括射频应答器电路(100)，该射频应答器电路(100)包括天线模块(101)、控制电路(103)和存储器(104)，应答器电路(100)被配置成通过控制电路(103)读取和经由天线模块(101)发送存储器(104)中存储的标识符，以此来响应经由天线模块(101)接收到的读取器命令，其中控制电路(103)被配置成在第一次经由天线模块(101)被读取器场供电时，对存储器(104)中存储的数据执行完整性校验，并且在随后经由天线模块(101)被读取器场多次供电时在预定时间内不执行完整性校验。

Description

射频应答器电路
技术领域
本文涉及射频应答器电路，特别是涉及具有唯一标识符这样的应答器电路。
背景技术
射频识别(RFID)这种技术通过使用电场或磁场或无线电波广泛地应用于自动识别物体或人而不需要视距通信。RFID应答器通常没有内部电源，而是通过从接收信号提取电能来接收充足的能量。为了允许RFID应答器被明确地识别，能够识别与之相关联的项目，每个应答器都具有存储的唯一标识符(UID)，唯一标识符(UID)是在国际标准组织ISO15693中所使用的术语。通常在生产测试期间，在IC供应商处对UID进行编程，并确保每个标识符的唯一性。然后UID能够被链接到实体物体或者人。
在RFID中使用两个基本的通信方案：读取器先启动(RTF)和标签先启动(TTF)。标签先启动表示的是，无论何时应答器被读取器的场供电，它都开始传输它的UID并且重复传输它的UID。读取器必须要获取到这些传输以识别出在它的场中的应答器。标签先启动方案允许非常简单的应答器，这是以不可能有更先进的和更快的识别方法或另外的读/写存储器为代价的。为了克服这些限制，可以使用读取器先启动方案。这种方案表示的是，应答器必须等到它从读取器接收到指令才能执行预定操作，预定操作例如是用它的UID进行响应。
永久性的标志是在短时间断电期间(例如在场重置期间)被保存的标志。这种标志用于RFID系统，特别是那些没有内部电源的系统，以在短时间断电期间保持RFID应答器的识别状态。包括识别状态的基本信息通常涉及应答器是否已经被识别(即UID已经成功被系统读取)，这表明应答器不需要再参与识别过程，或者涉及应答器是否还没有被识别(即UID还没由成功被系统读取)，这表明应答器需要参与识别过程。典型应用是隧道式读取器，这种读取器能够在不同方向上读取RFID应答器，并且具有至少三个不同方向的天线。在识别期间，读取器周期地在这些天线之间进行切换，这导致在需要进行切换的时候，或者是当特别的天线方位不能提供充足的能量的时候，读取器范围内的任何一个应答器都不被供电。在国际标准ISO18000-3M3中对用于这一目的的永久性的标志作出了规定。
非易失性存储器能够被用于存储数据和冗余信息，以便当存在位误差时能够检测以及可能纠正存储的数据。逻辑字节(8位)可以例如被存储在12个物理位中，能够纠正任何一个给定位的错误。然而这表明，要读取一个字节，或者甚至是当仅读取一个位的信息时，12位都需要读取，这样才能够纠正错误。
一些应答器还包含签名以证明它的真实性，签名是通过对UID进行计算得到的。如果在场中，UID的任何一位或签名发生改变，则该签名就是无效的，从而使得读取器能够询问应答器来确定它的有效性。
智能卡IC通常使用存储在系统存储器中的校验和，可以在每个启动进程期间对任何安全性相关数据计算校验和。
大多数RFID应答器包括用户存储器(即用户能够进行读/写操作的存储器)。因此RFID系统可以对UID计算校验和，并将该校验和存储在存储器中用于检查。
RFID应答器自身例如可以在启动进程中使用校验和来检查UID是否已经被更改或破坏，在机械震动或极端的环境条件下会出现这样的情况。然而，这种方法存在一个问题，就是需要从应答器的存储器读取额外的数据，这样会增加启动进程的时间。和UID一样，还需要在启动期间读取配置数据和校验和，并且在应答器能够响应信号之前需要执行完整性校验。这样会延迟应答器能够响应读取器信号的时间。或者启动进程需要更多时间，或者应答器需要在启动期间以更快的速率进行操作。第一个选项是不可能的，因为诸如ISO15693的国际标准已经规定了在给定时间内准备好处理一个命令(在ISO15693中规定的是最大值为1ms)。第二个选项通常也是不可能的，因为这样需要使用更多的能量，这会对应答器的工作范围产生负面影响。
在应答器的读取操作中，对于工作序列来说，最坏情况的方案可能包括以下步骤：
1.场重置操作；
2.读取器对应答器设置执行启动进程的有限时间；
3.发布识别命令；以及
4.如果没有从应答器接收到响应的话，直接进行到步骤1。
如果应答器不能在可用的有限时间内完成启动进程的话，则应答器就不能处理识别命令，因此将不能被识别。
本文的目的是要解决一个或多个上述问题。
发明内容
根据本文的第一个方面，提供了一种射频应答器电路，包括天线模块、控制电路和存储器，射频应答器电路被配置成通过控制电路读取和经由天线模块发送存储器中存储的标识符，以此来响应经由天线模块接收到的读取器命令，其中控制电路被配置成在第一次经由天线模块被读取器场供电时，对存储器中存储的数据执行完整性校验，并且在随后被读取器场供电时在预定时间内不执行完整性校验。
通过仅在第一次接收到读取器场时执行完整性校验，应答器电路能够在所要求的时间期间内及时响应随后的读取器场传输(传输过程通常快速连续地重复进行)，同时仍然确保了存储在存储器中的标识符是有效的。
读取器场可以是RFID读取器发射的用于对读取器的范围内的应答器进行供电的电场、磁场或电磁波。
控制电路被配置成从存储器读取包括标识符和校验和的数据，并且通过对标识符执行校验和函数来执行完整性校验。
控制电路可以被配置成，如果完整性校验失败，则禁用应答器电路。这样确保了应答器电路不能发送无效的标识符，例如如果存储器已经以某种方式被破坏或更改。控制电路或者可以被配置成，如果完整性校验失败，(对于RTF通信方案来说)响应读取信号诸如读取器命令发送错误信号，从而读取器设备能够确定应答器出现故障或者是无效的。
预定时间可以是一秒、五秒、一分钟或更长，例如取决于应用类型，预定时间可以在1秒到1小时范围内。在存储器被破坏或更改的风险较高的环境中使用的应答器可以被配置成将预定时间周期设置成比在存储器被破坏或更改的风险较低的环境中使用的应答器的预定时间周期短。
预定时间可以通过永久性的标志来确定，永久性的标志可以被配置成取决于电容器的泄漏率随时间周期衰减。预定时间或者可以通过设置对应答器电路供电的周期数来确定，在预定时间之后，控制电路将再次执行完整性校验。可以通过多个永久性的标志来设置周期数。可以通过存储在存储器中的值来设置预定时间，虽然这样会在预定时间到期后需要能量来检查和重置该值。当读取器场非激活时也必须要保持对应答器电路供电，以使得控制电路能够确定什么时候预定时间到期。利用一个或多个永久性的标志就不需要电路不在读取器的范围内时被供电，一个或多个永久性的标志能够被配置成在预定时间之后到期并且不需要应答器电路被供电。设置单个永久性的标志来表示是否要执行完整性校验，避免了与不同的标志以不同的速率衰减有关的问题，这样的问题会导致要对多个标志重置不同次。
控制电路可以被配置成在执行完整性校验之后设置标志，以表示在预定时间内，随后将不用执行完整性校验。如果通过存储在存储器中的标志来设置预定时间，则控制电路被配置成在预定时间周期到期之后重置标志。
控制电路可以被配置成当经由天线模块接收到读取器场时检查标志的状态，并且只要没有设置标志，就执行完整性校验。
射频应答器电路可以作为射频应答器的一部分，射频应答器包括射频应答器电路和连接到天线模块的天线。
根据本文的第二个方面，提供了一种操作根据第一个方面的射频应答器电路的方法，该方法包括：
通过读取器场经由天线模块对应答器电路第一次供电；
从存储器存储的数据中读取标识符；
对标识符执行完整性校验；
如果完整性校验成功，则设置标志；
经由天线模块接收读取器命令；
响应读取器命令，经由天线模块发送标识符；以及
当被随后的读取器场供电时且标志被保持设置时，不执行完整性校验。
第一个方面的各种可选的特征，诸如标志是永久性的标志，可以被应用到第二个方面。
本文中描述的实施例基于但并不是必须限于读取器先启动(RTF)RFID通信方案。
附图说明
下面将参考附图详细描述本文。
图1是示例的RFID应答器的示意图；
图2是表示不同类型的应答器在连续的读取回合期间的操作序列的图；以及
图3是表示RFID应答器的示例的操作序列的示意流程图。
具体实施方式
图1是基于现有的NXPICODESLIX应答器IC图解的典型的RFID应答器的示意性的框图。其他的应答器具有相似的特征，虽然某些细节可能会改变。应答器电路100包括连接到天线102的天线模块101、控制电路模块103和存储器模块104这些基本部件。天线模块101包括各种子模块，诸如整流器和解调器用于从经由天线102接收到的信号中获得供电和数据信号，时钟模块用于产生时钟信号，以及用于调制通过天线102发送的输出信号的模块。控制电路模块103被配置成从天线模块101获得电源电压VDD和时钟信号，从天线模块101接收数据，以及发送数据到天线模块101。控制电路模块103还被配置成对存储器模块104进行数据读写操作。
典型的RFID读取器不是必须能够确定什么时候任何特别的应答器进入读取器场，因此可以被配置成对可能出现的任意的应答器进行连续地轮询。图2示出了根据上述最坏情况方案的示例的操作序列。读取器执行连续的回合，在图2中示出了其中两个回合201、202。读取器通常会继续连续地执行这些回合。每一个回合包括场重置211，接着是启动时间周期212，启动时间周期212允许在范围内的任何应答器执行它的启动进程。一旦启动时间周期212结束，则读取器发布识别命令213，然后在随后的时间周期214内等待接收任何响应该命令的信号。一旦用于范围内的任何应答器响应识别命令213的时间期间214结束，则读取器执行场重置211，开始后续的回合202。载波功率221仅在启动周期212和识别命令周期213和响应周期214可用于范围内的任何应答器。在场重置211期间不存在载波功率221会导致范围内的任何应答器在每个场重置211之后重新开始它的启动进程。
图2中示出了四种类型的应答器行为(A)到(D)。类型(A)代表应答器在启动期间没有执行完整性检验，即传统的RFID应答器的典型操作。类型(B)代表应答器在启动期间执行了完整性检查。类型(C)代表应答器具有数据完整性检验和从存储器更快地读取(涉及更高的能量要求)。类型(D)涉及应答器在第一次接收到读取器场时具有数据完整性检验，触发了完整性检验，并设置永久性的标志以绕过后续的完整性检验。类型(D)代表根据本申请的实施例配置的应答器。
对于类型(A)应答器，在第一个时间周期231中执行启动进程，该执行过程在读取器允许的时间周期212结束之前结束。然后，应答器在第二时间周期232等待将要发布的指令。应答器然后在第三时间周期233期间接收并执行识别命令213，在第三时间周期233的最后的部分234期间发送响应。类型(A)应答器因此能够在每一个回合201、202及时响应，但是不执行任何完整性校验。
对于类型(B)应答器，通过结合用于读取另外的数据和校验和以及执行校验和验证进程的周期242，启动时间周期241被延长。这样将有效的启动周期延长到了读取器允许的周期212之外。在第三时间周期243中，应答器等待读取器发布的命令，但是这个周期是在读取器发布识别命令213的时间之后开始的，因此应答器不能响应。然后该过程重复，每一次执行场重置操作211，应答器都执行延长的启动过程。结果是应答器永远不能响应读取器。
对于类型(C)应答器来说，应答器的配置方式与类型(B)应答器相似，但是能够以更高的速度从存储器读取数据以及执行校验和操作。初始的启动周期251与类型(B)应答器相同，但是从存储器读取数据和校验和以及执行校验和操作的第二个时间周期252变短了。结果是，应答器在读取器允许的周期212内完成了它的启动进程，能够在第三个时间周期253内响应识别命令213，并且在第三个时间周期253的最后的部分254期间发送响应。该应答器能够在每一个回合201、202期间及时响应，虽然是以减少与读取器的操作范围为代价的，因为在缩短的时间周期252内增加了操作应答器所需的能量。
对于类型(D)应答器来说，即对于根据本发明的实施例配置的应答器来说，初始的启动周期261可以与类型(A)、(B)和(C)应答器相同，即具有另外的第二个时间周期262涉及应答器读取数据和校验和以及执行完整性校验。类型(D)应答器总的启动周期超出了读取器所允许的周期212，导致应笞器在第三个时间周期263期间不能响应识别命令。然后，对于这种类型的应答器，一旦在第一个回合201中已经成功地执行了完整性校验，则应答器就被配置成，在预定时间内的随后的回合，例如通过在应答器中设置永久性的标志来指示成功验证了校验和，以此来绕过完整性校验。在读取器执行场重置211之后，在随后的启动周期271期间，完整性校验被跳过，启动周期在读取器允许的时间周期212内结束。正如类型(A)和(C)应答器，然后应答器等待在第二个时间周期272期间将要发布的命令，在第三个时间周期273期间接收和执行识别命令，并在第三个时间周期273的最后的部分274期间发送响应。整个结果是，类型(D)应答器能够仅以需要执行完整性校验的很小的延迟来响应读取器，仅需要在预定时间周期内执行一次完整性校验，而不会对应答器的操作距离产生不利的影响。
优选地，通过利用单个永久性的标志来表示数据完整性检验成功的标志，这是因为当应答器没有供电时它会以已知的速率衰减。该标志可以被设置在存储器中，但是这需要应答器确定该标志已经被设置了多久了，这需要应答器在它不处于读取器的范围内的时候被供电。在存储器中设置标志也会需要比较复杂的控制电路和额外的时间，通常大概是4ms，而设置单个永久性的标志可以在大概0.2ms内完成。
图3是示意流程图，表示根据本发明的实施例的应答器的示例的操作序列。应答器的操作从步骤301开始，当应答器第一次检测到读取器场时，例如在范围内的读取器的场重置操作完成之后，开始该步骤。应答器通过执行传统的启动进程开始(步骤302)，然后关于是否应该执行完整性检查，检查是否已经设置了标志(步骤303)。如果标志还没有被设置，则应答器从存储器读取数据和校验和(步骤304)并执行完整性校验(步骤305)。如果完整性校验成功(步骤306)，设置指示完整性校验成功的标志(步骤307)，然后应答器继续等待接收命令(步骤308)。在某些情况中，用于执行启动进程和完整性校验的时间将少于读取器所允许的时间，因此应答器能够响应读取器发布的命令。在其他情况中，应答器将继续等待命令直到下一个场重置操作，下一个场重置操作结束了该操作序列。如果接收到命令，则应答器执行该命令(步骤309)并且发送响应(步骤310)。然后当应答器保持被供电时，应答器等待下一个命令(步骤308)。
如果在步骤303中应答器确定表示完整性校验成功的标志已经被设置的话，则应答器立即前进到等待接收命令的步骤(步骤308)。在标志不是永久性的标志的情况中，即该标志不会随着时间衰减，则首先要进行检查以确定是否已经超出了时间周期。如果已经超出了时间周期，则重置该标志，以便将在随后的一个回合中执行完整性校验。然后应答器等待接收命令(步骤308)，然后执行所接收到的命令(步骤309)和发送响应(步骤310)。应答器也可以被配置成通过在重置标志之后前进到步骤304而不是前进到步骤308来立即执行完整性校验。
如果完整性确认过程(步骤306)失败，则优选地，应答器被禁用，该序列立即结束，而不再等待接收命令。这样会防止应答器发布错误的标识符。应答器或者可以对接收到的任何命令发布表示错误的响应，这样可以使读取器能够确定范围内的应答器有故障。
其他实施例也在所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种射频应答器电路，其特征在于，包括天线模块、控制电路和存储器，射频应答器电路被配置成通过控制电路读取和经由天线模块发送存储器中存储的标识符，以此来响应经由天线模块接收到的读取器命令，其中控制电路被配置成在第一次经由天线模块被读取器场供电时，对存储器中存储的数据执行完整性校验，并且在随后被读取器场供电时在预定时间内不执行完整性校验。
2.如权利要求1所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成从存储器读取包括标识符和校验和的数据，并且通过对标识符执行校验和函数来执行完整性校验。
3.如权利要求1或2所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成，如果完整性校验失败，则禁用应答器。
4.如权利要求1或2所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成，如果完整性校验失败，则响应读取器命令经由天线模块发送错误信号。
5.如在前的任意一项权利要求所述的射频应答器电路，其特征在于，预定时间是一秒、五秒、一分钟或更长。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的射频应答器电路，其特征在于，预定时间由预定次来设置，该预定次是应答器电路在执行完整性校验之后被供电的次数。
7.如在前的任意一项权利要求所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成在执行完整性校验之后设置标志，以表示在预定时间内，随后将不用执行完整性校验。
8.如权利要求7所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成在预置时间周期到期之后重置标志。
9.如权利要求7所述的射频应答器电路，其特征在于，标志是永久性的标志。
10.如权利要求7-9中任意一项所述的射频应答器电路，其特征在于，控制电路被配置成，当经由天线模块被读取器场供电时检查标志的状态，并且只有在没有设置标志时执行完整性校验。
11.一种射频应答器，其特征在于，包括在前的任意一项权利要求所述的电路和连接到天线模块的天线。
12.一种操作根据在前的任意一项权利要求所述的射频应答器电路的方法，其特征在于，该方法包括：
通过读取器场经由天线模块对应答器电路第一次供电；
从存储器存储的数据中读取标识符；
对标识符执行完整性校验；
如果完整性校验成功，则设置标志；
经由天线模块接收读取器命令；
响应读取器命令，经由天线模块发送标识符；以及
当被随后的读取器场供电时且标志被保持设置时，不执行完整性校验。
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