CN105574578A - 超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，通过增加阻抗匹配电路调整所述芯片的输入阻抗，包括步骤1：构建输入阻抗的等效电路；等效电路为电阻并联电容的二端网络；步骤2：在等效电路的输出端增加L型阻抗匹配电路。与现有技术相比，本发明提供的一种超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，能够在空间受限或者环境恶劣的情况下，提高超高频射频识别电子标签芯片的Q值，从而保证电子标签正常工作。

Description

超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法
技术领域
本发明涉及一种阻抗匹配方法，具体涉及一种用于超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法。
背景技术
射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，该技术利用射频信号通过空间耦合，即交变磁场或电磁场，实现无接触信息传递并以所传递的信息实现识别。射频识别技术以其自身的特点正在物流供应链、食品药品溯源、车辆交通管理和门禁身份识别等领域发挥着越来越重要的角色。
射频识别系统由电子标签、阅读器及上位机三部分组成，其中电子标签由天线和芯片两部分构成。射频识别系统可在低频、高频、超高频及微波频段下工作，其中超高频RFID系统具有工作距离远、读取速度快、识别效率高、成本低廉、无需外接电池等优点，越来越受到各个行业的青睐。超高频RFID电子标签的工作原理是通过标签天线耦合阅读器发射的电磁信号并从中获取能量和有用信息而实现通信的，天线和芯片之间的阻抗匹配程度对识别距离和通信效率有着直接影响。在纷繁复杂的各种应用体系中，由于环境和空间的限制，标签天线的设计受到诸多影响，而由于超高频射频识别的工作频段限定为900MHz左右，其特征波长为30cm左右，这就决定了超高频标签天线的尺寸应为10cm数量级，这一客观原因导致了普通超高频标签在1cm尺度下无法很好工作，例如在酒类瓶盖内部，药品内部，珠宝首饰铭牌等应用场景，大标签无法与目标物品匹配的情况下，小型化天线势必导致天线的Q值过高，与普通低Q值大带宽的标签芯片无法进行阻抗匹配，直接影响标签的正常工作。因此需要提供一种芯片阻抗匹配技术以提高超高频射频识别电子标签芯片的Q值，以拓宽标签的应用环境。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，所述方法包括下述步骤：
步骤1：构建标签芯片输入阻抗的等效电路；所述等效电路为电阻并联电容的二端网络；
步骤2：在所述等效电路的输出端增设L型阻抗匹配电路。
优选的，所述L型阻抗匹配电路的两条支路分别包括电抗器件Zs和电抗器件Zp；
所述电抗器件Zs与所述等效电路中电阻和电容组成的并联支路串联；
所述电抗器件Zp并联在所述并联支路和所述电抗器件Zs的连接支路的两端；
优选的，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电容器件；
优选的，所述电容器件为所述芯片的顶层金属边沿产生的寄生电容；
优选的，通过插指排布设计所述顶层金属边沿产生的寄生电容；
优选的，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电感器件；
优选的，调整所述电抗器件Zs和电抗器件Zp的电抗值的大小从而改变所述芯片的输入阻抗品质因数Qchip；
所述品质因数Qchip＝Xchip/Rchip，Xchip为所述芯片的等效电抗值，Rchip为所述芯片的等效电阻值；
优选的，所述输入阻抗品质因数Qchip与超高频射频识别电子标签天线的品质因数Qant相等；
优选的，所述芯片的工作频宽为5MHz，以满足标准GB/T29768-2013对电子标签的工作要求。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明技术方案中，超高频射频识别电子标签芯片中增加L型阻抗匹配电路，利用匹配网络的调节功能，将芯片的输入阻抗Q值增大，有利于标签芯片和小型化天线的匹配；
2、本发明技术方案中，L型阻抗匹配电路的电抗器件采用标签芯片顶层金属边沿产生的寄生电容，在不增加制造成本和芯片面积的前提下，加入匹配网络电路，体现低成本优势。
3、本发明技术方案中，寄生电容采用插指排布设计，利用插指状排布的方式，最大限度的增加电容密度，有效利用芯片面积。同时加入顶层金属引入的插指电容同时可以掩蔽金属下方的敏感射频器件和ESD器件，使其不受外部电磁噪声的干扰，保证通信的高稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：现有技术中超高频射频识别电子标签芯片的等效输入电路；
图2是：本发明实施例中超高频射频识别电子标签芯片的等效输入电路；
图3是：本实施例中超高频射频识别电子标签芯片的输入阻抗在史密斯阻抗原图上的变化轨迹；
图4是：本发明实施例中插指电容的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
当前超高频射频识别电子标签由于成本的限制，其芯片内没有匹配网络，且普通的低Q值宽带匹配的电子标签对狭小空间嵌入使用的适应性不好。
另外，为了使得整个超高频射频识别电子标签功率传输最大化，需要将标签天线的设计阻抗和标签芯片达到共轭匹配，也就是此时标签输入阻抗和天线等效阻抗的品质因数相等，即Q＝R/X；一般来说，芯片的输入阻抗和芯片的电路结构以及功耗情况直接相关，目前大多数产品的Q值在5-15之间，因此需要将标签天线的Q值调整到5-15之间实现识别距离最大化。
标签天线阻抗的实部表征天线的辐射阻抗，也就是一个天线对外辐射能量的能力；虚部表征天线通过折叠和闭环得到的等效电抗数值，是调整Q值的有效手段。但是在一些空间受限或者环境恶劣的情况下，如酒类瓶盖内部，药品内部等应用环境，天线辐射能力大大降低，直接导致天线的辐射阻抗急剧减小，而Q值急剧升高，这样标签芯片和标签天线的阻抗严重失配，大大降低识别距离和通信效率。
本发明提供的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，通过增加阻抗匹配电路能够任意调节标签芯片的输入阻抗的品质因数Q值，具体步骤为：
1、构建标签芯片输入阻抗的等效电路；
如图1所示，等效电路为电阻并联电容的二端网络，输入端子为RF+和RF-。
2、在上述等效电路的输出端增加L型阻抗匹配电路；
如图2所示，L型阻抗匹配电路的两条支路分别包括电抗器件Zs和电抗器件Zp；
电抗器件Zs与等效电路中电阻和电容组成的并联支路串联；
电抗器件Zp并联在并联支路和电抗器件Zs的连接支路的两端。
(1)电抗器件Zs和电抗器件Zp的类型：
①：电抗器件Zs和电抗器件Zp为电容器件。
为了降低标签芯片的成本，该电容器件采用为标签芯片的只起到屏蔽和填充作用的顶层金属边沿产生的寄生电容，并且通过插指排布设计顶层金属边沿产生的寄生电容，版图设计中进行插指状排布如图4所示。
图4的连接方式可以等效为AB两点之间接入了电容Cf，而整个电容位于芯片内部电路的上方，并不额外占用芯片面积；同时由于只使用了一层金属，如果芯片需要修改为普通产品，只要修改一层金属的掩膜板(Mask)即可达到目的，产品切换的成本非常低。
②：电抗器件Zs和电抗器件Zp为电感器件。
(2)通过电抗器件Zs和电抗器件Zp调整标签芯片的输入阻抗的过程为：
通过调整电抗器件Zs和电抗器件Zp的电抗值的大小从而改变标签芯片的输入阻抗品质因数Qchip；品质因数Qchip＝Xchip/Rchip，Xchip为标签芯片的等效电抗值，Rchip为标签芯片的等效电阻值；其中，输入阻抗品质因数Qchip与超高频射频识别电子标签天线的品质因数Qant相等。
如图3所示，当没有匹配网络的标签芯片阻抗为容性阻抗，位于图3中Zc1处，增加L型阻抗匹配电路后，阻抗位置发生了两次移动，达到图3中Zc2处，从阻抗圆图相对位置可知，阻抗Zc2的Q值明显高于Zc1，通过选择不同大小的电抗元件，可以自由调节阻抗移动的路线和最终的位置，达到任意调节芯片输入阻抗Q值的目的。
(2)标签芯片的工作频段：
超高频射频识别系统的工作频率集中在900MHz频段，依据《800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)》，超高频射频识别产品应该工作在840MHz～845MHz和920MHz～925MHz两个频段，每个频段内的通信带宽为5MHz。
本发明实施例中增加L型阻抗匹配电路后芯片的工作频宽为5MHz，从而满足标准GB/T29768-2013，即“《信息技术射频识别800/900MHz空中接口协议》”对电子标签的工作要求：满足电子标签对产品识别标签的信息识别要求，主要是满足如酒类瓶盖内部，药品内部等空间受限或者环境恶劣的情况下对产品识别标签的信息识别要求。
3、本发明提供的一个具体实施例为：
如图1所示，标签芯片的输入阻抗等效电路中R＝1550Ω，电容C＝0.83pF，
当不加入L型阻抗匹配电路时：计算得到922MHz频点，等效输入阻抗Zc＝27.4-204.3j，品质因数Q＝7.5；如果标签天线的Q值很高例如Q＝100，不妨设天线阻抗Za＝1+100j，此时由于阻抗严重失配导致强烈的能量反射，经过计算反射系数S11＝0.995，等效进入标签芯片内部的能量不足总能量的1％，即绝大多数能量都浪费了，这将大大影响系统效率，甚至无法保证系统正常工作。
当加入L型阻抗匹配电路时，如电抗器件Zs＝0.5pF，电抗器件Zp＝1.42pF：标签芯片的输入阻抗被调整到Zc＝0.9-99.6j，经过计算反射系数S11＝0.22，等效进入标签芯片内部的能量达到了总能量的95％以上，对整个系统效率的提升是巨大的。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (9)

1.一种超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤1：构建标签芯片输入阻抗的等效电路；所述等效电路为电阻并联电容的二端网络；
步骤2：在所述等效电路的输出端增设L型阻抗匹配电路。
2.如权利要求1所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述L型阻抗匹配电路的两条支路分别包括电抗器件Zs和电抗器件Zp；
所述电抗器件Zs与所述等效电路中电阻和电容组成的并联支路串联；
所述电抗器件Zp并联在所述并联支路和所述电抗器件Zs的连接支路的两端。
3.如权利要求2所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电容器件。
4.如权利要求3所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述电容器件为所述芯片的顶层金属边沿产生的寄生电容。
5.如权利要求4所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，通过插指排布设计所述顶层金属边沿产生的寄生电容。
6.如权利要求2所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电感器件。
7.如权利要求2所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，调整所述电抗器件Zs和电抗器件Zp的电抗值的大小从而改变所述芯片的输入阻抗品质因数Qchip；
所述品质因数Qchip＝Xchip/Rchip，Xchip为所述芯片的等效电抗值，Rchip为所述芯片的等效电阻值。
8.如权利要求7所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述输入阻抗品质因数Qchip与超高频射频识别电子标签天线的品质因数Qant相等。
9.如权利要求1-8任一项所述的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，其特征在于，所述芯片的工作频宽为5MHz，以满足标准GB/T29768-2013对电子标签的工作要求。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106982076A (zh) * 2017-02-27 2017-07-25 广州油菜花信息科技有限公司 一种天线快速匹配方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070247283A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-25 Chuan-Yi Lee Method for Manufacturing a Communication Device of a Radio Frequency Identification System and Related Apparatus
CN101425148A (zh) * 2007-10-30 2009-05-06 美国博通公司 多模rfid标签及其操作方法
CN103022644A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 贵州师范大学 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法
CN204143481U (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 睿芯联科（北京）电子科技有限公司 一种超高频射频识别电子标签芯片

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070247283A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-25 Chuan-Yi Lee Method for Manufacturing a Communication Device of a Radio Frequency Identification System and Related Apparatus
CN101425148A (zh) * 2007-10-30 2009-05-06 美国博通公司 多模rfid标签及其操作方法
CN103022644A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 贵州师范大学 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法
CN204143481U (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 睿芯联科（北京）电子科技有限公司 一种超高频射频识别电子标签芯片

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106982076A (zh) * 2017-02-27 2017-07-25 广州油菜花信息科技有限公司 一种天线快速匹配方法

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