CN106934446A - 适用于超高频rfid标签的调制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于超高频RFID标签的调制器及其控制方法，该调制器包括：比较器模块，在周期性使能信号的控制下将输入电压分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出；锁存器模块，在周期性使能信号有效时对比较器模块的输出分别采样，并在周期性使能信号无效后保持锁存器模块的N个输出至标签掉电或至下一使能信号有效；选择模块，在调制控制信号的控制下将锁存器模块的N个输出选择性向电容阵列输出N个控制信号；电容阵列，在该N个控制信号和调制控制信号的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数，本发明通过检测信号强弱来改变接入调制器的调制电容的大小以达到自适应调节能量反射系数的目的。

Description

适用于超高频RFID标签的调制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，特别是涉及一种适用于超高频RFID标签的自适应调制器及其控制方法。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合来实现无接触的信息传递，并通过所传递的信息来达到识别的目的，电子数据载体工作时所需要的能量可以通过阅读器非接触式地获取，通过阅读器和标签之间的数据交换来实现信息读取和写入，在完成识别的过程中无需人工干预，不易损坏、可支持快速阅读、移动识别、多目标识别、定位及感应等长期跟踪功能。按照工作频率的不同，RFID通常分为低频(125kHz/134.2kHz)、高频(13.56MHz)、超高频(433MHz/860MHz～960MHz)和微波(2.45GHz/5.8GHz)等几个类型。在上述分类中，无源超高频RFID(指860MHz～960MHz频段，文中如无特别说明所指超高频RFID均为该频段)由于其具有无源低成本、小尺寸、高安全性、高通信速率(40kHz～640kHz)、较远的通信距离(>5m)以及较强的防冲突能力的特点而备受青睐，在服装、烟酒、食品、贵重物品防伪、航空行李，仓储管理、车辆识别等诸多领域中有巨大的应用前景，并成为了RFID领域的研究热点。
超高频RFID中采用反向散射的调制方法,通过改变芯片输入阻抗来改变芯片与天线间的反射系数，使得反射回去的电磁波的参数发生变化，从而实现调制。改变芯片输入电容值是目前超高频RFID最为常用的方式。对于无源超高频RFID芯片而言，输入阻抗会随输入信号的功率而变，为了确保标签高的灵敏度，天线与标签芯片阻抗匹配功率点通常选择在标签芯片的灵敏度附近且保持合适的能量反射系数(过大的能量反射系数会影响标签的灵敏度)，而相同阻抗变化在大功率输入条件下能量反射系数会变小(输入功率较大时天线与标签芯片之间的阻抗处于失配状态)，从而影响到标签系统的通信，严重时会导致通信盲区。因此，实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种适用于超高频RFID标签的调制器及其控制方法，其通过检测信号强弱来接入调制器的调制电容的大小以达到自适应调节能量反射系数，实现了大信号条件下返回信号功率优于固定电容调制时的返回信号功率的目的，避免了大信号条件时反而接收困难的问题。
为达上述及其它目的，本发明提出一种适用于超高频RFID标签的调制器，包括：
比较器模块，用于在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压(Vinput)分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；
锁存器模块，用于在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样，并在该周期性使能信号(EN)无效后保持该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)至标签掉电或至下一使能信号有效；
选择模块，用于在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；
电容阵列，用于在该选择模块输出的N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
进一步地，该比较器模块包括N个比较器，N个参考电压分别连接该N个比较器的反相输入端，与整流器输出相关的输入电压(Vinput)连接至该N个比较器的同相输入端，该周期性使能信号(EN)连接该N个比较器的控制端。
进一步地，该锁存器模块包括N个锁存器，该N个锁存器的输入端分别连接至该N个比较器的输出端，该N个锁存器的时钟输入端连接该周期性使能信号(EN)。
进一步地，该选择模块包括N个二输入与门，该N个二输入与门的一输入端分别连接该N个锁存器的输出端，该N个二输入与门的另一输入端连接该调制控制信号(Mod_EN)，该N个二输入与门的输出端连接至该电容阵列。
进一步地，该电容阵列包括N+1个电容(C0，C1…CN)以及N+1个NMOS开关管，一NMOS开关管栅极接至该调制控制信号(Mod_EN)，另N个NMOS开关管栅极分别连接至该N个二输入与门的输出端，该N+1个NMOS开关管源极接地，漏极分别接N+1个电容的一端，该N+1个电容的另一端均连接至超高频载波输入端。
进一步地，当该标签芯片上电后，且在该周期性使能信号(EN)有效时间内，该比较器模块根据比较输出的结果决定该调制器工作时是选择电容C0、C0+C1或者是C0+C1+…+CK，K＝1……N。
进一步地，假设N个参考电压分别为Vref1、Vref2与VrefK，K＝1……N，且Vref(K-1)<VrefK，K＝2……N，若输入电压(Vinput)<Vref1，当该调制控制信号(Mod_EN)为高时，则该调制器电容只选取电容C0。
进一步地，若Vref(K-1)<Vinput<VrefK，当调制控制信号(Mod_EN)为高时，该调制器电容选取电容C0+C1+C2+……+C(K-1)。
进一步地，若Vinput>VrefN，当该调制控制信号(Mod_EN)为高时，该调制器电容选取电容C0+C1+C2+……+C(N)。
为达到上述目的，本发明还提供一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，利用比较器模块在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；
步骤二，利用锁存器模块在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样并在该周期性使能信号(EN)无效后保持锁存器的N个输出VL1、VL2…VLN至标签掉电或至下一使能信号有效；
步骤三，利用选择模块在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出至少N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；
步骤四，由该电容阵列在N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
与现有技术相比，本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器及其控制方法通过检测信号强弱来改变接入调制器的调制电容的大小以达到自适应调节能量反射系数，实现了大信号条件下返回信号功率优于固定电容调制时的返回信号功率的目的，避免了大信号条件时反而接收困难的问题。
附图说明
图1为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器之较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法的步骤流程图。
图3为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法之较佳实施例的步骤流程图
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器之较佳实施例的结构示意图。如图1所示，本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器包括比较器模块10、锁存器模块20、选择模块30以及电容阵列40。
其中比较器模块10，包括N个比较器，用于在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压(Vinput)分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；锁存器模块20，包括N个锁存器，用于在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样，并在该周期性使能信号(EN)无效后保持该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)至标签掉电或至下一使能信号有效；选择模块30，包括N个二输入与门，用于在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；电容阵列，包括N+1个电容以及N+1个NMOS开关管，用于在该选择模块输出的N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
在本发明具体实施例中，比较器模块10由两个比较器(CMP1，CMP2)组成，用于在周期性使能信号EN的控制下将与整流器输出相关的输入电压Vinput(即输入电压Vinput随标签整流器输出电压的变化而变化)与参考电压Vref1、Vref2进行比较得到数字输出Vo1、Vo2；锁存器模块20由两个锁存器组成，用于在周期性使能信号EN的控制下将比较器输出Vo1、Vo2采样并在周期性使能信号EN无效后保持锁存器输出VL1、VL2至标签掉电或至下一使能信号有效；选择模块30由两个二输入与门AND1、AND2组成，用于在调制控制信号Mod_EN(Mod_EN为标签调制信息，来自标签芯片的基带信号)的控制下将锁存器输出VL1、VL2选择性向电容阵列40输出控制信号CT1、CT2；电容阵列40由3个电容和3个NMOS开关管组成，用于在控制信号CT1、CT2和调制控制信号Mod_EN的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
具体地说，参考电压Vref1、Vref2(本发明较佳实施例中Vref1<Vref2)分别连接比较器CMP1、CMP2反相输入端，输入信号Vinput连接比较器CMP1、CMP2的同相输入端，周期性使能信号EN连接比较器CMP1、CMP2的控制端和锁存器LA1、LA2的时钟端，比较器CMP1、CMP2的输出Vo1、Vo2分别连接至锁存器LA1、LA2的输入端，锁存器LA1、LA2的输出VL1、VL2分别连接至与门AND1、AND2之一输入端，调制控制信号Mod_EN连接至与门AND1、AND2之另一输入端和NMOS开关管NM0之栅极，锁存器AND1、AND2的输出CT1、CT2分别连接至NMOS开关管NM1、NM2的栅极，开关管NM0、NM1、NM2的源极接地，开关管NM0、NM1、NM2的漏极分别接电容C0、C1、C2的一端，电容C0、C1、C2的另一端均连接至超高频载波输入端。
以下将配合图1进一步说明本发明的工作原理：
当芯片上电后，且在周期性使能信号EN有效时间内，比较器根据比较输出的结果决定调制器工作时是选择电容C0、C0+C1或者是C0+C1+C2：
(1)若Vinput<Vref1，比较器CMP1、CMP2的输出Vo1、Vo2为低，锁存器LA1、LA2的输出VL1、VL2为低，与门AND1、AND2的输出CT1、CT2为低，当调制控制信号Mod_EN为高时，则调制器电容只选取电容C0；
(2)若Vref1<Vinput<Vref2，则比较器CMP1的输出Vo1为高，而比较器CMP2的输出Vo2为低，锁存器LA1的输出VL1为高，而锁存器LA2的输出VL2为低，当调制控制信号Mod_EN为高时，与门AND1的输出CT1为高，而与门AND2的输出CT2为低，调制器电容只选取电容C0+C1；
(3)若Vinput>Vref2，则比较器CMP1、CMP2的输出Vo1、Vo2为高，锁存器LA1、LA2的输出VL1、VL2为高，与门AND1、AND2的输出CT1、CT2为高，当调制控制信号Mod_EN为高时，调制器电容选取电容C0+C1+C2；
在EN有效时间以外，将上述比较结果保持，直至标签断电为止或至下一使能信号有效。
图2为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法，包括如下步骤：
步骤201，利用比较器模块在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；
步骤202，利用锁存器模块在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样并在该周期性使能信号(EN)无效后保持锁存器的N个输出VL1、VL2…VLN至标签掉电或至下一使能信号有效；
步骤203，利用选择模块在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出至少N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；
步骤204，由该电容阵列在N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
图3为本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法之具体实施例的步骤流程图。如图3所示，该方法包括：
步骤301，利用比较器模块在周期性使能信号EN的控制下将与整流器输出相关的输入电压Vinput分别与两个参考电压Vref1、Vref2进行比较得到两个数字输出Vo1、Vo2。在本发明中，比较器模块采用两个比较器在周期性使能信号EN的控制下将与整流器输出相关的输入电压Vinput分别与两个参考电压Vref1、Vref2进行比较得到两个数字输出Vo1、Vo2。
步骤302，利用锁存器模块在周期性使能信号EN的控制下将比较器模块的两个数字输出Vo1、Vo2分别采样并在周期性使能信号EN无效后保持锁存器输出VL1、VL2至标签掉电或至下一使能信号有效。在本发明中，锁存器模块包括两个锁存器，以分别采样两个比较器的输出Vo1、Vo2，并在周期性使能信号EN无效后保持两个锁存器输出VL1、VL2至标签掉电或至下一使能信号有效。
步骤303，利用选择模块在调制控制信号Mod_EN的控制下将锁存器模块的两个输出VL1、VL2选择性向电容阵列输出至少两个控制信号CT1、CT2。在本发明中，选择模块包括两个二输入与门AND1、AND2，以在调制控制信号Mod_EN的控制下将两个锁存器的输出VL1、VL2选择性向电容阵列输出两个控制信号CT1、CT2。
步骤304，由电容阵列在两个控制信号CT1、CT2和调制控制信号Mod_EN的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。在本发明中，电容阵列由3个电容和3个NMOS开关管组成，用于在选择模块输出的两个控制信号CT1、CT2和调制控制信号Mod_EN的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
综上所述，本发明一种适用于超高频RFID标签的调制器及其控制方法通过检测信号强弱来改变接入调制器的调制电容的大小以达到自适应调节能量反射系数，实现了大信号条件下返回信号功率优于固定电容调制时的返回信号功率的目的，避免了大信号条件时反而接收困难的问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种适用于超高频RFID标签的调制器，包括：
比较器模块，用于在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压(Vinput)分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；
锁存器模块，用于在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样，并在该周期性使能信号(EN)无效后保持该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)至标签掉电或至下一使能信号有效；
选择模块，用于在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；
电容阵列，用于在该选择模块输出的N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
2.如权利要求1所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：该比较器模块包括N个比较器，N个参考电压分别连接该N个比较器的反相输入端，与整流器输出相关的输入电压(Vinput)连接至该N个比较器的同相输入端，该周期性使能信号(EN)连接该N个比较器的控制端。
3.如权利要求2所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：该锁存器模块包括N个锁存器，该N个锁存器的输入端分别连接至该N个比较器的输出端，该N个锁存器的时钟输入端连接该周期性使能信号(EN)。
4.如权利要求3所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：该选择模块包括N个二输入与门，该N个二输入与门的一输入端分别连接该N个锁存器的输出端，该N个二输入与门的另一输入端连接该调制控制信号(Mod_EN)，该N个二输入与门的输出端连接至该电容阵列。
5.如权利要求4所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：该电容阵列包括N+1个电容(C0，C1…CN)以及N+1个NMOS开关管，一NMOS开关管栅极接至该调制控制信号(Mod_EN)，另N个NMOS开关管栅极分别连接至该N个二输入与门的输出端，该N+1个NMOS开关管源极接地，漏极分别接N+1个电容的一端，该N+1个电容的另一端均连接至超高频载波输入端。
6.如权利要求5所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：当该标签芯片上电后，且在该周期性使能信号(EN)有效时间内，该比较器模块根据比较输出的结果决定该调制器工作时是选择电容C0、C0+C1或者是C0+C1+…+CK，K＝1……N。
7.如权利要求6所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：假设N个参考电压分别为Vref1、Vref2与VrefK，K＝1……N，且Vref(K-1)<VrefK，K＝2……N，若输入电压(Vinput)<Vref1，当该调制控制信号(Mod_EN)为高时，则该调制器电容只选取电容C0。
8.如权利要求7所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：若Vref(K-1)<Vinput<VrefK，K＝2……N，当调制控制信号(Mod_EN)为高时，该调制器电容选取电容C0+C1+C2+……+C(K-1)。
9.如权利要求8所述的一种适用于超高频RFID标签的调制器，其特征在于：若Vinput>VrefN，当该调制控制信号(Mod_EN)为高时，该调制器电容选取电容C0+C1+C2+……+C(N)。
10.一种适用于超高频RFID标签的调制器的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，利用比较器模块在周期性使能信号(EN)的控制下将与整流器输出相关的输入电压分别与N个参考电压进行比较得到N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)；
步骤二，利用锁存器模块在该周期性使能信号(EN)的控制下将该比较器模块的N个数字输出(Vo1、Vo2…VoN)分别采样并在该周期性使能信号(EN)无效后保持锁存器的N个输出VL1、VL2…VLN至标签掉电或至下一使能信号有效；
步骤三，利用选择模块在调制控制信号(Mod_EN)的控制下将该锁存器模块的N个输出(VL1、VL2…VLN)选择性向电容阵列输出至少N个控制信号(CT1、CT2…CTN)；
步骤四，由该电容阵列在N个控制信号(CT1、CT2…CTN)和该调制控制信号(Mod_EN)的控制下开启或关闭对应开关管以选择不同的电容实现不同的能量反射系数。
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