CN110020708B - 一种超高频rfid标签阻抗自适应电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高频RFID标签阻抗自适应电路及方法，该电路包括：天线；电容阵列，包括n个并联的电容支路，在数字循环控制电路输出的控制信号控制下选择性接通某一电容支路；数字循环控制电路，在输入使能信号的控制下输出n个控制信号，并在扫描到某值导致标签芯片开始工作时锁定在该值；交流‑直流转换器，将天线接收的无线信号转换为直流电压；上电复位电路，在直流电压高于一额定电压时产生复位信号；基准电压源电路，产生控制数字循环控制电路工作所需的参考电压；分压电路，对直流电压进行采样得到分压；比较器，将该分压与参考电压进行比较得到一比较输出；逻辑电路，将比较输出与该复位信号进行逻辑运算，得到该输入使能信号。

Description

一种超高频RFID标签阻抗自适应电路及其实现方法

技术领域

本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，特别是涉及一种超高频RFID标签阻抗自适应电路及其实现方法。

背景技术

对于一个超高频RFID标签而言，标签天线与标签芯片阻抗匹配程度会直接影响到标签的读写距离，在应用中总希望标签芯片阻抗与天线阻抗能做到最佳匹配从而使得标签处于最佳工作状态，然而标签在实际使用过程中外界环境而变化、工艺封装寄生、环境温度等等都会不同程度的影响到标签天线与芯片之间的阻抗匹配。当标签因为匹配恶化而性能下降时，希望通过芯片的自动调节将匹配校正回来，由此标签自动阻抗匹配技术应运而生。

目前现有的较成熟的超高频RFID自适应阻抗匹配技术都是基于自动搜索比较方案，即搜索到最佳的匹配点或者以次数为停止标记，这种方案的缺点在于无论标签是否可以正常工作都要寻找最佳匹配点，这种方案大大影响到RFID系统的盘存速度，因此实有必要提出一种技术手段，以缓解解决上述问题。

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超高频RFID标签阻抗自适应电路及其实现方法，以在超低功耗下实现阻抗的自适应，提高RFID系统的盘存速度。

为达上述及其它目的，本发明提出一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，包括：

天线，用于收发无线交流信号；

电容阵列，包括n个并联的电容支路，用于在数字循环控制电路输出的控制信号控制下选择性接通某一电容支路以改变电路的阻抗；

数字循环控制电路，用于在输入使能信号的控制下输出n个控制信号，并在扫描到某值导致标签芯片开始工作时锁定在该值；

交流-直流转换器，用于将所述天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作；

上电复位电路，用于在所述直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；

基准电压源电路，用于产生控制所述数字循环控制电路工作所需的参考电压vref；

分压电路，用于对所述直流电压VDD进行采样得到分压；

比较器，用于将所述分压电路输出的分压与所述基准电压源电路产生的参考电压vref进行比较得到一比较输出；

逻辑控制电路，用于将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路输出的复位信号进行逻辑运算，得到控制所述数字循环控制电路工作的使能信号。

优选地，每个电容支路包括串联的开关K(i)和电容C(i)，各开关K(i)的一端连接在一起组成电容支路的公共端，连接所述天线，开关K(i)的另一端连接至所述电容C(i)的一端，电容C(i)的另一端接地。

优选地，所述逻辑控制电路为与门，用于对所述比较器的比较输出与所述上电复位电路输出的复位信号进行逻辑与操作后送入所述数字循环控制电路。

优选地，所述基准电压源电路输出的参考电压vref连接至所述比较器的同相输入端，所述分压电路输出的分压连接至所述比较器的反相输入端，比较器的输出端连接至所述与门的一输入端，所述复位信号连接至所述与门的另一输入端，所述与门的输出端连接至所述数字循环控制电路的使能端，所述数字循环控制电路的n个输出连接至所述电容阵列的n个输入端S(i)，所述电容阵列的n个输入端S(i)分别连接至开关K(i)的控制端。

优选地，当所述交流-直流转换器输出的电压低于所述上电复位电路设定电压，整个电路不启动，所述数字循环控制电路输出均为“0”，标签芯片不工作。

优选地，当所述交流-直流转换器输出的电压高于上电复位电路设定电压时，若所述分压电路输出的电压高于所述基准电压源电路的参考电压，此时所述比较器输出为低，所述与门输出为低，数字循环控制电路30不工作，输出均为“0”，所述标签芯片开始工作。

优选地，当所述交流-直流转换器输出的电压高于上电复位电路设定电压时，若所述分压电路的输出电压低于所述基准电压源电路输出的参考电压时，此时所述比较器输出为高，所述与门输出为高，所述数字循环控制电路开始工作，进而使得所述天线端阻抗变化，从而引起所述交流-直流转换器的输出电压变化，

优选地，若变化至所述分压电路的输出电压高于所述参考电压，所述比较器输出为低，所述与门输出为低，所述数字循环控制电路不工作，输出锁定在该值处，直至芯片断电或者上电复位电路输出为“0”开始复位，所述标签芯片开始工作。

优选地，若所述数字循环控制电路在循环了所有值之后，所述分压电路的输出电压仍然低于所述参考电压，此时所述比较器输出为高，所述与门输出为高，所述数字循环控制电路停止工作，输出均为“1”，所述标签芯片不工作。

为达到上述目的，本发明还提供一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的实现方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作；

步骤S2，利用一上电复位电路在所述直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；

步骤S3，利用一分压电路对直流电压VDD进行采样得到分压；

步骤S4，利用一比较器将所述分压电路输出的分压与参考电压vref进行比较得到一比较输出；

步骤S5，利用一逻辑电路将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路的复位信号进行逻辑运算得到控制数字循环控制电路工作的使能信号；

步骤S6，利用所述数字循环控制电路在所述使能信号的控制下输出n个控制信号至电容阵列，以选择性接通所述电容阵列的某一电容支路以改变电路的阻抗，并在扫描到某值导致所述标签芯片开始工作时锁定在该值。

与现有技术相比，本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路及其实现方法通过利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压，利用上电复位电路在直流电压高于一额定电压时产生复位信号，利用分压电路对直流电压进行采样得到分压，利用一比较器将所述分压电路输出的分压与参考电压进行比较得到一比较输出，并利用一与门将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路的复位信号进行逻辑与运算得到控制数字循环控制电路工作的使能信号，利用所述数字循环控制电路在所述使能信号的控制下输出n个控制信号至电容阵列，以选择性接通所述电容阵列的某一电容支路以改变电路的阻抗，并在扫描到某值导致所述标签芯片开始工作时锁定在该值，可在超低功耗下实现阻抗自适应的目的，提高了RFID系统的盘存速度。

附图说明

图1为本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的电路结构图；

图2为本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应的实现方法的步骤流程图。

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为本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的电路结构图。如图1所示，本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，包括：天线10、电容阵列20、数字循环控制电路30、交流-直流转换器40、上电复位电路50、基准电压源电路60、分压电路70、逻辑电路80和比较器90。

其中，天线10，用于收发无线交流信号，其收发信号强度与所接电路阻抗相关；电容阵列20由n个电容支路组成，每个电容支路包括开关K(i)和电容C(i)(i＝1,2,……,n)，用于在数字循环控制电路30输出的控制信号控制下选择性接通某一电容支路以改变电路的阻抗；数字循环控制电路30，用于在输入使能信号的控制下输出n个控制信号，并在扫描到某值导致标签芯片开始工作时锁定在该值；交流-直流转换器40，用于将天线10接收的无线信号转换为直流电压VDD供给RFID标签芯片工作；上电复位电路50，用于在直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；基准电压源电路60，用于产生控制数字循环控制电路30工作所需的参考电压vref；分压电路70，用于对直流电压VDD进行采样得到分压；比较器90，用于将分压电路70输出的分压与参考电压vref进行比较得到一比较输出；逻辑电路80，用于将比较器90输出的比较输出与上电复位电路50输出的复位信号进行逻辑运算得到控制数字循环控制电路30工作的使能信号，在本发明中，逻辑电路80可采用与门，即将比较器90输出的比较输出与复位信号进行逻辑与运算得到控制数字循环控制电路30工作的使能信号。

天线10连接至电容阵列20的电容支路的公共端和交流-直流转换器40的输入端，电容阵列20的开关K(i)的一端连接在一起组成电容支路的公共端，开关K(i)的另一端连接至电容C(i)的一端，电容C(i)的另一端接地，交流-直流转换器40的输出端VDD连接至RFID标签芯片各部件的电源端如数字循环控制电路30、上电复位电路50、基准电压源电路60、分压电路70、与门80、比较器90以及数字基带和存储电路等，上电复位电路50输出的复位信号连接至基准电压源电路60、分压电路70、比较器90的使能端和与门80的一输入端，基准电压源电路60输出的基准电压vref连接至比较器90的同相输入端，分压电路70输出的分压连接至比较器90的反相输入端，比较器90的输出端连接至与门80的另一输入端，与门80的输出端连接至数字循环控制电路30的使能端，数字循环控制电路30的n个输出连接至电容阵列20的n个输入端S(i)，电容阵列20的n个输入端S(i)分别连接至开关K(i)的控制端。

图2为本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的实现方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的实现方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给RFID标签芯片工作；

步骤S2，利用一上电复位电路在所述直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；

步骤S3，利用一分压电路对直流电压VDD进行采样得到分压；

步骤S4，利用一比较器将所述分压电路输出的分压与参考电压vref进行比较得到一比较输出；

步骤S5，利用一与门将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路的复位信号进行逻辑与运算得到控制数字循环控制电路工作的使能信号；

步骤S6，利用所述数字循环控制电路在所述使能信号的控制下输出n个控制信号至电容阵列，以选择性接通所述电容阵列的某一电容支路以改变电路的阻抗，并在扫描到某值导致该RFID标签芯片开始工作时锁定在该值。所述电容阵列由n个电容支路组成，每个电容支路包括串联的开关K(i)和电容C(i)(i＝1,2,……,n)。

以下将配合图1说明本发明的工作原理：

当标签进入场内时，天线接收到读写器发射的电磁波，经过交流-直流转换器40将交流信号转换为可供芯片工作的直流电压，上电复位电路50开始工作，当上电复位电路50输出为高后，基准电压源电路60、分压电路70、比较器90开始工作。具体工作情况分为如下2种：

1)交流-直流转换器40的电压低于上电复位电路设定电压，整个电路不启动，数字循环控制电路30输出均为“0”，RFID标签芯片不工作；

2)交流-直流转换器40的电压高于上电复位电路设定电压后，存在如下两种情况：

情况一，分压电路70输出的电压高于基准电压源电路60的基准电压时，此时比较器输出为低，与门80输出为低，数字循环控制电路30不工作，输出均为“0”，整个RFID标签芯片开始工作；

情况二，分压电路输出电压低于基准电压源电路60的基准电压时，此时比较器输出为高，与门80输出为高，数字循环控制电路30开始工作，天线端阻抗变化，从而引起交流-直流转换器40的输出电压变化。此时分三种情况：情况a)，当在数字循环控制电路30输出某一值的情况下，此时分压电路70的输出电压高于基准电压时，比较器输出为低，与门80输出为低，数字循环控制电路30不工作，输出锁定在该值处，直至芯片断电或者上电复位电路输出为“0”开始复位，整个RFID标签芯片开始工作；情况b)，数字循环控制电路30在循环了所有值之后，分压电路70的输出电压仍然低于基准电压时，此时比较器输出为高，与门80输出为高，数字循环控制电路30停止工作，输出均为“1”，整个RFID标签芯片不工作；情况c)，数字循环控制电路30在输出某一值后，交流-直流转换器40的电压低于上电复位电路设定电压，整个电路复位，数字循环控制电路30不工作，输出均为“0”，整个RFID标签芯片不工作。

综上所述，本发明一种超高频RFID标签阻抗自适应电路及其实现方法通过利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压，利用上电复位电路在直流电压高于一额定电压时产生复位信号，利用分压电路对直流电压进行采样得到分压，利用一比较器将所述分压电路输出的分压与参考电压进行比较得到一比较输出，并利用一与门将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路的复位信号进行逻辑与运算得到控制数字循环控制电路工作的使能信号，利用所述数字循环控制电路在所述使能信号的控制下输出n个控制信号至电容阵列，以选择性接通所述电容阵列的某一电容支路以改变电路的阻抗，并在扫描到某值导致所述标签芯片开始工作时锁定在该值，可在超低功耗下实现阻抗自适应的目的，提高了RFID系统的盘存速度。

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)

1.一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，包括：

天线，用于收发无线交流信号；

电容阵列，包括n个并联的电容支路，用于在数字循环控制电路输出的控制信号控制下选择性接通某一电容支路以改变电路的阻抗，n为并联的电容支路的个数；

数字循环控制电路，用于在输入使能信号的控制下输出n个控制信号，并在扫描到某值导致标签芯片开始工作时锁定在该值，每个控制信号对应一个电容支路；

交流-直流转换器，用于将所述天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作；

上电复位电路，用于在所述直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；

基准电压源电路，用于产生控制所述数字循环控制电路工作所需的参考电压vref；

分压电路，用于对所述直流电压VDD进行采样得到分压；

比较器，用于将所述分压电路输出的分压与所述基准电压源电路产生的参考电压vref进行比较得到一比较输出；

逻辑电路，用于将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路输出的复位信号进行逻辑运算，得到控制所述数字循环控制电路工作的使能信号。

2.如权利要求1所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：每个电容支路包括串联的开关K(i)和电容C(i)，各开关K(i)的一端连接在一起组成电容支路的公共端，连接所述天线，开关K(i)的另一端连接至所述电容C(i)的一端，电容C(i)的另一端接地，i＝1,2,……,n。

3.如权利要求2所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：所述逻辑电路采用与门，以对所述比较器的比较输出与所述上电复位电路输出的复位信号进行逻辑与操作后送入所述数字循环控制电路。

4.如权利要求3所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：所述基准电压源电路输出的参考电压vref连接至所述比较器的同相输入端，所述分压电路输出的分压连接至所述比较器的反相输入端，所述比较器的输出端连接至所述与门的一输入端，所述复位信号连接至所述与门的另一输入端，所述与门的输出端连接至所述数字循环控制电路的使能端，所述数字循环控制电路的n个输出连接至所述电容阵列的n个输入端S(i)，所述电容阵列的n个输入端S(i)分别连接至开关K(i)的控制端。

5.如权利要求4所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：当所述交流-直流转换器输出的电压低于所述上电复位电路设定电压，整个电路不启动，所述数字循环控制电路输出均为“0”，标签芯片不工作。

6.如权利要求5所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：当所述交流-直流转换器输出的电压高于上电复位电路设定电压时，若所述分压电路输出的电压高于所述基准电压源电路的参考电压，此时所述比较器输出为低，所述与门输出为低，数字循环控制电路30不工作，输出均为“0”，所述标签芯片开始工作。

7.如权利要求5所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：当所述交流-直流转换器输出的电压高于上电复位电路设定电压时，若所述分压电路的输出电压低于所述基准电压源电路输出的参考电压时，此时所述比较器输出为高，所述与门输出为高，所述数字循环控制电路开始工作，进而使得所述天线端阻抗变化，从而引起所述交流-直流转换器的输出电压变化。

8.如权利要求7所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：若变化至所述分压电路的输出电压高于所述参考电压，所述比较器输出为低，所述与门输出为低，所述数字循环控制电路不工作，输出锁定在该值处，直至芯片断电或者上电复位电路输出为“0”开始复位，所述标签芯片开始工作。

9.如权利要求7所述的一种超高频RFID标签阻抗自适应电路，其特征在于：若所述数字循环控制电路在循环了所有值之后，所述分压电路的输出电压仍然低于所述参考电压，此时所述比较器输出为高，所述与门输出为高，所述数字循环控制电路停止工作，输出均为“1”，所述标签芯片不工作。

10.一种超高频RFID标签阻抗自适应电路的实现方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作；

步骤S2，利用一上电复位电路在所述直流电压VDD高于一额定电压时产生复位信号；

步骤S3，利用一分压电路对直流电压VDD进行采样得到分压；

步骤S4，利用一比较器将所述分压电路输出的分压与参考电压vref进行比较得到一比较输出；

步骤S5，利用一逻辑电路将所述比较器的比较输出与所述上电复位电路的复位信号进行逻辑运算得到控制数字循环控制电路工作的使能信号；

步骤S6，利用所述数字循环控制电路在所述使能信号的控制下输出n个控制信号至包括n个并联的电容支路的电容阵列，以选择性接通所述电容阵列的某一电容支路以改变电路的阻抗，并在扫描到某值导致所述标签芯片开始工作时锁定在该值，其中，每个控制信号对应一个电容支路，n为并联的电容支路的个数。

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