CN110070166B - 提高超高频rfid标签芯片最大工作场强的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法，该电路包括：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，用于在迟滞比较器阵列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；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；电压检测网络，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个输出电压；迟滞比较器阵列，用于将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号至所述电容阵列，通过本发明，可实现RFID标签芯片的最大工作场强的提高。

Description

提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法
技术领域
本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，特别是涉及一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法。
背景技术
对于一个超高频RFID标签而言，当标签芯片与读写器距离很近时，通过整流器所获得电路的电压会远远大于器件所能承受的电压，会使得器件击穿而失效。现在最常采用的解决方案是在标签芯片中设计一泄流电路，以便整流器的输出电压能有效控制在集成器件所能承受的电压之内。但是这种方法对于普通超高频RFID芯片标签的缺点在于会引起芯片发热和芯片内部信号的扰动，从而会影响到器件的寿命、电路的稳定性和存储器数据的可靠性，而对于一个温度传感器超高频RFID标签而言，除了上述问题外，还会导致所测量的温度不准确，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提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法，以实现RFID标签芯片的最大工作场强的提高。
为达上述及其它目的，本发明提出一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，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，用于在迟滞比较器阵列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；
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；
电压检测网络，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个电压输出；
迟滞比较器阵列，用于将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号至所述电容阵列。
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，所述电压检测网络包括n+1个电流检测电阻R0～Rn以及泄流电路，所述n+1个电流检测电阻R0～Rn和泄流电路依次级联于所述直流电压VDD与地之间。
优选地，所述迟滞比较器阵列包括n+1个迟滞比较器，所述直流电压VDD连接至迟滞比较器0的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻R(i-1)和电流检测电阻Ri的公共端连接至迟滞比较器(i-1)的反相输入端和迟滞比较器i的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻Rn与所述泄流电路的公共端连接至迟滞比较器n的反相输入端，迟滞比较器0的输出连接至迟滞比较器i的使能端，迟滞比较器i输出的控制信号连接至所述电容阵列的输入端S(i)，其中i＝1,2,……,n。
优选地，当所述标签芯片进入场内，所述天线接收到读写器发射的电磁波，所述交流-直流转换器将交流信号转换为所述直流电压，当所述标签芯片接收到的能量过剩时，迟滞比较器0输出为高，随后迟滞比较器1至迟滞比较器n开始工作，随着能量的增强迟滞比较器1至迟滞比较器n相继输出为高，增加天线与电路阻抗的失配，从而减小芯片接收到的能量。
优选地，当所述标签芯片在正常的电磁场中时，只有迟滞比较器0处于工作状态，其他迟滞比较器均不工作。
为达到上述目的，本发明还提供一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的方法，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，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个输出电压。
步骤S3，利用迟滞比较器阵列将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号，以选择性接通电容阵列的某一开关支路以改变电路的阻抗。
与现有技术相比，本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法通过利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作，利用电压检测网络通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个输出电压，并利用迟滞比较器阵列将所述电压检测网路的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号，以选择性接通电容阵列的某一开关支路以改变电路的阻抗，从而提高芯片的最大工作场强和减小由于泄流太大引起的器件失效概率。
附图说明
图1为本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路的电路结构图；
图2为本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的方法的步骤流程图。
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为本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路的电路结构图。如图1所示，本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，包括：天线10、电容阵列20、交流－直流电压转换器30、迟滞比较器阵列40和电压检测网路50。
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个并联的电容支路组成，每个电容支路包括开关K(i)和电容C(i)(i＝1,2,……,n)，用于在迟滞比较器阵列40输出的控制信号控制下选择性接通某一开关支路以改变电路的阻抗；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；迟滞比较器阵列40由n+1个迟滞比较器组成，用于将电压检测网路50的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号；电压检测网路50由n+1个电流检测电阻R0～Rn和泄流电路组成，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个电压输出。
天线10连接至电容阵列20的开关支路的公共端和交流-直流转换器30的输入端，电容阵列20的开关K(i)的一端连接在一起组成公共端，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30输出的直流电压VDD连接至RFID标签芯片各部件的电源端如迟滞比较器阵列40、电压检测网络50、数字基带和存储电路等，电压检测网路50的n+1个电流检测电阻R0～Rn和泄流电路依次级联，即直流电压VDD连接至电流检测电阻R0的一端，电流检测电阻R0的另一端连接至电流检测电阻R1的一端，……，电流检测电阻R(n-1)的另一端连接至电流检测电阻Rn的一端，电流检测电阻Rn的另一端连接至泄流电路的一端，泄流电路的另一端接地，直流电压VDD连接至迟滞比较器0的同相输入端，电流检测电阻R(i-1)和电流检测电阻Ri的公共端连接至迟滞比较器(i-1)的反相输入端和迟滞比较器i的同相输入端(i＝1,2,……,n)，电流检测电阻Rn与泄流电路的公共端连接至迟滞比较器n的反相输入端，迟滞比较器0的输出连接至迟滞比较器i的使能端(i＝1,2,……,n)，迟滞比较器i输出的控制信号连接至电容阵列20的输入端S(i)(i＝1,2,……,n)，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为本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的方法，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，利用电压检测网络通过检测流过泄流电路电流大小检测电压VDD，得到n+1个输出电压。
步骤S3，利用迟滞比较器阵列将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号，以选择性接通电容阵列的某一开关支路以改变电路的阻抗，减小芯片接收到的能量，从而提高芯片的最大工作场强和减小了由于泄流太大引起的器件失效概率。
以下将配合图1进一步说明本发明的工作原理：
当标签进入场内，天线接收到读写器发射的电磁波，经过交流-直流转换器30将交流信号转换为可供芯片工作的直流电压，当标签芯片接收到的能量过剩时，迟滞比较器0输出为高，随后迟滞比较器1......迟滞比较器n开始工作，随着能量的增强迟滞比较器1......迟滞比较器n会相继打开，从而增加了天线与电路阻抗的失配，使得反射能量增加，芯片获得的能量大为减小，从而提高了芯片的最大工作场强和减小了由于泄流太大引起的器件失效概率。当标签芯片在正常的电磁场中时，只有迟滞比较器0处于工作状态，而其他迟滞比较器均不工作，此时电路功耗很小(nW)，对标签的灵敏度影响几乎可以忽略不计。
可见，本发明由于采用了对直流电压VDD的多级采样从而获得多级控制信号去改变阻抗的方法，使得在整流获得的直流电压VDD越高则阻抗失配越严重，从而接收到的射频交流信号就越小，从而避免单级泄流电路造成发热问题，实现了RFID标签芯片的最大工作场强的提高。
综上所述，本发明一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路及方法通过利用交流-直流转换器将天线接收的无线信号转换为直流电压VDD供给标签芯片工作，利用电压检测网络，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个电压输出，并利用迟滞比较器阵列将所述电压检测网路的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号，以选择性接通电容阵列的某一开关支路以改变电路的阻抗，从而提高芯片的最大工作场强和减小由于泄流太大引起的器件失效概率。
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 (6)

1.一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，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，用于在迟滞比较器阵列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；
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；
电压检测网络，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个输出电压；
迟滞比较器阵列，用于将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号至所述电容阵列，所述迟滞比较器阵列包括n+1个迟滞比较器，所述直流电压VDD连接至迟滞比较器0的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻R(i-1)和电流检测电阻Ri的公共端连接至迟滞比较器(i-1)的反相输入端和迟滞比较器i的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻Rn与所述泄流电路的公共端连接至迟滞比较器n的反相输入端，迟滞比较器0的输出连接至迟滞比较器i的使能端，迟滞比较器i输出的控制信号连接至所述电容阵列的输入端S(i)，其中i＝1,2,……,n。
2.如权利要求1所述的一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，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。
3.如权利要求2所述的一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，其特征在于：所述电压检测网络包括n+1个电流检测电阻R0～Rn以及泄流电路，所述n+1个电流检测电阻R0～Rn和泄流电路依次级联于所述直流电压VDD与地之间。
4.如权利要求1所述的一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，其特征在于：当所述标签芯片进入场内，所述天线接收到读写器发射的电磁波，所述交流-直流转换器将交流信号转换为所述直流电压，当所述标签芯片接收到的能量过剩时，迟滞比较器0输出为高，随后迟滞比较器1至迟滞比较器n开始工作，随着能量的增强迟滞比较器1至迟滞比较器n相继输出为高，增加天线与电路阻抗的失配，从而减小芯片接收到的能量。
5.如权利要求1所述的一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的电路，其特征在于：当所述标签芯片在正常的电磁场中时，只有迟滞比较器0处于工作状态，其他迟滞比较器均不工作。
6.一种提高超高频RFID标签芯片最大工作场强的方法，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，利用电压检测网络，通过检测流过泄流电路电流大小检测直流电压VDD，得到n+1个输出电压；
步骤S3，利用迟滞比较器阵列将所述电压检测网络的n+1个电压输出进行比较以输出n个控制信号，以选择性接通电容阵列的某一开关支路以改变电路的阻抗，从而减小芯片接收到的能量，其中，所述迟滞比较器阵列包括n+1个迟滞比较器，所述直流电压VDD连接至迟滞比较器0的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻R(i-1)和电流检测电阻Ri的公共端连接至迟滞比较器(i-1)的反相输入端和迟滞比较器i的同相输入端，所述电压检测网络的电流检测电阻Rn与所述泄流电路的公共端连接至迟滞比较器n的反相输入端，迟滞比较器0的输出连接至迟滞比较器i的使能端，迟滞比较器i输出的控制信号连接至所述电容阵列的输入端S(i)，其中i＝1,2,……,n。
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