CN110070167B - 用于连接的rfid标签的有源接收器 - Google Patents

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Abstract

一种用于与外部读取器通信的RFID标签(1)，包括：两个天线连接(LA、LB)，其用于将该RFID标签(1)连接到天线(10)，有源接收器开关电路(5)，其用于从该两个天线连接(LA、LB)接收两个输入正弦信号并生成校正波形信号(8)，调制检测电路(12)，其用于从该两个天线连接(LA、LB)接收两个输入正弦信号，并且生成与用于该读取器与该RFID标签(1)之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一解调信号(13)以及与用于该读取器与该RFID标签(1)之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二解调信号(14)。

Description

用于连接的RFID标签的有源接收器
技术领域
本发明涉及一种用于连接的RF标签的有源接收器。具体来说，但非排他地，本发明涉及近场通信(Near Filed Communication，NFC)标签。
背景技术
射频识别(Radio Frequency IDentification，RFID)标签，具体来说，近场通信(Near Filed Communication，NFC)标签在非接触市场中产生巨大影响。尤其在进入基础架构应用时，可以更高距离通信的标签变得更有吸引力。
传统地，已通过无源传输能力实施RFID标签。此类标签对可用射频(RadioFrequency，RF)场有效，并且从RF场产生RFID标签的内部电源，以向标签的内部系统(包括模拟和数字电路)供电(场供电(power-by-field))。典型地，此内部系统通常消耗10μA到200μA。可用RF场可以根据国际标准ISO 15693在约0.15A/m到12A/m的范围内变化，并且根据国际标准ISO 14443在1.5A/m到18A/m的范围内变化。为了从可用RF场产生内部电源，此类标签实施全波整流器架构，如图6到8中所示。
如图6中所示，典型RFID系统100包括天线101以及RFID标签芯片102，该RFID标签芯片102一起连接在两个天线连接LA和LB处。标签芯片102包括主整流器103，该主整流器103包括分别连接到天线连接LA和LB的两个二极管103a、103b，该主整流器103后面跟着主低电压降电压调节器(Low-Dropout Regulator，LDO)104，该主LDO 104产生用于通过数字电路105和模拟电路106表示的整个系统的电源。为了从RF场获得电力，在天线连接LA和LB之间使用开关块107，以便将两个天线连接LA和LB处的波形转换成图8中所示的所得校正波形信号108。开关块107以此种方式操作，使得在来自天线连接LA和LB的两个信号中，仅较高信号被传递到主整流器103，该主整流器103接收全波校正波形信号108作为输入。
开关块107在图7中更详细地示出，并且包括两个开关111和112，以将天线信号转换成图8中所示的校正波形信号108。当来自天线连接LA的信号大于来自天线连接LB的信号时，直接连接到天线连接LB的开关112接通并且使天线连接LB短接到地(GND)。来自天线连接LA的信号穿过主整流器103的二极管103a。反之亦然，当来自天线连接LB的信号大于来自天线连接LA的信号时，直接连接到天线连接LA的开关111接通并且使天线连接LA短接到地(GND)。来自天线连接LB的信号穿过主整流器103的二极管103b。
参考图6，标签芯片102另外包括感测整流器110，该感测整流器110包括分别连接到天线连接LA和LB的两个二极管110a、110b，该感测整流器110后面跟着限制器115，该限制器115感测来自两个二极管110a、110b的校正输出电压并且将来自天线连接LA和LB的电压保持在RF前端，即，连接到天线连接LA和LB的所有电路的最大绝对额定电压内。
可能需要定义一种新的RFID标签架构，该RFID标签架构通过如在上述无源场供电情况中所看到的相同类型的天线信号工作，但是该RFID标签架构在单个标签中集成无源以及有源传输能力两者。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于与外部读取器通信的RFID标签，包括：
两个天线连接，其用于将所述RFID标签连接到天线，
有源接收器开关电路，其用于从所述两个天线连接接收两个输入正弦信号并生成校正波形信号，
调制检测电路，其用于从所述两个天线连接接收两个输入正弦信号，并且生成与用于所述读取器与所述RFID标签之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一解调信号以及与用于所述读取器与所述RFID标签之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二解调信号。
在一个或多个实施例中，所述有源接收器开关电路进一步包括高速比较器，所述高速比较器具有来自所述两个天线连接的所述两个输入正弦信号作为输入。
在一个或多个实施例中，所述有源接收器开关电路进一步包括两个开关，用于将来自所述两个天线连接的所述两个输入正弦信号分别连接到地(GND)，所述开关以此种方式布置，使得所述两个输入正弦信号中的较低输入正弦信号连接到地。
在一个或多个实施例中，所述有源接收器开关电路进一步包括第三开关、第四开关和非重叠电路，所述非重叠电路接收高速比较器的输出并生成分别连接到第三开关和所述第四开关的两个恢复时钟信号。
在一个或多个实施例中，所述有源接收器开关块包括电压限制器电路。
在一个或多个实施例中，所述电压限制器电路将来自所述两个天线连接的所述信号限制到最大电压2V。
在一个或多个实施例中，所述调制检测电路包括滤波电路，所述滤波电路接收所述校正波形信号作为输入并产生以下信号作为输出：
与所述校正波形信号的振幅成正比的滤波信号，
与用于所述读取器与所述RFID标签之间的通信的所述RF场的10％振幅调制有关的第一阈值电压信号，以及
与用于所述读取器与所述RFID标签之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二阈值电压信号。
在一个或多个实施例中，所述滤波电路具有RC类型。
在一个或多个实施例中，调制检测电路进一步包括：
第一调制比较器，其用于将所述滤波信号和所述第一阈值电压信号相比较并生成所述第一解调信号，
第二调制比较器，其用于将所述滤波信号和所述第二阈值电压信号相比较并生成所述第二解调信号。
在一个或多个实施例中，RC滤波电路包括连接到所述输出的多个滤波器开关，所述输出对应于所述第一阈值电压信号和所述第二阀值电压信号，所述滤波器开关通过所述第一阈值电压信号反馈操作。
上文所定义的方面和本发明的其它方面从下文中描述的实施例的例子中显而易见，且参考实施例的例子来解释。本发明将在下文中参考实施例的例子更详细地进行描述，但本发明不限于该例子。
附图说明
图1示出根据本发明的RFID标签的示意图；
图2示出图1的RFID标签的第一细节部分的示意图；
图3示出图1的RFID标签的第二细节部分的示意图；
图4示出表示在图1的RFID标签中生成的多个信号的图式；
图5示出表示在调制脉冲期间在读取器与图1的RFID标签之间的通信中的多个信号的图式；
图6示出根据现有技术的RFID标签的示意图；
图7示出图6的RFID标签的第一细节部分的示意图；
图8示出表示在图7的RFID标签中生成的信号的图式。
具体实施方式
图1示出用于通过天线10与外部读取器(未示出)通信的RFID标签1。RFID标签1包括用于将RFID标签1连接到天线10的两个天线连接LA、LB，以及两个主要电路5、12
-有源接收器开关电路5，以及
-调制检测电路12。
参考图2，有源接收器开关电路5从两个天线连接LA、LB接收两个输入正弦信号，并生成校正波形信号8(图4中示出并且类似于参考现有技术提及的图8的信号108)作为输出。
有源接收器开关电路5包括第一开关16和第二开关17，用于将来自两个天线连接LA、LB的两个输入正弦信号分别连接到地GND。开关以此种方式布置，使得两个输入正弦信号中的较低输入正弦信号连接到地GND。当来自天线连接LA的信号大于来自天线连接LB的信号时，直接连接到天线连接LB的第二开关17接通并且使天线连接LB短接到地(GND)。反之亦然，当来自天线连接LB的信号大于来自天线连接LA的信号时，直接连接到天线连接LA的第一开关16接通并且使天线连接LA短接到地(GND)。结果是校正波形信号8。
有源接收器开关块5另外包括高速比较器15，该高速比较器15具有来自两个天线连接LA、LB的两个输入正弦信号作为输入。高速比较器15具有以下特征：
-尽可能低的偏移电压
-尽可能快的高速。
优选地，高速比较器15具有极低的时延变化；足够的该时延相关的偏移变得非常可预测。
比较器的偏移和时延将在来自天线10的信号的采样时引入误差，这样会导致信号电平的量值低于现实中的量值。这表示调制检测电路12必须优选地以较低电压工作。
为了实现此，有源接收器开关块5另外包括电压限制器电路3，例如，该电压限制器电路3将来自两个天线连接LA、LB的信号限制到最大电压2V。非重叠电路18使用高速比较器15的输出，以生成分别连接到第三开关26和第四开关27的两个恢复时钟信号21、22。第三开关26和第四开关27类似于第一开关16和第二开关17操作。非重叠电路18确保第三开关26和第四开关27中的任一个在任何时间接通。
参考图3，调制检测电路12从两个天线连接LA、LB接收两个输入正弦信号，并且生成与用于读取器与RFID标签1之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一解调信号13以及与该RF场的100％振幅调制有关的第二解调信号14。
调制检测电路12包括有源全波整流器28，该有源全波整流器28接收来自两个天线连接LA、LB的两个输入正弦信号以及两个恢复时钟信号21、22作为输入，并且生成类似于校正波形信号8的信号作为输出，该输出用作从调制检测电路12的滤波电路24的输入。滤波电路24产生以下信号作为输出：
-与校正波形信号8的振幅A成正比的滤波信号30。具体来说，滤波信号30的振幅可以等于A/1.57；
-与RF场的10％振幅调制有关的第一阈值电压信号31，以及
-与RF场的100％振幅调制有关的第二阀值电压信号32。
调制检测电路12另外包括：
-第一调制比较器41，其用于将滤波信号30和第一阈值电压信号31相比较，
-第二调制比较器42，其用于将滤波信号30和第二阀值电压信号31相比较。
调制比较器41、42的输出信号穿过相应施密特触发器43、44，并且两者作为输入提供到调制掩蔽块45，该调制掩蔽块45生成第一解调信号13和第二解调信号14作为输出。掩蔽块45是简单逻辑组合；例如，该组合逻辑可以是与门，其接收来自调制比较器41、42的输出作为输入信号，以及来自充当启用器/禁用器的系统(未示出)的另一信号。如下文详细描述，调制掩蔽块45还将与RF场的10％振幅调制有关的第一阈值电压信号31作为反馈信号传输到滤波电路24。
滤波电路24具有RC类型并且包括第一滤波器R1C1，该第一滤波器R1C1接收由有源全波整流器28生成的全波校正信号并提供滤波信号30作为输出。滤波电路24进一步包括与第一滤波器R1C1串联的第二滤波器R2C2。第二滤波器R2C2接收由有源全波整流器28生成的全波校正信号并提供第一阈值电压信号31作为输出。滤波电路24另外包括与第二滤波器R2C2串联的第三滤波器R3C3。第三滤波器R3C3生成第二阀值电压信号32作为输出。接地电阻R4插入于第三滤波器R3C3与接地装置GRD之间。RC滤波电路24另外包括多个滤波器开关。第一滤波器开关51插入于第二滤波器R2C2的电阻R2与电容C2之间。第二滤波器开关52插入于第三滤波器R3C3的电阻R3与电容C3之间。第三滤波器53插入于接地电阻R4与接地装置GRD之间。滤波器开关51、52、53通过第一阈值电压信号31反馈操作，该第一阈值电压信号31通过调制掩蔽块45传输回。当10％振幅调制有效时，滤波器开关51、52、53切断。这样将确保存储于C2和C3上的阈值电压在来自两个天线连接LA、LB的其它下降信号期间，即，在例如图5所示的“读取器到标签”调制脉冲期间不会放电。
第二滤波器R2C2和第三滤波器R3C3具有约60μS的时间常数，并且具有与数据频率相比非常低的截断。第二滤波器R2C2和第三滤波器R3C3的截断由RF场可以变化的速度决定。由于RFID标签1与读取器之间的通信取决于人类行为，因此在终端用户正执行通信时RF场的变化将至少需要几十毫秒。
根据本发明，提供用于与外部读取器通信的RFID标签，该RFID标签包括：
两个天线连接，其用于将RFID标签连接到天线，
有源接收器开关电路，其用于从两个天线连接接收两个输入正弦信号并且生成校正波形信号，
调制检测电路，其用于从两个天线连接接收两个输入正弦信号，并且生成与用于读取器与RFID标签之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一解调信号以及与用于读取器与RFID标签之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二解调信号。
根据本发明的实施例，有源接收器开关电路另外包括：
高速比较器，其具有来自两个天线连接的两个输入正弦信号作为输入，和/或
两个开关，其用于将来自两个天线连接的两个输入正弦信号分别连接到地，该开关布置在此路径中，使得两个输入正弦信号中的较低输入正弦信号连接到地，和/或
第三开关、第四开关和非重叠电路，该非重叠电路接收输出高速比较器并且生成分别连接到第三开关和第四开关的两个恢复时钟信号。
电压限制器电路。
具体来说，电压限制器电路可以将来自两个天线连接的信号限制到最大电压2V。
有利地，有源接收器开关电路执行两个功能：
比较两个天线输入信号并决定哪一个大于另一个；
短接任一输入信号，无论哪个的电压低于另一个。
根据本发明的实施例，调制检测电路另外包括滤波电路，该滤波电路接收校正波形信号作为输入并产生以下信号作为输出：
与校正波形信号的振幅成正比的滤波信号，
与用于读取器与RFID标签之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一阈值电压信号，以及
与用于读取器与RFID标签之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二阀值电压信号。
根据本发明的实施例，调制检测电路另外包括：
第一调制比较器，其用于将滤波信号和第一阈值电压信号相比较并生成第一解调信号，
第二调制比较器，其用于将滤波信号和第二阀值电压信号相比较并生成第二解调信号。
根据本发明的实施例，RC滤波电路包括连接到输出的多个滤波器开关，该输出对应于第一阈值电压信号和第二阀值电压信号，该滤波器开关通过第一阈值电压信号反馈操作。
有利地，上文描述的调制检测电路允许感测从读取器到标签的调制。
有利地，本发明允许有效地提供可以用有源和无源反向调制作出响应的标签。效率源于简单结构，该简单结构避免例如自动增益控制或使用DLL来生成时钟，以对正中间的正弦信号进行采样，使得仅采样峰值，因此还减少成本。通过本发明提供的标签架构适合于来自天线连接的信号的与使用无源反向调制的场供电标签相同的波形。因此，在使用时，此架构可以将有源接收器与无源接收器集成。
有利地，本发明可以在以下各项中找到实施方案：
需要无源以及有源反向调制两者的任何智能RFID标签应用，而且其中有源接收器需要与还可以在场供电模式下工作的标签中的无源前端集成，
在存在电池时标签可能需要与极小尺寸的天线通信的应用，
移动标签通信系统。
参考标号：
1 RFID标签；
3 电压限制器；
5 有源接收器开关电路；
8 校正波形信号8；
10 天线；
12 调制检测电路；
13，14 解调信号；
15 高速比较器；
16，17 开关；
18 非重叠电路；
21，22 恢复时钟信号；
24 滤波电路；
26，27 开关；
28 有源全波整流器；
30 滤波信号；
31 第一阈值电压信号；
32 第二阀值电压信号；
41，42 调制比较器；
43，44 施密特触发器；
45 调制掩蔽块；
51，52，53 滤波器开关。

Claims (7)

1.一种用于与外部读取器通信的RFID标签(1)，其特征在于，包括：
两个天线连接(LA、LB)，其用于将所述RFID标签(1)连接到天线(10)，
有源接收器开关电路(5)，其用于从所述两个天线连接(LA、LB)接收两个输入正弦信号并生成校正波形信号(8)，
调制检测电路(12)，其用于从所述两个天线连接(LA、LB)接收两个输入正弦信号，并且生成与用于所述读取器与所述RFID标签(1)之间的通信的RF场的10％振幅调制有关的第一解调信号(13)以及与用于所述读取器与所述RFID标签(1)之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二解调信号(14)，
其中，所述调制检测电路(12)包括滤波电路(24)，所述滤波电路接收所述校正波形信号(8)作为输入并产生以下信号作为输出：
与所述校正波形信号(8)的振幅成正比的滤波信号(30)，
与用于所述读取器与所述RFID标签(1)之间的通信的所述RF场的10％振幅调制有关的第一阈值电压信号(31)，以及
与用于所述读取器与所述RFID标签(1)之间的通信的RF场的100％振幅调制有关的第二阈值电压信号(32)；
其中，所述滤波电路(24)具有RC类型，
并且其中，所述调制检测电路(12)进一步包括：
第一调制比较器(41)，其用于将所述滤波信号(30)和所述第一阈值电压信号(31)相比较并生成所述第一解调信号(13)，
第二调制比较器(42)，其用于将所述滤波信号(30)和所述第二阈值电压信号(31)相比较并生成所述第二解调信号(14)。
2.根据权利要求1所述的RFID标签(1)，其特征在于，所述有源接收器开关电路(5)进一步包括高速比较器(15)，所述高速比较器具有来自所述两个天线连接(LA、LB)的所述两个输入正弦信号作为输入。
3.根据权利要求1或2所述的RFID标签(1)，其特征在于，所述有源接收器开关电路(5)进一步包括两个开关(16、17)，用于将来自所述两个天线连接(LA、LB)的所述两个输入正弦信号分别连接到地(GND)，所述开关以此种方式布置，使得所述两个输入正弦信号中的较低输入正弦信号连接到地。
4.根据权利要求2或3所述的RFID标签(1)，其特征在于，所述有源接收器开关电路(5)进一步包括第三开关(26)、第四开关(27)和非重叠电路(18)，所述非重叠电路(18)接收高速比较器(15)的输出并生成分别连接到第三开关(26)和所述第四开关(27)的两个恢复时钟信号(21、22)。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的RFID标签(1)，其特征在于，所述有源接收器开关块(5)包括电压限制器电路(3)。
6.根据权利要求5所述的RFID标签(1)，其特征在于，所述电压限制器电路(3)将来自所述两个天线连接(LA、LB)的所述信号限制到最大电压2V。
7.根据权利要求1所述的RFID标签(1)，其特征在于，RC滤波电路(24)包括连接到所述输出的多个滤波器开关(51、52、53)，所述输出对应于所述第一阈值电压信号(31)和所述第二阈值电压信号(32)，所述滤波器开关(51、52、53)通过所述第一阈值电压信号(31)反馈操作。
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