CN112364967A - 射频识别数据交互方法、射频芯片电路及射频芯片 - Google Patents

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Abstract

本本发明公开了一种射频识别数据交互方法、射频芯片电路及射频芯片，属于数字电路技术领域，所述射频识别的工作频段为超高频，数据交互方法为，在应答器被询问器激活后，所述应答器的NVM存储区以bit为单位输出数据，本发明的数据交互方式，能够降低RFID标签(应答器)与读写器(询问器)数据交互时芯片的电压要求，从而降低读取功率。

Description

射频识别数据交互方法、射频芯片电路及射频芯片
技术领域
本发明属于数字电路技术领域，特别是涉及一种射频识别数据交互方法、射频芯片电路及射频芯片。
背景技术
超高频无源RFID射频识别是一种远距离、非接触式的自动识别技术。超高频无源RFID技术主要由RFID标签、读写器和读写天线构成，而RFID标签则主要由超高频无源RFID射频芯片和铝蚀刻天线构成，通过接收读写器经由读写天线发射的射频信号触发芯片上电工作，进行与读写器的数据交互及芯片识别。
超高频无源RFID射频技术在零售、库存管理、生产制造、医疗、物流、航空运输等领域得到了广泛的应用。随着物联网超高频无源RFID射频技术的发展，我们将面对越来越多的针对超高频数据处理的要求，这也对超高频无源RFID射频芯片的读取速度、读取灵敏度、最小读取功率和读取距离提出了更高的要求。因此，如何在保证目前芯片读取速度不降低的同时，提高读取灵敏度、降低读取的功率及提高读取距离就成为了目前超高频无源RFID射频芯片的一个技术突破口。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供射频识别数据交互方法、射频芯片电路及射频芯片，能够降低RFID标签(应答器)与读写器(询问器)数据交互时芯片的电压要求，从而降低读取功率。
为解决上述技术问题，本发明的采用的一个技术方案如下：
一种射频识别数据交互方法，所述射频识别的工作频段为超高频，应答器被询问器激活后，所述应答器的NVM存储区以bit为单位输出数据。
进一步地说，所述数据为128bit的EPC。
进一步地说，还设有RAM储存区，所述应答器上电初始化过程中，所述数据自所述NVM存储区传输至所述RAM储存区；
所述应答器上电初始化完成后，所述询问器从所述RAM储存区读取数据。
本发明还提供了一种射频芯片电路，电路包括模拟电路、逻辑电路和NVM储存区，其特征在于：所述NVM存储区以bit为单位输出数据。
进一步地说，所述逻辑电路还设有RAM储存区；芯片在上电初始化过程中，数据能够自所述NVM储存区传输至所述RAM储存区，芯片在上电初始化完成后，所述数据从所述RAM储存区传输至读写器。
进一步地说，所述RAM储存区为采用触发器电路构成的一个多组的二进制存储位元，所述触发器电路包括：
由MOS管T1和MOS管T2通过交叉耦合的方式构成Rs触发器，与所述Rs触发器并联的MOS管T3和MOS管T4，所述T3和T4为T1和T2的负载管。
本发明还提供了一种超高频射频芯片，其采用上述射频芯片电路。
本发明的有益效果：
本发明的数据交互方法，数据按bit(比特)读取，每次单个读出1个bit，基于目前超高频无源RFID射频芯片中通用的NVM存储区技术，最小供电电压要求约为1V，电流为2.5微安，意味着需要触发射频芯片工作只需要2.5微瓦，即-26dBm，相对于传统的字读取技术，功率需求少0.5微瓦(相差约1dBm，功率需求减少约16.67％)。
本发明通过在上电初始化过程中将数据先存入RAM储存区，在初始化结束后与询问器的交互中由RAM传输出去，提高数据交互的速度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有技术中询问器上电射频包络图；
图2是现有技术中射频芯片工作时序关系；
图3是本发明的射频芯片结构示意图；
图4是本发明的询问器上电射频包络图；
图5是本发明的射频芯片工作时序关系；
图6是本发明中RAM储存区的逻辑电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：
常规的超高频无源RFID射频芯片信息读取(基于ISO/IEC18000-3C协议)，如图1所示：遵循的时间与询问器上电场强关系，在正常场强达到Ml后，通过1500微秒(在ISO/IEC18000-3C协议中规定为1500微秒)对芯片进行倍压整流、指令信号检测、同步时钟检测，并对接收载波进行伪PSK调制(根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法)，并实现反向发射等初始化上电设置，在1500微秒的标准上电设置后，询问器(读写器)与应答器(芯片)命令和数据的交互，其中数据交互以最小单位字(word)形式进行，其中，一个字(word)等于16bit。
应答器在询问器的工作场强下，整个的工作相应的总时间时间为T＝Tr+Ts+Tδ+Tf
其中，
定义Tr为应答器所处询问器场强(电场强度)的场强上升时间，时长取决有场强上升至上电达标下限的速度，最小值为1微秒，最大值为500微秒；
定义Ts为应答器被询问器场强激活后的标准上电初始化设置时间；
定义Tδ为应答器与询问器在上电设置后的数据交互时间；
定义Tf为询问器场强下降的时间，最小值为1微秒，最大值为500微秒；
定义Ml为应答器在场强中的上电达标强度下限，即为全量程的95％
定义Mh为应答器在场强中的上电达标强度上限，即为全量程的105％
定义Ms为应答器在场强中的下电达标强度，即为全量程的1％。
询问器上电射频包络遵循图1，一旦载波电平上升10％以上，通电包络将会单调上升直到达到其上电达标强度下限Ml，在时间间隔Ts期间，射频包络不得低于90％的点。询问器不得在上电设置时间间隔结束前(即在Ts结束前)发出命令，其中Ts在协议中规定的时间为1500微秒。
整个过程中，超高频无源RFID射频芯片借助无线功率传输机理建立芯片的供电电源，但此过程供电效率及供电能力都较为低下，缺点在于如果要保证在一定的时间内完成数据交互，必须有足够的触发功率，即最小触发功率足够大，详细的时序关系如图2所示，另外，图2中RN16是一个防冲突检测的标识位，这个标识位是在EPC Global协议中有明确规定的，该特征与本发明无直接联系，故未展开说明。
通常，我们认为不同的两款应答器，对可接受的最小读取功率MI越小，对应在同种询问器功率下可被识读的距离更远；也可以认为不同的两款应答器，交互信息时间越短，对应在同种询问器功率下相同时间内被识别的数量越多。
以上，即超高频射频技术的两个关键指标，同等环境下的识读距离以及被群读能力。
现有的交互方式，受制于NVM存储器(Non-volatile Memory，固定存储器)的制程技术的限制，目前全球最为先进的65纳米MTP NVM技术，最小供电电压要求约为1.2V，电流约为2.5微安，意味着需要触发超高频无源RFID射频芯片工作且进行数据传输，最小读取功率至少为3微瓦，即约为-25.2dBm。
为了清楚的说明本发明的数据交互所带来的功率和时间的改变，本实施例以EPC(电子产品编码数据)进行实例说明，可以理解的是，本发明的数据交互并不限于EPC的读取；
EPC的数据长度为128bit，按字(word)读取，每次整组读出16个bit，通常读取128比特EPC需要为50微秒。
本发明的数据交互方法，通过一种按单位bit读取的方法，通过延长读取时间，降低读取功率；
详细的说：按bit读取，每次单个读出1个bit，基于目前超高频无源RFID射频芯片中通用的NVM存储区技术，最小供电电压要求约为1V(可以降低工作电压)，电流为2.5微安，意味着需要触发超高频无源RFID射频芯片工作，且读取128比特EPC只需要2.5微瓦，即-26dBm，耗时至多需200微秒。
相对于传统的字读取技术，功率需求少0.5微瓦(相差约1dBm，功率需求减少约16.67％)，但读取128比特EPC的时间，从50微秒增长至200微秒。
为了弥补采用该方法多耗费的时间，本实例在基于以上按单个bit读取的基础上，在超高频无源RFID射频芯片电路中，加置一个RAM储存区(上电寄存器，下电丢失)，如图3所示：电路包括模拟电路、逻辑电路和NVM储存区，所述RAM储存区隶属于所述逻辑电路，并通过所述逻辑电路控制所述RAM储存区从所述NVN储存区获取数据；
超高频无源RFID射频芯片被上电初始化设置的同时，芯片按逻辑电路中的要求在Ts＝1500微秒的时间段里，将应用中将要被高频次读取的EPC数据暂存于RAM储存区中，以节省因为按单个bit读取所被延长的Tδ时间。
本发明的询问器上电射频时间/场强曲线如图4所示，降低了芯片的读写电压需求之后，工作场强需求也相应降低(Ml和Mh同样降低)，还能一定程度上缩短整体工作的时间T。
时序关系如图5所示，通过在芯片进行上电初始化设置的同时，按单位bit读取至RAM储存区，在询问机向标签(应答器)询问高频EPC信息时，不是按以常规链路和要求读取(即在Ts后在Tδ时间段内按最小字(word)单元读取EPC信息)，而是直接将已经寄存在RAM储存区中的EPC信息反馈至询问机，该传输时间约16微秒。
另外，由于RAM为上电随机存储器，其读取电压要求低，特点为一旦断电后，其数据将丢失；但由于超高频无源RFID射频芯片在每次被读取时，都需要进行Ts的上电初始化设置，而芯片在Ts被上电的同时，从EPC区中读取128bit EPC数据并保存至RAM储存区区中，故不存在掉电数据丢失的问题。
本实施例中，RAM储存区采用触发器电路形成一个多组的二进制基本存储位元，该种触发器由8个MOS管构成，如图6所示：T1和T2通过交叉耦合的方式构成Rs触发器，用来存储上电后需要存储的EPC数据。
T3和T4则分别作为T1和T2的负载管，T5、T6、T7和T8作为开关管作用，T5和T6为X行寻址控制开关，T7和T8为Y行寻址控制开关。
更详细的，向所述存储位元中存入的EPC数据采用双边写入的原理为：在EPC数据被转存写入时，由X、Y地址选择线共同确定某一单元，要转存写入的数据从位线D和D’双边写入。
当要转存写入的数据为1，即D＝1，D’＝0，则X和Y地址选择线选中该单元后，T5、T6、T7和T8都是导通着的传输门，此时D线上的高电平被传送到了T2管的栅极，使其导通；与此同时，D’的低电平送到T1管的栅极，使其截止，保持稳定状态；并且都依靠触发器内部反馈保持电荷稳定。这样，无论该电路以前处于什么状态，A点为高电平且B点为低电平，达到写入高电平1的目的。
同理写入数据0的过程与之类似，D＝0，T1导通，A点低电平，T2截止，B点高电平维持T1通。
当询问器发出读取EPC的指令时，芯片直接通过RAM储存区区提供总共128比特EPC数据。其采用单边读出的机制，由X行、Y行地址选择线共同选中某一单元，使T5、T6、T7和T8处于导通状态，此时触发器的状态经过T6和T8及读出放大后传送到读取端，使得询问器能够读到EPC数据信息。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种射频识别数据交互方法，所述射频识别的工作频段为超高频，其特征在于：
应答器被询问器激活后，所述应答器的NVM存储区以bit为单位输出数据。
2.根据权利要求1所述的射频识别数据交互方法，其特征在于：所述数据为128bit的EPC。
3.根据权利要求1所述的射频识别数据交互方法，其特征在于：还设有RAM储存区，所述应答器上电初始化过程中，所述数据自所述NVM存储区传输至所述RAM储存区；
所述应答器上电初始化完成后，所述询问器从所述RAM储存区读取数据。
4.一种射频芯片电路，其特征在于：电路包括模拟电路、逻辑电路和NVM储存区，其特征在于：所述NVM存储区以bit为单位输出数据。
5.根据权利要求4所述的射频芯片电路，其特征在于：所述逻辑电路还设有RAM储存区；
芯片在上电初始化过程中，数据能够自所述NVM储存区传输至所述RAM储存区，芯片在上电初始化完成后，所述数据自所述RAM储存区传输至读写器。
6.根据权利要求5所述的射频芯片电路，其特征在于：所述RAM储存区为采用触发器电路构成的一个多组的二进制存储位元，所述触发器电路包括：
由MOS管T1和MOS管T2通过交叉耦合的方式构成Rs触发器，与所述Rs触发器并联的MOS管T3和MOS管T4，所述T3和T4为T1和T2的负载管。
7.一种超高频射频芯片，其特征在于：芯片采用权利要求4至6中任意一种射频芯片电路。
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