CN1123986C - 识别标记的射频电路 - Google Patents
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Abstract
一种识别标记的射频电路，包括：一共振器；一整流充电电路，连接共振器；一信号调整电路，电连接共振器，用以将天线输出的信号加以修整成时序信号；一控制计算电路，分别连接整流充电电路与信号调整电路；一分频器，连接信号调整电路的输出端，分频器的输入端连接控制计算电路；一移位暂存器，分别连接分频器、控制计算电路及信号调整电路，经过调制处理后由共振器的天线发射。本发明的信号调制幅度较大，传送距离长，数据读取准确。
Description
本发明有关一种用于识别标记的射频电路，特别是一种识别距离长、读取资料准确，以及工作特性稳定的识别标记的射频电路。
现有技术中识别标记的射频电路产品，已经逐渐被广泛运用于门禁管制系统、人事打卡系统、仓储盘点系统、货品运送管理系统、动物身份识别系统等等。近年来更广泛使用在汽车钥匙、商品的条型码的识别，因此极具商业应用潜力。但现有的射频识别标记主要是藉由控制天线的负载阻抗变化，以传送对应的零一数据，此项负载阻抗匹配恰当与否会影响接收到的射频电磁波到直流电源整流充电的效率，而且读卡机只能在小于十公分的近距离以内才能正确感测负载阻抗的变化，使用者实际使用操作极为不便。
请参阅图1，其为现有技术中使用近接式的射频识别标记的电路方块图，图1的近接式射频识别标记的电路包括由天线31构成的共振器32，连接有一整流充电电路121，整流充电电路121再与一控制逻辑电路62相连接，之后，连接一可储存数据的逻辑电路65，整流充电电路121同时连接有一时序信号整形电路61与一调制电路64。其中，整流充电电路121藉由一整流二极管11连接一电压限制器12与一充电电容器21；电压限制器12为一齐纳二极管。此外，控制逻辑电路62连接有一解调电路63等等，进而组成一近接式识别标记电路。
识别标记电路，于进入读卡机(图中未有标示)的读取范围后(一般大约十公分左右)，其识别标记的天线31则开始接收由读卡机发射的射频信号f0，并经由整流充电电路121对充电电容器21充电至齐纳二极管(即电压限制器12)的保持电压，此一电压即形成电压源Vcc，提供整个识别标记电路的电源；同时时序整形电路61将接收的射频信号f0加以放大，以及整形成数字式的时序信号，进而提供整个识别标记电路所需的时序信号。
另外，储存数据的逻辑电路65则依一定的时序信号的控制而将一暂存器或一记忆体(图中未标示)的数字资料依序送至调制电路64，并从天线31发射至一读卡机，读卡机欲写入资料至识别标记，由识别标记电路中的天线31接收后送至解调电路63，而控制逻辑电路62控制整个射频识别标记电路的运作。
关于现有国外专利技术方面，对于现有的近接式射频识别标记电路诸如美国专利4,786,907号“Transponder useful in a system foridentifying objects”一案，其识别标记的调制信号从一天线送出时，是直接由信号控制一个开关，藉以改变天线的负载阻抗。此种技术如同前述的现有射频识别标记电路(如图1所示)所揭示的近接式射频识别标示技术一样，其中读卡机感测识别标记，会因天线负载阻抗变化所造成的电磁场变化而判读出相对应的“0”、“1”数据。
然而，此设计存在一些缺点，主要由于天线负载阻抗的匹配与否会影响天线线圈感应电动势的振幅大小，因此，当识别标记电路的调制器发送数据时，控制开关51的开(ON)，关(OFF)，产生振幅大小不一的输入信号，此特性将增加时序整形电路61的复杂度。而单纯利用控制开关51造成负载阻抗变化往往只能造成电磁场的微量变化效果，使得读卡机不易感测出这些微量的变化，因此传统上利用控制开关51所造成负载变化来传送数据的方式只能应用在极短的距离，例如小于十公分，所以使用不方便，且准确率较低，有待加以改善。
本发明的主要目的在于提供一种资料读取准确性高的免电池识别标记射频电路。
本发明的另一目的在于提供一种识别距离长角度大的识别标记射频电路。
本发明的又一目的在于提供一种电路工作稳定性高的识别标记的射频电路。
为达到上述目的，本发明采取如下措施：
本发明的识别标记的射频电路的特色之一，是在一天线的两端分别各串接一个极性相反的整流二极管，并分别将两个二极管的另一端搭接至一充电电容器的正极端与连接一接地端。其中的一个二极管的正极端并接一个连接到地的逆向二极管，另一二极管的负极端则并接一个可由调制信号控制接地与否的开关。
本发明采取如下具体结构：
本发明识别标记的射频电路，包括：
一共振器，包括一天线；
一整流充电电路，连接共振器，用以将天线所接受信号加以整流，并充电至一电荷储存装置；
一信号调整电路，电连接共振器，用以将天线输出的信号加以修整成时序信号，以进行信号的解调与调制处理；
一控制计算电路，分别连接整流充电电路与信号调整电路，用以控制已整形处理的时序信号；
一分频器，连接信号调整电路的输出端，用以将时序信号加以分频，分频器的输入端连接控制计算电路，接受控制计算电路的控制；
一移位暂存器，分别连接分频器与控制计算电路，执行信号暂存动作，将信号传送至信号调整电路，经过调制处理后由天线将信号发射出去；
一射频限幅器，其一端连接所述整流充电电路，另一端连接所述共振器；及
一调制开关，其一端连接所述共振器及所述信号调整电路，另一端接地。
其中，所述共振器由一天线并接一电容器组成。
其中，所述信号调整电路，包括：
一时序整形电路，其分别连接所述共振器的一端，用以将共振器所接收的射频信号加以放大及整形成数字式时序信号，一输出端连接所述控制计算电路，以提供控制计算电路所需的时序信号；
一解调电路，连接时序整形电路的一输出端，用以将天线接收的信号，经由放大整形后加以解调，将信号传输至控制计算电路；
一调制电路，连接时序整形电路的一输出端，用以将来自一移位暂存器的信号加以调制，再藉由天线发送出去。
其中，所述控制计算电路，包括：
一控制逻辑电路，其一输入端连接所述信号调整电路与整流充电电路的输出端，接收天线经由放大整形后的数字时脉信号，以及接受经由解调后的信号，以进行逻辑计算操作；
一储存数据的逻辑电路与控制逻辑电路相连接，用以储存经由逻辑计算后的数据，且与所述移位暂存器相连接，可储存经由计算处理后的数据。
其中，所述整流充电电路包括至少二个二极管，其中第一个二极管的正极端连接第二个二极管的负极端，第二个二极管的正极端接地，第一个二极管的负极端分别连接一电压限制器与一充电电容器，充电电容器另一端接地。
其中，所述射频限幅器为一个齐纳二极管。
其中，所述电压限制器为一个齐纳二极管，为整流充电电路上的直流限压器。
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
本发明的主要特色是藉由天线的线圈感应交流磁场所产生的电动势于正半周时不会受到数据传送的调制开关影响，因此在传送数据期间，能保持一定的整流充电效率，而由正半周信号整形放大取出的系统时序信号亦不会受到调制信号的干扰，而数据调制信号的传送是藉由控制负半周天线两端的压降大小来实现，信号变化比例增加，因此传送距离可比前述现有技术的传送距离更长，本电路不用附加电池。
附图简要说明：
图1：为现有技术中使用的近接式识别标记射频电路的方块图。
图2：为本发明实施例所提出的识别标记射频电路的方块图。
图3：为本发明实施例中配合图2识别标记射频电路的更进一步的电路方块图。
图4A：为本发明实施例中天线的高频端对地的信号对时间轴的时脉波形示意图。
图4B：为对天线高频端信号进行半波整流所得到的一个效率稳定的直流电压源的波形示意图。
图4C：为对天线高频信号进行时序整型所产生的系统时序信号的波形示意图。
图4D：为天线线圈两端的压降VL，其中负半周部分只有在开关导通接地时振幅受到抑制状态的波形示意图。
结合附图及实施例对本发明的电路详细说明如下：
本发明的识别标记射频电路，主要特点是在天线两端分别各串接一个极性相反的整流二极管，并分别将两个二极管的另一端搭接至一充电电容器的正极端与接地端，其中一个二极管的正极端并接一个到地的逆向二极管，另一二极管的负极端并接一个可由调制信号控制接地与否的开关；而本发明的原理是天线线圈感应交流磁场所产生的电动势在正半周时不会受到数据传送的调制开关影响，因此在传送数据期间，能保持一定的整流效率，而由正半周信号整形放大取出的系统时序信号亦不会受到调制信号的干扰，而该识别标记的射频识别信号的调制传送是藉由控制负半周天线两端的压降大小来完成，因信号的可调制范围增大，故传送距离可比现有技术更长。
请参阅图2，图2为本实施例所提出的识别标记的射频电路方块图，其中主要包括一共振器32，共振器32包括一天线31(显示于图3)，共振器32的一端连接有一整流充电电路10，整流充电电路10中包括有一个二极管11(如图3所示)，连接于共振器32的天线31的一端，用以将天线31所接受的信号加以整流。共振器32的另一输出端连接有一信号调整电路60，用以将天线31所输出的信号加以修整，成为解调与调制电路所能处理的波形。
另外，图2中包括有一控制计算电路625，同时连接于整流充电电路10与信号调整电路60，用以控制已经整形过的信号，并控制射频识别标记的电路的运作；一分频器67，连接于信号调整电路60的输出端，用以将时脉信号加以分频，分频器67一端连接于控制计算电路625，接受控制计算电路625的控制；一移位暂存器66，同时连接于分频器67与控制计算电路625，执行信号暂存及移位，之后，将信号传送回信号调整电路60，再将信号调制后藉由天线31发射出去。
此外，如图2所式的射频识别标记电路中包括有一射频限幅器145，其一端连接于整流充电电路10，另一端连接共振器32，作为一交流限幅器，可针对天线31的信号提高整流充电效率。另一方面，本发明更配合连接一调制开关51，其一端连接共振器32，另一端直接接地，其开关动作(即ON/OFF)，即接地与否，由信号调整电路加以控制。
为了更进一步详细说明本发明的射频识别标记电路，请参阅图3，图3为本发明实施例中配合图2更进一步的射频识别标记的电路方块图。其中主要公开有共振器32，藉由一天线31再并接一电容器，组成一共振电路，执行信号共振处理。
图3所示的信号调整电路60，包括有一时序整形电路61，其同时连接于共振器32的一端，用以将共振器32所接收的一射频信号fo加以放大，以及整形成数字位准的时序信号，提供整个识别标记电路的系统，为不会受到调制信号的影响，时序整形电路61的一输出端连接控制计算电路625，藉以提供控制计算电路625所需的时脉信号。而信号调整电路60中另包括一解调电路63，连接时序整形电路61的一输出端，用以将天线31所接收的信号，经由放大与整形后加以解调，之后，将信号传输至控制计算电路625。以及包括一调制电路64，连接时序整形电路61及移位暂存器66，用以将所欲发射的信号加以调制，之后，再藉由共振器32的天线31发送出去。
控制计算电路625包括有一控制逻辑电路62，其一输入端连接信号调整电路60与整流充电电路10的输出端，其中与整流充电电路10的连接为一电源信号供应控制逻辑电路62。控制逻辑电路62接收天线31经由放大整形后的数字时脉信号，以及接收经由解调后的信号，以进行逻辑计算的操作，即为执行整个射频识别标记连接电路的运作程序。控制计算电路625另包括有一储存数据的逻辑电路65，其与控制逻辑电路62连接，用以储存经由逻辑计算后的数据，且与移位暂存器66相连接，可储存经由计算处理后的数字信号。
如图3所示，其中的整流充电电路10包括有数个二极管11、13，其中二极管11的正极端连接另一个二极管13的负极端，而二极管13的正极端接地。二极管11的负极端分别连接一电压限制器12及一充电电容器21，电压限制器12为一个齐纳二极管；充电电容器21的一端接地。此外，图3中的射频限幅器145，主要藉由一交流限幅器15其并连接有一个二极管14组成，交流限幅器为一齐纳二极管。
本发明的主要特征，是在天线31两端分别各串接一个极性相反的整流二极管11、14，并分别将两个二极管11、14的另一端搭接至充电电容21的正极端与接地端，其中二极管11的正极端并接一个一端接地的二极管13，而二极管14的负极端并接一个可由调制信号控制接地与否的开关51，如此天线31线圈感应交流磁场所产生的电动势在正半周时不会受到数据传送的调制开关影响。
为了说明本发明所能产生的效果，配合图4所公开的相关波形图予以说明：首先，当读卡机发送射频信号由“识别标记电路”的天线31感应接收时，产生一高频HF信号，如图4A所示，其为本实施例中天线的一端高频端对地的信号波形示意图，不论调制信号将调制开关51控制在开或关的状态，均不会对高频HF信号造成影响。因此，对高频HF信号进行的半波整流并充电，可得到一个效率稳定的直流电压源，此电压源Vcc提供为整个识别标记电路的电源，该电源信号波形如图4B所示，图4B为从高频端HF进行的半波整流及充电，得到的波形图。
另外，时序整形电路61对高频端HF的射频信号f0进行放大以及整形成数字式的时序信号，作为整个识别标记电路的系统时序信号，该信号亦不会受到调制信号的影响，系统的时序信号如图4C所示，从图中可见，其亦不会受到调制信号的影响。此外，移位暂存器66、分频器67以及储存数据的逻辑电路65，则依一定的时序将暂存器或记忆体的数据依序送至调制电路64，经调制开关51，从天线31发射一射频信号，并予读卡机接收，若读卡机欲写入资料至识别标记，是对射频信号f0调制后发射，由识别标记电路的天线31接收后送至解调电路63处理，而由控制逻辑电路62控制整个“射频识别标记”的运作。
如图4D所示，其为天线31线圈两端的压降VL的波形示意图，其中负半周部份只有在调制开关51导通接地时，振幅会受到抑制，其中，亦表示有调制开关51的相应波形。本发明中数据调制信号的传送是藉由控制天线两端压降的负半周的大小对比来完成。换句话说本发明的电路是利用电磁波的负半周传送信号，利用正半周做整流充电及产生系统时序信号，而调制开关51的开、关只会影响负半周的信号，并不会影响正半周期的信号，因此无论是整流充电效率或系统时序信号都不会受到调制信号的干扰。且由于负半周受调制开关51影响可产生较大对比度的天线端电压，因此本发明的电路可传送的距离更长。
以上叙述是借较佳实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。
Claims (7)
1、一种识别标记的射频电路，包括：
一共振器，包括一天线；其特征在于，还包括：
一整流充电电路，连接共振器，用以将天线所接受信号加以整流，并充电至一电荷储存装置；
一信号调整电路，电连接共振器，用以将天线输出的信号加以修整成时序信号，以进行信号的解调与调制处理；
一控制计算电路，分别连接整流充电电路与信号调整电路，用以控制已整形处理的时序信号；
一分频器，连接信号调整电路的输出端，用以将时序信号加以分频，分频器的输入端连接控制计算电路，接受控制计算电路的控制；
一移位暂存器，分别连接分频器与控制计算电路，执行信号暂存动作，将信号传送至信号调整电路，经过调制处理后由天线将信号发射出去；
一射频限幅器，其一端连接所述整流充电电路，另一端连接所述共振器；及
一调制开关，其一端连接所述共振器及所述信号调整电路，另一端接地。
2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述共振器由一天线并接一电容器组成。
3、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号调整电路，包括：
一时序整形电路，其分别连接所述共振器的一端，用以将共振器所接收的射频信号加以放大及整形成数字式时序信号，一输出端连接所述控制计算电路，以提供控制计算电路所需的时序信号；
一解调电路，连接时序整形电路的一输出端，用以将天线接收的信号，经由放大整形后加以解调，将信号传输至控制计算电路；
一调制电路，连接时序整形电路的一输出端，用以将来自一移位暂存器的信号加以调制，再藉由天线发送出去。
4、根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制计算电路，包括：
一控制逻辑电路，其一输入端连接所述信号调整电路与整流充电电路的输出端，接收天线经由放大整形后的数字时脉信号，以及接受经由解调后的信号，以进行逻辑计算操作；
一储存数据的逻辑电路与控制逻辑电路相连接，用以储存经由逻辑计算后的数据，且与所述移位暂存器相连接，可储存经由计算处理后的数据。
5、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流充电电路包括至少二个二极管，其中第一个二极管的正极端连接第二个二极管的负极端，第二个二极管的正极端接地，第一个二极管的负极端分别连接一电压限制器与一充电电容器，充电电容器另一端接地。
6、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述射频限幅器为一个齐纳二极管。
7、根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电压限制器为一个齐纳二极管，为整流充电电路上的直流限压器。
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