CN112949809A - Rfid电子标签及标签上电通信方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及射频识别领域，尤其是涉及一种RFID电子标签及标签上电通信方法，RFID电子标签包括RFID芯片、天线和储能装置，天线和RFID芯片连接，天线接收到达到预设功率的射频信号时，天线输出第一电信号以给RFID芯片上电；储能装置和RFID芯片连接以给RFID芯片上电；当RFID芯片通过储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠；当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开；RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。本申请具有提高RFID芯片与读卡器之间的通信距离，同时保证RFID芯片体积小、功耗低、低成本的特点，以增大RFID芯片的适用性的效果。

Description

RFID电子标签及标签上电通信方法

技术领域

本申请涉及射频识别领域，尤其是涉及一种RFID电子标签及标签上电通信方法。

背景技术

（射频识别技术，Radio Frequency Identification），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行接触或非接触数据通信，利用无线射频方式对电子标签或射频卡进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。RFID被认为是21世纪最有前途的信息技术之一，被公认为在未来几十年内改变人类生活方式的技术。按照供能方式的不一样，RFID标签可以分为无源和有源两大类。有源RFID标签需要电池供电，而无源标签通过耦合阅读器发送的无线射频信号来获取能量，并同时发送数据。有源标签由于有更充足的能量供应，因此它具有更远的通信距离。RFID通信的载波频率可以分为低频（Low Frequency，125KHz/134KHz）、高频（High Frequency，13.56MHz）、超高频（Ultra High Frequency，433MHz/860-960MHz）和微波（Microwave，2.45GHz/5.8GHz），无源RFID标签主要为低频、高频、超高频体制，而有源RFID标签主要采用微波体制。一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是阅读器（Reader）发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动电子标签（Tag）电路将其内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

无源RFID具有体积小、成本低的优势，一般用于近距离的接触式识别，其典型应用包括：物品RFID标签、公交卡、二代身份证、食堂餐卡、ETC等。但其有效识别距离通常较短，采用13.56MHz高频及以下频率的RFID（服装鞋类等商品RFID标签、门禁卡、公交卡、二代身份证、食堂餐卡等）需要有人为地扫码或刷卡的操作，容易发生无意或人为的漏读，且难以实现对识别目标的实时统计、定位、轨迹记录等功能。工作在超高频段的RFID（ETC卡、高值物品卡）的识别距离可以达到15米，但其需要读写器的高发射功率、高增益天线支持，导致大的功耗及体积，无源RFID标签的能量来自读写器发射的射频能量，但是读写器发射的信号强度在实际应用中是受到限制的，在一些欧洲国家的规定中，超高频RFID读写器有效发射功率（Effective Radiated Power，ERP）不得超过500mW（27dBm），美国规定的ERP 最大则为4W（36dBm）。因此，标签天线感应的射频能量也是非常有限的，诸如集成其他传感器、加强安全性等新的功能必然会加重无源RFID标签芯片系统的功耗需求，缩短通信距离，影响实际应用；

而有源RFID通过外接电源供电，主动向射频识别阅读器发送信号。其多为SOC芯片，成本较高且体积相对较大。但也因此拥有了较长的传输距离与较高的传输速度。一个典型的有源RFID标签能在百米之外与射频识别阅读器建立联系，且具有可以同时识别多个标签的功能。有源RFID的远距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大范围的射频识别应用场合里必不可少。但其体积较大、成本高，限制了其应用的领域，例如有源RFID已有应用于ETC、集装箱定位、人员定位等领域，但难以应用到物品定位的物流领域。

发明内容

为了提高RFID芯片与读卡器之间的通信距离，同时保证RFID芯片体积小、功耗低、低成本的特点，以增大RFID芯片的适用性，本申请提供一种RFID电子标签及标签上电通信方法。

本申请提供的一种RFID电子标签采用如下的技术方案：

一种RFID电子标签，包括：

RFID芯片；

天线，天线和所述RFID芯片连接，天线用于收发射频信号，天线接收到达到预设功率的射频信号时，天线输出第一电信号以给RFID芯片上电；

储能装置，储能装置用于存储电能，储能装置和RFID芯片连接以给RFID芯片上电；

其中，当RFID芯片通过储能装置上电时，所述RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠；当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开；RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接；

在RFID芯片由第一电信号上电时，所述RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射。

通过采用上述技术方案，当RFID芯片通过储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠，当应用于物流定位时，无源RFID只有在物品出入库时进行识别，而本申请可以通过周期性地休眠和发射标签信息，例如：对仓储物品盘点类业务的发射周期可设置在每12小时发射1次，对物流过程跟踪类业务的发射周期可设置在每1小时发射一次；标签主动发射一次的能耗≤50ms.mA@3V，休眠电流≤300nA，按每1小时发射一次的能耗为50ms.mA+1080ms.mA，一颗普通的100mAH左右的蓝牙耳机用储能装置可供标签在主动模式下工作100mA*3600s*1000ms/1130ms.mA=318584小时，也即36年。从而实现在库物品的实时统计、实时定位、自动盘库、轨迹跟踪等功能，避免了无源RFID由于无意或人为的漏读导致的账物不符、实物盘点工作量大等问题，便于实现物流的可视化。此外，天线接收到读写器发出的射频信号后，将接收到的射频信号转化为第一电信号，RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开，实现通过天线获取功率满足要求的射频信号进行供电，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，以供读写器接收；RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。因此本申请还具备了无源RFID标签的功能，不影响正常的扫码出入库等操作，即使在储能装置电能耗尽时，可以当做普通的无源RFID标签使用，进而适用性更广。

可选地，RFID芯片包括：

控制单元，所述储能装置和所述控制单元相连，所述储能装置经所述控制单元给RFID芯片上电，所述天线和所述控制单元相连，当控制单元接收到第一电信号时，控制单元将储能装置与RFID芯片断开；当控制单元感应到第一电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接。

通过采用上述技术方案，在RFID芯片内设置控制单元，储能装置和控制单元相连，储能装置经控制单元给RFID芯片上电，天线和控制单元相连，当控制单元接收到第一电信号时，控制单元将储能装置与RFID芯片断开；当控制单元感应到第一电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接，从而实现RFID芯片的上电方式在天线上电和储能装置上电之间切换，简单快捷。

可选地，所述RFID芯片包括：

控制单元，所述储能装置和所述控制单元相连，所述储能装置经所述控制单元给RFID芯片上电；

处理单元，处理单元和天线相连，当处理单元接收到第一电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置与RFID芯片断开；当处理单元感应到第一电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。

通过采用上述技术方案，储能装置和控制单元相连，处理单元和天线相连，储能装置经控制单元给RFID芯片上电，当处理单元接收到第一电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置与RFID芯片断开；当处理单元感应到第一电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接，从而实现通过处理单元控制控制单元以将RFID芯片的上电方式在天线上电和储能装置上电之间切换。

可选地，所述RFID电子标签还包括：

换能装置，所述换能装置和所述RFID芯片相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电。

通过采用上述技术方案，当储能装置电能耗尽后，能够通过换能装置上电，换能装置接收到外界的能量信号时，将接收到的能量信号转换为第二电信号给RFID芯片供电，通过换能装置获取电能的方式，无需通过读卡器的射频信号获取电能，因此对射频信号的功率要求低，即消除了“标签对射频信号的功率要求要≥-18dBm”这一约束，可以使得标签与读卡器之间通信距离可以增加至100米左右，使得读卡器的发射功率从≥30dBm减少到可以≤24dBm，功率减少了4倍，使得读卡器的天线增益从≥12dBi减小到≤5dBi，天线的尺寸得以减小；相较于现有的有源RFID标签，有源RFID通过外接电源供电，体积较大，而本申请能够保证有效识别距离较长的同时，具备了无源RFID标签体积小、成本低且功耗低的优点。相较于现有的半有源RFID标签需要部署125KHz低频激活装置来激活半有源RFID标签内的电池，本申请一方面可采用换能装置接收外界的能量信号进行供电，例如热电换能器，通过感应环境温度并转换为电能为RFID芯片供电，亦或是光电换能器，通过感应光信号并转换为电能为RFID芯片供电；另一方面能够根据实际场景适配不同类型的换能装置，适用范围更宽。

可选地，所述RFID电子标签还包括：

换能装置，所述换能装置和所述RFID芯片相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电。

可选地，所述RFID电子标签还包括：当RFID芯片接收到第二电信号时，RFID芯片将储能装置断开，当RFID芯片感应到第二电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

通过采用上述技术方案，当换能装置对RFID芯片上电时，能够切断储能装置，减少储能装置电能浪费，当换能装置不再对RFID芯片上电时，RFID芯片重新与储能装置连接，恢复为储能装置上电。

可选地，所述换能装置和所述控制单元相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电，所述控制单元接收到第二电信号时，储能装置断开；当控制单元感应到第二电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接。

通过采用上述技术方案，换能装置和控制单元相连，当控制单元接收到第二电信号时，控制单元将储能装置与RFID芯片断开；当控制单元感应到第二电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接，从而实现RFID芯片的上电方式在换能装置上电和储能装置上电之间切换，简单快捷。

可选地，所述换能装置和所述控制单元相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，经控制单元给所述RFID芯片上电，换能装置和所述处理单元相连，当处理单元接收到第二电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置断开，当处理单元感应到第二电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。

通过采用上述技术方案，换能装置和控制单元相连，换能装置和处理单元相连，当处理单元接收到第二电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置与RFID芯片断开；当处理单元感应到第二电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接，从而实现通过处理单元控制控制单元以将RFID芯片的上电方式在天线上电和储能装置上电之间切换。

本申请提供的一种标签上电通信方法采用如下的技术方案：

一种标签上电通信方法，包括：

当RFID芯片由储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠；

当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第一电信号由天线将接收到的达到预设功率的射频信号转化而成，此时RFID芯片由天线上电，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，当RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

可选地，还包括：

当RFID芯片接收到第二电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第二电信号由换能装置将接收到的能量信号转换而成，当RFID芯片感应到第二电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.当RFID芯片通过储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠，当应用于物流定位时，无源RFID只有在物品出入库时进行识别，而本申请可以通过周期性地休眠和发射标签信息，例如：对仓储物品盘点类业务的发射周期可设置在每12小时发射1次，对物流过程跟踪类业务的发射周期可设置在每1小时发射一次；标签主动发射一次的能耗≤50ms.mA@3V，休眠电流≤300nA，按每1小时发射一次的能耗为50ms.mA+1080ms.mA，一颗普通的100mAH左右的蓝牙耳机用储能装置可供标签在主动模式下工作100mA*3600s*1000ms/1130ms.mA=318584小时，也即36年。从而实现在库物品的实时统计、实时定位、自动盘库、轨迹跟踪等功能，避免了无源RFID由于无意或人为的漏读导致的账物不符、实物盘点工作量大等问题，便于实现物流的可视化。此外，天线接收到读写器发出的射频信号后，将接收到的射频信号转化为第一电信号，RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开，实现通过天线获取功率满足要求的射频信号进行供电，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，以供读写器接收；RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。因此本申请还具备了无源RFID标签的功能，不影响正常的扫码出入库等操作，即使在储能装置电能耗尽时，可以当做普通的无源RFID标签使用，进而适用性更广；

2.当储能装置电能耗尽后，能够通过换能装置上电，换能装置接收到外界的能量信号时，将接收到的能量信号转换为第二电信号给RFID芯片供电，通过换能装置获取电能的方式，无需通过读卡器的射频信号获取电能，因此对射频信号的功率要求低，即消除了“标签对射频信号的功率要求要≥-18dBm”这一约束，可以使得标签与读卡器之间通信距离可以增加至100米左右，使得读卡器的发射功率从≥30dBm减少到可以≤24dBm，功率减少了4倍，使得读卡器的天线增益从≥12dBi减小到≤5dBi，天线的尺寸得以减小；相较于现有的有源RFID标签，有源RFID通过外接电源供电，体积较大，而本申请能够保证有效识别距离较长的同时，具备了无源RFID标签体积小、成本低且功耗低的优点。相较于现有的半有源RFID标签需要部署125KHz低频激活装置来激活半有源RFID标签内的电池，本申请一方面可采用换能装置接收外界的能量信号进行供电，例如热电换能器，通过感应环境温度并转换为电能为RFID芯片供电，亦或是光电换能器，通过感应光信号并转换为电能为RFID芯片供电；另一方面能够根据实际场景适配不同类型的换能装置，适用范围更宽，且换能装置使得RFID电子标签具备传感功能；

3.换能装置给储能装置充电，使得无线充电、太阳能充电或其他充电手段可以应用，可以延长标签的续航时间或缩短工作周期以适配更多的使用场景；

4.储能装置能够给换能装置上电，从而使得换能装置的选择范围更宽，例如可选择气体传感器等，传感器的选择约束大为减少。

附图说明

图1是本申请实施例中RFID电子标签的结构示意图。

图2是本申请一种实施方式中控制单元的结构示意图。

图3是本申请另一实施方式中控制单元的结构示意图。

图4是本申请又一实施方式中控制单元的结构示意图。

图5是本申请再一实施方式中控制单元的结构示意图。

图6是本申请实施例中标签上电通信方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种RFID电子标签，参照图1，包括RFID芯片，RFID芯片包括射频前端、模拟前端和基带，射频前端、模拟前端和基带两两相连，射频前端包括阻抗匹配网络单元、整流装置、解调单元和调制单元，整流装置可以为整流器，模拟前端包括电源模块和时钟模块以为基带提供稳定的供电电压和数字时钟，时钟模块采用超低功耗、自校正的时钟产生器，电源模块包括基准电压模块、稳压器、上电复位。

基带包括处理单元、PIE解码单元、编码单元，处理单元包括寄存器组，在本实施例中，模拟前端内还设有控制单元，应当注意的是，射频前端、模拟前端和基带只是封装过程中的命名，而不是对RFID芯片具体内部结构、单元和模块位置的限定。

电子标签还包括天线和储能装置，其中，天线和RFID芯片连接，具体地说，天线经整流装置、基准电压模块与RFID芯片相连，基准电压模块的输出端与RFID芯片的供电端相连，天线用于收发射频信号，例如，与外界的读卡器通讯；天线能够将外界的射频信号转化为电信号，当外界的射频信号功率达到预设功率时，例如，射频信号的功率≥-18dBm，天线输出第一电信号以给RFID芯片上电，即由天线获得的第一电信号经整流、升压电路后作为RFID芯片的供电电源。在上电方式为天线上电时，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，实现通过天线获取功率满足要求的射频信号，进行供电，因此具备了无源RFID标签的功能，进而适用性更广。

储能装置用于存储电能，储能装置可以为纽扣电池、微型电池等，可以是可充电电池，也可以是一次电池，储能装置和RFID芯片连接以给RFID芯片上电，在RFID芯片通过储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠，控制单元通过处理单元、振荡器及寄存器组实现周期的设定，例如，对仓储物品盘点类业务的发射周期可设置在每12小时发射1次，对物流过程跟踪类业务的发射周期可设置在每1小时发射一次；标签主动发射一次的能耗≤50ms.mA@3V，休眠电流≤300nA，按每1小时发射一次的能耗为50ms.mA+1080ms.mA，一颗普通的100mAH左右的蓝牙耳机用电池可供标签在主动模式下工作100mA*3600s*1000ms/1130ms.mA=318584小时，也即36年。从而实现在库物品的实时统计、实时定位、自动盘库、轨迹跟踪等功能，避免了无源RFID由于无意或人为的漏读导致的账物不符、实物盘点工作量大等问题，便于实现物流的可视化，同时其功耗大大降低。

当RFID芯片接收到来自天线的第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开；其具体实现方式可以是：

参照图2，控制单元可以是采用开关管Q1，储能装置的输出端接开关管Q1的源极，开关管Q1的漏极接基准电压模块的输出端，具体地，开关管Q1的漏极经第一二极管接基准电压模块的输出端，开关管Q1的漏极接第一二极管的负极，基准电压模块的输出端接第一二极管的正极，RFID芯片的供电端连接于开关管Q1的漏极和第一二极管之间；

在一实施方式中，开关管Q1的栅极可以是，连接于基准电压模块和第一二极管之间。当天线未输出第一电信号时，开关管Q1导通，储能装置经开关管Q1给RFID芯片上电；当天线输出第一电信号时，开关管Q1的栅极接收到第一电信号，此时开关管Q1关断，实现储能装置与RFID芯片断开，此时天线输出的第一电信号经整流装置和基准电压模块给RFID芯片上电。从而实现如下动作：储能装置经控制单元给RFID芯片上电，当控制单元接收到第一电信号时，控制单元将储能装置与RFID芯片断开；当控制单元感应到第一电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接。

参照图3，在另一实施方式中，开关管Q1的栅极还可以是，连接于处理模块，同时天线和处理单元相连，具体地，天线经整流装置、基准电压模块与处理单元连接，处理模块连接于基准电压模块和第一二极管之间，或是连接于第一二极管与开关管Q1的漏极之间。当天线未输出第一电信号时，开关管Q1导通，储能装置经开关管Q1给RFID芯片上电；当天线输出第一电信号时，处理单元接收到第一电信号，处理单元发出第三电信号，开关管Q1的栅极接收到第三电信号，开关管Q1关断，实现储能装置与RFID芯片之间断开，此时天线输出的第一电信号经整流装置和基准电压模块给RFID芯片上电；当处理单元感应到第一电信号消失时，处理单元发出第四电信号，第四电信号可以是低电平，开关管Q1的栅极接收到第四电信号，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。从而能够实现如下动作：储能装置经控制单元给RFID芯片上电，当处理单元接收到第一电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置与RFID芯片断开；当处理单元感应到第一电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。

标签还可以包括换能装置，换能装置和控制单元相连，即换能装置经第二二极管与开关管Q1的源极连接，换能装置接第二二极管正极，换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，经控制单元给RFID芯片上电，换能装置的输出端和储能装置的充电端相连，换能装置能够给储能装置充电。

进一步地，也可将基准电压模块的输出端接储能装置，以实现天线对储能装置充电；也可将基准电压模块的输出端接换能装置，以实现天线对换能装置上电。

参照图4和图5，控制单元还可以是如下结构，控制单元包括开关管Q2和开关管Q3，开关管Q2的源极接换能装置的输出端，开关管Q2的栅极接换能装置的输出端，开关管Q2的漏极接基准电压模块的输出端，储能装置的输出端接开关管Q3的源极，开关管Q3的漏极经第三二极管接基准电压模块的输出端，开关管Q3的漏极接第三二极管的正极，开关管Q2的漏极经第四二极管接基准电压模块的输出端，基准电压模块的输出端经第五二极管接第三二极管、第四二极管的负极，基准电压模块的输出端接第五二极管的正极，进一步地，开关管Q2的漏极和开关管Q3的漏极经DC/DC模块接第五二极管的负极，RFID芯片的供电端连接于DC/DC模块和第五二极管之间；同样的，在一实施方式中，开关管Q3的栅极可以是，连接于基准电压模块和第五二极管之间；也可以是，开关管Q3的栅极连接于处理模块，处理单元和天线相连。具体地，天线经整流装置、基准电压模块与处理单元连接，处理模块连接于基准电压模块和第五二极管之间，或是连接于第五二极管与DC/DC模块之间。DC/DC模块的设置实现增强RFID芯片对不同供电源的适配度。

其中，换能装置可以连接于开关管Q3的栅极，当换能装置输出第二电信号时，开关管Q3关断，此时即将储能装置断开，即实现控制单元接收到第二电信号时，将储能装置断开。

换能装置还可以是连接于处理模块，同时处理模块连接于开关管Q3的栅极，处理单元接收到换能装置的第二电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置断开。

可选择地，换能装置的输出端经第六二极管接储能装置的充电端，换能装置的输出端接第六二极管的正极，从而实现换能装置可以给储能装置充电。

在又一实施例中，处理单元可以和换能装置连接，处理单元接收到第二电信号时，将RFID芯片的上电方式识别为换能装置上电，同时显示RFID芯片的上电方式或者将当前的上电方式通过天线发射。扩散地，处理单元能够识别RFID芯片当前的上电方式，上电方式包括但不想限于天线上电、储能装置上电，以及换能装置上电；同时显示RFID芯片的上电方式或者将当前的上电方式通过天线发射。

典型地，上述的换能装置可以是采用压电、光电、热电、电磁波能量收集等换能元器件，换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，能量信号可以为光、热、压等，当储能装置电能耗尽时，可通过换能装置对标签进行上电，现有的无源RFID标签需要通过读卡器的射频信号获取电能，因此增大了读卡器的射频功率并影响了有效通信距离，对读卡器天线的尺寸也相应的有所要求，比如无源UHF RFID 从射频能量获取的角度，标签对射频信号的功率要求≥-18dBm（≤30米@915MHz），但从信号通信的角度，读卡器的接收灵敏度一般为≤-90dBm（≥150米@915MHz），存在较大的不均衡，严重影响了有效通信距离、增大了读卡器的射频功率以及天线的尺寸。

而在本实施例中，通过换能装置获取电能的方式，无需通过读卡器的射频信号获取电能，因此对射频信号的功率要求低，即消除了“标签对射频信号的功率要求要≥-18dBm”这一约束，可以使得标签与读卡器之间通信距离可以增加至100米左右，使得读卡器的发射功率从≥30dBm减少到可以≤24dBm，功率减少了4倍，使得读卡器的天线增益从≥12dBi减小到≤5dBi，天线的尺寸得以减小；相较于现有的有源RFID标签，有源RFID通过外接电源供电，体积较大，而本申请能够保证有效识别距离较长的同时，具备了无源RFID标签体积小、成本低且功耗低的优点。

相较于现有的半有源RFID标签需要部署125KHz低频激活装置来激活半有源RFID标签内的电池，本申请一方面可采用换能装置接收外界的能量信号进行供电，例如热电换能器，通过感应环境温度并转换为电能为RFID芯片供电，亦或是光电换能器，通过感应光信号并转换为电能为RFID芯片供电；另一方面能够根据实际场景适配不同类型的换能装置，适用范围更宽，且换能装置使得RFID电子标签具备传感功能。

此外，RFID芯片接收到第二电信号时，即RFID芯片由换能装置上电时，能够对第二电信号进行调制以生成射频信号并通过天线发射。实现发送标签信息的同时发送对应的检测数据，例如温度数据、亮度数据、压力数据等。

在又一实施例中，处理单元可以和储能装置通讯连接，进而实现对储能装置余量的监测，监测参数可以是电压等；当储能装置的余量低于设定值时，发送第三电信号至开关管Q1的栅极/开关管Q3的栅极，以使开关管Q1/开关管Q3截止，将储能装置断开，此时储能装置无法通过开关管Q1给RFID芯片上电，以避免储能装置过放电；可选择地，RFID电子标签在储能装置余量低于设定值时发出告警信号，例如自动改变主动发射的周期（如连续发3次）来实现电池欠电告警功能。

在另一实施例中，换能装置的供电输入端可和储能装置的输出端相连，储能装置能够给换能装置上电，当RFID芯片由储能装置上电时，RFID芯片发送唤醒信号给换能装置，储能装置给换能装置上电，换能装置接收能量信号，并将接收到的能量信号转化为第五电信号；

RFID芯片接收来自换能装置的第五电信号，并对第五电信号进行调制以生成射频信号并通过天线发射。

进一步地，唤醒信号可以是由处理单元发送，且，当RFID芯片由储能装置上电时，按照第二预设指令周期性地发送唤醒信号给换能装置。可实现周期性地获取检测数据，例如温度数据、亮度数据、压力数据等，同时可以和第一预设指令的周期相适配。

换能装置可以选用多种，一种用法是换能装置即传感又供能；一种用法是换能装置只传感不供能，例如常见的MEMS压力传感器；一种用法是换能装置是工作时需要供能，例如气体传感器，即使用只传感不供能的换能装置时，处理单元发送唤醒信号将换能装置唤醒，即可使换能装置接收外界的能量信号并转换成第五电信号，此时RFID芯片接收到来自换能装置的第五电信号并对第五电信号进行调制以生成射频信号并通过天线发射出去，使用工作时需要供能的换能装置时，处理单元发送唤醒信号将换能装置唤醒，储能装置对换能装置进行上电，实现接不同种类的传感器对对应的参数进行测量。同时，换能装置可以给储能装置充电，使得无线充电、太阳能充电或其他充电手段可以应用，可以延长标签的续航时间或缩短工作周期以适配更多的使用场景。

本实施例还公开一种标签上电通信方法，参照图6，包括以下步骤：

S1、当RFID芯片由储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠。

、当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第一电信号由天线将接收到的达到预设功率的射频信号转化而成，此时RFID芯片由天线上电，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，当RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

、当RFID芯片接收到第二电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第二电信号由换能装置将接收到的能量信号转换而成，当RFID芯片感应到第二电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RFID电子标签，其特征在于，包括：

RFID芯片；

天线，天线和所述RFID芯片连接，天线用于收发射频信号，天线接收到达到预设功率的射频信号时，天线输出第一电信号以给RFID芯片上电；

储能装置，储能装置用于存储电能，储能装置和RFID芯片连接以给RFID芯片上电；

其中，当RFID芯片通过储能装置上电时，所述RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠；当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开；RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接；

在RFID芯片由第一电信号上电时，所述RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射。

2.根据权利要求1所述的RFID电子标签，其特征在于，RFID芯片包括：

控制单元，所述储能装置和所述控制单元相连，所述储能装置经所述控制单元给RFID芯片上电，所述天线和所述控制单元相连，当控制单元接收到第一电信号时，控制单元将储能装置与RFID芯片断开；当控制单元感应到第一电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接。

3.根据权利要求1所述的RFID电子标签，其特征在于，所述RFID芯片包括：

控制单元，所述储能装置和所述控制单元相连，所述储能装置经所述控制单元给RFID芯片上电；

处理单元，处理单元和天线相连，当处理单元接收到第一电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置与RFID芯片断开；当处理单元感应到第一电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。

4.根据权利要求1所述的RFID电子标签，其特征在于，所述RFID电子标签还包括：

换能装置，所述换能装置和所述RFID芯片相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电。

5.根据权利要求2或3所述的RFID电子标签，其特征在于，所述RFID电子标签还包括：

换能装置，所述换能装置和所述RFID芯片相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电。

6.根据权利要求4所述的RFID电子标签，其特征在于，所述RFID电子标签还包括：当RFID芯片接收到第二电信号时，RFID芯片将储能装置断开，当RFID芯片感应到第二电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

7.根据权利要求5所述的RFID电子标签，其特征在于，所述换能装置和所述控制单元相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，给所述RFID芯片上电，所述控制单元接收到第二电信号时，储能装置断开；当控制单元感应到第二电信号消失时，控制单元将储能装置与RFID芯片重新连接。

8.根据权利要求5所述的RFID电子标签，其特征在于，所述换能装置和所述控制单元相连，所述换能装置将接收到的能量信号转换为第二电信号，经控制单元给所述RFID芯片上电，换能装置和所述处理单元相连，当处理单元接收到第二电信号时，发送第三电信号给控制单元，控制单元接收到第三电信号时将储能装置断开，当处理单元感应到第二电信号消失时，发送第四电信号给控制单元，控制单元接收到第四电信号时将储能装置与RFID芯片重新连接。

9.一种标签上电通信方法，其特征在于，包括：

当RFID芯片由储能装置上电时，RFID芯片按照第一预设指令周期性地休眠、唤醒以将标签信息调制成射频信号后通过天线发射、再休眠；

当RFID芯片接收到第一电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第一电信号由天线将接收到的达到预设功率的射频信号转化而成，此时RFID芯片由天线上电，RFID芯片将标签信息调制成射频信号后通过天线发射，当RFID芯片感应到第一电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

10.根据权利要求9的标签上电通信方法，其特征在于，还包括：

当RFID芯片接收到第二电信号时，RFID芯片将储能装置断开，第二电信号由换能装置将接收到的能量信号转换而成，当RFID芯片感应到第二电信号消失时，RFID芯片与储能装置重新连接。

Images