CN113283565B - 一种rfid标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法，该系统包括：整流器，将连接于射频端口RF+和RF‑之间的天线收集的射频能量转换为直流电压以供给标签芯片各用电单元；第一振荡器模块，在标签芯片上电后输出随直流电压高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号；第二振荡器模块，根据直流电压输出稳定的第二振荡信号；数字处理模块，在标签芯片上电时，利用第二振荡信号作时钟对第一振荡信号进行计数，根据计数结果输出第一控制信号和第二控制信号分别控制第一振荡器模块和阻抗调谐阵列的状态；阻抗调谐阵列，在第二控制信号控制下，通过在射频端口RF+和RF‑之间接入不同的电容来改变天线阻抗以实现天线阻抗的自动调谐。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，特别是涉及一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法。
背景技术
RFID技术作为物联网关键技术，被广泛应用在无线识别领域。由于RFID标签的识别过程受到距离和复杂的环境因素影响，距离过远、干湿环境、弯曲程度及环境变化等都会造成标签阻抗匹配失谐，影响RFID标签的识别和通信功能，因此，需要进行RFID标签芯片天线的阻抗调谐。
现有的RFID标签芯片天线的阻抗调谐方式常常是通过手动更改调谐器件，或者采用修剪方法，在RFID标签设计或安装初始阶段一次性完成，调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性。
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RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法，以解决现有的RFID标签芯片天线的阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
为达上述及其它目的，本发明提出一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，包括：
整流器，用于将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线所收集的射频能量转换为直流电压VCC以供给RFID标签芯片的各用电单元；
第一振荡器模块，用于在RFID标签芯片上电后输出随直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号，并在找到天线的最优阻抗后在数字处理模块输出的第一控制信号CTL1的控制下停止工作以节省能量；
第二振荡器模块，用于根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2；
数字处理模块，用于在所述RFID标签芯片上电时，利用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，根据计数结果分别输出所述第一控制信号CTL1和第二控制信号CTL2以分别控制所述第一振荡器模块和阻抗调谐阵列的工作状态；
阻抗调谐阵列，用于在所述第二控制信号CTL2的控制下，通过在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容来改变天线阻抗以实现天线阻抗的自动调谐。
优选地，所述第一振荡器模块包括可控开关以及第一振荡器，所述直流电压VCC连接至所述可控开关的一端，所述可控开关的另一端连接至第一振荡器的电源端，第一振荡器输出的第一振荡信号F1连接至所述数字处理模块的计数器输入端，所述数字处理模块输出的第一控制输出CTL1连接至所述可控开关的控制端。
优选地，所述第二振荡器模块包括低压差稳压器和第二振荡器，所述直流电压VCC连接至所述低压差稳压器的输入端，所述低压差稳压器的输出端连接至第二振荡器的电源端，所述第二振荡器输出的第二振荡信号F2连接至所述数字处理模块的时钟端。
优选地，所述数字处理模块包括计数器和数字处理器，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1连接至所述计数器的输入端，所述第二振荡器输出的第二振荡信号F2分别连接至所述计数器和数字处理器的时钟端，所述计数器的输出连接至所述数字处理器的输入端，所述数字处理器的第一控制输出CTL1连接至可控开关的控制端，数字处理器的第二控制输出CTL2连接至所述阻抗调谐阵列的控制端。
优选地，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率与所述整流器输出的直流电压VCC的高低成反比。
优选地，所述数字处理器根据所述计数器的计数结果输出第二控制输出CTL2以选择相应档位对所述阻抗调谐阵列进行调节，从而使得所述整流器输出不同的直流电压VCC，使所述第一振荡器输出不同频率的第一振荡信号F1，由所述计数器对不同频率的第一振荡信号F1进行计数并反馈至所述数字处理器。
优选地，当直流电压VCC的电压升高时，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，所述计数器的输出同步降低，所述数字处理器通过记录计数器的输出，将所述数字处理器输出的第二控制输出CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应整流器输出的直流电压VCC最高，从而将所述RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳。
为达到上述目的，本发明还提供一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用整流器将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线所收集的射频能量转换为直流电压VCC；
步骤S2，利用第一振荡器模块输出随直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号F1，利用第二振荡器模块根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2；
步骤S3，数字处理模块通过一计数器采用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，并根据计数结果输出第二控制信号CTL2控制所述阻抗调谐阵列的工作，以在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容改变天线阻抗，从而实现天线阻抗的自动调谐。
优选地，于步骤S3中，当所述直流电压VCC电压升高，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，所述计数器的输出同步降低，所述数字处理器通过记录计数器的输出，将所述数字处理器输出的第二控制输出CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应整流器输出的直流电压VCC最高，从而将所述RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳。
优选地，于步骤S3后，还包括：
在找到天线的最优阻抗后，所述数字处理模块还输出第一控制信号控制所述第一振荡器模块停止工作以节省能量。
与现有技术相比，本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法通过利用第一振荡器模块输出随整流器输出的直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号F1，利用第二振荡器模块根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2，通过一计数器采用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，并根据计数结果输出第二控制信号CTL2控制所述阻抗调谐阵列的工作，以在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容改变天线阻抗，从而实现天线阻抗的自动调谐，解决现有的RFID标签芯片天线的阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
附图说明
图1为本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统的系统结构图；
图2为本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法的步骤流程图。
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RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统的系统结构图。如图1所示，本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，包括：整流器10、第一振荡器模块20、第二振荡器模块30、数字处理模块40和阻抗调谐阵列50。
其中，整流器10，用于将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线(未示出)所收集的射频能量转换为直流电压VCC以供给RFID标签芯片的各用电单元如存储器(未示出)、数字基带(未示出)、调制解调模块(未示出)、第一振荡器模块20、第二振荡器模块30、数字处理模块40；第一振荡器模块20由可控开关K1、第一振荡器OSC1组成，用于在RFID标签芯片上电后输出随直流电压VCC成反比的第一振荡信号F1，并在找到最优阻抗后在数字处理模块40输出的第一控制信号CTL1的控制下停止工作以节省能量；第二振荡器模块30由低压差稳压器LDO和第二振荡器OSC2组成，用于将直流电压VCC转为稳定电压输出供给第二振荡器OSC2以输出稳定的第二振荡信号F2；数字处理模块40由计数器和数字处理器DSP组成，用于在上电时，使用第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数并进一步处理后分别输出第一控制信号CTL1和第二控制信号CTL2以分别控制第一振荡器模块20和阻抗调谐阵列50的工作状态；阻抗调谐阵列50，通常为串联和并联的电容阵列，用于在第二控制信号CTL2的控制下在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容来改变天线阻抗以实现天线阻抗自动调谐。
具体地，天线通过射频端口RF+和RF-连接至整流器10的输入端以及阻抗调谐阵列50和调制解调模块(未示出)的两端，整流器10输出的直流电压VCC连接至RFID标签芯片的各用电单元如存储器(未示出)、数字基带(未示出)、调制解调模块(未示出)和数字处理模块40的电源端，直流电压VCC还连接至第一振荡器模块20的可控开关K1的一端以及第二振荡器模块30的低压差稳压器LDO的输入端；可控开关K1的另一端连接至第一振荡器OSC1的电源端，第一振荡器输出的第一振荡信号F1连接至数字处理模块40之计数器的输入端；低压差稳压器LDO的输出端连接至第二振荡器OSC2的电源端，第二振荡器OSC2输出的第二振荡信号F2分别连接至数字处理模块40之计数器和数字处理器DSP的时钟端，数字处理模块40之计数器的输出连接至数字处理器DSP的输入端，数字处理器DSP的第一控制输出CTL1连接至可控开关K1的控制端，数字处理器DSP的第二控制输出CTL2连接至阻抗调谐阵列50的控制端。
本发明的工作原理如下：
1、读写器发送载波，当能量足够时，RFID标签芯片上电，RFID标签芯片的阻抗调谐阵列50居中，并令可控开关K1接通；
2、当整流器10的输出电压VCC上升到设定电位时，第一振荡器OSC1开始工作，随着电压VCC的上升，第一振荡器OSC1稳定工作，同时第二振荡器OSC2也开始工作，在本发明中，设计第一振荡器OSC1随着电源电压VCC的高低不同而输出的第一振荡信号F1的振荡频率不同，例如设计使得第一振荡器OSC1输出的第一振荡信号F1的振荡频率与供电电源电压的高低成反比，即当直流电压VCC的电压升高时，第一振荡器OSC1输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，由计数器对第一振荡信号F1进行计数，由于第二振荡器OSC2是用低压差稳压器LDO输出的稳定电压供电，其输出的第二振荡信号F2的振荡频率稳定，则可以做为计数器的时钟对第一振荡信号F1进行计数；
3、数字处理器DSP根据计数器的计数结果输出第二控制输出CTL2对阻抗调谐阵列50选择不同档位进行调节，导致整流器10输出不同的直流电压VCC，从而使第一振荡器OSC1输出不同频率的第一振荡信号F1，计数器对不同频率的第一振荡信号F1进行计数并进一步输出第二控制输出CTL2对阻抗调谐阵列50调节，从而找到天线阻抗的最优值。具体地，若设计使得第一振荡器OSC1输出的第一振荡信号F1的振荡频率与供电电源电压的高低成反比，则当直流电压VCC的电压升高时，第一振荡器OSC1输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，计数器的输出同步降低，DSP通过记录计数器的输出，可将数字处理器DSP输出的第二控制输出CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应直流电压VCC最高，即RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳。
4、找出最优值后，对档位进行锁定，并通过第一控制输出CTL1关闭可控开关K1，断开第一振荡器OSC1的电源以降低功耗；
5、在本次上电周期内保持上述锁定的档位。
图2为本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用整流器将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线所收集的射频能量转换为直流电压VCC。
步骤S2，利用第一振荡器模块输出随直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号F1，利用第二振荡器模块根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2，并利用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数。
步骤S3，数字处理模块通过一计数器采用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，并根据计数结果输出第二控制信号CTL2控制所述阻抗调谐阵列的工作，以在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容改变天线阻抗，从而实现天线阻抗的自动调谐。
在本发明具体实施例中，若设计使得第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率与直流电压VCC的高低成反比，则当直流电压VCC的电压升高时，第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，计数器的输出同步降低，数字处理器DSP通过记录计数器的输出，可将数字处理器DSP输出的第二控制输出CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应直流电压VCC最高，即RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳
优选地，在找到天线的最优阻抗后，所述数字处理模块还输出第一控制信号CTL1控制所述第一振荡器模块停止工作以节省能量。
综上所述，本发明一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统及方法通过利用第一振荡器模块输出随整流器输出的直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号F1，利用第二振荡器模块根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2，通过一计数器采用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，并根据计数结果输出第二控制信号CTL2控制所述阻抗调谐阵列的工作，以在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容改变天线阻抗，从而实现天线阻抗的自动调谐，解决现有的RFID标签芯片天线的阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
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 (10)
1.一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，包括：
整流器，用于将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线所收集的射频能量转换为直流电压VCC以供给RFID标签芯片的各用电单元；
第一振荡器模块，用于在RFID标签芯片上电后输出随直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号，并在找到天线的最优阻抗后在数字处理模块输出的第一控制信号CTL1的控制下停止工作以节省能量；
第二振荡器模块，用于根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2；
数字处理模块，用于在所述RFID标签芯片上电时，利用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，根据计数结果分别输出所述第一控制信号CTL1和第二控制信号CTL2以分别控制所述第一振荡器模块和阻抗调谐阵列的工作状态；
阻抗调谐阵列，用于在所述第二控制信号CTL2的控制下，通过在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容来改变天线阻抗以实现天线阻抗的自动调谐。
2.如权利要求1所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述第一振荡器模块包括可控开关以及第一振荡器，所述直流电压VCC连接至所述可控开关的一端，所述可控开关的另一端连接至第一振荡器的电源端，第一振荡器输出的第一振荡信号F1连接至所述数字处理模块的计数器输入端，所述数字处理模块输出的第一控制信号CTL1连接至所述可控开关的控制端。
3.如权利要求2所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述第二振荡器模块包括低压差稳压器和第二振荡器，所述直流电压VCC连接至所述低压差稳压器的输入端，所述低压差稳压器的输出端连接至第二振荡器的电源端，所述第二振荡器输出的第二振荡信号F2连接至所述数字处理模块的时钟端。
4.如权利要求3所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述数字处理模块包括计数器和数字处理器，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1连接至所述计数器的输入端，所述第二振荡器输出的第二振荡信号F2分别连接至所述计数器和数字处理器的时钟端，所述计数器的输出连接至所述数字处理器的输入端，所述数字处理器的第一控制信号CTL1连接至可控开关的控制端，所述数字处理器的第二控制信号CTL2连接至所述阻抗调谐阵列的控制端。
5.如权利要求4所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率与所述整流器输出的直流电压VCC的高低成反比。
6.如权利要求5所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述数字处理器根据所述计数器的计数结果输出所述第二控制信号CTL2以选择相应档位对所述阻抗调谐阵列进行调节，从而使得所述整流器输出不同的直流电压VCC，使所述第一振荡器输出不同频率的第一振荡信号F1，由所述计数器对不同频率的第一振荡信号F1进行计数并反馈至所述数字处理器。
7.如权利要求6所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统，其特征在于：当直流电压VCC的电压升高时，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，所述计数器的输出同步降低，所述数字处理器通过记录计数器的输出，将所述数字处理器输出的第二控制信号CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应整流器输出的直流电压VCC最高，从而将所述RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳。
8.一种用于如权利要求1-7中任一项的RFID标签芯片天线阻抗自动调谐系统的RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用整流器将连接于射频端口RF+和RF-之间的天线所收集的射频能量转换为直流电压VCC；
步骤S2，利用第一振荡器模块输出随直流电压VCC高低不同而振荡频率不同的第一振荡信号F1，利用第二振荡器模块根据所述直流电压VCC输出稳定的第二振荡信号F2；
步骤S3，数字处理模块通过一计数器采用所述第二振荡信号F2做时钟对第一振荡信号F1进行计数，并根据计数结果输出第二控制信号CTL2控制所述阻抗调谐阵列的工作，以在射频端口RF+和RF-之间接入不同的电容改变天线阻抗，从而实现天线阻抗的自动调谐。
9.如权利要求8所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法，其特征在于，于步骤S3中，当所述直流电压VCC电压升高，所述第一振荡器输出的第一振荡信号F1的振荡频率降低，所述计数器的输出同步降低，所述数字处理模块的数字处理器通过记录计数器的输出，将所述数字处理器输出的第二控制信号CTL2锁定在计数输出最低的挡位，此时对应整流器输出的直流电压VCC最高，从而将所述RFID标签芯片的天线阻抗调谐到最佳。
10.如权利要求9所述的一种RFID标签芯片天线阻抗自动调谐方法，其特征在于，于步骤S3后，还包括：
在找到天线的最优阻抗后，所述数字处理模块还输出第一控制信号控制所述第一振荡器模块停止工作以节省能量。
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