CN117057387A - 一种可远近距离读取自由切换的rfid标签芯片及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片及其设计方法，包括：射频模拟前端、数字基带、存储器和判断电路。射频模拟前端从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量提供至RFID标签芯片，产生数字基带所需的时钟信号和复位信号；数字基带对来自射频模拟前端的信号进行解码，根据RFID协议规定完成对信号的解析，对需要返回的数据编码后输送给射频模拟前端，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器。
Description
技术领域
本发明涉及射频RFID技术领域，特别涉及一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片及其设计方法。
背景技术
RFID技术是一种自动识别技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，是一种无线通信技术。按照工作频率，RFID通常分为低频(125kHz/134.2kHz)、高频(13.56MHz)、超高频(433MHz/860MHz～960MHz)和微波(2.45GHz/5.8GHz)等几个类型。
无源超高频RFID(指860MHz～960MHz频段)标签芯片，超高频RFID凭借其远距离识读的特点被广泛应用于防伪、仓储管理、车辆识别、物流等各个领域。然而，在实际应用过程中，功率通常是恒定的，系统的能耗较大，且在恶劣环境中，不能灵活调节其功率，容易出现漏读的情况。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片及其设计方法。
为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，包括：射频模拟前端、数字基带、存储器和判断电路。
所述射频模拟前端用于从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量提供至RFID标签芯片，产生数字基带所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号；
所述数字基带用于对来自所述射频模拟前端的信号进行解码，根据新协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对所述存储器进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给所述射频模拟前端，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器；
所述存储器用于存储所述RFID标签芯片的相关信息；
所述判断电路用于将从所述射频模拟前端接收的信号与接收射频信号幅度相关的输入信号Vin与参考电压Vref进行比较，并将比较结果与距离控制信号cl进行逻辑或运算，然后输出控制信号至所述数字基带以决定所述RFID标签芯片是否返回数据给所述RFID读写器。
进一步，所述判断电路包括：比较器和二输入或门，其中，所述比较器的正向输入端接入所述输入信号Vin，所述比较器的反向输入端接入所述参考电压Vref，所述比较器的输出端与所述二输入或门的一个输入端连接，所述二输入或门的另一个输入端接入所述距离控制信号cl，所述二输入或门的输出端与所述数字基带连接，以向所述数字基带所述控制信号。
进一步，所述数字基带包括处理专有命令的解析电路，用于接收所述RFID读写器的专有命令并输出与该专有命令相关的该距离控制信号至该二输入或门。
进一步，射频模拟前端进一步用于将配置信息和用户数据存储于所述存储器中。
进一步，所述存储器采用带电可擦可编程只读存储器EEPROM存储芯片。
进一步，所述RFID标签芯片的相关信息包括口令密钥、用户数据、厂商信息和物品编码。
本发明还提出一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片的设计方法，包括如下步骤：
步骤S1，射频模拟前端从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量，提供至RFID标签芯片，产生数字基带所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号；
步骤S2，判断电路将射频模拟前端输出的与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与距离控制信号进行逻辑运算，并输出控制信号控制数字基带，以决定标签芯片是否返回数据给读写器；
步骤S3，所述数字基带在该距离选择电路输出的控制信号的控制下返回信息至该射频模拟前端；所述数字基带对来自所述射频模拟前端的信号进行解码，根据UHF RFID通信协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对所述存储器进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给所述射频模拟前端，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器；利用所述判断电路的比较器将与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与该距离控制信号输入至二输入或门进行逻辑或运算，根据得到的输出结果决定RFID标签芯片是否返回数据给所述RFID读写器。
根据本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片及其设计方法，解决了现有UHF RFID标签使用中，在连续、大批量标签读取时，一味的恒定功率，导致的效率低、损耗大、易漏读等问题，可以实现超高频RFID标签在连续、大批量标签读取时，可根据距离远近选择功率，从而实现低能耗，零失误、高效率的工作。
本发明通过利用判断电路将射频模拟前端输出的与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与距离控制信号进行逻辑运算后输出控制信号控制基带，以决定基带是否返回数据给读写器，使超高频标签芯片实现了远近距离读写之间切换、满足远距离读写和近距离读写两种方式的目的。
本发明的标签芯片含有一套简单、灵活且可靠的功率自适应调节策略，进而选择合适的功率，可双重自适应控制，具有较高的识读成功率和良好的节能效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的无源超高频RFID标签工作示意图(该发明标签在使用时的具体使用场景展示图)；
图2为根据本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片的结构图；
图3为根据本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片设计方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片设计方法的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，无源超高频RFID标签工作必须满足以下三个条件：①接收能量(Energy)；②获得信号(在接收能量的同时)(Signal Request to tag)；③调制能量(Modulated Return Signal)，用反向散射技术来返回调制的信号。
如图2所示，本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，包括：射频模拟前端1、数字基带2、存储器3和判断电路4。
射频模拟前端1用于从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量提供至RFID标签芯片，产生数字基带2所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号。即，由射频模拟前端1为芯片内部电路提供能量，完成标签数据的调制解调，提供标签工作所需要的时钟信号以及复位信号。
此外，射频模拟前端1进一步用于将配置信息和用户数据存储于存储器3中。
数字基带2用于对来自射频模拟前端1的信号进行解码，根据RFID协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对存储器3进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给射频模拟前端1，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器。
在本发明的实施例中，数字基带2包括处理专有命令的解析电路，用于接收RFID读写器的专有命令并输出与该专有命令相关的该距离控制信号至该二输入或门。
综上，数字基带2完成整个芯片的数据处理和控制，并完成标签反向散射的数据信息给射频模拟前端1。
存储器3用于存储RFID标签芯片的相关信息，是构成标签芯片成本和功耗的主要部分。其中，RFID标签芯片的相关信息包括口令密钥、用户数据、厂商信息和物品编码等信息。
在本发明的实施例中，存储器3采用带电可擦可编程只读存储器3EEPROM存储芯片。存储器3采用既可以长时间保持数据，又可以随时随地对数据进行更新的E2PROM来存储标签信息。
判断电路4用于将从射频模拟前端1接收的信号与接收射频信号幅度相关的输入信号Vin与参考电压Vref进行比较，并将比较结果与距离控制信号cl进行逻辑或运算，然后输出控制信号至数字基带2以决定RFID标签芯片是否返回数据给RFID读写器。
具体的，判断电路4包括：比较器和二输入或门，其中，比较器的正向输入端接入输入信号Vin，比较器的反向输入端接入参考电压Vref，比较器的输出端与二输入或门的一个输入端连接，二输入或门的另一个输入端接入距离控制信号cl，二输入或门的输出端与数字基带2连接，以向数字基带2控制信号。
本发明的实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，工作原理如下：
超高频RFID标签芯片通过设定该与接收射频信号幅度相关的输入信号或者该参考电压的值来控制该超高频RFID标签芯片与读写器的通信距离。当该超高频RFID标签芯片上电后，读写器发送专有命令，该超高频RFID标签芯片进行命令解析，该距离控制信号cl信号由”1”转变为”0”，该数字基带2是否返回数据给模拟前端由输入的输入信号与该参考电压的比较结果而定，只有当输入信号>参考电压时该超高频RFID标签芯片才能继续返回数据给读写器。
如图3和图4所示，本发明的实施例还提供一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，射频模拟前端1从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量，提供至RFID标签芯片，产生数字基带2所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号；
步骤S2，判断电路4将射频模拟前端1输出的与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与距离控制信号进行逻辑运算，并输出控制信号控制数字基带2，以决定标签芯片是否返回数据给读写器；
步骤S3，数字基带2在该距离选择电路输出的控制信号的控制下返回信息至该射频模拟前端1；数字基带1对来自所述射频模拟前端的信号进行解码，根据UHF RFID通信协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对存储器3进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给射频模拟前端1，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器；利用判断电路4的比较器将与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与该距离控制信号输入至二输入或门进行逻辑或运算，根据得到的输出结果决定RFID标签芯片是否返回数据给RFID读写器。
根据本发明实施例的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片及其设计方法，解决了现有UHF RFID标签使用中，在连续、大批量标签读取时，一味的恒定功率，导致的效率低、损耗大、易漏读等问题，可以实现超高频RFID标签在连续、大批量标签读取时，可根据距离远近选择功率，从而实现低能耗，零失误、高效率的工作。
本发明通过利用判断电路将射频模拟前端输出的与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与距离控制信号进行逻辑运算后输出控制信号控制基带，以决定基带是否返回数据给读写器，使超高频标签芯片实现了远近距离读写之间切换、满足远距离读写和近距离读写两种方式的目的。
本发明的标签芯片含有一套简单、灵活且可靠的功率自适应调节策略，进而选择合适的功率，可双重自适应控制，具有较高的识读成功率和良好的节能效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (7)
1.一种可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，包括：射频模拟前端、数字基带、存储器和判断电路，其中，
所述射频模拟前端用于从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量提供至RFID标签芯片，产生数字基带所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号；
所述数字基带用于对来自所述射频模拟前端的信号进行解码，根据UHF RFID通信协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对所述存储器进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给所述射频模拟前端，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器；
所述存储器用于存储所述RFID标签芯片的相关信息；
所述判断电路用于将从所述射频模拟前端接收的信号与接收射频信号幅度相关的输入信号Vin与参考电压Vref进行比较，并将比较结果与距离控制信号cl进行逻辑或运算，然后输出控制信号至所述数字基带以决定所述RFID标签芯片是否返回数据给所述RFID读写器。
2.如权利要求1所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，所述判断电路包括：比较器和二输入或门，其中，所述比较器的正向输入端接入所述输入信号Vin，所述比较器的反向输入端接入所述参考电压Vref，所述比较器的输出端与所述二输入或门的一个输入端连接，所述二输入或门的另一个输入端接入所述距离控制信号cl，所述二输入或门的输出端与所述数字基带连接，以向所述数字基带所述控制信号。
3.如权利要求1所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，所述数字基带包括处理专有命令的解析电路，用于接收所述RFID读写器的专有命令并输出与该专有命令相关的该距离控制信号至该二输入或门。
4.如权利要求1所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，射频模拟前端进一步用于将配置信息和用户数据存储于所述存储器中。
5.如权利要求1所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，所述存储器采用带电可擦可编程只读存储器EEPROM存储芯片。
6.如权利要求1或6所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片，其特征在于，所述RFID标签芯片的相关信息包括口令密钥、用户数据、厂商信息和物品编码。
7.一种权利要求1-6任一项所述的可远近距离读取自由切换的RFID标签芯片的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，射频模拟前端从RFID阅读器发出的CW射频波中提取能量，提供至RFID标签芯片，产生数字基带所需的时钟信号和复位信号，并调制或解调信号；
步骤S2，判断电路将射频模拟前端输出的与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与距离控制信号进行逻辑运算，并输出控制信号控制数字基带，以决定标签芯片是否返回数据给读写器；
步骤S3，所述数字基带在该距离选择电路输出的控制信号的控制下返回信息至该射频模拟前端；所述数字基带对来自所述射频模拟前端的信号进行解码，根据UHF RFID通信协议规定完成对信号的解析，不同的命令对应协议上不同的状态跳转，并对所述存储器进行相关的读出或者写入操作，对需要返回的数据编码后输送给所述射频模拟前端，实现对RFID标签反向散射载波的调制，将标签反向散射的数据信息返回给RFID阅读器；利用所述判断电路的比较器将与接收射频信号幅度相关的输入信号与参考电压进行比较，并将比较结果与该距离控制信号输入至二输入或门进行逻辑或运算，根据得到的输出结果决定RFID标签芯片是否返回数据给所述RFID读写器。
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