CN201413526Y - 一种新型的具有不同频率的射频识别芯片 - Google Patents

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陈阳明
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Abstract

本实用新型公开了一种新型的具有不同频率的射频识别芯片,包括容置芯片的基体,在芯片基体内分别独立设置有低频、高频和超高频芯片,低频和高频、超高频芯片各带有自用天线;在芯片基体内还设置有一共用的存储单元,所述存储单元分别与低频、高频和超高频芯片数据链接。当读写器靠近芯片时,低频的读写器会使芯片内低频电路工作,高频读写器会使芯片内高频电路工作,超高频读写器会使芯片内超高频电路工作,由于频率差很大,相互不影响,从而使得利用本芯片可以进行不同频率之间的数据交换;使得RFID在各个行业中可以互相通用,达到共同管理的目的。

Description

一种新型的具有不同频率的射频识别芯片
技术领域
本实用新型涉及电子芯片设计领域,尤其涉及一种具有不同频率的射频识别芯片。
背景技术
RFID(射频识别)技术是从上世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术,近年来发展十分迅速。其技术的覆盖范围广泛,许多正在应用中的自动识别技术都可以归于RFID技术之内,但它们的工作原理、工作频率、技术特点、适用领域以及遵循的标准却是不同的。
通常,RFID系统由电子、读写器和数据管理系统这三个主要部分组成。电子标签由天线和RFID芯片组成,每个RFID芯片都含有唯一的识别码,用来表示电子所附着的物体。读写器用来读写电子中的信息,读写器通过网络和其他计算机或系统通讯,完成对电子的信息获取、解释以及数据管理。
由于国外对RFID使用量的不断增大,推动了国内RFID应用和发展,也为RFID产业打下了应用的基础。进入21世纪,RFID产业受到了政府部门和研究机构的重视,各项支持政策逐步出台,支持力度逐步加大;同时政府也大力推动了RFID在行业的应用。目前RFID已在国内得到广泛的应用,主要集中于身份识别、公共交通管理、物流管理等领域。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的具有不同频率的射频识别芯片(RFID),其能够正确接收各种频段(包括低频、高频及超高频)的有源射频识别(RFID)信息与指令。
为实现上述目的,本实用新型采取以下设计方案:
一种新型的具有不同频率的射频识别芯片,包括容置芯片的基体,在芯片基体内分别独立设置有低频、高频和超高频芯片,低频、高频和超高频芯片各带有自用天线;还设置有一共用的存储单元;所述存储单元分别与低频、高频和超高频标签芯片数据链接。
所述的低频芯片内设有低频电路单元,由时钟提取电路、全波整流电路、数据调制解调电路、时序电路构成,低频芯片通过耦合过来的电场,使得电容充电,经整流稳压电路将变化的电场变为提供芯片的电源,并且通过时钟提取电路将芯片的工作时钟提取出来,通过时序电路将存储阵列中的数据取出,通过数据解码及数据解调器完成数据传输。
所述的高频芯片内设有高频电路单元,由RF接口、电源电路、控制与逻辑电路、调制解调电路及加密解密电路、防冲撞模块、认证模块组成;RF接口、电源电路将高频芯片天线上耦合到的交流信号转换为直流电源电压,达一定电压值时驱动控制与逻辑电路工作;解调调制实现高频芯片与读卡器间的通信;解调后的信号通过放大器进入控制与运算单元,进行数据的认证、防冲突算法运算(由软件程序实现,固化于防冲撞模块、认证模块中)。
所述的超高频芯片内设有的超高频电路单元包括RF接口电路、电源电路、时钟提取电路、时钟产生电路、反向散射调制电路、解调电路、控制单元及存储器;电源电路将天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压;调制与解调电路实现芯片与读卡器间的通信;控制单元为处理指令的数字电路。
本新型的具有不同频率的有源射频识别芯片RFID芯片的内部集成了低频、高频、超高频的发射及接收电路,从而使得利用本芯片可以进行不同频率之间的数据交换。使得RFID在各个行业中可以互相通用,达到共同管理的目的。
本实用新型的优点是:
1、由于其包括了LF(低频)、HF(高频)、UHF(超高频)三个频段,接收部分相对独立,可以共用存储阵列;故适用范围广,可以互相通用在各个行业中。
2、本电子芯片具有识别距离远、识读率高、防冲突能力强、可扩展性好等特点。
3、对于管理者来说,即使需要对多种项目进行管理,也不需要再配备多个RFID系统,相应的管理成本大幅降低。
4、由于其通用性增强,使用者也不需要再配备多个RFID识别卡,方便了人民大众的生活。
附图说明
图1为本新型的具有不同频率的射频识别芯片构成原理示意图
图2为本新型的具有不同频率的射频识别芯片的低频电路构成原理示意图
图3为本新型的具有不同频率的射频识别芯片的高频电路构成原理示意图
图4为本新型的具有不同频率的射频识别芯片的超高频电路构成原理示意图
图5为本实用新型电路中采用的时钟提取电路原理图
图6为本实用新型电路中采用的全波整流电路图
图7为本实用新型电路中采用的并联稳压电路图
图8为本实用新型电路中采用的解调电路图
图9为本实用新型电路中采用的调制电路图
具体实施方式
如图1所示,本新型的具有不同频率的射频识别芯片的基本组成是:芯片基体100,在芯片基体100内分别独立设置有低频和高频、超高频芯片1、2、3。低频和高频、超高频芯片各带有自用天线11、21、31,并分别内设有低频电路单元和高频电路单元、超高频电路单元。芯片基体内还设置有一共用的存储单元4;低频和高频、超高频芯片的输出共同接在存储电路单元的输入。
所述的低频、高频和超高频芯片各内设的低频电路单元、高频电路单元和超高频电路单元均可以采用现有技术实现。
图2所示的是低频芯片内设的低频电路单元一实施例形式,可以由以下部分组成:时钟提取电路、全波整流电路、数据调制解调电路、顺序发生器等。
参见图2,低频芯片工作过程:低频电路外部的电感和电容谐振频率为125KHz或134.2KHz,当读写器靠近时,低频芯片通过耦合过来的电场,使得电容C100充电,低频芯片内部的整流稳压电路(参见图6所示实施例)将变化的电场变为提供芯片的电源,并且通过时钟提取电路(参见图5所示实施例)将芯片的工作时钟提取出来,通过时序电路将低频、高频、超高频共用的存储单元14的存储阵列中的数据取出,通过数据解码及数据解调器,将数据传输出去。
低频芯片的特点:工作频率不受无线电频率管制约束;可以穿透水、有机组织、木材等;非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用(例如:动物识别)等。
所述的高频芯片内设有的高频电路单元可以参见图3所示,可以由以下部分组成:RF接口、电源电路、控制与逻辑电路、调制解调电路及加密解密电路、防冲撞模块、认证模块等。由于高频电路有很多国际标准,比如说ISO15693、ISO14443A、ISO14443B等这些协议都集成在芯片的控制与逻辑电路中。本芯片将这些协议都加入到了芯片电路当中,自动的进行协议切换,当不符合某个协议时会自动选择其它协议进行校验。实现这一功能的优点是不用考虑芯片的协议,只要是同一频率,符号国际标准的读写器都可以读写本芯片。
高频芯片的具体工作过程是:
电源产生电路可以由整流电路、稳压电路、过流保护电路三个功能模块组成;解调电路可以由检波电路和比较电路两个功能模块组成。还有调制电路、上电复位电路和时钟产生电路。当芯片进入读卡器的场强范围时,电源产生电路将天线上耦合到的交流信号转换为直流电源电压。当电源电压达到某一特定电压值时,上电复位模块给出上电信号,使控制与逻辑电路进入工作状态。解调模块(其具体实施电路可参见图8)则是把读卡器发射的数据信息从ASK调制信号中恢复出来,再送给数字逻辑电路。而调制模块是把卡片中数字逻辑电路要发送的数据信息通过天线发射出去,于是通过对双方天线的控制建立起了读卡器和芯片之间的通信。为了防止直流电源电压过高,必须在整流电路后面加上一级稳压电路(参见图7)。传统的稳压电路是通过对VDD的采样电压与某个标准电压或者另外一路采样电压进行比较而得到的泄放电路的控制电压。这样得到的控制电压会有一个控制电压突然跳变的过程,使得泄放电路的泄放电流在跳变前后的改变量比较大,对保持接收信号的调制深度非常不利,可能使得接收信号的调制深度在某段场强范围内非常小,导致解调失败。解调后的信号通过放大器进入控制与运算单元,进行数据的认证、防冲突(防碰撞)等算法运算,最后将数据写入存储阵列(存储器4)或从存储阵列(存储器4)中读出数据。
所述的超高频芯片内设有的超高频电路单元可以参见图4所示,超高频无源RFID是指工作频率在300M~3GHz之间的超高频频段内,无外接电源供电。目前超高频的RFID芯片基本上是遵循ISO18000-6或EPC GEN 2协议。这种超高频无源RFID由于其工作频率高,可读写距离长,无需外部电源,制造成本低,目前成为了RFID研究的重点方向之一,有可能成为在不久的将来RFID领域的主流产品。
一个完整超高频无源RFID由天线和芯片两部分组成,其中,芯片一般包括以下几部分电路:电源电路(包括电路电源恢复电路、电源稳压电路)、反向散射调制电路、解调电路、时钟提取电路、时钟产生电路、控制单元、存储器等。无源RFID芯片工作时所需要的能量完全来源于读卡器产生的电磁波的能量,因此,电源恢复电路需要将天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压,为芯片提供能量。由于RFID所处的电磁环境是十分复杂的,输入信号的功率可以变化几百甚至几千倍,因此,为了芯片在大小不同的场强中均可以正常工作,必须设计可靠的电源稳压电路。调制与解调电路是芯片与读卡器进行通信的关键电路,目前绝大部分的UHF RFID芯片采用的是ASK调制。RFID芯片的控制单元是处理指令的数字电路。为使芯片在进入读卡器场区后,数字电路可以正确复位,以响应读卡器的指令。
本实用新型电子芯片(UHF电子)具有识别距离远、识读率高、防冲突能力强、可扩展性好等特点,读卡距离可达3-10米。
所述的存储电路是各个频率电路的相交的部分,每个频段数据的存取都是靠这部分电路来实现,这部分电路为共用部分。
本实用新型不同频率的RFID芯片是基于目前市场上RFID芯片比较单一的情况下提出的。由于以前的方法工艺复杂、成本高,所以利用本实用新型芯片可以降低成本而且可以使得在各个领域都可以应用。
工作原理:当读写器靠近芯片时,低频的读写器会使芯片内低频电路工作,高频读写器会使芯片内高频电路工作,超高频读写器会使芯片内超高频电路工作,由于频率差很大,所以相互不影响。如果有多个频率读卡器,那就会使芯片内各频率部分的电路都处于工作状态,这样芯片内各频率电路遵循自己的协议或规则进行通讯,如果符合协议,就将要读写的内容送出或写入芯片内部。
本实用新型解决了由于频率和标准不统一带来的一些弊病,比如说用不同频率的芯片去管理同一种事物等,有了实用新型的这种芯片,就不用考虑频率和协议的问题,只要利用各个频率的特点,管理不同的事物,而且对于设备来说也可以单一化,使管理和实施变得非常容易。
上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化,故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性,而非用以限制本实用新型的申请专利范围。

Claims (5)

1、一种新型的具有不同频率的射频识别芯片,包括容置芯片的基体,其特征在于:在芯片基体内分别独立设置有低频、高频和超高频芯片,低频和高频、超高频芯片各带有自用天线;在芯片基体内还设置有一共用的存储单元,所述存储单元分别与低频、高频和超高频芯片数据链接。
2、根据权利要求1所述的新型的具有不同频率的射频识别芯片,其特征在于:所述的低频芯片内设有低频电路单元,由时钟提取电路、全波整流电路、数据调制解调电路、时序电路构成,低频芯片通过耦合过来的电场,使得电容充电,经整流稳压电路将变化的电场变为提供芯片的电源,并且通过时钟提取电路将芯片的工作时钟提取出来,通过时序电路将存储阵列中的数据取出,通过数据解码及数据解调器完成数据传输。
3、根据权利要求2所述的新型的具有不同频率的射频识别芯片,其特征在于:所述的高频芯片内设有高频电路单元由RF接口、电源电路、防冲撞电路、认证电路、加密解密电路、控制与逻辑电路及调制解调电路组成;RF接口、电源电路将高频芯片天线上耦合到的交流信号转换为直流电源电压,达一定电压值时驱动控制与逻辑电路工作;解调调制实现高频芯片与读卡器间的通信;解调后的信号通过放大器进入控制与运算单元,进行数据的认证、防冲突算法运算。
4、根据权利要求3所述的新型的具有不同频率的射频识别芯片,其特征在于:在高频电路单元的整流电路后面加上一级稳压电路。
5、根据权利要求1所述的新型的具有不同频率的射频识别芯片,其特征在于:所述的超高频芯片内设有的超高频电路单元包括RF接口电路、有电源电路、时钟提取电路、时钟产生电路、反向散射调制电路、解调电路、控制单元及存储器;电源电路将天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压;调制与解调电路实现芯片与读卡器间的通信;控制单元为处理指令的数字电路。
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