CN201616108U - 双时钟的射频身份识别标签 - Google Patents

Abstract

一种双时钟射频身份识别标签包括与天线相连的PAD单元、倍压整流单元、数字电路单元、存储器单元、时钟发生单元及数据回发单元。所述时钟发生单元包括时钟发生器和变频器。所述时钟发生器生成第一时钟频率。所述变频器根据所述第一时钟频率生成第二时钟频率。所述第二时钟频率高于所述第一时钟频率，所述第二时钟频率用于所述数字电路单元的解码计数器和BLF发生器。本实用新型的标签采用较低频率的振荡器，再采用倍频器生成较高时钟信号。因此，采用本实用新型的时钟发生方法的标签电路功耗较省。

Description

双时钟的射频身份识别标签

技术领域

本实用新型涉及一种射频身份识别标签，尤其涉及一种提供两种不同时钟的射频身份识别标签。

背景技术

射频身份识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术广泛应用在物流跟踪、身份认证等应用中。如图1所示，现有的射频身份识别系统通常包括标签读写器和标签。读写器通过其天线向标签发出命令数据信号，标签通过其天线接收到命令数据信号并对接收到的命令进行处理，之后通过其天线向读写器回发数据。

常见的标签电路包括与天线相连的PAD、倍压整流电路、数据恢复电路、数据回发电路、时钟发生电路、数字电路以及存储器电路。倍压整流电路对电磁场在天线上产生的感应电压整流，得到标签电路所需的能量。数据恢复电路对接收到的信号进行处理，去除信号中的噪声，得到更好的信号波形，以进行进一步的处理。数据回发电路把数字电路产生的回发数据进行调制，并通过天线回发到读写器。时钟发生电路产生时钟信号提供给数字电路和其它电路使用。数字电路根据接收到命令进行相应的处理，如转换标签状态，读写存储器数据，产生回发数据等。存储器用来存储标签电路中的相应数据，可为EEPROM。

所接收到的信号包括读写器-标签校准信号(RTcal)、读写器-标签校准信号(RTcal)、数据0信号及数据1信号等。标签电路还包括一个解码计数器对这些信号的长度进行计数，并得到相应的计数值。解码计数器采用时钟发生电路产生时钟信号作为时钟信号。

在数据回发电路中，标签向读写器的回发链路频率(BLF)系由TRcal信号和射频身份识别协议中的查询(Query)命令中的除率(DR)确定。TRcal信号的计数值除以除率得到BLF计数值。标签电路还包括一个BLF生成器，其根据BLF计数值把时钟发生电路生成的时钟信号分频成BLF信号。

如图2所示，现有的1.92MHz的振荡器73产生时钟信号74。时钟信号74提供给数字电路10中的所有电路使用，包括解码计数器54、BLF发生器55以及其它数字电路53。

然而，射频识别身份识别协议对读写器与标签之间的通信数据格式和频率做了规定。解码计数器和BLF发生器所使用的时钟信号的频率需符合射频识别身份识别协议的规定。然而，标签电路中的其它数字电路所用的时钟信号却不需要满足射频识别身份识别协议的要求。因此，当标签中的所有电路都使用同一种频率的时钟信号时，会存在这样的问题，即，当标签中时钟发生电路所生成的时钟信号的频率太低时，可能不满足协议的要求，而当标签中时钟发生电路所生成的时钟信号的频率过高时，标签电路的功耗过高，引起标签性能下降，从而射频身份识别系统的性能下降。

因此，如何在达到射频识别身份识别协议规定的条件，同时降低功耗是迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种双时钟射频身份识别标签，其在减少功耗同时增大解码裕量和回发链路频率裕量。所述双时钟射频身份识别标签能正确地解码读写器向标签发送的数据，产生满足射频身份识别协议要求的回发链路频率，正确地向读写器回发数据，同时控制功耗，提高读写距离，并且有更大的解码裕量和回发链路频率裕量，使得所述标签对噪声有更好的鲁棒性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种双时钟射频身份识别标签，包括与天线相连的PAD单元、倍压整流单元、数字电路单元、存储器单元、时钟发生单元及数据回发单元。所述倍压整流单元对电磁场在所述天线上产生的感应电压整流，得到所述标签所需的能量。所述数字电路单元包括与接收信号解码相关的解码计数器、与BLF相关的BLF发生器。所述数据回发单元把所述数字电路单元产生的回发数据进行调制，并通过所述天线回发。所述时钟发生单元产生时钟信号提供给所述数字电路单元。所述存储器单元存储标签中的相应数据。所述时钟发生单元包括时钟发生器和变频器。所述时钟发生器生成第一时钟频率。所述变频器根据所述第一时钟频率生成第二时钟频率。所述第二时钟频率高于所述第一时钟频率。

较佳地，所述第二时钟频率用于所述数字电路单元的解码计数器和BLF发生器。

较佳地，所述时钟发生器为1.28MHz的振荡器。

较佳地，所述变频器为二倍频器。

较佳地，所述变频器为四倍频器。

本实用新型的射频身份识别标签采用倍频器而得到频率为振荡器所产生之时钟信号一倍的倍频时钟信号，供解码计数器和BLF发生器使用，而其他数字电路仍然使用振荡器产生的时钟信号。由此，本实用新型的射频身份识别标签采用较低频率的振荡器。因此，本实用新型的射频身份识别标签功耗较省。

附图说明

参考下文较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本实用新型及其目的与优点，其中：

图1为射频身份识别系统的结构示意图；

图2为现有技术中单时钟发生电路的示意图；

图3为本实用新型的标签电路的结构图；

图4为读写器到标签的数据信号的编码格式示意图；

图5为帧同步信号的示意图；

图6为前导信号的示意图；

图7为查询命令格式示意图；

图8为对接收信号长度计数的示意图；

图9为生成回发链路频率的示意图；

图10为本实用新型的时钟发生电路的示意图；

图11为本实用新型的数字电路的示意图；

图12为倍频电路结构的示意图；

图13a为数据0的解码裕量的示意图；

图13b为数据1的解码裕量的示意图；

图14为一种回发链路频率的裕量示意图；

图15为另一种回发链路频率的裕量示意图。

具体实施方式

参考示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。

根据本实用新型的标签2的电路结构如图3所示，其包括天线相连的PAD5、倍压整流电路6、数据恢复电路7、数据回发电路8、时钟发生电路9、数字电路10及存储器电路11。倍压整流电路6对电磁场在该天线上产生的感应电压整流，得到标签电路所需的能量。数据恢复电路7对接收到的信号进行处理，去除信号中的噪声，得到更好的信号波形，以进行进一步的处理。数据回发电路8把数字电路10产生的回发数据进行调制，并通过该天线回发到读写器1(未示)。数字电路10包括与接收信号解码相关的解码计数器26(未示)、与BLF相关的BLF发生器28(未示)及其它数字电路27(未示)。时钟发生电路9产生时钟信号提供给数字电路10使用。数字电路10根据接收到命令进行相应的处理，如转换标签状态、读写存储器11数据、产生回发数据等。EEPROM存储器11用来存储标签中的相应数据。

读写器1在向标签2发送命令时，通常会先发送起始信号，然后再发送数据0、1等命令数据，这些起始信号用来对命令进行同步或者传递一些链路参数，如帧同步信号和前导信号。读写器1与标签2之间的通信基于标准长度Tari 15。图4示出了读写器1与标签2之间的通信的数据0信号12和数据1信号13的格式。

图5是一种射频身份识别协议中的帧同步信号16的示意图，它包括一个占位符信号17，一个数据0信号18，一个读写器-标签校准信号(RTcal)19。

图6是一种射频身份识别协议中的前导信号20的示意图，它包括一个占位符信号17、一个数据0信号18、一个读写器-标签校准信号(RTcal)19及一个标签-读写器校准信号(TRcal)21。

图5和图6中的读写器-标签校准信号(RTcal)用来区分数据0和数据1的长度，对命令数据信号进行解码。标签电路需要计算pivot＝RTcal/2。根据接收到的数据信号的长度与pivot的长度的比较结果，来解码所述数据信号。如果所述数据信号长度小于pivot，那么就被解码为0；如果数据长度大于pivot，就被解码为1。

图6中标签-读写器校准信号(TRcal)用来确定标签2向读写器1回发链路频率，BLF还与射频身份识别协议中的查询(Query)命令22中的DR(DevideRate，除率)参数24相关。图6中的前导信号为射频身份识别协议中的Query(查询)命令的起始信号。图5中的帧同步信号为射频身份识别协议中除Query命令之外的其它命令的起始信号。查询命令22的格式如图7所示，其包括命令代码23、DR参数24及其它参数25。DR24的值可能为8或者64/3。BLF与TRcal和DR的关系为：

$\mathrm{BLF}=\frac{\mathrm{DR}}{\mathrm{TRcal}}$

如图8所示，解码计数器26接收包括RTcal信号19、TRcal信号21、数据0信号12及数据1信号13等在内的信号58。标签2的时钟发生电路9产生时钟信号29，作为解码计数器26的时钟信号。解码计数器26对这些信号的长度进行计数，并得到相应的计数值。RTcal信号19的计数值被存储在RTcal寄存器191中。TRcal信号21的计数值被存储在TRcal寄存器211中。RTcal寄存器191中的计数值用来计算pivot。TRcal寄存器211中的计数值用来计算BLF计数值58，计算方法如下式所示：

如图9所示，BLF生成器28根据BLF计数值58，把时钟发生电路9生成的时钟信号29分频成BLF信号28。

如图10所示，时钟发生电路9包括频率为1.28MHz的振荡器91以及倍频器92。振荡器91生时钟信号30。时钟信号30通过倍频器92，产生倍频时钟信号29。倍频时钟信号29的频率是时钟信号30的频率的两倍。倍频器92产生的倍频时钟信号29提供给解码计数器26和BLF发生器28作为它们的时钟信号。振荡器91产生的时钟信号30作为其它数字电路27的时钟信号。振荡器91为时钟发生器的例子，倍频器92为变频器的例子。

倍频器92的结构如图11所示。时钟信号30经过延迟电路70处理之后，得到延迟时钟信号71。时钟信号30和延迟时钟信号71通过异或电路72进行异或运算之后，得到倍频时钟信号30。

如本技术领域的技术人员所应理解的，本实施例中的具体数值仅是说明性的，绝非限制本实用新型的保护范围。例如，振荡器91产生时钟信号56可为解码计数器54和BLF发生器55所需的时钟频率1/4，而采用四倍频器将其转换以供解码计数器54和BLF发生器55使用。

现根据图12描述数字电路10的工作。

如图12所示，数字电路10中包含解码计数器54。解码计数器54对接收信号58的长度进行计数。接收信号58包括RTcal信号19、TRcal信号21、数据0信号12、数据1信号13等。解码计数器58对RTcal信号19的长度的计数结果为RTcal计数值63。对RTcal计数值63除以2得到pivot计数值62。解码计数器58对数据信号(可能为数据0信号12或者数据1信号13)的长度的计数结果为数据信号计数值60。数字电路10中包含比较器61。比较器61比较pivot计数值62和数据信号计数值60。如果数据信号计数值小于pivot计数值62，就把数据信号解码成数据0；如果数据信号计数值60大于pivot计数值62，就把数据信号解码成数据1。依次解码出来的多个数据0和数据1组成数据0/1流65。数据0/1流65被送到状态机和其它数字电路27。状态机和其它数字电路27根据数据0/1流65进行相应处理，如执行命令操作、跳转标签状态、读写存储器11及产生回发数据59等。如果接收信号58中包含查询命令22，状态机和其它数字电路27可以从数据0/1流65从提取出DR参数66。解码计数器58对TRcal信号21的长度的计数结果为TRcal计数值64。数字电路10通过图10的方法，根据DR参数66和TRcal计数值64通过BLF计算69电路计算出BLF计数值51。数字电路10中包含BLF发生器55。BLF发生器55根据BLF计数值51对倍频时钟信号57进行分频产生BLF信号68。BLF信号68提供给状态机和其它数字电路27用来产生回发数据59。状态机和其它数字电路27可能需要对存储器11进行读写操作。数字电路10中的解码计数器54和BLF发生器55采用倍频时钟信号57。数字电路10中的状态机和其它数字电路27采用时钟信号56。

为了满足射频身份识别协议的要求，图2所示的现有标签电路中的振荡器73产生的时钟信号74的频率比图10所示的振荡器91产生的时钟信号30的频率高。本实施例中，振荡器91产生的时钟信号30的频率为1.28MHz。因此现有的1.92MHz的标签电路的数字电路功耗要比1.28MHz数字电路的功耗高，这是因为数字电路的功耗是和时钟频率成正比的。由此，振荡器73比振荡器91的功耗高。这使得采用图2所示的振荡器73的标签电路比采用图10所示的振荡器91的标签电路的性能差。

图13a、13b、14及15示出了使用本实用新型的振荡器91的标签电路与使用现有振荡器73的标签电路的性能比较能比较。图13a和13b分别示出了数据0和数据1的解码裕量，其中实线为使用本实用新型的振荡器91的标签电路的解码裕量，虚线为使用现有振荡器73的标签电路的解码裕量。图14中的实线为使用本实用新型的振荡器91的标签电路在DR＝8时的BLF裕量，虚线为使用现有振荡器73的标签电路在DR＝8时的BLF裕量。图15中的实线为使用本实用新型的振荡器91的标签电路在DR＝64/3时的BLF裕量，虚线为使用现有振荡器73的标签电路在DR＝64/3时的BLF裕量。由图13、14及15可知，由于本实用新型的时钟发生方法采用倍频器而得到频率为振荡器产生的时钟信号一倍的倍频时钟信号，以供解码计数器和BLF发生器使用。因此解码计数器和BLF发生器的时钟频率为2.56MHz，大于现有技术中使用的1.92Mhz。由此，使用本实用新型的振荡器91的标签电路的解码裕量和BLF裕量比使用现有振荡器73的标签电路大，对标签电路的噪声有更好的鲁棒性。

本实施例具有如下优点。

(1)本实用新型的射频身份识别标签采用倍频器而得到频率为振荡器产生的时钟信号一倍的倍频时钟信号，供解码计数器和BLF发生器使用，而状态机和其他数字电路仍然使用振荡器产生的时钟信号。由此，采用本实用新型的时钟发生方法的标签电路采用较低频率的振荡器，再采用倍频器生成较高时钟信号。因此，采用本实用新型的时钟发生方法的标签电路功耗较省。

(2)本实用新型的射频身份识别标签采用倍频器而得到频率为振荡器产生的时钟信号一倍的倍频时钟信号，以供解码计数器和BLF发生器使用。因此解码计数器和BLF发生器的时钟频率为2.56MHz，大于现有技术中使用的1.92Mhz。因此，采用本实用新型的时钟生成方法的标签电路有更大的解码裕量和回发链路频率裕量。

(3)由于本实用新型的射频身份识别标签的功耗较低，因此采用本实用新型时钟生成方法的标签电路的读写距离得以增加。

(4)本实用新型的射频身份识别标签采用倍频器而得到频率为振荡器产生的时钟信号一倍的倍频时钟信号，以供解码计数器和BLF发生器使用，而状态机和其他数字电路仍然使用振荡器产生的时钟信号。由于二倍频较开销较小容易实现，因此进一步节省了功耗。

[0056]本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神与范围。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。

Claims (5)

1.一种双时钟射频身份识别标签，包括与天线相连的PAD单元、倍压整流单元、数字电路单元、存储器单元、时钟发生单元及数据回发单元，其中所述倍压整流单元对电磁场在所述天线上产生的感应电压整流，得到所述标签所需的能量；所述数字电路单元包括与接收信号解码相关的解码计数器、与BLF相关的BLF发生器；所述数据回发单元把所述数字电路单元产生的回发数据进行调制，并通过所述天线回发；所述时钟发生单元产生时钟信号提供给所述数字电路单元；所述存储器单元存储标签中的相应数据，

所述标签的特征在于，所述时钟发生单元包括时钟发生器和变频器，

其中，所述时钟发生器生成第一时钟频率；

所述变频器根据所述第一时钟频率生成第二时钟频率；并且

所述第二时钟频率高于所述第一时钟频率。

2.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述第二时钟频率用于所述数字电路单元的解码计数器和BLF发生器。

3.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述时钟发生器为1.28MHz的振荡器。

4.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述变频器为二倍频器。

5.如权利要求1所述的标签，其特征在于，所述变频器为四倍频器。

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