CN203455850U

CN203455850U - 一种能识别物理特征变化的无源电子标签

Info

Publication number: CN203455850U
Application number: CN201320545468.XU
Authority: CN
Inventors: 楚瑞玉; 贺飞
Original assignee: CHENGDU XINHAOXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU XINHAOXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-09-04

Abstract

本实用新型公开了一种能识别物理特征变化的无源电子标签，在现有技术上，通过分布于无源电子标签中的电阻网络检测无源电子标签是否受到破坏。当无源电子标签受到破坏时，电阻网络中检测点的电压会发生改变，电子标签芯片对检测电压输入端输入的电压进行测量，其电压变化会超过设定的阈值，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用。这样就避免了在以后的使用过程中，无源电子标签完全损坏，无法存取信息对正常使用造成影响。

Description

一种能识别物理特征变化的无源电子标签

技术领域

本实用新型属于无源RFID技术领域，更为具体地讲，涉及一种能识别物理特征变化的无源电子标签。

背景技术

电子标签即RFID（Radio Frequency Identification，无线电射频识别），包括两个部分：

1、电子标签天线，用于给电子标签芯片提供能量（无源电子标签）和通信功能，其使用的频段有：超高频天线（800-950M）、高频天线（13.56M）以及低频天线（125K）

2、电子标签芯片，用于信息的存储，并通过天线与标签读写器进行通信。标签读写器可以读取或改写电子标签芯片中的存储信息。

电子标签分为有源电子标签和无源电子。有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限(3～10年)；无源电子标签内无电池，它接收到标签读写器(读出装置)发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源电子标签，无源电子标签在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。

无源电子标签的基本工作原理是：当无源电子标签进入标签读写器发出的磁场后，接收标签读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量进行工作：1、通过电子标签天线发送出存储在电子标签芯片中的信息，标签读写器读取信息并解码后，送至系统的信息处理中心进行有关数据处理；2、或通过电子标签天线接收标签读写器的信息，改写电子标签芯片中的存储信息。

无源电子标签是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。作为条形码的无线版本，无源电子标签技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，目前已经广泛使用于各个领域，如货物的跟踪、各自物品的识别、管理、跟踪与防伪以及身份识别等。

现有技术中，无源电子标签由于在使用中会遭受到各自外部磨损、挤压等造成物理特征发生变化，如无源电子标签出现不完全断裂等物理特征，如何识别物理特征是否发生变化是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能识别物理特征变化的无源电子标签，以及时发现无源电子标签受到破坏，停止该无源电子标签的使用，避免在以后的使用过程中完全损坏，无法存取信息对正常使用造成影响。

为实现上述目的，本实用新型能识别物理特征变化的无源电子标签，包括电子标签天线以及电子标签芯片；

电子标签天线感应标签读写器发出的射频信号，产生感应电流作为电能送入电子标签芯片中，产生整个无源电子标签工作所需的电源；同时，用于标签读写器与电子标签芯片之间的通信即接收来自标签读写器的存储信息并发送给电子标签芯片，电子标签芯片进行处理后，存储到自己的存储器中，或根据标签读写器的指令，电子标签芯片将存储的信息通过电子标签天线发送给标签读写器，标签读写器进行解码后送至信息处理中心进行有关数据处理；

其特征在于，还包括一电阻网络，分布于无源电子标签中，用于检测无源电子标签是否受到破坏；

所述的电子标签芯片还包括参考电压输出端V_ref、检测电压输入端V_sens；所述电阻网络两端分别连接到参考电压输出端V_ref以及地端GND，选择电阻网络中的一个检测点，并与电子标签芯片的检测电压输入端V_sens连接；

电子标签芯片对检测电压输入端V_sens输入的电压进行测量，当电压变化超过设定的阈值时，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用。

本实用新型的发明目的是这样实现的：

本实用新型能识别物理特征变化的无源电子标签，在现有技术上，通过分布于无源电子标签中的电阻网络检测无源电子标签是否受到破坏。当无源电子标签受到破坏时，电阻网络中检测点的电压会发生改变，电子标签芯片对检测电压输入端V_sens输入的电压进行测量，其电压变化会超过设定的阈值，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用。这样就避免了在以后的使用过程中，无源电子标签完全损坏，无法存取信息对正常使用造成影响。

附图说明

图1是本实用新型能识别物理特征变化的无源电子标签一种具体实施方式原理图；

图2是图1所示电子标签芯片的原理框图；

图3是图1所示电阻网络的三种具体实施方式电路图；

图4是图1所示无源电子标签的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本实用新型能识别物理特征变化的无源电子标签一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图1所示，本实用新型能识别物理特征变化的无源电子标签包括电子标签天线U1、电子标签芯片U2以及电阻网络U3。

电子标签天线U1两端与电子标签芯片U2的天线引脚RF1和RF2连接，用于感应标签读写器发出的射频信号产生感应电流作为电能送入电子标签芯片U2中，产生整个无源电子标签工作所需的电源。同时，用于标签读写器与电子标签芯片之间的通信即接收来自标签读写器的存储信息并发送给电子标签芯片U2，电子标签芯片U2进行处理后，存储到自己的存储器中，或根据标签读写器的指令，电子标签芯片U2将存储的信息通过电子标签天线U1发送给标签读写器，标签读写器进行解码后送至信息处理中心进行有关数据处理。

电阻网络U3为印刷导电碳膜，分布于无源电子标签中，用于检测无源电子标签是否受到破坏。电阻网络两端分别连接到参考电压输出端V_ref以及地端GND，选择电阻网络中的一个检测点，并与电子标签芯片的检测电压输入端V_sens连接；

一、无源电子标签各个对部分的详细介绍

1、电子标签天线

电子标签天线U1用于给电子标签芯片U2提供能量和通信功能。具体可以按照现有的技术标准进行设计：超高频天线（800-950M）、高频天线（13.56M）以及低频天线（125K）。

2、电子标签芯片

该芯片除具有普通无源电子标签的功能外，在本实施例中，还具有AD转换功能，能够实现对检测电压输入端V_sens输入的电压进行测量即模拟-数字转换，并将转换后采样数据进行分析，然后保存结果到电子标签芯片U2自带的存储器中。当电压超过设定的阈值时，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用。

在本实施例中，如图2所示，电子标签芯片U2的引脚包括：

2.1、天线引脚RF1和RF2；

2.2、用于模-数转换的引脚即参考电压输出端V_ref、检测电压输入端V_sens以及地端GND，其中参考电压输出端V_ref用来给被外部被测电路即电阻网络U2提供参考电压，检测电压输入端V_sens为AD采样输入口，用来测量电阻网络U2检测点的电压。

在本实施例中，如图2所示，电子标签芯片U1由模拟电路和数字电路组成，其中RF_Module、LDO、MOD/DEM、VREF、DAC、COMP、POR、OSC模块为模拟电路；Digital和EEPROM为数字电路。

各模块的电气功能阐述如下：

RF_Module：高频谐振电路模块，该模块和外部电子标签天线U1共同完成外部电能量信号（即感应标签读写器发出的射频信号产生感应电流）获取，然后，进行对电能量信号进行预处理，并送入低压差线性稳压电路；同时，获取射频信号中的时钟信号信息，送入芯片时钟源；与调制解调模块连接，完成射频信号的接收和发送；

LDO：低压差线性稳压电路，对电信号整流、稳压及滤波，为电子标签芯片U2的工作提供工作电压；

MOD/DEM：调制解调模块，用于对射频信号进行调制解调。DEM将标签读写器传输的被调制的射频信号（模拟信号）解码成数字信号并传输给电子标签芯片U2的控制电路模块Digital；MOD将控制电路模块Digital输出的数字信号调制成射频信号（模拟信号）并输出给射频电路反馈给标签读写器；

VREF：参考电压产生模块，该模块输出参考电压V_ref一方面与参考电压输出端V_ref连接，为外部的电阻网络U3提供高精度的参考电压，另一方面作为内部DAC（数模转换电路）的高精度参考电压V_ref，以确保测量的精度；

DAC，COMP：DAC为数模转换电路，COMP为电压比较器，数模转换电路DAC和电压比较器COMP共同完成模拟信号到数字信号的转换(ADC)。其工作原理：当启动检测电压测量后，数模转换电路DAC数字输入端口DR[9：0]的值受控制电路模块Digital控制，接控制电路模块Digital输出值从低位B’0000000000’逐位增加到高位B’1111111111’并作为输入提供数模转换电路DAC，数模转换电路DAC输出电压从0V到参考电压V_ref逐步提升，并输入到电压比较器COMP的负端；电压比较器COMP的正端与电子标签芯片U2的检测电压输入端V_sens连接；当电压比较器COMP的负端电压小于电压比较器COMP的正端电压时，电压比较器COMP的输出端Rcomp为高电平，当电压比较器COMP的负端电压大于电压比较器COMP的正端电压时，输出端Rcomp翻转为低电平，该翻转触发控制电路模块Digital记录输出给数模转换电路DAC数字输入端口DR[9：0]的值，该值即为电阻网络中检测点的电压值；

POR：复位电路模块，复位电路模块检测电子标签芯片U2的供电电压是否达到整个正常工作的电压，触发电子标签芯片U2复位运行；

OSC：芯片时钟源，芯片时钟源从射频信号中解调输出电子标签芯片U2工作的时钟源CLK。

Digital：控制电路模块，该模块为电子标签芯片U2的核心电路模块，解析标签读写器的指令，控制各电路模块协同完成相应的任务。

EEPROM：电可擦可编程只读存储器，该模块用于存储用户交互数据，标签读写器可通过控制电路模块Digital对其数据进行读取和修改。

其中，参考电压产生模块VREF以及数模转换电路DAC、电压比较器COMP为实现本实用新型目的即无源电子标签识别物理特征变化所增加的模块，用于检测检测电压输入端V_sens输入的电压的测量，得到电阻网络中检测点的电压值；控制电路模块Digital判断记录的输出给数模转换电路DAC的值，即电阻网络中检测点的电压值变化是否超过设定的阈值，当超过时，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用，否则，可正常使用。

3、电阻网络

电阻网络U3可以采用印刷导电碳膜、可调电阻、分立电阻元件等不同方式构成。其典型电阻网络的电路如图3中A，B，C所示，其中，图A为导电碳膜印刷电路，其各端子分别接入到电子标签芯片U2的参考电压输出端V_ref、检测电压输入端V_sens、地端GND，当的参考电压输出端V_ref向印刷导电碳膜电路加以电压时，参考电压输出端V_ref和地端GND之间形成通路，通路中产生电流，与检测点相连的检测电压输入端V_sens端会形成一定的电压。通过对检测电压输入端V_sens输入的电压的测量来判断无源电子标签是否受到破坏。

图A所示印刷导电碳膜电阻网络也可采用图B所示可调电阻的电阻网络，通过调整检测点的位置，可以得到不同的电压值，这样便可以形成一定数量的不同电位值。当然，也可以图C所示的分立电阻元件构成。

进一步分析各种电阻网络工作原理，可将A，B，C三种电路统一简化为图D所示的电路模型。

为计算出检测点即检测电压输入端V_sens端的电压值，设参考电压输出端V_ref和检测电压输入端V_sens的电阻值定义为R1，检测电压输入端V_sens和地端GND的电阻值定义为R2，参考电压输出端V_ref接入电压值为V1的电压，GND端电压为V3=0V，通过欧姆定律可以计算出检测电压输入端V_sens电压V2为：

V2=(V1/(R1+R2))*R2

电压V2通过检测电压输入端V_sens连接到电子标签芯片U2内部的A/D转换电路，通过控制A/D转换电路可以得到电压V2对应的值，设电子标签芯片的ADC的转换精度为10位，参考电压输出端V_ref输出的参考电压为V1，那么电压V2对应的值B_V_Sens：

B_V_Sens=(V2/V1)*（2¹⁰-1）

电子标签芯片U2得到对检测电压输入端V_sens输入的电压V2对应的值B_V_Sens后，将该值作为一个参考数据存储到电子标签芯片U2内部存储器中。在实际的应用需求中，电子标签芯片U2控制系统通过对比不同时间的检测电压输入端V_sens输入的电压V2对应的值B_V_Sens，判断出外部的电阻网络U3电路是否发生变化，以判断无源电子标签是否受到破坏。

基于上述原理，通过控制电阻分配比例值，可以制作出不同物理状态的电子标签，利用一定的工艺制作方法，可以制造出不同应用需求的电子标签。

二、无源电子标签工作流程

当标签读写器靠近无源电子标签，并发送指令时，电子标签被驱动，无源电子标签开始工作，其工作流程图如图4所示，电子标签芯片首先读取电子标签芯片EEPROM的配置位，根据配置位判断无源电子标签应当进入何种工作模式，每一种工作模式具有一定的指令权限。电子标签芯片中EEPROM的配置位初始值为测试模式。各种工作模式描述如下：

测试模式：无源电子标签生产后，对内部各种数字电路和模拟电路进行测试和修调，保证芯片的参数正确性。

初始化模式：对无源电子标签的数据进行初始化，包括电子标签的ID号，生产日期等信息，通过相应ADC转换指令记录无源电子标签电阻网络中检测点的电压值，存储到对于的数据存储区。该模式完成后表示该无源电子标签生产完成。

应用模式：无源电子标签初始化后进入应用环境，如果无源电子标签未发生较大物理特征变化，电阻网络中检测点电压变化未超出设定的阈值，则无源电子标签能响应相关的指令，比如对无源电子标签EEPROM存储区的数据读取等正常工作

标签被破坏模式：一旦无源电子标签发生较大物理特征变化，电阻网络中检测点电压变化超出设定的阈值，无源电子标签进入该工作模式，标志着该无源电子标签的生命周期结束，无源电子标签芯片只响应设定的特定指令，比如标签状态查询指令，告知标签读写器无源电子标签受到破坏，停止使用。

无源电子标签生成出来后，电子标签芯片中EEPROM的配置位初始值为测试模式，这样，根据EEPROM的配置位，首先进入测试模式，对无源电子标签进行测试和修调，保证芯片的参数正确性，然后将EEPROM的配置位设置为初始化完成标志并退出，最后掉电完成测试模式的工作，进入下一工序；

在下一工序，根据EEPROM的配置位，首先进入初始化模式，接收到标签读写器的射频信号，系统上电读取配置位，根据EEPROM配置位的判断进入初始化模式，对无源电子标签进行初始化后，将EEPROM的配置位设置为初始化完成并退出，最后掉电完成初始化模式的工作，进入应用模式；

在实际使用中，根据EEPROM配置位的判断进入应用模式，判断无源电子标签是否被破坏，如果没有，则进入正常工作环境；如果有，则进入标签被破坏模式。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种能识别物理特征变化的无源电子标签，包括电子标签天线以及电子标签芯片；

所述的电子标签芯片还包括参考电压输出端、检测电压输入端；所述电阻网络两端分别连接到参考电压输出端以及地端，选择电阻网络中的一个检测点，并与电子标签芯片的检测电压输入端连接；

电子标签芯片对检测电压输入端输入的电压进行测量，当电压变化超过设定的阈值时，认为该无源电子标签受到破坏，停止使用。

2.根据权利要求1所述的无源电子标签，其特征在于，所述的电子标签芯片还包括：

参考电压产生模块，该模块输出参考电压一方面与参考电压输出端连接，为外部的电阻网络提供高精度的参考电压，另一方面作为内部数模转换电路的高精度参考电压，以确保测量的精度；

数模转换电路、电压比较器，两个电路共同完成模拟信号到数字信号的转换：

当启动检测电压测量后，数模转换电路数字输入端口的值受电子标签芯片中控制电路模块控制，接控制电路模块输出值从低位逐位增加到高位并作为输入提供给数模转换电路，数模转换电路输出电压从0V到参考电压逐步提升，并输入到电压比较器的负端；电压比较器的正端与电子标签芯片的检测电压输入端连接；当电压比较器的负端口电压小于电压比较器的正端电压时，电压比较器的输出端为高电平，当电压比较器的负端电压大于电压比较器的正端电压时，输出端翻转为低电平，该翻转触发控制电路模块记录输出给数模转换电路的值，该值即为电阻网络中检测点的电压值。