PL248177B1 - Znacznik RFID - Google Patents

Abstract

Znacznik RFID ma wejście antenowe (RF1) dołączone do dzielnika częstotliwości nośnej (FD16), demodulatora (Dmd) i harwestera z modulatorem (HM), którego wyjście dołączone jest do dzielnika częstotliwości nośnej (FD16), demodulatora (Dmd), układu napięcia odniesienia (Vref), układu podtrzymania (VH) i układu inicjalizacji (Int). Wyjście układu napięcia odniesienia (Vref) dołączone jest do demodulatora (Dmd), którego wyjście dołączone jest do interpretera demodulacji (DI). Wyjście dzielnika częstotliwości nośnej (FD16) dołączone jest do interpretera demodulacji (DI), układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS) oraz dzielnika częstotliwości podnośnej (FD64), którego wyjście dołączone jest do interpretera demodulacji (DI) oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), którego wyjście dołączone do wejścia modulacji harwestera z modulatorem (HM). Przynajmniej jedno wyjście interpretera demodulacji (DI) dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS). Wejścia układu podtrzymania (VH) oraz układu inicjalizacji (Int) dołączone są do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem (HM). Wyjście układu podtrzymania (VH) dołączone jest do wejścia podtrzymania interpretera demodulacji (DI), a wyjście układu inicjalizacji (Int) dołączone jest do wejść inicjalizacji interpretera demodulacji (DI) oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS). Znacznik RFID ma także układ obsługi protokołu (ProtH), do którego wejść dołączone są układ inicjalizacji (Int), interpreter demodulacji (DI) oraz dzielnik częstotliwości podnośnej (FD64), a wyjście układu obsługi protokołu (ProtH) dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest znacznik RFID stosowany zwłaszcza w elastycznych układach scalonych do komunikacji bliskiego zasięgu NFC.

Znany jest z publikacji pt. „A Thin Elastic NFC Forum Type 1 Compatible RFID Tag” w czasopiśmie IEEE Journal of Solid-State Circuits (Early Access), DOI:10.1109/JSSC.2023.3300256, znacznik RFID NFC, którego architektura została podzielona na część analogową oraz część cyfrową. Na część analogową składają się układy: harwester z modulatorem, dzielnik częstotliwości, demodulator AM, układ napięcia odniesienia oraz detektor symboli. Na część cyfrową składają się układy: dekoder symboli, rdzeń NFC oraz układ odpowiedzi NFC. W znaczniku tym antena dołączona jest do harwestera z modulatorem, dzielnika częstotliwości oraz demodulatora AM. Napięcie zasilania z harwestera z modulatorem dołączone jest do każdego układu analogowego i cyfrowego znacznika. Wyjście dzielnika częstotliwości dołączone jest do dekodera symboli, rdzenia NFC, układu odpowiedzi NFC oraz detektora symboli. Wyjście układu napięcia odniesienia dołączone jest do demodulatora AM oraz detektora symboli. Wyjście demodulatora AM dołączone jest do detektora symboli oraz dzielnika częstotliwości. Dwa kolejne wyjścia demodulatora AM dołączone są do detektora symboli. Wyjście detektora symboli dołączone jest do dekodera symboli. Wyjścia dekodera symboli dołączone są do rdzenia NFC. Wyjścia rdzenia NFC dołączone są układu odpowiedzi NFC. Przynajmniej jedno wyjście układu odpowiedzi NFC dołączone jest do dzielnika częstotliwości, a wyjście modulacji układu odpowiedzi NFC dołączone jest do harwestera z modulatorem. Detektor symboli składa się z licznika impulsów zbudowanego z kaskadowego połączenia czterech przerzutników, synchronizatora zbudowanego z dwóch przerzutników oraz układu opóźniającego zbudowanego z pięciu inwerterów. Układ odpowiedzi NFC zawiera 73-bitowy rejestr przesuwny zbudowany z przerzutników. Cyfrowa część znacznika wykorzystuje dwa sygnały zegarowe o częstotliwościach wynikających z podzielenia częstotliwości sygnału antenowego przez 16 oraz przez 64.

Znany jest z koreańskiego opisu patentowego KR101839081B1 układ scalony NFC, który zawiera prostownik do prostowania sygnału wejściowego RF z modulacją ASK i wysyłania wyprostowanego sygnału; kalibrator offsetu do śledzenia wyprostowanego sygnału wysyłanego z prostownika w odpowiedzi na sygnały sterujące i generowania pierwszego sygnału wejściowego zgodnie z wynikiem śledzenia; oraz komparator do odbierania i porównywania pierwszego sygnału wejściowego i sygnału odniesienia oraz wysyłania sygnału porównania. Istnieje możliwość automatycznej kalibracji offsetu komparatora.

W szczególności znana jest z tego wynalazku architektura, w której część interfejsu RF zawiera układy: prostownika, modulatora/demodulatora oraz ekstraktora sygnału zegarowego, a oprócz tego cały układ zawiera układ zarządzania mocą, wewnętrzny oscylator oraz układ sterujący.

Znane jest z europejskiego zgłoszenia patentowego EP2680458A2 urządzenie i sposób zapewniające ulepszoną komunikację NFC. Antena pierwszego urządzenia NFC przesyła informacje do drugiego urządzenia NFC, zasilając moduł anteny prądem w celu wytworzenia pola magnetycznego. Pole magnetyczne jest modulowane, a informacja jest przesyłana zgodnie z pierwszym zestawem parametrów operacyjnych. Drugie urządzenie NFC pobiera energię z pola magnetycznego i przekazuje informacje do pierwszego urządzenia NFC poprzez modulację pola magnetycznego zgodnie z drugim zestawem parametrów operacyjnych odbieranych przez pierwsze urządzenie NFC. Pierwsze urządzenie NFC odzyskuje metrykę sygnału z modulowanego pola magnetycznego. Pierwsze urządzenie NFC wykorzystuje metrykę sygnału, aby zapewnić informację zwrotną dotyczącą drugiego zestawu parametrów operacyjnych. Zaprezentowano różne systemy wykorzystujące sprzężenie zwrotne metryki sygnału i zapewniające wydajną i niezawodną komunikację pomiędzy pierwszym i drugim urządzeniem NFC.

W szczególności znany jest z tego rozwiązania układ posiadający: moduł antenowy, sterownik antenowy, modulator, demodulator, moduł detekcji oraz moduł kontrolera NFC.

Znane są w stanie techniki, w szczególności w inżynierii dotyczącej elektroniki, systemy (zdalnej) identyfikacji radiowej RFID (od ang. radio-frequency identification), a w szczególności komunikacja bliskiego zasięgu NFC (od ang. near-field communication). Znane są w stanie techniki tranzystory polowe (FET - od ang. field-effect transistor) z izolowaną bramką, tranzystory cienkowarstwowe (TFT - od ang. thin-film transistor), jak również tranzystory oparte na indowo-galowym tlenku cynku (IGZO lub InGaZnO - od ang.: indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), oxygen (O)). Wiadome też jest, że oznaczenie drenu i źródła tych tranzystorów jest umowne, gdyż ze względu na symetryczną budowę tranzystora zamiana tych oznaczeń nie zmienia funkcjonalności tranzystora czy układu, w którym się on znajduje - nazewnictwo to ma jednak charakter porządkujący.

Celem wynalazku jest stworzenie niewielkiego, pod względem zajmowanej powierzchni, i szybkiego układu RFID NFC w technologii a-IGZO, którą cechują duże tranzystory TFT o stosunkowo niewielkiej częstotliwości odcięcia. Istnieje zatem potrzeba rozwiązania problemu implementacji o zbyt dużej powierzchni, spełnienia krytycznych parametrów czasowych oraz zapewnienia wystarczającej mocy, które są konieczne do prawidłowego działania całego układu znacznika RFID NFC.

Istota rozwiązania polega na tym, że znacznik RFID posiadający wejście antenowe dołączone do wejścia antenowego dzielnika częstotliwości nośnej, do wejścia antenowego demodulatora i do pierwszego wejścia antenowego harwestera z modulatorem, którego wyjście zasilania dołączone jest do wejścia zasilania dzielnika częstotliwości nośnej, do wejścia zasilania demodulatora i do układu napięcia odniesienia, którego wyjście dołączone jest do wejścia odniesienia demodulatora, którego wyjście dołączone jest do wejścia sygnału zdemodulowanego interpretera demodulacji, oraz posiadający wyjście dzielnika częstotliwości nośnej dołączone do dzielnika częstotliwości podnośnej, do interpretera demodulacji oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi, a wyjście dzielnika częstotliwości podnośnej dołączone do interpretera demodulacji oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi, którego wyjście dołączone do wejścia modulacji harwestera z modulatorem, oraz posiadający przynajmniej jedno wyjście interpretera demodulacji dołączone do układu przygotowania i formowania odpowiedzi, według wynalazku, ma układ podtrzymania oraz układ inicjalizacji, których wejścia dołączone ma do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem, wyjście układu podtrzymania dołączone ma do wejścia podtrzymania interpretera demodulacji, a wyjście układu inicjalizacji dołączone ma do wejść inicjalizacji interpretera demodulacji oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi. Ponadto, znacznik RFID ma układ obsługi protokołu, do którego wejść dołączone ma układ inicjalizacji, interpreter demodulacji oraz dzielnik częstotliwości podnośnej, a wyjście układu obsługi protokołu dołączone ma do układu przygotowania i formowania odpowiedzi. Efektem technicznym zastosowania układu podtrzymania jest utrzymanie napięcia stałego na wyjściu podtrzymania, nawet przy krótkotrwałym braku sygnału wielkiej częstotliwości na wejściu antenowym. Dzięki zastosowaniu układu inicjalizacji możliwe jest zresetowanie szeregu układów cyfrowych dołączonych do tego układu oraz synchroniczne wyzwolenie ich pracy w czasowo właściwym momencie, a ich implementacja nie wymaga zastosowania napięcia zasilania podtrzymującego stany rejestrów.

Korzystnie, układ napięcia odniesienia dołączony jest do demodulatora poprzez układ wygładzania tętnień, który posiada wejścia zasilania dołączone do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem. Dzięki temu demodulator jest mniej podatny na błędy wywołane chwilowymi wahaniami napięcia stałego pochodzącego z harwestera z modulatorem.

Korzystnie, znacznik RFID zawiera układ stabilizacji równoległej dołączony do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem. Dzięki temu napięcie na wyjściu harwestera z modulatorem i całej linii zasilającej nie może przekroczyć maksymalnej wartości napięcia, co chroni pozostałe układy przed zniszczeniem lub niepoprawną pracą, nawet przy znacznych amplitudach sygnału na wejściu antenowym.

Korzystnie, układ obsługi protokołu zawiera układ synchronizacji fazowej zegarów, którego wyjście dołączone jest do dzielnika częstotliwości nośnej i dzielnika częstotliwości podnośnej, pierwsze wejście dołączone jest do przynajmniej jednego z wyjść interpretera demodulacji, a drugie wejście dołączone jest do wyjścia sygnału końca ramki odpowiedzi układu przygotowania i formowania odpowiedzi. Ponadto, układ obsługi protokołu zawiera maszynę stanów protokołu oraz kalkulator sumy kontrolnej, przy czym oba te układy dołączone są do wyjścia dzielnika częstotliwości podnośnej, oba te układy dołączone są do przynajmniej jednego wyjścia interpretera demodulacji, wyjście maszyny stanów protokołu dołączone jest do kalkulatora sumy kontrolnej, wyjście kalkulatora sumy kontrolnej dołączone jest do maszyny stanów protokołu, wyjście maszyny stanów protokołu będące wyjściem układu obsługi protokołu dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi, a wejście inicjalizacji maszyny stanów protokołu dołączone jest do wyjścia układu inicjalizacji. Dzięki układowi synchronizacji fazowej zegarów możliwe jest precyzyjne dopasowanie faz zegarów, a przez to także parametrów czasowych odpowiedzi. Natomiast dzięki maszynie stanów protokołu oraz kalkulatorowi sumy kontrolnej możliwe jest zarządzanie treścią przesyłanych danych, włączając w to wyliczanie sum kontrolnych potwierdzających spójność odbieranych komend.

Korzystnie, znacznik RFID posiada drugie wejście antenowe dołączone do drugiego wejścia antenowego harwestera z modulatorem. Dzięki zastosowaniu drugiego, komplementarnego wejścia sygnału antenowego możliwe jest doprowadzenie znacznie stłumionego sygnału wielkiej częstotliwości niż w przypadku bez tego wejścia, co jest korzystne dla sprawności harwestera z modulatorem oraz zmniejsza ryzyko przesterowania demodulatora i dzielnika częstotliwości nośnej.

Korzystnie, drugie wejście antenowe dołączone jest do masy znacznika RFID. Dzięki temu cały znacznik posiada wejścia i wyjścia asymetryczne, co istotnie redukuje liczbę wyprowadzeń oraz poziom złożoności budowy poszczególnych komponentów znacznika.

Korzystnie, do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem dołączona jest magistrala zasilająca układy części cyfrowej. Dzięki temu możliwe jest autonomiczne zasilanie całego znacznika wyłącznie energią pozyskiwaną z wejść antenowych.

Korzystnie, znacznik RFID pracuje zasadniczo na częstotliwości 13,56 MHz antenowego sygnału wejściowego. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie układu do realizacji jednego ze standardów NFC Forum.

Korzystnie, układ podtrzymania zawiera diodę i kondensator połączone szeregowo pomiędzy wejściem a masą tego układu, a wyjście dołączone do miejsca połączenia diody z kondensatorem. Dzięki temu chwilowe spadki amplitudy sygnału na wejściu lub wejściach antenowych, wywołane modulacją w trakcie komunikacji, lub spadki wywołane skokami napięcia zasilania, zostają wyeliminowane.

Korzystnie, dioda użyta w układzie podtrzymania została wykonana z tranzystora posiadającego zwartą bramkę ze źródłem i dołączone do wejścia układu, a dren tranzystora dołączony do kondensatora i wyjścia układu. Dzięki temu możliwa jest implementacja układu w procesie technologicznym, który nie pozwala na wytworzenie złącza półprzewodnikowego P-N lub M-S.

Korzystnie, pojemność kondensatora użytego w układzie podtrzymania wynosi od 5 pF do 20 pF. Dzięki temu zapewniony zostaje odpowiedni ładunek elektryczny do chwilowego podtrzymania napięcia przy zanikach sygnału na wejściu lub wejściach antenowych.

Korzystnie, układ wygładzania tętnień posiada wejście i wyjście zwarte ze sobą wewnątrz tego układu oraz dołączone do wejścia zasilania układu poprzez rezystor, a do masy układu poprzez kondensator albo równolegle połączone ze sobą kondensatory. Dzięki temu prąd ładowania kondensatora jest ograniczony przez rezystor, a równolegle połączone kondensatory zwiększają zgromadzony ładunek.

Korzystnie, rezystancja rezystora użytego w układzie wygładzania tętnień wynosi od 2 MQ do 5 ΜΩ. Dzięki temu stała czasowa rozładowania pojemności podtrzymującej ładunek kondensatora pozwala na poprawną inicjalizację demodulatora przy kolejnych ramkach sygnału wejściowego.

Korzystnie, łączna pojemność kondensatorów użytych w układzie wygładzania tętnień wynosi od 3 pF do 50 pF. Dzięki temu poziom zakłóceń napięcia zasilającego demodulator nie powoduje powstawania błędów w trakcie demodulacji sygnału.

Przykład wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy podstawowego układu znacznika RFID, a fig. 2 - schemat ideowy układu znacznika RFID zawierający układy pomocnicze.

Układ znacznika RFID w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 składa się zasadniczo z dwóch części oznaczonych linią przerywaną: układu kondycjonera analogowego RFID ANL oraz rdzenia cyfrowego znacznika RFID DIG. Dzielnik częstotliwości nośnej FD16 zakwalifikowany został do obydwy tych części, ponieważ jest układem o charakterze mieszanym - tj. posiada część zarówno o charakterze czysto analogowym jak i część cyfrową. Układ kondycjonera analogowego RFID ANL zawiera harwester z modulatorem HM, układ inicjalizacji Int, układ napięcia odniesienia Vref, układ podtrzymania VH, demodulator Dmd, wejście antenowe RF1, oraz analogową część dzielnika częstotliwości nośnej FD16. Rdzeń cyfrowy znacznika RFID DIG zawiera cyfrową część dzielnika częstotliwości nośnej FD16, dzielnik częstotliwości podnośnej FD64, interpreter demodulacji Dl, układ przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz układ obsługi protokołu ProtH.

Wejście antenowe RF1 dołączone jest jednocześnie do: pierwszego wejścia antenowego harwestera z modulatorem HM, wejścia antenowego dzielnika częstotliwości nośnej FD16 oraz wejścia antenowego demodulatora Dmd. Wyjście zasilania harwestera z modulatorem HM dołączone jest jednocześnie do: wejścia zasilania dzielnika częstotliwości nośnej FD16, układu napięcia odniesienia Vref, wejścia zasilania demodulatora Dmd, wejścia układu podtrzymania VH oraz wejścia układu inicjalizacji Int. Wyjście układu napięcia odniesienia Vref dołączone jest do wejścia odniesienia demodulatora Dmd. Wyjście demodulatora Dmd dołączone jest do interpretera demodulacji Dl. Wyjście układu podtrzymania VH dołączone jest do wejścia podtrzymania interpretera demodulacji Dl. Wyjście układu inicjalizacji Int dołączone jest do wejść inicjalizacji układów: interpretera demodulacji Dl, układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz układu obsługi protokołu ProtH. Wyjście dzielnika częstotliwości nośnej FD16 dołączone jest do dzielnika częstotliwości podnośnej FD64, interpretera demodulacji Dl oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS. Wyjście dzielnika częstotliwości podnośnej FD64 dołączone jest do interpretera demodulacji Dl, układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz maszyny stanów protokołu PSM. Pierwsze wyjście interpretera demodulacji Dl dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS, a drugie wyjście interpretera demodulacji Dl dołączone jest do układu obsługi protokołu ProtH. Wyjście układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS dołączone jest do wejścia modulacji harwestera z modulatorem HM. Wyjście układu obsługi protokołu ProtH dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS.

Układ znacznika RFID w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 składa się zasadniczo z dwóch części oznaczonych linią przerywaną: układu kondycjonera analogowego RFID ANL oraz rdzenia cyfrowego znacznika RFID DIG. Dzielnik częstotliwości nośnej FD16 zakwalifikowany został do obydwy tych części, ponieważ jest układem o charakterze mieszanym - tj. posiada część zarówno o charakterze czysto analogowym jak i część cyfrową. Układ kondycjonera analogowego RFID ANL zawiera harwester z modulatorem HM, układ stabilizacji równoległej SR, układ inicjalizacji Int, układ napięcia odniesienia Vref, układ wygładzania tętnień RR, układ podtrzymania VH, demodulator Dmd oraz analogową część dzielnika częstotliwości nośnej FD16. Ponadto układ kondycjonera analogowego RFID ANL posiada: wejście antenowe RF1, drugie wejście antenowe RF2, magistralę zasilającą Vdd oraz masę gnd. Rdzeń cyfrowy znacznika RFID DIG zawiera cyfrową część dzielnika częstotliwości nośnej FD16, dzielnik częstotliwości podnośnej FD64, interpreter demodulacji Dl, układ przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz układ obsługi protokołu ProtH, który posiada maszynę stanów protokołu PSM, kalkulator sumy kontrolnej CRC i układ synchronizacji fazowej zegarów ClkS.

Wejście antenowe RF1 dołączone jest jednocześnie do: pierwszego wejścia antenowego harwestera z modulatorem HM, wejścia antenowego dzielnika częstotliwości nośnej FD16 oraz wejścia antenowego demodulatora Dmd. Drugie wejście antenowe RF1 dołączone jest jednocześnie do drugiego wejścia antenowego harwestera z modulatorem HM, magistrali zasilającej Vdd oraz masy gnd. Wyjście zasilania harwestera z modulatorem HM dołączone jest jednocześnie do: wejścia zasilania dzielnika częstotliwości nośnej FD16, układu napięcia odniesienia Vref, układu stabilizacji równoległej SR, wejścia zasilania układu wygładzania tętnień RR, wejścia zasilania demodulatora Dmd, wejścia układu podtrzymania VH oraz wejścia układu inicjalizacji Int. Wyjście układu napięcia odniesienia Vref dołączone jest do wejścia układu wygładzania tętnień RR, a wyjścia układu wygładzania tętnień RR dołączone jest do wejścia odniesienia demodulatora Dmd. Wyjście demodulatora Dmd dołączone jest do interpretera demodulacji Dl. Wyjście układu podtrzymania VH dołączone jest do wejścia podtrzymania interpretera demodulacji Dl. Wyjście układu inicjalizacji Int dołączone jest do wejść inicjalizacji układów: interpretera demodulacji Dl, układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz maszyny stanów protokołu PSM. Wyjście dzielnika częstotliwości nośnej FD16 dołączone jest do dzielnika częstotliwości podnośnej FD64, do interpretera demodulacji Dl oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS. Wyjście dzielnika częstotliwości podnośnej FD64 dołączone jest do interpretera demodulacji Dl, do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz do maszyny stanów protokołu PSM. Wyjście interpretera demodulacji Dl dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz do układu synchronizacji fazowej zegarów ClkS. Pierwsze wyjście układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS dołączone jest do wejścia modulacji harwestera z modulatorem HM. Drugie wyjście układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS dołączone jest do układu synchronizacji fazowej zegarów ClkS. Pierwsze wyjście maszyny stanów protokołu PSM dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS. Drugie wyjście maszyny stanów protokołu PSM dołączone jest do kalkulatora sumy kontrolnej CRC. Wyjście kalkulatora sumy kontrolnej CRC dołączone jest do maszyny stanów protokołu PSM. Natomiast wyjście układu synchronizacji fazowej zegarów ClkS dołączone jest do dzielnika częstotliwości nośnej FD16 oraz do dzielnika częstotliwości podnośnej FD64.

Układ harwestera z modulatorem HM dokonuje zamiany napięcia przemiennego wielkiej częstotliwości z wejścia antenowego RF1 lub wejść antenowych RF1 i RF2 na napięcie stałe, które zasila szereg komponentów układu kondycjonera ANL, które są dołączone do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem HM. Maksymalna wartość tego napięcia stałego jest ograniczana przez układ stabilizacji równoległej SR (do około 6 V), który zapewnia poprawne działanie komponentów kondycjonera ANL przy wysokim poziomie amplitudy sygnału wielkiej częstotliwości z wejścia antenowego RF1 lub wejść antenowych RF1 i RF2, przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka zniszczenia wywołanego zbyt wysokim poziomem napięcia. Oprócz funkcji pozyskiwania mocy, harwester z modulatorem HM dociąża bądź odciąża wejścia antenowe RF1 i RF2, zależnie od poziomu napięcia na wejściu modulacji harwestera z modulatorem HM doprowadzonym z układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS, wpływając tym samym na impedancję widzianą od strony wejść antenowych RF1 i RF2, co realizuje komunikację zwrotną znacznika NFC. Napięcie przemienne wielkiej częstotliwości z wejścia antenowego RF1, po doprowadzeniu do dzielnika częstotliwości nośnej FD16, ulega przetworzeniu na sygnał o szesnastokrotnie mniejszej częstotliwości z zachowanym synchronizmem fazowym, które dodatkowo może być regulowane od strony cyfrowej układu przez układ synchronizacji fazowej zegarów ClkS.

Dzięki zastosowaniu układu napięcia odniesienia Vref możliwe jest uzyskanie napięcia referencyjnego niezależnego od chwilowej amplitudy sygnału wielkiej częstotliwości na wejściu lub wejściach kondycjonera ANL, a co za tym idzie na wyjściu zasilania harwestera z modulatorem HM. Ponadto, napięcie z wejścia antenowego RF1 doprowadzone jest do wejścia demodulatora Dmd, który porównując chwilowe wartości amplitudy z wejścia antenowego RF1 z napięciem z układu napięcia odniesienia Vref, zamienia chwilowe wartości tej amplitudy na ciąg binarny przyporządkowujący wysokie i niskie wartości amplitudy odpowiednio niskim i wysokim poziomom logicznym, i doprowadza je do interpretera demodulacji Dl. Z kolei układ wygładzania tętnień RR dodatkowo korzystnie wpływa na pracę demodulatora Dmd zmniejszając jego podatność na błędy wywołane nietypowymi zakłóceniami napięcia pojawiającymi się na wyjściu układu napięcia odniesienia Vref. Napięcie przemienne wielkiej częstotliwości z wejścia antenowego RF1, po zamianie na napięcie stałe w harwesterze z modulatorem HM, jest wykorzystane także do zgromadzenia energii elektrycznej w układzie podtrzymania VH, którego zadaniem jest utrzymanie stałego napięcia przy krótkotrwałych zanikach sygnału wielkiej częstotliwości, dzięki czemu podukłady interpretera demodulacji Dl, wrażliwe na zanikające napięcie zasilania, mogą poprawnie pracować.

Zastosowanie drugiego, symetrycznego wejścia antenowego RF2 dołączonego do masy układu gnd pozwala istotnie zredukować liczbę wyprowadzeń oraz poziom złożoności budowy poszczególnych komponentów układu. Natomiast, dołączenie do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem HM magistrali zasilającej Vdd układy części cyfrowej DIG, zapewnia autonomiczne zasilanie całego znacznika wyłącznie energią pozyskiwaną z wejść antenowych RF1 i RF2, a co za tym idzie z anteny.

Dzielnik częstotliwości nośnej FD16 dzieli częstotliwość nośną odbieranego sygnału radiowego, dostarczając sygnał zegarowy do podzespołów: interpretera demodulacji Dl oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS, odpowiedzialnych za interakcję z demodulowanym sygnałem z demodulatora Dmd i modulowanym sygnałem doprowadzonym do wejścia modulacji harwestera z modulatorem HM. Dzielnik częstotliwości podnośnej FD64 dokonuje dalszego podziału częstotliwości celem taktowania pozostałych układów, oraz tych części interpretera demodulacji Dl oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS, które są możliwe do zaimplementowania przy użyciu niższej częstotliwości zegara.

Układ interpretera demodulacji RFID Dl przetwarza surowe dane z demodulatora Dmd w postaci cyfrowych, asynchronicznych impulsów skorelowanych z występowaniem modulacji od czytnika. Wynikiem działania interpretera demodulacji RFID Dl są informacje o strukturze i zawartości otrzymanych od czytnika ramek poleceń - wysokopoziomowe dane zawierające informacje o otrzymanej komendzie dostarczane do układu obsługi protokołu ProtH. Układ interpretera demodulacji Dl charakteryzuje się zasadniczo pracą asynchroniczną, co przekłada się na jego uproszczoną architekturę i realizację celu w postaci małej i wydajnej implementacji. Podłączenie układu interpretera demodulacji Dl do układu podtrzymania VH zezwala na poprawną pracę krytycznych podzespołów wewnątrz układu interpretera demodulacji Dl, które są wrażliwe na zaniki zasilania. Oprócz tego, interpreter demodulacji Dl przesyła do układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS sygnał synchronizujący, zapewniający że odpowiedź zostanie odesłana z poprawnymi parametrami czasowymi.

Zasadniczym zadaniem układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS jest możliwość ustalania momentu początku i końca transmisji oraz możliwość wyboru właściwej wiadomości odpowiedzi układu, podczas gdy głównym zadaniem układu obsługi protokołu ProtH jest realizacja wysokopoziomowej obsługi protokołu znacznika. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RPS otrzymuje wysokopoziomowe informacje o wiadomości od układu obsługi protokołu ProtH, która ma zostać odesłana przez znacznik, a następnie przetwarza je do postaci pakietu, który po zakodowaniu służy do sterowania modulatorem poprzez wejście modulacji harwestera z modulatorem HM. Wykorzystując wewnętrznie przechowywany stan komunikacji z czytnikiem oraz informacje o nowo otrzymanej komendzie, decyduje on jaka wiadomość musi zostać odesłana w odpowiedzi na tę komendę.

W szczególności, w budowie układu obsługi protokołu ProtH można wyróżnić maszynę stanów protokołu PSM, która realizuje wszystkie podstawowe funkcje układu obsługi protokołu ProtH. Układ obsługi protokołu ProtH może być rozszerzony o dwa komponenty - kalkulator sumy kontrolnej CRC i układ synchronizacji fazowej zegarów ClkS - realizujące dodatkową funkcjonalność. Kalkulator sumy kontrolnej CRC weryfikuje spójność danych otrzymanych z interpretera demodulacji Dl, komunikując się w obydwu kierunkach z maszyną stanów protokołu PSM, odbierając sygnał sterujący i wysyłając informację o spójności przetworzonych danych. Układ synchronizacji fazowej zegarów ClkS steruje pracą dzielników częstotliwości FD16 i FD64 - może on dostrajać fazę generowanych zegarów. Opcjonalnie także może wyłączać dzielniki częstotliwości FD16 i FD64, co skutkuje większą oszczędnością energetyczną.

W przypadku implementacji ASIC (od ang. Application-Specific Integrated Circuit) korzystne jest zastosowanie układu inicjalizacji Int dołączonego do interpretera demodulacji Dl, układu przygotowania i formowania odpowiedzi RPS oraz układu obsługi protokołu ProtH, który pozwala na ustawienie stanu początkowego w tych układach. Co za tym idzie, możliwa jest implementacja nie wymagająca zastosowania napięcia zasilania podtrzymującego stany rejestrów układów.

Wynalazek pozwala na niewielką pod względem powierzchni realizację układową znacznika RFID w technologii a-IGZO. Przemysłowe zastosowanie wynalazku znajduje się w przemyśle i rynku produktów wymagających indywidualnych oznakowań elektronicznych.

Claims (14)

1. Znacznik RFID posiadający wejście antenowe (RF1) dołączone do wejścia antenowego dzielnika częstotliwości nośnej (FD16), do wejścia antenowego demodulatora (Dmd) i do pierwszego wejścia antenowego harwestera z modulatorem (HM), którego wyjście zasilania dołączone jest do wejścia zasilania dzielnika częstotliwości nośnej (FD16), do wejścia zasilania demodulatora (Dmd) i do układu napięcia odniesienia (Vref), którego wyjście dołączone jest do wejścia odniesienia demodulatora (Dmd), którego wyjście dołączone jest do wejścia sygnału zdemodulowanego interpretera demodulacji (Dl), oraz posiadający wyjście dzielnika częstotliwości nośnej (FD16) dołączone do dzielnika częstotliwości podnośnej (FD64), do interpretera demodulacji (Dl) oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), a wyjście dzielnika częstotliwości podnośnej (FD64) dołączone do interpretera demodulacji (Dl) oraz do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), którego wyjście dołączone do wejścia modulacji harwestera z modulatorem (HM), oraz posiadający przynajmniej jedno wyjście interpretera demodulacji (Dl) dołączone do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), znamienny tym, że zawiera układ podtrzymania (VH) oraz układ inicjalizacji (Int), których wejścia dołączone są do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem (HM), wyjście układu podtrzymania (VH) dołączone jest do wejścia podtrzymania interpretera demodulacji (Dl), a wyjście układu inicjalizacji (Int) dołączone jest do wejść inicjalizacji interpretera demodulacji (Dl) oraz układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), oraz tym, że zawiera układ obsługi protokołu (ProtH), do którego wejść dołączone są układ inicjalizacji (Int), interpreter demodulacji (Dl) oraz dzielnik częstotliwości podnośnej (FD64), a wyjście układu obsługi protokołu (ProtH) dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS).

2. Znacznik RFID wg zastrz. 1, znamienny tym, że układ napięcia odniesienia (Vref) dołączony jest do demodulatora (Dmd) poprzez układ wygładzania tętnień (RR), który posiada wejścia zasilania dołączone do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem (HM).

3. Znacznik RFID wg zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera układ stabilizacji równoległej (SR) dołączony do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem (HM).

4. Znacznik RFID wg zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że układ obsługi protokołu (ProtH) zawiera układ synchronizacji fazowej zegarów (ClkS), którego wyjście dołączone jest do dzielnika częstotliwości nośnej (FD16) i dzielnika częstotliwości podnośnej (FD64), pierwsze wejście dołączone jest do przynajmniej jednego z wyjść interpretera demodulacji (Dl), a drugie wejście dołączone jest do wyjścia sygnału końca ramki odpowiedzi układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), oraz tym, że układ obsługi protokołu (ProtH) zawiera maszynę stanów protokołu (PSM) oraz kalkulator sumy kontrolnej (CRC), przy czym oba te układy dołączone są do wyjścia dzielnika częstotliwości podnośnej (FD64), oba te układy dołączone są do przynajmniej jednego wyjścia interpretera demodulacji (Dl), wyjście maszyny stanów protokołu (PSM) dołączone jest do kalkulatora sumy kontrolnej (CRC), wyjście kalkulatora sumy kontrolnej (CRC) dołączone jest do maszyny stanów protokołu (PSM), wyjście maszyny stanów protokołu (PSM) będące wyjściem układu obsługi protokołu (ProtH) dołączone jest do układu przygotowania i formowania odpowiedzi (RPS), a wejście inicjalizacji maszyny stanów protokołu (PSM) dołączone jest do wyjścia układu inicjalizacji (Int).

5. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że posiada drugie wejście antenowe (RF2) dołączone do drugiego wejścia antenowego harwestera z modulatorem (HM).

6. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że drugie wejście antenowe (RF2) dołączone jest do masy (gnd) znacznika RFID.

7. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że do wyjścia zasilania harwestera z modulatorem (HM) dołączona jest magistrala zasilająca (Vdd) układy części cyfrowej (DIG).

8. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że pracuje zasadniczo na częstotliwości 13,56 MHz antenowego sygnału wejściowego.

9. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że układ podtrzymania (VH) zawiera diodę i kondensator połączone szeregowo pomiędzy wejściem a masą tego układu, a wyjście dołączone do miejsca połączenia diody z kondensatorem.

10. Znacznik RFID wg zastrz. 9, znamienny tym, że dioda użyta w układzie podtrzymania (VH) została wykonana z tranzystora posiadającego zwartą bramkę ze źródłem i dołączone do wejścia układu, a dren tranzystora dołączony do kondensatora i wyjścia układu.

11. Znacznik RFID wg zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że pojemność kondensatora użytego w układzie podtrzymania (N/H) wynosi od 5 pF do 20 pF.

12. Znacznik RFID wg dowolnego z zastrz. od 2 do 11, znamienny tym, że układ wygładzania tętnień (RR) posiada wejście i wyjście zwarte ze sobą wewnątrz tego układu oraz dołączone do wejścia zasilania układu poprzez rezystor, a do masy układu poprzez kondensator albo równolegle połączone ze sobą kondensatory.

13. Znacznik RFID wg zastrz. 12, znamienny tym, że rezystancja rezystora użytego w układzie wygładzania tętnień (RR) wynosi od 2 MQ do 5 MQ.

14. Znacznik RFID wg zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że łączna pojemność kondensatorów użytych w układzie wygładzania tętnień (RR) wynosi od 3 pF do 50 pF.