PL248181B1 - Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID - Google Patents

Abstract

Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS) posiada maszynę stanów odpowiedzi (RSM), której pierwsze wyjście dołączone jest do bufora odpowiedzi (RB), a pierwsze wejście dołączone jest do wejścia sygnału początku ramki zapytania (i-CS). Ponadto posiada układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację (REnc) z wyjściem dołączonym do wyjścia sygnału modulującego (o-Mod) oraz z trzema wejściami, z których jedno dołączone jest do bufora odpowiedzi (RB), drugie do maszyny stanów odpowiedzi (RSM), a trzecie do wejścia zegara podnośnej (i-F16b). Ponadto posiada wejście zegara symboli ramki (i-F64b) dołączone do maszyny stanów odpowiedzi (RSM) i do układu wykrywania końca odpowiedzi (RED), który ma dodatkowo wejście i wyjście dołączone do maszyny stanów odpowiedzi (RSM). Ponadto posiada układ inicjalizujący bufor odpowiedzi (RBI) dołączony wejściem do wejścia wyboru odpowiedzi (i-Sel), a wyjściem do bufora odpowiedzi (RB).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID stosowany zwłaszcza w rdzeniach cyfrowych znaczników RFID w układach NFC.

Znane są z opisu patentowego międzynarodowego wynalazku WO2008013418A1 urządzenie i metoda zintegrowanego czytnika i znacznika, w których przedstawiono urządzenie RFID zintegrowane z czytnikiem i znacznikiem oraz sposób jego kontrolowania. Urządzenie zawiera moduł znacznika do komunikacji z czytnikiem zewnętrznym i przesyłania sygnału odpowiedzi oraz danych odpowiadających sygnałowi przesyłanemu z czytnika zewnętrznego do czytnika zewnętrznego, moduł czytnika do wybierania kanału pomiędzy innym czytnikiem a zintegrowanym czytnikiem, urządzenie RFID o różnym czasie opóźnienia i komunikujące się z zewnętrznym znacznikiem za pomocą losowej wartości w celu zminimalizowania kolizji; oraz sterownik do selektywnej aktywacji jednej jednostki znacznika i jednostki czytnika, jeżeli jest to konieczne.

W szczególności znane jest z tego wynalazku rozwiązanie funkcjonalnie tożsame z układem przygotowania i formowania odpowiedzi RFID, zawierające pamięć znacznika dołączoną do kontrolera znacznika, do którego dołączony jest generator wiadomości, dołączony do kalkulatora sumy kontrolnej, dołączony do układu kodowania, dołączony do modulatora cyfrowego. Ponadto do generatora wiadomości dołączony kontroler znacznika dołączony także do maszyny stanów antykolizji, do których dołączony jest bufor wiadomości, do których przez układ obliczania i potwierdzania sumy kontrolnej dołączony jest dekoder i demodulator cyfrowy.

Znane są z opisu amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2007069859A1 mobilny czytnik RFID i sposób jego kontroli, w którym mobilny czytnik RFID zawiera: sterownik czytnika służący do rozpoczynania operacji czytnika w celu komunikacji ze znacznikiem w odpowiedzi na polecenie kontrolera terminala komunikacji bezprzewodowej; maszynę stanu antykolizyjnego do kontrolowania kolizji pomiędzy wieloma znacznikami i przesyłania wyniku komunikacji ze znacznikiem do kontrolera czytnika; nadajnik czytnika do generowania komunikatu polecenia czytnika ustalonego w maszynie stanu antykolizyjnego oraz kodowania i modulowania wygenerowanego komunikatu polecenia czytnika; odbiornik czytnika do demodulowania i dekodowania sygnału znacznika odbieranego przez antenę i raportowania stanu odpowiedzi znacznika do maszyny stanu antykolizyjnego; oraz kontroler kanału do wybierania kanału, który będzie używany do komunikacji ze znacznikiem w odpowiedzi na polecenie kontrolera czytnika.

W szczególności znane jest z tego wynalazku rozwiązanie funkcjonalnie tożsame z układem przygotowania i formowania odpowiedzi RFID, zawierające generator wiadomości, dołączony do kalkulatora sumy kontrolnej, dołączony do układu kodowania, dołączony do modulatora cyfrowego. Ponadto do generatora wiadomości dołączony kontroler znacznika dołączony także do maszyny stanów antykolizji, do których dołączony jest bufor wiadomości, do których przez układ obliczania i potwierdzania sumy kontrolnej dołączony jest dekoder i demodulator cyfrowy.

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 część cyfrowa zawiera układ odpowiedzi NFC. Do wejść układu odpowiedzi NFC dołączone są wyjścia rdzenia NFC. Przynajmniej jedno wyjście układu odpowiedzi NFC dołączone jest do dzielnika częstotliwości, a wyjście modulacji układu odpowiedzi NFC dołączone jest do harwestera z modulatorem. Układ odpowiedzi NFC zawiera 73-bitowy rejestr przesuwny zbudowany z przerzutników.

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 połowę (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)).

Celem wynalazku jest stworzenie niewielkiego, pod względem zajmowanej powierzchni, i energooszczędnego układu dla RFID NFC w technologii a-IGZO, którą cechują duże tranzystory TFT. Istnieje zatem potrzeba rozwiązania problemu nadmiernie złożonej implementacji cyfrowej, spełnienia krytycznych parametrów czasowych oraz minimalizacji pobieranej przez układ mocy, które są konieczne do prawidłowego działania całego układu znacznika RFID NFC.

Istota rozwiązania polega na tym, że w układzie przygotowania i formowania odpowiedzi RFID zawierającym maszynę stanów dołączoną do bufora odpowiedzi oraz zawierającym układ kodowania dołączony do wyjścia sygnału modulującego układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID, według wynalazku, maszyna stanów jest maszyną stanów odpowiedzi i ma pierwsze wyjście dołączone do bufora odpowiedzi, a pierwsze wejście dołączone ma do wejścia sygnału początku ramki zapytania układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID. Ponadto, układ kodowania jest układem kodowania bitów odpowiedzi na modulację z trzema wejściami, z których jedno dołączone jest do bufora odpowiedzi, drugie do maszyny stanów odpowiedzi, a trzecie do wejścia zegara podnośnej układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID. Ponadto, układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID posiada wejście zegara symboli ramki dołączone do maszyny stanów odpowiedzi i do układu wykrywania końca odpowiedzi, przy czym układ wykrywania końca odpowiedzi posiada dodatkowo wejście i wyjście dołączone do maszyny stanów odpowiedzi. Ponadto, ma układ inicjalizujący bufor odpowiedzi dołączony wejściem do wejścia wyboru odpowiedzi układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID, a wyjściem do bufora odpowiedzi. Efektem technicznym takiej konstrukcji układu jest możliwość precyzyjnego ustalania momentu początku i końca transmisji oraz możliwość wyboru właściwej wiadomości odpowiedzi układu.

Korzystnie, wejście sygnału początku ramki zapytania dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi poprzez układ opóźnionego wyzwalania odpowiedzi, który jest także dołączony do wejścia zegara symboli ramki. Dzięki temu możliwe jest wstępne dopasowanie parametrów czasowych odpowiedzi w zgodzie ze standardem.

Korzystnie, wyjście maszyny stanów odpowiedzi oraz wejście zegara symboli ramki dołączone są do wejścia układu wykrywania końca odpowiedzi poprzez licznik bitów odpowiedzi. Dzięki temu możliwe jest monitorowanie postępu wysyłania wiadomości.

Korzystnie, układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID posiada wyjście sygnału końca ramki odpowiedzi dołączone do dodatkowego wyjścia układu wykrywania końca odpowiedzi. Dzięki temu możliwe jest wyłączanie chwilowo niewykorzystywanych układów celem oszczędzania mocy.

Korzystnie, układ opóźnionego wyzwalania odpowiedzi zawiera licznik sprzężony z komparatorem. Dzięki wykorzystaniu licznika taktowanego z wejścia zegara symboli ramki oszczędzana jest moc tego układu.

Korzystnie, układ wykrywania końca odpowiedzi stanowi komparator. Dzięki temu implementacja jest mało kosztowna.

Korzystnie, układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację stanowi układ kombinacyjny. Dzięki temu cały układ może być taktowany wolniejszym zegarem.

Korzystnie, układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID posiada wejście inicjalizacji dołączone do wejścia inicjalizacji układu inicjalizującego bufor odpowiedzi oraz do wejścia inicjalizacji maszyny stanów odpowiedzi. Dzięki temu możliwe jest ustawienie stanu początkowego w tych układach, a co za tym idzie implementacja nie wymaga zastosowania napięcia zasilania podtrzymującego stany rejestrów.

Korzystnie, układ inicjalizujący bufor odpowiedzi stanowi układ kombinacyjny. Dzięki temu implementacja jest mało kosztowna.

Korzystnie, bufor odpowiedzi stanowi pamięć. Dzięki temu możliwe jest programowanie treści wysyłanych wiadomości.

Korzystnie, bufor odpowiedzi zawiera przynajmniej jeden rejestr przesuwny. Dzięki temu możliwa jest tania i prosta implementacja.

Korzystnie, przynajmniej jeden rejestr przesuwny zbudowany jest z sekwencyjnego połączenia przerzutników typu „D” wyposażonych w wejścia „R” i „S”, przy czym wejścia te dołączane są alternatywnie do wejścia sygnałowego pochodzącego z układu inicjalizującego bufor odpowiedzi odpowiednio do oczekiwanego słowa binarnego odpowiedzi bufora. Dzięki temu możliwa jest implementacja wielu różnych odpowiedzi.

Przykład wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID z pojedynczym wyjściem, a fig. 2 - schemat ideowy układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID z dwoma wyjściami.

Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 posiada maszynę stanów odpowiedzi RSM, układ wykrywania końca odpowiedzi RED, układ inicjalizujący bufor odpowiedzi RBI, bufor odpowiedzi RB oraz układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID RPS ponadto posiada wejście zegara symboli ramki i-F64b, wejście sygnału początku ramki zapytania i-CS, wejście wyboru odpowiedzi i-Sel, wejście zegara podnośnej i-F16b oraz wyjście sygnału modulującego o-Mod.

Wejście zegara symboli ramki i-F64b dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi RSM oraz do układu wykrywania końca odpowiedzi RED. Wejście sygnału początku ramki zapytania i-CS dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi RSM. Wejście wyboru odpowiedzi i-Sel dołączone jest do układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI, a wejście zegara podnośnej i-F16b dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Pierwsze wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do układu wykrywania końca odpowiedzi RED. Drugie wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Trzecie wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do bufora odpowiedzi RB. Wyjście układu wykrywania końca odpowiedzi RED dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi RSM. Wyjście układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI dołączone jest do bufora odpowiedzi RB. Wyjście bufora odpowiedzi RB dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Natomiast wyjście układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc dołączone jest do wyjścia sygnału modulującego o-Mod.

Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 posiada układ opóźnionego wyzwalania odpowiedzi RDel, maszynę stanów odpowiedzi RSM, licznik bitów odpowiedzi RBC, układ wykrywania końca odpowiedzi RED, układ inicjalizujący bufor odpowiedzi RBI, bufor odpowiedzi RB oraz układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID RPS ponadto posiada wejście zegara symboli ramki i-F64b, wejście sygnału początku ramki zapytania i-CS, wejście wyboru odpowiedzi i-Sel, wejście zegara podnośnej i-F16b, wejście inicjalizacji i-lntb, wyjście sygnału modulującego o-Mod oraz wyjście sygnału końca ramki odpowiedzi o-RE.

Wejście zegara symboli ramki i-F64b dołączone jest do układu opóźnionego wyzwalania odpowiedzi RDel, do maszyny stanów odpowiedzi RSM oraz do licznika bitów odpowiedzi RBC. Wejście sygnału początku ramki zapytania i-CS dołączone jest do układu opóźnionego wyzwalania odpowiedzi RDel. Wejście inicjalizacji i-lntb dołączone jest do układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI oraz do maszyny stanów odpowiedzi RSM. Wejście wyboru odpowiedzi i-Sel dołączone jest do układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI, a wejście zegara podnośnej i-F16b dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Wyjście układu opóźnionego wyzwalania odpowiedzi RDel dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi RSM. Pierwsze wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do licznika bitów odpowiedzi RBC. Drugie wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Trzecie wyjście maszyny stanów odpowiedzi RSM dołączone jest do bufora odpowiedzi RB. Wyjście licznika bitów odpowiedzi RBC dołączone jest do układu wykrywania końca odpowiedzi RED. Pierwsze wyjście układu wykrywania końca odpowiedzi RED dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi RSM, a drugie wyjście układu wykrywania końca odpowiedzi RED dołączone jest do wyjścia sygnału końca ramki odpowiedzi o-RE. Wyjście układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI dołączone jest do bufora odpowiedzi RB. Wyjście bufora odpowiedzi RB dołączone jest do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc. Natomiast wyjście układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc dołączone jest do wyjścia sygnału modulującego o-Mod.

Głównym zadaniem maszyny stanów odpowiedzi RSM jest sterowanie całym układem przygotowania i formowania odpowiedzi RFID RPS, w szczególności dostarczanie sygnałów sterujących do bufora odpowiedzi RB w celu wyboru przesyłanego aktualnie bitu oraz do układu kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc w celu wyboru bieżącego stanu modulacji. Maszyna stanów odpowiedzi RSM współpracuje z układem wykrywania końca odpowiedzi RED, dzięki czemu posiada informacje o końcu wysyłanej wiadomości. Obydwa te układy pracują przy wykorzystaniu zegara z wejścia zegara podnośnej i-F16b. Głównym zadaniem układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI jest wybór wiadomości przechowywanej w buforze odpowiedzi RB na podstawie sygnału wejściowego z wejścia wyboru odpowiedzi i-Sel. Konstrukcja bufora odpowiedzi RB może być albo uproszczona, w postaci rejestru przesuwnego, albo bardziej uniwersalna w postaci pamięci programowalnej. Układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację REnc korzysta z wejścia zegara podnośnej i-F16b po to, aby możliwe było kluczowanie sygnału modulacji, zgodnie z podstawową częstotliwością układu. Sygnał doprowadzany do wyjścia sygnału modulującego o-Mod zwykle jest sygnałem binarnym, który w układzie całego znacznika RFID typowo steruje obciążeniem anteny, a przez to komunikacją zwrotną od znacznika.

Zastosowanie układu opóźnionego wyzwalania odpowiedzi RDel, który opóźnia sygnał początku ramki zapytania i-CS, pozwala na wstępne dopasowanie parametrów czasowych odpowiedzi w zgodzie ze standardem NFC Type 1. Dzięki temu nie jest konieczne uwzględnianie tych parametrów w głównej maszynie stanów obsługującej protokół. Licznik bitów odpowiedzi RBC pozwala na monitorowanie postępu wysyłania wiadomości, we współpracy z układem wykrywania końca odpowiedzi RED, który przetwarza tę informację na sygnał zwrotny do maszyny stanów odpowiedzi RSM, informujący o końcu wysyłanej treści. Ponadto, wyprowadzenie sygnału końca ramki odpowiedzi o-RE poza układ, pozwala na wyłączanie chwilowo niewykorzystywanych, dołączonych do tego wyjścia układów, celem oszczędzania mocy. W przypadku implementacji ASIC (od ang. Application-Specific Integrated Circuit) korzystne jest zastosowanie wejścia inicjalizacji i-lntb, dołączonego do układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI i maszyny stanów odpowiedzi RSM, które pozwala na ustawienie stanu początkowego w tych układach. Co za tym idzie, możliwa jest implementacja nie wymagająca zastosowania napięcia zasilania podtrzymującego stany rejestrów układu inicjalizującego bufor odpowiedzi RBI i maszyny stanów odpowiedzi RSM.

Wynalazek pozwala na efektywną pod względem szybkości i powierzchni układu implementację. Przemysłowe zastosowanie wynalazku znajduje się w przemyśle i rynku produktów wymagających indywidualnych oznakowań elektronicznych.

Claims (12)

1. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS) zawierający maszynę stanów dołączoną do bufora odpowiedzi (RB) oraz zawierający układ kodowania dołączony do wyjścia sygnału modulującego (o-Mod) układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS), znamienny tym, że maszyna stanów jest maszyną stanów odpowiedzi (RSM), której pierwsze wyjście dołączone jest do bufora odpowiedzi (RB), a pierwsze wejście dołączone jest do wejścia sygnału początku ramki zapytania (i-CS) układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS), oraz tym, że układ kodowania jest układem kodowania bitów odpowiedzi na modulację (REnc) z trzema wejściami, z których jedno dołączone jest do bufora odpowiedzi (RB), drugie do maszyny stanów odpowiedzi (RSM), a trzecie do wejścia zegara podnośnej (i-F16b) układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS), oraz tym, że układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS) posiada wejście zegara symboli ramki (i-F64b) dołączone do maszyny stanów odpowiedzi (RSM) i do układu wykrywania końca odpowiedzi (RED), przy czym układ wykrywania końca odpowiedzi (RED) posiada dodatkowo wejście i wyjście dołączone do maszyny stanów odpowiedzi (RSM), oraz tym, że posiada układ inicjalizujący bufor odpowiedzi (RBI) dołączony wejściem do wejścia wyboru odpowiedzi (i-Sel) układu przygotowania i formowania odpowiedzi RFID (RPS), a wyjściem do bufora odpowiedzi (RB).

2. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg zastrz. 1, znamienny tym, że wejście sygnału początku ramki zapytania (i-CS) dołączone jest do maszyny stanów odpowiedzi (RSM) poprzez układ opóźnionego wyzwalania odpowiedzi (RDel), który jest także dołączony do wejścia zegara symboli ramki (i-F64b).

3. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wyjście maszyny stanów odpowiedzi (RSM) oraz wejście zegara symboli ramki (i-F64b) dołączone są do wejścia układu wykrywania końca odpowiedzi (RED) poprzez licznik bitów odpowiedzi (RBC).

4. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że posiada wyjście sygnału końca ramki odpowiedzi (o-RE) dołączone do dodatkowego wyjścia układu wykrywania końca odpowiedzi (RED).

5. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg zastrz. 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że układ opóźnionego wyzwalania odpowiedzi (RDel) zawiera licznik sprzężony z komparatorem.

6. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że układ wykrywania końca odpowiedzi (RED) stanowi komparator.

7. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że układ kodowania bitów odpowiedzi na modulację (REnc) stanowi układ kombinacyjny.

8. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że posiada wejście inicjalizacji (i-lntb) dołączone do wejścia inicjalizacji układu

PL 248181 Β1 inicjalizującego bufor odpowiedzi (RBI) oraz do wejścia inicjalizacji maszyny stanów odpowiedzi (RSM).

9. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że układ inicjalizujący bufor odpowiedzi (RBI) stanowi układ kombinacyjny.

10. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że bufor odpowiedzi (RB) stanowi pamięć.

11. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg dowolnego z zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że bufor odpowiedzi (RB) zawiera przynajmniej jeden rejestr przesuwny.

12. Układ przygotowania i formowania odpowiedzi RFID wg zastrz. 11, znamienny tym, że przynajmniej jeden rejestr przesuwny zbudowany jest z sekwencyjnego połączenia przerzutników typu „D” wyposażonych w wejścia „R” i „S”, przy czym wejścia te dołączane są alternatywnie do wejścia sygnałowego pochodzącego z układu inicjalizującego bufor odpowiedzi (RBI) odpowiednio do oczekiwanego słowa binarnego odpowiedzi bufora (RB).