專利名稱：一種rfid電子標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種RFID電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
隨著RFID (Radio Frequency Identif ication，射頻識別)技術(shù)的發(fā)展，RFID 電子 標(biāo)簽逐漸應(yīng)用到射頻識別技術(shù)領(lǐng)域中，RFID電子標(biāo)簽主要由標(biāo)簽芯片、讀卡器、數(shù)據(jù)傳輸和 處理系統(tǒng)三部分組成。RFID電子標(biāo)簽具有持久性、信息接收傳播穿透性強(qiáng)、存儲信息容量大 和種類多等優(yōu)點。在射頻識別系統(tǒng)中，按照電子標(biāo)簽供電系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，RFID電子標(biāo)簽主要分為 有源標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽具有外置的電池，通過外置的電 池(通常為普通電池)為標(biāo)簽芯片的工作提供能量，使其有更遠(yuǎn)的通信距離及可以增加更 多的電路功能。無源標(biāo)簽依靠閱讀器的射頻信號提供能量使其工作，無源標(biāo)簽有著成本低 和大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點和不足有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽因增加了外置的電池，使得增加了制作工藝的復(fù)雜度；并 且當(dāng)普通電池能量耗盡時需要更換電池，增加了使用過程中的復(fù)雜度，而且普通電池還會 對環(huán)境造成污染；無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離有限。
發(fā)明內(nèi)容
為了避免有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽中的電池更換、減少對環(huán)境的污染、減少制作工 藝的復(fù)雜度；增加無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離，本發(fā)明實施例提供了一種RFID電子 標(biāo)簽，所述技術(shù)方案如下一種RFID電子標(biāo)簽，所述電子標(biāo)簽包括太陽能電池天線、電感、電容、標(biāo)簽芯片；所述太陽能電池天線的第一端和所述電感的第一端、所述電容的第一端相連；所 述電感的第二端和所述標(biāo)簽芯片的正極性端相連；所述電容的第二端和所述標(biāo)簽芯片的天 線輸入端相連；所述太陽能電池天線的第二端和所述標(biāo)簽芯片的負(fù)極性端分別接地。所述太陽能電池天線的極板采用貼片天線結(jié)構(gòu)。所述太陽能電池天線的材料采用多晶硅或非晶硅。所述天線的形狀和所述標(biāo)簽芯片的阻抗匹配。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是通過用太陽能電池代替普通電池，將太陽能電池的極板做成貼片天線，使得太陽 能電池和天線結(jié)合為一個元器件，通過該RFID電子標(biāo)簽提高了有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的 使用壽命，使有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽可以長期工作而不需要更換電池，避免了因使用普通 電池造成的環(huán)境污染、減少制作工藝的復(fù)雜度，增加了無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離； 并且通過對標(biāo)簽芯片和太陽能電池之間的電路設(shè)計，減小了標(biāo)簽芯片的面積，降低了標(biāo)簽 芯片的制造成本。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實施例提供的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的另一電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了避免有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽中的電池更換、減少對環(huán)境的 污染、減少制作工 藝的復(fù)雜度；增加無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離，本發(fā)明實施例提供了一種RFID電子 標(biāo)簽，詳見下文描述傳統(tǒng)電池廢舊之后，若電池中的重金屬得不到妥善處理就會對環(huán)境造成污染，但， 若標(biāo)簽芯片的能量來自于清潔環(huán)保的太陽能，就可以避免電池生產(chǎn)中對環(huán)境造成的危害； 并且由于太陽能電池具有較長的使用壽命，在一定光照強(qiáng)度下，太陽能電池能收集足夠的 光子，將光能轉(zhuǎn)化成電能，可為標(biāo)簽芯片提供電源，并且理想情況下，只要有一定的光照，太 陽能電池可以源源不斷地為標(biāo)簽芯片供電，使其永遠(yuǎn)工作，故本發(fā)明實施例優(yōu)選用太陽能 電池。參見圖1，該RFID電子標(biāo)簽包括太陽能電池天線、電感、電容、標(biāo)簽芯片；太陽能電池天線的第一端和電感的第一端、電容的第一端相連；電感的第二端和 標(biāo)簽芯片的正極性端相連；電容的第二端和標(biāo)簽芯片的天線輸入端相連；太陽能電池天線 的第二端、標(biāo)簽芯片的負(fù)極性端分別接地。太陽能電池天線的電池極板采用貼片天線結(jié)構(gòu)，電池極板上收集電子的金屬電極 做為天線，使得太陽能電池和天線結(jié)合為一個元器件，具體地，天線的形狀應(yīng)滿足能夠接收 UHF(Ultra High Frequency，超高頻)頻段的射頻電磁波，例如915M的頻段；或者該結(jié)構(gòu) 應(yīng)滿足能夠接收HF(HighFrequenCy，高頻)頻段的電磁耦合，例如13. 56M的頻段。通過上述的電路設(shè)計，使得太陽能電池天線既可以為標(biāo)簽芯片提供能源又可以作 為天線來接收電磁波，詳見下文描述當(dāng)在有源模式下即有光的情況下，太陽能電池天線為標(biāo)簽芯片提供電源，標(biāo)簽芯 片的正極性端通過電感連接到太陽能電池天線的第一端，標(biāo)簽芯片的天線輸入端通過電容 連接到太陽能電池天線的第一端，由于太陽能電池的電學(xué)特性使其可以作為一個電壓受限 的電流，使得太陽能電池天線可以作為平板天線來接收電磁波信號。當(dāng)在無源模式下即無光的情況下，將標(biāo)簽芯片的正極性端通過電感連接到太陽能 電池天線的第一端，標(biāo)簽芯片的天線輸入端通過電容連接到太陽能電池天線的第一端，這 時太陽能電池天線，接收讀卡器發(fā)送的電磁波，通過天線中的電感可以獲取到使標(biāo)簽芯片 工作的電源。
參見圖1，標(biāo)簽芯片左端為天線輸入端，在太陽能電池天線與標(biāo)簽芯片的正極性端之間加入電感，由于電感對直流信號近似于短路，使太陽能電池天線能夠為標(biāo)簽芯片提供 穩(wěn)定的直流電壓，同時電感對高頻信號相當(dāng)于斷路，使電磁波信號不會對太陽能電池天線 提供的供電電源產(chǎn)生干擾；在太陽能電池天線與標(biāo)簽芯片的天線輸入端之間加入電容，由 于電容對交流信號近似于短路，使太陽能電池天線接收到的調(diào)制信號能夠傳輸?shù)綐?biāo)簽芯片 的包絡(luò)檢測電路，使其實現(xiàn)與閱讀器之間的正常通訊，同時電容對于低頻的直流信號相當(dāng) 于斷路，使太陽能電池天線不會對調(diào)制信號產(chǎn)生干擾。進(jìn)一步地，為了提高光電轉(zhuǎn)化效率，太陽能電池的極板可以采用多晶硅或者非晶 硅制作，具體實現(xiàn)時，還可以采用其他的材料來制作，本發(fā)明實施例對此不作限制。進(jìn)一步地，太陽能電池的制作方法采用現(xiàn)有技術(shù)中通用的制作方法，例如可以 在玻璃襯底上制作，通過磁控濺射，生成一層ZnOx導(dǎo)電膜層，其電阻率小于10 Ω. cm，采用 13. 5MHz的射頻作電源，用等離子增強(qiáng)法沉積p、i、n型非晶硅薄膜。進(jìn)一步地，當(dāng)用于接收UHF時，天線形狀優(yōu)選為片狀天線；當(dāng)用于接收HF時，天線 形狀優(yōu)選為螺旋天線。進(jìn)一步地，為了減少接收太陽能能量時造成的損耗，提高接收的效率，增加標(biāo)簽芯 片的通信距離，本發(fā)明實施例優(yōu)選地采用太陽能電池天線的形狀滿足和標(biāo)簽芯片阻抗匹配 的要求，并且使其具有一定的增益，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。進(jìn)一步地，為了減少RFID電子標(biāo)簽的體積，方便用戶的攜帶和使用，本發(fā)明實施 例優(yōu)選地采用較小體積的封裝形式對電感、電容進(jìn)行封裝，具體的封裝形式和實際應(yīng)用中 的電感、電容的規(guī)格有關(guān)，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。進(jìn)一步地，RFID電子標(biāo)簽的封裝形式可采用通用的封裝形式，同時將太陽能電池 天線置于封裝之外，使得提高太陽能的利用率。例如封裝形式可以采用有源標(biāo)簽通常使用 的陶瓷封裝或塑料封裝等封裝形式。具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對標(biāo)簽芯片的通信協(xié)議、閱讀器不做限制。具體實現(xiàn)時，由于有源標(biāo)簽與無線傳感器節(jié)點類似，該RFID電子標(biāo)簽還可以應(yīng)用 到WSN(Wireless Sensor Network，無線傳感網(wǎng)絡(luò))中，當(dāng)在環(huán)境監(jiān)測和軍事應(yīng)用等無線傳 感節(jié)點大量使用的場合中，通過該RFID電子標(biāo)簽可以使WSN在沒有陽光下仍可以繼續(xù)工 作，解決了無法對電池能量耗盡的無線傳感節(jié)點進(jìn)行更換電池的問題，該應(yīng)用前景十分廣 泛。進(jìn)一步地，該RFID電子標(biāo)簽還可以應(yīng)用到定位技術(shù)等領(lǐng)域，以及其他與射頻識別技術(shù) 相結(jié)合的領(lǐng)域，例如可以用于濕度傳感標(biāo)簽、定位標(biāo)簽中，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此 不做限制。太陽能電池在工作時，可等效成一個光控電流源，與傳統(tǒng)的電壓源供電可提供穩(wěn) 定電壓不同，針對太陽能電池供電，本發(fā)明實施例給出了 RFI D標(biāo)簽芯片的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 圖，該電路結(jié)構(gòu)圖為一并聯(lián)穩(wěn)壓電路。參見圖2，該電路主要包括晶體管MPl、MNl、MN2、MP2、MN3、MP3、MN4、MN5,電阻 Rl、電源VDD，其中，MP1、MNl、MN2和Rl組成的支路作為電流檢測支路，MP2、MN3、MP3、MN4、 MN5組成了泄流支路，VDD為該并聯(lián)穩(wěn)壓電路提供電源。當(dāng)電流檢測支路流過的電流比較 小時，電流在電阻Rl上產(chǎn)生的壓降VRl小于麗3管導(dǎo)通時的閾值電壓(VRl < V閾)，這時 MN3管工作在截止?fàn)顟B(tài)，使得泄流支路處于斷開；當(dāng)電流檢測支路流過的電流增加后，使電阻Rl上產(chǎn)生的壓降VRl大于麗3的閾值電壓(VRl > V閾)，這時麗3管工作在導(dǎo)通狀態(tài)，使得泄流支路處于導(dǎo)通，麗3開始泄放電流，且經(jīng)過MP2和MP3、MN4、麗5組成的電流鏡將 MN3的泄放電流按其晶體管尺寸比例鏡像放大，使電路能夠更快速的泄放多余的電荷。即流 過Rl的電流越大，則麗3的電流越大，泄流支路泄放的電流越大，最終，將VDD的電壓鉗位 在一固定電壓上，此固定電壓由MPl的柵漏電壓、麗1的柵漏電壓、麗2的柵漏電壓以及電阻 Rl上的壓降VRl疊加組成，可表示為VDD = VGD^fVGD^^VGD^^iVRL其中，鉗位電壓和泄 放電流的能力可根據(jù)實際應(yīng)用中的太陽能電池的性能和標(biāo)簽芯片的需要進(jìn)行設(shè)定。該穩(wěn)壓電路具有高響應(yīng)速度、功耗低的優(yōu)點，通過使用該電路，使得當(dāng)輸入的電流 為IOOuA到IOOmA時，能穩(wěn)定的輸出1. 8V-2. OV電壓，該輸出電壓保證了標(biāo)簽芯片的正常工 作。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種RFID電子標(biāo)簽，通過用太陽能電池代替普通 電池，將太陽能電池的極板做成貼片天線，使得太陽能電池和天線結(jié)合為一個元器件，通過 該RFID電子標(biāo)簽，提高了有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的使用壽命，使有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽可 以長期工作而不需要更換電池，避免了因使用普通電池造成的環(huán)境污染、減少制作工藝的 復(fù)雜度，增加了無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離，滿足了標(biāo)簽芯片工作距離的要求；并且 通過對標(biāo)簽芯片和太陽能電池天線之間的電路設(shè)計，減小了標(biāo)簽芯片的面積，降低了標(biāo)簽 芯片的制造成本；并且該RFID電子標(biāo)簽拓展了 RFID系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可以將其應(yīng)用到大范 圍的無人區(qū)中對設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)，減少人力的監(jiān)督，降低人力成本，提高工作效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例 序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種RFID電子標(biāo)簽，其特征在于，所述電子標(biāo)簽包括太陽能電池天線、電感、電容、標(biāo)簽芯片；所述太陽能電池天線的第一端和所述電感的第一端、所述電容的第一端相連；所述電感的第二端和所述標(biāo)簽芯片的正極性端相連；所述電容的第二端和所述標(biāo)簽芯片的天線輸入端相連；所述太陽能電池天線的第二端和所述標(biāo)簽芯片的負(fù)極性端分別接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于，所述太陽能電池天線的極板采用貼 片天線結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于，所述太陽能電池天線的材料采用多晶硅或非晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于，所述天線的形狀和所述標(biāo)簽芯片的 阻抗匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種RFID電子標(biāo)簽，屬于射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，所述電子標(biāo)簽包括太陽能電池天線、電感、電容、標(biāo)簽芯片；所述太陽能電池天線的第一端和所述電感的第一端、所述電容的第一端相連；所述電感的第二端和所述標(biāo)簽芯片的正極性端相連；所述電容的第二端和所述標(biāo)簽芯片的天線輸入端相連；所述太陽能電池天線的第二端和所述標(biāo)簽芯片的負(fù)極性端分別接地。通過使用本發(fā)明實施例提供的RFID電子標(biāo)簽，提高了有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的使用壽命，使有源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽可以長期工作而不需要更換電池，避免了因使用普通電池造成的環(huán)境污染、減少制作工藝的復(fù)雜度，增加了無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽的通信距離。
文檔編號G06K19/077GK101819650SQ20101015404
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者劉啟源, 張世林, 毛陸虹, 田金峰, 謝生 申請人:天津大學(xué)