專利名稱：一種半有源標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線射頻識別領(lǐng)域，涉及一種可以在有源與無源兩種狀態(tài)下工作的半 有源RFID標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)是一種非接觸式的 自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別標(biāo)簽并且能夠進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)的自 動識別技術(shù)不同，射頻識別技術(shù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離，非視距的識別，并且識別過程無需人工操 作，過程快捷方便。一般而言，射頻識別技術(shù)識別距離可達(dá)到幾十米以上，可以識別高速運 動中的物體，并且可以同時識別多個標(biāo)簽。同時，與傳統(tǒng)的條形碼相比，RFID標(biāo)簽具有防水 防磁，耐高溫，壽命長，識別距離大，數(shù)據(jù)容量大，讀寫方便等優(yōu)點。因此，它被廣泛的認(rèn)為是 傳統(tǒng)條形碼的替代品。一個完整的RFID系統(tǒng)一般來說由兩部分組成，即閱讀器(Reader)和電子標(biāo)簽 (Tag)。RFID系統(tǒng)的工作原理是閱讀器發(fā)射特定頻率的無線電波能量給標(biāo)簽，標(biāo)簽接收到射 頻信號后，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理與命令執(zhí)行過程，將自身內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)射回閱讀器，然后 閱讀器便依照一定的次序接收并解讀數(shù)據(jù)，完成對標(biāo)簽的識別。RFID標(biāo)簽按供電方式可以分為有源、無源、半有源等三類1.有源標(biāo)簽內(nèi)部裝有電池，一般具有較遠(yuǎn)的閱讀距離，其閱讀距離最遠(yuǎn)甚至幾 十米甚至上百米，不足之處是帶有電池而且電池的壽命有限，其成本也相對較高，一旦電池 失效標(biāo)簽即喪失功能，而且有源標(biāo)簽的體積也比較大。一般應(yīng)用在對性能要求較高、讀寫距 離要求較遠(yuǎn)的場合。2.無源標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池，主要通過接收閱讀器發(fā)出的射頻電磁波信號，由標(biāo) 簽芯片內(nèi)部的整流模塊將射頻電磁波能量轉(zhuǎn)化為直流電源提供給芯片工作，而標(biāo)簽通過反 向散射的方式與閱讀器實現(xiàn)通信。與有源標(biāo)簽相比，無源標(biāo)簽具有較為低廉的成本以及廣 泛的適應(yīng)性，標(biāo)簽體積小，重量輕，但是其工作距離受到限制。3.半有源標(biāo)簽半有源標(biāo)簽本身也帶有電池，但其只為標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)字電路提供 能量，它需要閱讀器的能量場激活，才能進(jìn)入工作狀態(tài)，此時類似于有源標(biāo)簽。標(biāo)簽未進(jìn)人 工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，對電池能量消耗很少，因而電池可維持幾年甚至長達(dá)10 年有效。與無源標(biāo)簽相比，半有源標(biāo)簽由于對接收到的射頻能量的需求更小，故可以實現(xiàn)更 遠(yuǎn)距離的無線通訊；和有源標(biāo)簽相比，半有源標(biāo)簽的電路結(jié)構(gòu)簡單，對于電池性能的需求也 更小，生產(chǎn)成本更低。
發(fā)明內(nèi)容
為了更好的實現(xiàn)半有源標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離讀取與長時間的工作壽命，本發(fā)明在現(xiàn)有技 術(shù)的基礎(chǔ)上提出了 一種可以在有源與無源狀態(tài)下自動轉(zhuǎn)換并能遠(yuǎn)距離、長壽命工作的半有 源標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種半有源標(biāo)簽，包括第一天線和第二天線、電池、整流模塊、數(shù)字處理模塊、低噪聲放大器、功率放大器、模擬部分、電容、第一和第二肖特基勢壘二極管、第一開關(guān)和第二開 關(guān)，其中，第一天線接收的閱讀器發(fā)出的射頻信號，一方面作為整流模塊的輸入，一方面連 接到低噪聲放大器的輸入端，在低噪聲放大器的輸入端與輸出端之間接有第一開關(guān)，第一 開關(guān)的控制端與電池輸出正極相連，在無源狀態(tài)下，第一開關(guān)導(dǎo)通，第一天線接收的射頻信 號被直接送入模擬部分的輸入端；在有源狀態(tài)下，第一開關(guān)斷開，第一天線接收的射頻信號 經(jīng)過低噪聲放大器處理后被送入模擬部分的輸入端；整流模塊的輸出正極接在第一肖特基勢壘二極管的正極，電池的輸出正極接在第 二肖特基勢壘二極管的正極，兩個肖特基勢壘二極管的負(fù)極相連后，接在數(shù)字處理模塊的 電源端，數(shù)字處理模塊的電源端與接地端之間并聯(lián)有電容；電池的輸出正極，接在低噪聲放大器和功率放大器的電源端，整流模塊的輸出正 極，接在模擬部分的電源端；模擬部分，用于對接收到的射頻信號進(jìn)行解調(diào)解碼，傳送給數(shù)字處理模塊進(jìn)行相 應(yīng)的命令處理與執(zhí)行，并且將數(shù)字處理模塊執(zhí)行完相關(guān)命令后返回的數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行編碼 與調(diào)制，然后經(jīng)過第二開關(guān)所選通的天線發(fā)出，第二開關(guān)的控制端與電池的輸出正極相連， 在無源狀態(tài)下，選通第一天線；在有源狀態(tài)下，選通第二天線，調(diào)制后的信號經(jīng)過功率放大 器后由第二天線發(fā)出。與現(xiàn)有的半有源標(biāo)簽結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明有以下突出優(yōu)點1.通過兩個肖特基勢壘二極管正向?qū)?，反向截止的特性，可以實現(xiàn)標(biāo)簽在有源 狀態(tài)下電池電量不足時，自動轉(zhuǎn)換到無源狀態(tài)充當(dāng)無源標(biāo)簽繼續(xù)進(jìn)行工作，使標(biāo)簽的壽命 得到大大增加，電路結(jié)構(gòu)簡單明了。2.在半有源標(biāo)簽的接收端增加了低噪放單元，由電池供電，工作在有源狀態(tài)，對 接受到的信號進(jìn)行放大，使標(biāo)簽在遠(yuǎn)距離接收的微弱信號依然可以通過放大后進(jìn)行信號處 理，可以有效的增加標(biāo)簽的讀取距離。3.在半有源標(biāo)簽的發(fā)送端增加了功放單元，由電池供電，工作在有源狀態(tài)，對標(biāo)簽 要發(fā)送的信號進(jìn)行放大，配合接收端的低噪放單元，可以將半有源標(biāo)簽一般的IOm左右的 工作距離提高到10-50m。4.利用NMOS與PMOS晶體管的開關(guān)特性，電路結(jié)構(gòu)中的兩個開關(guān)單元均使用了 MOS管來完成，結(jié)構(gòu)簡單，易于在芯片上實現(xiàn)。
圖1是半有源標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)圖。圖2是MOS管搭建的開關(guān)。
具體實施例方式
本發(fā)明的半有源標(biāo)簽結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)簽的模擬部分由整流模塊來供電，數(shù)字處理模 塊由電池來供應(yīng)電量的方式，由于電池只用來給消耗電量較少的低噪放、功放模塊與數(shù)字 模塊供電，且數(shù)字處理模塊只有在閱讀器對標(biāo)簽進(jìn)行讀取時，即標(biāo)簽接收到閱讀器發(fā)出的相關(guān)命令時才進(jìn)入工作狀態(tài)，其余大部分時間時均處在耗電很小的休眠模式，這種供電方 式可以最大程度的節(jié)省電池的電量，使標(biāo)簽在有源狀態(tài)下的工作壽命大大增加，理想狀態(tài) 可達(dá)10年左右。本發(fā)明的半有源標(biāo)簽結(jié)構(gòu)按電池電壓值與整流模塊整流出的電壓值大小關(guān)系，工 作在兩種狀態(tài)，下面參照圖ι的半有源標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)圖與圖2的MOS管搭建的開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖 詳細(xì)敘述下這兩種狀態(tài)的具體工作過程(1)當(dāng)電池電壓大于整流模塊整流出的電壓時當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的有效作用區(qū)域時，如果此時閱讀器發(fā)出讀取標(biāo)簽的命令，則 天線1接收閱讀器發(fā)送的包含該命令的射頻信號，然后將信號的一部分送入整流模塊進(jìn) 行整流，另一部分信號送入標(biāo)簽的模擬部分進(jìn)行解調(diào)、解碼和命令解析等一系列響應(yīng)過程。 VCC為電池電壓值，本發(fā)明中使用到得紐扣電池電壓一般為3V，現(xiàn)有的半有源標(biāo)簽在IOm或 以上的讀取距離上，一般其整流模塊對該距離上的射頻信號能量所能整流出的電壓為幾百 毫伏數(shù)量級或更小，此時由于電池端得電壓要遠(yuǎn)大于整流模塊端能提供的電壓，由圖1的 結(jié)構(gòu)圖可知，二極管2導(dǎo)通，二極管1右端電壓高于左端故而截止，整流模塊部分對數(shù)字處 理模塊供電的通路被屏蔽，此時標(biāo)簽工作在有源狀態(tài)，即電池來完成對數(shù)字模塊的供電。由 于VCC電壓值高，此時由圖2可知，開關(guān)1的PMOS管不能導(dǎo)通，此時信號將經(jīng)過低噪聲放大 器模塊進(jìn)入模擬部分，而單刀雙擲開關(guān)2的NMOS管將導(dǎo)通，此時模擬部分發(fā)出的調(diào)制信號 將通過功放經(jīng)天線2發(fā)出，低噪放與功率放大器均由電池供電。即在有源狀態(tài)下，半有源標(biāo) 簽接收的信號將通過接收端的低噪聲放大器與發(fā)送端的功率放大器的兩級放大，一般半有 源標(biāo)簽的讀取距離在IOm左右，加上這兩級信號放大模塊之后，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的半有源標(biāo)簽 的讀取距離可以達(dá)到10-50m，使標(biāo)簽的讀取距離得到了很大的提高，同時數(shù)字處理模塊在 沒有接收到模擬部分發(fā)送過來的有效指令之前，處于休眠狀態(tài)，只有在閱讀器發(fā)出讀取指 令時才進(jìn)入工作狀態(tài)，這種工作方式對電池電量的消耗很小，使電池的壽命得到提高。(2)當(dāng)電池電壓小于整流模塊整流出的電壓時雖然數(shù)字模塊對電量的消耗較小，但電池在給標(biāo)簽數(shù)字模塊供電的過程中，電量 還是會緩慢減少，若干年后(理想狀態(tài)能達(dá)到10年左右)當(dāng)電池電量不足時，即VCC的電壓 值下降到幾百毫伏甚至更低的時候，其值可能會接近直至小于整流模塊能產(chǎn)生的電壓值， 此時與過程(1)正好相反，圖1中的二極管1導(dǎo)通，二極管2截止，電池給數(shù)字模塊的供電 端口將被屏蔽，此時電池將不再參與標(biāo)簽的供電工作，同時整流模塊將替代電池對數(shù)字模 塊進(jìn)行供電，此時由于標(biāo)簽中的模擬與數(shù)字模塊都由整流模塊來供電，故電路工作在無源 狀態(tài)。同時由于電池電量較低導(dǎo)致開關(guān)1的PMOS管導(dǎo)通，即低噪聲放大器模塊被短接，而 圖2中開關(guān)2的左側(cè)的PMOS管道通，右側(cè)的NMOS管截止，此時功率放大器模塊同樣被短 接，天線1將接收到得信號直接發(fā)送給模擬部分，其中一部分經(jīng)整流模塊進(jìn)行整流，模擬部 分最終發(fā)送出的信號經(jīng)閉合后的開關(guān)2直接由天線1反向散射回去，此時的標(biāo)簽工作狀態(tài) 為標(biāo)準(zhǔn)的無源狀態(tài)。有源狀態(tài)工作結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)換到無源狀態(tài)繼續(xù)工作，使標(biāo)簽的壽命得 到了大大增加。
權(quán)利要求
一種半有源標(biāo)簽，包括第一天線和第二天線、電池、整流模塊、數(shù)字處理模塊、低噪聲放大器、功率放大器、模擬部分、電容、第一和第二肖特基勢壘二極管、第一開關(guān)和第二開關(guān)，其中，第一天線接收的閱讀器發(fā)出的射頻信號，一方面作為整流模塊的輸入，一方面連接到低噪聲放大器的輸入端，在低噪聲放大器的輸入端與輸出端之間接有第一開關(guān)，第一開關(guān)的控制端與電池輸出正極相連，在無源狀態(tài)下，第一開關(guān)導(dǎo)通，第一天線接收的射頻信號被直接送入模擬部分的輸入端；在有源狀態(tài)下，第一開關(guān)斷開，第一天線接收的射頻信號經(jīng)過低噪聲放大器處理后被送入模擬部分的輸入端；整流模塊的輸出正極接在第一肖特基勢壘二極管的正極，電池的輸出正極接在第二肖特基勢壘二極管的正極，兩個肖特基勢壘二極管的負(fù)極相連后，接在數(shù)字處理模塊的電源端，數(shù)字處理模塊的電源端與接地端之間并聯(lián)有電容；電池的輸出正極，接在低噪聲放大器和功率放大器的電源端，整流模塊的輸出正極，接在模擬部分的電源端；模擬部分，用于對接收到的射頻信號進(jìn)行解調(diào)解碼，傳送給數(shù)字處理模塊進(jìn)行相應(yīng)的命令處理與執(zhí)行，并且將數(shù)字處理模塊執(zhí)行完相關(guān)命令后返回的數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行編碼與調(diào)制，然后經(jīng)過第二開關(guān)所選通的天線發(fā)出，第二開關(guān)的控制端與電池的輸出正極相連，在無源狀態(tài)下，選通第一天線；在有源狀態(tài)下，選通第二天線，調(diào)制后的信號經(jīng)過功率放大器后由第二天線發(fā)出。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線射頻識別領(lǐng)域，涉及一種半有源標(biāo)簽，包括兩個天線、電池、整流模塊、數(shù)字處理模塊、低噪聲放大器、功率放大器、模擬部分、電容等；第一天線接收的閱讀器發(fā)出的射頻信號，一方面作為整流模塊的輸入，一方面連接到低噪聲放大器的輸入端；數(shù)字處理模塊的電源端與接地端之間并聯(lián)有電容；電池的輸出正極，接在低噪聲放大器和功率放大器的的電源端，整流模塊的輸出正極，接在模擬部分的電源端；模擬部分，用于對接收到的射頻信號進(jìn)行解調(diào)解碼及返回的數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制。本發(fā)明的標(biāo)簽?zāi)茉谟性磁c無源狀態(tài)下自動轉(zhuǎn)換并能遠(yuǎn)距離、長壽命工作。
文檔編號G06K19/077GK101833686SQ20101016081
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉輝, 張世林, 毛陸虹, 田金峰, 陳力穎 申請人:天津大學(xué)