Rfid標籤晶片的凹槽識別裝置的製作方法

2023-06-19 13:06:01

專利名稱：Rfid標籤晶片的凹槽識別裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非接觸式RFID標籤晶片的凹槽識別技術，具體來說，涉及一種運 用同步電路和異步電路相結合的技術來識別RFID標籤晶片的凹槽的裝置。
背景技術：
非接觸式RFID的通信過程中，RFID閱讀器和標籤晶片的通信如果採用100% ASK 調製方式，將在調製過程中會出現pause (以下我們稱之為凹槽)。在128個時鐘周期內， 凹槽出現的不同位置代表不同的編碼信號，這些編碼信號是採用改進型密勒編碼進行傳輸 的，RFID標籤晶片需要對這些編碼信號進行解碼才能使後面的電路正常工作。然而凹槽的 存在使得編碼信號在解碼過程中變得很困難，也使得凹槽識別電路更加複雜。RFID通信過 程中，閱讀器向標籤晶片發送大量的編碼數據，即存在大量的凹槽，如果凹槽不能準確識別 或者識別率不高，則會造成解碼失敗，嚴重影響RFID的正常通信。在128個時鐘周期內，凹槽出現的位置不同將代表不同的改進型密勒編碼信號， 然而當出現一個凹槽的時候，是不存在時鐘的，時鐘的存在只有凹槽消失後才有。正常情況 下，凹槽開始後以及結束之前，時鐘是不存在的，但在實際電路中，凹槽開始後以及結束之 前都會有殘留的時鐘，這些時鐘的存在會引起錯誤的解碼，因此必須將這些殘留的時鐘過 濾掉，而在一般的同步電路中，是不能解決這些問題的。已有的凹槽識別解決方法主要是在標籤晶片的數字部分採用異步電路，利用帶凹 槽的編碼信號的下降沿作為觸發條件，識別出凹槽。但是如果使用異步電路，晶片的數字部 分將不能使用通用的靜態時序分析工具分析晶片的時序，同時也使得數字部分的綜合以及 布局布線變得更加困難。還有一種識別凹槽的方法是採用計數器，將凹槽持續的時鐘周期固定為常數，每 經過一個凹槽，便開始計數，計數值在下一個凹槽到來時保存起來並根據計數值判斷該編 碼信號代表的二進位數據。但是，凹槽持續的時鐘周期是不確定的，凹槽的寬度是由閱讀器 決定，在不知道閱讀器發送過來的數據的情況下，不能計算出凹槽的持續時間，因此，要想 正確的實現解碼，就得對凹槽進行處理，使得解碼電路對凹槽持續時間範圍內都能正確解 碼。

發明內容
針對以上的不足，本發明提供了一種運用同步電路和異步電路相結合的技術來識 別RFID標籤晶片的凹槽的裝置，它包括用於將凹槽從無時鐘的區域整形到有時鐘的區域， 同時過濾掉凹槽內的時鐘的凹槽整形單元，以及將閱讀器發送過的串行數據轉化成並行數 據，並準確地將編碼信息解讀出來的改進型密勒解碼單元。所述整形後的凹槽的持續時間為三個固定的時鐘周期。所述凹槽整形單元包括4個串聯的D觸發器、1個反相器和1個或非門，所述第一 D觸發器的輸入端接邏輯「 1，，和凹槽的編碼信號，所述反相器的輸入端接復位信號，所述第二、第三和第四D觸發器的時鐘端接外部時鐘輸入，所述反相器的輸出接到第二、第三和第 四D觸發器的清零端，復位信號和第四D觸發器經過或非門後得到1個輸出，將輸出接到第 一 D觸發器的清零端，第三D觸發器的輸出端同時連接整形電路輸出。所述改進型密勒解碼單元包括一個八位計數器，用於計算兩個凹槽期間出現的時 鍾數；包括一個解碼狀態機，用於控制解碼過程中的信號狀態轉換；包括一個B狀態脈衝 產生，能夠將無凹槽的編碼信號用一個脈衝來表示，方便檢測；包括一個數據檢測，檢測出 8位計數器或B狀態脈衝代表的編碼信號；包括數據寄存，用於保存數據檢測出來的當前 信號和上一次檢測信號；包括一個出錯處理，用於處理數據檢測和計數過程中出現的錯誤； 包括一個串並轉換，能夠將解碼出來的數據轉換成九比特的輸出；包括一個輸出控制，能夠 輸出接收結束信號、輸出允許信號和輸出比特數。本發明的有益效果通過同步電路和異步電路相分離，有效降低了晶片設計的難度，提高了晶片工作的穩定度，降低了對EDA工具的門檻要求，能夠快速、準確的識別出凹 槽的存在並高效的將凹槽代表的編碼信號解碼；另外，本發明中採用的改進型密勒解碼單 元允許凹槽持續時間在協議規定的幅度內變化，具有很強的魯棒性，時鐘快一點或慢一點 對凹槽的識別和解碼都不造成任何影響。


圖1為本發明整體結構示意圖；圖2為本發明凹槽整形單元原理示意圖；圖3為本發明改進型密勒解碼單元原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步闡述。本發明主要採用同步電路和異步電路相結合的方法來識別出信號的凹槽，並將信 號轉成可識別的二進位數據，本發明RFID標籤晶片的凹槽識別裝置能夠有效的識別出凹 槽的存在，有效的去除了凹槽持續時間內出現的殘餘時鐘，並能夠獲得高效、穩定、準確的 解碼數據。如圖1所示，本發明的RFID標籤晶片的凹槽識別裝置包括凹槽整形單元1和改 進型密勒解碼單元2。凹槽整形單元1用於將凹槽從無時鐘的區域整形到有時鐘的區域， 並且將凹槽持續的時鐘周期由不確定周期整形到確定的3個時鐘周期，同時對時鐘進行處 理，將凹槽內的時鐘過濾掉，這個部分相當於異步電路，但是這個異步電路是在模擬部分完 成，模擬部分不需要綜合，也不需要用到靜態時序分析，凹槽整形電路出來的信號完全可以 在數字部分通過同步電路來實現；改進型密勒解碼單元2的輸入信號是由模擬前端恢復出 來的時鐘信號、復位信號以及凹槽整形單元的輸出信號(整形電路輸出)，整個功能模塊 在數字部分完成，同時也是數模接口部分，完全由同步電路實現，易於綜合併且分析靜態時 序，數字部分解碼模塊功能完善，具有檢錯能力，一旦發生錯誤，可以及時給出錯誤信息，並 提示相應的後處理操作，具備串並轉換功能，能將閱讀器發送過來的串行數據轉化為並行 數據，並交給後續模塊處理，同時解碼模塊有很強的適應性，一旦凹槽長度發生變化，而這 個變化在協議規定的範圍內，改進型密勒解碼單元2就能準確的將編碼信息解讀出來，不必擔心解碼會受到閱讀器的影響。
具體實施例方式假設未經過整形的改進型密勒編碼信號帶有凹槽，凹槽長度在2. Ous和3. 5us的範圍內，凹槽有三種序列序列A，在64/fc時間後，一個凹槽應出現；序 列B，在整個位持續時間(128/fc)，沒有凹槽出現；序列C，在位持續時間開始時，一個凹槽 應出現。然而，當凹槽出現的時候，對應的時鐘觸發信號是消失的，沒有任何時鐘，也就沒法 對電路進行任何操作。如圖2所示，凹槽整形單元1的設計方案為D觸發器11的輸入端接邏輯「1」，D觸 發器11的時鐘端接整形電路輸入(該輸入即為100% ASK解調後存在凹槽的編碼信號)、 反相器15的輸入端接復位信號、D觸發器12、13和14的時鐘端接外部時鐘輸入(該時鐘為 晶片模擬前端使用時鐘恢復電路產生的時鐘)，整形電路的輸出就是凹槽整形單元的輸出。 D觸發器11、12、13和14串聯連接，將反相器15的輸出端接到D觸發器12、13和14的清零 端，復位信號和D觸發器16經過或非門後得到一個輸出，將該輸出接到D觸發器11的清零 端。電路經過D觸發器的延時，可以將凹槽的長度變為3個時鐘周期，同時將凹槽整形到凹 槽結束後的第一個時鐘周期，以3個周期的正脈衝表示。改進型密勒解碼單元2的設計原理如圖2所示，改進型密勒解碼單元包括時鐘輸 入、解碼輸入和復位信號三個輸入信號，以及出錯輸出、9位解碼輸出、接收結束信號、輸出 允許和輸出比特數五個輸出信號。改進型密勒解碼單元2內部有8個功能模塊，分別是8 位計數器21、解碼狀態機22、B狀態脈衝產生23、數據檢測24、數據寄存25、出錯處理26、 串並轉換27和輸出控制28。8位計數器21 在通信的開始，從閱讀器發過來的數據經過解調後得到時鐘輸入， 當凹槽存在時時鐘消失，只有凹槽不存在時時鐘才能夠控制解碼的各個模塊，解碼輸入是 經過凹槽整形單元處理後的解碼模塊數據輸入信號(整形電路輸出)，當解碼輸入為低電 平的時候，8位計數器開始工作，對每個時鐘的上升沿計數；當解碼輸入為高電平的時候， 將計數器當前值保存到寄存器，這裡要注意到解碼輸入為低電平時時鐘可能消失，即時鐘 沒有上升沿的存在而始終保持為低電平，此時，計數器不計數。解碼狀態機22 定義四個狀態，分別代表A、B、C、D，其中A/B/C為已經定義好的三 種序列，而D為出錯處理狀態。由凹槽的定義可以知道凹槽時間範圍是2. Ous 3. 5us，則 凹槽大概在27至46個時鐘範圍內變化。因此，在對計數器的判斷中，必須保留一定的模糊 度，比如，兩個C狀態之間的時間應該在82至101個時鐘。解碼狀態機根據鎖存計數值決 定下一個狀態的轉變。如果計數有錯，則將狀態轉為D，進行出錯處理。B狀態脈衝產生23 =B狀態在整個位持續時間(128/fc)，沒有調製出現。此時沒有 凹槽的存在，即解碼輸入在B狀態保持為0，因此，必須對B狀態的產生作相應的處理。當前 狀態為A時，將在計數值為106時產生B狀態；當前狀態為C狀態時，將在計數值為180時 產生B狀態；當前狀態為B狀態時，將在計數值為232時產生B狀態。數據檢測24 可以根據8位計數器和B狀態脈衝產生檢測到凹槽的存在，一旦23 的輸出脈衝為高電平，便檢測到一個B狀態。當脈衝為低電平時，判斷解碼狀態，當解碼狀 態為A時檢測到A狀態，當解碼狀態為C時檢測到C狀態。數據寄存25 根據數據檢測24的3個輸出信號信號a、信號b、信號c，將這三個 信號保存在寄存器裡，同時輸出當前檢測信號和最後一次檢測信號。
出錯處理26 按照協議的要求，凹槽是有一定的長度限制的，超過了規定的範圍， 出錯處理模塊將檢測到錯誤並提示後續處理模塊，出錯處理模塊還可以檢測到明顯的幀格 式錯誤，出錯處理模塊的應用，增強了解碼的有效性和電路的魯棒性。串並變換27 將串行解碼信號變成9位並行的解碼輸出。
輸出控制28 根據最後一次檢測信號和當前檢測信號，並發送接受結束信號、輸 出允許和輸出比特數等控制信號。根據以上的說明，結合凹槽整形單元和改進型密勒解碼單元，可以完成凹槽的識 別和凹槽攜帶信號的解碼，凹槽整形單元採用模擬電路實現，一共4個D觸發器、一個2輸 出或非門和一個反相器，其硬體實現代價小，設計方便；改進型密勒解碼單元採用同步電路 實現，避免了使用異步電路造成的數字部分綜合、時序分析等問題，提高了數字部分的穩定 性，避免了異步電路容易引起的毛刺問題，另外同步電路的實現也使得EDA工具在設計中 更為方便、安全。
權利要求
一種RFID標籤晶片的凹槽識別裝置，其特徵在於，它包括用於將凹槽從無時鐘的區域整形到有時鐘的區域，同時過濾掉凹槽內的時鐘的凹槽整形單元，以及將閱讀器發送過來的串行數據轉化成並行數據，並準確地將凹槽攜帶的編碼信息解讀出來的改進型密勒解碼單元。
2.根據權利要求1所述的RFID標籤晶片的凹槽識別裝置，其特徵在於，所述整形後的 凹槽的持續時間為三個固定的時鐘周期。
3.根據權利要求2所述的RFID標籤晶片的凹槽識別裝置，其特徵在於，所述凹槽整形 單元包括四個串聯的D觸發器、一個反相器和一個或非門，所述第一 D觸發器的輸入端接邏 輯「 1 」和凹槽的編碼信號，所述反相器的輸入端接復位信號，所述第二、第三和第四D觸發 器的時鐘端接外部時鐘輸入，所述反相器的輸出接到第二、第三和第四D觸發器的清零端， 復位信號和第四D觸發器經過或非門後得到一個輸出，將輸出接到第一 D觸發器的清零端， 第三D觸發器的輸出端同時連接整形電路輸出。
4.根據權利要求3所述的RFID標籤晶片的凹槽識別裝置，其特徵在於，所述改進型 密勒解碼單元包括一個八位計數器，用於計算兩個凹槽期間出現的時鐘數；包括一個解碼 狀態機，用於控制解碼過程中的信號狀態轉換；包括一個B狀態脈衝產生，能夠將無凹槽的 編碼信號用一個脈衝來表示，方便檢測；包括一個數據檢測，檢測出8位計數器或B狀態脈 衝代表的編碼信號；包括數據寄存，用於保存數據檢測出來的當前信號和上一次檢測信號； 包括一個出錯處理，用於處理數據檢測和計數過程中出現的錯誤；包括一個串並轉換，能夠 將解碼出來的數據轉換成九比特的輸出；包括一個輸出控制，能夠輸出接收結束信號、輸出 允許信號和輸出比特數。
全文摘要
本發明公開了一種運用同步電路和異步電路相結合的技術來識別RFID標籤晶片的凹槽的裝置，它包括凹槽整形單元和改進型密勒解碼單元，凹槽整形單元用於將凹槽從無時鐘的區域整形到有時鐘的區域，並且將凹槽持續的時間由不確定度整形到確定的3個時鐘周期，同時對時鐘進行處理，將凹槽內的時鐘過濾掉，改進型密勒解碼單元準確的將編碼信息解讀出來。本發明通過同步電路和異步電路相分離，有效降低了晶片設計的難度，提高了晶片工作的穩定度，降低了對EDA工具的門檻要求，能夠快速、準確的識別出凹槽的存在，並高效的將凹槽代表的編碼信號解碼；另外，本發明中採用的改進型密勒解碼單元允許凹槽持續時間在協議規定的幅度內變化，具有很強的魯棒性。
文檔編號G06K7/00GK101847200SQ20101010940
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者丁顏玉, 伍尚志, 王德明, 胡建國, 譚洪舟 申請人:譚洪舟