識別標記的射頻電路的製作方法
2023-10-09 11:40:14
專利名稱：識別標記的射頻電路的製作方法
技術領域：
本發明有關一種用於識別標記的射頻電路，特別是一種識別距離長、讀取資料準確，以及工作特性穩定的識別標記的射頻電路。
現有技術中識別標記的射頻電路產品，已經逐漸被廣泛運用於門禁管制系統、人事打卡系統、倉儲盤點系統、貨品運送管理系統、動物身份識別系統等等。近年來更廣泛使用在汽車鑰匙、商品的條型碼的識別，因此極具商業應用潛力。但現有的射頻識別標記主要是藉由控制天線的負載阻抗變化，以傳送對應的零一數據，此項負載阻抗匹配恰當與否會影響接收到的射頻電磁波到直流電源整流充電的效率，而且讀卡機只能在小於十公分的近距離以內才能正確感測負載阻抗的變化，使用者實際使用操作極為不便。
請參閱
圖1，其為現有技術中使用近接式的射頻識別標記的電路方塊圖，圖1的近接式射頻識別標記的電路包括由天線31構成的共振器32，連接有一整流充電電路121，整流充電電路121再與一控制邏輯電路62相連接，之後，連接一可儲存數據的邏輯電路65，整流充電電路121同時連接有一時序信號整形電路61與一調製電路64。其中，整流充電電路121藉由一整流二極體11連接一電壓限制器12與一充電電容器21；電壓限制器12為一齊納二極體。此外，控制邏輯電路62連接有一解調電路63等等，進而組成一近接式識別標記電路。
識別標記電路，於進入讀卡機(圖中未有標示)的讀取範圍後(一般大約十公分左右)，其識別標記的天線31則開始接收由讀卡機發射的射頻信號f0，並經由整流充電電路121對充電電容器21充電至齊納二極體(即電壓限制器12)的保持電壓，此一電壓即形成電壓源Vcc，提供整個識別標記電路的電源；同時時序整形電路61將接收的射頻信號f0加以放大，以及整形成數字式的時序信號，進而提供整個識別標記電路所需的時序信號。
另外，儲存數據的邏輯電路65則依一定的時序信號的控制而將一暫存器或一記憶體(圖中未標示)的數字資料依序送至調製電路64，並從天線31發射至一讀卡機，讀卡機欲寫入資料至識別標記，由識別標記電路中的天線31接收後送至解調電路63，而控制邏輯電路62控制整個射頻識別標記電路的運作。
關於現有國外專利技術方面，對於現有的近接式射頻識別標記電路諸如美國專利4,786,907號「Transponder useful in a system foridentifying objects」一案，其識別標記的調製信號從一天線送出時，是直接由信號控制一個開關，藉以改變天線的負載阻抗。此種技術如同前述的現有射頻識別標記電路(如圖1所示)所揭示的近接式射頻識別標示技術一樣，其中讀卡機感測識別標記，會因天線負載阻抗變化所造成的電磁場變化而判讀出相對應的「0」、「1」數據。
然而，此設計存在一些缺點，主要由於天線負載阻抗的匹配與否會影響天線線圈感應電動勢的振幅大小，因此，當識別標記電路的調製器發送數據時，控制開關51的開(ON)，關(OFF)，產生振幅大小不一的輸入信號，此特性將增加時序整形電路61的複雜度。而單純利用控制開關51造成負載阻抗變化往往只能造成電磁場的微量變化效果，使得讀卡機不易感測出這些微量的變化，因此傳統上利用控制開關51所造成負載變化來傳送數據的方式只能應用在極短的距離，例如小於十公分，所以使用不方便，且準確率較低，有待加以改善。
本發明的主要目的在於提供一種資料讀取準確性高的免電池識別標記射頻電路。
本發明的另一目的在於提供一種識別距離長角度大的識別標記射頻電路。
本發明的又一目的在於提供一種電路工作穩定性高的識別標記的射頻電路。
為達到上述目的，本發明採取如下措施本發明的識別標記的射頻電路的特色之一，是在一天線的兩端分別各串接一個極性相反的整流二極體，並分別將兩個二極體的另一端搭接至一充電電容器的正極端與連接一接地端。其中的一個二極體的正極端並接一個連接到地的逆向二極體，另一二極體的負極端則並接一個可由調製信號控制接地與否的開關。
本發明採取如下具體結構本發明識別標記的射頻電路，包括一共振器，包括一天線；一整流充電電路，連接共振器，用以將天線所接受信號加以整流，並充電至一電荷儲存裝置；一信號調整電路，電連接共振器，用以將天線輸出的信號加以修整成時序信號，以進行信號的解調與調製處理；一控制計算電路，分別連接整流充電電路與信號調整電路，用以控制已整形處理的時序信號；一分頻器，連接信號調整電路的輸出端，用以將時序信號加以分頻，分頻器的輸入端連接控制計算電路，接受控制計算電路的控制；一移位暫存器，分別連接分頻器與控制計算電路，執行信號暫存動作，將信號傳送至信號調整電路，經過調製處理後由天線將信號發射出去。
其中，還包括一射頻限幅器，其一端連接所述整流充電電路，另一端連接所述共振器。
其中，還包括一調製開關，其一端連接所述共振器及所述信號調整電路，另一端接地。
其中，所述共振器由一天線並接一電容器組成。
其中，所述信號調整電路，包括一時序整形電路，其分別連接所述共振器的一端，用以將共振器所接收的射頻信號加以放大及整形成數字式時序信號，一輸出端連接所述控制計算電路，以提供控制計算電路所需的時序信號；一解調電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將天線接收的信號，經由放大整形後加以解調，將信號傳輸至控制計算電路；一調製電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將來自一移位暫存器的信號加以調製，再藉由天線發送出去。
其中，所述控制計算電路，包括一控制邏輯電路，其一輸入端連接所述信號調整電路與整流充電電路的輸出端，接收天線經由放大整形後的數字時脈信號，以及接受經由解調後的信號，以進行邏輯計算操作；一儲存數據的邏輯電路與控制邏輯電路相連接，用以儲存經由邏輯計算後的數據，且與所述移位暫存器相連接，可儲存經由計算處理後的數據。
其中，所述整流充電電路包括至少二個二極體，其中第一個二極體的正極端連接第二個二極體的負極端，第二個二極體的正極端接地，第一個二極體的負極端分別連接一電壓限制器與一充電電容器，充電電容器另一端接地。
其中，所述射頻限幅器為一個齊納二極體。
其中，所述電壓限制器為一個齊納二極體，為整流充電電路上的直流限壓器。
與現有技術相比，本發明具有如下效果本發明的主要特色是藉由天線的線圈感應交流磁場所產生的電動勢於正半周時不會受到數據傳送的調製開關影響，因此在傳送數據期間，能保持一定的整流充電效率，而由正半周信號整形放大取出的系統時序信號亦不會受到調製信號的幹擾，而數據調製信號的傳送是藉由控制負半周天線兩端的壓降大小來實現，信號變化比例增加，因此傳送距離可比前述現有技術的傳送距離更長，本電路不用附加電池。
附圖簡要說明
圖1為現有技術中使用的近接式識別標記射頻電路的方塊圖。
圖2為本發明實施例所提出的識別標記射頻電路的方塊圖。
圖3為本發明實施例中配合圖2識別標記射頻電路的更進一步的電路方塊圖。
圖4A為本發明實施例中天線的高頻端對地的信號對時間軸的時脈波形示意圖。
圖4B為對天線高頻端信號進行半波整流所得到的一個效率穩定的直流電壓源的波形示意圖。
圖4C為對天線高頻信號進行時序整型所產生的系統時序信號的波形示意圖。
圖4D為天線線圈兩端的壓降VL，其中負半周部分只有在開關導通接地時振幅受到抑制狀態的波形示意圖。
結合附圖及實施例對本發明的電路詳細說明如下本發明的識別標記射頻電路，主要特點是在天線兩端分別各串接一個極性相反的整流二極體，並分別將兩個二極體的另一端搭接至一充電電容器的正極端與接地端，其中一個二極體的正極端並接一個到地的逆向二極體，另一二極體的負極端並接一個可由調製信號控制接地與否的開關；而本發明的原理是天線線圈感應交流磁場所產生的電動勢在正半周時不會受到數據傳送的調製開關影響，因此在傳送數據期間，能保持一定的整流效率，而由正半周信號整形放大取出的系統時序信號亦不會受到調製信號的幹擾，而該識別標記的射頻識別信號的調製傳送是藉由控制負半周天線兩端的壓降大小來完成，因信號的可調製範圍增大，故傳送距離可比現有技術更長。
請參閱圖2，圖2為本實施例所提出的識別標記的射頻電路方塊圖，其中主要包括一共振器32，共振器32包括一天線31(顯示於圖3)，共振器32的一端連接有一整流充電電路10，整流充電電路10中包括有一個二極體11(如圖3所示)，連接於共振器32的天線31的一端，用以將天線31所接受的信號加以整流。共振器32的另一輸出端連接有一信號調整電路60，用以將天線31所輸出的信號加以修整，成為解調與調製電路所能處理的波形。
另外，圖2中包括有一控制計算電路625，同時連接於整流充電電路10與信號調整電路60，用以控制已經整形過的信號，並控制射頻識別標記的電路的運作；一分頻器67，連接於信號調整電路60的輸出端，用以將時脈信號加以分頻，分頻器67一端連接於控制計算電路625，接受控制計算電路625的控制；一移位暫存器66，同時連接於分頻器67與控制計算電路625，執行信號暫存及移位，之後，將信號傳送回信號調整電路60，再將信號調製後藉由天線31發射出去。
此外，如圖2所式的射頻識別標記電路中包括有一射頻限幅器145，其一端連接於整流充電電路10，另一端連接共振器32，作為一交流限幅器，可針對天線31的信號提高整流充電效率。另一方面，本發明更配合連接一調製開關51，其一端連接共振器32，另一端直接接地，其開關動作(即ON/OFF)，即接地與否，由信號調整電路加以控制。
為了更進一步詳細說明本發明的射頻識別標記電路，請參閱圖3，圖3為本發明實施例中配合圖2更進一步的射頻識別標記的電路方塊圖。其中主要公開有共振器32，藉由一天線31再並接一電容器，組成一共振電路，執行信號共振處理。
圖3所示的信號調整電路60，包括有一時序整形電路61，其同時連接於共振器32的一端，用以將共振器32所接收的一射頻信號f0加以放大，以及整形成數字位準的時序信號，提供整個識別標記電路的系統，為不會受到調製信號的影響，時序整形電路61的一輸出端連接控制計算電路625，藉以提供控制計算電路625所需的時脈信號。而信號調整電路60中另包括一解調電路63，連接時序整形電路61的一輸出端，用以將天線31所接收的信號，經由放大與整形後加以解調，之後，將信號傳輸至控制計算電路625。以及包括一調製電路64，連接時序整形電路61及移位暫存器66，用以將所欲發射的信號加以調製，之後，再藉由共振器32的天線31發送出去。
控制計算電路625包括有一控制邏輯電路62，其一輸入端連接信號調整電路60與整流充電電路10的輸出端，其中與整流充電電路10的連接為一電源信號供應控制邏輯電路62。控制邏輯電路62接收天線31經由放大整形後的數字時脈信號，以及接收經由解調後的信號，以進行邏輯計算的操作，即為執行整個射頻識別標記連接電路的運作程序。控制計算電路625另包括有一儲存數據的邏輯電路65，其與控制邏輯電路62連接，用以儲存經由邏輯計算後的數據，且與移位暫存器66相連接，可儲存經由計算處理後的數位訊號。
如圖3所示，其中的整流充電電路10包括有數個二極體11、13，其中二極體11的正極端連接另一個二極體13的負極端，而二極體13的正極端接地。二極體11的負極端分別連接一電壓限制器12及一充電電容器21，電壓限制器12為一個齊納二極體；充電電容器21的一端接地。此外，圖3中的射頻限幅器145，主要藉由一交流限幅器15其並連接有一個二極體14組成，交流限幅器為一齊納二極體。
本發明的主要特徵，是在天線31兩端分別各串接一個極性相反的整流二極體11、14，並分別將兩個二極體11、14的另一端搭接至充電電容21的正極端與接地端，其中二極體11的正極端並接一個一端接地的二極體13，而二極體14的負極端並接一個可由調製信號控制接地與否的開關51，如此天線31線圈感應交流磁場所產生的電動勢在正半周時不會受到數據傳送的調製開關影響。
為了說明本發明所能產生的效果，配合圖4所公開的相關波形圖予以說明首先，當讀卡機發送射頻信號由「識別標記電路」的天線31感應接收時，產生一高頻HF信號，如圖4A所示，其為本實施例中天線的一端高頻端對地的信號波形示意圖，不論調製信號將調製開關51控制在開或關的狀態，均不會對高頻HF信號造成影響。因此，對高頻HF信號進行的半波整流並充電，可得到一個效率穩定的直流電壓源，此電壓源Vcc提供為整個識別標記電路的電源，該電源信號波形如圖4B所示，圖4B為從高頻端HF進行的半波整流及充電，得到的波形圖。
另外，時序整形電路61對高頻端HF的射頻信號f0進行放大以及整形成數字式的時序信號，作為整個識別標記電路的系統時序信號，該信號亦不會受到調製信號的影響，系統的時序信號如圖4C所示，從圖中可見，其亦不會受到調製信號的影響。此外，移位暫存器66、分頻器67以及儲存數據的邏輯電路65，則依一定的時序將暫存器或記憶體的數據依序送至調製電路64，經調製開關51，從天線31發射一射頻信號，並予讀卡機接收，若讀卡機欲寫入資料至識別標記，是對射頻信號f0調製後發射，由識別標記電路的天線31接收後送至解調電路63處理，而由控制邏輯電路62控制整個「射頻識別標記」的運作。
如圖4D所示，其為天線31線圈兩端的壓降VL的波形示意圖，其中負半周部份只有在調製開關51導通接地時，振幅會受到抑制，其中，亦表示有調製開關51的相應波形。本發明中數據調製信號的傳送是藉由控制天線兩端壓降的負半周的大小對比來完成。換句話說本發明的電路是利用電磁波的負半周傳送信號，利用正半周做整流充電及產生系統時序信號，而調製開關51的開、關只會影響負半周的信號，並不會影響正半周期的信號，因此無論是整流充電效率或系統時序信號都不會受到調製信號的幹擾。且由於負半周受調製開關51影響可產生較大對比度的天線端電壓，因此本發明的電路可傳送的距離更長。
以上敘述是借較佳實施例來說明本發明的結構特徵，並非用於限制本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種識別標記的射頻電路，包括一共振器，包括一天線；其特徵在於，還包括一整流充電電路，連接共振器，用以將天線所接受信號加以整流，並充電至一電荷儲存裝置；一信號調整電路，電連接共振器，用以將天線輸出的信號加以修整成時序信號，以進行信號的解調與調製處理；一控制計算電路，分別連接整流充電電路與信號調整電路，用以控制已整形處理的時序信號；一分頻器，連接信號調整電路的輸出端，用以將時序信號加以分頻，分頻器的輸入端連接控制計算電路，接受控制計算電路的控制；一移位暫存器，分別連接分頻器與控制計算電路，執行信號暫存動作，將信號傳送至信號調整電路，經過調製處理後由天線將信號發射出去。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括一射頻限幅器，其一端連接所述整流充電電路，另一端連接所述共振器。
3.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，還包括一調製開關，其一端連接所述共振器及所述信號調整電路，另一端接地。
4.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述共振器由一天線並接一電容器組成。
5.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述信號調整電路，包括一時序整形電路，其分別連接所述共振器的一端，用以將共振器所接收的射頻信號加以放大及整形成數字式時序信號，一輸出端連接所述控制計算電路，以提供控制計算電路所需的時序信號；一解調電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將天線接收的信號，經由放大整形後加以解調，將信號傳輸至控制計算電路；一調製電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將來自一移位暫存器的信號加以調製，再藉由天線發送出去。
6.根據權利要求5所述的電路，其特徵在於，所述控制計算電路，包括一控制邏輯電路，其一輸入端連接所述信號調整電路與整流充電電路的輸出端，接收天線經由放大整形後的數字時脈信號，以及接受經由解調後的信號，以進行邏輯計算操作；一儲存數據的邏輯電路與控制邏輯電路相連接，用以儲存經由邏輯計算後的數據，且與所述移位暫存器相連接，可儲存經由計算處理後的數據。
7.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述整流充電電路包括至少二個二極體，其中第一個二極體的正極端連接第二個二極體的負極端，第二個二極體的正極端接地，第一個二極體的負極端分別連接一電壓限制器與一充電電容器，充電電容器另一端接地。
8.根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，所述射頻限幅器為一個齊納二極體。
9.根據權利要求7所述的電路，其特徵在於，所述電壓限制器為一個齊納二極體，為整流充電電路上的直流限壓器。
10.一種識別標記的射頻電路，包括有一共振器，包括一天線；其特徵在於，還包括可將天線所接收的信號加以執行共振的處理；一整流充電電路，連接共振器，用以將天線所接受的信號整流為所需的電源狀態；一信號調整電路，連接共振器的輸出端，用以將共振器輸出的信號修整為時序信號，進行輸出/輸入信號的調製/解調處理；一控制計算電路，分別連接整流充電電路與信號調整電路，用以計算控制已經調整處理過的信號，並控制整個電路；一分頻器，連接信號調整電路的輸出端，用以將時序信號加以分頻，分頻器另一端連接控制計算電路；一移位暫存器，分別連接分頻器與控制計算電路，執行信號暫存及移位動作，將信號傳送至信號調整電路，調製後經由天線發射出去；一射頻限幅器，其一端連接整流充電電路，另一端連接共振器，作為一交流限幅器；一調製開關，其一端連接共振器，另一端接地，其開關動作由信號調整電路控制。
11.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述共振器中的天線並接一電容器。
12.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述信號調整電路，包括一時序整形電路，連接共振器，用以將共振器所接收的射頻信號放大及整形成數字時序信號；一解調電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將天線所接收的信號，經由解調後輸送至所述控制計算電路；一調製電路，連接時序整形電路的一輸出端，用以將所欲發射的信號加以調製，再藉由共振器的天線傳送出去。
13.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述控制計算電路，包括一控制邏輯電路，其一輸入端連接信號調整電路與整流充電電路的輸出端，接收經整形後的數字時序信號，以及接受經由解調後的信號，以進行邏輯計算操作；一儲存數據的邏輯電路與控制邏輯電路相連接，用以儲存經由邏輯計算後的數據，且與所述移位暫存器相連接，可儲存經由計算處理後的數據。
14.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述整流充電電路，包括有至少二個二極體，其中第一個二極體的正極端連接第二個二極體的負極端，第二個二極體的負極端接地，第一個二極體的負極端分別連接一電壓限制器與一充電電容器，充電電容器的一端接地。
15.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述射頻限幅器為一齊納二極體，用以限制交流信號。
16.根據權利要求14所述的電路，其特徵在於，所述電壓限制器為一齊納二極體，為整流充電電路上的直流限壓器。
全文摘要
一種識別標記的射頻電路,包括:一共振器;一整流充電電路,連接共振器;一信號調整電路,電連接共振器,用以將天線輸出的信號加以修整成時序信號;一控制計算電路,分別連接整流充電電路與信號調整電路;一分頻器,連接信號調整電路的輸出端,分頻器的輸入端連接控制計算電路;一移位暫存器,分別連接分頻器、控制計算電路及信號調整電路,經過調製處理後由共振器的天線發射。本發明的信號調製幅度較大,傳送距離長,數據讀取準確。
文檔編號G09F3/00GK1275840SQ9910782
公開日2000年12月6日 申請日期1999年5月31日 優先權日1999年5月31日
發明者楊正任, 楊宗翰 申請人:盛群半導體股份有限公司