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基于超宽带无线脉冲方式的射频卡或射频标签制造技术

技术编号:2928624 阅读:195 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术属于高速射频卡或射频标签实现技术领域,其特征在于,采用非对称的信息交换方式,即从读卡器到射频卡或射频标签由传统标准的正弦载波进行信息和能量传递,在射频卡或射频标签和读卡器的数据传输通信中采用超宽带脉冲作为信息载体,和采用频率为13.65MHz的连续正弦波传递信息的传统技术相比,本发明专利技术方案具有的数据传递速率高,功耗低,电磁兼容性好等优点,同时也易于用芯片集成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种射频卡或射频标签的脉冲超宽带无线实现方案,在射频卡或射频标签和读卡器的通信中使用超高速,低功率谱密度的超宽带脉冲技术,具有电磁兼容性好,数据传输速率高,功耗低的特点,可进行简洁实用的电路设计和实现,易于芯片实现,属于短距无线通信和射频卡/射频标签领域。
技术介绍
脉冲超宽带技术是一种利用纳秒级的非正弦波脉冲传输数据的无线通信技术,它的信号频谱范围很宽,通常在500MHz以上,具有保密性强、抗干扰能力强和传输速率高等独特优势。美国联邦通信委员会(FCC)提出的关于超宽带的标准中指出,超宽带信号是指电磁波波形的相对能量带宽大于或等于0.2,或者有一个信号频宽大于或等于500MHz。相对能量带宽的定义是,假定fL,fH分别是能量功率谱密度的下限频率和上限频率,即功率谱密度衰减10dB的两个频点,的那么中心频率为(fH+fL)/2,能量带宽为(fH-fL),相对能量带宽定义为能量带宽与中心频率的比值,即 射频智能卡是一种以无线方式传送数据的集成电路卡片,而射频标签是从射频卡的基础上发展起来的自动识别技术,两者都是通过射频信号的空间交变电磁场的耦合实现无接触信息传递,在数据处理,身份识别及物流控制等方面有广阔的应用。一个基本的射频卡/射频标签通信系统由三部分组成,如图1所示。(1)射频卡/射频标签由耦合元件及芯片组成,而每个射频卡或者射频标签具有唯一的电子编码,射频卡芯片通常封装为卡片形式使用,射频标签通常附着在物体上标识目标对象;(2)读卡器读取射频卡或射频标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;(3)天线在射频卡或射频标签和读卡器间传递射频信号;按照能量供给形式,射频卡/射频标签系统可分为有源系统和无源系统。所谓有源系统,就是通过标签内部的电池来供电,不需要读卡器提供能量来启动,标签可主动发射磁信号,识别距离较长,通常可达几十米甚至上百米,缺点是成本高,寿命有限,而且不易做成薄卡。无源系统的标签内部没有电池,其工作能量由读卡器发射的电磁场来提供,重量轻、体积小、寿命长、成本低,可制成各种卡片,是目前最流行的射频卡/射频标签形式。其识别距离比有源系统要小,一般为几米到十米,而且需要较大的读卡器发射功率。目前的射频智能卡主要采用频率为13.56MHz和315MHz的连续正弦波作为能量传递和信息传递的媒介,新发展起来的射频标签技术也大量借鉴了目前的射频智能卡的技术方案。由于载波的频点低,同时受射频卡/射频标签功耗约束的限制,目前这两种应用的数据传输速率都相对较低,距离也不远(一般为几十厘米范围内,最大在10米距离内)。未来的IC卡和射频IC卡将会存储和处理更多的信息内容,包括个人照片信息、视频信息和语音信息等,更高的安全要求也会提高加密密钥的长度,这就要求卡与读卡设备之间的数据传输速率进一步提高,同时保证卡上芯片的低功耗。新发展起来的脉冲超宽带无线技术非常适合这一应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出采用脉冲超宽带无线技术实现射频智能卡和射频标签的技术方案,从射频卡/射频标签向读卡器的数据传输通信中采用超宽带脉冲作为信息载体,提高信息传输速率,降低功耗。本专利技术所述的整个射频卡/射频标签的结构如图2所示。卡内部的芯片主要包括接收天线和解调器,低速的脉冲超宽带发射机(包括信道纠错编码器和脉冲调制发生器)、超宽带天线,以及根据应用需要设计的数据处理部分。由于脉冲超宽带技术具有电磁兼容性好、数据传输速率高、发射功率小、功耗低等优点,因此尤其适合在射频卡和射频标签中使用。但由于脉冲超宽带的接收机目前采用全数字相关接收方式,高速的数据采样和相关运算消耗较大的能量,同时信道纠错解码器所需要的电路面积和能量也远高于信道纠错编码器,我们采用非对称的信息交换方式,即从读卡器到射频卡/射频标签由传统标准的正弦载波进行信息传递,而从射频卡/射频标签向读卡器由超宽带脉冲信号进行信息传递。相应的,读卡器包含相应的超宽带接收机,对射频卡/射频标签发射的超宽带脉冲信号进行接收和解调。整个射频卡/射频标签主要包括接收机的模拟前端,数据存储和处理逻辑,超宽带脉冲调制发射器三个部分(1)接收机的模拟前端主要用于还原接收到的信息,并提供卡或标签需要的电源、时钟等工作条件,主要包括接收天线,整流滤波电路,稳压电路,解调解码电路,时钟提取电路和复位信号产生电路。分别用来接收数据和信号,产生卡或标签所需要的工作电压,稳定工作电压,对接收的信号进行解调解码以恢复原始信息,提取工作时钟,使卡或标签上电和掉电时复位;(2)数据存储和处理逻辑主要用于存储用户信息,并根据接收到的读卡器的信息将储存信息发出以做出应答;(3)超宽带脉冲调制发射器主要用于将卡或标签要发射的数据进行编码,调制并以脉冲的形式发射出去,包括和数据存储和处理部分的数据接口,信道编码器,脉冲调制发生器。其中发射信号的超宽带频谱范围确定方法如下采用FCC规定的3.1GHz~10.6GHz范围或较低的频谱范围,例如500MHz-1GHz。500MHz以上的扩频带宽获得的扩频增益较大,即使超宽带信号频段在400MHz到2.4GHz等常用的频谱范围内,由于脉冲超宽带本身的发射功率极低,射频卡/射频标签应用中的传输距离要求不高,通过链路预算知道,信号功率能保证与其他系统的电磁兼容性。本专利技术采用脉冲超宽带无线技术实现的射频智能卡和射频标签,采用非对称的信息交换方式,即从读卡器到射频卡/射频标签由传统标准的正弦载波进行信息和能量的传递,从射频卡/射频标签和读卡器的数据传输通信中采用超宽带脉冲作为信息载体,克服了传统采用频率为13.56MHz或315MHz的连续正弦波传递信息的方案具有的数据传输速率低,功耗较高,电磁兼容性较差等缺点,利用超宽带信号的特点提高了电磁兼容性,信息传输速率,降低了功耗。同时,这种方案简洁实用,易于电路实现和芯片集成。附图说明图1是基本的无源射频卡/射频标签结构。图2是采用脉冲超宽带无线技术的无源射频卡/射频标签结构。图3是50%ASK调制信号图。图4是二极管整流滤波电路。图5是电压转换和稳压电路。图6是反相器交叉耦合的时钟提取电路。图7是包络检波流程图。图8是一种简单的从包络获得数据的电路结构。图9是数据存储和处理结构示意10是PPM调制发射流程图。图11是脉冲发射器功能示意图。图12是一种类似数字电路结构的脉冲发生器。具体实施方法本专利技术提出的采用脉冲超宽带无线技术实现射频智能卡和射频标签的技术方案,其所对应的射频卡/射频标签主要由接收机的模拟前端,数据存储和处理部分,超宽带脉冲调制发射器三个部分组成,分别用模拟电路,数字电路和数模混合电路实现。射频标签/射频卡的结构图如图2所示。首先,接收机的模拟前端通过接收天线通过电磁场耦合从读卡器接收数据和能量,其中能量通过整流滤波和稳压之后提供整个卡或标签的工作电压,数据通过解调解码器还原为原始信息。另外,时钟提取部分从接收到的正弦波中提取同频时钟,提供给数字部分使用,复位信号产生部分在卡或标签上电和掉电时输出复位信号,保证卡或标签的正常工作。然后,经过解调解码后的数据进入数字存储和处理部分,根据接收到的信息确定要发回的应答信息,最后,发射信息经过数据接口,信道编码器后通过脉冲调制发生器向读卡器发射带有信息的符合超宽带本文档来自技高网
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【技术保护点】
基于超宽带无线脉冲方式的射频卡或射频标签,其特征在于,含有模拟前端、数据存储和处理逻辑、超宽带脉冲调制发射器三个部分,其中模拟前端用模拟电路实现,数据存储和处理逻辑用数字电路实现,超宽带脉冲调制发射器用数模混合电路实现,其中:模拟前 端部分,包括接收天线、整流滤波电路、电压转换和稳压电路、解调电路、时钟提取电路以及复位信号产生电路,其中:接收天线,接收读卡器发射天线发出的正弦信号,频点一般是为13.65MHz或者315MHz,为50%ASK幅度键控调制, 整流滤波电路,输入端与所述接收天线的输出端相连,将交流信号转换成一定幅值的直流信号并输出直流电压,在有电池供电条件下,可去掉该模块,电压转换和稳压电路,采用负反馈式电压转换和稳压电路,其输入端和与所述整流滤波电路的输出端相连,将整流 输出的直流电平变换到所需的各种直流电压,复位信号产生电路,输入端与所述整流滤波电路的输出端相连,输出电压复位信号,时钟提取电路,采取反相器交叉耦合的时钟提取电路,输出同频全摆幅方波信号,解调电路,采用包络检波电路,该 电路的输入端和所述接收天线的输出端相连,输入信号为读卡器向射频卡或射频标签发送的正弦信号,经包络检波输出数据信息;数据存储和处理部分,由MCU,RAM,FLASH和I/O接口等数字逻辑组成,其中:MCU向RAM,FLASH分 别发出存取指令并据此存取数据,MCU向I/O接口发出接收发送指令并据此收发数据,所述I/O接口从所述复位信号产生电路接收复位信号,从所述电压转换和稳压电路输入直流电压,用作数字电源,从都要由所述电压转换和稳压电路供电的解调电路和时钟提取电路中分别提取数据和时钟,经过所述I/O接口进入MCU,经读取存储信息并运算后发出应答信息;超宽带脉冲调制发射器部分,也由所述电压转换和稳压电路供电,且包括依次串接的与数据存储和处理部分数据接口、信道编码器、脉冲调制发生器和发射天线,在 所述脉冲调制发生器中采用脉冲位置调制,根据输入信息产生对应位置的脉冲,作为信息载体通过发射天线发射出去。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张盛刘萌萌邢腾飞张建良
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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