专利名称：一种射频识别的系统和方法
技术领域：
本发明涉及射频识别领域，特别涉及一种射频识别的系统和方法。
背景技术：
现有技术中，RFID (Radio Frequency Identification,射频识别)是一种易于 操控、并适合用于自动化控制的灵活性应用技术。RFID系统可自由工作在各种 恶劣环境下、可进行高度的数据集成、具有较高的安全防护能力等。当前RFID 的应用已相当广泛，主要包括物流管理、门禁控制、汽车电子等，而新的应用 领域如电子签证、食品链追踪等也正源源不断地被开发出来。
一个典型的RFID系统一般包含三个部分RFID标签、标签天线和读卡器。 其中，RFID标签主要用于与读卡器之间通过射频信号的方式进行信息交互以识 别彼此的身份，标签天线用于接收和发送射频信号。
RFID标签分为"主动式"标签和"被动式"标签。其中，将主动传输射频 信号的RFID标签称为"主动式"标签，将仅进行射频信号反射或反向散射传输 的RFID标签称为"被动式"标签。通常，"主动式"标签需要专用电池支持其 读卡器的工作，为避免干扰，"主动式"标签要求能接收与转发多个频点的信号， 组成复杂而且功耗较大，且"主动式"标签的使用寿命与其电池寿命直接相关， 即寿命有限，因此，"主动式"标签一般比"被动式"面积大而且成本更高。"被 动式"标签将从读卡器传来的射频信号反向并可通过调制解码将相关信息加入 到其所反射的射频信号中，无需电池来放大反向信号的载波能量，通过标签天 线恢复射频信号的能量提供给内部电路工作。
目前，由于外置的标签天线成本是整个RFID标签的三分之一，增大了 RFID 标签的成本，为了进一步降低标签的成本，可以通过将标签天线集成在RFID标 签的芯片上，即采用片上天线。然而由于片上天线的增益比较低，难以恢复出 足够的电能供内部电路进行工作，极大地限制了 RFID标签的工作距离，使得 RFID标签工作的距离在毫米量级。
发明内容
为了在降低成本的同时保证RFID标签的工作距离，本发明实施例提供了 一 种射频识别的系统和方法。所述技术方案如下
一种射频识别的系统，包括读卡器和标签芯片，所述标签芯片上集成片上 天线，所述标签芯片还包括
光电转换模块，用于接收光能量，并将所述光能量转换为电能为所述标签 芯片供电。
所述读卡器还包括光源；
相应的，所述标签芯片的光电转换模块包括
转换单元，用于接收所述光源的光能量，并将所述光能量转换为电能，为 所述标签芯片供电。
所述读卡器还包括
光调制模块，用于将前向信息调制成前向光信号发送给所述光电转换模块， 所述前向信息为所述读卡器发送给所述标签芯片的信息； 相应的，所述标签芯片的光电转换模块包括
转换单元，用于接收所述光调制模块发送的前向光信号，并将所述前向光 信号的能量转换为电能，为所述标签芯片供电；
解调单元，用于从所述前向光信号中解调出所述前向信息。 所述标签芯片还包括
光调制模块，用于将后向信息调制成后向光信号，并将所述后向光信号发 送给所述读卡器，所述后向信息为所述表项芯片发送给所述读卡器的信息； 相应的，所述读卡器还包括
光解调模块，用于接收所述后向光信号，并从所述后向光信号中解调出所 述后向信息。
一种射频识别的方法，所述方法包括 标签芯片采集光能量并转换为电能；
所述标签芯片利用所述电能与读卡器之间进行信息的交互与处理，完成与 所述读卡器之间的识别。
所述标签芯片采集光能量并转换为电能，具体包括
5标签芯片接收读卡器的光源发射的光能量，并将所述光能量转换为电能。
所述标签芯片采集光能量并转换为电能之前，所述方法还包括 读卡器将前向信息调制为前向光信号发送给所述标签芯片，所述前向信息
为所述读卡器发送给所述标签芯片的信息；
相应的，所述标签芯片采集光能量并转换为电能具体包括
所述标签芯片从所述前向光信号中解调所述前向信息，并将所述前向光信
号的能量转换为电能。
所述利用所述电能与读卡器之间进行信息的交互与处理，具体包括 所述标签芯片对所述前向信息进行处理，得到后向信息，所述后向信息为
所述标签芯片发送给所述读卡器的信息；
将所述后向信息调制为后向光信号发送给所迷读卡器。 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是
通过采用光能量转换模块为标签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需 从片上天线获得能量为标签供能，片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标 签芯片之间较大的工作距离成为可能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的 限制。
图l是本发明实施例1中提供的射频识别的系统结构示意图2是本发明实施例1中提供的射频识别的方法流程图3是本发明实施例2中提供的射频识别的系统结构示意图4是本发明实施例2中提供的标签芯片的核心电路模块的结构结构图5是本发明实施例2中提供的射频识别的方法流程图6是本发明实施例3中提^t的射频识别的系统结构示意图7是本发明实施例3中提供的射频识别的方法流程图8是本发明实施例4中提供的射频识别的系统结构示意图9是本发明实施例4中提供的射频识别的方法流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明
6实施方式作进一步地详细描述。
在本发明实施例中，将读卡器传递信息到标签芯片规定为前向通信，传递
的信息为前向信息；将标签芯片传递信息到读卡器规定为后向通信，传递的信 息为后向信息；将前向信息和后向信息统称为交互信息。
实施例1
参见图1,本实施例提供了一种射频识别的系统，该系统包括读卡器101 和标签芯片102;
读卡器101包括核心电路模块101A和天线101B;
核心电路才莫块101A,用于处理读卡器101与标签芯片102之间的交互信息，
完成与标签芯片102之间的识别；
天线101B，用于发射和接收读卡器101与标签芯片102之间的交互信息； 标签芯片102包括片上天线102A、核心电路模块102B和光能量转换模
块102C;
片上天线102A,用于发射和接收标签芯片102与读卡器101之间的交互信
自
核心电路模块102B，用于处理标签芯片102与读卡器101之间的交互信息， 完成与读卡器ioi之间的识别；
光能量转换才莫块102C，用于釆集光能量，并将光能量转换为电能，为标签 芯片102供电。
针对本实施例1提供的射频识别的系统，本实施例1还提供了一种射频识 别的方法，如图2所示，该方法包括
201:标签芯片采集光能量，并将光能量转换为电能；
202:标签芯片利用转换的电能实现与读卡器之间的信息交互与处理，完成 与读卡器之间的识别。
本发明实施例提供了 一种射频识别的系统和方法，通过采用光能量转换模 块为标签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需从片上天线获得能量为标签 供能，片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标签芯片之间较大的工作距离 成为可能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的限制。实施例2
参见图3，本发明实施例提供了一种射频识别的系统，该系统包括读卡器 301和标签芯片302;
读卡器301包括光源301A、核心电蹈4莫块301B和天线301C; 光源301A，用于为标签芯片302提供光能量；
核心电路模块301B，用于处理读卡器301与标签芯片302之间的交互信息； 天线301C,用于发射和接收读卡器301与标签芯片302之间携带交互信息 的RF信号；
标签芯片302包括片上天线302A、核心电路模块302B和光能量转换模 块302C;
片上天线302A,用于接收和发射读卡器301与标签芯片302之间携带交互 信息的RF信号；
核心电路才莫块302B，用于处理标签芯片302与读卡器301之间的交互信息； 具体的核心电賴4莫块302B可以如图4所示。 光能量转换模块302C，包括
接收单元，用于接收读卡器301的光源301A提供的光能量；
转换单元，用于将接收到的光能量转换为电能为标签芯片302供电。
需要说明的是，光能量转换模块302C可以采用片上光电二极管采集光能， 通过增加光强或者提高光电二极管的转换性能，获得足够能量提供给标签芯片 302工作。如果光电二极管提供的电能不够，可以采用电荷泵提高电压。
针对本实施例2提供的射频识别的系统，本实施例2还提供了一种射频识 别的方法，如图5所示，该方法包括
501:标签芯片的光电转换模块接收读卡器的光源发射的光能量，并将光能 量转换为电能为标签芯片供电；
502:标签芯片的片上天线接收读卡器通过天线发送的射频信号，并将射频 信号恢复为电信号，如电压信号、电流信号等；
503:标签芯片的核心电路模块的解调电路将片上天线恢复的电信号解调为 数字信号；
504:标签芯片的核心电路模块的数字电路根据振荡器产生的周期性时钟对
8数字信号进行响应和应答，得到应答信号；
505:标签芯片的核心电路模块的调制电路将应答信号调制为射频信号； 506:标签芯片的片上天线将射频信号以反向散射调制的方式传送给读卡
器，完成读卡器与标签芯片之间的识别过程。
本发明实施例提供了一种射频识别的系统和方法，通过采用光能量转换模
块为标签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需从片上天线获得能量为标签
供能，片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标签芯片之间较大的工作距离
成为可能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的限制。
实施例3
参见图6,本发明实施例提供了一种射频识别的系统，该系统包括读卡器 601和标签芯片602;
读卡器601包括光调制模块601A、核心电路模块601B和天线601C;
光调制模块601A，用于将读卡器601与标签芯片602之间的前向信息调制 为前向光信号发送给标签芯片602;
需要说明的是，光调制模块601A可以通过电流调制和光电二极管实现，调 制的电流通过光电二极管转化为调制光，大电流对应大光强。
核心电路模块601B,用于处理读卡器601与标签芯片602之间的交互信息；
天线601C,用于接收标签芯片602发送给读卡器601的携带后向信息的RF 信号；
标签芯片602包括光能量转换模块602A、核心电路模块602B和片上天 线602C;
光能量转换模块602A包括
接收单元，用于接收读卡器601的光调制才莫块601A发送的前向光信号； 转换单元，用于将接收到的前向光信号的能量转换为电能为标签芯片602 供电；
解调单元，用于对前向光信号进行解调，恢复为电信号的前向信息。 其中，光能量转换模块602A可以通过4t测光电二极管在不同光强度下的电 流，将读卡器的调制光信号恢复为电流信号等。
核心电路模块602B,用于处理标签芯片602与读卡器601之间的交互信息，得到后向信息；
片上天线602C，用于将后向信息调制成RF信号传送给读卡器601。 针对本实施例3提供的射频识别的系统，本实施例3还提供了一种射频识
别的方法，如图7所示，该方法包括
701:读卡器的光调制模块采集光能，并将前向信息调制成光信号发送给标
签芯片；
702:标签芯片的光电转换模块接收读卡器发送的光信号，检测光电二极管 在不同光强下的电流，将接收到的光信号恢复为电信号，可以为电流信号、电 压信号等；
703:标签芯片的核心电鴻4莫块将恢复的电信号解调为数字信号； 704:标签芯片的核心电路模块的数字电路对数字信号进行响应和应答，得 到应答信号；
705:标签芯片的核心电鴻4莫块将应答信号调制为射频信号； 706:片上天线将射频信号以反向散射调制的方式传送给读卡器，完成读卡 器与标签芯片之间的识别过程。
本发明实施例提供了 一种射频识别的系统，通过采用光能量转换模块为标 签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需从片上天线获得能量为标签供能， 片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标签芯片之间较大的工作距离成为可 能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的限制。并且，在消息传递的方式上 采用了光通信和RF电磁波通信并行的方式，这样标签芯片的片上天线仅需要进 行反向散射调制发送应答信号，对片上天线的要求比较低。
实施例4
本发明实施例提供了 一种射频识别的系统，该系统的前提是可以有效地避 免调制光信号之间的混叠。参见图8,该系统包括读卡器801和标签芯片802;
读卡器801包括:光调制模块801A、光解调模块801B和核心电路模块801C;
光调制模块801A,用于将读卡器801与标签芯片802之间交互的信息调制 为光信号发送给标签芯片802;
光解调模块801B，用于接收标签芯片802发送的携带交互信息的光信号， 并对接收到的光信号进行解调；
10核心电路模块801C，用于处理读卡器801与标签芯片802之间交互的信息； 标签芯片802包括光能转换模块802A、核心电路模块802B和光调制模 块802C;
光能转换模块802A,用于接收读卡器801的光调制模块801A发送的光信 号，使用接收到的光信号的能量转换为电能为标签芯片802供电，同时对光信 号进行解调，将读卡器801的调制光信号恢复为电信号。其中，光能量转换才莫 块802A可以通过检测光电二极管在不同光强度下的电流，将读卡器的调制光信 号恢复为电流信号等。
核心电路模块802B，用于根据电信号得到应答信号； 光调制模块802C，用于将应答信号调制为光信号发送给读卡器801。 针对本实施例4提供的射频识别的系统，本实施例4还提供了一种射频识 别的方法，如图9所示，该方法包括
901:读卡器的光调制模块釆集光能，并将前向信息调制成光信号发送给标 签芯片；
902:标签芯片的光电转换模块接收读卡器发送的光信号，检测光电二极管 在不同光强下的电流，将接收到的光信号恢复为电信号，可以为电流信号、电 压信号等；
903:标签芯片的核心电路模块将恢复的电信号解调为数字信号； 904:标签芯片的核心电路模块的数字电路对数字信号进行响应和应答，得 到应答信号；
905:标签芯片的光调制模块将应答信号调制为光信号发送给读卡器； 906:读卡器的光解调模块接收标签芯片发送的光信号并解调为电信号； 907:读卡器的核心电路模块将电信号进行处理，获得交互信息，完成读卡
器与标签芯片之间的识别过程。
本发明实施例提供了一种射频识别的系统，通过采用光能量转换模块为标
签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需从片上天线获得能量为标签供能，
片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标签芯片之间较大的工作距离成为可
能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、一种射频识别的系统，包括读卡器和标签芯片，所述标签芯片上集成片上天线，其特征在于，所述标签芯片还包括光电转换模块，用于接收光能量，并将所述光能量转换为电能为所述标签芯片供电。
2、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述读卡器还包括光源； 相应的，所述标签芯片的光电转换模块包括转换单元，用于"l妄收所述光源的光能量，并将所述光能量转换为电能为所 述标签芯片供电。
3、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述读卡器还包括 光调制模块，用于将前向信息调制成前向光信号发送给所述光电转换模块，所述前向信息为所述读卡器发送给所述标签芯片的信息； 相应的，所述标签芯片的光电转换模块包括转换单元，用于接收所述光调制模块发送的前向光信号，并将所述前向光 信号的能量转换为电能，为所述标签芯片供电；解调单元，用于从所述前向光信号中解调出所述前向信息。
4、 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述标签芯片还包括 光调制模块，用于将后向信息调制成后向光信号，并将所述后向光信号发送给所述读卡器，所述后向信息为所述标签芯片发送给所述读卡器的信息； 相应的，所述读卡器还包括光解调模块，用于接收所述后向光信号，并从所述后向光信号中解调出所 述后向信息。
5、 一种射频识别的方法，其特征在于，所述方法包括 标签芯片采集光能量并转换为电能；所述标签芯片利用所述电能与读卡器之间进行信息的交互与处理，完成与所述读卡器之间的识别。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标签芯片采集光能量并转 换为电能，具体包括标签芯片接收读卡器的光源发射的光能量，并将所述光能量转换为电能。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标签芯片采集光能量并转 换为电能之前，所述方法还包括读卡器将前向信息调制为前向光信号发送给所述标签芯片，所述前向信息为所述读卡器发送给所述标签芯片的信息；相应的，所述标签芯片采集光能量并转换为电能具体包括 所述标签芯片从所述前向光信号中解调所述前向信息，并将所述前向光信号的能量转换为电能。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述标签芯片利用所述电能与 读卡器之间进行信息的交互与处理，具体包括所述标签芯片对所述前向信息进行处理，得到后向信息，所述后向信息为 所述标签芯片发送给所述读卡器的信息；将所述后向信息调制为后向光信号发送给所述读卡器。
全文摘要
本发明公开了一种射频识别的系统和方法，属于射频识别领域。所述系统包括读卡器、标签芯片和标签天线，所述标签天线集成在所述标签芯片上，所述标签芯片还包括光电转换模块，用于接收光能量，并使用所述光能量为所述标签芯片供电。所述方法包括标签芯片采集光能量并转换为电能；所述标签芯片利用所述电能与读卡器之间进行信息的交互与处理，完成与所述读卡器之间的识别。通过采用光能量转换模块为标签芯片提供能量，使得标签的片上天线无需从片上天线获得能量为标签供能，片上天线仅用于信息交互，使得读卡器与标签芯片之间较大的工作距离成为可能，克服了片上天线对标签芯片工作距离的限制。
文档编号G06K7/10GK101533460SQ200910082558
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者刘忠奇, 春 张, 李永明, 池保勇, 王志华, 车晶晶 申请人:清华大学