专利名称：半被动式有源电子标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子标签，尤其涉及一种低功耗、低成本、与无源卡协 议兼容、读卡距离比无源卡远一倍的半被动式有源电子标签。
背景技术：
目前，市场上使用的电子标签主要有三种，即无源电子标签、半被动式 电子标签、主动式有源电子标签。
无源电子标签的基本工作方式是读写器发出已调制的微波信号在场强 达到额定值时，标签开始工作，首先标签内部的电路把天线接收到的微波能 量一部分转化为直流电压供标签内的控制系统工作， 一部分送给解调命令的 电路，然后根据命令要求对标签进行操作。要求回传数据时，控制电路发出 数据脉冲对标签天线进行调制，达到回传数据的目的。标签工作时有方向性。
半被动式电子标签的基本工作方式是标签的控制部分及其它电路由电 池供电，接收到读写器发来的命令后，对标签进行操作，回传数据方式与无 源标签的相同，标签本身不发射任何信号，工作有方向性。由于控制部分有 电池供电，对读写器发射的信号强度要求较无源标签要低若干分贝(具体视 标签的接收灵敏度)，但其回波信号的强度与无源标签的基本相同。
主动式有源电子标签的基本工作方式与上述两种有很大的区别，首先读 写器发出读写命令，然后关断发射功率，读写器处于接收状态，标签平时处 于接收状态，在接收到命令以后，向读写器发射已调微波信号，与读写器进 行通讯，有源卡工作敏度很高，无方向性。
上述三种电子标签在实际应用中各有千秋，在人员及车辆管理方面，由 于人体及汽车金属膜的影响，无源卡的工作灵敏度不能满足实际要求。主动 式有源卡由于无方向性，在实际应用中也带来许多难以克服的问题，因此半 被动式标签是上述应用的首选。
目前市场上除2.4G以上的标签以外，基本都是无源卡工作模式，2.4G以上
又以半被动式及主动式两种为主，这两种从项目讲主要是发达国家集成化的产品，不易仿制，从用户角度讲，购买价格太高，以"巴乐夫"产品为例，
读写器价格从2万至3万(人民币)不等，标签价格100元(人民币)以上，这 些对一般用户来讲都是难以承受的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的电子标签功耗高、成本高的问 题，提供一种低功耗、低成本、与无源卡协议兼容、读卡距离比无源卡远一 倍的半被动式有源电子标签。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案 一种半被动式有源 电子标签，其特征在于，其包括一电源、 一微芯片MCU、 一第一放大器Ampl、 一第二放大器Amp2、 一检波电路、 一第一积分回路、 一第二积分回路、 一第 三积分回路、 一放电回路、 一天线ANT、 一开关K1;该微芯片MCU包括一 第一引脚Do、 一第二引脚Di-l、 一第三引脚Di-2、 一第四引脚Vo;该电源 的第一端连接该微芯片MCU、该第一放大器Ampl、该第三积分回路；该第 一放大器Ampl分别连接该电源的第一端、该微芯片MCU的第二引脚Di-l、 该检波电路、该第二放大器Amp2、该第一积分回路及接地；该第一积分回路分 别连接该微芯片MCU的第四引脚Vo、该第一放大器Ampl;该第二放大器 Amp2分别连接该微芯片MCU的第三引脚Di-2、该第一放大器Ampl、该第 二积分回路、该检波电路；该第二积分回路分别连接该电源的第二端、该第 二放大器Amp2;该第三积分回路分别连接该电源的第一端、该检波电路；该 检波电路分别连接该第三积分回路、第一放大器Ampl、第二放大器Amp2、 该天线ANT及开关Ki;该放电回路连接该微芯片MCU的第一引脚Do、该天 线ANT及开关Ki;当开关K1闭合时，天线ANT连接导通，当开关Kl断开 时，天线ANT断开连接。
本发明具有以下有益效果
1、 低功耗 一节160mAh的钮扣电池工作时间达8年以上；
2、 低成本批量生产时，制作成本接近无源卡，人大低于现有国际同类
力口
J 叫5
3、 与无源卡协议兼容两种卡可以与同一读写器进行通讯；
4、 读卡距离比无源卡远一倍(达到国外同类产品水平)。
图1为本发明半被动式有源电子标签的原理框图。
图2为本发明半被动式有源电子标签的工作电路图。
具体实施例方式
请参阅图1至图2， 一种半被动式有源电子标签，其包括一电源l、 一微 芯片MCU、 一第一放大器Ampl、 一第二放大器Amp2、 检波电路2、 一第 一积分回路3、 一第二积分回路4、 一第三积分回路5、 一放电回路6、 一天 线ANT、 一开关K1。
该电源l是采用160mAh以下的钮扣电池，给系统供电。 该微芯片MCU包括一第一引脚D。、 一第二引脚Di-l、 一第三引脚Di-2、 一第四引脚Vo。
该电源1的第一端连接该微芯片MCU、该第一放大器Ampl、该第三积分 回路5。
该第一放大器Ampl分别连接该电源l的第一端、该微芯片MCU的第二引 脚Di-l、该检波电路2、该第二放大器Amp2、该第一积分回路3及接地。
该第一积分回路3分别连接该微芯片MCU的第四引脚Vo、该第一放大器 Ampl 0
该第二放大器Amp2分别连接该微芯片MCU的第三引脚Di-2、该第一放大
器Ampl、该第二积分回路4、该检波电路2。
该第二积分回路4分别连接该电源1的第二端、该第二放大器Amp2。 该第三积分回路5分别连接该电源1的第一端、该检波电路2。 该检波电路2分别连接该第三积分回路5、第一放大器Ampl、第二放大器
Amp2、该天线ANT及开关K1。
该放电回路6连接该微芯片MCU的第一引脚Do、该天线ANT及开关K1。 该开关K1连接在该天线ANT信号馈入口。当开关K1闭合时，天线ANT连
接导通，当开关K1断开时，大线ANT断开连接。
在正常状态下，该微芯片MCU处于休眠状态，该第一放大器Ampl截止，
该第二放大器Amp2处于工作模式，此时微芯片MCU的各引脚的状态是第二
引脚Di-l高电平、第三引脚Di-2高电平、第四引脚Vo低电平、第一引脚Do低电平。当电子标签接收到读写器发来的读卡脉冲时，第三引脚Di-2输入低脉冲达 门限值瞬间，微芯片MCU被唤醒，延时约10ms后，第四引脚Vo被置高电平， 该第一放大器Ampl开始工作并接收来自读卡器的命令，按命令及协议要求， 发出脉冲数据经第一引脚Do口到开关Kl，通过开关K1的闭合与打开对天线 ANT上的接收单载波进行调制(ASK)，实现标签内存数据的回传。第二引 脚Di-l 口如果在10MS内无命令信号，则微芯片MCU进入休眠模式。
电源偏置方法如下
框图中的第二放大器Amp2的偏置电路与检波电路2的工作电源串接在一 起，使得有源检波电路2的电源由第二放大器Amp2的偏置电路来控制，实现 了等待模式下的低功耗(1.0uA)，这是本方案的关键技术之一。
图中的积分网络，主要是解决电源l钮扣电池内阻过大的问题。在微芯片 MCU由工作到休眠的一瞬间，负载突然释放，由于其内阻较大，在电源上会 产生一个瞬时的高脉冲，此脉冲经过第二放大器Amp2的放大，会又一次唤醒 微芯片MCU，使得微芯片MCU—直处于休眠与工作模式互换状态，而由于RC 的高积分常数，使得这一脉冲被积分后形成一个缓慢变化的直流，第二放大 器Amp2对此信号反应不明显，使得微芯片MCU进入休眠模式时再也不会被外 围电路唤醒。这也是本方案的关键技术。
第二放大器Amp2是一个低功耗(工作电流小于luA)的运算放大器，其 工作频率不超过15KHZ，专门用来接收低频脉冲触发信号，它是实现低功耗 的关键点。第一放大器Ampl由两级三级管NPN3904组成，工作电源由VDD及 Vo提供，Vo为低时，第一放大器Ampl无偏置，处于截止状态，Vo为高电平 时，Ampl开始工作，由于3904的工作频率达10MHZ以上，因此第一放大器 Ampl可接收达300KHZ的高频脉冲，它是实现标签低价格的关键点之一。
本发明对接收已调微波信号直接进行有源检波，经不同上限带宽的放大 器进行放大，实现触发信号及命令信号的接收要求；本发明采用宽电源 (2V-3.3V)低功耗微芯片MCU控制(可录入协议数据)方案，实现休眠控制 读写器功能。利用微波二极管接入天线与地之间，实现检签数据的调制与回 传。采用900MHZ的微波PIN管，连接在天线与地之间，通过调节PIN管的电 阻大小，实现数据的调制。采用低功耗(luA)的运算放大器接收触发信号， 唤醒微芯片MCU，实现休眠时的低功耗功能。采用极廉价的三极管NPN3904， 用共发射结工作方式放大信号实现对命令信号的放大，通过与程序的组合优化设计，省略了脉冲波形整形电路，即节约了成本，又减少了电路板的尺寸。 (这种方案即满足了高频脉冲的指标要求，又实现了低价格的设计)
产品实际功效是系统工作灵敏度比无源卡高出10dB以上，且在灵敏度 范围内可稳定读卡。(由于电磁波传输特性，在无源卡的有效读卡范围内有 许多电磁波空洞，无源卡不工作)。
本技术方案的关键点在于
1、 有源检波。在天线口进行弱藕合，通过高灵敏的有源检波方法，获得 触发信号和命令信号。
2、 检波电路与微电流触发信号放大电路的偏置回路串联，这样的巧妙之 处是即给检波电路提供了电流，同时该电流又通过放大电路，实现了关键的 低功耗功能。
3、 在检波电路电源接入口串接一组积分回路，有效解决了纽扣电池内阻 大导致的自动唤醒问题。
4、 开关电路上的放电回路，大大縮短了正脉冲下降沿的下降时间，使得
其调制的脉冲波型接近于标准脉冲。 本发明具有以下优点
1、 工作频率在900MHZ
2、 低功耗 一节160mAh的钮扣电池工作时间达8年以上
3、 低成本批量生产时，制作成本接近无源卡，大大低于现有国际同类
# 口 广叫
4、 与无源卡协议兼容两种卡可以与同一读写器进行通讯
5、 读卡距离比无源卡远一倍(达到国外同类产品水平)
权利要求
1、一种半被动式有源电子标签，其特征在于，其包括一电源、一微芯片MCU、一第一放大器Amp1、一第二放大器Amp2、一检波电路、一第一积分回路、一第二积分回路、一第三积分回路、一放电回路、一天线ANT、一开关K1；该微芯片MCU包括一第一引脚Do、一第二引脚Di-1、一第三引脚Di-2、一第四引脚Vo；该电源的第一端连接该微芯片MCU、该第一放大器Amp1、该第三积分回路；该第一放大器Amp1分别连接该电源的第一端、该微芯片MCU的第二引脚Di-1、该检波电路、该第二放大器Amp2、该第一积分回路及接地；该第一积分回路分别连接该微芯片MCU的第四引脚Vo、该第一放大器Amp1；该第二放大器Amp2分别连接该微芯片MCU的第三引脚Di-2、该第一放大器Amp1、该第二积分回路、该检波电路；该第二积分回路分别连接该电源的第二端、该第二放大器Amp2；该第三积分回路分别连接该电源的第一端、该检波电路；该检波电路分别连接该第三积分回路、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、该天线ANT及开关K1；该放电回路连接该微芯片MCU的第一引脚Do、天线ANT及开关K1；该开关K1连接在该天线ANT信号馈入口，当开关K1闭合时，天线ANT连接导通，当开关K1断开时，天线ANT断开连接。
全文摘要
一种半被动式有源电子标签，电源连接微芯片MCU、第一放大器Amp1、第三积分回路；第一放大器Amp1接微芯片MCU第二引脚Di-1、第二放大器Amp2、检波电路、第一积分回路及接地；第一积分回路接微芯片MCU第四引脚Vo、第一放大器Amp1；第二放大器Amp2接微芯片MCU第三引脚Di-2、检波电路、第一放大器Amp1、第二积分回路及接地；第二积分回路连接电源、第二放大器Amp2；第三积分回路接电源、检波电路；检波电路连接第三积分回路、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、天线ANT及开关K1；放电回路连接微芯片MCU第一引脚D<sub>O</sub>、天线ANT及开关K1；开关K1连接天线ANT信号馈入口。
文档编号G06K19/07GK101295368SQ20071007415
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者周必友, 琰 王, 赵明龙 申请人:周必友