专利名称：射频识别标签芯片数据接收同步方法
技术领域：
本发明涉及一种识别标签芯片数据接收同步方法。特别是涉及一种对低稳定性的片 上时钟具有很强的自适应性的射频识别标签芯片数据接收同步方法。
背景技术：
射频识别(RFID)系统包含射频标签(Tag)、读卡器(Reader)和数据管理系统三 部分。射频标签芯片通常由模拟前端电路，数字处理单元和存储器组成。.
对于被动式射频标签，标签首先要等待读卡器发出指令，然后做出应答。在这种情 况下，标签需要恢复经由读卡器调制和编码的数据。由于读卡器和标签的操作分别采用 独立的时钟源，二者处于完全异步的时钟域。为了能够正确地采样相关指令，标签必须 与读卡器发出的数据流获得同步。
一种广泛采用的同步方法是从读卡器所发送的指令序列中提取用于分频时钟的参考 分频数，对标签片上时钟进行相应分频，并在指令的处理过程中保持片上时钟频率不变。 这种方法对于片上时钟频率的稳定性有很高的要求，当时钟频率发生波动时，若两个数 据相邻部分出现"11"或者"00"序列时，数据采样极有可能发生错误。同步采样错误 主要是由于时钟频率发生抖动时，不能产生正确的采样时钟沿，从而产生数据采样错误。
另一种与读卡器获得同步的方法是采用双沿触发，这种方法能够有效地降低功耗，
但会引发相对复杂的时序问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电路实现结构简单，对低稳定性的片上时 钟具有很强的自适应性的射频识别标签芯片数据接收同步方法。
本发明所采用的技术方案是 一种射频识别标签芯片数据接改同步方法，是采用两 个计数器分别对符合IS0/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式中的高电平1和低电平0 的长度进行计数，另外采用一个与计数器位数相匹配的加法器进行累加运算，将同步计 数值暂存于寄存器组当中，在采样时使用比较器将计数值与通过累加和除法运算获得的 基准参考值进行比较从而给出正确的采样时钟沿。
辆述的符合IS0/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式包括有..静默、由9个01构 成的帧头、由11 00 Ul 0 1 0这6个序列构成的分隔符、命令、参数、数据、校验位。
所述的射频识别标签芯片数据接收同步方法，具体包括有如下阶段
(1) 在设定的时间内，高电平计数器对高电平的长度进行计数的阶段；
(2) 等待指令帧头开始的阶段；—(3) 接收指令帧头的阶段；
(4) 接收识别分隔符的阶段；
(5) 接收釆样数据的阶段。 所述的高电平计数器对高电平的长度进行计数，也就是识别每条命令之前的静默阶
段，当计数时间达到设定的时间时，进入等待指令帧头开始的阶段。
所述的等待指令帧头开始的阶段，是在高电平计数器的计数时间达到设定的时间 (400us)之后，直到发现下降沿时停止。
所述的接收指令帧头的阶段，是在标签'接收数据帧头的前8个01时，低电平计数器
与高电平计数器交替工作，分别对数据O和数据1的长度进行计数和累加，暂存寄存器
组中，并将前8对01的平均长度定义为采样基准参考值。.
所述的接收识别分隔符的阶段是分别对分隔符的不同序列进行确认，包括如下步骤
1) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据釆样基准参考值确认分隔符中的11
序列；
2) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的00 序列所接收的数据；
3) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的111 序列所接收的数据；
4) 使用低电平计数器接收低电平数据，当接收的数据为1时，进入下一步；
5) 使用高电平计数器接收高电平数据，当接收的数据为O时，进入下一步；
6) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的O序 列所接收的数据，并进入接收采样数据的阶段；-
第6)步所接收的采样数据为0或1。 所述的接收采样数据，包括如下步骤
1) 当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是0时，采用高电平计数器接收高* 电平数据，当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是1时，采用低电平计数器接 收低电平数据；
2) 当第l)歩所接收的数据为O时，都进入下一歩采用低电平计数器接收低电平数
据；
3) 判断数据是否接收完毕，如果没有接收完毕，返回第l)步中的采用高电平计数 器接收高电平数据继续往下循环进行；如果数据接收完毕，则返回最初始状态。
本发明的射频识别标签芯片数据接收同步方法，对低稳定性的片上时钟具有很强的 自适应性。当片上时钟频率在500KHz至lMHz范围内，同时伴随有±10%甚至±20%的波 动时，均可产生正确的同步采样点。此外，电路实现结构简单，仅需两个计数器， 一个 加法器， 一个比较器，若干寄存器和控制同步数据流动的小型状态机。
图1是数据同歩接收方法的电路框图2是符合IS0/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式；
图3是数据同歩接收方法的流程图4是提取同歩信息的计数-累加过程示意图5是采样点位置示意图。
其中
1:第一计数器 2:第二计数器
3:第三计数器 4:第四计数器'
5:加法器 6:寄存器组
7:比较器 8:触发器采样
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的射频识别标签芯片数据接收同歩方法做出详 细说明。
本发明的射频识别标签芯片数据接收同歩方法，是采用两个计数器(H-couner和 L-counter)分别对符合IS0/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式中的高电平1和低电 平O的长度进行计数，另外采用一个与计数器位数相匹配的加法器进行累加运算，将同 歩计数值暂存于寄存器组当中，在采样时使用比较器将计数值与通过累加和除法运算获 得的基准参考值进行比较从而给出正确的采样时钟沿。
具体如图l所示，第一计数器l，用于接收指令帧头的低电平数据；第二计数器2， 用于接收指令帧头的高电平数据；第三计数器3，用于接收高电平采样数据；第四计数器 4，用于接收低电平采样数据；加法器5，对第一计数器1和第二计数器2的输出数据进 行累加运算；寄存器组6，暂存加法器5输出的同歩计数值；比较器7，将寄存器组6中 的计数值与通过第三计数器3和第四计数器4累加和除法运算获得的基准参考值进行比 较从而给出正确的采样时钟沿；采样触发器8，采集输入数据和比较器7输出的采样时钟 沿。
图1中"ZTJ"表示"状态机控制"，"OUL"表示"数据输入"，"OUT"表示 "数据输出"，"Z"表示"帧头"，"C"表示"采样数据"，、"0"表示"低电平"， "1"表示"高电平"。
本发明所述的符合IS0/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式如图2所示，包括有 静默、由9个01构成的帧头、由ll 00 111 0 1 0这6个序列构成的分隔符、命令、参 数、数据、校验位。
本发明所述的射频识别标签芯片数据接收同歩方法，具体包括有如下阶段
(l)在设定的时间内，高电平计数器对高电平的长度进行计数的阶段；所述的高电平计数器对高电平的长度进行计数，也就是识别每条命令之前的静默阶段，当计数时间 达到设定的时间(400us)时，进入等待指令帧头开始的阶段。
(2) 等待指令帧头开始的阶段；所述的等待指令帧头开始的阶段，是在高电平计数 器的计数时间达到设定的时间(400us)之后，直到发现下降沿时停止。
(3) 接收指令帧头的阶段； <所述的接收指令帧头的阶段，是在标签接收数据帧头的 前8个01时，低电平计数器L-counter与高电平计数器H-counter交替工作；分别对数 据0和数据1的长度进行计数和累加，暂存寄存器组中，并将前8对01的平均长度定义 为采样基准参考值。
(4) 接收识别分隔符的阶段；所述的接收识别分隔符的阶段是分别对分隔符的不同 序列进行确认，包括如下步骤 ' 、
1) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的11 序列；
2) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的00 序列所接收的数据；
3) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的111 序列所接收的数据；
4) 使用低电平计数器接收低电平数据，当接收的数据为1时，进入下一步；
5) 使用高电平计数器接收高电平数据，当接收的数据为O时，进入下一步；
6) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的O序 列所接收的数据，并进入接收采样数据的阶段。此步所接收的采样数据为0或1。
(5) 接收采样数据的阶段。所述的接收采样数据，包括如下步骤-
1) 当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是0时，采用高电平计数器接收高 电平数据，当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是1时，采用低电平计数器接 收低电平数据；
2) 当第l)步所接收的数据为O时，都进入下一步采用低电平计数器接收低电平数
据；
3) 判断数据是否接收完毕，如果没有接收完毕，返回第l)步中的采用高电平计数 器接收高电平数据继续往下循环进行；如果数据接收完毕，则返回最初始状态。
下面结合图3对射频识别标签芯片数据接收同步方法具体说明 读卡器不发送有效的指令序列时，发送稳定的连续波为标签提供能量，标签对连续
波的解调结果为持续的高电平"1"，在初始状态的时候，使用H-counter计数器对高 电平的长度进行计数，也就是识别每条命令之前的静默阶段，'当计数时间达到400us时， 状态跳转到Wait—head状态，等待指令帧头的开始。
接收数据在持续一定时间的高电平之后的下降沿便是指令帧头开始的标志， 一旦接 收到持续高电平之后的低电平，状态转到Preamble状态，接收指令的帧头，其中Preamble是9位的曼彻斯特码"0" ， NRZ格式为010101010101010101 (如图2所示)。由于每条 指令的帧头是9对"01"序列，并且这些"01"序列的长度(持续时间)都相对稳定一 致，可以作为同歩的基准参考值。由帧头提取采样基准参考值的过程如下-
在持续的高电平之后， 一旦接收到低电平，计数器L-counter就开始对数据"0"的 长度进行计数，直到发现上升沿时停止；接着，在上升沿之后，计数器H-counter丌始 对数据"1"的长度进行计数。标签接收数据帧头的前8个"01"一时，计数器'L-counter 与H-counter按上述方式交替工作，分别对数据"0"和数据"1"的长度进行计数。并 且，在L-counter对数据"0"的长度进行计数时，H-counter把上一轮得到的数据"1" 的累加长度载入寄存器组中，存，之后H-counter复位为0等待上升沿之后再对下一个. 数据"1"的长度进行计数。同样，当H-counter在对数据"1"的长度进行计数的时候， L-counter把上一轮得到的数据"0"的累加长度载入寄存器组中暂存，之后再复位为0 等待下降沿之后对下一个数据"0"的长度进行计数。 .
在接收前8对"01"序列的时候，通过如上所述的计数-累加过程，可以得到前8对 "01"序列的总长度，并存放于寄存器组中。如果各段数据"0"的长度用Ln表示，各 段数据"1"的长度用Hn表示，那么第一对"01"中"0"的长度为Ll， "1"的长度为 HI;第二对"01"中"0"的长度为L2， "1"的长度为H2…，"第八对"01"中"0"的 长度为L8， "1"的长度为H8。于是，最后在寄存器组中存储的累加值为Sref—8 = (Ll+L2……+L8) + (Hl+H2……+H8)。其总体过程如图4所示。
数据帧头中的每一对"01"是1位经过曼彻斯特编码的数据"0"，且帧头"01"的 长度基本一致。对指令数据采样的时候，"01"的长度可作为参考比较值。将前8对"01" 的平均长度定义为"采样基准参考值"，为了简化计算，不对第9对"01"的长度进行 计数。
接收完前8对"01"之后，寄存器组中存放的数值是累加和Sref—8，把Sref_8右移 三位就得到了除以8的平均值Sref一8/8，即"采样基准参考值"——Sref。
采样基准参考值提取完成后，同歩状态机继续控制数据流动，对分隔符进行识别,状 态跳转到Sl 。在Sl状态，使用H-counter对高电平进行计数。由于Sref相当于manchester 编码后的2bit数据的长度，只要H-counter的计数值大于(3/4) Sref，就认为是2个1 的出现。当高电平计数值大于(3/4) Sref，并且接收数据为0时，状态跳转到S2对分隔 符中接下来的"00"序列进行识别。
在S2状态，使用L-counter对低电平进行计数，计数值大于(3/4) Sref时，即认为 是2个0的出现。当低电平计数值大于(3/4) Sref，并且接收数据为1时，状态跳转到 S3对分隔符中接下来的"111"序列进行识别。
在S3状态，使用H-counter对高电平进行计数，计数值大于(5/4) Sref时，即认为 是3个1的出现。当高电平计数值大于(5/4) Sref，并且接收数据为0时，状态跳转到 S4接着进行判断。由于分隔符中接下来的部分都是单个bit的数据，所以不用考虑数据的长度问题， 只需考虑数裙的电平问题即可。处在S4状态时，当接收数据为l时，状态跳转到S5;在
S5的时候，当接收数据为0时状态再跳转到S6。
在S6状态，已经检测出了分隔符的前面几位，这时需要接收分隔符的最后一位O。 因为接下来将要接收的是采样数据，第一位有可能是0也有可能是1，所以当接收数据为 1时需要根据L-counter的计数值，通过判断是单个bit的0还是连续的两个'0进行状态 的跳转。当L-counter计数值小于(3/4)Sref时，表明第一位采样数据是l，状态跳转到 S8;如果L-counter计数值大于(3/4)Sref，表明第一位采样数据是O，状态跳转到S7。 'S7'和S9是在采样数据时相互跳转的两个状态。S7状态表明当前接收的采样数据是1 ， 采用H-counter进行计数；S9状态表明当前接收的采样数据是0，采用L-counter进行 计数。
采样指令数据的过程中，L-counter和H-counter仍然执行与提取同歩信息时相同的 操作，即L-counter对序列中数据"0"的长度进行计数，H-counter对数据"1"的长度 进行计数。当片上时钟频率在500KHz以上时，每次当L-counter或H-counter的计数值 为1时对数据进行采样，这样使采样点位置与数据序列的上升沿或者下降沿有广2个时 钟周期的间隔(如图5所示)，在片上时钟频率发生小幅抖动时，能够保证正确采样。 对于某一段数据"0"或者数据"1"，即使计数得到的时钟周期数增加或减少了广2个， 采样点仍位于有效的字段范围之内。
根据采样基准参考值，通过移位和加法操作，引入参考值(3/4)Sref。在数据采样过 程中，如果出现"0"或者"1"的长度大于(3/4)Sref的情况，就认为'这是相邻数据边界 处的"00"或者"11"序列，可在这段时间内进行两次采样，如图5所示，确保正确采 样。
计数器L-counter、 H-counter和寄存器组的位宽还可以根据数据速率和片上时钟频 率之间的关系，根据所需计数值的大小加以调整。
按照IS0/IEC 18000-6 Type B协议的规定，指令数据的速率为40kbps (忽略指令数 据速率变化)，那么每一位经过曼彻斯特编码之后得到的"01"/"10"序列的长度为 25ys。片上时钟的频率记为f。。 1位指令数据所占用的时钟周期数记为n。，那么可以得 到n^25Xl(TXfo。这里假设f。等于500KHz，则n(,等于12.5。在实际过程中，如果由于 时钟频率的局部抖动而使得某一位数据所占的时钟周期数等于(n -1)或者(n(,+l)的话，
不会对采样点的有效位置区域产生影响。所以，频率浮动的容差最小为1个时钟周期的 长度。因此，对于单个位的数据，计数器所记的有效时钟周期数的范围是[:1,,-1， n +l]。 把n -1记作n,，把nu+l记作n2，贝lj，
n^n(,-l:25X 1(T6X f,:25X l(TX f。-1
n2=n(,+l=25X lCTx f2=25X 10—6X f,,+l
因此，可以同样得到片上时钟有效范围的上限值和下限值分别是f>f。-40k;f2=f。+40k。即频率的容差至少是士40k。由于上述分析为保守估计，而且随着片上时钟中 心频率的提高，L-counter和H-counter对数据"0"和数据"1"的计数值也会随之增 大，容差将相应增大。测试证明时钟频率在500KHz-1MHz之间，伴有土10%乃至±20% 的抖动时，将不会影响同步和采样的正确性。
权利要求
1.一种适用ISO/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片数据接收同步方法，其特征在于，是采用两个计数器分别对符合ISO/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式中的高电平1和低电平0的长度进行计数，另外采用一个与计数器位数相匹配的加法器进行累加运算，将同步计数值暂存于寄存器组当中，在采样时使用比较器将计数值与通过累加和除法运算获得的基准参考值进行比较从而给出正确的采样时钟沿。
2. 根据权利要求1所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，所述的符合ISO/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式 包括有静默、由9个01构成的帧头、由ll 00 111 0 1 0这6个序列构成的分隔符、 命令、参数、数据、校验位。
3. 根据权利要求1所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，具体包括有如下阶段(1) 在设定的时间内，高电平计数器对高电平的长度进行计数的阶段；(2) 等待指令帧头开始的阶段；(3) 接收指令帧头的阶段；(4) 接收识别分隔符的阶段；(5) 接收采样数据的阶段。
4. 根据权利要求3所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，所述的高电平计数器对高电平的长度进行计数，也就 是识别每条命令之前的静默阶段，当计数时间达到设定的时间时，进入等待指令帧头开 始的阶段。
5. 根据权利要求3所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，所述的等待指令帧头开始的阶段，是在高电平计数器 的计数时间达到设定的时间(400ns)之后，直到发现下降沿时停止。
6. 根据权利要求3所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，所述的接收指令帧头的阶段，是在标签接收数据帧头 的前8个01时，低电平计数器与高电平计数器交替工作，分别对数据0和数据1的长度 进行计数和累加，暂存寄存器组中，并将前8对01的平均长度定义为采样基准参考值。
7. 根据权利要求3所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，所述的接收识别分隔符的阶段是分别对分隔符的不同 序列进行确认，包括如下步骤1) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的11 序列；2) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的00 序列所接收的数据；3) 使用高电平计数器对高电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的111 序列所接收的数据；4) 使用低电平计数器接收低电平数据，当接收的数据为1时，进入下一步；5) 使用高电平计数器接收高电平数据，当接收的数据为0时，进入下一步；6) 使用低电平计数器对低电平进行计数，根据采样基准参考值确认分隔符中的O序 列所接收的数据，并进入接收采样数据的阶段；
8. 根据权利要求7所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片 数据接收同步方法，其特征在于，第6)步所接收的采样数据为0或1。
9. 根据权利要求3或8所述的适用IS0/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签 芯片数据接收同步方法，其特征在于，所述的接收采样数据，包括如下步骤1) 当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是O时，采用高电平计数器接收高 电平数据，当在接收识别分隔符的阶段最后所接收的数据是1时，采用低电平计数器接 收低电平数据；2) 当第l)步所接收的数据为0时，都进入下一步采用低电平计数器接收低电平数据；3) 判断数据是否接收完毕，如果没有接收完毕，返回第l)步中的采用高电平计数 器接收高电平数据继续往下循环进行；如果数据接收完毕，则返回最初始状态。
全文摘要
一种适用ISO/IEC 18000-6 Type B协议的射频识别标签芯片数据接收同步方法，是采用两个计数器分别对符合ISO/IEC 18000-6 Type B协议的指令格式中的高电平和低电平的长度进行计数，采用一个与计数器位数相匹配的加法器进行累加运算，将同步计数值暂存于寄存器组当中，在采样时使用比较器将计数值与通过累加和除法运算获得的基准参考值进行比较从而给出正确的采样时钟沿。具体有在设定的时间内，高电平计数器对高电平的长度进行计数的阶段；等待指令帧头开始的阶段；接收指令帧头的阶段；接收识别分隔符的阶段；接收采样数据的阶段。本发明对低稳定性的片上时钟具有很强的自适应性。电路实现结构简单，仅需两个计数器，一个加法器，一个比较器，若干寄存器和控制同步数据流动的小型状态机。
文档编号G06K7/00GK101408924SQ20081015127
公开日2009年4月15日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者冯煜晶, 为 张, 邢晓辉 申请人:天津大学