兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签及系统的制作方法

本实用新型涉及射频识别领域，尤其涉及一种兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签及系统。

背景技术：

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用无线射频通信实现的非接触式自动识别技术，与目前广泛采用的条形码技术相比，RFID具有容量大、识别距离远、穿透能力强、抗污性强等特点。

在射频识别领域范围内，载波频率的高低分为低频(125KHz)、高频(13.56MHz)、超高频(850MHz～910MFz)，且分别使用不同的通讯协议，工作在这些频段上有各自的特点。高频具有穿透性强、价格低廉的特点，而超高频具有信号强、传输距离远、速度快的特点，因此开发出能适应多种频段的电子标签以适应各种不同的工作环境和工作场景就显得尤为迫切。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签及系统，能兼容高频和超高频双频工作，穿透性好，信号强，兼容性好，同时具有良好的低功耗功能。

本实用新型提供了一种兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签，包括：高频模拟前端、控制器、超高频射频模块以及电源，其中，所述控制器与所述模拟前端、超高频射频模块以及电源均连接。

优选地，所述高频模拟前端为MCP2030芯片。

优选地，所述控制器为MSP430系列单片机。

优选地，所述超高频射频模块为NRF9E芯片。

优选地，还包括电磁感应式无线充电模块，所述电磁感应式无线充电模块与所述电源连接。

优选地，还包括标签外壳，所述高频模拟前端、控制器、超高频射频模块以及电源容置于所述标签外壳内；所述标签外壳上设置有防滑纹。

优选地，所述标签外壳表面设置有防污薄膜。

优选地，所述控制器与所述高频模拟前端及所述超高频射频模块通过SPI连接。

本实用新型还提供了一种电子标签系统，包括读写器以及如上述的兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签，所述读写器与所述电子标签无线连接。

本实用新型实施例中，采用了高频唤醒和超高频收发的双频设计，相比单频的电子标签，具有穿透性好，信号强，兼容性好的优点。此外，仅在进入阅读器的阅读区时才会唤醒电子标签进入工作状态，在一般情况下保持在深度睡眠状态，因此，能大大减低功耗，延长电子标签的工作寿命。。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签的结构示意图。

图2是是本实用新型实施例提供的兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签，包括：高频模拟前端10、控制器20、超高频射频模块30以及电源40，其中，所述控制器20与所述模拟前端10、超高频射频模块30以及电源40均连接。其中，优选地，所述控制器20与所述高频模拟前端10及所述超高频射频模块30通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)连接。

在本实施例中，所述高频模拟前端10可采用MCP 2030芯片，其作为13.56MHz的高频唤醒芯片，价格更有优势，技术资料更丰富，所以比较适合作为模拟前端的选择。

MCP 2030芯片是Microchip公司开发的专门针对低频无线磁场通信的模拟前端器件。该器件集成有8个可编程配置寄存器和1个只读状态寄存器，根据寄存器配置，MCP 2030可以输出解调数据、载波时钟和磁场强度RSSI。该器件模拟接收电路具有较强的灵敏度，可以接收识别1mVpp信号并解调8％的微弱调制信号。为了得到可靠的磁场信号，MCP 2030采用了3组天线和3组接收解调电路，3组天线分别指向互相垂直的X、Y、Z轴，这样无论阅读器如何放置，MCP 2030芯片都可以得到磁场信号，从而解决了磁场信号的方向性问题。

在本实施例中，所述控制器20可为MSP 430系列单片机，例如，MSP430F2132，其最小系统一般包括：单片机、晶振电路、复位电路、JTAG仿真调试电路。对于控制器(或者MCU)的考虑主要是接口满足系统需求，且低功耗，稳定性和速度较快。相比其他单片机来说，TI公司的MSP430系列单片机在处理能力及低功耗方面优势很突出，价格也比较合理，开发简单，仿真器价格低廉，不需要昂贵的编程器，其16位的RISC的CPU可以确保任务快速执行。大多指令可以在一个时钟周期里完成，同时TI也提供了更多资源和更高性能的单片机平台。MSP 430单片机具有RISC(精简指令集)的混合信号微处理器，其可针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供单片机解决方案。

在本实施例中，所述超高频射频模块30可采用NRF9E芯片作为主芯片，其工作频率范围为430-928MHz。当然，也可以采用其他超高频射频模块，本实用新型不做具体限定。

在本实施例中，所述电源40可为纽扣电池。

以下详述本实用新型实施例的电子标签的工作原理，其中，下面例子中，以上面提及到的各个型号的芯片或者单片机为例。然而，应当理解的是，采用其他同功能的芯片的方案也在本实用新型的保护范围之内。

请参阅图2，在本实施例中，当电子标签未进入阅读器的电磁感应区时，MSP 430单片机、NRF9E5芯片都处于深度睡眠状态，只有部分模块处于工作之中，如此可大大的降低电子标签的工作电流，从而达到减少能耗的效果。

其中，在深度睡眠状态下，MSP 430单片机进入LPM3状态，工作电流为0.9uA；MCP 2030芯片进入休眠模式，其工作电流为0.2uA，NRF9E5芯片进入睡眠状态，其工作电流为1uA。

需要说明的是，MSP 430单片机中，具有5种低功耗模式，LPM0，LPM1，LPM2，LPM3，LPM4，这五种低功耗情况如下：

LPM0：CPU停止工作，MCLK时钟停止，SMCLK、ACLK时钟还在工作。

LPM1：CPU停止工作，MCLK时钟停止，在活动模式如果DCO没有作为MCLK和SMCLK时钟时，则直流发生器被禁止，否则就保持活动状态，SMCLK、ACLK时钟依然还在工作。

LPM2：CPU停止工作，MCLK、SMCLK时钟停止工作，如果DCO没有作为MCLK、SMCLK，自动被禁止直流发生器保持有效，ACLK还处于工作中。

LPM3：CPU停止工作，MCLK、SMCLK时钟停止工作，DCO时钟也停止工作，仅ACLK时钟还处于工作状态。

LPM4：CPU停止工作，MCLK、SMCLK时钟停止工作，DCO时钟也停止工作，ACLK也停止工作，此时功耗最低。

在本实施例中，当所述MCP 2030芯片进入阅读器的感应区被阅读器发出的磁场激活时，便产生一个中断信号，MSP 430单片机在接收到中断信号后，退出LPM3，工作电流为300uA，MCP 2030芯片进入待机模式，工作电流为4uA；NRF9E5芯片继续保持在睡眠状态下。

在本实施例中，所述MSP 430单片机会判断当前接收到的信号是否是高频信号，若否，则维持上述状态，若是，则MSP 430单片机进入活动模式(AM，ACTVE MODE)，工作电流为300uA，MCP2030芯片进入工作状态，工作电流为13uA，而NRF9E5进入收发状态(TX/RX)，对应的工作电流为19/16mA。此时，MSP 430单片机可控制NRF9E5进行发射和接收工作，从而与所述阅读器进行数据和指令的交互。在超高频通信完成后，整个电子标签又再次进入深度睡眠状态。

综上所述，本实施例中，采用了高频唤醒和超高频收发的双频设计，相比单频的电子标签，具有穿透性好，信号强，兼容性好的优点。此外，仅在进入阅读器的阅读区时才会唤醒电子标签进入工作状态，在一般情况下保持在深度睡眠状态，因此，能大大减低功耗，延长电子标签的工作寿命。

为便于对本实用新型的理解，下面对本实用新型的一些优选实施例做更进一步的描述。

优选地，所述电子标签还包括电磁感应式无线充电模块，所述电磁感应式无线充电模块与所述电源40连接。

对于有源的电子标签，电源40的使用寿命直接影响到电子标签的使用寿命，因为对于一般人来说，更换电源40是非常麻烦的，且拆卸过程中非常容易导致电子标签的损害。

为此，在本实施例中，当电子标签进入到阅读器的感应区内时，所述电磁感应式无线充电模块可获取阅读器发出的射频能量(电磁场)，并使用该射频能量对所述电源40进行充电，从而可以延长所述电源40的使用寿命，进而延长了所述电子标签的使用寿命。

优选地，所述电子标签还包括标签外壳，所述高频模拟前端10、控制器20、超高频射频模块30以及电源40容置于所述标签外壳内；所述标签外壳上设置有防滑纹。

在本实施例中，所述标签外壳作为整个电子标签的支撑结构，起到保护电子标签内部的各个芯片的作用。一般来说，标签外壳采用塑料制成，考虑到塑料外壳可能比较滑，容易脱手，因此，本实施例中，在所述标签外壳上设置有防滑纹，以防止手滑脱落而导致电子标签损坏。

优选地，所述标签外壳设置有防污薄膜。

由于电子标签可能会频繁被使用，因此容易导致标签外壳比较脏，不仅影响用户的使用体验，还可能引起卫生问题。

为此，在本实施例中，所述标签外壳设置有防污薄膜，以使得所述电子标签保持在比较整洁的状态。

本实用新型实施例还提供了一种电子标签系统，包括阅读器以及上述任意实施例所述的兼容NFC与超高频RFID双频的电子标签，所述阅读器与所述电子标签无线连接。其具体工作原理已经在上述实施例做了陈述，本实用新型在此不做赘述。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。