超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阻抗匹配方法，具体涉及一种用于超高频射频识别电子标签芯片 的片上阻抗匹配方法。
【背景技术】
[0002] 射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID)是 20 世纪 90 年代开始 兴起的一种自动识别技术，该技术利用射频信号通过空间耦合，即交变磁场或电磁场，实现 无接触信息传递并以所传递的信息实现识别。射频识别技术以其自身的特点正在物流供应 链、食品药品溯源、车辆交通管理和门禁身份识别等领域发挥着越来越重要的角色。
[0003] 射频识别系统由电子标签、阅读器及上位机三部分组成，其中电子标签由天线和 芯片两部分构成。射频识别系统可在低频、高频、超高频及微波频段下工作，其中超高频 RFID系统具有工作距离远、读取速度快、识别效率高、成本低廉、无需外接电池等优点，越来 越受到各个行业的青睐。超高频RFID电子标签的工作原理是通过标签天线耦合阅读器发 射的电磁信号并从中获取能量和有用信息而实现通信的，天线和芯片之间的阻抗匹配程度 对识别距离和通信效率有着直接影响。在纷繁复杂的各种应用体系中，由于环境和空间的 限制，标签天线的设计受到诸多影响，而由于超高频射频识别的工作频段限定为900MHz左 右，其特征波长为30cm左右，这就决定了超高频标签天线的尺寸应为10cm数量级，这一客 观原因导致了普通超高频标签在lcm尺度下无法很好工作，例如在酒类瓶盖内部，药品内 部，珠宝首饰铭牌等应用场景，大标签无法与目标物品匹配的情况下，小型化天线势必导致 天线的Q值过高，与普通低Q值大带宽的标签芯片无法进行阻抗匹配，直接影响标签的正常 工作。因此需要提供一种芯片阻抗匹配技术以提高超高频射频识别电子标签芯片的Q值， 以拓宽标签的应用环境。
【发明内容】
[0004] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种超高频射频识别电子标签芯片的片 上阻抗匹配方法，所述方法包括下述步骤：
[0005] 步骤1 :构建标签芯片输入阻抗的等效电路；所述等效电路为电阻并联电容的二 端网络；
[0006] 步骤2 :在所述等效电路的输出端增设L型阻抗匹配电路。
[0007] 优选的，所述L型阻抗匹配电路的两条支路分别包括电抗器件Zs和电抗器件Zp ;
[0008] 所述电抗器件Zs与所述等效电路中电阻和电容组成的并联支路串联；
[0009] 所述电抗器件Zp并联在所述并联支路和所述电抗器件Zs的连接支路的两端；
[0010] 优选的，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电容器件；
[0011] 优选的，所述电容器件为所述芯片的顶层金属边沿产生的寄生电容；
[0012] 优选的，通过插指排布设计所述顶层金属边沿产生的寄生电容；
[0013] 优选的，所述电抗器件Zs和电抗器件Zp为电感器件；
[0014] 优选的，调整所述电抗器件Zs和电抗器件Zp的电抗值的大小从而改变所述芯片 的输入阻抗品质因数Q^ p;
[0015] 所述品质因数Q# = ΧΑ?ρ/?Ρ，ΧΑ?ρ为所述芯片的等效电抗值，R^p为所述芯片 的等效电阻值；
[0016] 优选的，所述输入阻抗品质因数QA1P与超高频射频识别电子标签天线的品质因数 Qant相等；
[0017] 优选的，所述芯片的工作频宽为5MHz，以满足标准GB/T 29768-2013对电子标签 的工作要求。
[0018] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
[0019] 1、本发明技术方案中，超高频射频识别电子标签芯片中增加 L型阻抗匹配电路， 利用匹配网络的调节功能，将芯片的输入阻抗Q值增大，有利于标签芯片和小型化天线的 匹配；
[0020] 2、本发明技术方案中，L型阻抗匹配电路的电抗器件采用标签芯片顶层金属边沿 产生的寄生电容，在不增加制造成本和芯片面积的前提下，加入匹配网络电路，体现低成本 优势。
[0021] 3、本发明技术方案中，寄生电容采用插指排布设计，利用插指状排布的方式，最大 限度的增加电容密度，有效利用芯片面积。同时加入顶层金属引入的插指电容同时可以掩 蔽金属下方的敏感射频器件和ESD器件，使其不受外部电磁噪声的干扰，保证通信的高稳 定性和可靠性。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0023] 图1是：现有技术中超1?频射频识别电子标签芯片的等效输入电路；
[0024] 图2是：本发明实施例中超1?频射频识别电子标签芯片的等效输入电路；
[0025] 图3是：本实施例中超高频射频识别电子标签芯片的输入阻抗在史密斯阻抗原图 上的变化轨迹；
[0026] 图4是：本发明实施例中插指电容的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028] 当前超高频射频识别电子标签由于成本的限制，其芯片内没有匹配网络，且普通 的低Q值宽带匹配的电子标签对狭小空间嵌入使用的适应性不好。
[0029] 另外，为了使得整个超高频射频识别电子标签功率传输最大化，需要将标签天线 的设计阻抗和标签芯片达到共轭匹配，也就是+ ;此时标签输入阻抗和天 线等效阻抗的品质因数相等，即Q = R/X ;-般来说，芯片的输入阻抗和芯片的电路结构以 及功耗情况直接相关，目前大多数产品的Q值在5-15之间，因此需要将标签天线的Q值调 整到5-15之间实现识别距离最大化。
[0030] 标签天线阻抗的实部表征天线的辐射阻抗，也就是一个天线对外辐射能量的能 力；虚部表征天线通过折叠和闭环得到的等效电抗数值，是调整Q值的有效手段。但是在一 些空间受限或者环境恶劣的情况下，如酒类瓶盖内部，药品内部等应用环境，天线辐射能力 大大降低，直接导致天线的辐射阻抗急剧减小，而Q值急剧升高，这样标签芯片和标签天线 的阻抗严重失配，大大降低识别距离和通信效率。
[0031] 本发明提供的超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法，通过增加阻抗 匹配电路能够任意调节标签芯片的输入阻抗的品质因数Q值，具体步骤为：
[0032] 1、构建标签芯片输入阻抗的等效电路；
[0033] 如图1所示，等效电路为电阻并联电容的二端网络，输入端子为RF+和RF-。
[0034] 2、在上述等效电路的输出端增加 L型阻抗匹配电路；
[0035] 如图2所示，L型阻抗匹配电路的两条