一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，包括射頻前端電路和數(shù)字基帶電路；射頻前端電路的整流電路通過(guò)L型阻抗匹配電路與電子標(biāo)簽的天線連接；L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp；電抗器件Zp并聯(lián)在整流電路的兩個(gè)輸入端之間；電抗器件Zs連接于整流電路的一個(gè)輸入端與電抗器件Zp的一端之間；電抗器件Zp的兩端分別與天線連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，利用L型阻抗匹配電路匹配的調(diào)節(jié)功能，將標(biāo)簽芯片的輸入阻抗Q值增大，有利于標(biāo)簽芯片和小型化天線的匹配。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電子標(biāo)簽芯片，具體涉及一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯 片。

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID)是20 世紀(jì)90年代開(kāi)始興 起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合，即交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú) 接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的。射頻識(shí)別技術(shù)以其自身的特點(diǎn)正在物 流供應(yīng)鏈、食品藥品溯源、車(chē)輛交通管理和門(mén)禁身份識(shí)別等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
[0003] 射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器及上位機(jī)三部分組成，其中電子標(biāo)簽由天線和 芯片兩部分構(gòu)成。射頻識(shí)別系統(tǒng)可工作于低頻、高頻、超高頻及微波頻段，其中超高頻RFID 系統(tǒng)由于工作距離遠(yuǎn)、讀取速度快、識(shí)別效率高、成本低廉、無(wú)需外接電池等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受 到各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的高度關(guān)注。超高頻RFID電子標(biāo)簽的工作原理是通過(guò)標(biāo)簽天線耦合閱讀 器發(fā)射的電磁信號(hào)并從中獲取能量和有用信息實(shí)現(xiàn)通信，天線和芯片之間的阻抗匹配程度 直接影響識(shí)別距離和通信效率。在紛繁復(fù)雜的應(yīng)用體系中，由于環(huán)境和空間的限制，標(biāo)簽天 線的設(shè)計(jì)受到諸多影響，而由于超高頻射頻識(shí)別的工作頻段限定為900MHz左右，其特征波 長(zhǎng)為30cm左右，這就決定了超高頻標(biāo)簽天線的尺寸應(yīng)為IOcm數(shù)量級(jí)，這一客觀原因?qū)е铝?普通超高頻標(biāo)簽在Icm尺度下無(wú)法很好工作，例如在酒類(lèi)瓶蓋內(nèi)部，藥品內(nèi)部，珠寶首飾銘 牌等應(yīng)用場(chǎng)景，大標(biāo)簽無(wú)法與目標(biāo)物品匹配的情況下，小型化天線勢(shì)必導(dǎo)致天線的Q值過(guò) 高，與普通低Q值大帶寬的標(biāo)簽芯片無(wú)法進(jìn)行阻抗匹配，直接影響標(biāo)簽的正常工作。解決該 問(wèn)題的唯一方法就是要提供一種能夠匹配天線阻抗，具有高Q值低寬帶的超高頻射頻識(shí)別 電子標(biāo)簽芯片，從而保證標(biāo)簽正常工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了滿(mǎn)足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本實(shí)用新型提供了一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯 片，所述標(biāo)簽芯片包括射頻如端電路和數(shù)字基帶電路；所述射頻如端電路包括整流電路、穩(wěn) 壓限流電路、解調(diào)電路、調(diào)制電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和上電復(fù)位電路；所述整流電路與電子標(biāo) 簽的天線連接，所述整流電路通過(guò)L型阻抗匹配電路與所述天線連接。
[0005] 優(yōu)選的，所述L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp ;
[0006] 優(yōu)選的，所述電抗器件Zp并聯(lián)在所述標(biāo)簽芯片中整流電路的兩個(gè)輸入端之間；所 述電抗器件Zs連接于所述整流電路的一個(gè)輸入端與所述電抗器件Zp的一端之間；
[0007] 所述電抗器件Zp的兩端分別與電子標(biāo)簽的天線連接；
[0008] 優(yōu)選的，L型阻抗匹配電路設(shè)置在標(biāo)簽芯片的頂層金屬上；
[0009] 優(yōu)選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為所述頂層金屬的沿邊產(chǎn)生的寄生電 容；
[0010] 優(yōu)選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為插指排布的寄生電容；
[0011] 優(yōu)選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為電感。
[0012] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)異效果是：
[0013] 1、本實(shí)用新型技術(shù)方案中，超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片中增加L型阻抗匹配電 路，利用匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)功能，將芯片的輸入阻抗Q值增大，有利于標(biāo)簽芯片和小型化天線 的匹配；
[0014] 2、本實(shí)用新型技術(shù)方案中，L型阻抗匹配電路的電抗器件采用標(biāo)簽芯片頂層金屬 邊沿產(chǎn)生的寄生電容，在不增加制造成本和芯片面積的前提下，加入匹配網(wǎng)絡(luò)電路，體現(xiàn)低 成本優(yōu)勢(shì)。
[0015] 3、本實(shí)用新型技術(shù)方案中，寄生電容采用插指排布設(shè)計(jì)，利用插指狀排布的方式， 最大限度的增加電容密度，有效利用芯片面積。同時(shí)加入頂層金屬引入的插指電容同時(shí)可 以掩蔽金屬下方的敏感射頻器件和ESD器件，使其不受外部電磁噪聲的干擾，保證通信的 高穩(wěn)定性和可靠性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017] 圖1 :本實(shí)用新型實(shí)施例中的超1?頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽俯視圖；
[0018] 圖2 :本實(shí)用新型實(shí)施例中的超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽剖視圖；
[0019] 圖3 :超商頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽的原理不意圖；
[0020] 圖4 :圖1中L型阻抗匹配電路的原理示意圖；
[0021] 圖5 :本實(shí)用新型實(shí)施例中超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片的輸入阻抗在史密斯阻 抗原圖上的變化軌跡；
[0022] 圖6 :本實(shí)用新型實(shí)施例中插指電容的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參 考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型 的限制。
[0024] 當(dāng)前超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽由于成本的限制，其標(biāo)簽芯片內(nèi)沒(méi)有匹配網(wǎng)絡(luò)，且 普通的低Q值寬帶匹配的電子標(biāo)簽對(duì)狹小空間嵌入使用的適應(yīng)性不好。
[0025] 另外，為了使得整個(gè)超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽功率傳輸最大化，需要將標(biāo)簽天線 的設(shè)計(jì)阻抗和標(biāo)簽芯片達(dá)到共軛匹配，也就是=i? +JT ;此時(shí)標(biāo)簽輸入阻抗和天 線等效阻抗的品質(zhì)因數(shù)相等，即Q = R/X ;-般來(lái)說(shuō)，芯片的輸入阻抗和芯片的電路結(jié)構(gòu)以 及功耗情況直接相關(guān)，目前大多數(shù)產(chǎn)品的Q值在5-15之間，因此需要將標(biāo)簽天線的Q值調(diào) 整到5-15之間實(shí)現(xiàn)識(shí)別距離最大化。
[0026] 標(biāo)簽天線阻抗的實(shí)部表征天線的輻射阻抗，也就是一個(gè)天線對(duì)外輻射能量的能 力；虛部表征天線通過(guò)折疊和閉環(huán)得到的等效電抗數(shù)值，是調(diào)整Q值的有效手段。但是在一 些空間受限或者環(huán)境惡劣的情況下，如酒類(lèi)瓶蓋內(nèi)部，藥品內(nèi)部等應(yīng)用環(huán)境，天線輻射能力 大大降低，直接導(dǎo)致天線的輻射阻抗急劇減小，而Q值急劇升高，這樣標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線 的阻抗嚴(yán)重失配，大大降低識(shí)別距離和通信效率。
[0027] -、本實(shí)用新型提供的超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，通過(guò)增加阻抗匹配電路能 夠任意調(diào)節(jié)標(biāo)簽芯片的輸入阻抗的品質(zhì)因數(shù)Q值，如圖1和圖2所示超高頻射頻識(shí)別電子 標(biāo)簽芯片包括射頻如端電路、數(shù)字基帶電路和存儲(chǔ)器；如圖3所不，射頻如端電路包括整流 電路、穩(wěn)壓限流保護(hù)電路、反向散射調(diào)制電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和上電復(fù)位電路，其中整流電 路與電子標(biāo)簽的天線連接；
[0028] 如圖3所示，本實(shí)施例中將整流電路與L型阻抗匹配電路連接后再接入天線。如 圖4所示，L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp ;電抗器件Zp 并聯(lián)在標(biāo)簽芯片中整流電路的兩個(gè)輸入端之間；電抗器件Zs連接于整流電路的一個(gè)輸入 端與電抗器件Zp的一端之間；電抗器件Zp的兩端分別與電子標(biāo)簽的天線連接。
[0029] 本實(shí)施例中電抗器件Zs和電抗器件Zp包括：
[0030] ①：L型阻抗匹配電路設(shè)置在標(biāo)簽芯片的頂層金屬上，電抗器件Zs和電抗器件Zp 均為所述頂層金屬的沿邊產(chǎn)生的寄生電容，該寄生電容為插指排布的寄生電容，如圖6所 /Jn 〇
[0031] ②：電抗器件Zs和電抗器件Zp還可以均采用電感。
[0032] 二、本實(shí)用新型提供的超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片的工作原理為：
[0033] 如圖4所示，標(biāo)簽芯片輸入阻抗的等效電路為電阻并聯(lián)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，輸入端 子為RF+和RF-，本實(shí)施例中L型阻抗匹配電路的電抗器件Zs與等效電路中電阻和電容組 成的并聯(lián)支路串聯(lián)；電抗器件Zp并聯(lián)在并聯(lián)支路和電抗器件Zs的連接支路的兩端。
[0034] 當(dāng)電抗器件Zs和電抗器件Zp若均為標(biāo)簽芯片頂層金屬的沿邊產(chǎn)生的寄生電容 時(shí)，該寄生電容圖可以等效為AB兩點(diǎn)之間接入了電容Cf，而整個(gè)電容位于標(biāo)簽芯片內(nèi)部電 路的上方，并不額外占用芯片面積；同時(shí)由于只使用了一層金屬，如果芯片需要修改為普通 產(chǎn)品，只要修改一層金屬的掩膜板（Mask)即可達(dá)到目的，產(chǎn)品切換的成本非常低。
[0035] 三、通過(guò)L型阻抗匹配電路調(diào)整標(biāo)簽芯片的輸入阻抗的過(guò)程為：
[0036] 調(diào)整電抗器件Zs和電抗器件Zp的電抗值的大小從而改變標(biāo)簽芯片的輸入阻抗品 質(zhì)因數(shù)Qdlip ;品質(zhì)因數(shù)Qdlip = XdlirZRdlip, Xdlip為標(biāo)簽芯片的等效電抗值，Rdlip為標(biāo)簽芯片的 等效電阻值；其中，輸入阻抗品質(zhì)因數(shù)Qdlip與超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽天線的品質(zhì)因數(shù)Qant相等。
[0037] 如圖5所示，當(dāng)沒(méi)有L型阻抗匹配電路的標(biāo)簽芯片阻抗為容性阻抗，位于圖5中Zca處，增加L型阻抗匹配電路后，阻抗位置發(fā)生了兩次移動(dòng)，達(dá)到圖5中Zc^處，從阻抗圓圖相 對(duì)位置可知，阻抗Zc^的Q值明顯高于Zca，通過(guò)選擇不同大小的電抗元件，可以自由調(diào)節(jié)阻 抗移動(dòng)的路線和最終的位置，達(dá)到任意調(diào)節(jié)芯片輸入阻抗Q值的目的。
[0038] 標(biāo)簽芯片的工作頻寬：
[0039] 超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率集中在900MHz頻段，依據(jù)《800/900MHZ頻段射頻 識(shí)別（RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定（試行）》，超高頻射頻識(shí)別產(chǎn)品應(yīng)該工作在840MHz?845MHz和 920MHz?925MHz兩個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)的通信帶寬為5MHz。本發(fā)明實(shí)施例中增加L型阻 抗匹配電路后芯片的工作頻寬為5MHz，從而滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29768-2013,即"《信息技術(shù)射 頻識(shí)別800/900MHZ空中接口協(xié)議》"對(duì)電子標(biāo)簽的工作要求：滿(mǎn)足電子標(biāo)簽對(duì)產(chǎn)品識(shí)別標(biāo) 簽的信息識(shí)別要求，主要是滿(mǎn)足如酒類(lèi)瓶蓋內(nèi)部，藥品內(nèi)部等空間受限或者環(huán)境惡劣的情 況下對(duì)產(chǎn)品識(shí)別標(biāo)簽的信息識(shí)別要求。
[0040] 四、本實(shí)用新型提供的一個(gè)具體實(shí)施例為：
[0041] 如圖4所示，標(biāo)簽芯片的輸入阻抗等效電路中R= 1550 Q，電容C = 0. 83pF，
[0042] 當(dāng)不加入L型阻抗匹配電路時(shí)：計(jì)算得到922MHz頻點(diǎn)，等效輸入阻抗Zc = 27. 4-204. 3j，品質(zhì)因數(shù)Q = 7.5 ;如果標(biāo)簽天線的Q值很高例如Q = 100,不妨設(shè)天線阻 抗Za = l+100j，此時(shí)由于阻抗嚴(yán)重失配導(dǎo)致強(qiáng)烈的能量反射，經(jīng)過(guò)計(jì)算反射系數(shù)Sll = 0. 995,等效進(jìn)入標(biāo)簽芯片內(nèi)部的能量不足總能量的1 %，即絕大多數(shù)能量都浪費(fèi)了，這將大 大影響系統(tǒng)效率，甚至無(wú)法保證系統(tǒng)正常工作。
[0043] 當(dāng)加入L型阻抗匹配電路時(shí)，如電抗器件Zs = 0. 5pF，電抗器件Zp = I. 42pF :標(biāo) 簽芯片的輸入阻抗被調(diào)整到Zc = 0.9-99.6j，經(jīng)過(guò)計(jì)算反射系數(shù)Sll = 0.22,等效進(jìn)入標(biāo) 簽芯片內(nèi)部的能量達(dá)到了總能量的95%以上，對(duì)整個(gè)電子標(biāo)簽效率的提升是巨大的。
[0044] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得 的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，所述標(biāo)簽芯片包括射頻前端電路和數(shù)字基帶電 路；所述射頻前端電路包括整流電路、穩(wěn)壓限流電路、解調(diào)電路、調(diào)制電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和 上電復(fù)位電路；所述整流電路與電子標(biāo)簽的天線連接，其特征在于，所述整流電路通過(guò)L型 阻抗匹配電路與所述天線連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述L型阻抗 匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zp并聯(lián)在所述標(biāo)簽芯片中整流電路的兩個(gè)輸入端之間；所述電抗器件Zs連接于所述整 流電路的一個(gè)輸入端與所述電抗器件Zp的一端之間； 所述電抗器件Zp的兩端分別與電子標(biāo)簽的天線連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，L型阻抗匹配 電路設(shè)置在標(biāo)簽芯片的頂層金屬上。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為所述頂層金屬的沿邊產(chǎn)生的寄生電容。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為插指排布的寄生電容。
7. 如權(quán)利要求3所述的一種超高頻射頻識(shí)別電子標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為電感。
【文檔編號(hào)】G06K19/073GK204143481SQ201420596409
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】管超, 郝先人 申請(qǐng)人:睿芯聯(lián)科（北京）電子科技有限公司