[发明专利]一种用于射频识别标签的时钟产生电路及其校准方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及射频识别RFID技术领域，特别是射频识别系统标签芯片的本地时钟产生电路及其校准方法。

背景技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification, RFID）是一种非接触式自动识别技术，利用射频信号和空间耦合传输特性，实现对被识别目标的自动识别。RFID系统通常由读卡器、射频标签和数据管理系统组成。射频标签按照获得能量方法的不同，可以分为有源电子标签、半有源电子标签和无源电子标签三种。有源电子标签和半有源电子标签识别距离远，但由于需要微电池，故其体积大、成本高。无源电子标签不需要外部电源，而是利用电源恢复技术，直接从天线接受的射频信号中恢复出能量，为其提供工作电压。无源电子标签以其体积小、重量轻、成本低、寿命长、便于携带等突出优点，成为近几年射频识别领域的研究热点。

在射频识别应用系统中，均对标签和读卡器之间通讯的码率大小、码率精度、编码方式、编码信号占空比以及芯片的工作温度范围等有一定的要求，并且，往往标签所使用的不挥发存贮器NVM对工作时钟的时钟频率大小、时钟占空比等也有一定的要求。以上的种种要求都可以划归到对标签芯片的片上时钟相关参数的要求，例如时钟频率范围、时钟频率精度、时钟占空比、电压抑制比和温度特性等。综合上述种种系统需求，一般要求时钟频率在一个有限的范围内，并且要求其随着环境因素温度等的变化，时钟频率也能够保持在这个范围内。

无论对于有源射频标签、半有源射频标签，还是对于无源射频标签，由于都没有片外的晶体振荡器提供精确的频率参考，是自由振荡，故射频标签的振荡器的振荡频率有一定的离散性。该离散性主要来自三方面原因。首先，集成电路的制造工艺的离散性会导致振荡器振荡频率的离散性；并且，受标签应用环境温度的影响，振荡器的振荡频率也会随环境温度的变化而变化；同时，由于无源射频标签所采用的片上振荡器所使用的电源是由片上电源恢复电路从射频信号中恢复出的直流电源，受天线和标签芯片的匹配关系、幅度调制、场区场强大小、识别距离、电源恢复电路的负载变化等因素的影响，该电源恢复电路输出的直流电源电压不太稳定，有一定程度的纹波，在某些情况下，该纹波幅度还比较大，可达0.5V（电源电压为1.8V）左右。以上种种原因导致无源射频标签芯片片上振荡器的振荡频率的离散性比较大。

针对典型RFID标签应用的10MHz以下时钟频率的无线系统，目前低功耗振荡电路所使用的常用技术一般有环形振荡器（Ring Oscillator）、RC驰豫振荡器（Relaxation Oscillator）等。环形振荡器的优点是功耗低，但是，其振荡频率受工艺和环境温度的影响，芯片振荡频率的离散性较大，环境适应性不太理想。RC驰豫振荡器的优点是较之环形振荡器其振荡频率受环境的影响相对较小，频率的离散性也相对较小，但是，其频率仍然受工艺和温度的影响而呈现一定的离散性，并且，为了保证频率满足设计要求，其功耗就会增加。

对于有源射频标签，为了延长电池的使用寿命，就必须使用低功耗处理技术，不能使时钟频率很高。同时，对于无源射频标签，由于没有外加电源，为了提高识别效率和识别距离，就需要对其各个电路模块应用低功耗设计技术。振荡器电路就是其中很重要的一个模块，其功耗的高低不仅关系着整体功耗，并且，由于数字电路的动态功耗和工作时钟频率成正比，其时钟频率的高低还直接关系数字电路的动态功耗，为了降低数字电路的功耗，就需要尽量使用较低的时钟频率。

上述原因导致标签芯片片上振荡器的离散性会对无源射频标签的识别造成如下影响。首先，该离散性可能导致标签返回的码率大小、码率精度不符合协议要求，并可能导致标签接收解码出错，从而，降低芯片的成品率。另外，为了防止出现上述问题，就必须加大振荡频率，但是，振荡器如果工作在较高频率，其本身的功耗以及后续数字电路的功耗就会加大，这样就会导致芯片整体的功耗加大，从而造成标签芯片的识别距离性能指标下降。为了满足无源射频识别系统对时钟频率精度的要求、提高对制造工艺、应用环境温度的兼容性，为了减小或者避免电源电压的纹波对识别性能的影响，为了降低标签芯片的整体功耗，提高芯片的成品率和识别距离，就需要一种低功耗校准技术，对标签振荡器的时钟频率进行校准，以补偿集成电路制造工艺、电源电压和环境温度对振荡频率的影响，使其时钟频率确保在协议要求的精度范围内。

发明内容