[发明专利]内置天线的超高频智能标签芯片

说明书

技术领域

本发明涉及超高频射频通信领域和超高频智能标签芯片领域，尤其涉及一种内置天线的超高频智能标签芯片。

背景技术

近年来，由于射频电子技术的不断发展，特别是射频智能标签的广泛应用，正逐渐改变着人们的生活方式。常见的射频电子标签分为从电源供应方面区分有源和无源两大类；从载波频率方面区分有125KHz（130KHz）的低频频段、13.56MHz的高频频段、433MHz，860~960MHz的超高频频段、2.4GHz,5.8GHz的微波频段；电子标签的应用无处不在，因此产生了各种形状，适合不同应用要求的产品，使人们的生活更便利更高效。

常规的智能生产工艺是将智能标签芯片上的天线焊盘和外部天线的输入端连接起来，形成完整的射频谐振电路，实现无线射频通信的功能。但是，由于需要实现较远的通信距离，超高频智能标签在实际应用中一般是在1-10m的读写距离，因此外部天线的尺寸要求比较大，通常是做成长条形偶极子天线，如超高频物流标签。在某些特殊的场合，可以降低了通信距离的要求，做成异形的智能标签，方便使用。但即使是异形标签，天线也是必须的部件，其尺寸也还是相对比较大的，无法避开芯片和天线的物理连接。

为了让超高频射频智能标签能够更广泛地应用到日常生活中，一方面从成本上要降低到符合实际应用的需求，在某些场合，使体积缩小到某些特殊应用的场合，便于安装和使用，这就要求产品越做越小，越做越薄。

超高频频段，特别是大量应用的860-960MHz频段的智能标签，电路的天线末端谐振电路大都为偶极子双工收发天线，其天线的长度为工作点频率的波长的一半，如果要减小产品尺寸，势必要从缩小射频天线的尺寸或采用不同的极化方式两方面想办法。从缩小射频天线角度考虑，减小射频天线的尺寸后，天线的电感量将减小，天线的长度无法匹配到谐振频率的需求，在相同芯片输入电容匹配的情况下，需要加入外部匹配电容器，才能达到860-960MHz的谐振频率。

从另一个方面分析，最主要的是天线和芯片存在着物理连接，因此整体的尺寸商不能实现真正的微型化。

发明内容

本发明的目的是完善超高频智能标签芯片的功能，降低超高频智能标签产品的总体成本，实现具有市场竞争力和优势性价比的极微小型的具有完整的超高频智能标签功能的芯片。

本发明的技术适合在800MHz-10GHz的超高频智能标签芯片产品中。

内置天线的超高频智能标签芯片，由超高频天线、电源管理电路、调制解调电路、控制电路和存储器电路构成：

所述的超高频天线为通过光刻工艺设置在半导体基材上的单极子超高频天线，包含了螺旋形辐射单元、阻抗平衡单元、馈线、信号端口和接地金属面。

进一步的，所述的超高频天线，设置在芯片的最表面的2个电路层上，其中内部的1个电路层设置为接地面金属层，另1个表面的电路层设置为天线层；

所述的信号端口为一个信号输入输出端和一个信号地端的组合，信号输入输出端将馈线和调制解调电路的一个端口连接起来，信号地端连接接地面金属层；

所述的馈线为信号输入输出端到辐射单元的信号传输线路；

所述的阻抗平衡单元为馈线和辐射单元连接点到接地面间的连接线，调整天线的阻抗匹配；

所述的螺旋形辐射单元一端连接到馈线和阻抗平衡单元的连接点，另一端经螺旋天线环绕后在中心开放设置；

所述的接地金属面为设置在天线层背面的大片金属层，以电介质绝缘层相隔，和信号地端连接。

再进一步，所述超高频天线从信号端口处具有输入阻抗和电感；

所述的超高频天线的输入阻抗和芯片的输入阻抗共扼匹配；

所述的超高频天线的电感和芯片的内部容性部件满足所述工作频率处的谐振条件。

再进一步，所述螺旋形天线辐射单元具有螺旋型微带结构，螺旋型微带辐射单元加强了所述电感的量，使辐射单元的长度和阻抗平衡单元的长度总和远小于超高频天线工作频率处的波长的四分之一。

再进一步，所述超高频天线的一个信号输入输出端和一个信号地端之间设置了一个电容器，进一步缩小辐射单元的长度和阻抗平衡单元的长度总和。

再进一步，所述超高频天线和芯片输入电路组成的射频电路，其谐振频率为800MHz~10GHz。。

本发明的内置天线的超高频智能标签芯片，经过测试、减薄、切割、包装后就可以应用到实际项目中。