近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)是人們普遍關(guān)注的一項(xiàng)新技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，得到迅速的發(fā)展。目前在實(shí)際應(yīng)用中的電子標(biāo)簽大多基于單頻段的RFID技術(shù)，不能滿足遠(yuǎn)近系統(tǒng)精準(zhǔn)化的管理以及其他業(yè)務(wù)需求。有些公司提出把兩個(gè)單頻的電子標(biāo)簽復(fù)合在一起組成一個(gè)雙頻的電子標(biāo)簽，雖然在一定程度上滿足了業(yè)務(wù)需求，但兩個(gè)單頻的標(biāo)簽相互獨(dú)立，使用起來(lái)不方便。本文提出一種集成的雙頻RFID電子標(biāo)簽芯片，可以把兩個(gè)或多個(gè)頻段的電子標(biāo)簽集成在一顆芯片里，使兩個(gè)頻段共用芯片的電源、中央控制邏輯電路和存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻段的相互協(xié)調(diào)工作，避免兩個(gè)頻段同時(shí)工作產(chǎn)生電源沖突和讀寫存儲(chǔ)器的沖突問題；

現(xiàn)有的雙頻RFID標(biāo)簽解決方案

針對(duì)現(xiàn)有的單頻段RFID電子標(biāo)簽不能同時(shí)滿足遠(yuǎn)近距離、高速識(shí)別、高穿透力的應(yīng)用需求，行業(yè)提出一種復(fù)合的雙頻RFID電子標(biāo)簽，，復(fù)合的電子標(biāo)簽包括兩個(gè)部分：第一頻段的電子標(biāo)簽和第二頻段的電子標(biāo)簽，兩個(gè)頻段的標(biāo)簽相互獨(dú)立，它們有各自的芯片和天線，它們組合在一起封裝在一個(gè)裝配體（標(biāo)簽外殼）中形成一個(gè)雙頻段電子標(biāo)簽[2]。雖然兩個(gè)頻段的標(biāo)簽相互獨(dú)立，但在實(shí)際應(yīng)用中它們的數(shù)據(jù)需要相互關(guān)聯(lián)或共享，就需要在兩個(gè)標(biāo)簽芯片中寫入相同的數(shù)據(jù)，比如TID和UID數(shù)據(jù)，即相同的數(shù)據(jù)需要寫兩遍。

無(wú)源雙頻RFID電子標(biāo)簽芯片系統(tǒng)方案。包括第一頻段的射頻前端電路模塊和第二頻段的射頻前端電路模塊、狀態(tài)檢測(cè)電路模塊、中央控制邏輯電路模塊、電源電路模塊、存儲(chǔ)器電路等。兩個(gè)射頻模塊分別處理兩個(gè)頻段射頻信號(hào)的接收、解調(diào)和發(fā)送。電源模塊把兩個(gè)射頻模塊接收的電能轉(zhuǎn)換成電壓穩(wěn)定的直流電源，為芯片的各模塊供電。狀態(tài)檢測(cè)模塊檢測(cè)兩個(gè)頻段射頻端口的激活狀態(tài)，識(shí)別出哪個(gè)頻段被激活，并把該頻段的激活狀態(tài)信息傳遞給中央控制邏輯電路模塊。中央控制邏輯電路模塊根據(jù)相關(guān)的RFID通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)解析兩個(gè)射頻前端接收的指令并響應(yīng)指令、讀寫存儲(chǔ)器以及返回相關(guān)的數(shù)據(jù)，并依據(jù)兩個(gè)射頻端口的激活狀態(tài)指示信號(hào)確定兩個(gè)頻段讀寫存儲(chǔ)器的優(yōu)先次序。兩個(gè)頻段共用電源、存儲(chǔ)器、中央控制邏輯電路，可以使兩個(gè)頻段相互協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的共享，避免兩個(gè)頻段同時(shí)工作時(shí)出現(xiàn)電源電壓相互沖突問題和兩個(gè)頻段同時(shí)讀寫存儲(chǔ)器的沖突問題。

雙頻rfid電子標(biāo)簽有低頻端口和超高頻端口，分別接低頻標(biāo)簽天線和超高頻標(biāo)簽天線，接收低頻和超高頻射頻信號(hào)。兩個(gè)射頻端口可單獨(dú)連接低頻或超高頻天線制成低頻或超高頻單頻段電子標(biāo)簽，也可以同時(shí)連接一個(gè)低頻天線和一個(gè)超高頻天線制成雙頻電子標(biāo)簽。當(dāng)該芯片制成雙頻電子標(biāo)簽時(shí)，在低頻和超高頻同時(shí)激活時(shí)，低頻工作優(yōu)先，芯片會(huì)自動(dòng)切換到低頻工作模式；在只有一種低頻或超高頻單獨(dú)激活時(shí)，該電子標(biāo)簽芯片自動(dòng)選擇相對(duì)應(yīng)頻段的工作模式。

芯片的低頻段和超高頻段共用存儲(chǔ)器，有相同的TID號(hào)，相同的數(shù)據(jù)只需寫一次即可，并且存儲(chǔ)用戶區(qū)的數(shù)據(jù)共享。

雙頻rfid電子標(biāo)簽制作 電源管理模塊

提出的雙頻RFID標(biāo)簽芯片方案中，解決兩個(gè)頻段同時(shí)工作時(shí)產(chǎn)生電源沖突和讀寫存儲(chǔ)器沖突問題的關(guān)鍵在于電源管理模塊。使用統(tǒng)一的電源供電和狀態(tài)檢測(cè)，使各種沖突問題迎刃而解。因此下面重點(diǎn)闡述雙頻RFID標(biāo)簽芯片的電源管理電路，對(duì)于單個(gè)頻段的射頻前端電路，在很多文獻(xiàn)中都有詳細(xì)描述，本文不再贅述。

雙頻RFID標(biāo)簽芯片中，兩個(gè)頻段既可以單獨(dú)工作，也可以同時(shí)工作，因此芯片既可以由低頻端口的磁場(chǎng)供電，也可以由超高頻端口的電磁場(chǎng)供電，并且兩邊的供電壓都有較大的變化范圍。芯片電源管理電路的功能就是管理低頻和超高頻的供電電源，使它們對(duì)系統(tǒng)供電時(shí)不產(chǎn)生沖突。當(dāng)標(biāo)簽處于低頻磁場(chǎng)中，LF狀態(tài)檢測(cè)電路檢測(cè)低頻段的電壓，當(dāng)其達(dá)到設(shè)定的電壓閾值時(shí)就輸出低頻激活狀態(tài)信號(hào)，使數(shù)字電路切換到低頻工作模式，實(shí)現(xiàn)低頻工作優(yōu)先，解決兩個(gè)頻段同時(shí)讀存儲(chǔ)器的沖突問題。

雙頻rfid電子標(biāo)簽 UHF端的整流電路，超高頻端的電源恢復(fù)電路采用電荷泵整流電路，如圖3所示。將從天線接收下來(lái)的UHF射頻信號(hào)恢復(fù)出直流電源VDU，為芯片的后續(xù)電路提供原始的電源

雙頻rfid電子標(biāo)簽制作電源整合及電壓調(diào)節(jié)電路；經(jīng)過(guò)超高頻整流電路和低頻整流電路輸出的兩個(gè)電源VDU和VDL需要整合成一個(gè)電源為芯片供電，并且由于整流電路提供的輸出電壓隨環(huán)境因素變化，它還不能滿足為后續(xù)電路供電的要求，因此還需要一個(gè)電壓調(diào)節(jié)電路，提供一個(gè)較為穩(wěn)定的電壓，作為整個(gè)芯片電路的工作電壓。

電源整合及電壓調(diào)節(jié)電路；Pmos晶體管MP3作為電源整合開關(guān)，當(dāng)它截止時(shí)，由VDU為芯片供電，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)，把VDL連接到VDU，由VDL為芯片供電。為了防止MP3露電，需要把MP3的襯底連接VDU和VDL兩者中電壓較高的一個(gè)，因此MP1和MP2作為MP3的襯底電壓選擇開關(guān)，當(dāng)MP1導(dǎo)通MP2截止時(shí)，選擇VDU作為MP3的襯底電壓，反之則選擇VDL作為MP3的襯底電壓。反相器inv1、MN1、MN2、MP4、MP5作為電平轉(zhuǎn)換電路，對(duì)輸入信號(hào)LF_flag進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)超高頻端被激活而低頻端沒有被激活時(shí)，LF_flag為低電平，節(jié)點(diǎn)V1為高電平，V2為低電平，MP1導(dǎo)通，MP2和MP3截止，由VDU為芯片供電；當(dāng)超高頻端沒有被激活而低頻端被激活時(shí)，LF_flag為高電平，節(jié)點(diǎn)V1為低電平，V2為高電平，MP1截止，MP2和MP3導(dǎo)通，由VDL為芯片供電；當(dāng)超高頻端和低頻端同時(shí)被激活時(shí)，LF_flag為高電平，節(jié)點(diǎn)V1為低電平，V2為高電平，MP1截止，MP2和MP3導(dǎo)通，此時(shí)VDU和VDL同時(shí)為芯片供電，由于芯片設(shè)計(jì)成低頻工作優(yōu)先，因此此時(shí)的芯片工作在低頻優(yōu)先工作狀態(tài)。基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)與電源電壓無(wú)關(guān)的參考源。輸出電源VDD電壓經(jīng)電阻R1和R2分壓后與基準(zhǔn)電壓相比較，通過(guò)運(yùn)算放大器AMP1放大其差值來(lái)控制MP6晶體管的柵極電壓，使得輸出電壓VDD與基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

雙頻rfid電子標(biāo)簽制作 芯片測(cè)試結(jié)果，雙頻RFID電子標(biāo)簽芯片電路基于某代工廠 0.18 μm的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝設(shè)計(jì)并流片。芯片的電源整合及電壓調(diào)節(jié)電路的仿真結(jié)果，在500 μs之前電路由超高頻端供電，此時(shí)VDU供電電壓為2.2 V，VDD輸出電壓為1.18 V，LF_flag為低電平，VDL為低電壓，雖然VDL上有很大的干擾信號(hào)，但由于此時(shí)中MP3晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，VDL與VDU斷開，VDL上的干擾信號(hào)對(duì)VDU沒有產(chǎn)生影響；在500 μs之后VDL電壓為2.7 V，LF_flag為高電平，此時(shí)由低頻端供電或者由低頻端和超高端同時(shí)供電，VDU的電壓取兩個(gè)輸入電壓的較高者。不管是由低頻端供電還是由超高頻端供電，VDD輸出穩(wěn)定的電壓為整個(gè)芯片電路供電。