CN101847200A

CN101847200A - Rfid标签芯片的凹槽识别装置

Info

Publication number: CN101847200A
Application number: CN201010109407A
Authority: CN
Inventors: 谭洪舟; 胡建国; 王德明; 丁颜玉; 伍尚志
Original assignee: Individual
Current assignee: SYSUNG ELECTRONICS AND TELECOMM RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: CN101847200B

Abstract

本发明公开了一种运用同步电路和异步电路相结合的技术来识别RFID标签芯片的凹槽的装置，它包括凹槽整形单元和改进型密勒解码单元，凹槽整形单元用于将凹槽从无时钟的区域整形到有时钟的区域，并且将凹槽持续的时间由不确定度整形到确定的3个时钟周期，同时对时钟进行处理，将凹槽内的时钟过滤掉，改进型密勒解码单元准确的将编码信息解读出来。本发明通过同步电路和异步电路相分离，有效降低了芯片设计的难度，提高了芯片工作的稳定度，降低了对EDA工具的门槛要求，能够快速、准确的识别出凹槽的存在，并高效的将凹槽代表的编码信号解码；另外，本发明中采用的改进型密勒解码单元允许凹槽持续时间在协议规定的幅度内变化，具有很强的鲁棒性。

Description

RFID标签芯片的凹槽识别装置

技术领域

本发明涉及一种非接触式RFID标签芯片的凹槽识别技术，具体来说，涉及一种运用同步电路和异步电路相结合的技术来识别RFID标签芯片的凹槽的装置。

背景技术

非接触式RFID的通信过程中，RFID阅读器和标签芯片的通信如果采用100％ASK调制方式，将在调制过程中会出现pause(以下我们称之为凹槽)。在128个时钟周期内，凹槽出现的不同位置代表不同的编码信号，这些编码信号是采用改进型密勒编码进行传输的，RFID标签芯片需要对这些编码信号进行解码才能使后面的电路正常工作。然而凹槽的存在使得编码信号在解码过程中变得很困难，也使得凹槽识别电路更加复杂。RFID通信过程中，阅读器向标签芯片发送大量的编码数据，即存在大量的凹槽，如果凹槽不能准确识别或者识别率不高，则会造成解码失败，严重影响RFID的正常通信。

在128个时钟周期内，凹槽出现的位置不同将代表不同的改进型密勒编码信号，然而当出现一个凹槽的时候，是不存在时钟的，时钟的存在只有凹槽消失后才有。正常情况下，凹槽开始后以及结束之前，时钟是不存在的，但在实际电路中，凹槽开始后以及结束之前都会有残留的时钟，这些时钟的存在会引起错误的解码，因此必须将这些残留的时钟过滤掉，而在一般的同步电路中，是不能解决这些问题的。

已有的凹槽识别解决方法主要是在标签芯片的数字部分采用异步电路，利用带凹槽的编码信号的下降沿作为触发条件，识别出凹槽。但是如果使用异步电路，芯片的数字部分将不能使用通用的静态时序分析工具分析芯片的时序，同时也使得数字部分的综合以及布局布线变得更加困难。

还有一种识别凹槽的方法是采用计数器，将凹槽持续的时钟周期固定为常数，每经过一个凹槽，便开始计数，计数值在下一个凹槽到来时保存起来并根据计数值判断该编码信号代表的二进制数据。但是，凹槽持续的时钟周期是不确定的，凹槽的宽度是由阅读器决定，在不知道阅读器发送过来的数据的情况下，不能计算出凹槽的持续时间，因此，要想正确的实现解码，就得对凹槽进行处理，使得解码电路对凹槽持续时间范围内都能正确解码。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种运用同步电路和异步电路相结合的技术来识别RFID标签芯片的凹槽的装置，它包括用于将凹槽从无时钟的区域整形到有时钟的区域，同时过滤掉凹槽内的时钟的凹槽整形单元，以及将阅读器发送过的串行数据转化成并行数据，并准确地将编码信息解读出来的改进型密勒解码单元。

所述整形后的凹槽的持续时间为三个固定的时钟周期。

所述凹槽整形单元包括4个串联的D触发器、1个反相器和1个或非门，所述第一D触发器的输入端接逻辑“1”和凹槽的编码信号，所述反相器的输入端接复位信号，所述第二、第三和第四D触发器的时钟端接外部时钟输入，所述反相器的输出接到第二、第三和第四D触发器的清零端，复位信号和第四D触发器经过或非门后得到1个输出，将输出接到第一D触发器的清零端，第三D触发器的输出端同时连接整形电路输出。

所述改进型密勒解码单元包括一个八位计数器，用于计算两个凹槽期间出现的时钟数；包括一个解码状态机，用于控制解码过程中的信号状态转换；包括一个B状态脉冲产生，能够将无凹槽的编码信号用一个脉冲来表示，方便检测；包括一个数据检测，检测出8位计数器或B状态脉冲代表的编码信号；包括数据寄存，用于保存数据检测出来的当前信号和上一次检测信号；包括一个出错处理，用于处理数据检测和计数过程中出现的错误；包括一个串并转换，能够将解码出来的数据转换成九比特的输出；包括一个输出控制，能够输出接收结束信号、输出允许信号和输出比特数。

本发明的有益效果：通过同步电路和异步电路相分离，有效降低了芯片设计的难度，提高了芯片工作的稳定度，降低了对EDA工具的门槛要求，能够快速、准确的识别出凹槽的存在并高效的将凹槽代表的编码信号解码；另外，本发明中采用的改进型密勒解码单元允许凹槽持续时间在协议规定的幅度内变化，具有很强的鲁棒性，时钟快一点或慢一点对凹槽的识别和解码都不造成任何影响。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明凹槽整形单元原理示意图；

图3为本发明改进型密勒解码单元原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

本发明主要采用同步电路和异步电路相结合的方法来识别出信号的凹槽，并将信号转成可识别的二进制数据，本发明RFID标签芯片的凹槽识别装置能够有效的识别出凹槽的存在，有效的去除了凹槽持续时间内出现的残余时钟，并能够获得高效、稳定、准确的解码数据。

如图1所示，本发明的RFID标签芯片的凹槽识别装置包括凹槽整形单元1和改进型密勒解码单元2。凹槽整形单元1用于将凹槽从无时钟的区域整形到有时钟的区域，并且将凹槽持续的时钟周期由不确定周期整形到确定的3个时钟周期，同时对时钟进行处理，将凹槽内的时钟过滤掉，这个部分相当于异步电路，但是这个异步电路是在模拟部分完成，模拟部分不需要综合，也不需要用到静态时序分析，凹槽整形电路出来的信号完全可以在数字部分通过同步电路来实现；改进型密勒解码单元2的输入信号是由模拟前端恢复出来的时钟信号、复位信号以及凹槽整形单元的输出信号(整形电路输出)，整个功能模块在数字部分完成，同时也是数模接口部分，完全由同步电路实现，易于综合并且分析静态时序，数字部分解码模块功能完善，具有检错能力，一旦发生错误，可以及时给出错误信息，并提示相应的后处理操作，具备串并转换功能，能将阅读器发送过来的串行数据转化为并行数据，并交给后续模块处理，同时解码模块有很强的适应性，一旦凹槽长度发生变化，而这个变化在协议规定的范围内，改进型密勒解码单元2就能准确的将编码信息解读出来，不必担心解码会受到阅读器的影响。

本发明的实施例：假设未经过整形的改进型密勒编码信号带有凹槽，凹槽长度在2.0us和3.5us的范围内，凹槽有三种序列：序列A，在64/fc时间后，一个凹槽应出现；序列B，在整个位持续时间(128/fc)，没有凹槽出现；序列C，在位持续时间开始时，一个凹槽应出现。然而，当凹槽出现的时候，对应的时钟触发信号是消失的，没有任何时钟，也就没法对电路进行任何操作。

如图2所示，凹槽整形单元1的设计方案为：D触发器11的输入端接逻辑“1”，D触发器11的时钟端接整形电路输入(该输入即为100％ASK解调后存在凹槽的编码信号)、反相器15的输入端接复位信号、D触发器12、13和14的时钟端接外部时钟输入(该时钟为芯片模拟前端使用时钟恢复电路产生的时钟)，整形电路的输出就是凹槽整形单元的输出。D触发器11、12、13和14串联连接，将反相器15的输出端接到D触发器12、13和14的清零端，复位信号和D触发器16经过或非门后得到一个输出，将该输出接到D触发器11的清零端。电路经过D触发器的延时，可以将凹槽的长度变为3个时钟周期，同时将凹槽整形到凹槽结束后的第一个时钟周期，以3个周期的正脉冲表示。

改进型密勒解码单元2的设计原理如图2所示，改进型密勒解码单元包括时钟输入、解码输入和复位信号三个输入信号，以及出错输出、9位解码输出、接收结束信号、输出允许和输出比特数五个输出信号。改进型密勒解码单元2内部有8个功能模块，分别是：8位计数器21、解码状态机22、B状态脉冲产生23、数据检测24、数据寄存25、出错处理26、串并转换27和输出控制28。

8位计数器21：在通信的开始，从阅读器发过来的数据经过解调后得到时钟输入，当凹槽存在时时钟消失，只有凹槽不存在时时钟才能够控制解码的各个模块，解码输入是经过凹槽整形单元处理后的解码模块数据输入信号(整形电路输出)，当解码输入为低电平的时候，8位计数器开始工作，对每个时钟的上升沿计数；当解码输入为高电平的时候，将计数器当前值保存到寄存器，这里要注意到解码输入为低电平时时钟可能消失，即时钟没有上升沿的存在而始终保持为低电平，此时，计数器不计数。

解码状态机22：定义四个状态，分别代表A、B、C、D，其中A/B/C为已经定义好的三种序列，而D为出错处理状态。由凹槽的定义可以知道凹槽时间范围是2.0us～3.5us，则凹槽大概在27至46个时钟范围内变化。因此，在对计数器的判断中，必须保留一定的模糊度，比如，两个C状态之间的时间应该在82至101个时钟。解码状态机根据锁存计数值决定下一个状态的转变。如果计数有错，则将状态转为D，进行出错处理。

B状态脉冲产生23：B状态在整个位持续时间(128/fc)，没有调制出现。此时没有凹槽的存在，即解码输入在B状态保持为0，因此，必须对B状态的产生作相应的处理。当前状态为A时，将在计数值为106时产生B状态；当前状态为C状态时，将在计数值为180时产生B状态；当前状态为B状态时，将在计数值为232时产生B状态。

数据检测24：可以根据8位计数器和B状态脉冲产生检测到凹槽的存在，一旦23的输出脉冲为高电平，便检测到一个B状态。当脉冲为低电平时，判断解码状态，当解码状态为A时检测到A状态，当解码状态为C时检测到C状态。

数据寄存25：根据数据检测24的3个输出信号：信号a、信号b、信号c，将这三个信号保存在寄存器里，同时输出当前检测信号和最后一次检测信号。

出错处理26：按照协议的要求，凹槽是有一定的长度限制的，超过了规定的范围，出错处理模块将检测到错误并提示后续处理模块，出错处理模块还可以检测到明显的帧格式错误，出错处理模块的应用，增强了解码的有效性和电路的鲁棒性。

串并变换27：将串行解码信号变成9位并行的解码输出。

输出控制28：根据最后一次检测信号和当前检测信号，并发送接受结束信号、输出允许和输出比特数等控制信号。

根据以上的说明，结合凹槽整形单元和改进型密勒解码单元，可以完成凹槽的识别和凹槽携带信号的解码，凹槽整形单元采用模拟电路实现，一共4个D触发器、一个2输出或非门和一个反相器，其硬件实现代价小，设计方便；改进型密勒解码单元采用同步电路实现，避免了使用异步电路造成的数字部分综合、时序分析等问题，提高了数字部分的稳定性，避免了异步电路容易引起的毛刺问题，另外同步电路的实现也使得EDA工具在设计中更为方便、安全。

Claims

1.一种RFID标签芯片的凹槽识别装置，其特征在于，它包括用于将凹槽从无时钟的区域整形到有时钟的区域，同时过滤掉凹槽内的时钟的凹槽整形单元，以及将阅读器发送过来的串行数据转化成并行数据，并准确地将凹槽携带的编码信息解读出来的改进型密勒解码单元。

2.根据权利要求1所述的RFID标签芯片的凹槽识别装置，其特征在于，所述整形后的凹槽的持续时间为三个固定的时钟周期。

3.根据权利要求2所述的RFID标签芯片的凹槽识别装置，其特征在于，所述凹槽整形单元包括四个串联的D触发器、一个反相器和一个或非门，所述第一D触发器的输入端接逻辑“1”和凹槽的编码信号，所述反相器的输入端接复位信号，所述第二、第三和第四D触发器的时钟端接外部时钟输入，所述反相器的输出接到第二、第三和第四D触发器的清零端，复位信号和第四D触发器经过或非门后得到一个输出，将输出接到第一D触发器的清零端，第三D触发器的输出端同时连接整形电路输出。

4.根据权利要求3所述的RFID标签芯片的凹槽识别装置，其特征在于，所述改进型密勒解码单元包括一个八位计数器，用于计算两个凹槽期间出现的时钟数；包括一个解码状态机，用于控制解码过程中的信号状态转换；包括一个B状态脉冲产生，能够将无凹槽的编码信号用一个脉冲来表示，方便检测；包括一个数据检测，检测出8位计数器或B状态脉冲代表的编码信号；包括数据寄存，用于保存数据检测出来的当前信号和上一次检测信号；包括一个出错处理，用于处理数据检测和计数过程中出现的错误；包括一个串并转换，能够将解码出来的数据转换成九比特的输出；包括一个输出控制，能够输出接收结束信号、输出允许信号和输出比特数。