МЕТКА РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Полезная модель относится к интегральным микросхемам меток радиочастотной идентификации пассивного действия, передающих информацию с помощью радиосигнала, модулированного по амплитуде посредством изменения степени поглощения энергии волн, излучаемых считывающим устройством. Электропитание меток тоже осуществляется за счет излучаемой энергии.
Известны пассивные метки радиочастотной идентификации без питающего элемента, взаимодействие которых с устройством считывания основано на принципе взаимной индукции. Когда антенна метки, настроенная на частоту излучения устройства считывания, попадает в создаваемое его антенной электромагнитное поле, в ней наводится ток. Полученная меткой энергия рассеивается, что приводит к снижению амплитуды электромагнитных волн, регистрируемому считывающим устройством, см., например, патент США №3810147, НПК 340/280, МПК G01S 9/56, опубликованный 7 мая 1974 г. [1].
Такая метка представляет собой LC-контур с пониженной добротностью. Она не позволяет различать объекты, так как способна только извещать о факте ее попадания в зону считывания.
Этот недостаток отсутствует у метки, которая представляет собой пассивный приемопередатчик с однократно программируемой памятью, в которую заносится уникальный номер. Метка, попадая в поле считывания, получает ток, наведенный в антенне, который выпрямляется, и поступает на схему метки. Данные из памяти управляют ключом, периодически подсоединяющим активное сопротивление параллельно LC-контуру, и этим осуществляющим амплитудную модуляцию волны, излучаемой считывающим устройством. Так происходит передача уникального номера от метки к устройству считывания. Метка, работающая по данному принципу, описана в спецификации изделия ЕМ4100 - Read Only Contactless Identification Device ф. EM Microelectronic - Marin SA, 2004 г. [2]. По технической сущности она наиболее близка к заявляемой полезной модели.
Метка радиочастотной идентификации содержит резонансный конденсатор и конденсатор питания, модулятор выходных данных, двухполупериодный выпрямитель, первый и второй входы переменного напряжения которого вместе с первыми и вторыми выходами модулятора выходных данных и выводами резонансного конденсатора соответственно соединены с первым и вторым выводами устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, а выходы положительного и отрицательного полюсов выпрямленного напряжения соответственно соединены с шинами положительного и отрицательного полюсов напряжения питания и с первым и вторым выводами конденсатора питания, экстрактор тактовых импульсов, вход которого соединен с первым выводом устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, схему управления, схему кодирования выходных данных и схему постоянного запоминающего устройства последовательного доступа, вход разрешения считывания которой соединен с соответствующим выходом схемы управления, а выход данных подключен к соответствующему входу схемы кодирования выходных данных, вход управления которой подключен к соответствующему выходу схемы управления, а выход соединен со входом модулятора выходных данных.
В устройстве - аналоге тактовые импульсы формируются экстрактором посредством преобразования синусоидального напряжения, наведенного на резонансном LC-контуре электромагнитным полем считывания, в импульсное с частотой, в определенное число раз деленной относительно частоты излучения считывающего устройства.
Нулевые и единичные значения разрядов выходных данных метка выдает в манчестерском коде, предусматривающем включение режима модуляции - процесса более интенсивного поглощения энергии поля считывания соответственно в первом и во втором полупериодах следования тактовых импульсов. Считывание информации из памяти, сопровождаемое повышением потребления энергии, происходит в начале каждого такта. Если в конце предыдущего такта метка работала в режиме модуляции, расходуя энергию, накопленную в конденсаторе питания, этой энергии может не хватить для считывания.
Недостаточное для нормального электропитания метки накопление энергии имеет место при большом удалении ее от считывающего устройства и в случае неточной настройки резонансного LC-контура на частоту излучения считывания.
Технический результат полезной модели заключается в повышении дальности срабатывания метки и обеспечении ее работоспособности в условиях разброса значений емкости и индуктивности элементов резонансного LC-контура.
Технический результат достигается тем, что в метке радиочастотной идентификации, содержащей резонансный конденсатор и конденсатор питания, модулятор выходных данных, двухполупериодный выпрямитель, первый и второй входы переменного напряжения которого вместе с первым и вторым выходами модулятора выходных данных и выводами резонансного конденсатора соответственно соединены с первым и вторым выводами устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, а выходы положительного и отрицательного полюсов выпрямленного напряжения соответственно соединены с шинами положительного и отрицательного полюсов напряжения питания и с первым и вторым выводами конденсатора питания, экстрактор тактовых импульсов, вход которого соединен с первым выводом устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, схему управления, схему кодирования выходных данных и схему постоянного запоминающего устройства последовательного доступа, вход разрешения считывания которой соединен с выходом схемы управления, вход тактовых импульсов вместе со входом тактовых импульсов схемы управления подключены к выходу экстрактора тактовых импульсов, а выход данных соединен со входом схемы кодирования выходных данных, выход которой соединен со входом модулятора выходных данных, схемы управления и кодирования данных совмещены в одну, состоящую из элемента ЗИ, выход которого является выходом разрешения считывания первого информационного триггера, вход данных которого соединен с выходом данных схемы постоянного запоминающего устройства последовательного доступа, а вход синхронизации подключен к выходу элемента ЗИ второго информационного триггера, вход данных которого подключен к выходу первого информационного триггера, элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый вход которого соединен с выходом второго информационного триггера, второй вход вместе с динамическим входом синхронизации по фронту второго информационного триггера соединены с выходом тактовых импульсов экстрактора, а выход соединен с первым инверсным входом элемента ЗИ и со входом модулятора выходных данных, экстрактор тактовых импульсов дополнительно имеет выходы тактовых импульсов удвоенной и учетверенной частот, они соответственно подключены ко второму прямому и к третьему инверсному входам элемента ЗИ.
Указанное выполнение метки радиочастотной идентификации позволяет производить считывание только при выключенной модуляции, когда для питания она может получать больше энергии электромагнитного поля считывания.
Отличительными признаками полезной модели является выполнение схемы управления и кодирования выходных данных.
Полезная модель поясняется чертежами фиг. 1 с изображением электрической схемы метки радиочастотной идентификации и фиг. 2 с эпюрами напряжений на узлах схемы устройства.
РЕЗ
ПИТ
РЕЗ
РЕЗ
РЕЗ
ПИТ
ПИТ
ПИТ
РЕЗ
С
C
C
Метка радиочастотной идентификации содержит резонансный конденсатор С и конденсатор С питания, модулятор выходных данных, двухполупериодный выпрямитель, первый и второй входы переменного напряжения которого вместе с первыми и вторыми выходами модулятора выходных данных и выводами конденсатора С соответственно соединены с первым и вторым выводами L1 и L2 устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, а выходы положительного и отрицательного полюсов выпрямленного напряжения соответственно соединены с шинами положительного и отрицательного полюсов +U и -U напряжения питания и с первым и вторым выводами конденсатора С, экстрактор тактовых импульсов, вход которого соединен с первым выводом L1 устройства для подключения резонансной катушки индуктивности, схему управления и кодирования выходных данных, схему постоянного запоминающего устройства ПЗУ последовательного доступа. Схема управления и кодирования выходных данных, состоит из элемента 1 ЗИ, первого D-триггера 2, вход D данных которого соединен с выходом DO данных схемы ПЗУ, а вход С синхронизации соединен с выходом элемента 1 и со входом RD разрешения считывания схемы ПЗУ, второго D-триггера 3, вход D данных которого подключен к выходу триггера 2, элемента 4 РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый вход которого соединен с выходом триггера 3, второй вход вместе с динамическим входом С синхронизации по фронту триггера 3 соединены с выходом F тактовых импульсов экстрактора и со входом С синхронизации схемы ПЗУ, а выход соединен с первым инверсным входом элемента 1 и со входом MOD модулятора выходных данных, выходы 2F и 4Fтактовых импульсов удвоенной и учетверенной частот экстрактора, соответственно подключены ко второму прямому и к третьему инверсному входам элемента 1.
Устройство работает следующим образом.
РЕЗ
ПИТ
ПИТ
ПИТ
При попадании метки в поле считывания на колебательном контуре, образованном конденсатором С и выполняющей функции антенны внешней резонансной катушкой индуктивности L, посредством электромагнитной индукции наводится синусоидальное переменное напряжение, поступающее через двухполупериодный выпрямитель на шины +U и -U, обеспечивающие все элементы устройства напряжением питания, сглаживаемым конденсатором С.
РЕЗ
C
C
C
C
C
C
C
По достижению напряжением питания, достаточного для работы уровня, экстрактор тактовых импульсов начинает преобразовывать положительные полупериоды синусоидального напряжения на выводе L1 в прямоугольные импульсы, следующие с частотой излучения считывания, и многократно делить их частоту до значений 4F, 2F и F, соответствующих учетверенной, удвоенной и собственно частоте F тактовых импульсов, синхронизирующих работу устройства. Все эти импульсы поступают в схему управления и кодирования выходных данных. При этом, фронты и спады импульсов, следующих с частотой F, по времени совпадают с фронтами импульсов частоты 2F, фронты и спады которых происходят одновременно с фронтами импульсов 4F.
C
C
Смена адреса считывания ПЗУ происходит в циклической последовательности по фронту каждого тактового импульса F, начинающего очередной такт работы устройства. Элемент 1 формирует сигнал RD считывания из ПЗУ. Высокий - активный уровень сигнала RD всегда соответствует низкому - пассивному состоянию сигнала MOD. Импульс RD всегда сдвинут относительно начала такта или его середины на половину периода частоты 4F. Этого должно быть достаточно для завершения процесса выборки следующей ячейки памяти в накопителе ПЗУ до появления импульса RD.
Если в ячейке памяти ПЗУ по выбранному адресу содержится логическая единица, на выходе ПЗУ появляется положительный импульс DO, по времени повторяющий импульс RD. Если ячейка содержит логический ноль, Выход DO остается в состоянии низкого уровня.
C
Состояние на выходе DO записывается в триггер 2, синхронизированный по высокому уровню импульса RD, и сохраняется в нем до следующего импульса RD, в начале каждого такта это состояние записывается в синхронизированный по фронту импульсов F триггер 3 и остается в нем в течении всего тактового периода.
C
Элемент 4 формирует сигнал модуляции в соответствии с манчестерским кодом. Так как длительность импульсов тактовой частоты F равна длительности паузы между ними, во время единичного состояния триггера 3 активный сигнал MOD на выходе элемента 4 РАВНОЗНАЧНОСТЬ будет сформирован в первой половине тактового периода, а во время нулевого состояния триггера 3 - во второй.
L1-L2
РЕЗ
РЕЗ
ПИТ
ПИТ
ПИТ
В активном состоянии сигнал MOD модулятор выходных данных более интенсивно поглощает энергии поля считывания, что приводит к снижению амплитуды синусоидального напряжения U между выводами L1 и L2. Когда амплитуда синусоидального напряжения становится ниже минимального рабочего напряжения между шинами +U и -U, двухполупериодный выпрямитель прекращает добавлять заряд в конденсатор С и функционирование устройства может обеспечиваться только за счет накопленной в нем энергии.
Для обеспечения работоспособности метки радиочастотной идентификации на большом удалении от считывающего устройства и при неточной настройке резонансного LC-контура на частоту его излучения, считывание информации из схемы памяти, сопровождаемое повышенным потреблением тока, выполняется только при выключенной модуляции, когда устройство может получать максимальную энергию от внешнего электромагнитного поля.