РАДИОЧАСТОТНОЕ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО СВЧ-ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к области полупроводниковой промышленности, в частности к интегральным микросхемам радиочастотных идентификационных устройств и может быть использовано в системах радиочастотной идентификации объектов в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля СВЧ-диапазона.
Современные радиочастотные идентификационные устройства работают в широком диапазоне радиочастот, а именно, низкие частоты (приблизительно 125-148.5 kHz), высокие частоты и сверхвысокие частоты (приблизительно 300 MHz - 3 GHz)
Основной проблемой при производстве устройств радиочастотной идентификации СВЧ-диапазона является обеспечение возможности работы на сверхвысоких частотах, а также его миниатюризация.
Известны многочисленные однокристальные устройства радиочастотной идентификации СВЧ-диапазона серий ЕРСТМ Radio Frequency Identity Protocols Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocol for Communications at 860MHz - 960 MHz, Version 1.2.0 (Gen 2 Specification). (http://www.impinj.com/Monza_5_RFID_Tag_Chips.aspx), работающих в соответствии с протоколом ISO 18000. Однако в России, США и ряде других стран для идентификации подвижного состава используется протокол ISO 10374.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является устройство пассивного кодового радиочастотного датчика рефлексивного типа, описанное в публикации http://www.ocv.ru/project/saips/index.php?ID=276 и его аналог СВЧ-датчики АТ5113 ф.Аmtеch, США.
Датчик является пассивным СВЧ-элементом, то есть не содержит компонентов для генерации СВЧ-сигналов. Принцип действия датчика основан на модуляции отраженного СВЧ-сигнала, который генерирует облучающая и считывающая аппаратура пункта считывания. Модуляция осуществляется в соответствии с идентификационным кодом датчика.
Составные элементы датчика (рис.2):
полосковая антенна WA (симметричный линейный вибратор);
четвертьволновый согласующий трансформатор волнового сопротивления;
выпрямитель СВЧ колебаний;
интегральная микросхема функционального преобразователя кода со встроенным ПЗУ последовательного доступа емкостью 128 бит для хранения и выдачи кодовой последовательности и встроенным RC-генератором с подстраиваемой частотой генерации (КГ).
Однако данное устройство, как и его аналог АТ5113 ф.Аmtесh, США обладает рядом недостатков по отношению к заявленному изобретению:
- устройство собирается с помощью поверхностного монтажа нескольких навесных компонентов, имеет большой вес и размеры,
- дискретная диодная сборка HSMS2822 p-i-n диодов имеет худшие частотные характеристики в сравнении с диодами Шоттки, выполненными внутри кристалла интегральной микросхемы,
- себестоимость собранной платы устройства существенно выше себестоимости однокристальной микросхемы.
Задачей, на которое направлено заявляемая полезная модель является создание однокристального, то есть без использования навесных компонентов, за исключением антенны, радиочастотного идентификатора СВЧ-диапазона, работающего в соответствии со стандартом ISO 10374 в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля от 860МГц до 870 МГц.
Для решения данной задачи предложено радиочастотное идентификационное устройство СВЧ-диапазона содержащее вывод контактной площадки (1), являющийся входом внешних тактовых импульсов в процессе программирования, связанный с первым входом генератора тактовых импульсов (100), выход которого связан с входом блока синхронизации (101), вывод контактной площадки (4) связан с шиной питания от источника напряжения программирования VPR и регистром общего назначения (102), содержащего схему сравнения уровней питающих напряжений Vpr и Vcc, вывод контактной площадки (5), являющийся входом информации при программировании индивидуального кода микросхемы и настроек микросхемы, связанный с первым входом регистра общего назначения (102) и входом матрицы программируемого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (103), выполненной на плавких перемычках, вывод контактной площадки (6), связанный со вторым входом регистра общего назначения (102), и определяющий режим его работы, выходы которого связаны с матрицей программируемого ПЗУ (103) и третьим входом генератора тактовых импульсов (100), блок синхронизации (101), выходы которого связаны с входом делителя частоты (104), входом блока сравнения и выдачи информации (105) и первым входом блока усилителей, коррекции и мультиплексора (107), выход делителя частоты (104) связан с вводом дешифратора (106), выход которого связан с матрицей программируемого ПЗУ (103), выход матрицы программируемого ПЗУ (103) связан со вторым входом блоком усилителей, коррекции и мультиплексора (107), выход которого связан с первым входом буфера выходных сигналов (108), выход блока сравнения и выдачи информации (105) связан со вторым входом буфера выходных сигналов (108), выход которого связан с контрольным выводом контактной площадки (8) и входом модулятора (109), выход модулятора связан с выводами контактных площадок антенны (9 и 10), которые связаны с соответствующим первым и вторым входом выпрямителя (110), первый выход выпрямителя (110) связаны с контактной площадкой (3) вывода источника напряжения и шиной питания Vcc, а второй выход с контактной площадкой общего вывода GND (7), при этом выпрямитель (110) реализован по диодно-емкостной схеме с удвоением напряжения на диодах Шоттки и конденсаторах. Диоды Шоттки выполнены на р-n переходах между силицидом платины и низколегированной n - областью «кармана» в р - подложке, а конденсаторы выполнены в виде двух поликремниевых обкладок с диэлектриком из оксинитрида кремния между слоями поликремния.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить в однокристальном исполнении без использования каких-либо навесных компонентов, за исключением антенны, микросхемы радиочастотного идентификатора СВЧ-диапазона, работающего в соответствии со стандартом ISO 10374 в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля от 860 МГц до 870 МГц.
Для пояснения полезной модели предложены чертежи.
На фиг.1 изображен общий вид радиочастотного идентификационного устройства СВЧ-диапазона
Радиочастотное идентификационное устройство СВЧ-диапазона реализовано в однокристальной микросхеме по КМОП-технологии и содержит вывод контактной площадки (1), являющийся входом внешних тактовых импульсов в процессе программирования, связанный с первым входом генератора тактовых импульсов (100), выход которого связан с входом блока синхронизации (101). Вывод контактной площадки (4) связан с шиной питания от источника напряжения программирования VPR и регистром общего назначения (102)), содержащего схему сравнения уровней питающих напряжений Vpr и Vcc. Вывод контактной площадки (5), являющийся входом информации при программировании индивидуального кода микросхемы и настроек микросхемы, связанный с первым входом регистра общего назначения (102) и входом матрицы программируемого постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) (103), выполненной на плавких перемычках. Вывод контактной площадки (6), связанный со вторым входом регистра общего назначения (102), и определяющий режим его работы, выходы которого связаны с матрицей программируемого ПЗУ (103) и третьим входом генератора тактовых импульсов (100). Блок синхронизации (101), выходы которого связаны с входом делителя частоты (104), входом блока сравнения и выдачи информации (105) и первым входом блока усилителей, коррекции и мультиплексора (107). Выход делителя частоты (104) связан с входом дешифратора (106), выход которого связан с матрицей программируемого ПЗУ (103). Выход матрицы программируемого ПЗУ (103) связан со вторым входом блоком усилителей, коррекции и мультиплексора (107), выход которого связан с первым входом буфера выходных сигналов (108). Выход блока сравнения и выдачи информации (105) связан со вторым входом буфера выходных сигналов (108), выход которого связан с контрольным выводом контактной площадки (8) и входом модулятора (109). Выход модулятора связан с выводами контактных площадок антенны (9 и 10), которые связаны с соответствующим первым и вторым входом выпрямителя (110). Первый выход выпрямителя (110) связаны с контактной площадкой (3) вывода источника напряжения и шиной питания Vcc, а второй выход с контактной площадкой общего вывода GND (7). При этом сам выпрямитель реализован по диодно-емкостной схеме с удвоением напряжения на диодах Шоттки и конденсаторах. Диоды Шоттки выполнены на р-n переходах между силицидом платины и низколегированной n - областью «кармана» в р - подложке, конденсаторы выполнены в виде двух поликремниевых обкладок с диэлектриком из оксинитрида кремния между слоями поликремния.
Устройство работает следующим образом, в режиме записи при подаче на вывод питания от источника напряжения программирования (4) напряжения Vpr=+10÷12 вольт, превышающего напряжение питания от источника напряжения Vcc, регистр общего назначения (102), содержащий схему сравнения уровней питающих напряжений Vpr и Vcc, автоматически переводит микросхему в режим программирования. Если на входе IAD (6) установлен уровень логической единицы, производится программирование регистра общего назначения (102), если логический ноль - программирование информационного банка матрицы программируемого ПЗУ (103).
Устройство реализовано в однокристальной микросхеме по КМОП-технологии с использованием плавких перемычек и допускает однократное программирование каждого из 4 независимых накопителей - банков данных и каждого из 16 триггеров регистра общего назначения. Адресация ячеек памяти матрицы программируемого ПЗУ (103) или триггеров регистра общего назначения (102) осуществляется последовательной подачей импульсов сдвига на вывод контактной площадки (1) IOG2. Для записи логической единицы в соответствующую ячейку необходимо подать на вывод контактной площадки (5), являющийся входом информации IWR при программировании индивидуального кода микросхемы, импульсы пережигания амплитудой 10÷12 вольт.
Пользовательская информационная емкость каждого банка составляет: 16 слов × 8 бит=16 байтов = 128 бит. Для повышения надежности считываемой информации, в каждом слове дополнительные 4 бита используются для избыточного кодирования по Хэммингу.
Регистр общего назначения содержит 16 триггеров Тг0…Тг15, из которых регистры Тг0…Тг3 определяют номер подключаемого информационного банка, а остальные (псевдобанки) являются служебными и используются для подстройки частоты тактового генератора и уровня стабилизации напряжения питания.
Логическая организация и общая информационная емкость микросхемы по данным составляют 4 банка × 16 слов × 12 бит=768 бит. В исходном состоянии сразу после изготовления в микросхеме ни один банк не подключен и во все биты данных каждого банка записан логический нуль (все плавкие перемычки целы).
При каждом программировании микросхемы (записи в банк данных, отличных от логического нуля, путем разрушения плавких перемычек) необратимо расходуется один банк, и для записи новой информации необходимо подключить следующий банк.
В режиме чтения кодовой посылки, когда микросхема подключена к антенному диполю, помещенному в сканирующее электромагнитное поле СВЧ-диапазона, синусоидальный СВЧ-сигнал поступает на входы выпрямителя (110), обеспечивающего питание микросхемы. Внутренний генератор тактовых импульсов (100) формирует импульсы сдвига блока синхронизации (101), который, в свою очередь, через делитель частоты и дешифратор обеспечивает последовательный перебор ячеек памяти матрицы программируемого ПЗУ (103) и через блок сравнения и выдачи информации (105) встраивание «маркера» в кодовую посылку. Информация из матрицы программируемого ПЗУ поступает в блок усилителей, коррекции и мультиплексор (107), где производится ее логическая обработка, коррекция по коду Хэмминга и формирование 128-битовой последовательности, 128-битовая последовательность поступает в буфер выходных сигналов (108), где преобразуется в модифицированный Манчестерский код со встроенным маркером в соответствие с протоколом ISO 10374 и, далее, в модулятор (109), который изменяет амплитуду синусоидального сигнала на выводах антенны (9 и 10).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет реализовать все функции радиочастотного идентификатора СВЧ-диапазона, работающего в соответствии со стандартом ISO 10374 в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля от 860 МГц до 870 МГц в однокристальной микросхеме без использования навесных компонентов, за исключением антенны.