芯片与天线分离复用的电子标签阵列及系统、实现方法

1.一种利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列的实现的系统，其特征在于：由芯片与天线分离式电子标签阵列、读写器和读写器上位系统组成，芯片与天线分离式电子标签阵列与读写器是非接触的连接，它们之间通过射频信号传递信息；读写器与读写器上位系统连接在一起，完成数据处理工作；芯片与天线分离复用的电子标签阵列包括标签芯片、标签天线、天线馈线和连接开关，其中标签天线引出两根或两根以上天线馈线，每根天线馈线分别与一个连接开关相连，连接开关与标签芯片相连；使用中，从标签天线引出天线馈线并通过连接开关与标签芯片相连，以手动或自动方式闭合连接开关，则相应的标签芯片就与标签天线连通构成完整的电子标签回路，读写器上位系统向读写器发出读取指令，该信号被标签天线接收，经过天线馈线传送给被选择的标签芯片并激活其自身电路，被激活的标签芯片通过标签天线将其存储的信息作为应答信号发射出去；读写器天线收到应答信号经读写器解调和解码传回读写器上位系统作相应处理，经过以上过程，系统就获得了被选择标签芯片存储的信息，其他标签芯片的工作过程与此相同，只要保证与之相连的连接开关闭合，而其他的连接开关打开，系统就能读取到它所存储的信息。
2.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：标签芯片采用两个或两个以上的相同工作频率的芯片，每个芯片存储一个唯一的编码，并具有两个外接触点。
3.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：标签天线的阻抗等于天线馈线与连接开关的组合特性阻抗。
4.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：标签芯片与标签天线是非接触的，通过馈线和连接开关的闭合、打开操作实现对应的标签芯片与标签天线的连通和断开。
5.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：标签天线引出的天线馈线数量与标签芯片数量相等，每根馈线通过连接开关分别与一个标签芯片相连。
6.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：在正常工作状态下，仅有一个连接开关闭合，相应的标签芯片与标签天线连通，构成一个完整的电子标签回路，其它的芯片不工作；当有两个或两个以上的开关同时闭合时，电子标签阵列不工作。
7.如权利要求1所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统，其特征在于：连接开关采用普通的开关电路触发，或通过开关材料的物理性质触发，实现对标签芯片选择的手动和自动控制。
8.一种权利要求1-7任一项所述的利用芯片与天线分离复用的电子标签阵列实现的系统的实现方法，其特征在于：通过如下步骤实现：
步骤A：将电子标签中的标签芯片与标签天线分离；
步骤B：使用两个或两个以上标签芯片复用同一个标签天线；
步骤C：将芯片组中的每个芯片分别存储不同的ID号；
步骤D：使被选择的标签芯片与标签天线连通，构成独立工作的电子标签系统；
步骤E：与读写器通讯，读写器与读写器上位系统通讯，读写器上位系统向读写器发出读取指令，该信号被标签天线接收，经过天线馈线传送给被选择的标签芯片并激活其自身电路，被激活的标签芯片通过标签天线将其存储的信息作为应答信号发射出去；读写器天线收到应答信号经读写器解调和解码传回读写器上位系统作相应处理，经过以上过程，系统就获得了被选择标签芯片存储的信息，其他标签芯片的工作过程与此相同，只要保证与之相连的连接开关闭合，而其他的连接开关打开，系统就能读取到它所存储的信息。

芯片与天线分离复用的电子标签阵列及系统、实现方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于自动识别领域，主要涉及一种多个电子标签芯片复用一个天线的电子标签阵列。\n背景技术\n[0002] 射频识别(RFID)技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。最基本的RFID系统由以下几部分组成：电子标签、读写器和读写器上位系统。RFID系统的工作原理如下：读写器通过发射天线散射一定频率的射频信号，电子标签进入发射天线工作区域时，感应该射频信号产生感应电流，并从中提取能量激活本身电路；处于激活状态的电子标签通过标签内置的发送天线返回带其自身编码等需发送的信息的载波信号作为应答信号；系统接收天线接收电子标签返回的载波信号，经天线调节器传回给读写器；读写器解调和解码接收到的信号后传送到后台主系统过滤及认证；主系统接收读写器传来的信息根据逻辑运算判断该电子标签的合法性，并根据不同设定作相应处理或发出指令信号控制执行机构动作。\n[0003] RFID系统中的电子标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反向散射原理与读写器进行通讯。标签芯片一般包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其中，射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制；模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟，进行上电复位等；数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞协议的处理等；存储器单元模块用于信息存储。标签天线的作用是以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射，是标签与读写器之间传输数据的发射、接收装置。当标签进入读写器的作用区域，可以根据通讯协议从存储器中读/写信息，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。某些有源电子标签中还集成了MEMS传感器等扩展单元。\n[0004] 传统的电子标签中，标签芯片与标签天线一一对应。这种结构有助于电子标签粘贴于单件物品时可以对每件单品进行识别，被广泛应用于物流供应链管理领域。但在另一种应用场合，如将电子标签的唯一编码与地理坐标一一对应进行定位，则需要同时使用大量的标签。多个电子标签同时工作会造成相互之间的电磁信号干扰，尽管可以通过频分多路(FDMA)和时分多路(TDMA)等方式实现多标签的批量读取，但是这对电子标签和读写器的设计提出了更高的要求，而且在这类应用中也不需要同时读取多个标签的信息。\n[0005] 从前面所述的电子标签工作原理中可以看到，电子标签中的天线结构具有共性，多个标签芯片通过复用标签天线可以保证任意标签芯片独立工作。\n发明内容\n[0006] 现有技术多个电子标签同时工作会造成相互之间的电磁信号干扰，为了解决现有技术的问题，本发明的目的是通过合理的天线设计，不仅可以降低多标签阵列应用时的部署成本，还可以通过简单的切换和选择，使信息在多个状态间切换，从而提高能量利用效率，提高系统性能，为此，本发明提出一种芯片与天线分离复用的电子标签阵列的结构、系统、实现方法，适用于多电子标签组成阵列时监控状态信息的应用场合。\n[0007] 为了实现本发明的目的，本发明的一方面，是提出芯片与天线分离复用的电子标签的实现方法，通过如下步骤实现：\n[0008] 步骤A：将电子标签中的标签芯片与标签天线分离；\n[0009] 步骤B：使用两个或两个以上标签芯片复用同一个标签天线；\n[0010] 步骤C：将芯片组中的每个芯片分别存储不同的ID号；\n[0011] 步骤D：使被选择的标签芯片与标签天线连通，构成独立工作的电子标签系统；\n[0012] 步骤E：与读写器及读写器上位系统通讯。\n[0013] 为了实现本发明的目的，本发明的另一方面，是提供芯片与天线分离复用的电子标签阵列，技术方案如下：\n[0014] 由标签芯片、标签天线组成，还包括天线馈线和连接开关，其中标签天线引出两根或两根以上天线馈线，每根天线馈线分别与一个连接开关相连，连接开关与标签芯片相连。\n[0015] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其标签芯片为两个或两个以上的相同工作频率的芯片，每个芯片存储一个唯一的编码并具有两个外接触点。\n[0016] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其标签天线的阻抗等于天线馈线与连接开关的组合特性阻抗。\n[0017] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其标签芯片与标签天线是采用非接触式，通过馈线和连接开关的闭合、打开操作实现对应的标签芯片与标签天线的连通和断开。\n[0018] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其标签天线引出的天线馈线数量与标签芯片数量相等，每根馈线通过连接开关分别与一个标签芯片相连。\n[0019] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其在正常工作状态下，仅有一个连接开关闭合，相应的标签芯片与标签天线连通，构成一个完整的电子标签回路，其它的芯片不工作；当有两个或两个以上的开关同时闭合时，电子标签阵列不工作。\n[0020] 如前所述的芯片与天线分离复用的电子标签阵列，其连接开关通过普通的开关电路触发，或通过连接开关材料的物理性质触发，用于实现对标签芯片选择的手动和自动控制。连接开关利用材料的热胀冷缩原理触发。\n[0021] 为了实现本发明的目的，本发明第三方面，是提供利用芯片与天线分离复用的电子标签的实现的系统，由芯片与天线分离式电子标签阵列、读写器和读写器上位系统组成。\n芯片与天线分离式电子标签阵列与读写器是非接触的连接，它们之间通过射频信号传递信息；读写器与读写器上位系统连接在一起，完成数据处理工作。\n[0022] 本发明的优点及有益效果：采用分离式电子标签设计的核心思想在于标签芯片与标签天线的分离，以及多个标签芯片对单个标签天线的复用。其优点在于不同芯片中存储的信息能够分别对应不同的状态，当某一状态所需的条件达到时，可以手动改变分离式电子标签的开关状态，或通过传感器自动触发相应的开关，从而方便快速地改变分离式电子标签在工作中所发出的信息，避免了复杂的读写器和上位系统操作。\n[0023] 与传统电子标签相比，分离式电子标签具有以下特点：\n[0024] a.每个电子标签可以储存多组信息，信息组数量由集成在电子标签中的芯片数量决定；\n[0025] b.用户可以通过开关设置状态决定电子标签在工作中所发出的信息；\n[0026] c.当所有开关都打开时，电子标签停止工作。\n[0027] d.用传感器开关等元件代替按键式开关时，可实现对分离式电子标签的自动控制。\n[0028] 分离式电子标签除了传统电子标签的基本功能外，还可以作为一种无线控制终端应用于厂矿、家庭等环境，也可作为一种无线传感器应用于对信息的自动采集系统。\n[0029] 本发明使用多个标签芯片复用同一标签天线，可以达到快速提取被选择芯片中存储的唯一编码的目的，并解决多电子标签之间的信号干扰问题。\n附图说明\n[0030] 图1为芯片与天线分离复用的电子标签阵列系统结构总体示意图。\n[0031] 图2和图3分别为本发明两种不同类型的结构设计示意图。\n具体实施方式\n[0032] 下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。\n[0033] 结合说明书附图对芯片与天线分离复用的电子标签阵列有一个更加清楚的整体认识。\n[0034] 附图1中：\n[0035] 各部分分别为：芯片—天线分离式电子标签阵列1，读写器2，读写器上位系统3，标签芯片4，连接开关5，天线馈线6，标签天线7，读写器天线8，读写器模块9，带有标签芯片的开关单元10。\n[0036] 其中标签芯片4可以是市场上任一种RFID标签用芯片，连接开关5可以是普通的开关电路，也可以是利用材料热胀冷缩等物理性质触发的开关，标签天线7是与标签芯片4匹配的天线电路，且标签天线7的阻抗等于连接开关5与天线馈线6的组合特性阻抗，读写器天线8和读写器模块9是与标签芯片4工作频率相同，通信协议兼容的模块。\n[0037] 根据本发明的图1所示，芯片与天线分离复用的电子标签阵列系统结构由芯片与天线分离式电子标签阵列1、读写器2和读写器上位系统3组成。芯片与天线分离式电子标签阵列1与读写器2是非接触的连接，它们之间通过射频信号传递信息；读写器2与读写器上位系统3连接在一起，完成数据处理工作。\n[0038] 芯片与天线分离式电子标签阵列1包括由标签芯片4、连接开关5、天线馈线6和标签天线7组成。标签天线7用于发送和接收射频信号，从天线上引出两根或两根以上的天线馈线6，每根馈线分别与一个连接开关5相连，连接开关5再与标签芯片4相连，通过连接开关5的闭合、打开控制相应标签芯片4与标签天线7的连通、断开。所有标签芯片4的工作频率是相同的，每个芯片可以存储一个唯一的ID号码，并对射频信号进行调制和解调处理。\n[0039] 在使用中，首先根据现场情况把标签芯片4和连接开关5布置在需要的位置，从标签天线7引出天线馈线6并通过连接开关5与标签芯片4相连，标签天线7的阻抗等于天线馈线6与连接开关5的组合特性阻抗。以手动或自动方式闭合连接开关5，则相应的标签芯片4就与标签天线7连通构成完整的电子标签回路。读写器上位系统3向读写器2发出读取指令，由读写器天线8向外发射射频信号。该信号被标签天线7接收，产生感应电流，经过天线馈线6传送给被选择的标签芯片4并激活其自身电路。被激活的标签芯片4通过标签天线7将其存储的信息作为应答信号发射出去。读写器天线8收到应答信号经读写器\n2解调和解码传回读写器上位系统3作相应处理。经过以上过程，系统就获得了被选择标签芯片4存储的信息。其他标签芯4的工作过程与此相同，只要保证与之相连的连接开关5闭合，而其他的连接开关打开，系统就可以读取到它所存储的信息，这在一方面实现了对被选择芯片信息的快速提取，另一方面又避免了多个电子标签的相互干扰。当有两个或两个以上的连接开关5闭合时，电子标签阵列不工作。\n[0040] 具体来说，本发明在硬件实现上可以采用多种方式，举例如下：\n[0041] 1.实现方式1：\n[0042] 如附图2，在这种方案中，芯片与天线分离式电子标签阵列1由标签芯片4、连接开关5、天线馈线6和标签天线7组成。\n[0043] 标签芯片4由多组标签芯片组成，其中是标签芯片4A1、标签芯片4A2……标签芯片4An，标签芯片4B1、标签芯片4B2…….标签芯片4Bn，……标签芯片4S1、4S2……标签芯片4Sn；\n[0044] 连接开关5由多组连接开关组成，其中是连接开关5A1、连接开关5A2……连接开关5An，连接开关5B1、连接开关5B2…….连接开关5Bn，……连接开关5S1、连接开关\n5S2……连接开关5Sn；\n[0045] 标签芯片4和连接开关5数量相等且成对出现，每个标签芯片4均与一个连接开关5串联，二者共同组成一个串联电路单元。天线馈线6将这些串联电路单元并联在一起，并与标签天线7相连。\n[0046] 其工作过程为：通过连接开关5控制标签芯片4是否与标签天线7连通，当某一个连接开关5——例如连接开关5B2闭合后，则相应的标签芯片4B2、连接开关5B2通过天线馈线6与标签天线7一起，组成一个完整的电子标签电路并开始工作，此时系统所读取到的信息就是标签芯片4B2中存储的信息。连接开关5B2打开以后，相应的标签芯片4B2也与天线馈线6断开，此时没有任何标签芯片4与标签天线7连接，芯片与天线分离式电子标签阵列不再工作。需要读取其他标签芯片4的信息时，只需闭合相应的连接开关5，并使其余开关打开。\n[0047] 2.实现方式2：\n[0048] 如附图3，在这种方案中，芯片与天线分离式电子标签阵列由多组开关单元10、天线馈线6和标签天线7组成。多组标签芯片4成为多组开关单元10的内部电路。天线馈线6将所有开关单元10并联在一起，并与标签天线7相连。\n[0049] 工作过程为：通过开关单元10的闭合和打开实现其内部电路与天线馈线6的连通和断开，当某一个开关单元10——例如开关单元10B2闭合时，此开关单元内部电路中的标签芯片4B2就通过天线馈线6与标签天线7组成一个完整的电子标签回路，此时系统所读取到的信息就是标签芯片4B2中存储的信息。开关单元10B2打开后，其内部电路也与天线馈线6和标签天线7断开，这样就没有任何标签芯片4与标签天线7连接，系统不再工作。\n需读取其他标签芯片4的信息时，只需闭合相应的开关单元10，并使其余开关单元打开。\n[0050] 上面描述是用于实现本发明及其实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。