一種超高頻射頻識別電子標簽芯片的制作方法
【專利摘要】一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，包括射頻前端電路和數字基帶電路；射頻前端電路的整流電路通過L型阻抗匹配電路與電子標簽的天線連接；L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp；電抗器件Zp并聯在整流電路的兩個輸入端之間；電抗器件Zs連接于整流電路的一個輸入端與電抗器件Zp的一端之間；電抗器件Zp的兩端分別與天線連接。與現有技術相比，本實用新型提供的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，利用L型阻抗匹配電路匹配的調節功能，將標簽芯片的輸入阻抗Q值增大，有利于標簽芯片和小型化天線的匹配。
【專利說明】一種超高頻射頻識別電子標簽芯片
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電子標簽芯片，具體涉及一種超高頻射頻識別電子標簽芯 片。
【背景技術】
[0002] 射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID)是20 世紀90年代開始興 起的一種自動識別技術，該技術利用射頻信號通過空間耦合，即交變磁場或電磁場，實現無 接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別的目的。射頻識別技術以其自身的特點正在物 流供應鏈、食品藥品溯源、車輛交通管理和門禁身份識別等領域發揮著越來越重要的作用。
[0003] 射頻識別系統由電子標簽、閱讀器及上位機三部分組成，其中電子標簽由天線和 芯片兩部分構成。射頻識別系統可工作于低頻、高頻、超高頻及微波頻段，其中超高頻RFID 系統由于工作距離遠、讀取速度快、識別效率高、成本低廉、無需外接電池等優點，越來越受 到各個行業應用的高度關注。超高頻RFID電子標簽的工作原理是通過標簽天線耦合閱讀 器發射的電磁信號并從中獲取能量和有用信息實現通信，天線和芯片之間的阻抗匹配程度 直接影響識別距離和通信效率。在紛繁復雜的應用體系中，由于環境和空間的限制，標簽天 線的設計受到諸多影響，而由于超高頻射頻識別的工作頻段限定為900MHz左右，其特征波 長為30cm左右，這就決定了超高頻標簽天線的尺寸應為IOcm數量級，這一客觀原因導致了 普通超高頻標簽在Icm尺度下無法很好工作，例如在酒類瓶蓋內部，藥品內部，珠寶首飾銘 牌等應用場景，大標簽無法與目標物品匹配的情況下，小型化天線勢必導致天線的Q值過 高，與普通低Q值大帶寬的標簽芯片無法進行阻抗匹配，直接影響標簽的正常工作。解決該 問題的唯一方法就是要提供一種能夠匹配天線阻抗，具有高Q值低寬帶的超高頻射頻識別 電子標簽芯片，從而保證標簽正常工作。
【發明內容】
[0004] 為了滿足現有技術的需要，本實用新型提供了一種超高頻射頻識別電子標簽芯 片，所述標簽芯片包括射頻如端電路和數字基帶電路；所述射頻如端電路包括整流電路、穩 壓限流電路、解調電路、調制電路、時鐘產生電路和上電復位電路；所述整流電路與電子標 簽的天線連接，所述整流電路通過L型阻抗匹配電路與所述天線連接。
[0005] 優選的，所述L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp ;
[0006] 優選的，所述電抗器件Zp并聯在所述標簽芯片中整流電路的兩個輸入端之間；所 述電抗器件Zs連接于所述整流電路的一個輸入端與所述電抗器件Zp的一端之間；
[0007] 所述電抗器件Zp的兩端分別與電子標簽的天線連接；
[0008] 優選的，L型阻抗匹配電路設置在標簽芯片的頂層金屬上；
[0009] 優選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為所述頂層金屬的沿邊產生的寄生電 容；
[0010] 優選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為插指排布的寄生電容；
[0011] 優選的，所述電抗器件Zs和電抗器件Zp均為電感。
[0012] 與最接近的現有技術相比，本實用新型的優異效果是：
[0013] 1、本實用新型技術方案中，超高頻射頻識別電子標簽芯片中增加L型阻抗匹配電 路，利用匹配網絡的調節功能，將芯片的輸入阻抗Q值增大，有利于標簽芯片和小型化天線 的匹配；
[0014] 2、本實用新型技術方案中，L型阻抗匹配電路的電抗器件采用標簽芯片頂層金屬 邊沿產生的寄生電容，在不增加制造成本和芯片面積的前提下，加入匹配網絡電路，體現低 成本優勢。
[0015] 3、本實用新型技術方案中，寄生電容采用插指排布設計，利用插指狀排布的方式， 最大限度的增加電容密度，有效利用芯片面積。同時加入頂層金屬引入的插指電容同時可 以掩蔽金屬下方的敏感射頻器件和ESD器件，使其不受外部電磁噪聲的干擾，保證通信的 高穩定性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0017] 圖1 :本實用新型實施例中的超1?頻射頻識別電子標簽俯視圖；
[0018] 圖2 :本實用新型實施例中的超高頻射頻識別電子標簽剖視圖；
[0019] 圖3 :超商頻射頻識別電子標簽的原理不意圖；
[0020] 圖4 :圖1中L型阻抗匹配電路的原理示意圖；
[0021] 圖5 :本實用新型實施例中超高頻射頻識別電子標簽芯片的輸入阻抗在史密斯阻 抗原圖上的變化軌跡；
[0022] 圖6 :本實用新型實施例中插指電容的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型 的限制。
[0024] 當前超高頻射頻識別電子標簽由于成本的限制，其標簽芯片內沒有匹配網絡，且 普通的低Q值寬帶匹配的電子標簽對狹小空間嵌入使用的適應性不好。
[0025] 另外，為了使得整個超高頻射頻識別電子標簽功率傳輸最大化，需要將標簽天線 的設計阻抗和標簽芯片達到共軛匹配，也就是=i? +JT ;此時標簽輸入阻抗和天 線等效阻抗的品質因數相等，即Q = R/X ;-般來說，芯片的輸入阻抗和芯片的電路結構以 及功耗情況直接相關，目前大多數產品的Q值在5-15之間，因此需要將標簽天線的Q值調 整到5-15之間實現識別距離最大化。
[0026] 標簽天線阻抗的實部表征天線的輻射阻抗，也就是一個天線對外輻射能量的能 力；虛部表征天線通過折疊和閉環得到的等效電抗數值，是調整Q值的有效手段。但是在一 些空間受限或者環境惡劣的情況下，如酒類瓶蓋內部，藥品內部等應用環境，天線輻射能力 大大降低，直接導致天線的輻射阻抗急劇減小，而Q值急劇升高，這樣標簽芯片和標簽天線 的阻抗嚴重失配，大大降低識別距離和通信效率。
[0027] -、本實用新型提供的超高頻射頻識別電子標簽芯片，通過增加阻抗匹配電路能 夠任意調節標簽芯片的輸入阻抗的品質因數Q值，如圖1和圖2所示超高頻射頻識別電子 標簽芯片包括射頻如端電路、數字基帶電路和存儲器；如圖3所不，射頻如端電路包括整流 電路、穩壓限流保護電路、反向散射調制電路、時鐘產生電路和上電復位電路，其中整流電 路與電子標簽的天線連接；
[0028] 如圖3所示，本實施例中將整流電路與L型阻抗匹配電路連接后再接入天線。如 圖4所示，L型阻抗匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp ;電抗器件Zp 并聯在標簽芯片中整流電路的兩個輸入端之間；電抗器件Zs連接于整流電路的一個輸入 端與電抗器件Zp的一端之間；電抗器件Zp的兩端分別與電子標簽的天線連接。
[0029] 本實施例中電抗器件Zs和電抗器件Zp包括：
[0030] ①：L型阻抗匹配電路設置在標簽芯片的頂層金屬上，電抗器件Zs和電抗器件Zp 均為所述頂層金屬的沿邊產生的寄生電容，該寄生電容為插指排布的寄生電容，如圖6所 /Jn 〇
[0031] ②：電抗器件Zs和電抗器件Zp還可以均采用電感。
[0032] 二、本實用新型提供的超高頻射頻識別電子標簽芯片的工作原理為：
[0033] 如圖4所示，標簽芯片輸入阻抗的等效電路為電阻并聯電容的二端網絡，輸入端 子為RF+和RF-，本實施例中L型阻抗匹配電路的電抗器件Zs與等效電路中電阻和電容組 成的并聯支路串聯；電抗器件Zp并聯在并聯支路和電抗器件Zs的連接支路的兩端。
[0034] 當電抗器件Zs和電抗器件Zp若均為標簽芯片頂層金屬的沿邊產生的寄生電容 時，該寄生電容圖可以等效為AB兩點之間接入了電容Cf，而整個電容位于標簽芯片內部電 路的上方，并不額外占用芯片面積；同時由于只使用了一層金屬，如果芯片需要修改為普通 產品，只要修改一層金屬的掩膜板（Mask)即可達到目的，產品切換的成本非常低。
[0035] 三、通過L型阻抗匹配電路調整標簽芯片的輸入阻抗的過程為：
[0036] 調整電抗器件Zs和電抗器件Zp的電抗值的大小從而改變標簽芯片的輸入阻抗品 質因數Qdlip ;品質因數Qdlip = XdlirZRdlip, Xdlip為標簽芯片的等效電抗值，Rdlip為標簽芯片的 等效電阻值；其中，輸入阻抗品質因數Qdlip與超高頻射頻識別電子標簽天線的品質因數Qant相等。
[0037] 如圖5所示，當沒有L型阻抗匹配電路的標簽芯片阻抗為容性阻抗，位于圖5中Zca處，增加L型阻抗匹配電路后，阻抗位置發生了兩次移動，達到圖5中Zc^處，從阻抗圓圖相 對位置可知，阻抗Zc^的Q值明顯高于Zca，通過選擇不同大小的電抗元件，可以自由調節阻 抗移動的路線和最終的位置，達到任意調節芯片輸入阻抗Q值的目的。
[0038] 標簽芯片的工作頻寬：
[0039] 超高頻射頻識別系統的工作頻率集中在900MHz頻段，依據《800/900MHZ頻段射頻 識別（RFID)技術應用規定（試行）》，超高頻射頻識別產品應該工作在840MHz?845MHz和 920MHz?925MHz兩個頻段，每個頻段內的通信帶寬為5MHz。本發明實施例中增加L型阻 抗匹配電路后芯片的工作頻寬為5MHz，從而滿足標準GB/T 29768-2013,即"《信息技術射 頻識別800/900MHZ空中接口協議》"對電子標簽的工作要求：滿足電子標簽對產品識別標 簽的信息識別要求，主要是滿足如酒類瓶蓋內部，藥品內部等空間受限或者環境惡劣的情 況下對產品識別標簽的信息識別要求。
[0040] 四、本實用新型提供的一個具體實施例為：
[0041] 如圖4所示，標簽芯片的輸入阻抗等效電路中R= 1550 Q，電容C = 0. 83pF，
[0042] 當不加入L型阻抗匹配電路時：計算得到922MHz頻點，等效輸入阻抗Zc = 27. 4-204. 3j，品質因數Q = 7.5 ;如果標簽天線的Q值很高例如Q = 100,不妨設天線阻 抗Za = l+100j，此時由于阻抗嚴重失配導致強烈的能量反射，經過計算反射系數Sll = 0. 995,等效進入標簽芯片內部的能量不足總能量的1 %，即絕大多數能量都浪費了，這將大 大影響系統效率，甚至無法保證系統正常工作。
[0043] 當加入L型阻抗匹配電路時，如電抗器件Zs = 0. 5pF，電抗器件Zp = I. 42pF :標 簽芯片的輸入阻抗被調整到Zc = 0.9-99.6j，經過計算反射系數Sll = 0.22,等效進入標 簽芯片內部的能量達到了總能量的95%以上，對整個電子標簽效率的提升是巨大的。
[0044] 最后應當說明的是：所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實 施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得 的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【權利要求】
1. 一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，所述標簽芯片包括射頻前端電路和數字基帶電 路；所述射頻前端電路包括整流電路、穩壓限流電路、解調電路、調制電路、時鐘產生電路和 上電復位電路；所述整流電路與電子標簽的天線連接，其特征在于，所述整流電路通過L型 阻抗匹配電路與所述天線連接。
2. 如權利要求1所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，所述L型阻抗 匹配電路的兩條支路分別包括電抗器件Zs和電抗器件Zp。
3. 如權利要求2所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zp并聯在所述標簽芯片中整流電路的兩個輸入端之間；所述電抗器件Zs連接于所述整 流電路的一個輸入端與所述電抗器件Zp的一端之間； 所述電抗器件Zp的兩端分別與電子標簽的天線連接。
4. 如權利要求3所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，L型阻抗匹配 電路設置在標簽芯片的頂層金屬上。
5. 如權利要求4所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為所述頂層金屬的沿邊產生的寄生電容。
6. 如權利要求5所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為插指排布的寄生電容。
7. 如權利要求3所述的一種超高頻射頻識別電子標簽芯片，其特征在于，所述電抗器 件Zs和電抗器件Zp均為電感。
【文檔編號】G06K19/073GK204143481SQ201420596409
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】管超, 郝先人 申請人:睿芯聯科（北京）電子科技有限公司