对时钟信号进行校准的射频身份识别标签和校准方法 【技术领域】
本发明涉及一种对时钟信号进行校准的射频身份识别标签，以及对该电路中的时钟信号进行校准的方法。
背景技术
射频身份识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术广泛应用在物流跟踪、身份认证等应用中，射频身份识别系统中通常包括标签读写器和标签，如图1所示，其中1为读写器，2为标签。读写器包括一个或者多个天线3，标签包括一个或者多个天线4。读写器1通过天线3向标签2发出命令等数据，标签2对接收到的命令进行处理，并通过天线4向读写器回发数据。
读写器1在向标签2发送命令时，通常会先发送起始信号，然后再发送数据0、1等命令数据，这些起始信号用来对命令进行同步或者传递一些链路参数，如帧同步信号和前导信号。
图2是一种射频身份识别协议中的帧同步信号(FrameSync)的示意图，它包括一个占位符信号(delimieter)，一个数据0信号(data-0)，一个读写器-标签校准信号(RTcal)。
图3是一种射频身份识别协议中的前导信号(preamble)的示意图，它包括一个它包括一个占位符信号(delimieter)，一个数据0信号(data-0)，一个读写器-标签校准信号(RTcal)，一个标签-读写器校准信号(TRcal)。
图2和图3中的读写器-标签校准信号(RTcal)主要用来区分数据0和数据1的长度，对命令数据信号进行解码。图3中标签-读写器校准信号(TRcal)用来确定标签2向读写器1回发数据的频率，回发数据的频率与射频身份识别协议中的Query(查询)命令中的DR(Devide Rate，除率)参数相关。图3中的前导信号(preamble)为射频身份识别协议中的Query(查询)命令的起始信号。图2中的帧同步信号(FrameSync)为射频身份识别协议中除Query命令之外的其它命令的起始信号。
射频身份识别标签2的电路结构如图4所示，其中包括一个或者多个天线4，信号解调电路5对通过天线接收到的读写器发出的数据进行解调，并送给命令处理电路6进行处理，命令处理电路6可能会对非易失存储器7进行读写操作，信号调制电路9通过天线4回发相应的数据，回发的数据可能是标签的TID(标签序列号)，EPC协议格式的数据，或者用户自定义的数据等。图4中包括一个振荡器8，振荡器8发出的时钟信号，提供给标签的数字电路使用，用来对读写器发出的信号进行解码，以及对信号调制电路回发的数据进行调制。
如图5所示，在标签2的信号解调电路5或者命令处理电路6中，包含有一个计数器22，计数器22使用振荡器8产生的时钟信号，对帧同步信号(FrameSync)和前导信号(preamble)中的读写器-标签校准信号(RTcal)和标签-读写器校准信号(TRcal)等信号进行计数，计算它们的长度，并把长度分别记录在信号解调电路5或者命令处理电路6的RTcal寄存器23和TRcal寄存器24中。
振荡器8发出的时钟信号通常需要满足以下要求：
1.时钟信号要足够快，以正确对读写器发出的信号进行解码，区分数据0和1的不同长度。
2.信号调制电路根据时钟信号产生的回发数据，需要满足射频身份识别的相关协议中关于标签向读写器回发数据的链路频率要求。
以上这两个要求，在时钟频率足够高的时候，通常是可以满足的。但是对于无源射频身份识别标签，时钟频率过高时，会使得标签的功耗过高，使得标签的工作距离变短，性能降低。因此，需要把标签的时钟频率确定在一个合适的频率上，同时满足协议要求，并使得标签的功耗控制在一个合理的水平。
振荡器8的振荡频率由振荡器的电阻以及电容等参数决定，而这些参数与半导体集成电路的工艺相关。在集成电路工艺实现中，电阻和电容都可能存在较大的工艺偏差，这个工艺偏差使得时钟发生器生成的时钟信号可能与设计时的参数有较大的偏差。
在工艺中可以使用一些精准度较高的电容和电阻来减少这个偏差，但是这种办法会显著地增加芯片的成本。电路设计中，可以通过类似锁相环(Phase-Lock Loop)的方法来动态校准时钟，但是这种方法会在标签中增加过多的电路，增加标签芯片成本。在协议中，可以在读写器和标签每次通信前都进行一次时钟校准，但是这种方法消耗过多地通信时间，降低通信速度。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种对射频身份识别标签电路的振荡器所产生的时钟信号进行校准的电路和方法，使得标签电路产生的时钟信号能够满足射频身份识别协议的要求，正确地解码读写器向标签发送的数据，并正确地向读写器回发数据，同时控制标签的功耗，提高标签的读写距离。
为了达到上述目的，本发明提供一种对时钟信号进行校准的射频身份识别标签，该标签与读写器之间通过信号连接；
读写器含有若干天线，标签含有若干天线，读写器通过天线向标签发出命令，对标签进行操作，标签通过天线接收读写器发出的命令，并通过标签上的电路处理这些命令，把相应的数据通过天线回发给读写器；
所述的标签包含有：
信号解调电路，该信号解调电路通过电路连接天线的接口；
命令处理电路，该命令处理电路通过电路连接所述信号解调电路；
非易失存储器，该非易失存储器通过电路连接所述命令处理电路；
信号调制电路，该信号调制电路通过电路连接所述命令处理电路和天线的接口；
整流电路，该整流电路分别通过电路连接所述天线的接口、信号解调电路、命令处理电路、非易失存储器和信号调制电路；
振荡器电路，该振荡器电路通过电路连接所述信号解调电路、命令处理电路、信号调制电路和整流电路；
信号解调电路对由天线接收的射频信号进行解调，命令处理电路对由信号解调电路解调后得到的命令数据进行处理，非易失存储器用来存储标签数据，信号调制电路把需要回发给读写器的数据，按照一定的格式，调制成相应的编码形式，通过天线回发给读写器；振荡器电路产生一个或者多个时钟信号，提供给标签中的信号解调电路，命令处理电路，信号调制电路使用，以完成对接收到的读写器发出的命令进行解码，执行命令规定的操作，以及对回发的数据进行编码等功能，整流电路对由天线接收的射频信号进行整流，产生电压、电流，为标签上的其它各个电路提供能量。
本发明的特点在于：
所述的振荡器电路包含电路连接的振荡器和开关电阻/电流网络；
所述的开关电阻/电流网络中包含若干个开关S0，S1，S2...，通过调节这些开关的导通和断开情况，来调节通过开关电阻/电流网络的总电流；
所述的标签中还包含电路连接所述非易失存储器和振荡器电路的易失型存储器；
所述的非易失存储器中包含一个时钟校准位段，所述的易失存储器中也包含一个时钟校准位段，该易失存储器中的时钟校准位段可以控制开关电阻/电流网络中的开关S0，S1，S2，...，所述的时钟校准位段包含若干比特位，它的位数与开关S0，S1，S2，...的个数相对应；
标签把非易失存储器的时钟校准位段读入到易失型存储器的时钟校准位段中，通过易失型存储器中的时钟校准位段的逻辑电平为高或者为低，来控制开关S0，S1，S2，...的状态为导通或者断开，从而控制通过开关电阻/电流网络的电流，从而控制振荡器的时钟信号的频率；
本发明还提供一种对射频身份识别标签电路产生的时钟信号进行校准的方法，包含以下步骤：
步骤1、设置起始信号，采用时钟校准前导信号作为起始信号；
所述的时钟校准前导信号包括一个占位符信号(delimieter)，一个数据0信号(data-0)，一个读写器-标签校准信号(RTcal)，一个时钟校准信号10(RTClkCal)；时钟校准信号(RTClkCal)10用来提供一个标准时钟长度，对振荡器的产生的时钟信号进行度量；
所述的时钟校准前导信号的格式与背景技术中的前导信号相同，因此对时钟校准信号的解码，不需要增加信号解调电路或者命令处理电路的电路结构；
步骤2、标签中的命令处理电路预先设置一个与时钟校准信号相对应的标准值T0；(这个值是一个固定的值，用来进行比较，不需要存储在存储器中，直接在电路的逻辑中实现)；
标准值T0是标签在期望的准确的时钟频率下对时钟校准信号的计数值；
步骤3、读写器通过天线向标签发送时钟校准命令；
步骤3.1、读写器发送步骤中设置的时钟校准前导信号；
步骤3.2、读写器在时钟校准前导信号中的时钟校准信号发送完之后，紧接着发送时钟校准命令数据；
所述的时钟校准命令数据是不带命令序列号的时钟校准命令数据，或者是带有命令序列号的时钟校准命令数据；
所述的不带命令序列号时钟校准命令包含一个命令代码；标签中的命令处理电路需要对接收到的不带命令序列号的时钟校准命令进行计数；
带有命令序列号时钟校准命令包含一个命令代码和一个命令序列号，标签中的命令处理电路可以根据命令序列号来判断接收的时钟校准命令是哪一条命令；
步骤4、标签通过天线接收时钟校准命令，信号解调电路对接收信号进行解码；
由于时钟校准命令的格式与射频身份识别协议中的其它命令兼容，因此标签仍旧使用信号解调电路和命令处理电路对接收到的时钟校准命令进行处理；
步骤5、标签对时钟校准信号进行计数，得到计数值T；由于时钟校准命令的格式与射频身份识别协议中的其它命令兼容，因此这个计数过程可以采用标签对前导信号中的TRcal信号计数的电路来实现，不用增加信号解调电路或者命令处理电路的电路结构；
步骤6、标签中的命令处理电路解码出时钟校准命令，命令处理电路根据时钟校准信号计数值调节时钟校准位段；
步骤6.1、选择一种方法来调节时钟校准位段，若直接调节，跳转到步骤6.2，若采用逐次逼近方法调节，跳转到步骤6.3，若采用其他方法，跳转到步骤6.4；
步骤6.2、根据标签对时钟校准信号的计数值T与预先设置的标准值T0的差，计数器直接计数时钟校准位段；
步骤6.3、采用逐次逼近的方法来调节时钟校准位段；
步骤6.3.1、标签在接收到第1条时钟校准命令时，把易失存储器中的时钟校准位段的最高位设置为1，其它位设置为0，控制开关电阻/电流网络的最高位的开关为导通，其它开关为断开，控制通过开关电阻/电流网络的电流为最大电流的1/2，控制振荡器的频率为最高频率的一半；
命令处理电路6设置对时钟校准位段的当前调节位为最高位；
步骤6.3.2、标签中的信号解调路使用当前的时钟频率对时钟校准信号计数，得到当前的计数值T，如果时钟校准过程结束，则跳转到步骤6.3.5，如果时钟校准过程没有结束，则跳转到步骤6.3.3；
步骤6.3.3、把步骤6.3.2得到的当前计数值T与标准值T0进行比较，如果T大于T0，跳转到步骤6.3.3.1，如果T小于T0，跳转到步骤6.3.3.2，如果T等于T0，跳转到步骤6.3.3.3；
步骤6.3.3.1、设置时钟校准位段的当前位为0，当前位的次高位为1，其它位不变；
步骤6.3.3.2、设置时钟校准位段的当前位为1，当前位的次高位为1，其它位不变；
步骤6.3.3.3、保持时钟校准位段的值不变；
步骤6.3.4、命令处理电路6设置当前调节位的位置降低一位，跳转到步骤6.3.2，重新使用当前时钟频率对时钟校准信号计数，并从高到低依次调节时钟校准位段的各个位；
步骤6.4、使用直接计算和逐次比较相结合或者其它公知技术中公开的办法来调节时钟校准位段；
步骤7、判断校准过程是否结束，如果校准过程没有结束，那么标签等待读写器再次发送时钟校准命令，过程跳转到步骤3，读写器向标签发送时钟校准命令；如果校准过程结束，过程跳转到步骤8；
步骤8、标签中的命令处理电路把时钟校准位段写入非易失存储器；
当振荡器的时钟信号已经校准好之后，标签中的命令处理电路把时钟校准位段的内容写入到非易失存储器中的时钟校准位段中；
该时钟信号校准方法还可包含以下步骤：
步骤9、标签回发时钟校准信号计数值；
时钟校准结束之后，标签中的命令处理电路把在校准后的时钟频率下对时钟校准信号的计数值通过信号调制电路编码后回发给读写器；
步骤10、读写器接收时钟校准信号计数值；
读写器接收标签回发在校准后的时钟频率下对时钟校准信号的计数值，并根据这个计数值来判断校准过程是否成功。
上述的时钟校准过程只需要在标签芯片进行测试时使用一次，这个测试可以是多芯片的圆片测试，也可以芯片的单独测试，或者其它测试方法，或者使用前的初始过程中校准一次。标签芯片下次上电复位时，只需要从非易失存储器中把时钟校准位段读取到易失性存储器中，通过易失性存储器的时钟校准位段来控制振荡器中的开关电阻/电流网络，得到一个期望的准确的时钟频率。
本发明使得射频身份识别标签电路在原有的对协议处理的电路的基础上，能够方便地校准时钟信号，使得标签电路产生的时钟信号能够满足射频身份识别协议的要求，正确地解码读写器向标签发送的数据，并正确地向读写器回发数据，同时控制标签的功耗，提高标签的读写距离。本发明可以避免在集成电路工艺中采用精度高成本高的电阻或电容，从而有利于控制标签的成本。
【附图说明】
图1是背景技术中射频身份识别系统的结构示意图；
图2是背景技术中帧同步信号的示意图；
图3是背景技术中前导信号的示意图；
图4是背景技术中标签的电路图；
图5是背景技术中信号解调电路或者命令处理电路的内部电路图；
图6是本发明中标签的电路图；
图7是本发明中振荡器电路的电路图；
图8是本发明中开关电阻网络的电路图；
图9是本发明中倒T型开关电阻网络的电路图；
图10是本发明中由MOS管组成的开关电流网络的电路图；
图11是本发明中标签的结构示意图；
图12是本发明的时钟信号校准方法的流程图；
图13是本发明中时钟校准前导信号的示意图；
图14是本发明中不带命令序列号时钟校准命令数据的示意图；
图15是本发明中带有命令序列号时钟校准命令数据的示意图；
图16是本发明中采用逐次逼近方法调节时钟校准位段的示意图。
【具体实施方式】
以下根据图5～图16，具体说明本发明的较佳实施方式：
本发明提供一种对时钟信号进行校准的射频身份识别标签，该标签2与读写器1之间通过信号连接；
读写器1含有一个或者多个天线3，标签2含有一个或者多个天线4，读写器1通过天线3向标签2发出命令，对标签2进行操作，标签2通过天线4接收读写器发出的命令，并通过标签2上的电路处理这些命令，把相应的数据通过天线4回发给读写器1；
如图6所示，所述的标签2包含有：
信号解调电路5，该信号解调电路5通过电路连接天线4的接口；
命令处理电路6，该命令处理电路6通过电路连接所述信号解调电路5；
非易失存储器7，该非易失存储器7通过电路连接所述命令处理电路6；
信号调制电路9，该信号调制电路9通过电路连接所述命令处理电路6和天线4的接口；
整流电路10，该整流电路10分别通过电路连接所述天线4的接口、信号解调电路5、命令处理电路6、非易失存储器7和信号调制电路9；
振荡器电路8，该振荡器电路8通过电路连接所述信号解调电路5、命令处理电路6、信号调制电路9和整流电路10；
信号解调电路5对由天线4接收的射频信号进行解调，命令处理电路6对由信号解调电路5解调后得到的命令数据进行处理，非易失存储器7用来存储标签数据，这些数据可能是标签的序列号(TID)，电子物品编码数据(EPC)等，信号调制电路9把需要回发给读写器1的数据，按照一定的格式，调制成相应的编码形式，通过天线4回发给读写器1；振荡器电路8产生一个或者多个时钟信号，提供给标签2中的信号解调电路5，命令处理电路6，信号调制电路9使用，以完成对接收到的读写器1发出的命令进行解码，执行命令规定的操作，以及对回发的数据进行编码等功能，整流电路10对由天线4接收的射频信号进行整流，产生电压、电流，为标签2上的其它各个电路提供能量。
所述的非易失存储器7是EEPROM(电可擦除只读存储器)，或者OTP(一次性可编程存储器)，或者其它形式的存储器；
本发明的特点在于：
如图7所示，所述的振荡器电路8包含电路连接的振荡器11和开关电阻/电流网络12；
所述的振荡器11是反向器组成的环形振荡器，或者是各种形式的迟豫振荡器(如RC振荡器)，或者是其它形式的振荡器；
如图8～图10所示，所述的开关电阻/电流网络12是开关电阻网络13(见图8)，或者是倒T型开关电阻网络14(见图9)，或者是由MOS管组成的开关电流网络15(见图10)，上述的开关电阻/电流网络12中都包含有一个或者多个开关S0，S1，S2...，通过调节这些开关的导通和断开情况，来调节通过开关电阻网络13，或者倒T型开关电阻网络14，或者由MOS管组成的开关电流网络15的总电流；
如图11所示，所述的标签2中还包含电路连接所述非易失存储器7和振荡器电路8的易失型存储器17；
所述的易失型存储器17一般是指集成电路中的SRAM(静态随机存取存储器)或者寄存器；
所述的非易失存储器7中包含一个时钟校准位段16，所述的易失存储器17中也包含一个时钟校准位段21，该易失存储器17中的时钟校准位段21可以控制开关电阻/电流网络12中的开关S0，S1，S2，...，所述的时钟校准位段16和21是1个或者多个比特位，它的位数与开关S0，S1，S2，...的个数相对应；
标签2把非易失存储器7的时钟校准位段16读入到易失型存储器17的时钟校准位段21中，通过易失型存储器17中的时钟校准位段21的逻辑电平为高或者为低，来控制开关S0，S1，S2，...的状态为导通或者断开，从而控制通过开关电阻/电流网络12的电流，从而控制振荡器的时钟信号的频率；
如图12所示，本发明还提供一种对射频身份识别标签电路产生的时钟信号进行校准的方法，包含以下步骤：
步骤1、设置起始信号，采用时钟校准前导信号作为起始信号；
如图13所示，所述的时钟校准前导信号包括一个占位符信号(delimieter)，一个数据0信号(data-0)，一个读写器-标签校准信号(RTcal)，一个时钟校准信号10(RTClkCal)；时钟校准信号(RTClkCal)10用来提供一个标准时钟长度，对振荡器的产生的时钟信号进行度量；
所述的时钟校准前导信号的格式与图3所示的背景技术中的前导信号相同，因此对时钟校准信号的解码，不需要增加信号解调电路或者命令处理电路的电路结构；
步骤2、标签2中的命令处理电路6预先设置一个与图13的时钟校准信号10相对应的标准值T0；(这个值是一个固定的值，用来进行比较，不需要存储在存储器中，直接在电路的逻辑中实现)；
标准值T0是标签2在期望的准确的时钟频率下对时钟校准信号10的计数值；
步骤3、读写器1通过天线3向标签2发送时钟校准命令；
步骤3.1、读写器1发送步骤1中设置的时钟校准前导信号；
步骤3.2、读写器1在时钟校准前导信号中的时钟校准信号10发送完之后，紧接着发送时钟校准命令数据；
所述的时钟校准命令数据是不带命令序列号的时钟校准命令数据，或者是带有命令序列号的时钟校准命令数据；
如图14所示，所述的不带命令序列号时钟校准命令包含一个命令代码18，命令代码18可以是射频身份识别协议中的用户自定义命令代码，如1110000100000000，也可以是其它可以使用的代码；标签2中的命令处理电路6需要对接收到的不带命令序列号的时钟校准命令进行计数；
如图15所示，带有命令序列号时钟校准命令包含一个命令代码18和一个命令序列号19，命令代码18可以是射频身份识别协议中的用户自定义命令代码，如1110000100000000，也可以是其它可以使用的代码，命令序列号19可能是0，1，2，...等自然数，标签2中的命令处理电路6可以根据命令序列号来判断接收的时钟校准命令是哪一条命令；
步骤4、标签2通过天线4接收时钟校准命令，信号解调电路5对接收信号进行解码；
由于时钟校准命令的格式与射频身份识别协议中的其它命令兼容，因此标签2仍旧使用信号解调电路5和命令处理电路6对接收到的时钟校准命令进行处理；
步骤5、标签2对时钟校准信号进行计数，得到计数值T；由于时钟校准命令的格式与射频身份识别协议中的其它命令兼容，因此这个计数过程可以采用标签2对图3前导信号中的TRcal信号计数的电路来实现，不用增加信号解调电路或者命令处理电路的电路结构；
步骤6、标签2中的命令处理电路6解码出时钟校准命令，命令处理电路6根据时钟校准信号计数值调节时钟校准位段；
步骤6.1、选择一种方法来调节时钟校准位段，若直接调节，跳转到步骤6.2，若采用逐次逼近方法调节，跳转到步骤6.3，若采用其他方法，跳转到步骤6.4；
步骤6.2、根据标签2对时钟校准信号10的计数值T与预先设置的标准值T0的差，计数器22直接计数时钟校准位段；
步骤6.3、采用逐次逼近的方法来调节时钟校准位段(如图16所示)；
步骤6.3.1、标签2在接收到第1条时钟校准命令时，把易失存储器17中的时钟校准位段21的最高位设置为1，其它位设置为0，控制开关电阻/电流网络的最高位的开关为导通，其它开关为断开，控制通过开关电阻/电流网络的电流为最大电流的1/2，控制振荡器的频率为最高频率的一半；
命令处理电路6设置对时钟校准位段21的当前调节位为最高位；
步骤6.3.2、标签2中的信号解调路5使用当前的时钟频率对时钟校准信号10计数，得到当前的计数值T，如果时钟校准过程结束，则跳转到步骤6.3.5，如果时钟校准过程没有结束，则跳转到步骤6.3.3；
步骤6.3.3、把步骤6.3.2得到的当前计数值T与标准值T0进行比较，如果T大于T0，跳转到步骤6.3.3.1，如果T小于T0，跳转到步骤6.3.3.2，如果T等于T0，跳转到步骤6.3.3.3；
步骤6.3.3.1、设置时钟校准位段21的当前位为0，当前位的次高位为1，其它位不变；
步骤6.3.3.2、设置时钟校准位段21的当前位为1，当前位的次高位为1，其它位不变；
步骤6.3.3.3、保持时钟校准位段21的值不变；
步骤6.3.4、命令处理电路6设置当前调节位的位置降低一位，跳转到步骤6.3.2，重新使用当前时钟频率对时钟校准信号10计数，并从高到低依次调节时钟校准位段21的各个位；
步骤6.4、使用直接计算和逐次比较相结合或者其它公知技术中公开的办法来调节时钟校准位段；
步骤7、判断校准过程是否结束，如果校准过程没有结束，那么标签2等待读写器1再次发送时钟校准命令，过程跳转到步骤3，读写器1向标签2发送时钟校准命令；如果校准过程结束，过程跳转到步骤8；
步骤8、标签2中的命令处理电路6把时钟校准位段写入非易失存储器7；
当振荡器8的时钟信号已经校准好之后，标签2中的命令处理电路6把时钟校准位段的内容写入到非易失存储器7中的时钟校准位段16中；
该时钟信号校准方法还可包含以下步骤：
步骤9、标签2回发时钟校准信号计数值；
时钟校准结束之后，标签2中的命令处理电路6把在校准后的时钟频率下对时钟校准信号10的计数值通过信号调制电路9编码后回发给读写器1；
步骤10、读写器1接收时钟校准信号计数值；
读写器1接收标签2回发在校准后的时钟频率下对时钟校准信号10的计数值，并根据这个计数值来判断校准过程是否成功。
上述的时钟校准过程只需要在标签芯片进行测试时使用一次，这个测试可以是多芯片的圆片测试，也可以芯片的单独测试，或者其它测试方法，或者使用前的初始过程中校准一次。标签芯片下次上电复位时，只需要从非易失存储器7中把时钟校准位段16读取到易失性存储器17中，通过易失性存储器17的时钟校准位段21来控制振荡器8中的开关电阻/电流网络12，得到一个期望的准确的时钟频率。