標簽的結(jié)構(gòu)電子標簽結(jié)構(gòu)

電子標簽是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片組成。

線圈天線標簽芯片基材電子標簽結(jié)構(gòu)芯片和標簽天線是電子標簽最重要的組成部分。芯片——標簽的核心，用于生成和處理信號，一般是內(nèi)部包含集成電路的硅片，體積很小。是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，存儲目標信息。芯片內(nèi)部包含：邏輯控制單元、存儲單元、用來對輸入輸出信號的調(diào)制和解調(diào)的射頻前端電路以及電源電路。天線——發(fā)射和接收射頻信號的關(guān)鍵部件，一般由金屬材料制成，天線的設(shè)計好壞將直接影響標簽性能。基材——標簽的支撐結(jié)構(gòu)，可以由不同的材料構(gòu)成，如塑料、PET、紙、玻璃、環(huán)氧樹脂等，為芯片和天線提供機械強度。一般根據(jù)實際情況來選擇剛性或柔性的襯底材料。標簽天線標簽天線針對不同的射頻識別系統(tǒng)、不同的工作頻率和不同的應(yīng)用領(lǐng)域會有差別。天線結(jié)構(gòu)決定了天線的方向圖、阻抗特性、極化特性、天線增益和工作頻段等特性；天線增益和阻抗特性對RFID系統(tǒng)的作用距離有較大影響；工作頻段對天線尺寸及輻射損耗有較大影響。一般而言，設(shè)計標簽天線需考慮以下要求：（1）保證性能的前提下盡可能小巧，一般而言，天線的大小決定了電子標簽的尺寸。（2）具有較大的增益及功率傳輸系數(shù)。能夠為標簽芯片提供最大的射頻能量，達到較遠的讀寫距離。（3）注意天線的極化特性，避免產(chǎn)生極化隔離。（4）關(guān)注與天線連接的芯片的阻抗匹配問題。如果匹配不佳，會導(dǎo)致讀寫距離的嚴重下降。（5）加工簡單，工藝適合批量生產(chǎn)，嚴格控制天線的生產(chǎn)成本。按照系統(tǒng)工作原理的不同，標簽天線的原理和設(shè)計在LF、HF、UHF頻段上有根本的不同。電子標簽的天線一般可分為近場感應(yīng)線圈天線和遠場輻射天線。線圈天線距離小于1m的低頻、高頻近距離應(yīng)用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低廉的線圈型天線。近場感應(yīng)線圈天線通常由多匝電感線圈組成，是將金屬線盤繞成平面或?qū)⒔饘倬€纏繞在磁芯上，電感線圈和電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，一般而言線圈獲取的能量和匝數(shù)成正比。當標簽線圈天線進入讀寫器所引發(fā)的電磁場中時，標簽天線與讀寫器天線之間就會產(chǎn)生類似于變壓器的作用，讀寫器的線圈和標簽天線的線圈就好比是變壓器的初級線圈和次級線圈。圖3.2-2線圈天線微帶天線遠場輻射天線主要包括微帶天線、偶極子天線等。偶極子天線（又稱對稱振子天線）具有準全向的輻射方向圖，微帶天線具有半球形輻射方向圖，這兩類天線結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，易與IC電路集成，非常適合作為標簽天線。微帶天線具有體積、重量輕、加工簡單、易于與物體共形、電性能多樣化、易于集成等特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)，從而大大降低成本。微帶天線分兩類，一類是微帶貼片天線，另一類是微帶縫隙天線。微帶貼片天線是由貼在帶有金屬底板的介質(zhì)基片上的輻射貼片導(dǎo)體構(gòu)成的。在一個薄介質(zhì)基板上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法做出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線和軸線探針對貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線。圖3.2-3微帶天線偶極子天線偶極子天線被廣泛應(yīng)用于RFID標簽天線的設(shè)計，尤其是在遠距離RFID系統(tǒng)中。偶極子天線有多種變形，可分為折疊偶極子、折合偶極子、分形偶極子等類型。直線形偶極子天線由兩端同樣粗細和等長的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成，信號從偶極子天線中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產(chǎn)生一定的電流分布，從而在天線周圍空間激發(fā)起電磁場。而從具體的工程時間和經(jīng)濟角度考慮，變形偶極子天線有更廣泛的應(yīng)用，如具有尺寸縮減特性的彎折偶極子天線，方便調(diào)節(jié)阻抗的折合偶極子天線。圖3.2-4偶極子天線標簽天線制造工藝目前天線制作的方法主要有四種：繞線法、蝕刻法、電鍍法和印刷法。繞線法是直接在底基載體上繞上一定的銅線或鋁線作為天線，在頻率較低的標簽中，通常采用線圈天線形式。傳統(tǒng)標簽天線一般都采用蝕刻或電鍍天線為主，其材料一般為鋁或者銅，在天線性能方面有很好的表現(xiàn)，缺點就是成本太高。蝕刻法蝕刻法：也稱印制腐蝕法，也稱減成法印制。先在一個底基載體（如塑料上面覆蓋一層20mm~25mm厚的銅或鋁，另外制作一張?zhí)炀€陽圖的絲網(wǎng)印版，用網(wǎng)印的方法將抗蝕劑印在銅或鋁的表面上，保護下面的銅或鋁不受腐蝕劑侵蝕，而未被抗蝕劑膜覆蓋的銅或鋁會被腐蝕劑溶化，露出底基成為天線電路線的間隔線，最后涂上脫膜液去除抗蝕膜，進而制成天線。具體工藝流程如圖。電鍍法電鍍法：也叫印制電鍍法，也稱加成法印制。在底基上通過網(wǎng)印的方法涂覆一層薄的（幾微米）起催化作用的油墨，呈天線的陽圖形狀。此種特殊油墨含有金屬顆粒，在印制之后，印過的材料再經(jīng)過電鍍過程，銅被鍍在材料上，只附著在油墨形成的圖形上。電鍍過程持續(xù)到材料上沉積的銅的量達到一定的厚度使之具有合適的導(dǎo)電性，進而形成天線。印刷法直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板（薄膜、紙張等）上印制導(dǎo)電線路，形成天線和電路。導(dǎo)電油墨是由細微導(dǎo)電粒子或其他特殊材料(如導(dǎo)電的聚合物等)組成，印刷到承印物上后，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。這種油墨印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上可制成印刷電路，用導(dǎo)電油墨印制的天線可接收RFID專用的無線電信號。其優(yōu)勢表現(xiàn)在導(dǎo)電效果出色和成本降低。由于導(dǎo)電油墨的諸多優(yōu)勢，其研制成為RFID印制技術(shù)的一個發(fā)展熱點。標簽芯片作為電子標簽的數(shù)據(jù)載體和協(xié)議執(zhí)行核心，標簽芯片的基本結(jié)構(gòu)大同小異。芯片內(nèi)部包含：邏輯控制單元、存儲單元、用來對輸入輸出信號的調(diào)制和解調(diào)的射頻前端電路以及電源電路。射頻前端射頻前端的作用是為芯片提供能量，完成信號的調(diào)制與解調(diào)，提供數(shù)字基帶所需的復(fù)位和時鐘信號，其中主要包括解調(diào)電路、調(diào)制電路、電源管理電路、上電復(fù)位和時鐘電路。電源電路的功能是將電子標簽天線獲得的射頻能量經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓處理后為標簽工作提供直流能量。電源產(chǎn)生電路包括耦合電路、整流濾波電路和限幅穩(wěn)壓電路。設(shè)計電源電路時，需要綜合考慮電子標簽天線的匹配問題、功率和電壓的效率問題、數(shù)據(jù)調(diào)制的兼容問題和電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜度問題。時鐘電路提供標簽所需的時鐘信號。時鐘信號的同步是實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步的前提。電子標簽天線獲取的載波信號，經(jīng)過分頻后可以作為電子標簽編解碼器、存儲器和控制器的時鐘信號。復(fù)位電路可以設(shè)置初始狀態(tài)，防止邏輯混亂，保證電源電路的正常工作，也為系統(tǒng)可能出現(xiàn)的意外情況提供保護。解調(diào)電路對接收信號中載波包含的有用信號還原出來再送給數(shù)字電路進行處理。當標簽向讀寫器發(fā)送信號時，需要將編碼后的數(shù)據(jù)信號調(diào)制到載波上，通過調(diào)制電路改變天線負載的大小，將信號返回給讀寫器。數(shù)字基帶電路數(shù)字基帶處理器按照空中接口協(xié)議約定完成對讀寫器發(fā)送命令的解析，根據(jù)解析的命令，操作存儲器，完成數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭?；對需要返回給讀寫器的數(shù)據(jù)進行編碼，并控制調(diào)制電路來完成調(diào)制?；鶐幚砥魇钦麄€芯片系統(tǒng)的“大腦”，需要生成對標簽芯片各模塊的控制信號，包括調(diào)制解調(diào)、基帶處理以及系統(tǒng)時鐘校準等。低功耗要求是數(shù)字基帶設(shè)計的重點和難點。存儲模塊存儲模塊存放電子編碼和用戶數(shù)據(jù)。存儲器主要性能參數(shù)包括存儲容量、讀功耗、寫功耗等指標，電子標簽中采用的主要有以下幾種類型：只讀存儲器（ROM）。一次寫入只讀電子標簽存儲器，電子標簽內(nèi)部有只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）?？勺x寫標簽存儲器。主要有以下幾種方式：電可擦除只讀存儲器(EEPROM)。具有靜止存取功能的存儲器（SRAM）。鐵電存儲器（FRAM）。標簽封裝為了保護標簽芯片和天線，也為了使用方便，電子標簽需要用不同的材料、不同的形式進行封裝，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和使用環(huán)境。封裝在電子標簽的硬件成本中占據(jù)了一半以上的比重，是產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)。標簽封裝不管RFID電子標簽的形態(tài)千變?nèi)f化，其封裝制造工藝過程都包含兩次封裝。分別在RFID芯片上制作凸點，基板材料上制作天線，然后封裝芯片實現(xiàn)芯片和基板天線的互連，經(jīng)檢驗合格后制成RFID標簽內(nèi)核層（Inlay），至此完成RFID標簽的第一次封裝；第一次封裝的另一種方法是AlienTechnology、Philips首先采用的芯片引線框架法。安