专利名称：扩展无源射频识别标签的读取范围的制作方法
技术领域：
本发明涉及无源射频识别(RFID)标签，且特定来说，涉及通过最小化过量功率消 耗而改进的无源RFID标签中的功率效率。
背景技术：
除非本文另有指示，否则在本章节中所描述的方法在本申请案中并非权利要求书 的现有技术且不因包含于本章节中而被认为是现有技术。典型的RFID标签由安装于具有天线的镶嵌物上的RFID芯片组成。所述天线经调 谐以最大化在规定操作频率下的灵敏度(及因此读取范围)。在正常操作中，激发源(例 如，RFID读取器)产生激励RFID标签的载波频率且将双向数据叠加于此载波上。一伏或 两伏通常足以给RFID芯片供电。当标签非常靠近于所述激发源时，由其天线产生的电压可能超过RFID电路的额 定值。分路调节器是保护所述电路免受此可能损坏来源影响的最常见的方式。此分路调节 器通过将过量能量作为热倾倒来保护所述RFID电路。对于大多数RFID应用，此能量损耗 并不显著有损于系统性能。然而，一些RFID应用需要读取紧密间隔的标签。遗憾地，紧密间隔的RFID标签往 往耦合，从而将其共振频率从载波的频率移位到某一未知的频率。此移位导致读取器与标 签之间的能量及数据的传递的破坏。标签耦合得越紧密，共振的移位就越大，且系统性能的 降级就越大。已开发的一种解决方案-具有有限的结果-是不调谐RFID标签以最小化 邻近标签之间的耦合。举例来说，参见来自澳大利亚悉尼麦哲伦科技私人有限公司 (MagellanTechnology Pty Ltd, Sydney, Australia)的产品。然而，此解决方案具有不良 的空间辨别性。改进空间辨别性的尝试本身可引入另外的问题，例如使场塌缩及严重地限 制读取范围。为对抗有限的读取范围，可实施各种范围扩展解决方案。遗憾地，当这些范围扩展解决方案与紧密间隔的“现用RFID标签”组合时，分路调节器展示出自限制行为。具 体来说，最接近激发源(读取器)的标签中的分路调节器对标签中的线圈天线的输出处的 电压进行箝位。由于标签是紧密间隔的，因此可用于附近标签的电压限制于此经箝位电压。 任何损耗(且始终存在损耗)将可用电压进一步减小到标签不具有足够的操作功率之处。 如上文所提及，此分路调节器起作用以保护RFID电路(好事情)，但-在紧密间隔的标签的 情况下_所述分路调节器减小系统的读取范围。因此，需要在不将过量能量烧尽而形成热的情况下保护RFID标签中的敏感电路 的电路。
发明内容
本发明的实施例改进射频识别(RFID)系统的效率且有助于扩展紧密间隔的RFID 标签的某些配置的有效读取范围。具体来说，一实施例有助于最小化在存在来自激发源的 过量能量时产生的能量损耗。此过量能量具有损坏RFID标签中的电路的可能性。通常使 用分路调节器通过对电压进行箝位来保护RFID电路，但所述分路调节器具有将此过量激 发能量转换成热的不合意效应。各种实施例针对仅使用所述激发能量中的与给所述RFID 电路供电所必需的一样多的激发能量。这些实施例包含用于恒定电流电源的电路，其可借 助离散组件来实施或建造到新的ASIC设计中；网络，其最小化由建造到许多RFID电路中的 所述分路调节器转换成热的能量的量；及/或睡眠模式，其用于减少在已读取RFID标签之 后由其消耗的能量。一实施例可具有使得所述激发能量中的更多激发能量可用于给附近的 其它RFID标签供电借此改进系统性能及读取范围的益处。根据一实施例，一种执行射频识别(RFID)的方法包含(a)通过RFID读取器产生 包含第一读取命令的激发信号。所述方法进一步包含(b)通过第一多个RFID标签产生作为 所述激发信号的一部分的第一多个响应。所述方法进一步包含(c)通过所述RFID读取器 从所述激发信号中解码所述第一多个响应。所述方法进一步包含(d)通过所述RFID读取 器使用所述激发信号向所述第一多个RFID标签中的每一者发射睡眠命令。所述方法进一 步包含(e)通过所述第一多个RFID标签响应于接收所述睡眠命令而与由所述激发信号产 生的激发场解耦合。所述方法进一步包含针对第二多个RFID标签重复(a)、(b)、(c)、(d) 及(e)。根据一实施例，一种设备包含用于执行射频识别(RFID)的电路。所述电路包含 天线；及RFID电子器件，其耦合到所述天线，所述RFID电子器件响应于接收激发信号而启 动、产生作为所述激发信号的一部分的响应、接收作为所述激发信号的一部分的睡眠命令 并响应于所述睡眠命令而与由所述激发信号产生的激发场解耦合。根据一实施例，一种设备包含用于执行射频识别(RFID)的电路。所述电路包含 天线，其从激发源接收能量；RFID电子器件；及线性电源，其耦合于所述天线与所述RFID电 子器件之间。所述线性电源从所述能量中提取恒定电流以操作所述RFID电子器件，其中所 述恒定电流足以给所述RFID电子器件供电且管理过量激发能量使得减少能量消耗。所述 能量消耗经减少使得其小于暴露于类似激发场的非恒定电流设计的能量消耗(即，所述能 量消耗小于未经修改的能量消耗，其中所述未经修改的能量消耗对应于无所述线性电源的 所述天线及所述RFID电子器件)。
根据一实施例，一种设备包含用于执行射频识别(RFID)的电路。所述电路包含 天线；RFID电子器件，其包含保护电路；及网络，其耦合于所述天线与所述RFID电子器件之 间，所述网络减少由所述天线提供到所述RFID电子器件的电能。以下详细说明及附图提供对本发明的性质及优点的更佳理解。
图1显示根据本发明的实施例静态RFID系统(无睡眠模式的系统)与动态RFID 系统(有睡眠模式的系统)之间的磁通量。图2图解说明根据本发明的实施例动态RFID系统的规划性能增强的图表。图3是显示根据本发明的实施例用于在读取操作期间读取标签的过程的流程图。图4A是根据本发明实施例的代用币的俯视图(剖面)，图4B是其仰视图(剖面)， 且图4C是其框图。图5是根据本发明实施例的RFID标签的框图。
图6是根据本发明实施例的RFID标签的框图。图7是使用可变电抗器二极管的根据本发明实施例的RFID标签的框图。图8是根据本发明的实施例比较现有电路与图7的电路之间的输出电压的图表。图9是使用肖特基势垒二极管的根据本发明实施例的RFID标签的框图。图10是使用可变电抗器二极管的根据本发明实施例的RFID标签1000的框图。图IlA是根据本发明实施例的代用币的俯视图(剖面)且图IlB是其仰视图(剖 面)°
具体实施例方式本文中描述用于最小化无源RFID(射频识别)标签中的能量损耗的技术。出于解 释的目的，在以下说明中阐述了众多实例及具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所 属领域的技术人员将明了，由权利要求书界定的本发明可包含这些实例中的一些或全部特 征自身或与以下所描述的其它特征的组合，且可进一步包含本文中所描述的特征及概念的 修改及等效内容。本申请案可使用措词“及(and) ”、“或(or) ”和“及/或(and/or) ”中的一者或一 者以上。这些措词应视为具有相同含义且应理解为包含性措词；举例来说，“X及Y”与“X 或Y”含义相同且包含“仅X”，且“X或Y”包含“X及Y两者”。当需要与“及”结合的所有 项时或当仅需要与“或”结合的一个项时，此将具体说明(例如，“需要X及Y两者”)。如上文所描述，可实施各种范围扩展解决方案来增加经去调标签的读取范围。根 据一个实施例，具体范围扩展解决方案是在RFID标签中包含透磁材料，如2009年1月 9日提出申请的标题为“使用铁氧体芯增强来往于无源ID电路的能量传递的效率”的第 12/351，774号美国专利申请案中所描述，所述美国专利申请案以引用的方式并入本文中。本发明组织如下。首先，描述可应用于“新”RFID标签设计(其中电路设计者具有 优化RFID标签电源的设计的自由)的各种实施例。其次，描述包含可应用于“现有”RFID 标签设计(其具有内置分路调节器)的电路网络的各种实施例。“新设计”实施例
“新”实施例使用两种不同的方法来限制个别RFID标签所消耗的功率以扩展读取 范围⑴线性恒定电流电源；及⑵睡眠模式。如较早所提及，现有RFID标签使用分路调节器来保护标签电路。在大多数应用 中，此电路简单且有效。然而，在其中电路为紧密间隔且紧密耦合(例如，具有铁氧体芯的 游戏代用币的堆叠，例如第12/351，774号码美国专利申请案中所描述)的情况下，此架构 可能存在不想要的后果接近激发源的标签将过量能量烧尽而形成热_从而使得所述能量 不可用于其它代用币。另一方面，线性恒定电流电源仅提取操作标签所需的电流，因此消耗较少的能量。 此电路增加RFID标签的复杂性，但读取范围的改进是显著的。另外，可使用睡眠模式来进一步减少由标签提取的能量。图1显示根据本发明的实施例静态RFID系统101 (无睡眠模式的系统)与动态 RFID系统102 (有睡眠模式的系统)之间的磁通量。静态RFID系统101包含激发天线105 及游戏代用币堆叠110。激发天线105可以是RFID读取器(未显示)的一部分。所述RFID 读取器可发射激发信号且根据其建立激发场103。游戏代用币堆叠110中的每一代用币可 包含耦合到所述激发场的RFID标签且此可形成对应于所有标签107的RFID标签负载。所 述RFID标签负载从激发场103吸收功率且减小激发场强度。所述激发场强度由用于显示 激发场103的箭头的编号表示。所述激发场强度可受所述RFID标签负载的影响。动态RFID系统102包含激发天线106及游戏代用币堆叠111。激发天线106可 以是RFID读取器(未显示)的一部分。所述RFID读取器可发射激发信号且根据其建立激 发场104。游戏代用币堆叠111中的每一代用币可包含RFID标签。最初，与游戏代用币堆 叠111相关联的每一 RFID标签可耦合到激发场104。在读取RFID标签时，读取器向所述 RFID标签发送与激发场104 “解耦合”的命令信号。此可通过若干种方法中的任一者来完 成_只要其实现减少由所述RFID标签从激发场104提取的能量的既定功能即可。这些方 法包含，举例来说，(1)断开所述RFID标签的天线环路；或⑵减少RFID电路的功率(例 如，通过将处理器置于睡眠模式中)。在某一时间之后，RFID标签的一部分109 “关断”且 RFID标签的剩余部分108保持耦合到激发场104。结果在所述激发场的总输出功率保持 不变的同时，每当所述代用币堆叠中的代用币被解耦合时穿过所述堆叠的中心的通量密度 增加。此增加的场强度由用于显示激发场104的箭头的编号表示。所述激发场强度可受 RFID标签负载的影响。由于系统102的RFID标签负载小于静态RFID系统101的RFID标 签，因此动态系统102的通量密度大于静态RFID系统101的通量密度。此可增加RFID读 取器的读取范围。此增加的读取范围可允许所述RFID读取器读取RFID标签111的先前曾 超出静态读取范围的部分。此可允许RFID读取器针对给定的激发功率输出读取更大的游 戏代用币(或含有嵌入式动态RFID标签的其它经堆叠项)堆叠。在读取所有RFID标签之后，所述激发信号及因此所述激发场可关断。此可允许所 述RFID标签复位到其中所述RFID标签可变为在所述激发场再次接通时又一次耦合到所述 激发场的状态。可通过所述激发场的循环诱发复位。可由所述RFID标签及控制RFID如何 与所述激发场解耦合的动态电路的实施方案决定与所述激发场的关断及返回接通相关联 的时间。图2图解说明根据本发明的实施例动态RFID系统的规划性能增强的图表200。图表200显示在给定标签处可用的对应于固定激发天线输出功率的功率。线202表示在类似 于图1的静态RFID系统101的静态系统的此标签处可用的功率。线202显示激发场强度 203保持恒定。图表200显示线201表示在类似于图1的动态RFID系统102的动态系统 的此相同标签处可用的功率。线201显示随着更多的RFID标签与激发场解耦合(％关断 204)，更多的能量可用于额外的RFID标签。穿过堆叠的中心的通量密度的增加可增加可用 于给所述堆叠中更高的代用币供电的能量。此可允许RFID读取器针对给定的激发功率输 出读取更大的游戏代用币(或含有嵌入式动态RFID标签的其它经堆叠项)堆叠。注意，在每一标签进入到低功率模式中时，通量密度均增加。如果我们以20个芯 片为例，那么一激励激发场读取器就可正确地读取10个标签。一旦这10个标签被关“断”， 那么通量密度就增加。让我们假设下一命令交换又正确地识别5个标签。在这些标签也被 关“断”时，通量密度将再次增加。现在让我们假设下一命令交换又正确地识别3个标签。 在这些标签被关“断”时，通量密度再次改变。每次，在特定标签(如图2上所示)处可用 的能量增加。因此有术语“动态”功率吸收。在“睡眠”状态中，标签可呈现不同于在其为活动时的负载。根据一个实施例，活 动标签呈现10千欧的负载，而睡眠标签呈现500千欧的负载。图3是显示根据本发明的实施例用于在读取操作期间读取标签的过程300的流程 图。一般来说，所述读取操作包含激发、一个或一个以上读取循环及去激发。在步骤301中，读取器给激发信号通电以激励场中的RFID标签且接着发送读取命 令。存在用于实施读取命令的众多协议。所述读取命令可包含同步信息以及由每一标签用 来调节其响应的信息。不论所使用的命令协议的技术细节如何，目标是以及时的方式准确 地识别场中的每一标签。每一协议具有囊括错误率、数据吞吐量及算法复杂性以及其它战 术细节的不同优点及缺点。根据一实施例，可使用经修改的分片阿罗哈(Aloha)协议。此 协议的细节与本发明无关。在步骤302中，由所述激发场激励的正确地解码所述读取命令的所有标签将产生 响应。接着这些标签修改所述激发信号以包含其响应。在步骤303中，所述读取器尝试从所述经修改激发信号中解码这些响应。“冲 突”(例如，多个标签响应同时响应)可阻止读取器正确地解码所述标签响应。所述命令协 议可包含错误检测及/或错误校正算法-但此程度的细节(如较早所提及)与描述本发明 的实施例的细节无关。—旦所述读取器已正确地读取特定标签，就不存在可从此标签提取的新信息，且 用于给其电路供电的能量被浪费。在步骤304中，所述读取器向已经读取的每一标签发送 睡眠命令。在步骤305中，目标标签解码所述睡眠命令且停止发射其身份。直到目前为止， 所述读取及睡眠命令可与其它RFID协议中所使用的那些命令没有不同。本发明的实施例 的一个特征是接着使用所述睡眠命令使RFID标签与由所述激发信号产生的激发场解耦 合。结果减少(例如，最小化)已经读取的每一标签的能量消耗-从而强化所述场并扩展 读取范围。步骤306重复数据交换及命令序列(步骤301到305)直到读取已经激励的所有 标签为止。在步骤307中，去激励所述激发场，且读取循环完成。视需要，再激励所述激发 场允许重复所述读取循环。
上文所描述的特征(线性功率调节器及解耦合睡眠模式)中的一者或一者以上可 根据本发明的实施例的其它设计准则来实施。这些实施例可包含(1)使用刚性或柔性印 刷电路上的离散组件，或(2)将所需功能集成到定制ASIC的设计中。图4A到4B显示本发 明的实施例，其中已对功能元件进行标注。图4A是根据本发明实施例的代用币400的俯视图(剖面)，图4B是其仰视图(剖 面)，且图4C是其框图。代用币400可实施上文所论述的“新设计”实施例。代用币400通 常包含天线及标签电子器件。更具体来说，代用币400包含印刷电路板402、天线404、铁 氧体芯406、塑料外壳410、桥式整流器412、电流源414、分路电压调节器416、接收滤波器 418、微处理器420及发射晶体管422。代用币400可以是例如适合在娱乐场中使用的游戏代用币。代用币400可以是圆 形，其中直径为1. 55英寸(39. 4mm)且厚度为0. 125英寸(3. 18mm)。这些参数可视需要而变化。印刷电路板402的形状可为大体圆形，以便符合圆形游戏代用币的形状因数。印 刷电路板402可以是FR-4材料且其厚度为0. 020英寸。或者，所述电路可印刷于例如聚酯 薄膜的柔性衬底上。天线404可以是蚀刻于电路板402的一个侧(例如，底部)上的8匝天线。这些 天线可以8密耳迹线及7密耳间隔构造而成。8匝天线的电感可以是3uH。根据设计需要， 具有不同匝数的天线可借助电感与电阻之间的不同差额来实施。许多现有RFID标签使用后跟电压箝位器的二极管整流器来限制标签的所需操作 电压范围且借此保护所述标签免受过电压的影响。在此实施例中-针对“新” RFID标签设 计而修整_电源可以是线性电源，其中存在后跟电流源414及接着电压箝位器(分路电压 调节器)416的桥式整流器412。此架构不对跨越线圈的电压进行箝位，如同通常在RFID标 签中所做的一样。此线性供电允许标签在宽广的磁场密度范围上操作。此允许在堆叠的顶 部(其中场最低)上及接近堆叠的底部(其中场最高)读取标签。净效应是增加的读取范 围。稍后在本文中描述第二组实施例_经修整以使用“现有”RFID标签设计提取类似读取 范围益处。如较早所提及，在图4A到4C中以框图格式描述的RFID电路可使用刚性或柔性 印刷电路上的离散现用组件来构造或集成到定制ASIC的设计中。举例来说，使用现用微 处理器420的实施例可使用来自钱德勒亚利桑那州微芯科技公司(MicrochipTechnology Inc. ,Chandler, Arizona)的PIC微控制器(例如，PIC 10F206T-I/0T)来实施上文所论述 的功能性。微处理器420存储代用币400的ID、解码来自读取器的命令并将代用币400的 ID编码到13. 56MHz载波上。微处理器420耦合到接收滤波器418。铁氧体芯406可如2009年1月9日提出申请的标题为“使用铁氧体芯增强来往于 无源ID电路的能量传递的效率”的第12/351，774号美国专利申请案中所描述的那样。铁 氧体芯406管制H场且引导其穿过天线404。所述铁氧体的主要物理属性是其可渗透性。 可渗透且有效地引导H场穿过天线环路的任一等效材料将改进性能。铁氧体装置通常与高 达IGHz的频率一起使用。根据一实施例，铁氧体芯406具有125+/-20% (例如，在100与 150之间)的可渗透性。铁氧体芯406也可称作透磁材料。代用币400的顶部及底部可覆盖有签条或粘贴条(未显示)以表示面值或其它所要信息。所述签条可具有约0.003英寸的厚度。此厚度最小化堆叠代用币时的任何气隙 (也就是说，其帮助代用币堆叠中的铁氧体芯就像其是单个整体式铁氧体棒一样地作用)。 所述签条的厚度可视需要而变化，其中对读取性能具有对应的效应。或者，可通过使用环形 粘贴条来暴露所述铁氧体芯以进一步最小化堆叠中的任何气隙。上文所论述的解耦合实施例可借助实施上文所描述的功能性的定制专用集成电 路(ASIC)来实施。然而，在实施其它实施例时，开发此类定制ASIC的成本及时间可为不合 意的。在此类实施例中，可需要使用包含分路调节器或其它保护电路的现用RFID芯片(举 例来说，来自英飞凌科技公司(Infineon Technologies AG)的SRF 66V10)。在此类实施例 中，可需要分路调节器最低程度地操作(如果真会发生的话)。本发明的剩余部分描述可在 RFID芯片包含分路调节器时使用的实施例。“现有”分路调节器实施例如上文所论述，本发明的实施例以克服其内置分路调节器的自限制性质的方式来 修改现有的“现用”RFID标签的行为。具体来说，将网络置于分路调节器前面-在环路天线 与RFID芯片之间-以限制到达所述芯片的电能(例如，电流)。图5是根据本发明实施例的RFID标签500的框图。RFID标签500包含天线502、 RFID芯片504及网络506。RFID标签500可以其它方式呈代用币(例如，图4的代用币400) 的形状因数且可包含执行其它RFID功能的其它组件(例如，如上文所论述且为简洁起见不 再重复)。天线502可对应于天线404 (参见图4)。RFID芯片504可以是现用RFID芯片。如此，RFID芯片504包含保护电路510，其 保护RFID芯片504免受来自激发源(例如，RFID读取器)的过大电压的影响。保护电路 510可包含分路调节器。RFID芯片504可以是来自英飞凌科技公司的SRF66V10ST微处理 器。RFID芯片504可对应于微处理器1120(参见图11A)。可从其中分路调节器为足够的保护及其中标签并非紧密间隔或紧密耦合的RFID 应用中省略网络506。然而，当标签为紧密间隔且紧密耦合时(游戏代用币堆叠的情况可能 如此-尤其是使用铁氧体芯来引导激发场的游戏代用币)，此分路调节器为不利的且可操 作网络506以实现实际的性能目标。具体来说，网络506将提供到RFID芯片504的电流限 制到足以操作标签电路的量。此有效地否定内置保护电路510的作用，从而最小化由保护 电路510转换成热的激发能量的量且允许此能量保持在激发场中以给其它RFID标签供电。 网络506有助于减少由RFID芯片504吸收的激发能量的量。两种基本网络架构可用于网络506。一种架构为具有恒定电抗(例如，电阻器或 电容器)的线性无源网络。另一种架构为非线性网络(例如，可变电抗器二极管或肖特基 势垒二极管)。网络506的具体实施方案细节可采取数个形式且可由大量系统考虑因素驱 动，例如最大化系统性能、最小化标签的成本及最小化对读取器的设计改变。下文提供网络 506的各种细节。图6是根据本发明实施例的RFID标签600的框图。RFID标签600包含天线502、 RFID芯片504及电容器606。RFID标签600可以其它方式对应于RFID标签500 (参见图 5)且不再重复细节。电容器606实施网络506。实验结果显示不同的电容最适合不同的激发场强度。 因此，对于给定读取器功率输出，用于游戏代用币堆叠的顶部处的RFID标签的最优电容器不同于用于游戏代用币堆叠的底部处的RFID标签的最优电容器。举例来说，对于1瓦的读 取器天线输出及30个代用币的堆叠，最优电容器值从IpF到IOpF地变化。由于堆叠中的 所有代用币应使用相同电容器，因此必需选择适合值。IpF到IOpF的范围中的电容器606 相当适合。3. 3pF到4. 7pF的范围中的电容器606也相当适合。一种用以所述网络的构造的方法仅为添加如图6中所示的离散电容器。替代实施 例是在印刷电路板中使用若干个铜层以实现相同目的。如果所述印刷电路板是由RFID镶 嵌物上常见的柔性膜构造而成，那么此特别可行。所述镶嵌物可由例如Mylar 材料的双轴 定向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(boPET)聚酯膜制成。可通过金属沉积在所述镶嵌物上形成 电容器606。因此，以此方式形成的电容器606消除对离散组件的需要。除了限制可用于RFID芯片504的功率以外，电容器606还具有以下有形益处。首 先，其使邻近标签解耦合_借此最小化可使系统性能降级的共振移位。其次，其允许人们在 不损坏RFID芯片504电路中的电路的情况下增加读取器的输出功率(以进一步扩展读取 范围)。用以所述网络的构造的第二方法是尝试使所述网络的电抗与激发场的强度匹配。 使用与前述相同的实例，此网络将理想地在代用币堆叠的底部处看似IpF的电容且在30个 代用币的堆叠的顶部处看似IOpF的电容。描述用以实现此性能的两种电路架构(1)可变 电抗器二极管电路，及(2)肖特基势垒二极管电路。图7是使用可变电抗器二极管的根据本发明实施例的RFID标签700的框图。RFID 标签700包含天线502、RFID芯片504及可以其它方式对应于RFID标签500 (参见图5)的 其它组件，不再重复所述其它组件的细节。RFID标签700包含可变电抗器706以实施网络506 (参见图5)。设计的一个特征 是从激发场提取足够能量来运行RFID电路504但使用可变电抗器的特性来限制由RFID芯 片504汲取的电流且借此最小化损耗(热)。在此实施方案中，Ll表示环路天线502且Dl为可变电抗器706。使用通过电阻器 R3716给电容器C1714充电的二极管D2710及D3712来检测环路天线502上的峰值电压。 对于特定可变电抗器二极管706，环路天线502上的给定电压存在最优偏压。D3712的用途 是使所述偏压移位而更靠近于最优值；可根据各种具体实施例使用额外二极管来实现此移 位。电阻器R3716及R2718形成用于对所述偏压的更多控制的分压器。电阻器R2718还充 当用以追踪环路天线502电压的改变的泄流电阻器。电阻器R1720为将电容器C1714上所 保持的偏压电压施加到可变电抗器706的阴极的高值电阻器。电容器722提供到RFID芯 片504的AC耦合。此允许可变电抗器二极管706的阴极上的电压在不受RFID芯片504的 影响的情况下增加。图8是根据本发明的实施例比较现有电路与图7的电路之间的输出电压的图表。 所述图显示环路天线(例如，502)的理论输出电压随由读取器产生且由标签接收的激发 场的强度而变。线802显示在无可变电抗器的情况下，输出电压与环境场强度成比例地增 加_从而需要分路调节器来保护标签电路。线804显示在有可变电抗器电路(例如，图7 中的706及相关组件)的情况下，输出电压快速升高(使用可变电抗器706的内在电容调 谐环路天线502的LC电路)且接着以小得多的斜率稳定。设计所述电路使得上文所描述 的偏压经移位而使得输出电压高于Vth-激励RFID芯片所需的阈值。结果当激发场为强
11但RFID芯片504中的分路调节器不消耗过量可用能量时，保护RFID芯片504中的电路。图9是使用肖特基势垒二极管的根据本发明实施例的RFID标签900的框图。RFID 标签900包含天线502、RFID芯片504及可以其它方式对应于RFID标签500 (参见图5)的 其它组件，不再重复所述其它组件的细节。RFID标签900包含与RFID芯片504串联的两个肖特基势垒二极管902及904。这 些二极管904及904的电容在向其施加反向偏压时改变。因此，当天线502的顶部上的电 压为(举例来说)+1伏时，第一二极管902受正向偏压，此将第二二极管904的阴极处的电 压仅减小到约0.7伏。使用BAT54 二极管(缅因州南波兰特飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor Corp. , South Portland,Maine))的规格,此条件导致约 9pF 的电容。另一 方面，如果天线502的顶部上的电压为10伏，那么第二二极管904上的反向偏压为9. 7伏 且所产生的电容为4pF。如果天线502的顶部处的电压为负，那么两个二极管902及904的 作用反转而具有相同的净结果。电阻器R1906确保可产生反向偏压且可根据RFID芯片504 的内部设计而省略所述反向偏压。可能有图9的架构的多个变型。举例来说，两个可变电抗器二极管可与肖特基势 垒二极管902及904并联，其中所有四个二极管的阴极联系在一起。在此情况下，肖特基二 极管902及904可具有低电容使得可变电容由可变电抗器确定。在此情况下，肖特基势垒 二极管902及904阻止可变电抗器二极管沿正向方向传导电流。类似地，人们可使用网络 中的晶体管，因为其集电极电容也随电压而变化。图10是使用可变电抗器二极管的根据本发明实施例的RFID标签1000的框图。图 10类似于图9，其中肖特基二极管(图9中的902及904)已由可变电抗器二极管1002及 1004替换且已添加电阻器1006以将其阴极连接到线圈502的底部。类似地，可变电抗器二
极管可与肖特基二极管组合以获得所要的响应。图IlA是根据本发明实施例的代用币1100的俯视图(剖面)且图IlB是其仰视 图(剖面)。代用币1100可实施上文所论述的“现有设计”实施例。代用币1100类似于代 用币400(图4A到4C)，且为简明起见将不再描述类似元件。代用币1100可以其它方式包 含图5的元件(天线502、RFID芯片504及网络506)。以上说明图解说明本发明的各种实施例连同可如何实施本发明的各方面的实例。 以上实例及实施例不应被认为是唯一的实施例，且呈现所述实例及实施例旨在图解说明由 以上权利要求书界定的本发明的灵活性及优点。基于以上揭示内容及以上权利要求书，其 它布置、实施例、实施方案及等效内容对于所属领域的技术人员将是显而易见的且可在不 背离由权利要求书界定的本发明精神及范围的情况下使用。
权利要求
一种执行射频识别(RFID)的方法，其包括以下步骤(a)通过RFID读取器产生包含第一读取命令的激发信号；(b)通过第一多个RFID标签产生作为所述激发信号的一部分的第一多个响应；(c)通过所述RFID读取器从所述激发信号中解码所述第一多个响应；(d)通过所述RFID读取器使用所述激发信号向所述第一多个RFID标签中的每一者发射睡眠命令；(e)通过所述第一多个RFID标签响应于接收所述睡眠命令而与由所述激发信号产生的激发场解耦合；(f)针对第二多个RFID标签重复(a)、(b)、(c)、(d)及(e)。
2.一种设备，其包含用于执行射频识别(RFID)的电路，所述设备包括 天线；RFID电子器件，其耦合到所述天线，所述RFID电子器件响应于接收激发信号而启动、 产生作为所述激发信号的一部分的响应、接收作为所述激发信号的一部分的睡眠命令并响 应于所述睡眠命令而与由所述激发信号产生的激发场解耦合。
3.一种设备，其包含用于执行射频识别(RFID)的电路，所述设备包括 天线，其从激发源接收能量；RFID电子器件；及线性电源，其耦合于所述天线与所述RFID电子器件之间，所述线性电源从所述能量中 提取恒定电流以操作所述RFID电子器件，其中所述恒定电流足以给所述RFID电子器件供 电且管理过量激发能量使得减少能量消耗。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述能量消耗小于未经修改的能量消耗，其中所 述未经修改的能量消耗对应于所述天线及所述RFID电子器件在无所述线性电源时的情 况。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述线性电源包含 桥式整流器；电流源；及 电压箝位器。
6.一种设备，其包含用于执行射频识别(RFID)的电路，所述设备包括 天线；RFID电子器件，其包含保护电路；及网络，其耦合于所述天线与所述RFID电子器件之间，所述网络减少由所述天线提供到 所述RFID电子器件的电能。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述保护电路包含分路调节器。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络限制由所述天线提供到所述RFID电子器 件的电流。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络减少由所述RFID电子器件吸收的所述电能。
10.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络减少由所述保护电路产生的热。
11.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络保护所述RFID电子器件免受来自读取2器装置的增加的功率输出的影响。
12.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络包含电容器。
13.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络包含具有介于IpF与IOpF之间的电容 的电容器。
14.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络包含通过金属沉积实施于衬底上的电容器。
15.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络包含可变电抗器二极管。
16.根据权利要求6所述的设备，其中所述网络包含肖特基势垒二极管。
17.根据权利要求6所述的设备，其进一步包括外壳，其覆盖所述天线、所述RFID电子器件及所述网络，其中所述外壳使所述设备适 于用作游戏代用币。
18.根据权利要求6所述的设备，其进一步包括透磁芯，其引导所述RFID标签的磁通量场，其中所述磁通量场是从由RFID读取器装置 产生的电磁能量而产生。
全文摘要
本发明的实施例改进射频识别(RFID)系统的效率且有助于扩展紧密间隔的RFID标签的某些配置的有效读取范围。具体来说，一实施例有助于最小化在存在来自激发源的过量能量时产生的能量损耗。此过量能量具有损坏RFID标签中的电路的可能性。通常使用分路调节器通过对电压进行箝位来保护RFID电路，但所述分路调节器具有将此过量激发能量转换成热的不合意效应。各种实施例针对仅使用所述激发能量中的与给所述RFID电路供电所必需的一样多的激发能量。这些实施例包含用于恒定电流电源的电路，其可借助离散组件来实施或建造到新的ASIC设计中；网络，其最小化由建造到许多RFID电路中的所述分路调节器转换成热的能量的量；及/或睡眠模式，其用于减少在已读取RFID标签之后由其消耗的能量。一实施例可具有使得所述激发能量中的更多激发能量可用于给附近的其它RFID标签供电借此改进系统性能及读取范围的益处。
文档编号G06K19/07GK101960470SQ200980106434
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者乔舒亚·K·霍伊特, 爱德华·沃伊恩伯奇, 福里斯特·S·塞茨 申请人:木加哈特控股公司