用于射频识别芯片的调谐组件的制作方法

用于射频识别芯片的调谐组件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有在2019年12月28日提交的美国临时申请号62/954,479的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种可调谐式(tunable)射频识别(“rfid”)器件。更具体地，本发明涉及一种具有可调节电容的射频识别芯片。


背景技术：

4.射频识别标签(tags)和标贴(labels)(本文统称为“器件”)广泛用于将物体与识别码相关联。射频识别器件通常具有天线与模拟电子元件和/或数字电子元件的组合，所述模拟电子元件和/或数字电子元件可包括例如通信电子元件、数据存储器、和控制逻辑。例如，射频识别标签与汽车的安全锁结合一起使用，用于建筑物的门禁控制，以及用于追踪库存和包裹。
5.最基本的是，射频识别器件包括耦合到天线的射频识别芯片。可对射频识别芯片和天线进行各种不同地配置，图1示出射频识别芯片“m”和天线“a”的组合的一个实施例，在本文被称为射频识别嵌体“n”。图1的射频识别芯片m耦合到导电环“l”以定义一种电抗型连接带(reactive strap)“s”，而天线“a”(其示出为偶极天线(dipole antenna))与该电抗型连接带“s”分开。虽然天线“a”在物理上与该电抗型连接带“s”分开，但这两个部件组合起来工作以与射频识别读取器交换信号。
6.对于配置成电容式或电导式耦合到天线的射频识别连接带(例如，通过将天线连接至该连接带的导电衬垫)，该天线的配置可被修改来调节最终所得的射频识别嵌体的频率。然而，图1所示类型的电抗型连接带“s”具有由射频识别芯片“m”的电容和导电环“l”的电感所决定的谐振频率，使得：重新配置天线“a”将不会产生——如对于非电抗型连接带所会产生的——相同的效果。换句话说，在电容式或电导式耦合的连接带的情况下，电抗型连接带是调谐环路(tuning loop)的一部分，而图1中所示类型的电抗型连接带“s”为所述调谐环。
7.更特别地，图1所示类型的射频识别嵌体“n”的天线响应将包含两个基本极点(basic poles)，其中一个与所述电抗型连接带“s”的共振频率有关，而另一个与天线“a”有关。电抗型连接带“s”与天线“a”之间的耦合以及在频域中的相对位置可用于优化射频识别嵌体“n”在特定频率下和在一些——涉及电介质的加载(loading)及对金属或其他射频识别器件的接近度的——应用中的性能。
8.如图2所示，射频识别芯片“m”的输入可被认为是电阻元件“r”和电容元件“c”。在图2中，射频识别芯片“m”的输入端口被识别为“p”，而射频识别芯片“m”的电容被识别为“t”，射频识别芯片“m”的核芯(core)被识别为“b”。在图2所示类型的一种常规射频识别芯片“m”中，输入端口“p”与核芯“b”之间经由电容“t”的互连是固定的(fixed)，使得：射频识
别芯片“m”的电容无法被调节来调整所述电抗型连接带“n”的谐振频率(即，射频识别芯片“m”为不可调谐的)。
9.由于电抗型连接带在不同频率下可能表现得更好，这取决于众多因素(例如，该电抗型连接带最终所关联到的物品的性质)，已知提出了一种可调谐式射频识别芯片“u”(即，一种具有可调节电容的芯片)，如图3所示。在图3的实施例中，图2的单个电容器“t”被三个电容器“t1”、“t2”和“t3”取代。其中一个电容器“t1”与图2的单个电容器“t”相似，从而为射频识别芯片“u”提供固定的最小电容，而另外两个电容器“t2”和“t3”(其可被称为“可调谐式”电容器)被配置成(在自动调节电路“d”的控制下)选择性地(selectively)接收电流、以调节射频识别芯片“u”的总电容(由此以及谐振频率)。特别是，当射频识别芯片“u”在接收到来自射频识别读取器的信号后试图上电(power up)时，该自动调节电路“d”将自动确定所述可调谐电容“t2”和“t3”的每一个是否将接收电流，以使射频识别芯片“u”经由输入端口“p”(即从相关天线)接收到的电力(power)最大化。这种功能——即射频识别芯片“u”能够自动调节其电容以提高其灵敏度——通常被称为“自动调谐(auto-tuning)”。
10.虽然图3的可调谐式射频识别芯片“u”可能是对图2的固定频率式射频识别芯片“m”的改进，但它也不是没有缺点。例如，全部可调谐电容“t2”和“t3”在每次射频识别芯片“u”试图上电时都要进行调谐。默认情况下，每个可调谐电容器“t2”和“t3”将在射频识别芯片“u”试图上电时接收电流。可能的情况是，起始电容(电容器“t1”、“t2”和“t3”的每一个接收电流)导致天线与射频识别芯片“u”之间如此不匹配(mismatch)、以至于输送到自动调节电路“d”的电力不足，这样就需要更高的电力水平(关联于较低的灵敏度，并且需要射频识别嵌体更接近射频识别读取器)来启动所述自动调谐过程和优化输送的电力，以使射频识别芯片“u”达到其工作阈值。
11.将有利的是：提供一种可调谐式射频识别芯片，该芯片不太可能在阻止向该射频识别芯片输送足够电力的电容下初始化。
12.因此，本文描述了一种调谐组件，其允许对射频识别芯片进行调谐、而无需在阻止向该射频识别芯片提供足够电力的电容下进行初始化，并描述了所述调谐组件的使用和制造方法。


技术实现要素：

13.本发明有几个方面，这些方面可单独或一起体现在以下所描述和要求保护的器件和系统中。这些方面可单独使用或与本文描述的主题的其他方面相结合地使用，并且，对这些方面一起的描述并非意在排除这些方面的单独使用、或这些方面的单独的或以不同组合方式的(如本文随附发明要求保护范围中所可能列出的)保护要求。
14.本文描述了用于射频识别芯片的调谐组件。所述调谐组件包括：输入端口、控制单元、和在所述输入端口与所述控制单元之间并联(connected in parallel)的多个电容器。选择器电路耦合到每个电容器且耦合到所述控制单元，并且被配置成：响应于所述控制单元的命令，选择性地允许和阻止电流流过所述电容器的任一个，由此调节所述射频识别芯片的电容。来自所述控制单元的、对所述选择器电路的所述命令包括：一个命令，其始终允许电流流过所述电容器的任一个或多个；另一个命令，其始终阻止电流流过所述电容器的任一个或多个；以及，第三个命令，其选择性地允许和阻止电流流过所述电容器的任一个或
多个。在一些实施例中，所述调谐组件使所述射频识别芯片能耦合到导电环，并且所述射频识别芯片与所述导电环的组合定义一种电抗型连接带。
15.本文还描述了用于制造含有可调谐式射频识别芯片的射频识别嵌体的方法。所述方法包括：提供一种用于所述射频识别芯片的调谐组件，其中，所述调谐组件包括输入端口、控制单元、在所述输入端口与所述控制单元之间并联的多个电容器、以及选择器电路，所述选择器电路耦合到所述电容器的每一个并且耦合到所述控制单元、并且被配置成响应于来自所述控制单元的命令而选择性地允许和阻止电流流过所述电容器的任一个、以调节所述射频识别芯片的电容。对所述控制单元进行编程，以向所述选择器电路发出多个命令，包括：一个命令，其始终允许电流流过所述电容器的任一个或多个；另一个命令，其始终阻止电流流过所述电容器的任一个或多个；以及第三个命令，其选择性地允许和阻止电流流过所述电容器的任一个或多个。将所述射频识别芯片耦合到天线，以定义射频识别嵌体。在一些实施例中，所述射频识别芯片作为电抗型连接带的一部分而耦合到天线，以定义所述射频识别嵌体。
附图说明
16.图1是根据常规设计的一种电抗型连接带和相关联天线的示意图。
17.图2和图3是根据常规设计的射频识别芯片的示意图。
18.图4是根据本发明一个方面的用于射频识别芯片的一种示例调谐组件的示意图。
具体实施方式
19.按照要求，本文公开了本发明的一些详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，其可体现呈各种形式。因此，本文所公开的具体细节不应被解释为限制性的，而是仅作为权利要求的基础，和作为代表性的基础用于教导本领域技术人员以几乎任何适当方式各种不同地运用本发明。
20.图4示出根据本发明一个方面的一种用于射频识别芯片11的调谐组件10的一个示例实施例。该调谐组件10包括：天线或输入端口12、和控制单元14。多个电容器16a-16e并联在输入端口12与控制单元14之间。图4示出了五个电容器，但应理解，根据本发明的调谐组件10可包括多于五个电容器或少于五个电容器。选择器电路18耦合到所述电容器16的每一个并且耦合到控制单元14。应理解，根据本发明的调谐组件10，除了图1中所示的部件外，还可包括其他部件，比如存储或内存单元。
21.在不偏离本发明的范围的情况下，各个电容器16的电容可有所变化。在一个实施例中，每个电容器16具有不同的电容，这可能有利于使得在可实现范围内有更多不同的组合电容成为可能，如本文将更详细描述的。例如，在一个示例实施例中，第一电容器16a具有约为50ff的电容，第二电容器16b具有约为100ff的电容，第三电容器16c具有约为200ff的电容，第四电容器16d具有约为400ff的电容，第五电容器16e具有约为800ff的电容。可看出，在此示例实施例中，每个电容器16(除第一电容器16a外)具有的电容为具有相邻最低(the next lowest)电容的电容器16的电容的两倍(类似于二进制数字序列)。这可有利于实现可能的组合电容的更完整范围，如将在本文更详细描述的。虽然每个电容器16具有不同的电容是有利的，但电容器16中的两个或多个具有相同的电容和/或每个电容器16具有
相同的电容也在本发明的范围内。
22.选择器电路18被配置成：响应于来自控制单元14的命令，选择性地允许和阻止电流流过电容器16的任一个。通过选择性地允许和阻止电流流过电容器16的不同组合，射频识别芯片11的总电容或组合电容可得到调节来获得提高的灵敏度。可对选择器电路18进行不同地配置来实现此功能。在一个示例实施例中，每个电容器16包括相关联的开关，该相关联的开关由选择器电路18打开以防止电流流过电容器16、或由选择器电路18闭合以允许电流流过电容器16。在不偏离本发明的范围的情况下，也可采用其他配置。
23.当选择器电路18作用来防止电流流过电容器16的每一个时，电容器16将对射频识别芯片11的组合电容无贡献，这样射频识别芯片11的组合电容等于射频识别芯片11的基本输入电容(其在上述实施例中为100ff)。当选择器电路18作用来允许电流流过电容器16的每一个时，射频识别芯片11的组合电容等于各个电容器16的电容(其在上述实施例中为1550ff)与所述基本输入电容(其在上述实施例中为100ff)之和，即上述实施例中的组合电容为1650ff。
24.当选择器电路18允许电流流过电容器16的至少一个而非全部时，组合电容将介于射频识别芯片11的所述基本输入电容与最大可能电容(即，当允许电流流过电容器16的全部时的组合电容)之间。在上述实施例中，可以实现在100ff和1650ff范围内的组合电容(包括基本输入电容)，增量为50。例如，通过选择电路18只允许电流流过第一电容器16a(除了100ff的基本输入电容外，其具有50ff的电容)，从而可实现150ff的组合电容。通过选择器电路18只允许电流流过第二电容器16b(除了100ff的基本输入电容外，其具有100ff的电容)，从而可实现200ff的组合电容。通过选择器电路18只允许电流流过第一和第二电容器16a和16b，从而可以实现250ff的组合电容，以此类推，直至最大可实现的组合电容。这种对可实现的组合电容值范围的密集覆盖(dense coverage)可通过诸多可能的方法来实现，但可通过下述方式高效地实现(即使用最小数量的电容器16)，所述方式即：使用具有不同电容值的电容器16，并且任何一对电容器16之间的电容差异不同于任何其他一对电容器16之间的电容差异，如上述实施例中所描述的。
25.控制单元14可被配置成命令选择器电路18自动地交替地允许和阻止电流流过电容器16的每一个，直到取得最大灵敏度，从而像常规的自动调谐系统一样起作用(acting)。此外，控制单元14可被配置成向选择器电路18发出额外命令，这比常规的自动调谐安排(auto-tuning arrangement)更有优势。例如，控制单元14可被配置成命令选择器电路18始终允许电流流过电容器16的任一个或多个。这在下述情况下可能是有利的，所述情况即：如果知道射频识别芯片11将被用于一种应用，该应用要求——比射频识别芯片11可实现的电容值的完整范围——更窄范围内的组合电容。例如，如果(例如，从对类似应用中类似配置的射频识别芯片的测试)知道射频识别芯片11将需要具有至少某最小值的组合电容，则控制单元14可被配置成命令选择电路18始终允许电流流过最合适的电容器16，以确保组合电容始终在该最小值。
26.类似地，控制单元14可被配置成命令选择器电路18始终阻止电流流过电容器16的任一个或多个，这在下述情况下可能是有利的，所述情况即：当知道射频识别芯片11将要被用于一种应用，该应用要求——比射频识别芯片11可实现的电容值的完整范围——更窄范围内的组合电容。例如，如果(例如，从对类似应用中类似配置的射频识别芯片的测试)知道
射频识别芯片11将需要具有低于某最大值的组合电容，则控制单元14可被配置成命令选择电路18始终阻止电流流过最合适的电容器16，以确保组合电容永远不会大于该最大值。
[0027]“冻结(freezing)”可调谐式电容器16的状态(即，通过始终允许电流流过它或始终阻止电流流过它)，避免了常规自动调谐系统可能出现的问题。正如在对现有技术系统的描述中所解释的那样，常规的可自动调谐式射频识别芯片“u”(如图3所示)的起始电容可能会导致天线与射频识别芯片“u”之间的不匹配(mismatch)、以至于没有足够的电力被输送到该自动调节电路“d”，这样就需要更高的电力水平(关联于较低的灵敏度，并且需要射频识别嵌体更接近射频识别读取器)来启动所述自动调谐过程和优化输送的电力，以使射频识别芯片“u”达到其工作阈值。通过“冻结”一个或多个电容器16的状态，根据本发明的射频识别芯片11将具有初始的或起始的组合电容，该初始的或起始的组合电容足够接近目标值，以避免这种不匹配。从该初始配置(即，电容器16中的一个或多个的状态可能被“冻结”)开始，控制单元14和选择电路18一起工作来调节未被“冻结”的各个电容器16的状态(比较下述两项：当允许电流流过电容器16的一种特定组合时经由输入端口12而输送到射频识别芯片11的电力的量，和，当允许电流流过电容器16的一种不同组合时经由输入端口12而输送到射频识别芯片11的电力的量)，直到到达下述组合电容——在该组合电容下经由输入端口12输送到射频识别芯片11的电力的量得以最大化。在所述比较之后，至少部分地基于当允许和阻止电流流过电容器16中的所述一个或多个中的任一个时经由输入端口12输送给射频识别芯片11的电力的量，控制单元14命令选择器电路18允许或阻止电流流过电容器16中的所述一个或多个中的任一个。
[0028]
对电容器16的状态，可在众多不同的时间和地点中的任一时间和地点进行设定(例如，设定成“冻结”状态或设定成允许自动调节)。在一个实施例中，对电容器16的状态进行设定是在相关联的射频识别芯片11(作为电抗型连接带的一部分)被耦合到天线之前。在另一个实施例中，对电容器16的状态进行设定是在射频识别芯片11已被耦合到天线之后，以定义射频识别嵌体。这可包括：对射频识别芯片11进行编程是在嵌体测试期间、或在射频识别嵌体已被整合到射频识别标签或标贴中之后。这也可包括：对射频识别芯片11进行编程是在射频识别芯片11(作为射频识别标签或标贴的一部分)已被关联到物品之后。
[0029]
由于可能难以在射频识别芯片11投入使用之前就确定出射频识别芯片11的适当组合电容，本发明提供一种方法，用于使用从先前部署的射频识别芯片11收集而来的数据，以便可在制造的相对早期阶段对射频识别芯片11进行编程。通过这种方法，射频识别读取器在相对高的功率下运行，以检测已被投入使用的射频识别标贴(例如，通过附接在棉衬衫或牛仔服物品上)。然后，射频识别读取器在较低的功率下运行，以确定检测出该射频识别标贴的最低工作功率。接下来，射频识别读取器在大于先前确定的最小工作功率的功率下运行，并且对该用于射频识别标签的射频识别芯片11的调谐组件10的控制单元14进行编程来命令选择器电路16按不同组合输送电流流经电容器16，以实现不同的组合电容。然后，射频识别读取器在低于先前确定的最小工作功率的功率下运行，以确定是否已达到更低的最小工作功率(即，是否该射频识别标贴能在该新电容下被检测到)。此过程可重复进行，直到已达到最低的最小工作功率。
[0030]
上述过程可对类似配置且类似置位的多个射频识别标贴重复进行，以确定均值化编程(average programming)(其可包括均值化组合电容)。此信息然后可用于对控制单元
14进行编程，并在制造过程中相对较早地设定未来射频识别芯片11的电容器16的状态(一旦知道射频识别芯片11将如何使用)，而无需等到射频识别芯片11已投入使用。
[0031]
可以理解的是，以上所描述的实施例是说明本发明的原理的一些应用。在不偏离所要求保护的主题(包括本文所逐个公开或要求保护的那些特征的组合)的精神和范围的情况下，本领域技术人员可进行大量修改。出于这些原因，本发明的范围不限于以上描述、而是如随附发明要求保护范围所载明，并且，可以理解的是，发明要求保护范围可针对本发明的特征，包括本文所逐个公开或要求保护的那些特征的组合。