专利名称：有被配置用于辨别码的交叉指型换能器的表面声波识别标签及其操作和制造方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种表面声波(SAW)识别标签，特别地，涉及一种被配置用于辨别码的SAW标签上的交叉指型换能器及其操作和制造方法。
背景技术：
现在，在物品上附加大量不同类型的电子识别设备以用于识别这种物品。所使用的各种设备范围从随处可见的条形码和磁条，到复杂得多的射频识别(RFID)设备。在使用条形码和磁条的情况下，显著的限制因素包括视线可靠性、标签损坏和表面灰尘问题，以及相对较短的有效范围。例如，磁条一般要求阅读器可直接接触，并被适当地定位到磁条上以检测和解码数据。在那些磁条是由一个直接接触的阅读器之外的设备读取的少数情况下，有效读取范围依然最多只有几厘米。相似地，可靠读取条形码的有效范围通常最多也不超过几厘米。由于条形码和磁条可被读取的范围如此之短，因此它们通常一次只被读取一个，并且条形码或磁条很少互相干扰。
条形码和磁条用作识别设备的缺点重新引起了对各种RFID标签实施例的兴趣。按照一般的规则，RFID标签可被方便地分成芯片标签和无芯标签。无芯标签的读取范围一般与条形码或磁条大致相同，因此，有着相同的主要缺点。与无芯标签、磁条或条形码相比，现有技术的RFID芯片标签可被制造成有显著较长的可靠读取范围，但它们通常如此昂贵，以至于它们的用途限于费用在经济上合理的个别应用。在大多数情况下，可以单独读取现有技术的RFID芯片标签，并且标签响应互相干扰或冲突的机会几乎不存在。
最近研发了一种可以低价制造的有较长读取范围的RFID标签。该RFID标签是基于表面声波(SAW)技术。在与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(“Hartmann One”)的标题为《具有增强数据内容的表面声波识别标签及其操作和制造方法》的美国专利申请序列号第10/024,624号中详细阐明了SAW识别标签120的完整和详细的描述。在同样与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(“Hartmann Three”)的标题为《用于高信息容量SAW识别标签的阅读器及其使用方法》的美国专利申请序列号第10/066,249号中详细描述了用于读取这种标签的SAW识别标签阅读器130的说明。由于这种标签是便宜的，因而它们可被附到大量物品(例如运输集装箱中的所有物品)上，并且由于它们有足够的范围以允许标签阅读器同时询问大量标签，因而一定要处理由多个响应引起的信号干扰或码冲突问题，以及由如此多的同时发射的响应引起的任何符号间的干扰问题。在实现SAW识别标签的所有潜能之前，需要解决这些问题。
因此，在技术中需要的是允许用户在从附近的SAW标签发射出的对询问信号的多个响应之间进行可靠辨别的系统和方法。
发明内容
为了处理上面讨论的现有技术的不足，本发明提供了一种具有编码的换能器的表面声波(SAW)识别标签以及操作和制造该标签的方法。在一个实施例中，所述标签包括(1)一个压电衬底，其有大量反射器分布在一组同时按脉冲位置和相位位置排列在所述衬底上的槽之间，从而按照脉冲和相位位置对数字进行编码；以及(2)一个位于所述衬底上用来产生编码的询问脉冲的SAW换能器。
这样，本发明为潜在的冲突问题提供了部分解决方案。在SAW标签阅读器发出一个询问脉冲时，当检测到大量响应信号时，需要有一种装置来电子化地识别那些最可能由所关注的标签返回的响应。当所关注的物品由定位于其上的在此描述的SAW识别标签的一个实施例来识别时，可对SAW标签阅读器编程以从潜在的候选识别中排除所有标签，除了那些对发送指定的编码询问脉冲的换能器产生响应的标签。
在一个实施例中，本发明为SAW换能器提供了使用相移键控产生的编码的询问脉冲，而在另一实施例中，使用频移键控来产生编码的询问脉冲。在另一个实施例中，SAW换能器产生有众所周知的Barker编码序列的编码的询问脉冲。那些掌握相关技术普通技能的人将会意识到在本发明预期的范围之内，任意类型的编码都是适当的。
在本发明SAW识别标签的一个特别有利的实施例中，编码的询问脉冲与一族对角相关联。因此，对询问脉冲使用预定编码的SAW识别标签将总是与一族特定对角相关联。
在本发明的另一实施例中，SAW识别标签阅读器与所述标签相关联。这一关联是允许用户将返回响应信号的标签分成关注的SAW标签和不关注的SAW标签的强大的防冲突特征。这允许SAW识别标签阅读器只处理从有预定编码的询问脉冲的标签反射来的脉冲。这样，由于SAW标签阅读器不处理没有预定编码的询问脉冲的SAW标签，可以有一种更有效和可靠的物品识别系统，而留出更多的计算能力处理所关注的SAW标签。本实施例的特征之一在于，通过使用码分多路复用来识别来自特定SAW识别的编码询问脉冲。
本发明还提供了实施例以操作和制造具有编码的换能器的SAW识别标签。这些实施例在下文中进行了详尽的描述，以便掌握相关技术普通技能的人能够理解。
前述内容概述了本发明的首选和替代的特征，以便那些熟悉技术的人可以更好地理解下述的本发明详细描述。在下文中将描述组成本发明权利要求对象的本发明的附加特征。那些熟悉技术的人应当意识到他们可以轻易地使用公开的概念和特定的实施例作为设计或修改用于执行本发明相同目的的其它结构的基础。那些熟悉技术的人还应当意识到这种等价的构造并不背离本发明的精髓和范围。
为了更完整地理解本发明，现在结合附图来参考下述的描述，其中附图包括图1表示一个使用依照本发明构造的编码换能器的实施例的SAW识别标签的上表面的代表；图2表示一个依照本发明构造的、用于由相移键控产生编码的询问脉冲的换能器实施例的代表；图3表示一个依照本发明构造的、用于由频移键控产生编码的询问脉冲的换能器实施例的代表；以及图4表示一种操作有依照本发明的编码换能器的SAW识别标签的方法的实施例的方框图。
具体实施例方式
首先参见图1，表示的是一个使用依照本发明构造的编码换能器110的实施例的SAW识别标签100的上表面。图示的SAW标签100有一个压电衬底120，其上有大量反射器130分布在一组140槽145之间。槽145同时按脉冲和相位位置放置在所述衬底120上，并且反射器130位于这些槽145之中，从而按照这种脉冲和相位位置对数字进行编码。
如那些掌握相关技术普通技能的人所理解的，SAW标签100是响应于外部激励的无源器件。该激励由相关阅读器(未画出)产生，其发射被换能器110接收作为电脉冲的询问信号。换能器110将电脉冲转换成沿着衬底120的表面传播的SAW询问脉冲。每次SAW遇到一个反射器130，询问脉冲的一部分就作为响应脉冲而被反射。换能器110检测响应脉冲并将其转换回电脉冲以作为响应信号发射。该响应信号中编码了由衬底120中的反射器130的脉冲和相位位置确定的全球唯一的识别号。
不用说，识别系统的目的是在大量物品中间识别一个特定的物品。当每个物品上都有唯一的SAW标签100时，识别物品和识别物品上的特定SAW标签100的目的是一样的。因为SAW标签100是响应于外部激励的无源器件，在询问信号范围内的所有SAW标签100都将返回一个响应信号。当大量SAW标签100返回了响应信号时，产生了冲突并且变得难以在大量响应中隔离和识别一个特定响应。
本发明通过提供一种用于识别和选择从而进一步处理那些仅仅来自在换能器110产生预定编码的询问信号的SAW标签100的响应信号的装置，解决了大量响应信号之间的冲突。这样，通过隔离响应信号，大量减少了要处理的信号数量，并且提高了精确解码的可能性。这样，本发明提供了响应于询问脉冲的多个SAW标签100之间的一层差异，并大量减少了作为识别候选的对象或物品。当结合其它抗冲突技术和设备，例如在与本发明共同转让并在此参考引用的Clinton S.Hartmann的标题为《用于在多个表面声波识别标签之间进行辨别的阅读器和响应控制系统及其操作方法》的、提交于2002年3月21日的美国专利申请序列号第10/103,684号中阐述的那些设备时，本发明特别有用。
现在来看图2，表示的是一个依照本发明构造的、用于由相移键控产生编码的询问脉冲的换能器200实施例表示。图示的交叉指型换能器200是通过在SAW标签衬底的表面上以交替相间的模式放置两个电极210阵列来形成。每个电极210有一系列等距离的指位置220，其中一些被指230占用，另一些未被占用。图示的实施例在每个电极210上提供了六个指位置220，共计有十二个位置220。正是指230的交替相间的配置，允许通过使用相移键控(PSK)技术来编码询问脉冲。然后，将这个PSK编码的询问脉冲向下传播到SAW标签衬底的表面，在那里它将遇到多个反射器并如上所述返回其中编码了一个数字的响应脉冲。
由从换能器200上的每个电极210以预定模式延伸出来的一系列指230产生PSK编码的询问脉冲，以编码输入信号。作为示例，如果认为输入信号从左往右横贯换能器200，它将遇到一系列指位置220，其中一些被指230占用，另一些是空缺的。出于编码的目的，四个指位置220(每个电极210上两个)组成的每组将提供一比特的数据。在第一组指位置220中，在前两个位置220(每个电极210上一个)中的指230和后两个中的空缺产生了输入信号中的相移，这可被看作等效于一个+1比特的数据。随着信号穿过接下来的四个指位置220，指230的相似配置产生了另一个+1数据比特。在本例中，最后四个指位置220被指230占用，以产生一个编码为-1数据比特的信号。如那些掌握相关技术普通技能的人将会意识到的，图示的输入信号产生了具有三比特Barker编码序列的询问脉冲。那些掌握相关技术普通技能的人还将理解和意识到在本发明预期的范围之内，任意编码类型或序列都是适当的。
现在来看图3，表示的是一个依照本发明构造的、用于由频移键控(FSK)产生编码的询问脉冲的换能器300实施例表示。交叉指型换能器300的这个示例也有两个具有指位置320的电极310，其中在所述指位置上指330以交替相间的模式延伸，从而形成交叉指型换能器300。
正是指330的模式提供了FSK来编码输入信号。尽管指330占用了十二个可用指位置320中的每一个，但在电极310上，位置320并未像在图2所示的换能器200中的指位置220那样平均分布。那些掌握相关技术普通技能的人将会理解FSK有助于各种不同的编码序列和结构，所有这些在本发明预期的范围之内都是适当的。
使用本发明的SAW识别标签的一个特别有利的实施例提供了编码询问脉冲与一族对象的使用和关联。当被这样关联时，被识别为对具有特定编码的询问脉冲产生响应的SAW识别标签可以确定一个对象是这种对象家族中的一部分。当结合一种操作具有编码换能器的SAW识别标签的方法来考虑时，可以更好地理解本实施例的有利特征。
现在来看图4，表示的是一种操作400具有依照本发明的编码换能器的SAW识别标签的方法的实施例的方框图。操作400的方法从起始步骤410开始。在激励步骤420中，由一个输入信号激励位于压电衬底上的SAW换能器，以产生一个编码的询问脉冲。在反射步骤430中，从分布在一组同时按脉冲位置和相位位置排列在SAW识别标签的衬底上的槽之间的多个反射器反射所述编码的询问脉冲。在一个实施例中，关联阅读器步骤440提供一个SAW识别标签阅读器与一个SAW识别标签相关联。在选择和解调步骤450中，选择并解调从编码的询问脉冲反射来的脉冲，以产生同时按脉冲和相位位置编码在SAW标签上的所述数字。本方法在结束步骤460结束。
在本发明的一个实施例中，操作400具有编码的换能器的SAW识别标签的所述方法提供了与一族对象相关联的一个编码询问脉冲。可以有效地使用这种实施例，例如，识别如下所述的对象，其为更大类别的这样对象的一个子集。例如，医院的手术组可以将一组SAW识别标签与用于特定手术室或特定手术类型的特定手术器械相关联。这样，具有与其相关的可产生某些预定编码的询问脉冲的SAW识别标签的手术工具可被识别为属于用在特定组或用于特定过程的手术工具的类别。再举一个为连锁商店识别库存物品的例子。具有可产生某些预定编码的询问脉冲的相关SAW识别标签的那些物品可被识别为属于一类分配给特定商店的物品。如那些掌握相关技术普通技能的人将会理解的，还有许多给一组或一族对象分配SAW识别标签将是有利的场合。使用具有产生编码的询问信号的换能器的SAW识别标签可以为把一系列SAW标签与一组特定对象相关联提供方便的方法。
具有产生编码的询问脉冲的换能器的SAW识别标签的另一实施例是在信号冲突成为问题或可能发生的情况下。这种类型的标签提供了有利的抗冲突工具，使用户能够将返回响应信号的那些标签分成所关注的和不关注的那些标签。例如，可以对SAW识别标签阅读器编程以只处理构成来自具有预定编码询问信号的SAW识别标签的响应的识别信号。在本发明的一个实施例中，可以使用码分多路复用来确定这个信号。
本发明还提供了用于有编码换能器的SAW识别标签的其它操作实施例以及制造实施例，所有这些都将被那些掌握相关技术普通技能的人从上述的描述中所理解。
尽管详细描述了本发明，那些对技术熟悉的人应当理解他们可以在此做出各种变化、替换和更改，而不背离本发明最宽泛形式的精髓和范围。
权利要求
1.一种具有编码的换能器的表面声波(SAW)识别标签，其包括一个压电衬底，其有大量反射器分布在一组同时按脉冲位置和相位位置排列在所述衬底上的槽中，从而按照脉冲和相位位置对一个数字进行编码；以及一个位于所述衬底上用来产生一个编码的询问脉冲的SAW换能器。
2.一个如权利要求1所陈述的SAW识别标签，其中所述SAW换能器使用相移键控来产生所述编码的询问脉冲。
3.一个如权利要求1所陈述的SAW识别标签，其中所述SAW换能器使用频移键控来产生所述编码的询问脉冲。
4.一个如权利要求1所陈述的SAW识别标签，其中所述SAW换能器产生使用Barker编码序列编码的所述编码的询问脉冲。
5.一个如权利要求1所陈述的SAW识别标签，其中所述编码的询问脉冲与一族对象相关联。
6.一个如权利要求1所陈述的SAW识别标签，进一步包括一个关联的SAW识别标签阅读器，以识别所述编码的询问脉冲。
7.一个如权利要求6所陈述的SAW识别标签，其中通过使用码分多路复用来识别所述反射的脉冲。
8.一种操作一个具有编码的换能器的表面声波(SAW)识别标签的方法，其包括激励一个位于一个压电衬底上的SAW换能器，以产生一个编码的询问脉冲，所述编码的询问脉冲从多个同时按脉冲位置和相位位置分布在一组排列在所述衬底上的槽中的反射器反射；以及选择并解调从所述编码的询问脉冲反射的脉冲，以产生同时按脉冲位置和相位位置编码的一个数字。
9.如权利要求8所陈述的方法，其中所述SAW换能器使用相移键控来产生所述编码的询问脉冲。
10.如权利要求8所陈述的方法，其中所述SAW换能器使用频移键控来产生所述编码的询问脉冲。
11.如权利要求8所陈述的方法，其中所述编码的询问脉冲是使用Barker编码序列编码的。
12.如权利要求8所陈述的方法，其中所述编码的询问脉冲与一族对象相关联。
13.如权利要求8所陈述的方法，进一步包括将一个SAW识别标签阅读器与所述SAW识别标签相关联，以进行所述的选择和解调。
14.如权利要求13所陈述的方法，其中通过使用码分多路复用来识别所述反射的脉冲。
15.一种制造一个具有编码的换能器的表面声波(SAW)识别标签的方法，其包括在一个压电衬底上放置大量反射器，以便所述大量反射器分布在一组同时按脉冲位置和相位位置排列的槽中，从而按照脉冲和相位位置对一个数字进行编码；以及形成一个位于所述衬底上用来产生一个编码的询问脉冲的SAW换能器。
16.如权利要求15所陈述的方法，其中所述SAW换能器使用相移键控来产生所述编码的询问脉冲。
17.如权利要求15所陈述的方法，其中所述SAW换能器使用频移键控来产生所述编码的询问脉冲。
18.如权利要求15所陈述的方法，其中所述编码的询问脉冲是使用Barker编码序列编码的。
19.如权利要求15所陈述的方法，其中所述编码的询问脉冲与一族对象相关联。
20.如权利要求15所陈述的方法，进一步包括将一个SAW识别标签阅读器与所述SAW识别标签相关联，以进行所述的选择和解调。
全文摘要
一种具有编码的换能器的表面声波(SAW)识别标签以及操作和制造该标签的方法。在一个实施例中，该标签包括(1)一个压电衬底，其有大量反射器分布在一组同时按脉冲位置和相位位置排列在所述衬底上的槽中，从而按照脉冲和相位位置对一个数字进行编码；以及(2)一个位于所述衬底上用来产生编码的询问脉冲的SAW换能器。
文档编号H03H9/64GK1695256SQ03824384
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月30日 优先权日2002年10月18日
发明者克林顿·S·哈特曼 申请人:射频表面声波元件公司, 克林顿·S·哈特曼