專利名稱：具有改進(jìn)的電壓限制器電路的應(yīng)答器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)答器、 一種應(yīng)答器的操作方法和一種程序單
元o
背景技術(shù)：
自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的重要性正在逐漸增大，特別是在服務(wù)業(yè)以及后 勤、商業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域中。因此，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在這些及其它領(lǐng) 域中實(shí)現(xiàn)的越來(lái)越多，并且將來(lái)有可能取代條形碼系統(tǒng)。此外，識(shí)別 系統(tǒng)的應(yīng)用還涉及人和動(dòng)物的識(shí)別。如果利用識(shí)別系統(tǒng)可以監(jiān)控食物 (特別是易腐食品)的冷卻歷程，也是很還有意義的。
特別地，非接觸式識(shí)別系統(tǒng)，例如應(yīng)答器系統(tǒng)，適用于以快速的 方式進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，而不采用有可能受到干擾的電纜連接。這種 系統(tǒng)使用電磁波的發(fā)射和吸收，特別是高頻域內(nèi)電磁波的發(fā)射和吸收。
應(yīng)答器可以實(shí)現(xiàn)為RFID標(biāo)簽("射頻識(shí)別標(biāo)簽")或智能卡(smart card)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在應(yīng)答器中，線圈的供電電壓可能被限制于某一 值，以此來(lái)補(bǔ)償讀取器站與應(yīng)答器之間的不同場(chǎng)強(qiáng)。為獲得良好的性 能，特別是在最大讀取距離處，可以將該值設(shè)定為應(yīng)答器的解調(diào)器開(kāi) 始正常運(yùn)行的最低限。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，非接觸式的RFID標(biāo)簽包括經(jīng)由高頻電磁場(chǎng)而進(jìn) 行通信的線圈，其中，線圈電壓可以被并聯(lián)電壓限制器電路限制為特 殊值。當(dāng)RFID標(biāo)簽從讀取/寫入設(shè)備接收命令或數(shù)據(jù)時(shí)，以及進(jìn)行負(fù) 載調(diào)制，即，當(dāng)該RFID標(biāo)簽向讀取/寫入設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用這個(gè) 電壓限度。
下面，將參照?qǐng)D1描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的RFID標(biāo)簽100。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，圖1只示出了 RFID標(biāo)簽的前端電路，其中，省略了 RFID標(biāo)簽的其它部分。然而，在下面，術(shù)語(yǔ)"RFID標(biāo)簽"可以被用 作"RFID標(biāo)簽的前端電路"的簡(jiǎn)稱。在圖1中，用虛線框來(lái)表示該 前端電路。
RFID標(biāo)簽100包括天線線圈101，其適用于接收由讀取/寫入設(shè) 備(未示出)發(fā)射的電磁波，特別是在高頻域的電磁波。當(dāng)天線線圈 101吸收電磁輻射時(shí)，在第一線圈連接111與第二線圈連接112之間 產(chǎn)生電壓。天線線圈101與電容器113 —起限定了 RFID標(biāo)簽100可 以吸收的電磁輻射的波長(zhǎng)范圍。
在天線線圈101和天線電壓限制器電路104之間設(shè)有四個(gè)整流二 極管102，它們連接以對(duì)天線線圈101的電壓進(jìn)行整流。整流二極管 102中的兩個(gè)連接至參考或地電位103，而整流二極管102中的另兩個(gè) 形成天線電壓限制器電路104的電源。
整流電壓被作為當(dāng)前的一般數(shù)值而提供給穩(wěn)壓器單元105的輸 入。作為另一個(gè)輸入，穩(wěn)壓器單元105從基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06接收恒定 的基準(zhǔn)電壓，并且，根據(jù)當(dāng)前值與基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06所提供的恒定的 目標(biāo)值之間的比較來(lái)產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg。
這個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg被提供給接收解調(diào)器單元107，以用于對(duì)接收 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并且，這個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg還被提供給第一MOSFET108 的柵極。第一 MOSFET 108的源極連接至地電位103，而第一 MOSFET 108的漏極連接至天線電壓限制器電路104的電源。穩(wěn)壓器單元105 和第二 MOSFET 110的漏極兩者都連接至所述電源。第二 MOSFET 110的源極連接至地電位103。應(yīng)該注意，MOSFET擬定為N溝道類 型。當(dāng)使用P溝道類型時(shí)，標(biāo)識(shí)符也相應(yīng)改變。
調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg的每個(gè)值引起第一 MOSFET 108的一定導(dǎo)通 (conductance),其相應(yīng)地增大或降低天線電壓限制器電路104的供 電電壓，并因此增大或降低RFID標(biāo)簽100的供電電壓(包括圖1中 所省略的RFID標(biāo)簽的所述"其它部分")。該導(dǎo)通越大，供電電壓越 低。
第二 MOSFET 110與第一 MOSFET 108并聯(lián)地被開(kāi)關(guān)。調(diào)制器單 元109耦合至第二MOSFET110的柵極，并且，為了調(diào)制天線線圈信 號(hào)以發(fā)送信號(hào)，調(diào)制器單元109向第二 MOSFET 110提供控制信號(hào), 從而以脈沖方式特有地"短路"天線線圈101。由于這個(gè)調(diào)制而引起 的電磁場(chǎng)中的變化可以利用讀取/寫入設(shè)備來(lái)識(shí)別，這樣，可以從變更 的電磁場(chǎng)得到所發(fā)送的數(shù)據(jù)。
圖2是示出天線電壓的簡(jiǎn)圖200，或者換言之，示出了高頻信號(hào) 的包絡(luò)203 。簡(jiǎn)圖200具有橫坐標(biāo)201 ，其上繪制有時(shí)間t。電壓VLA/LB 繪制在簡(jiǎn)圖200的縱座標(biāo)202上，其中，LA和LB分別表示第一線圈 連接111和第二線圈連接112。簡(jiǎn)圖200示出了對(duì)應(yīng)于命令接收模式 的第一部分204和對(duì)應(yīng)于反向調(diào)制操作模式的第二部分205。
在參照?qǐng)Dl和圖2所描述的系統(tǒng)中，天線電壓限制器電路104的 工作電壓VPEAK1被固定于一值，在該值處，命令接收電路(解調(diào)器 107)開(kāi)始工作，即使是在使用電壓限制調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg的低電磁場(chǎng)強(qiáng) 度處。由于為了 RFID標(biāo)簽100的響應(yīng)也要維持這個(gè)電平，因此，在 負(fù)載調(diào)制期間在線圈連接處出現(xiàn)相對(duì)小的電壓擺動(dòng)，并且因此在讀取/ 寫入設(shè)備的接收器處也是如此。這可能導(dǎo)致的結(jié)果是讀取器對(duì)RFID 標(biāo)簽100響應(yīng)的識(shí)別很容易失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以有效的方式來(lái)改善應(yīng)答器的操作。
為了實(shí)現(xiàn)上面所限定的目的，提供如獨(dú)立權(quán)利要求所限定的一種 應(yīng)答器、 一種應(yīng)答器的操作方法和一種程序單元。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)答器包括天線和天線電壓限制器電 路，天線電壓限制器電路適用于在應(yīng)答器處于第一操作模式時(shí)將天線 電壓限制于第一電壓限度、在應(yīng)答器處于第二操作模式時(shí)將天線電壓 限制于第二電壓限度，其中，在第一操作模式中應(yīng)答器接收數(shù)據(jù)，而 在第二操作模式中應(yīng)答器傳送數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)具有天線的應(yīng)答器進(jìn)行操作的方
法包括步驟在應(yīng)答器處于第一操作模式時(shí)將天線電壓限制于第一電
壓限度，在應(yīng)答器處于第二操作模式時(shí)將天線電壓限制于第二電壓限 度，其中，在第一操作模式中應(yīng)答器接收數(shù)據(jù)，而在第二操作模式中 應(yīng)答器傳送數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供用于操作具有天線的應(yīng)答器程 序單元，當(dāng)由處理器執(zhí)行該程序單元時(shí)，該程序單元適用于控制或執(zhí) 行上述方法的步驟。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以由計(jì)算機(jī)程序(即軟件)、或利用一 個(gè)或多個(gè)專用電子最優(yōu)化電路(即硬件)、或以混合的形式(即借助于 軟件和硬件元件)來(lái)控制動(dòng)態(tài)的電壓限制。
特別地，根據(jù)本發(fā)明的特征具有的優(yōu)點(diǎn)是在所提供的應(yīng)答器中， 天線線圈的電壓限度值可以被動(dòng)態(tài)地調(diào)整。換句話說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)天線 電壓限制，從而在不同的應(yīng)答器操作模式下將天線電壓限制在不同的 電壓限度。通過(guò)選擇且動(dòng)態(tài)地使天線線圈的最大允許電壓值適應(yīng)各個(gè) 當(dāng)前操作模式，可以有效而靈活地調(diào)整電壓限度，從而改善或優(yōu)化各 個(gè)操作模式下的應(yīng)答器性能。
與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可能被用于讀取 的相對(duì)低的值或限度不必被用于發(fā)送。就發(fā)送而言，可以獨(dú)立地調(diào)整 電壓限度，并且，電壓限度可以被調(diào)整至例如與讀取相比較高的值。 從而增加了用于負(fù)載調(diào)制(即將數(shù)據(jù)傳送回讀取器)的傳送距離。
無(wú)論如何，這個(gè)電壓限度不應(yīng)超過(guò)上限，以避免在可能被高壓或 由高壓引起的發(fā)熱損害的應(yīng)答器元件上產(chǎn)生負(fù)面作用。例如，大的電 壓可以輕易毀壞可能是部分應(yīng)答器的集成電路元件。
有利地，第一電壓限度可以低于第二電壓限度。因此，即使該讀 取/寫入設(shè)備與應(yīng)答器距離很遠(yuǎn)，也可以利用大的電壓擺動(dòng)來(lái)允許同讀 取/寫入設(shè)備進(jìn)行通信。通過(guò)這些措施，可以獲得增加的空間工作范圍， 也就是說(shuō)，由于調(diào)制深度增加，可以增大應(yīng)答器與讀取/寫入設(shè)備之間 的通信的最大距離，特別是在應(yīng)答器傳送數(shù)據(jù)到讀取/寫入站的操作模 式下。此外，也可提高信噪比。
當(dāng)應(yīng)答器在第一操作模式和第二操作模式之間改變時(shí)，天線電壓 限制器電路適用于在第一電壓限度和第二電壓限度之間連續(xù)地改變天
線電壓。通過(guò)連續(xù)地改變電壓限度，可以實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，這可以防止 應(yīng)答器的操作被突變所干擾。特別地，當(dāng)操作模式從接收模式變化到 發(fā)送模式時(shí)，可以連續(xù)地增加電壓，并且，在從發(fā)送模式到接收模式 的轉(zhuǎn)換處，可以平滑地減少電壓限度。
當(dāng)應(yīng)答器處于第三操作模式時(shí)，天線電壓限制器電路可以適用于 將天線電壓限制在第三電壓限度。換句話說(shuō)，天線電壓限制器電路可 能不僅僅區(qū)分兩種操作模式，還可以同時(shí)區(qū)分三種或三種以上的操作 模式。例如，這樣的第三操作模式可以是應(yīng)答器的低能耗的待機(jī)模式。 在這樣的待機(jī)或休眠模式中，天線電壓可以被限制于另一個(gè)適當(dāng)?shù)闹担?例如， 一個(gè)相對(duì)較低的值，以節(jié)約能量。
應(yīng)答器可以包括整流器單元，其連接在天線電壓限制器電路和天 線之間，并適用于對(duì)天線電壓進(jìn)行整流。當(dāng)天線線圈接收電磁輻射時(shí)， 這可能導(dǎo)致交變電壓。通過(guò)引導(dǎo)這種交變電信號(hào)通過(guò)可能實(shí)現(xiàn)為例如 二極管電路的整流器單元，可對(duì)交變電壓進(jìn)行整流，以形成直流電壓。 這種直流電壓可能作為對(duì)應(yīng)答器電子元件的電壓饋送而是必須的。
天線電壓限制器電路可以適用于通過(guò)將操作模式有關(guān)目標(biāo)值與 當(dāng)前的天線電壓進(jìn)行比較，將天線電壓限制于第一電壓限度或第二電 壓限度，作為可變的操作模式有關(guān)目標(biāo)值。按照這個(gè)實(shí)施例，可由天 線電壓限制器電路限定的電壓限度的目標(biāo)值并不被固定為恒定值，而 是可能有所變化，例如，根據(jù)操作模式的變化而變化。這種按照應(yīng)答 器的當(dāng)前操作模式的可變操作模式有關(guān)目標(biāo)值可以被用作基準(zhǔn)電壓， 天線電壓的當(dāng)前值可以與該基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。這種比較可以利用例
如差動(dòng)級(jí)(differential stage)來(lái)進(jìn)行。這種差動(dòng)級(jí)的輸出則可以被用 于產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)，該調(diào)節(jié)信號(hào)用于按照操作模式有關(guān)目標(biāo)值將天線電 壓調(diào)節(jié)至期望值。
特別地，天線電壓限制器電路可以適用于使用分壓器來(lái)產(chǎn)生操作 模式有關(guān)目標(biāo)值?？梢詫⑻炀€線圈的當(dāng)前電壓提供給分壓器的輸入。 分壓器可以實(shí)現(xiàn)為具有可切換抽頭的分壓器，即，施加于該分壓器的 控制信號(hào)可以控制該分壓器對(duì)電壓進(jìn)行分壓的方式。例如，應(yīng)答器的 調(diào)制器單元可以加入發(fā)送操作模式中，并且可以啟動(dòng)控制信號(hào)，以用
于控制分壓器按照新的操作模式來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行分壓。
應(yīng)答器可以包括調(diào)制器單元，調(diào)制器單元適用于對(duì)天線電壓進(jìn)行 調(diào)制以用于傳送數(shù)據(jù)，還適用于產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)可提供給 天線電壓限制器電路，以作為操作模式有關(guān)目標(biāo)值的基礎(chǔ)。換句話說(shuō)， 當(dāng)這個(gè)調(diào)制器單元對(duì)天線電壓進(jìn)行調(diào)制以按照該調(diào)制對(duì)要傳輸?shù)男盘?hào) 進(jìn)行編碼時(shí)，調(diào)制器并不僅僅向天線線圈提供這些調(diào)制信號(hào)，還可以 另外向分壓器發(fā)送相應(yīng)控制信號(hào)，以向分壓器指示操作模式現(xiàn)在切換 到發(fā)送模式。相應(yīng)地，分壓器可以按照這個(gè)發(fā)送操作模式來(lái)啟動(dòng)可變 目標(biāo)值的調(diào)整。
例如，應(yīng)答器可以實(shí)現(xiàn)為射頻識(shí)別標(biāo)簽或智能卡。
RFID標(biāo)簽可以包括半導(dǎo)體芯片(具有集成電路)和與所使用的 工作頻帶(例如，13.56 MHz，或美國(guó)的902MHz到928 MHz的頻帶， 歐洲的863 MHz到868 MHz的頻帶，或其它"工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué)" 頻帶(ISM"industrial scientific medical"),例如，2.4 GHz到2.83 GHz) 相匹配的高頻天線，在該半導(dǎo)體芯片中，可以編程和寫有數(shù)據(jù)。除RFID 標(biāo)簽外，RFID系統(tǒng)可以包括讀取/寫入設(shè)備和系統(tǒng)天線，該系統(tǒng)天線 能夠在RFID標(biāo)簽與該讀取/寫入設(shè)備之間進(jìn)行雙向無(wú)線數(shù)據(jù)通信。此 外，可用輸入/輸出設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))來(lái)控制該讀取/寫入設(shè)備。區(qū) 分不同類型的RFID系統(tǒng)，即有源RFID系統(tǒng)(包括它們自己的供電 設(shè)備，例如電池)和無(wú)源RFID系統(tǒng)(其中，在線圈和天線所吸收的 電磁波的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)供電，其中，可以通過(guò)被包括在RFID系統(tǒng)內(nèi)的 整流子電路對(duì)天線中產(chǎn)生的交流電進(jìn)行整流，以產(chǎn)生直流)。而且，可 使用被動(dòng)激活的半有源(半無(wú)源)系統(tǒng)，其中，根據(jù)需要(例如傳輸 數(shù)據(jù))使用電池。
智能卡或芯片卡可以是極小的安全的密碼處理器，其嵌入在具有 信用卡形狀的卡中，或嵌入在更小的卡中，例如GSM卡。智能卡通 常并不包括電池，而是通過(guò)讀卡器/寫卡器(即，用于通過(guò)從這個(gè)卡讀 取數(shù)據(jù)或者在這個(gè)卡上寫入數(shù)據(jù)而控制該智能卡的功能的讀取和/或 寫入設(shè)備)來(lái)供電。智能卡設(shè)備通常被用在商業(yè)、安全訪問(wèn)和運(yùn)輸?shù)?領(lǐng)域內(nèi)。智能卡可以包括高安全處理器，其用作數(shù)據(jù)(例如，名稱、帳號(hào)、所收集的忠誠(chéng)點(diǎn)數(shù))的安全存儲(chǔ)部件。只有當(dāng)卡被插入讀取/ 寫入終端時(shí)，才可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。
應(yīng)答器可以被設(shè)計(jì)為根據(jù)ISO 15693或ISO 14443而與讀取/寫入 設(shè)備進(jìn)行通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了用于應(yīng)答器與控制裝置之間的無(wú)線通 信的通信協(xié)議，允許從應(yīng)答器讀取或者在應(yīng)答器上寫入數(shù)據(jù)。ISO 15693系統(tǒng)可以運(yùn)行在13.56 MHz頻率，并且可以提供lm到1.5m甚 至更遠(yuǎn)的最大讀取距離。ISO 14443定義具有嵌入芯片(臨近卡 proximity card)的標(biāo)識(shí)卡以及可以運(yùn)行在13.56 MHz的磁環(huán)天線 (RFID)。
參照下面所描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯然 且明白。


圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的RPID標(biāo)簽。
圖2是示出圖1的RFID標(biāo)簽的不同操作模式的簡(jiǎn)圖。
圖3示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)答器系統(tǒng)。
圖4示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID標(biāo)簽。
圖5是示出圖4的RFID標(biāo)簽的不同操作模式的簡(jiǎn)圖。
圖6A示出作為實(shí)現(xiàn)圖4的RFID標(biāo)簽的例子的電路圖的第一部分。
圖6B示出作為實(shí)現(xiàn)圖4的RFID標(biāo)簽的例子的電路圖的第二部分。
圖7示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的RFID標(biāo)簽。
圖8示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的RFID標(biāo)簽。
具體實(shí)施例方式
附圖中的插圖是示意性的。在這些附圖中，由相同的附圖標(biāo)記表 示相似的或相同的元件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3來(lái)描述按照本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)答器系統(tǒng)300。應(yīng) 答器系統(tǒng)300包括應(yīng)答器301和讀取/寫入設(shè)備302。應(yīng)答器301和讀
取/寫入設(shè)備302以無(wú)線的方式通信耦合。換句話說(shuō)，應(yīng)答器301和讀 取/寫入設(shè)備302之間的通信是基于高頻域或射頻域內(nèi)的電磁輻射的 傳輸。
讀取/寫入設(shè)備302適用于利用發(fā)射/接收線圈306，在高頻域內(nèi)發(fā) 射電磁輻射。此外，讀取/寫入設(shè)備302的發(fā)射/接收線圈306適用于 接收或檢測(cè)電磁輻射。當(dāng)應(yīng)答器301從這種電磁場(chǎng)吸收能量或以特征 方式改變這個(gè)電磁場(chǎng)時(shí)，發(fā)射/接收線圈306可以檢測(cè)這種事件。由應(yīng) 答器301所執(zhí)行的、對(duì)由發(fā)射/接收線圈306所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的屬性所 進(jìn)行的這種改變可以表示數(shù)據(jù)，或者可以對(duì)要從應(yīng)答器301發(fā)送至讀 取/寫入設(shè)備302的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
該讀取/寫入設(shè)備302還包括控制單元305，其控制發(fā)射/接收線圈 306，并能夠向應(yīng)答器301發(fā)送數(shù)據(jù)或獲取發(fā)送自應(yīng)答器301的數(shù)據(jù)。 應(yīng)答器301包括天線線圈308，其能夠接收和/或發(fā)射高頻范圍內(nèi)的電 磁輻射。特別地，天線線圈308能夠接收讀取/寫入設(shè)備302的發(fā)射/ 接收線圈306所發(fā)射的電磁輻射。天線線圈308可以被實(shí)現(xiàn)為傳統(tǒng)的 線圈或感應(yīng)器(inductor)。它也可以被實(shí)現(xiàn)為集成電路元件。
此外，應(yīng)答器301包括天線電壓限制器電路303，天線電壓限制 器電路303適用于當(dāng)應(yīng)答器301從發(fā)射/接收線圈306接收在電磁輻 射信號(hào)中編碼的數(shù)據(jù)時(shí)，將天線線圈308的天線電壓限制于第一電壓 限度。天線電壓限制器電路303還適用于當(dāng)應(yīng)答器301處于向讀取/ 寫入設(shè)備302發(fā)送數(shù)據(jù)的操作模式時(shí)，將天線線圈308的天線電壓限 制于比第一電壓限度大的第二電壓限度。
從應(yīng)答器301向讀取/寫入設(shè)備302 "發(fā)送"數(shù)據(jù)并不一定意味著 電磁輻射是由天線線圈308主動(dòng)發(fā)射且被傳輸至讀取/寫入設(shè)備302 的，其中，所發(fā)送的數(shù)據(jù)是在電磁輻射中編碼的。與此相反的是，應(yīng) 答器301可以有特點(diǎn)地改變天線線圈308提取或消耗由讀取/寫入設(shè)備
302的發(fā)送/接收線圈306發(fā)出的電磁波的電磁場(chǎng)能量的方式。由于這 樣的改變可以作為電磁場(chǎng)的屬性的變化而被檢測(cè)出來(lái)，因此，發(fā)送/ 接收線圈306可以從這個(gè)改變中導(dǎo)出數(shù)據(jù)。
從圖3還可以看出，天線線圈308不僅耦合至天線電壓限制器電路303，還耦合至數(shù)據(jù)處理單元304。數(shù)據(jù)處理單元304能夠確定發(fā)送 自所接收的電磁輻射的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理單元304還能夠控制電磁場(chǎng)的 調(diào)制，以便對(duì)要發(fā)送至讀取/寫入設(shè)備302的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。電磁輻射 可以包括來(lái)自讀取/寫入設(shè)備302的信息，例如，控制信息。數(shù)據(jù)處理 單元304可以適用于處理這種命令或請(qǐng)求，并作為對(duì)該請(qǐng)求或命令的 響應(yīng)，產(chǎn)生那些必須被發(fā)送回讀取/寫入設(shè)備302的信號(hào)。
可以在塑料基底309上和/或在塑料基底309內(nèi)提供元件303、304 和308。元件303和304中的任何一個(gè)都可以被進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)為集成電
路。這種集成電路可以實(shí)現(xiàn)為例如以硅技術(shù)制造的或基于m-v半導(dǎo)
體的半導(dǎo)體芯片。硅芯片是由硅晶片制造的電子芯片，而且，其中實(shí) 現(xiàn)有單塊集成電路?？蛇x地，元件303和304中的任何一個(gè)都可以在 互聯(lián)的或連線的電子構(gòu)件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。可選地，除適當(dāng)?shù)挠布?之外，元件303和304中的任何一個(gè)的功能都可以通過(guò)利用一個(gè)或多 個(gè)軟件元件而實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4來(lái)描述按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID標(biāo)簽400。嚴(yán) 格來(lái)說(shuō)，圖4以及圖7和圖8僅僅示出了 RFID標(biāo)簽的前端電路，而 省略了那些對(duì)所描述的本發(fā)明實(shí)施例不重要的RFID標(biāo)簽的其它部 分。然而，在下面，術(shù)語(yǔ)"RFID標(biāo)簽"可以被用作"RFID標(biāo)簽的前 端電路"的簡(jiǎn)稱。在圖4、圖7和圖8中，用虛線框來(lái)表示前端電路。
RFID標(biāo)簽400包括用于接收高頻范圍內(nèi)的電磁輻射的天線線圈 401，其特別適用于吸收13.56 MHz頻率處的電磁輻射。與天線線圈 401并聯(lián)，連接第一電容器413，其中，可以調(diào)整天線線圈401的電感 值L和第一電容器413的電容值C，使得RFID標(biāo)簽400在特殊載波 頻率(例如13.56 MHz)處發(fā)生諧振。
由第一整流二極管402a、第二整流二極管402b、第三整流二極 管402c和第四整流二極管402d形成整流子電路。整流二極管402a 到402d連接在天線線圈401和第一電容器413的電路(一端)與天線 電壓限制器電路404 (另一端)之間。第一整流二極管402a連接在第 一線圈連接411 (也由LA表示)與地電位403之間。第二整流二極 管402b連接在第一線圈連接411與天線電壓限制器電路404的電源之
間。第三整流二極管402c連接在第二線圈連接412 (也由LB表示) 與天線電壓限制器電路404的電源之間。第四整流二極管402d連接在 第二線圈連接412與地電位403之間。整流二極管402a到402d可以 實(shí)現(xiàn)為以二極管模式連接或工作的MOSFET。整流二極管402a和402d 也可以實(shí)現(xiàn)為MOSFET開(kāi)關(guān)。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述天線電壓限制器電路404的結(jié)構(gòu)。分壓器415 具有可切換抽頭，即可切換分壓功能。當(dāng)前出現(xiàn)在天線線圈401處的 整流電壓被提供給分壓器415的輸入和快穩(wěn)壓器單元405b。換句話說(shuō)， 當(dāng)前電壓值416被提供給快穩(wěn)壓器405b的輸入。
分壓器415的輸出耦合至慢穩(wěn)壓器單元405a的輸入。慢穩(wěn)壓器 405a的輸出接收已由慢穩(wěn)壓器405a產(chǎn)生的可變目標(biāo)電壓值信號(hào)417。 基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06耦合至慢穩(wěn)壓器單元405a的輸入，并提供基準(zhǔn)電壓。
第二電容器414連接在地電位403和慢穩(wěn)壓器單元405a的輸出 之間，以便提供兩個(gè)不同的電壓限度(參見(jiàn)圖5中的VPEAK1和 VPEAK2)之間的傾斜(slope)。假定慢穩(wěn)壓器單元40&的輸出僅可 以汲取特定電流，則對(duì)于快穩(wěn)壓器405b而言，所述輸出的任何階躍 (step)都導(dǎo)致輸入電壓的斜坡(ramp)。
現(xiàn)在，在快穩(wěn)壓器單元405b的輸入處提供在慢穩(wěn)壓器405a的輸 出處提供的可變目標(biāo)電壓值417b。根據(jù)可變目標(biāo)電壓值417和當(dāng)前的 電壓值416，或，更詳細(xì)地，根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)的比較，快穩(wěn)壓器405b 在其輸出處產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg。這個(gè)信號(hào)可以被施加到接收解調(diào)器單 元407，接收解調(diào)器單元407能夠獲取從讀取/寫入設(shè)備(未示出)向 RFID標(biāo)簽400傳送的數(shù)據(jù)，換言之，能夠?qū)魉徒oRFID標(biāo)簽400的 信號(hào)進(jìn)行解碼。
此外，在第一 MOSFET 408的柵極處提供調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg。第一 MOSFET 408的源極連接至地電位403，而它的漏極連接至天線電壓 限制器電路404的電源。分壓器415的輸入和第二穩(wěn)壓器405b的輸入 兩者都連接至所述電源。
調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg的每個(gè)值引起第一 MOSFET 408的一定導(dǎo)通，該 導(dǎo)通則增大或降低天線電壓限制器電路404的供電電壓，并因此增大或降低RFID標(biāo)簽100的供電電壓。該導(dǎo)通越大，供電電壓越低。此 外，第二MOSFET410與第一MOSFET409并聯(lián)地被切換，以調(diào)制電 磁場(chǎng)。
為此，提供調(diào)制器單元409，其能夠?qū)Τ霈F(xiàn)在天線線圈401處的 信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制，以將信號(hào)發(fā)送回讀取/寫入設(shè)備(未示出)。為此， 調(diào)制器單元409耦合至第二 MOSFET410的柵極。第二 MOSFET410 的源極耦合至地電位403。第二MOSFET410的漏極耦合至天線電壓 限制器電路404的電源。應(yīng)該注意，假定MOSFET408和410為N溝 道類型。當(dāng)使用P溝道類型時(shí)，標(biāo)識(shí)符也相應(yīng)改變。此外，應(yīng)該注意， 在發(fā)明的RFID標(biāo)簽400中使用的晶體管不一定必須是MOSFET類型 的晶體管。原則上，任何類型的晶體管都是可行的，但MOSFET類型 對(duì)集成電路來(lái)說(shuō)是有利的。
如箭頭418所示，當(dāng)切換到反向調(diào)制或發(fā)送操作狀態(tài)時(shí)，可以(例 如，由調(diào)制器單元409)向分壓器415施加標(biāo)識(shí)該切換的信號(hào)，以向 分壓器415通知現(xiàn)在操作狀態(tài)發(fā)生變化，而且對(duì)天線線圈401最大允 許的電壓限度進(jìn)行調(diào)整可能是適當(dāng)?shù)?。響?yīng)于這個(gè)信號(hào)，分壓器415 向慢穩(wěn)壓器單元405a施加相應(yīng)改變的信號(hào)，以提供改變的可變目標(biāo)電 壓值417。因此，相應(yīng)地改變調(diào)節(jié)信號(hào)Vreg，并且，同用于上述接收 模式的電壓限度相比較，可以增大用于發(fā)送模式的電壓限度。
RFID標(biāo)簽400可以適用于按照ISO 15693中所定義的通信協(xié)議與 讀取/寫入設(shè)備進(jìn)行通信。雖然圖4中沒(méi)有示出，但可以在RFID標(biāo)簽 400中實(shí)現(xiàn)安全特性，例如，對(duì)RFID標(biāo)簽400或其上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行控制需要用戶口令。換句話說(shuō)，對(duì)控制或訪問(wèn)RFID標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，可 能需要授權(quán)。在頻率13.56 MHz處，RFID標(biāo)簽400可以進(jìn)一步具有 70 cm到80 cm甚至更遠(yuǎn)的與讀取/寫入設(shè)備的通信范圍。場(chǎng)強(qiáng)范圍H 可以在40mA/m和12A/m之間。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明天線電壓限制器電路404所實(shí)現(xiàn)的電壓限 制。特別地，要求這種電壓限制可能有兩個(gè)原因。在一方面，應(yīng)當(dāng)避 免RJFID標(biāo)簽400或其元件被加熱到可能毀壞RJFID標(biāo)簽400的高溫。 另一方面，應(yīng)當(dāng)降低電壓，以防止圖4中所示的集成電路的元件被過(guò)高的電壓值所毀壞。
現(xiàn)在將描述如圖5所示的簡(jiǎn)圖500，以說(shuō)明與RFID標(biāo)簽400的 電壓限度的動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)的細(xì)節(jié)。簡(jiǎn)圖500示出了橫坐標(biāo)501，其上 繪制有時(shí)間t。在縱坐標(biāo)502上繪制高頻信號(hào)(即，電壓VLA/LB)的 包絡(luò)503。圖5示出與簡(jiǎn)圖500的第一部分504和第二部分505相關(guān) 的兩個(gè)不同的操作狀態(tài)。
在第一部分504涉及的操作狀態(tài)中，RFID標(biāo)簽400接收包括來(lái) 自讀取/寫入設(shè)備的數(shù)據(jù)的電磁波。在這個(gè)命令接收模式中，天線線圈 401的電壓被限制于相對(duì)低壓的限度值VPEAK1。
與此形成對(duì)比的是，在與第二部分505相關(guān)的第二操作模式中， RFID標(biāo)簽400處于發(fā)送模式，即，它通過(guò)負(fù)載調(diào)制來(lái)向讀取/寫入設(shè) 備發(fā)送數(shù)據(jù)。圖5的第二部分505中所示出的點(diǎn)(dip)象征要被傳送 的信息，其被包括在調(diào)制圖形內(nèi)。在這個(gè)發(fā)送模式中，天線線圈401 的電壓被限制于相對(duì)較高的電壓限度值VPEAK2。
圖5進(jìn)一步示出了傾斜506，即從按照第一部分504的操作模式 到按照第二部分505的操作模式的平滑過(guò)渡。tl表示的傾斜部分表明 這個(gè)上升沿的時(shí)間可以是例如lOOps。然而，對(duì)從與第二部分505相 關(guān)的操作模式回到與第一部分504相關(guān)的操作模式的轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，t2表 示的傾斜可以涉及30(His。
為了在反向調(diào)制(即在朝著讀取/寫入設(shè)備的方向)過(guò)程中獲得優(yōu) 化的高的電壓擺幅，在開(kāi)始數(shù)據(jù)反向調(diào)制之前，調(diào)節(jié)該線圈電壓限度 的閾值，并從低值VPEAK1到較高的值VPEAK2連續(xù)地增大(以足 夠慢的增加率)線圈電壓限度的閾值。VPEAK2可以是在特別技術(shù)的 設(shè)計(jì)中被最大允許的值(例如，兩倍VPEAK1)。在反向調(diào)制模式的 過(guò)程中，電壓限度可以在VPEAK2處基本保持恒定。向后，g卩，返回 接收模式，可以連續(xù)地減少線圈電壓限度的閾值或?qū)⑵浣档椭琳Ｋ?平(g卩VPEAKl，其可以針對(duì)接收操作模式而優(yōu)化)。
這樣，在反向調(diào)制過(guò)程中，在已經(jīng)處于弱的(但是特別地，中等 的)高頻場(chǎng)強(qiáng)時(shí)(例如，當(dāng)RFID標(biāo)簽400距離讀取/寫入設(shè)備的天線 仍然相對(duì)較遠(yuǎn)時(shí))，可以利用最大可能的線圈電壓擺動(dòng)(取決于所提供
的高頻能量)(即特別地，當(dāng)讀取/寫入設(shè)備的接收器為了獲得足夠大 的信噪比而需要很強(qiáng)的反向調(diào)制信號(hào)時(shí))。
已經(jīng)在圖4的功能結(jié)構(gòu)或類似模塊(block-like)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上描 述了 RFID標(biāo)簽400。每個(gè)模塊都有幾個(gè)實(shí)際的可能實(shí)現(xiàn)。然而，下 面將要給出實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽400的一個(gè)特殊例子。現(xiàn)在將參照?qǐng)D6A 和6B更詳細(xì)地描述詳細(xì)電路圖的第一部分600和第二部分650，該電 路圖實(shí)現(xiàn)圖4中所示的模塊構(gòu)造。
圖6A示出用于恢復(fù)系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘恢復(fù)連接602。此外，還示 出保護(hù)設(shè)備601，其可以保護(hù)連接至?xí)r鐘恢復(fù)連接602的電路，以克 服大的ESD電壓。此外，還示出頻率響應(yīng)補(bǔ)償電容器603。附圖標(biāo)記 604表示用于其它RFID標(biāo)簽電路的供電電壓。
圖6B示出電平移位器651，其被設(shè)置在連接605與分壓器415 之間?？梢栽谶B接605處提供用于切換418的信號(hào)。此外，當(dāng)改變操 作模式時(shí)，在連接607處所提供的當(dāng)前信號(hào)與第二電容器414的值一 同保證電壓限度的平滑上升或下降。最后，為了對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行負(fù)載調(diào) 制，在連接606處提供信號(hào)，以用于控制第二MOSFET410。
雖然已經(jīng)參照用于特殊電路的圖4、 5、 6A和6B描繪了天線電壓 限制的實(shí)現(xiàn)，但是也可能有許多用于實(shí)現(xiàn)該電壓限度的動(dòng)態(tài)調(diào)整的替 換方案。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7來(lái)描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID標(biāo)簽700。RFID 標(biāo)簽700是實(shí)現(xiàn)該電壓限度的動(dòng)態(tài)調(diào)整的替換方案的例子。
就RFID標(biāo)簽700來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06接收控制信號(hào)418。 與圖l形成對(duì)比的是，基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06適用于提供依賴于當(dāng)前將要 執(zhí)行的操作狀態(tài)的基準(zhǔn)電壓的不同的值，其可能源自信號(hào)418。這個(gè) 實(shí)施例具有與對(duì)其己經(jīng)作出清楚的闡述的圖l類似的結(jié)構(gòu)。然而，與 圖1形成對(duì)比的是，基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06所提供的目標(biāo)值并不是恒定的， 而是可變的，并且可以由信號(hào)418來(lái)控制這種改變。基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06 可以適用于當(dāng)RFID標(biāo)簽700運(yùn)行在接收模式下提供基準(zhǔn)電壓的第一 值，以及當(dāng)RFID標(biāo)簽700運(yùn)行在發(fā)送模式下提供基準(zhǔn)電壓的第二值。 可以由信號(hào)418來(lái)指示當(dāng)前模式或模式改變。
圖7的實(shí)施例僅僅包括快穩(wěn)壓器405b，而沒(méi)有提供慢穩(wěn)壓器405a (如圖4中所示)。因此，天線電壓可能有相對(duì)的突變。然而，可以如 下修改相應(yīng)的讀取/寫入設(shè)備讀取/寫入設(shè)備忽略或抑制可能由線圈 電壓的突變所引起的擾動(dòng)信號(hào)。
在本發(fā)明的特殊實(shí)施例中，可以直接抽取線圈電壓，而且，該線 圈電壓可以在兩個(gè)基準(zhǔn)電壓之間切換。在這種情況下，可以省略可切 換分壓器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8來(lái)描繪按照本發(fā)明的實(shí)施例的RFID標(biāo)簽800。RFID 標(biāo)簽800是實(shí)現(xiàn)該電壓限度的動(dòng)態(tài)調(diào)整的替換方案的另一個(gè)例子。
特別地，RFID標(biāo)簽800與RFID標(biāo)簽400在兩個(gè)方面有所不同。 第一，無(wú)需并因此省略可切換分壓器415。第二，控制信號(hào)418被提 供給基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06，基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?06基于RFID標(biāo)簽800的當(dāng) 前操作模式，向慢穩(wěn)壓器405a提供基準(zhǔn)電壓的不同的值，例如，在接 收模式中為低值，而在發(fā)送模式中為高值。
應(yīng)該注意，動(dòng)詞"包括"及其變化形式并不排除權(quán)利要求中所聲 明的元件或步驟之外的其它元件或步驟，并且，不定冠詞的使用并不 排除多個(gè)元件或步驟。同時(shí)，可以組合結(jié)合不同的實(shí)施例描述的元件。
應(yīng)該注意，置于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)視作對(duì)權(quán)利要求范 圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)答器(400)，包括天線(401)，以及天線電壓限制器電路(404)，適用于當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第一操作模式(504)時(shí)將天線電壓限制于第一電壓限度(VPEAK1)，而當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第二操作模式(505)時(shí)將天線電壓限制于第二電壓限度(VPEAK2)，其中，在第一操作模式(504)中，應(yīng)答器(400)接收數(shù)據(jù)，而在第二操作模式(505)中，應(yīng)答器(400)發(fā)送數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器(400)，其中，第一電壓限度 (VPEAK1)低于第二電壓限度(VPEAK2)。
3. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器(400)，其中，天線電壓限制器 電路(404)適用于當(dāng)應(yīng)答器(400)在第一操作模式(504)和第二 操作模式(505)之間變化時(shí)，在第一電壓限度(VPEAK1)和第二電 壓限度(VPEAK2)之間連續(xù)地改變天線電壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器(400)，其中，天線電壓限制器 電路(404)適用于當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第三操作模式時(shí)，將天線 電壓限制于第三電壓限度。
5. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)答器(400)，其中，天線電壓限制器 電路(400)適用于通過(guò)將操作模式有關(guān)目標(biāo)值(417)與當(dāng)前的天 線電壓(416)進(jìn)行比較，將天線電壓限制于由可變操作模式有關(guān)目標(biāo) 值(417)所定義的第一電壓限度(VPEAK1)或第二電壓限度(VPEAK2)。
6. 如權(quán)利要求5所述的應(yīng)答器(400)，其中，天線電壓限制器 電路(404)適用于利用具有可切換抽頭的分壓器(415)，產(chǎn)生操作模 式有關(guān)目標(biāo)值(417)。
7. 如權(quán)利要求5所述的應(yīng)答器(400)，包括調(diào)制器單元(409)， 所述調(diào)制器單元(409)適用于對(duì)天線電壓進(jìn)行調(diào)制以用于傳送數(shù)據(jù)， 還適用于產(chǎn)生控制信號(hào)(418)，該控制信號(hào)能夠被提供給天線電壓限制器電路(404),以作為操作模式有關(guān)目標(biāo)值(417)的基礎(chǔ)。
8. 如權(quán)利要求l所述的應(yīng)答器(400)，被設(shè)計(jì)為根據(jù)ISO 15693 或ISO 14443而與讀取/寫入設(shè)備進(jìn)行通信。
9. 一種用于操作包括天線(401)的應(yīng)答器(400)的方法，其 中，該方法包括步驟當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第一操作模式(504)時(shí) 將天線電壓限制于第一電壓限度(VPEAK1)，而當(dāng)應(yīng)答器(400)處 于第二操作模式(505)時(shí)將天線電壓限制于第二電壓限度(VPEAK2)， 其中，在第一操作模式(504)中，應(yīng)答器(400)接收數(shù)據(jù)，而在第 二操作模式(505)中，應(yīng)答器(400)發(fā)送數(shù)據(jù)。
10. —種用于操作包括天線(401)的應(yīng)答器(400)的程序單元， 當(dāng)由處理單元(304)執(zhí)行時(shí)，該程序單元適用于控制執(zhí)行以下方法步 驟當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第一操作模式(504)時(shí)將天線電壓限制于 第一電壓限度(VPEAK1 )，而當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第二操作模式(505) 時(shí)將天線電壓限制于第二電壓限度(VPEAK2)，其中，在第一操作模 式(504)中，應(yīng)答器(400)接收數(shù)據(jù)，而在第二操作模式(505)中， 應(yīng)答器(400)發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種應(yīng)答器(400)，其包括天線(401)和天線電壓限制器電路(404)，天線電壓限制器電路(404)適用于當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第一操作模式(504)時(shí)將天線電壓限制于第一電壓限度(VPEAK1)，而當(dāng)應(yīng)答器(400)處于第二操作模式(505)時(shí)將天線電壓限制于第二電壓限度(VPEAK2)，其中，在第一操作模式(504)中，應(yīng)答器(400)接收數(shù)據(jù)，而在第二操作模式(505)中，應(yīng)答器(400)發(fā)送數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06K19/07GK101198970SQ200680017348
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
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