RFID标签自调谐的制作方法

rfid标签自调谐
技术领域
1.本发明涉及一种射频识别(rfid)标签及一种调谐射频识别(rfid)标签的方法，特别涉及rfid标签的自调谐。


背景技术：

2.射频识别(rfid)是指由标签和读取器两部分构成的无线系统。读取器为具有一个或多个天线的装置，所述一个或多个天线发射无线电波且接收从rfid标签返回的信号。使用无线电波将其身份和其它信息传送到附近读取器的标签可以是无源的或有源的。无源rfid标签由读取器供电，且不具有电池。有源rfid标签由电池供电。近场通信(nfc)为可在短距离内进行双向通信的无线通信技术。nfc标签在包括医疗市场、消费者市场、零售市场、工业市场、汽车市场和智能电网市场的多个市场中的使用正在增长。nfc是一种类型的rfid技术。由于例如距其它装置或标签的距离、附近物体等内部或外部因素，标签需要被调谐以平衡阻抗，从而在数据读取循环开始之前优化接收信号强度。


技术实现要素：

3.提供本发明内容是为了以简化的形式介绍下文在具体实施方式中另外描述的一系列概念。本发明内容并非意图标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求保护的主题的范围。
4.在一个实施例中，公开了一种射频识别(rfid)标签。所述rfid标签包括：天线端口，所述天线端口用以接收输入ac信号；以及与所述天线端口耦合的自调谐电路，所述自调谐电路用以在自调谐阶段期间优化输入ac信号的信号强度。所述rfid标签另外包括：限制器，所述限制器被配置成将所述输入ac信号的电压限制到预配置限值；以及限制器控制器，所述限制器控制器被配置成在所述自调谐阶段期间去激活所述限制器且在所述自调谐阶段之后重新启用所述限制器。自调谐阶段发生在数据通信阶段之前。
5.在一些实施例中，自调谐阶段包括预配置数目个阶段。限制器控制器被配置成仅在预配置数目个阶段中的预配置阶段期间去激活限制器。自调谐电路被配置成改变与天线输入端口耦合的天线的输入阻抗。限制器可包括被配置成测量正由所述限制器吸收的电流的电流测量电路，且被配置成基于所述测量来衡量信号强度是增加还是减小。在一些例子中，可包括dc限制器以在输入ac信号由整流器电路整流之后限制输入ac信号的dc输出。限制器控制器被配置成在自调谐阶段期间停用ac限制器。通信阶段包括自调谐阶段和数据返回阶段，在所述数据返回阶段中，数据返回到接收器(例如，rfid读取器)。本文中所描述的rfid标签可并入集成电路中。在一些例子中，ac限制器包括一对晶体管，其中所述一对晶体管的栅极耦合在一起，并且限制器控制器被配置成通过将施加到所述一对晶体管的栅极的模拟栅极电压设置为不同于在自调谐阶段之后施加到栅极的栅极电压的值而停用ac限制器。
6.在另一实施例中，公开了一种调谐射频识别(rfid)标签的方法。所述方法包括自
调谐以在自调谐阶段期间优化输入ac信号的信号强度，以及在自调谐阶段期间停用被配置成将输出电压限制到预配置限值的限制器。自调谐阶段为通信阶段的子部分，且在数据返回阶段之前发生。
附图说明
7.为了可以详细地理解本发明的上述特征的方式，可通过参考实施例来作出上文简要概括的本发明的更特定描述，所述实施例中的一些实施例在附图中得以示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可准许其它同等有效的实施例。对于本领域的技术人员而言，在结合附图阅读本描述之后，所要求保护的主题的优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的元件，并且在附图中：
8.图1和2描绘根据本公开的一个或多个实施例的rfid标签；
9.图3描绘根据本公开的一个或多个实施例的在rfid标签中使用的示例限制器电路；
10.图4示出根据本公开的一个或多个实施例的在rfid标签的自调谐期间的输出电压曲线图；并且
11.图5示出根据一个或多个实施例的在rfid标签的自调谐期间停用限制器的方法。
12.应注意，图式未必按比例绘制。并未示出rfid标签的所有组件。省略的组件是本领域的技术人员已知的。
具体实施方式
13.已经省略或不在描述中详细描述许多熟知的制造步骤、组件和连接器，以免混淆本公开。
14.应容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以各种各样不同的配置来布置和设计。因此，如图式中所表示的各种实施例的具体实施方式并非意图限制本公开的范围，而仅仅是表示各种实施例。尽管在图式中呈现了实施例的各个方面，但是除非特别地指示，否则图式未必按比例绘制。
15.在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，可以其它特定形式体现本发明。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此具体实施方式指示。落入权利要求的等效含义和范围内的所有变化都应涵盖在权利要求的范围内。
16.贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的提及并不暗示可通过本发明实现的所有特征和优点应在或存在于本发明的任何单个实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可以(但未必)指代同一实施例。
17.此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，本发明可在无具体实施例的特定特征或优点中的一个或多个的情况下实践。在其它情况下，可在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
18.贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”、“一个例子”或类似语言的提及意指结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以(但未必)全部指同一实施例。
19.rfid标签可以存储从一个序列号到若干页的数据的一系列信息。rfid标签可以是移动的，使得它们可以用手携带，也可以安装在柱子或顶部上。rfid系统还可构建到机柜、房间或建筑物的架构中。nfc是基于rfid技术的技术。nfc技术可用于提供对等通信或单向通信。当两个具有nfc功能的装置彼此非常接近，约4cm或更小时，它们可使用无线电波与彼此通信。在使用nfc通信的两个装置中，其中的至少一个装置必须是有源装置(供电的)。在许多情况下，所述有源装置将是智能手机、平板电脑、安全平板或支付终端。其它装置可以是有源的或无源的(不供电的)。使用nfc，可以在不到十分之一秒的时间内设置两个装置。
20.在有源对等(p2p)模式下，两个有源装置在其间创建无线通信信道。具有外部电源的有源装置可通过来自有源装置的电磁场为无源装置供电。petersen的标题为“自调谐谐振电力传送系统(self-tuning resonant power transfer systems)”的第9997928号美国专利描述调谐无线电力传送系统，所述美国专利以引用的方式并入本文中。shanks的标题为“自调谐rfid(self tuning rfid)”的第8836512号美国专利描述rfid标签的自调谐，所述美国专利以引用的方式并入本文中。rfid标签的自调谐确保从有源装置到rfid标签的最优电力传送，使得rfid标签可使用所接收的能量将数据传送回有源装置。nfc无源装置在许多应用中使用，因为无源nfc装置可以是简单标签。nfc装置经由无线电波彼此通信。必须首先启用(接通)有源nfc装置。使用天线产生用于nfc的无线电波。nfc通过使用nfc装置之间的电感耦合利用电磁场的特性来工作。所述nfc装置在13.56mhz频率下工作，所述频率为rf频谱上hf的免许可区段。
21.接收信号的强度可取决于距离以及例如附近物体、人触摸等外部因素。因此，在一些例子中，rfid标签可包括可切换电容器组，所述可切换电容器组包括与开关耦合的多个电容器。可通过接通或断开这些开关中的一个或多个来改变电容器的值。可通过改变电容器值来改变接收器天线的输入阻抗，以优化输入信号的信号强度。
22.图1示出rfid标签100的实施例的示意图，所述rfid标签100包括天线端口，所述天线端口包括引脚以从天线接收la和lb输入。在一些例子中，天线端口可被配置成经由线圈型天线接收信号。rfid标签100可并入集成电路(ic)中，且可包括自调谐电路102、ac限制器104、调制器106和控制逻辑110。调制器106可被配置成以信号形式对rfid标签询问请求进行编码，并且调制所述信号并将所述信号传送到控制逻辑110。控制逻辑110可包括控制逻辑110可响应于询问请求而传输回的数据。可包括整流器108以将la与lb之间的信号转换成可输入到控制逻辑110的dc信号。包括ac限制器104以提供静电放电(esd)保护，且将信号电压限制到预配置值以保护rfid标签100中的下游电路。rfid标签中使用的限制器电路在本领域中是熟知的。图3示出限制器电路104的一个例子。可使用rfid标签的限制器电路的其它实施方案。ac限制器104包括控制端口或输入以启用或停用ac限制器104。图3中的ac限制器104包括由电压信号vg驱动的晶体管m1、m2。
23.包括限制器控制器112，所述限制器控制器112通过控制线114与ac限制器104耦合。限制器控制器112被配置成将启用或停用信号发送到ac限制器104。响应于控制信号，ac
限制器104被启用或停用。停用ac限制器104可意味着通过停用控制信号将ac限制器104与电路的其余部分断开连接，或使ac限制器104不可操作。在一些实施例中，限制器控制器112可以是自调谐电路102的一部分。应注意，rfid标签100可包括其它熟知模块，或示出的模块可在其它例子中以不同方式耦合。本文中所描述的实施例可适用于任何rfid标签电路配置，只要所述配置包括自调谐和限制器电路(例如，ac限制器104)。当rfid标签100接近rfid标签读取器(未示出)时，所接收的电磁能为自调谐电路102供能，并且自调谐电路102开始改变rfid标签100的内部阻抗(例如，经由改变电容器组(未示出)的电容)，以实现在la和lb处接收的输入信号的最优电压。自调谐可在预配置时间周期内执行，或直到实现预配置输出电压为止。在自调谐周期期间，限制器控制器112可用于经由控制线114冻结ac限制器104。在完成自调谐后，限制器控制器112可再次启用ac限制器104，并且ac限制器104可至少保持操作直到完成从rfid标签100、120到rfid读取器(未示出)的数据传送为止。
24.为了优化从rfid读取器到rfid标签100的电力传送，需要最优地调谐rfid标签100的阻抗。然而，ac限制器104通过限制输出电压而抑制最优调谐，由此阻止最优电力传送。限制器控制器112被配置成在自调谐阶段期间冻结ac限制器104的操作(例如，通过将vg保持在相同水平)，使得可最优地调谐阻抗以在自调谐阶段之后将数据最优地传送回rfid读取器。
25.图2是被配置成类似于rfid标签100且还类似于rfid标签100操作的rfid标签120。rfid标签120可包括dc限制器116以限制整流器108的输出电压。在一些实施例中，当包括dc限制器116时，可省略ac限制器104。dc限制器116可通过接地开关提供稳定接地支持。接地开关的例子由2021年1月4日提交的第17/247997号美国申请“改进的接地开关(improved ground switch)”描述，所述美国申请以引用的方式并入本文中。ac限制器104一般在la与lb之间操作，因此接地可能不稳定。在rfid标签120通过检测接地而提供防篡改保护的一些应用中，稳定接地是重要的。ac限制器104和dc限制器116可由限制器控制器112经由将限制器控制器112与ac限制器104和dc限制器116耦合的控制线118来启用或停用。
26.图3示出在一个例子中的ac限制器104的细节。其它实施方案是可能的，只要那些实施方案提供一种控制来在自调谐阶段的至少一部分期间去激活ac限制器104的限制功能即可。ac限制器104包括晶体管m1和m2，所述晶体管m1和m2耦合在la线与lb线或la/lb输入端口之间，优选地为nmos型。通过改变驱动晶体管m1和m2的栅极的栅极驱动电压vg来控制ac限制器104的限制效应。vg为连续模拟电压而不是接通/断开开关信号，并且vg的值控制ac限制器104的输出。在一些实施例中，通过模拟多路复用器120从vg1和vg2电压输入中选择栅极电压vg。当控制信号被设置成停用ac限制器104时，栅极电压vg1可由限制器控制器112提供。控制逻辑110可提供栅极电压vg2。在一些例子中，栅极电压vg2可由控制逻辑110改变以改变ac限制器104的输出电压。电压vg1和vg2来源于la/lb处的输入ac信号。在一些例子中，如果晶体管m1和m2为nmos晶体管，那么为了停用ac限制器104(即，或为了增加ac限制器104的输出，由此消除限制器效应)，可降低栅极电压vg1。限制器控制器112可确定vg1的值，使得自调谐电路102可在la/lb处实现最优电压。限制器控制器112还可被配置成仅在一个或多个自调谐阶段期间施加栅极电压vg1(通过启用控制信号)。在自调谐阶段之后，控制信号使模拟多路复用器120选择栅极电压vg2，所述栅极电压vg2可高于vg1(在nmos例子中)，且vg2的值可由控制逻辑110设置。
27.图4示出在自调谐循环期间的输出电压曲线图示200。自调谐在预配置数目个步骤中进行。在一个例子中，可存在三个调谐步骤。在第一调谐步骤202中，自调谐电路102改变rfid标签的阻抗且检测输出电平。第二调谐步骤204描绘在自调谐电路102另外改变阻抗之后的输出电压，并且第三调谐步骤206示出当自调谐电路102另外改变阻抗时的输出电压。电压电平208示出ac限制器104的切断电压。如果ac限制器104在自调谐阶段或步骤期间保持活动，那么至少在第三调谐步骤206中，输出电压将限于电压电平208，由此限制阻抗的最优调谐。然而，如果在自调谐步骤期间停用ac限制器104(且在一些例子中，还停用限制器116)，那么可实现最优调谐。
28.图5描绘用于优化rfid标签100、120的自调谐的方法300的流程图。因此，在步骤302处，当rfid标签100、120接近rfid读取器时，来自rfid读取器的电磁发射为自调谐电路102供能，并且自调谐电路102进入到自调谐阶段中。在步骤304处，限制器控制器112通过提供使晶体管m1和m2升高ac限制器104的输出的栅极电压vg1而停用ac限制器104(和dc限制器116(如果存在))，由此停用ac限制器104的限制效应。在步骤306处，在通过将rfid标签100、120的阻抗改变为最优值而实现最优信号电压之后，自调谐过程结束。在步骤308处，通过通过模拟多路复用器120选择栅极电压vg2而重新启用ac限制器104(和dc限制器116(如果存在))。rfid标签100、120可能不包括其自身的本地电源，因此在没有最优调谐的情况下，如果阻抗未被充分调谐，那么rfid标签100、120可能无法将所询问数据传输回rfid读取器，因为在没有足够输入信号强度的情况下，rfid标签100、120可能不具有足以将数据传输回rfid读取器的能量。
29.在一些实施例中，限制控制器112可被配置成仅在自调谐阶段的少于所有步骤期间去激活ac限制器104(以及dc限制器116(如果存在))。例如，参考图4，限制器控制器112可被配置成仅在自调谐阶段206的第三步骤期间去激活ac限制器104(且在一些例子中，还去激活dc限制器116(如果存在))。例如，在一些实施例中，限制器控制器112可被配置成当ac限制器104的切断阈值电压低于在一些例子中基于rfid标签100、120的测试的预期最优电压时，在自调谐阶段期间去激活ac限制器104(和dc限制器116(如果存在))。
30.这些实施例中的一些或全部可组合，一些可被完全省略，并且可添加额外过程步骤，同时仍实现本文中所描述的产品。因此，本文中所描述的主题可以许多不同变化体现，并且所有此类变化预期在权利要求书的范围内。
31.尽管已借助于例子和根据具体实施例描述一个或多个实施方案，但应理解，一个或多个实施方案不限于所公开的实施例。相反地，希望涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范围应被赋予最广义的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。
32.除非本文中另外指示或明显与内容相矛盾，否则在描述主题的上下文中(尤其在所附权利要求书的上下文中)，使用术语“一”、“一个”和“所述”以及类似指示物应理解为涵盖单数和复数两者。除非本文中另外指示，否则本文中对值范围的叙述仅仅意图用作个别提及落入所述范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值并入本说明书中，如同在本文中个别地叙述一般。此外，上述描述仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范围由在下文中阐述的权利要求及其任何等效物来限定。除非另外要求，否则本文中所提供的对任何和所有例子或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅仅意图更好地说
明主题，而并非对主题的范围造成限制。使用术语“基于”和其它类似短语指示在权利要求书和书面描述中产生结果的条件，并不意图排除产生所述结果的其它条件。本说明书中的任何语言都不应理解为将任何未要求的元件指示为是实践所要求的本发明所必需的。
33.本文中描述发明人已知的用于执行所要求保护的主题的优选实施例。当然，在阅读上述描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的技术人员将变得显而易见。本发明人期望本领域技术人员适时采用此类变化，并且本发明人意图以不同于本文中具体描述的其它方式来实践本发明所要求保护的主题。因此，所要求保护的主题包括可适用法律所准许的在所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文中另外指示或以其它方式明显与内容相矛盾，否则涵盖上文所描述的元件以其所有可能的变化形式的任何组合。