BR102019000990A2

BR102019000990A2 - Chip rfid uhf com meio de comunicação hf em campo próximo

Info

Publication number: BR102019000990A2
Application number: BR102019000990-0A
Authority: BR
Inventors: Laurent Courcelle; Pedro De Almeida Lázaro; Gerson Scartezzini
Original assignee: Centro Nacional De Tecnologia Eletrônica Avançada S.A.
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-08-04
Also published as: WO2020146932A1

Abstract

a presente invenção descreve um circuito integrado, i.e. um chip, para tag uhf de baixíssimo consumo e área reduzida, que, mediante a conexão a uma antena otimizada, permite a leitura de dados oriundos da tag por um dispositivo com tecnologia nfc e que implementa um protocolo de comunicação do tipo tags talk only ou tags talk first, sem necessidade de equipamento adicional.

Description

CHIP RFID UHF COM MEIO DE COMUNICAÇÃO HF EM CAMPO PRÓXIMO

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0001] A presente invenção se aplica no campo de dispositivos eletrônicos para etiquetas "RFID".

[0002] A presente invenção descreve um circuito integrado, i.e. um chip, que funciona por meio de RFID UHF com possibilidade de leitura por um dispositivo equipado com tecnologia NFC, que é uma comunicação por campo de proximidade na faixa de frequência HF.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003] Atualmente, a era digital vem ganhando força e, inovações nessa área estão ficando cada vez mais comuns. Uma das inovações que vêm tendo um crescimento exponencial é a transferência de dados entre dispositivos através da tecnologia NFC.

[0004] Essa tecnologia NFC consiste em trocar informações entre dois dispositivos ou um dispositivo e uma etiqueta, que possuam chip compatível, sem o uso de cabos ou fios, e sem a necessidade de parear os dispositivos, requerendo apenas que os referidos dispositivos estejam a uma distância em torno de 3 cm.

[0005] Quando o dispositivo NFC se comunica com uma etiqueta, o referido dispositivo emite um campo magnético para energizar a etiqueta, envia um comando para a etiqueta e, na sequência, a etiqueta envia uma resposta para o dispositivo. Esse modo de comunicação é chamado de "READER TALK FIRST".

[0006] O protocolo compatível com a tecnologia NFC que usa o modo de comunicação descrito acima é normatizado (norma IS014443) e, define um protocolo construído em várias camadas de comunicações. Isso torna a implementação do chip na etiqueta relativamente complexa, além de necessitar de uma unidade de recepção dos comandos enviados pelo dispositivo NFC.

[0007] Dessa forma, visando diminuir os custos e agregar valor às etiquetas UHF com chip, o protocolo de comunicação NFC utilizado na presente invenção é do tipo "TAGS TALK ONLY", que também é chamado de "TAGS TALK FIRST", onde a referida invenção descreve um chip para tag UHF que, através de uma antena otimizada, permite a leitura de dados oriundos da tag por um dispositivo com tecnologia NFC, com um custo baixo da etiqueta e, sem que tal ação, deteriore significativamente a distância de leitura na faixa de frequência UHF por campo distante, ou seja, a distância de leitura pode estar na faixa de 10 m.

ESTADO DA TÉCNICA

[0008] O documento US8905317B1 descreve um dispositivo eletrônico que inclui uma antena NFC e uma etiqueta RFID, em que a referida etiqueta RFID está disposta dentro de uma região interna da antena.

[0009] No entanto, neste documento, são utilizados duas antenas separadas e dois chips separados, ou seja, um chip para a tag NFC e um chip para a tag UHF, se distanciando, assim, da presente invenção, que descreve um único chip que é capaz de ser lido pelo leitor UHF e pelo dispositivo NFC.

[00010] O documento WO2018122363A1 descreve uma tag para uso em recipientes de fluidos, em que a referida tag pode ser lida tanto em UHF, quando estiver relacionada à longo alcance, quanto em NFC, quando estiver relacionada à curto alcance.

[00011] Neste documento, a sintonia do circuito NFC é realizada através da capacitância equivalente formada pelo indutor da antena e o volume de liquido, quando a tag é colocada em cima do recipiente que contém o liquido.

[00012] Dessa forma, o referido documento se distancia da presente invenção, visto que na mesma, a sintonia do circuito NFC não é influenciada pelo conteúdo do recipiente, além de fazer uso de um protocolo do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST".

[00013] O documento EP3076341B1 descreve um dispositivo de identificação RF de frequência dupla que compreende uma antena HF para receber um campo magnético HF, uma interface HF, uma antena UHF para receber um campo eletromagnético UHF, uma interface UHF, meios de memória não voláteis formados por uma primeira memória não volátil e uma segunda memória não volátil.

[00014] Neste documento, apesar do circuito integrado ter a opção de frequência dupla HF-UHF, contém duas memórias não voláteis, ou seja, uma de baixo consumo acessada pela interface UHF e uma outra memória maior de mais alto consumo acessada pela interface HF.

[00015] Dessa forma, o referido documento se distancia da presente invenção, visto que a mesma tem por objetivo a implementação de um chip com uma área extremamente reduzida, sem a necessidade de utilização de dois tipos de memória.

[00016] O documento US7994923B2 descreve um dispositivo eletrônico sem contato, que compreende um dispositivo de circuito integrado de semicondutor, uma pluralidade de antenas (ou bobinas de antena) para receber sinais de alta frequência fornecidos por ondas de rádio ou ondas eletromagnéticas com frequências diferentes.

[00017] Este documento protege uma possível implementação de um chip RFID que funciona nas faixas UHF e HF, no entanto, se distancia da presente invenção, visto que não protege especificamente o protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST" na faixa HF, que permite uma diminuição de área e de consumo do chip.

[00018] O documento EP3067835B1 protege um chip RFID com duas interfaces separadas dentro do chip, em que uma é uma interface HF com dois terminais de conexão a uma antena HF, e a outra é uma interface UHF com dois outros terminais de conexão a uma antena UHF.

[00019] Este documento se difere da presente invenção, pois a mesma apresenta terminais de conexão compartilhados pelas interfaces UHF e HF.

[00020] O documento US20080088417A1 descreve uma tag que apresenta funções RFID e função "EAS", que é uma função antifurto para mercadoria. Neste documento, a faixa de frequência que a tag funciona não é descrita de forma explícita.

[00021] Dessa forma, o referido documento se distancia da presente invenção, visto que a mesma não apresenta uma função antifurto e funciona propositalmente em duas faixas de frequência, de forma que a tag possa ser lida por um leitor UHF em longo alcance e por um dispositivo com funcionalidade NFC na faixa de frequência HF.

[00022] Portanto, pode-se concluir que a presente invenção se distancia dos documentos do estado da técnica aqui apresentados, visto que nenhum deles refere-se a um único circuito integrado e uma única antena, onde o circuito integrado apresenta a capacidade de leitura de uma frequência UHF e também de frequência HF usando um protocolo do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST" com dispositivos equipados da tecnologia NFC.

SÚMARIO DA INVENÇÃO

[00023] A presente invenção descreve um circuito integrado, i.e. um chip, para tag UHF de baixíssimo consumo e área reduzida, que, mediante a conexão a uma antena otimizada, permite a leitura de dados oriundos da tag por um dispositivo com tecnologia NFC e que implementa um protocolo de comunicação do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST", sem necessidade de equipamento adicional.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00024] A invenção poderá ser mais bem compreendida através da breve descrição da figura a seguir:

[00025] A Figura 1 representa o diagrama de bloco do circuito integrado.

[00026] A Figura 2 demonstra um exemplo de especificação de protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST", conhecido como NFC Barcode®.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00027] A presente invenção descreve um chip, para tag UHF de baixíssimo consumo e área reduzida, que, mediante a conexão a uma antena otimizada, permite a leitura de dados oriundos da tag por um dispositivo com tecnologia NFC e que implementa um protocolo de comunicação do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST" sem necessidade de equipamento adicional.

[00028] Através do protocolo de comunicação NFC utilizado na presente invenção, ou seja, o "TAGS TALK ONLY", que também é chamado de "TAGS TALK FIRST", é possível manter um baixo custo para o chip, visto que o referido protocolo de comunicação permite que o leitor emita um campo e a tag apenas responda uma mensagem por modulação do campo emitido pelo leitor.

[00029] Diferentemente do protocolo de comunicação "READER TALK FIRST", em que o leitor, além de emitir um campo, envia comandos para a tag, complicando o projeto do chip na tag, já que o mesmo deve possuir meios para demodular, decodificar e interpretar os comandos enviados pelo leitor e, aumenta, dessa forma, o seu custo.

[00030] Na presente invenção, o referido chip, conforme evidenciado na Figura 1, é composto por:

[00031] - gerador de tensão de alimentação (1) - que colhe a energia nos terminais de antena e transforma a energia em tensão contínua e corrente disponível para o chip;

[00032] - um bloco de gerenciamento de potência (2) - que regula a tensão e fornece informações de controle para o chip;

[00033] - um bloco de recepção de sinal oriundo de protocolo RFID UHF (3) - que é formado por demodulador e decodificador;

[00034] - um bloco de emissão de sinal (4) - que é formado por um codificador;

[00035] - um bloco de controle digital (5) - que inclui uma memória não volátil e implementa as funcionalidades, tais como a interpretação de comandos enviados pelo leitor e respostas para o leitor, a leitura e escrita na memória não volátil, etc;

[00036] - um bloco de extração de relógio do sinal de frequência HF (NFC) (6) - que filtra sinais na faixa de UHF;

[00037] - um bloco de detecção de campo (7) - que detecta a presença de um campo HF;

[00038] - um bloco gerador (8) - que gera o pacote de dados conforme um protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST";

[00039] - um bloco de modulação (9) - que se comporta como modulador de carga quando opera com campo magnético na faixa HF.

[00040] Quando a tag recebe um sinal RFID UHF enviado por um leitor sob a forma de uma portadora modulada, a parte da antena otimizada para receber um campo eletromagnético na faixa de frequência UHF transforma o campo eletromagnético em tensão na entrada do circuito, que, por sua vez, é convertida em tensão continua pelo bloco de gerador de tensão de alimentação (1).

[00041] A tensão continua é regulada e monitorada pelo bloco de gerenciamento de potência (2), de forma a garantir o funcionamento do circuito dentro das condições de operação.

[00042] Ainda em modo UHF, a modulação da portadora é tratada pelo bloco de recepção e emissão de sinal (3 e 4) e, o dado é encaminhado para o bloco de controle digital (5) , que interpreta o dado e age em função do comando recebido.

[00043] A resposta é gerada pelo bloco de controle digital (5), codificada e enviada para o bloco que realiza a modulação (9) por retrodispersão, que é a modulação do coeficiente de reflexão da onda eletromagnética incidente.

[00044] Quando a mesma tag recebe um campo NFC, que se encontra na frequência de HF (13.56 MHz), emitido por um dispositivo equipado de transceiver NFC sob a forma de um campo magnético, a parte da antena otimizada para receber um campo magnético na faixa de frequência HF transforma o campo magnético em corrente na entrada do circuito, que, por sua vez, é convertida em tensão continua pelo bloco de gerador de tensão de alimentação (1).

[00045] A tensão continua é regulada e monitorada pelo bloco de gerenciamento de potência (2), de forma a garantir o funcionamento do circuito dentro das condições de operação.

[00046] Um bloco de detecção de campo (7), detecta o campo HF e informa ao bloco de controle digital (5) que o mesmo deve entrar em um modo de operação NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST".

[00047] O bloco de extração de relógio (6) extrai um sinal de relógio à mesma frequência que a portadora HF para ser usado como referência de tempo para geração de símbolos do pacote de dados do protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST".

[00048] Uma forma de implementar o bloco de detecção de campo (7) é a partir de um contador, que conta um certo número de ciclo do relógio oriundo do extrator de relógio e, envia para o bloco de controle (5) , um sinal de aviso para entrar em modo de operação "NFC".

[00049] Uma informação oriunda do bloco de controle (5) é carregada no bloco gerador (8), que formata o pacote conforme ao protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST", e o envia ao bloco de modulação (9), que se comporta como modulador de carga quando opera com campo magnético na faixa HF.

[00050] O bloco de modulação (9) pode ser implementado por um transistor funcionando como chave aberta / fechada, que modula o coeficiente de reflexão em modo UHF, por modulação da parte real da admitância de entrada do chip, e implementa uma modulação de carga em modo NFC na faixa HF.

[00051] A presente invenção inclui também a possibilidade de implementação do bloco de modulação (9) com dois moduladores em paralelo, um modulador especifico para o modo de funcionamento "NFC" e um modulador especifico para o modo de funcionamento "RFID UHF", os moduladores podendo ser implementados ou com chave "aberta /fechada" ou como variação de capacitância (variação da parte imaginária da admitância de entrada).

[00052] Uma outra possibilidade também coberta pela presente invenção é a adição de um outro terminal de antena, exclusivo para a modulação de carga na faixa de frequência HF. Isso permite, por exemplo, obter maior profundeza de modulação de carga, usando uma antena especifica, impactando ainda menos o desempenho na comunicação na faixa de frequência UHF.

[00053] Os blocos (6), (7) e (8) e as funcionalidades adicionais do bloco (5) necessárias para possibilitar a leitura do chip por um dispositivo NFC, que implementa um protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST", quando implementados em silício, representam um acréscimo de área desprezível.

[00054] Quando implementados dentro de um circuito integrado RFID UHF, mesmo que o referido circuito tenha uma área extremamente reduzida, esses blocos adicionais (5) , (6), (7) e (8) são tão pequenos que não afeitam o custo do circuito integrado, visto que o custo de um circuito integrado é proporcional a sua área.

[00055] Em um protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST", apenas a tag transmite informações para o leitor e, portanto, não precisa receber e interpretar comandos oriundos do leitor.

[00056] Um exemplo de protocolo NFC do tipo "TAGS TALK ONLY" ou "TAGS TALK FIRST" é o "NFC Barcode®", conforme pode ser evidenciado na Figura 2.

[00057] Importante ressaltar que um circuito integrado, que implementa as funcionalidades de um chip para tag RFID UHF e as funcionalidades de um chip para tag NFC, necessita de blocos como demodulador e decodificador específicos para receber comandos da norma NFC, além de uma máquina de controle digital capaz de interpretar um conjunto de comandos mandatório para poder se comunicar com qualquer dispositivo NFC.

[00058] Dessa forma, uma das vantagens da presente invenção perante ao estado da técnica é que a mesma não necessita da presença de demodulador e decodificador, que iria se traduzir em um aumento de área significativo e, portanto, um aumento de custo nas mesmas proporções.

[00059] Ou seja, na presente invenção, é possível realizar um chip que se comunica tanto com um dispositivo NFC que implementa um protocolo "NFC TAGS TALK ONLY", como por um leitor RFID UHF de longo alcance, que tem o mesmo custo que um chip para etiquetas RFID UHF e, portanto, mais barato que um chip de faixa de frequência dupla UHF / HF (NFC), que usualmente necessitaria de um protocolo de comunicação mais complicado do tipo "READER TALKS FIRST" para se comunicar na faixa de frequência HF.

[00060] A presente invenção foi revelada neste relatório descritivo em termos de sua modalidade preferida. Entretanto, outras modificações e variações são possíveis a partir da presente descrição, estando ainda inseridas no escopo da invenção aqui revelada.

Claims

Chip RFID UHF com meio de comunicação HF em campo próximo CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de comunicação com dispositivo (NFC) na faixa de frequências HF segue um modo de comunicação do tipo "TAGS TALK FIRST" ou "TAGS TALK ONLY".
Chip, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender pelo menos: um gerador de tensão de alimentação (1), um bloco de gerenciamento de potência (2) , um bloco de recepção de sinal oriundo de protocolo RFID UHF (3), um bloco de emissão de sinal (4), um bloco de controle digital (5), um bloco de extração de relógio do sinal de frequência HF (6), um bloco de detecção de campo (7), um bloco gerador (8) e um bloco de modulação (9).
Chip, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que bloco de controle digital (5) inclui uma memória não volátil e implementa a interpretação e resposta de comandos enviados pelo leitor, assim como a leitura e escrita na memória não volátil.
Chip, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o bloco de extração de relógio do sinal de frequência HF (6) filtra sinais na faixa de UHF.
Chip, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o bloco de detecção de campo (7) detecta a presença de um campo HF.
Chip, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o bloco gerador (8) gera um pacote de dados conforme o protocolo de comunicação "TAGS TALK ONLY ou "TAGS TALK FIRST", tal como o "NFC Barcode®".
Chip, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o bloco de modulação (9) é composto por uma chave otimizada para modulação de carga quando se comunica na faixa de frequência HF e uma chave otimizada para retrodispersão quando se comunica na faixa de frequência UHF.
Chip, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a chave otimizada para modulação de carga quando se comunica na faixa de frequência HF é conectada a um terminal de antena adicional e exclusivo.