CN101099185A

CN101099185A - 使用阶跃收听检测eas/rfid标签的系统和方法

Info

Publication number: CN101099185A
Application number: CNA2005800460964A
Authority: CN
Inventors: 罗纳德·萨勒斯凯; 约翰·帕拉齐诺; 尼斯·沙阿
Original assignee: Checkpoint Systems Inc
Current assignee: Checkpoint Systems Inc
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2025-11-03
Also published as: CN100524378C

Abstract

使用单一激励信号，实时同时检测13.56MHz RFID和8.2MHz EAS识别标签的系统和方法。

Description

使用阶跃收听检测EAS/RFID标签的系统和方法

技术领域

本发明主要涉及识别标签，特别涉及了同时检测8.2MHz EAS标签和13.56MHz ISO15693 RFID标签的系统和方法。

背景技术

用于各种阅读、跟踪和/或检测应用的EAS(电子商品防盗系统)标签和RFID(射频识别)标签的使用正在快速扩张。现有EAS和RFID的功能性之间的平滑的连接是对RFID感兴趣的用户所确定的一贯的主题，以使他们从RFID中获利，而维持他们对EAS技术和不能证明RFID的高执行成本有效保护低成本销售对象的实用性的投资。然而，当识别标签有能力接收EAS和RFID的频率时，处理从这些标签返回的各自的EAS或RFID信号的传统方法表现出一定的缺点或局限性。例如，这些信号的阅读器在驱动独立天线的同一封装中包含8.2MHzEAS收发器和13.56MHz RFID收发器。通过传统模拟信号滤波技术处理两种技术之间的干扰。然而，利用此种结构，包括：元件冗余(即，收发器元件副本、天线副本，等等)；因为频率非常接近(小于1倍频)和允许2个通频带的相关信号振幅差而所需的滤波度大(估计为100dB)；2个天线的需求导致比单独配置的任一技术宽得多的结构(大约两倍)；以及甚至通过这些技术，性能比单独配置的任一技术差。

虽然“脉冲收听”方法(例如，发射一连串不同频率的RF脉冲信号以便于至少一个频率的脉冲位于识别标签的谐振频率附近)与本发明有关，例如，专利号为6,249,229的美国专利(Eckstein等人)，通过引用并入此处，这些缺点之一是当使用RFID标签时，必须有来自阅读器的持续信号发射以驱动RFID芯片。

与RFID标签通信可包括两种操作模式：“标签先发言”(TTF)或者“阅读器先发言”(RTF)。在TTF模式下，标签接收阅读器信号后发射其信息。相反，在RTF模式下，阅读器向标签发射命令(为避免冲突)并且标签对那些命令发出响应。因此，在两种模式中RTF更复杂，并且本发明涉及的是RTF操作。

因此，仍需要可同时检测EAS和RFID识别标签信号并避免上述缺点的系统和方法。

发明内容

本发明的RFID“阅读器先发言”(RTF)概念要求对用于向RFID标签传送命令的13.56MHz载波振幅调制。此调制在用于如ISO15693或者EPC(电子产品代码)这种主要RFID技术的载波中采用10％调制指数差的形式。调制指数，m，被定义为：

m = \frac{(V_{\max} - V_{\min})}{(V_{\max} + V_{\min})}

并且该调制指数为振幅落差对R-T(阅读器至标签)信号的稳态振幅的度量；这些落差的计时是R-T通信的方法。ISO15693标准详细说明了m的两个选择，即m＝10％或者m＝100％(特别，ISO15693标准详细说明了标签必须以10-30％或者100％的阅读器调制指数运行)。大多数阅读器和标签生产商使用m＝10％。

当载波扰动函数振幅减小时，由于驱散了在那些标签中的过度存储能量，所以，在此调制中形成的载波包络沿引起了该系统的磁场中任一LC谐振电路的瞬时响应。作为实例，检测这种存储能量瞬时现象(也被称为“自然响应”)是配置在受让人(即，Checkpoint Systems公司)的脉冲收听系统中的RF/EAS检测的本质。通过使用与RFID标签发信号关联的此固有物理特性，可能包含EAS功能性作为系统的自然固有方面。此外，本发明允许大多数收发器部件的公共使用，避免在电路以及共用天线结构副本中的成本和空间的低效率。

本发明的阶跃收听系统和方法提供了在标签吞吐量、两种技术的检测性能和制造成本方面的优势。

如将在稍后详细讨论的，该系统和方法同时检测EAS和13.56MHzHF(高频)RFID标签。作为实例，建议的RFID技术服从ISO15693，以及专用于SLI芯片的自定义码的使用。

在安全门，RFID命令同步被正确识别为主要性能压缩。存在两个需要维持的同步电平：在安全门处的RF载波同步和在所有安全门之间的AM(振幅调制)命令同步。AM命令同步的需要具有深远的性能影响。RFID标签在界面可被较低功率电平操作的POS(销售点)受到处理，天线定向性使POS天线周围的耦合和屏蔽最小化，所以他们可自由操作。安全门无论怎么看贯穿存储的其他安全门的活动性。这要求安全门之间阅读器命令调制同步。命令同步的复杂化的因素是ISO15693将冲突检出的责任和解决方案置于部分阅读器的实情。这意味着如果希望在所有的安全门处解决所有RFID标签冲突，那么所有的安全门必须能将冲突的出现通信至中心同步源，然后中心同步源将命令所有的阅读器发出新命令从而解决冲突，而不管冲突是否发生在安全门处的根据某一门中的冲突的概率、门的数量和所需的解决方案步骤的数量而定的非确定性吞吐量之中。假定任意给定的安全门处的标签密度在任意给定时间远远少于16。

关于同步，I-code SLI“快速库存”自定义码用于以16时隙轮询RFID标签。因为复杂性和吞吐量的考虑，没有尝试直接解决冲突。然而，因为16个时隙轮询周期使用了73.2毫秒(msec)，自动的四步法冲突掩码可如下循环：无掩码(所有标签响应)、掩码＝1(仅奇数编号标签响应)、掩码＝2(仅以接LSB结尾的标签响应)以及掩码＝3(仅以2LSBs＝“11”结尾的标签响应)。当对原防冲突序列(scriptedanti-collision sequence)允许292.8毫秒的合理定期循环时，这使得自动解决多数冲突。

有两种方法可建立同步链接。一种是通过将所有安全门物理地用线连在一起。第二种是利用需要同步的效果。因此，无线同步系统照常在13.56MHz载波上发射命令调制。系统中所有其他的安全门寻找该命令调制沿并且对其建立相位锁定，并且在他们各自的位置上转发该信号。相似的同步方法用于每一个安全门中的13.56MHz RF载波。

如前所述，因为两个频率相互较接近(小于一倍频)，同时的实时并行检测13.56MHz RFID和8.2MHz EAS是一个挑战。带通滤波技术尤其难以解决8.2MHz EAS部分，因为时域和频域之间的反比关系，即，频域上的滤波越锐利，其在时域上的瞬时响应越长。因为EAS标签检测本质上是时域过程，那么仅使两个系统一起同步运行不是一个好的选择。有两个方法解决此问题，其中这一种比另一种具有更多的技术挑战。

附图说明

将结合下面的附图描述本发明，在所述附图中，相同的附图标记指代相同的元件，其中：

图1是本发明的结构图；

图2是本发明使用的示例性的立柱的等轴测视图；

图3是立柱之一中的一个底座，示出了本发明的电子元件最佳安装部位；

图4描述了典型的RFID阅读器RTF激励信号(例如，13.56MHz载波)；

图5描述了响应RTF激励信号的RFID标签信号(例如，13.56MHz载波)；

图6描述了响应RTF激励信号的EAS自然响应“振铃”信号(例如，8.2MHz)；

图7是普通EAS脉冲收听收发器的结构图；

图8是当概念测试时，以13.56MHz运行的普通EAS脉冲收听收发器的修改的发射机部分的结构图；

图9是本发明阶跃收听测试设置的结构图；

图10是将EAS脉冲收听系统修改为本发明的阶跃收听接收器的结构图；

图11描述未出现EAS标签时EAS接收器基带的示波器轨迹；

图12描述出现EAS标签时EAS接收器基带的示波器轨迹；

图13描述显示锐利的调制沿的较低Q的天线波形；

图14是RFID阅读器的较低Q的天线以及阻抗匹配网络的示意图；

图15是调制时实现锐利跃迁的优选载波频率和次优选载波频率的振幅对时间的图表；

图16是当调制发生时载波信号的能量对时间图，比较本发明的形成锐利下降跃迁的能量减少与其他使用调制的RFID阅读器上的能量减少；以及

图17是描述RFID阅读器的选择性的天线电路，即开关Q天线电路的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明20大体包括位于单个外壳26中的RFID阅读器22和EAS阶跃收听接收器24，并且每个具有各自的天线28和天线30。运行时，RFID阅读器22发射包括RFID载波频率(例如，13.56MHz)的激励信号32(图4)，并通过RTF命令调制。如果存在RFID标签10并被调至RFID频率，那么RFID标签10发射可通过RFID阅读器22检测的响应信号34(图5)。如果EAS标签12也存在于附近并被调至EAS频率(例如，8.2MHz)，那么EAS标签12发射(图6)可通过EAS阶跃收听接收器24检测的自然响应“振铃”信号36(由激励信号32引起)。应了解激励信号32和“振铃”信号36几乎同时发生，而RFID响应信号34稍后发生。

图2描述了在商店进出口73的一对示例性的安全立柱71A和安全立柱71B(例如，Checkpoint Strata^TM PX立柱，等等)。如图3所示，本发明20的单个外壳26置于两个安全立柱71A和71B之中的一个，代表性地位于底座75中。内部电源77为RFID阅读器22和EAS阶跃收听接收器24以及其他相关电子器件供电。应了解在本发明的最宽泛的范围内，各立柱71A和71B中也包括RFID阅读器22和EAS阶跃收听接收器24。

所描述的本发明的系统20提供了一种系统和方法的示例性工作实施例，该系统和方法使用阶跃收听方法，实时同时检测13.56MHzRFID和8.2MHz EAS识别标签。在此工作实施例中使用ISO15693 RFID协议(将在稍后说明)。所述工作实施例包括两部分测试：

(1)概念部分，仅使用EAS脉冲收听系统(如图7所示，亦称为EAS收发器23，具有EAS发射机23A、EAS接收器23B和脉冲收听天线23C)，例如，Checkpoint的TR4024脉冲收听装置，但其EAS发射机23A′修改为发射13.56MHz(见图8，在修改的EAS发射机23A′中，与直接数字8.2MHz频率合成器(DDS)连接的射频放大器被禁止(由图8中的标记“X”表示)，并且外部13.56MHz信号发生器流入带通滤波器(BPF))。Checkpoint EAS#410测试标签12作为目标使用。

(2)“阶跃收听”部分(图9)，连同阶跃收听天线30一起，结合EAS阶跃收听接收器24使用遵从ISO15693的RFID阅读器22(例如，Philips远程阅读器)，，例如，EAS阶跃收听接收器为，如图10所示，修改为组成EAS阶跃收听接收器24的TR4024的另一个接收器部分；因为RFID阅读器22(例如，Philips远程阅读器)提供激励信号32，所以EAS脉冲收听系统(或者收发器)23的发射机部分23A被禁止(由图5A中的标记“X”表示)，。Checkpoint EAS#410测试标签12和Checkpoint RFID#551246标签10作为目标使用。

应了解Philips阅读器和Checkpoint TR4024脉冲收听系统仅作为实例，并且本发明可通过其他传统收发器和阅读器实施。

如前所述，示例性的EAS脉冲收听系统或者收发器23是用于Checkpoint Liberty^TM生产线的标准电子组件TR4024。如图7所示，TR4024大体包括EAS发射机23A和使用数字信号处理(DSP)技术的EAS接收器23B，连同直接数字频率合成技术一起，实现发射/接收功能。另外，TR4024支持容易修改的硬件和软件，以便于完成稍后将详细描述的测试。此外，TR4024有能力通过互联网与其他Checkpoint产品通信。

除了EAS发射机23A被修改(见图8EAS发射机23A′)为完全以13.56MHz发射所有发射脉冲，第一(“概念”)部分由标准EAS脉冲收听电子器件(图7)组成。传输模式在其他方面不变，即占空比、脉冲宽度和脉冲时间保持不变。然后，该电子器件被安置到位并与Checkpoint Strata^TM PX天线设备连接。系统可检测Checkpoint EAS#410测试标签12。尤其，当标签12被置于12″的距离时，电子元件报警。测试标签12沿着2-环天线顶部的中轴平行于天线移动。标签-天线定位被认为有利于检测。脉冲收听发射模式可被认为是振幅偏移键控法(ASK)的形式。因此，此种形式的测试与工作在100％调制比率的ISO15693询问器类似。

特别，用13.56MHz发射机实施此初始试验以检验EAS振铃。可认为此方法与100％调制指数(开关键控)下的阶跃收听操作合理等效。通过以完全100％调制运行，系统可被分类为脉冲收听系统，而不是阶跃收听。如图8所示，使用开关14(通常用在EAS发射机23A中产生脉冲收听特性)切断13.56MHz发射机，避免在收听期间需要有苛刻要求的13.56MHz带阻滤波器。此试验是在更典型的10％的调制指数下实现阶跃收听的简单的第一步。

此实验中只需要修改的EAS脉冲收听系统和Checkpoint StrataPX天线。改变EAS脉冲收听电子元件是必要的；发射机系列被切断以允许外部反馈的13.56MHz信号驱动功率放大器，并且最终驱动天线。接收器和检验算法是不变的，即，所有脉冲宽度、RX采样时间和信号电平保持不变。图8示出了修改的EAS脉冲收听发射机23A′的结构图。

在优选方位中，Checkpoint EAS#410测试标签被置于询问区域中。当标签在Checkpoint Strata^TM PX天线的12″之内时，EAS系统持续报警。

各种管理机构规定允许的电磁辐射。所允许的典型EAS频带和13.56MHz ISM频带之间存在巨大的不同。当给出同样的天线阵型发射13.56MHz时，在允许的电流中呈现8.8x增长。利用

检测对电流函数，达到在检测中最大值2.1x增量。基于前面的结论，预测每个“门”的最大检测区域为25″。此评估不考虑ISM 13.56MHz频带中的边带要求。在后文中更完整地讨论法规问题。

测试中的第二(“阶跃收听”)部分(图9)通过EAS阶跃收听接收器24(图10)和RFID阅读器22完成。EAS发射机23A不需要，并因此被禁用。另外，EAS阶跃收听接收器24与小的3圈圆环天线30连接。此分散的、只接收天线30减少耦合至阶跃收听接收器24的13.56MHz能量的数量，并因此减少所需的接收器滤波电平。在该设置中RFID阅读器22用以发射阶跃收听中的“阶跃”。另外，此阅读器22继续提供其指定功能，即激励并读取ISO15693 RFID标签10。用低Q原型天线28代替阅读器制造商提供的典型的天线。如稍后详细描述的，需要低Q天线28提供在调制沿的快速上升和下降时间。这些陡沿被要求在“收听”之前提供足够的“阶跃”。测试结果显示置于天线28/30六英寸之内的8MHz EAS标签12引起与传统脉冲收听EAS系统中所见的相似的能量振铃。再一次，标签12被置于关于天线28/30都有利的位置。实际示波器轨迹如图11和图12所示。

在讨论本系统/方法之前，提供阶跃收听方法论和ISO15693的讨论。

阶跃收听技术

ISO15693

标准的RFID协议，即ISO15693，规定了RFID阅读器至标签通信的方法。空中接口规定了使用13.56MHz载波的阅读器至标签通信。从阅读器至标签的命令通过13.56MHz载波中的周期间隔的变化(亦为“调制沿”(modulation edges))被确立。载波振幅中的这些变化，或者落差，构成了阶跃收听技术中“阶跃”的基础。所以，阶跃收听可被认为是RFID ISO15693标准的副产品。然而，应了解，如稍后详细描述的，在本发明20中，这些变化或者落差需要“锐利”而不是圆滑，并且在下文中称为“下降跃迁”32B(见图4和图13)。本发明20的关键特征之一为RFID阅读器22发射机被修改为提供激励信号32中的此种锐利下降跃迁32B。

这种带有振幅变化的ISO15693载波可被拆分为两个不同的部分。第一部分仅为等幅RF载波。而第二部分为也在13.56MHz的开关键控，并与第一部分同相。根据叠加定理这种ISO信号的概念分离是可能的。因为EAS标签将在其自然频率上振铃，那么，一旦EAS标签被带入询问区，与激励频率无关，在命令调制沿(幅度的落差)上将发生8MHz的指数式衰减。结果，本发明20的激励信号32可被描述为包括有以下成分的连续信号：第一个未调制部分32A、锐利下降跃迁32B、已调制部分32C和被下一个未调制部分32A跟随的锐利上升跃迁32D。

可明白，RFID标签10以RFID响应信号34响应激励信号32，该RFID响应34信号基于标签10接收的13.56MHz载波中的一系列周期间隔的变化。相反，每当下降跃迁32A激励标签12，EAS标签12就发射其“振铃”信号36。测试说明了RFID阅读器22和EAS阶跃收听接收器24可在大约0.1秒之内检测它们各自的标签。

调制沿和天线Q

ISO15693标准规定了在命令调制沿的最大上升和下降时间。该最大限制易于实现，然而给出的是圆形调制沿。这些沿越圆，EAS振铃越困难。因此，阶跃收听不会对任何遵从ISO15693的阅读器/天线起作用。

为了更好的理解此点，必须讨论Q的定义。Q被定义为“品质因数”，且为频率选择性或者天线电路峰值的锐度的度量，并且数学定义为：

Q＝f_cf÷BW (1)

其中，f_cf是中心频率或者RFID阅读器发射机频率；以及

BW是围绕中心频率的带宽，其响应从RFID阅读器天线电路的中心频率以下不大于3dB。

Q也被认为是在谐振频率上能量存储对能量消耗的度量，换句话说：

Q = ω_{0} \cdot \frac{L}{R} - - - (2)

其中，ω₀是天线电路的谐振角频率而L和R是天线电路的电感和电阻。应了解L和R仅作为实例，可使用其他天线电路配置，其中依照电容(C)、电阻(R)和/或电感(L)定义Q。

时间常数τ(定义为响应上升/下降至其初始值的36.8％所需的时间)和使用频率f₀的天线电路的Q之间存在线性关系。具体地，

τ = \frac{Q}{π \cdot f_{0}} - - - (3)

或者

Q＝τ·π·f₀ (4)

选择类似TR4024脉冲/收听系统(τ≈100ns)的上升/下降时间，因此给出，

Q＝4.3

Q的这个低值要求需要不同的天线，该天线不同于提供RFID阅读器22的标准天线，或由ISO15693上升/下降时间要求间接规定的标准天线。

阶跃收听指出了另一个Q要求。为了在EAS和RFID波带都能工作，天线系统需要在宽频频谱上充分传送能量。明确地，传统的EAS波带分布在7.4MHz至8.7MHz。所以，该天线系统需要工作在7.4MHz至13.56MHz以上。

Q＝f_cf÷BW (1)

或者

Q＝1.1

对于EAS的接收，优选独立天线，而不是进一步降低Q，和浪费昂贵的发射能量。这也减轻了EAS阶跃收听接收器24所需的13.56MHz带阻滤波器的负载。

应注意，降低天线系统的Q需要插入符合环形天线的串联电阻。增加发射机功率可补偿发射机功率的这种损耗。这样会增加全部产品的成本并且对电磁辐射(电磁辐射稍后在文中被描述)产生消极的影响。

滤波器要求

为了检测8MHz振铃，EAS接收器需要过滤来自ISO15693阅读器发射机的能量。这种巨大的13.56MHz信号，相对于微弱的EAS振铃信号，将通过其巨大的振幅轻易的使任意的接收器致盲。本质上，不需要激励，而需要响应。

需要移出13.56MHz载波的滤波器很难实现。EAS和RFID波带小于分开的一个倍频程。电路理论规定滤波器通带越靠近其阻带，需要越多的极点(电路元件)来完成一定数量的衰减。由于带宽和响应时间之间的反比关系，所需的相当数量的极点将对瞬时响应产生负面影响。明确地，在调制步骤期间，滤波器元件的能量衰减可掩盖EAS标签的振铃。问题普遍贯穿脉冲收听系统。

解决方案为在贯穿EAS阶跃收听接收器24路径的关键位置使用有源滤波器。多重反馈带通滤波器(MFBP)减小瞬时响应，但维持频率响应特性。通过使用有源滤波器，电感的需要即使不被消除，也被减小。

有源滤波器需要运算放大器。因为运算放大器的价格比电感高得多，电子原件的成本增加。运算放大器也向任意系统贡献宽带噪声。通过这种滤波器/反馈执行的效力，这种增加的噪声在通频带。所以，应使用最低噪声运算放大器(

)。也需要非常快的转换率(slew-rate)(＞500V/us)。

折衷结果为使用几个连接至MFBP滤波器输入端和电路接地的串联谐振电路。这将减小滤波有源部分的负载，但延长了瞬时响应。通常，电感具有宽容差，有必要需要可调的电感和/或电容。

最后，减少滤波器要求的最佳方法是使用用于接收EAS信号的独立天线。RFID天线和EAS只收天线之间的耦合可在不影响系统的检测范围下被最小化。

什么是EAS频率？

全世界的管理机构将EAS运行限制在特定的频带中。这些限制应用于系统发射机，而不是无源EAS标签。该标签可在我们希望的任意频率上谐振。

在频率的选择上，需要考虑一些与性能相关的问题。激励频率(发射机)越接近标签的自然谐振频率，标签将存储越多的能量。系统的检测范围是标签的能量存储的直接结果。这个物理定律暗示标签的谐振频率处于或者接近13.56MHz，即阶跃收听操作中唯一的激励源。

然而，存在一些权衡。使用谐振频率处于或者接近13.56MHz的EAS标签产生最大化的能量存储并且无需专门滤波，这是可感知的好处。然而，困难在于EAS标签的指数式衰减的检测。通过ISO15693的效力连续运行的RFID阅读器发射机掩盖了EAS振铃。阶跃收听要求在RFID命令调制步骤或者振幅迁跃时寻找EAS标签的存在。即使当激励和谐振频率差得很远的时候，在此跃迁时间内，也很难观察标签能量的细小释放。使频率一致将进一步增加该问题。

使用谐振频率显著的不同于13.56MHz的EAS标签导致能量存储低得多。然而，这种方法有一个重要的好处。大大分开EAS和RFID的频率，减轻滤波器的要求。除去这个好处，结论是用标签信号换取较容易的滤波器规格不是值得做的折衷方法。使用较低谐振频率的EAS标签不是一种好的解决方案。

现有的EAS频带(7.4MHz至8.7MHz)是阶跃收听操作的最佳选择。标签可从13.56MHz的激励信号中存储令人满意的数量的能量。然而，振铃频率距离13.56MHz足够远以能被检测到。EAS滤波器的需求苛刻，但可实现。

使用此EAS标签还有其它好处。在多年的EAS电子元件开发后，更加了解了标签系统相互作用。现有的电子电路和算法可被移植至阶跃收听系统。实际上，如上所述，在概念部分和阶跃收听部分期间，都使用修改的EAS接收器。

阶跃收听测试细节

在这个实验中，使用三个关键硬件元件：Philips SLRM900 I代码(code)阅读器(用于RFID阅读器22)、修改的TR4024(用于EAS阶跃收听接收器24)和天线对(用于RFID阅读器22的28和用于EAS阶跃收听接收器24的30)。另外使用的实验室设备包括双路电源、笔记本电脑、函数发生器(function generator)和示波器。结构图如图9所示。

Philips RFID阅读器

Philips SL RM900 I*code远程阅读器模块作为整个SL EV900评估工具包中的一部分提供给用户。工具包还包括矩形环天线及匹配网络、演示软件和I code RFID标签选集。

提供的天线具有约为27的Q。根据前述的段落，该高品质因数使调制沿比阶跃收听检测所需的圆。稍后在文中描述替换天线及匹配网络。

和工具包一起发行的演示软件是I code Demo v3.03。笔记本电脑是初始配置和运行所必需的。

贯穿阶跃收听实验，I code I标签被用于连续检验RFID性能。

阅读器22自身配置为10％的调制指数，并且具有3.75瓦的输出功率；Philips SL RM900 I*code远程阅读器具有0-4瓦的可调输出功率范围，但为测试目的，输出功率保持在3.75瓦，且因此整个试验中该设置不变。系统工作在“读序列号”模式。而且，虽然几个数字信号被用于以非插入式方式使TR4024脉冲收听接收器同步，而阅读器硬件不更改。

TR4024修改

因为阶跃收听的能量源来自RFID阅读器22，所以不需要TR4024发射机23A，而因此如图10所示被禁止。必须注意的是将TR4024发射机电平简单设置为零不足以使发射机23A禁止。这只将功率场效应晶体管直流电导轨(power FET DC rails)设置为0VDC。仍有一部分从FET门流过流出至天线30。这在试验早期引起一些易误解的结果。另外，并联电容/电感组(C112/L10，未示出)被移去以阻止EAS振铃返回穿过禁止的发射机23A。

对TR4024的大部分修改是针对其接收器电路。主要原因是滤出来自RFID阅读器22的13.56MHz激励信号32。另外，通常由TR4024中的FPGA(现场可编程门阵列)控制的接收器开/关选通(gating)用RFID阅读器22的命令调制脉冲完成。

滤波器被置于贯穿接收器路径的数个位置上。从天线端口开始，通过增加并联电容器，在L3(未示出)上产生13.56MHz并联谐振电路。因为只需要多重接收器输入中的一个，因此在K6-A(未示出)输入至输出处放置跳线。增加滤波器板代替C192(未示出)。此子板由Scientific Generics公司设计，得自于“RFID/RF-EAS CombinedSystems”的部分4。为了实现RFID阅读器的选通功能，移去R79(未示出)并以来自RFID阅读器的跳线取代。此选通信号为命令调制。本质上，调制信号的下降沿，即“阶跃”，激活混频器/解调器U17。上升沿禁止此芯片。

相控阵仿真软件(PASS)配置设置为最大接收器增益值和零发射机输出。因为仅需要接收器的模拟部分，因此，所有其它掌上(palm)设置都是不相关的。

为了帮助EAS检测，本地振荡器设置在固定的频率上。此设置频率非常接近于EAS标签12的谐振频率。这使得基带振铃更加容易在示波器13(图9)上被看到。这对于接收器是有利条件，但当使用各种各样的EAS标签时是不可能的。信号由与TR4024中的TP7(未示出)连接的外部信号发生器(例如，函数发生器)提供。移除R41(未示出)以防止与机载本地振荡器(U8，未示出)耦合。

EAS阶跃收听阅读器24需要知道何时“收听”标签振铃。为了达到此目的，使用RFID阅读器22中的命令调制信号。该信号连接至TR4024混频器/解调器U17(未示出)的AGC(自动增益控制)管脚。此连接方法是非插入式的，因此不需要缓冲器。此信号的反向形式用以选通外部信号发生器(例如，函数发生器)，也被称为“外部LO”。这使命令调制和本地振荡器之间的相位关系在每一“阶跃”都保持一致。这些信号中的任一个用来触发示波器13。

低Q RFID天线与只收EAS天线对

所需的天线的Q直接涉及穿越其中的必要的信号。RFID阅读器发射机有必要提供具有锐利调制沿的激励信号32。阶跃收听依赖在这些沿上的充足的“阶跃”。如之前所述，RFID阅读器22提供的天线的Q大约为27。这给出BW只有502KHz，导致最小上升时间，任意信号的t_r(信号从其终值的10％跃迁至90％所需的时间)为：

t_{r} = \frac{1}{π \cdot f_{0}} - - - (5)

t_r＝0.6us

此种天线不能提供阶跃收听。

新的天线和天线电路是必要的。图14描述了这种新天线/天线电路的一个优选的实施例。使用“降Q”电阻器40建立用于RFID阅读器天线28的适当匹配网路38时，在中心频率(f_cf)13.56MHz下，测量电感(L)和电阻(R)，而后使用方程式(2)计算Q。一旦天线28和降Q电阻连接至匹配网络，就测得合成电路的频率响应。当激励信号32频率偏离13.56MHz时，，响应从处于/接近13.56MHz的谐振峰(peak resonance)向任一方向衰减。电路的带宽(BW)为响应比峰值小3dB的频率。根据方程式(1)，计算出Q并与根据方程式(2)得到的比较，并且两计算值接近。

TR4024发射机的上升时间属于100ns量级。将其插入方程式(2)得出天线的Q为4.26。关系在于这种低Q天线使RFID系统的检测范围受到损害。在实验中实际使用6.4的折衷的Q。通过增加可降低天线电路Q值的有用的串联降Q电阻器(1％)，Q值尽可能接近4.26。结果是出现激励信号32中锐利下降沿。须知可以利用Q值的范围，例如，6-7，其中最大Q值被需要保持锐利调制沿所限制，而最小Q值被RFID阅读器处理带内噪声的能力所限制，因为Q越低，带宽和带内噪声越大。

新天线的实测Q约为6.4。这将计算出150ns的上升时间，接近于100ns的目标。如图13所示低Q天线处测量的波形。

如前所述，仅通过在感应线圈的每一边增加串联降Q电阻器完成低Q。增加的R，以及新环路中L的变大的事实，使新的阻抗变换网络成为必要。相同的拓扑用在新的匹配中。尤其，并入将天线阻抗转换至200欧姆(仅实数(real only)，即，电阻性)的微分L型网络38(图14)。巴仑(balun)42(优选，Ruthroff balun)将此200欧姆微分阻抗转换为单端50欧姆负载(也仅实数)，能够被50欧姆的发射机通过同轴电缆(未示出)驱动。如图14所示新天线/匹配网络的示意图。

巴仑42是RF发射的标准使用，因为其提供从不平衡传输网络(输入无线信号)至平衡系统(RF解调器)的接口，并因此得名“平衡-不平衡”。尤其，天线结构为有线环形天线(平衡)，然而RFID阅读器22输出需要对地单端终端(single-ended termination)(不平衡)。Ruthroff巴仑利用10匝不平衡对20匝平衡。通常，L型网络将一些阻抗(实数和电抗性(real and reactive))转换为另一些阻抗(例如，仅实数)。特别，RFID阅读器22的输出应当看到50欧姆阻抗(仅实数)。巴仑将阻抗从不平衡的50欧姆转换为L型网络38平衡的200欧姆。

为“收听”EAS标签振铃，使用独立接收天线。独立天线的目的在于减少耦合至EAS接收器的13.56MHz的能量。只作为提醒，EAS标签振铃在标签的自然谐振频率，或者通常8.2MHz。在有更大的13.56MHz RFID信号中，查看此小信号的能力是阶跃收听操作的关键。通过使用独立天线，减少耦合至EAS接收器的RFID能量减少了接收器滤波器的负担。

新天线30是5匝5英寸(5″)直径的线圈。选择该匝数，因此合成天线阻抗与Checkpoint Liberty^TM PX 2-环形中TR4024通常当看到的阻抗相似。

在实现锐利下降跃迁32B方面，13.56MHz载波频率的调制比使用更高载波频率工作的更好。在图15中可清楚看到，当发生调制时，载波振幅在13.56MHz信号的单个周期内被削弱，因此得到未调制部分32A和已调制部分32C之间的锐利的斜坡。相反，更高的载波频率(例如，20MHz)在得到(从未调制部分32A′)已调制部分32C′之前需要几个周期的中间振幅；如果那样的话，出现不太锐利并且较圆的(而不理想)下降跃迁32B′。图16描述了与传统RFID阅读器相比，使用本发明20的修改的RFID阅读器22的较快能量衰减(当发生调制时)。

欧洲标准电磁辐射(Regulatory-European Radiated Emissions)

相对典型的7.4-8.7MHz的EAS激励而言，当在13.56MHz被激励时，EAS标签存储较少的能量。然而，其中一些可通过更大的激励被克服，其最大值受管理机构限制。以下篇幅试图量化当使用13.56MHz能量源时所允许的天线电流的增量。

在8MHz EAS频带分配的磁场和13.56MHz ISM频带分配的磁场之间存在巨大差异。此ISM带是无节制的(unlicensed)，并且因此允许更大的场。因为不同的频率和相关的脉冲模式，直接比较限值不适用。然而，通过结合测试数据和基本磁场公式，可达到一个结果。假定比较中使用的是相同的天线。

规范规定，对于EAS频带，在30米处，允许达到51dBuV/m。使用的检测器为准峰值型。在RFID ISM频带，30米处限值为84dBuV/m。此检测器同样为准峰值型。

准峰值检测器度量特殊信号的“妨害因数”。此检测器考虑信号的占空比和脉冲重复频率(PRF)。PRF越低，相对峰值度量而言，准峰值度量将越低。对于CW信号，准峰值度量和峰值度量之间没有区别。典型的Checkpoint Strata^TM传输模式在峰值与准峰值度量之间呈现相差5.4db。

加之，需考虑频率效应。使用的远场磁场公式为：

H_{θ} = \frac{- π^{2} \cdot a^{2} \cdot I {\cdot e}^{- j \cdot k \cdot r} \cdot \sin θ}{λ^{2}} - - - (5)

其中，H_θ为磁场密度，而λ为波长(例如，22.1米)。考虑到分母中依赖波长，当使用13.56MHz频带时，与8.2MHz相比，在磁场中存在8.7dB的增量。表格1计算出所允许的电流增量。

表格1

欧洲电磁辐射水平比较，8.2MHz对13.56MHz

频带	准峰值限值(30米处)	峰值限值变化
频带	准峰值限值(30米处)	峰值限值变化	8.2MHz EAS频带	51dBuV/m	56.4dBuV/m
13.56MHz ISM频带	84dBuV/m	84dBuV/m	8.2MHz EAS频带	51dBuV/m	56.4dBuV/m
13.56MHz ISM频带	84dBuV/m	84dBuV/m		增益	27.6dB
	频率效应	-8.7dB		增益	27.6dB
	频率效应	-8.7dB		网络(Net)	18.9dB

总之，发射机电流可被增加18.9dB或者8.8x。

到目前为止讨论仅集中在13.56MH载波。严格限值存在所谓的边带，或者以不同于13.56MHz±7kHz的频率被发射的能量。特别地，限值下跌33.5dB的±7kHz带宽以外的能量。在距载波150kHz处，限值下跌另外10dB。当增加发射机电流或为锐利的调制沿使用低Q天线时，这些边带限制必须被考虑。迄今为止，当使用低Q天线时，实验显示在边带没有可检测的增量。

障碍

低Q天线允许更多更宽的频带噪声进入RFID接收器。假定RFID检测中的小落差是由于来自发射机的较低的天线电流，以及没有宽带噪声进入接收器。确切的RFID性能降级是未知的。因增加的接收器噪声而性能下降的百分比是未知的。

低Q天线也将浪费能量。天线电流的落差可由下式得出：

ΔI = \sqrt{\frac{Q_{2}}{Q_{1}}} - - - (7)

ΔI = \sqrt{\frac{6.4}{27}}

= 0.49

这种浪费的能量的一部分可通过主动开关Q电阻器(switching Qresistors)得到弥补。有效改变与天线并联的电阻器值可改变振幅，以及Q。这导致100％振幅的固定天线(和Q)。在调制时，根据ISO15693规范，可接通附加电阻器以降低18％的振幅。增加的电阻降低天线的Q以及，更重要地，给出阶跃收听操作希望的锐利调制沿。需要注意的是与天线串联的任何电阻可被转换为并联等效电阻。在调制时可被改变的是这种并联等效电阻。这种概念的示意图如图17所示。最后，D级放大器可用作发射机，进一步减少“浪费的”能量。

为了执行的方便，修改的TR4024中使用Generics滤波器。在13.56MHz处的衰减约为20dB。没有观察到插入损耗。应该注意的是，作为此种滤波器的一部分，Generics推荐修改输出变压器匝数比。这不被阶跃收听变化所包括。因此，滤波器性能可被改进。

用更好的滤波器可实现性能改进。立即变化将完全的实现Generics变化。除此以外，有源滤波器需要被置于贯穿接收器的几个阶段上。应合并多重反馈带通滤波器(MFBP)与低噪声高速运算放大器。表明当EAS和RFID系统使用相同的天线时，需要100dB的衰减。伴随独立天线，所需滤波的数量变少。准确地说，所需滤波的量依赖于两天线之间的耦合系数。正如所有脉冲收听系统，任何滤波器的瞬时响应对于基于时域的接收器结构是至关重要的。

阶跃收听的全面成就依赖于EAS接收器滤波器。其除去13.56MHz载波的能力直接影响EAS检测距离。当天线结构确定，并且耦合系数确定时，可计算出精确的滤波器要求。作为最初的步骤，Generics滤波器应被完全的执行。根据此信息，可确定滤波器性能和EAS检测距离之间的相关性。强烈推荐有源滤波器执行。

如前所示，天线Q非常重要。RFID阅读器-标签系统需要相对高的Q发射机/天线给标签供能。相反，根据EAS和RFID频带的频率分离，EAS接收依靠低Q系统。主动Q开关天线有助于解决这两个问题。

应当理解，尽管当调制跃迁为“下降跃迁”32B(其中，13.56MHz信号少于“上升跃迁”)时，优选实施例具有EAS接收器收听，但是因上升跃迁32D包括EAS标签的自然响应的检测也在本发明20的最大范围之内。优选地，此上升跃迁32D因为上述有关下降跃迁32B的相同原因也是锐利的。

同样应当注意，测试表明EAS阶跃收听接收器24和RFID阅读器22可在彼此相差大约0.1秒内检测它们各自的标签。因为阶跃收听操作是RFID和EAS的同步操作，因此，在RFID操作中没有性能损耗。对于该系统用户，这显示为实时功能性。此外，因为只有单个发射机(例如，RFID阅读器22)被用于RFID和EAS的功能性，这引起成本节约和封装尺寸减少。相反，当其他试图耦合RFID和EAS系统时，各自的发射机使用共享或者独立天线。为了避免RF干扰，这些系统必须以时分复用格式被顺序操作。本质上，这种配置只有一个系统，RFID或者EAS，可在任何时间工作，而另一个系统则等待。结果是两个系统的性能都降低，并且较差的实时功能性。

尽管参考本发明特定实例详细描述了本发明，本领域技术人员可以理解，可以对本发明做各种变化和更改而不偏离本发明的主旨和范围。

Claims

1.用于检测来自被调整至在EAS频带中的频率的电子商品防盗系统(EAS)谐振电路标签的第一信号和来自被调整至在RFID频带中的频率的射频识别(RFID)标签的第二信号的系统，所述系统包括：

用于发射发射信号的发射机，所述发射信号包括频率在所述RFID频带中的载波信号，并且所述载波信号是用于向所述RFID标签发送命令的被调制振幅，所述发射信号包括当所述发射信号撞击所述EAS谐振电路标签时，引起所述EAS标签发射所述第一信号的调制沿；

第一接收器，所述第一接收器调整至在所述EAS频带中的频率，用于接收所述第一信号，所述第一信号包含所述EAS谐振电路的自然响应；以及

第二接收器，所述第二接收器调整至在所述RFID频带中的频率，用于接收所述第二信号。

2.根据权利要求1中所述的系统，其特征在于，所述发射机和所述第二接收器包含一RFID阅读器。

3.根据权利要求2中所述的系统，其特征在于，所述发射机和所述第二接收器共享第二天线，所述第二天线用于发射所述发射信号以及接收所述第二信号。

4.根据权利要求2中所述的系统，其特征在于，所述第一接收器同样使用所述第二天线，所述第二天线用以接收所述第一信号。

5.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述共用天线包括大约6.4的Q。

6.根据权利要求5中所述的系统，其特征在于，所述共用天线包含微分L型网络。

7.根据权利要求6中所述的系统，其特征在于，所述共用天线还包含用于将差分阻抗转换至单端负载的巴仑。

8.根据权利要求5中所述的系统，其特征在于，所述天线包含Q开关电路。

9.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述第一接收器包含接收器路径，而所述接收器路径包含至少一个有源滤波器以滤出所述发射信号。

10.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述第一接收器包含接收器路径，而所述接收器路径包含串联谐振电路以滤出所述发射信号。

11.根据权利要求3中所述的系统，其特征在于，所述第一接收器包含不同于所述第二天线的第一天线。

12.根据权利要求11中所述的系统，其特征在于，所述第一天线包含多个环。

13.根据权利要求12中所述的系统，其特征在于，所述相对多数的环路包括五个环路。

14.根据权利要求1中所述的系统，其特征在于，所述发射机设置为大约10％的调制指数。

15.根据权利要求1中所述的系统，其特征在于，所述发射机的输出功率为3.75瓦。

16.根据权利要求1中所述的系统，其特征在于，所述调制沿包括下降调制沿。

17.根据权利要求3中所述的系统，其特征在于，所述EAS频带包括7.4MHz至8.7MHz的频率范围。

18.根据权利要求17中所述的系统，其特征在于，在所述EAS频带中的所述频率大约为8.2MHz。

19.根据权利要求3中所述的系统，其特征在于，在所述RFID频带中的所述频率大约为13.56MHz。

20.根据权利要求11中所述的系统，其特征在于，所述发射机、所述第一接收器和所述第二接收器包含在单单个外壳内。

21.根据权利要求20中所述的系统，其特征在于，所述单个外壳包含在商业中心入口处的两个安全立柱之中的一个立柱内。

22.根据权利要求11中所述的系统，其特征在于，所述发射机、所述第一接收器和所述第二接收器包含在商业中心入口处的两个安全立柱之中的一个立柱内。

23.根据权利要求16中所述的系统，其特征在于，所述发射信号还包括第一未调制部分、所述下降调制沿部分、已调制部分、上升调制沿部分以及第二未调制部分。

24.根据权利要求23中所述的系统，其特征在于，所述发射信号包含13.56MHz的频率。

25.根据权利要求24中所述的系统，其特征在于，所述下降调制沿包含处在所述第一未调制部分和所述已调制部分之间的锐利的振幅减量。

26.根据权利要求24中所述的系统，其特征在于，所述上升调制沿包含处在所述已调制部分和所述第二未调制部分之间的锐利的振幅增量。

27.根据权利要求24中所述的系统，其特征在于，所述发射机设置为大约10％的调制指数。

28.用于同时检测来自被调整至在EAS频带中的频率的电子商品防盗系统(EAS)谐振电路标签的第一信号和来自被调整至RFID频带频率的射频识别(RFID)标签的第二信号的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)振幅调制频率在所述RFID频带中的载波信号以形成发射信号，所述发射信号包含调制沿；

(b)发射所述发射信号以撞击所述EAS谐振电路标签和所述RFID标签；

(c)通过所述EAS谐振电路标签响应所述发射信号的所述调制沿，发射所述第一信号，所述第一信号包含所述EAS谐振电路标签中的所述谐振电路的自然响应；

(d)通过所述RFID标签响应所述发射信号，发射所述第二信号；以及

(e)检测所述第一和第二信号。

29.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，检测所述第一和第二信号的所述步骤包括使用各自的天线接收所述第一和第二信号。

30.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，所述EAS频带包括7.4MHz至8.7MHz的频率范围。

31.根据权利要求30中所述的方法，其特征在于，在所述EAS频带中的所述频率大约为8.2MHz。

32.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，在所述RFID频带中的所述频率大约为13.56MHz。

33.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，振幅调制所述载波信号的所述步骤包括执行大约10％的调制指数。

34.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，发射所述发射信号的所述步骤包括以约为3.75瓦的输出功率发射所述发射信号。

35.根据权利要求29中所述的方法，其特征在于，检测所述第一和第二信号的所述步骤包括通过所述各自的天线主动地过滤所述接收的第一信号。

36.根据权利要求35中所述的方法，其特征在于，检测所述第一和第二信号的所述步骤包括在所述各自的天线中Q开关电阻器。

37.根据权利要求28中所述的方法，其特征在于，振幅调制所述载波信号的所述步骤包括：

提供未调制的连续载波信号；

振幅调制所述连续载波信号以形成振幅已调制的载波信号，和当所述振幅调制开始并形成所述调制沿中的一个时，其中产生锐利振幅减量；以及

释放所述振幅调制以产生所述未调制载波信号并且当所述进行所述释放时，其中形成另一个调制沿。

38.根据权利要求37中所述的方法，其特征在于，释放所述振幅调制的所述步骤还包括建立振幅的锐利的增量以形成所述的另一个调制沿。

39.根据权利要求37中所述的方法，其特征在于，所述连续载波信号包括13.56MHz的信号。

40.根据权利要求39中所述的方法，其特征在于，所述振幅调制包括大约10％的调制指数。

41.用于同时检测来自被调整至在EAS频带中的频率的电子商品防盗系统(EAS)谐振电路标签的第一信号和来自被调整至在RFID频带中频率的射频识别(RFID)标签的第二信号的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)产生有以下特征的发射信号：具有第一振幅的第一振荡信号部分，具有小于所述第一振幅的第二振幅的第二振荡信号部分，并且其中在所述第一振幅和所述第二振幅之间有锐利减量，以及具有所述第一振幅的第三振荡信号部分，并且其中在所述第二振幅和所述第三振荡信号的所述第一振幅之间有锐利增量；

(e)检测所述第一和第二信号。

42.根据权利要求41中所述的方法，其特征在于，所述第一振荡信号、所述第二振荡信号和所述第三振荡信号包括13.56MHz的频率。

43.根据权利要求42中所述的方法，其特征在于，所述发射机配置为大约10％的调制指数。