CN101145188A - 无线射频识别的应答器 - Google Patents

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CN101145188A CNA2006101539058A CN200610153905A CN101145188A CN 101145188 A CN101145188 A CN 101145188A CN A2006101539058 A CNA2006101539058 A CN A2006101539058A CN 200610153905 A CN200610153905 A CN 200610153905A CN 101145188 A CN101145188 A CN 101145188A
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Abstract

本发明涉及一种无线射频识别的应答器，包括一电感电容谐振电路、一全波整流电路、和一数据调制电路，该电感电容谐振电路连接于第一高频端和第二高频端之间，该全波整流电路的第一端连接于一高压端、第二端连接于一低压端、第三端连接于该第一高频端、第四端连接于该第二高频端，该数据调制电路连接于该低压端与该第二高频端之间；其中，当该电感电容谐振电路内的交流信号为负半周期时，该数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器传送一数据，而当该电感电容谐振电路内的该交流信号为正半周期时，该数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器进行充电。

Description

无线射频识别的应答器
技术领域
本发明涉及一种无线射频识别(RFID)的应答器(TRANSPONDER)，特别是关于一种应用于集成电路的无源式无线射频识别应答器。
背景技术
早期的无线射频识别应答器的结构如美国专利第4196418号案件所述，由一组电感电容(LC)谐振电路和与其并联的一个数据调制负载所构成，用以调制所传送数据的波形。其中，该数据调制负载可以是一组开关、一组开关串联了电感性负载、或是一组开关串联了电容性负载；该电感电容谐振电路的谐振频率与询问器(INTERROGATOR)的谐振频率相同。利用这种结构与技术，该应答器只要控制该组开关的导通与否，就可将信号以调幅(AM)调制的方式送到询问器。
如图1所示，其为美国专利第5479172号案件所提出一种公知的无线射频识别应答器的电路图，其中应答器10也主要由一组电感电容(L、C)谐振电路101和与其并联的一个数据调制负载R所构成，其还具有一过电压保护电路102。
另外，如图2所示，其为美国专利第5815355号案件所提出另一种公知的无线射频识别应答器的电路图，其中应答器20同样主要由一组电感电容(LT、CT)谐振电路201和与其并联的一个数据调制负载RT所构成，其还具有一过电压保护电路202。
在这二种应答器10、20的结构中都使用过电压保护电路(102或202)，以避免当询问器与应答器(10或20)的非接触距离太接近时，因过电压保护电路(102或202)的动作所造成的应答器(10或20)的负载变化所导致的调幅调制信号不明显，这种不明显的调幅调制信号会造成信号识别失败的现象发生。
然而，当询问器与应答器的接触传输是由远而近时，最先遇到的问题是应答器必须先耦合电磁波并且转换到最低工作电压，才能开始进行传送数据的工作。但是以目前的无线射频识别应答器的结构来看，由于必须通过调制电感电容并联谐振电路才能使得询问器得以解调其信号，因此同时也降低了应答器所能接收的电磁波能量。
请参阅图3，其为公知的无线射频识别应答器的天线两端的波形图，由图3可以看出，中间的“数据0”的图形部分即为前述降低了的电磁波能量。因此，对于本领域普通技术人员来说，必须想办法使得应答器更为接近询问器端来增加电磁波的空气耦合系数，才能够使得询问器得以正常工作。
因此，申请人鉴于公知技术中所产生的缺失，经过悉心试验与研究，最终设计出本发明，以下为本发明的简要说明。
发明内容
本发明的目的为提出一种无源式无线射频识别应答器，可应用在集成电路上，通过数据负载调制方式来传送数据，可以增进电磁波转换成应答器所需能量的效率，进而有效地增加询问器与应答器之间的传输距离。
根据本发明的一目的，提出一种无线射频识别(RFID)的应答器(TRANSPONDER)，包括：一电感电容谐振电路，具有第一高频端和第二高频端，该电感电容谐振电路由一第一电感和一电容彼此并联于该第一高频端和该第二高频端之间所构成；一全波整流电路，具有第一端、第二端、第三端和第四端，该第一端连接于高压端，该第二端连接于低压端，该第三端连接于该第一高频端，该第四端连接于该第二高频端，该全波整流电路用以将来自该电感电容谐振电路的交流信号整流为直流信号；以及第一数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该低压端，该第二端连接于该第二高频端；其中，当该电感电容谐振电路内的该交流信号为负半周期时，该第一数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器传送一数据，而当该电感电容谐振电路内的该交流信号为正半周期时，该第一数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器进行充电。
如上所述的应答器，其中该全波整流电路是由二极管所构成的一桥式整流电路；该低压端为接地；如上所述的应答器，为搭配一询问器而使用，该询问器具有第二电感，该第二电感接近该电感电容谐振电路时即产生该交流信号。优选地，该应答器还包括：一电荷储存电容，其一端连接于该高压端，其另一端连接于该低压端，用以储存来自该全波整流电路的该直流信号的电荷；一过电压保护电路，并联连接于该电荷储存电容，用以保护该应答器；一数据存储装置，并联连接于该过电压保护电路，用以存储待由该应答器传送的该数据；以及一数字控制电路，耦接于该数据存储装置和该第一数据调制电路，用以决定待由该应答器传送的该数据的地址。
如上所述的应答器，其中该第一数据调制电路由第一晶体管开关所构成，该第一晶体管开关具有第一端、第二端、和控制端，该控制端连接于该数字控制电路。
如上所述的应答器，还具有第二数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该第一高频端，该第二端连接于该低压端。
如上所述的应答器，其中该第二数据调制电路由第二晶体管开关所构成，该第二晶体管开关具有第一端、第二端、和控制端，该控制端连接于该数字控制电路以控制该第二数据调制电路使其辅助该第一数据调制电路的工作。
如上所述的应答器，还具有第三数据调制电路，耦接于该低压端和该第一数据调制电路的该第一端之间，用以辅助该第一数据调制电路的工作。
如上所述的应答器，其中该第三数据调制电路选自第三电感和电容其中之一。
本发明还提供一种无线射频识别的应答器，包括：一电感电容谐振电路，具有第一高频端和第二高频端，该电感电容谐振电路由一第一电感和一电容彼此并联于该第一高频端和该第二高频端之间所构成；一全波整流电路，具有第一端、第二端、第三端和第四端，该第一端连接于高压端，该第二端连接于低压端，该第三端连接于该第高频端，该第四端连接于该第二高频端，该全波整流电路用以将来自该电感电容谐振电路的交流信号整流为直流信号；一第一数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该低压端，该第二端连接于该第二高频端；一电荷存储电容，其一端连接于该高压端，其另一端连接于该低压端，用以存储来自该全波整流电路的该直流信号的电荷；一过电压保护电路，并联连接于该电荷存储电容，用以保护该应答器；一数据存储装置，并联连接于该过电压保护电路，用以存储待由该应答器传送的数据；以及一数字控制电路，耦接于该数据存储装置和该第一数据调制电路，用以决定待由该应答器传送的该数据的地址。
综上所述，本发明提供一种无源式无线射频识别应答器，通过数据负载调制方式来传送数据，但却一改公知技术将数据调制电路并联连接于电感电容谐振电路的两侧的方法，而利用开关的切换使得数据调制电路可选择性地与电感电容谐振电路相耦合，不但可以增进电磁波转换成应答器所需能量的效率，还可有效增加询问器与应答器之间的传输距离。
附图说明
本发明通过下列附图和详细说明，使之能得到更深入的了解：
图1为美国专利第5479172号案件所提出一种公知的无线射频识别应答器的电路图；
图2为美国专利第5815355号案件所提出另一种公知的无线射频识别应答器的电路图；
图3为公知的无线射频识别应答器的天线两端的波形图；
图4为本发明所提出的无线射频识别应答器的第一较佳实施例的电路图；
图5为本发明所提出的无线射频识别应答器的天线两端的波形图；
图6为本发明所提出的无线射频识别应答器的第二较佳实施例的电路图；
图7为本发明所提出的无线射频识别应答器的第三较佳实施例的电路图；及
图8为本发明所提出的无线射频识别应答器的第四较佳实施例的电路图。
其中，附图标记说明如下：
10、20、40：应答器
101、201、401：电感电容谐振电路
102、202：过电压保护电路
402：全波整流电路
403：第一数据调制电路
404：电荷存储电容
405：过电压保护电路
406：数据存储装置
407：数字控制电路
4011：第一电感
4012：电容
41：询问器
411：第二电感
60：第二数据调制电路
70：第三数据调制电路
80：电容性负载
HF：第一高频端
HF1：第二高频端
VDD：高压端
Vss：低压端
具体实施方式
请参阅图4，其为本发明所提出的无线射频识别应答器的第一较佳实施例的电路图，其中，应答器40主要由一电感电容谐振电路401、一全波整流电路402、和一第一数据调制电路403所构成。
电感电容谐振电路401具有第一高频端HF和第二高频端HF1，且电感电容谐振电路401由第一电感4011和电容4012彼此并联于第一高频端HF和第二高频端HF1之间所构成。此外，全波整流电路402具有第一端、第二端、第三端和第四端，该第一端连接于高压端VDD，该第二端连接于低压端Vss，该第三端连接于第一高频端HF，该第四端连接于第二高频端HF1。另外，第一数据调制电路403具有第一端和第二端，该第一端连接于低压端Vss，该第二端连接于第二高频端HF1。由图中可以看出，在上述的连接方式中，与公知的应答器的电路结构不同之处在于，本发明并非将数据调制电路403并联连接于电感电容谐振电路401的两侧，而是将数据调制电路403设置于第二高频端HF1与低压端Vss之间，同时并没有任何其他的数据调制电路直接并联在电感电容谐振电路401的两侧。
在本实施例中，高压端VDD为应答器40所在的集成电路的高压电源，低压端Vss则为接地，而全波整流电路402则是由二极管(图中未示出)所构成的桥式整流电路，用以将来自电感电容谐振电路401的交流信号整流为直流信号。而在无线射频识别(RFID)的应用之中，应答器40搭配一询问器(INTERROGATOR)41而使用，询问器41具有第二电感411，当第二电感411接近电感电容谐振电路401时即会产生该交流信号。此外，第一数据调制电路403则由一晶体管开关所构成，其除了控制端之外的其他两端分别连接于低压端Vss和第二高频端HF1。
以下说明本发明应答器40的主要工作原理。
当询问器41与应答器40之间的接触传输由远而近时，第一高频端HF与第二高频端HF1间的第一电感4011耦合到来自询问器41的第二电感411的能量，而产生该交流信号(定义其为一HF_HF1电压)，以下就HF_HF1电压为正半周期和负半周期的情况分别讨论应答器40内部的动作。
当HF_HF1电压为负半周期时，第一数据调制电路403的该晶体管开关会与HF_Vss之间的二极管发生串联耦合，其所组成的耦合电路并联在电感电容谐振电路401的两侧。所以当第一数据调制电路的该晶体管开关导通时，便存在一个接近短路的负载并联在电感电容谐振电路401的两侧。但是当第一数据调制电路的该晶体管开关不导通时，便存在一个接近断路的负载并联在电感电容谐振电路401的两侧。因此，在HF_HF1电压为负半周期时，通过电阻-电容-电感(RCL)的品质因数(QUALITY FACTOR)Q值的变化，利用调幅调制的方式便能够在应答器40与询问器41之间进行数据传送。
而当HF_HF1电压为正半周期时，因为第一数据调制电路403的该晶体管开关会与HF_Vss之间的二极管发生并联耦合，且HF1_Vss之间的二极管是处于导通状态，因此不论第一数据调制电路403的该晶体管开关是否导通，HF1_Vss间电位差的变化并不大；换言之，第一数据调制电路403的该晶体管开关的导通与否几乎不会改变电感电容谐振电路401的电压波形，此时存在一个接近断路的负载并联于电感电容谐振电路401的两侧；因此，可在这段期间持续对应答器40进行充电，而且不受应答器40所要传送的调制数据的影响。
请参考图5，其为本发明所提出的无线射频识别应答器的天线两端的波形图，配合上述说明可知，本发明所提出这种结构可以有效增加询问器41与应答器40之间的传输距离。
请再回到图4，除了前述的电路结构之外，本发明所提出的无线射频识别应答器40还包括了其他的电路元件，如图中的电荷存储电容404、过电压保护电路405、数据存储装置406，和数字控制电路407。
其中，电荷存储电容404的一端连接于该高压端VDD、另一端则连接于该低压端Vss，用以存储来自全波整流电路402的该直流信号的电荷。此外，过电压保护电路405并联连接于电荷存储电容404，用以保护应答器40，以防止询问器41与应答器40之间的传输距离接近所造成电压过高的情况。另外，数据存储装置406可以是一种存储器(例如电可擦除式只读存储器(EEPROM)或是可擦除式只读存储器(EPROM)等)，其并联连接于过电压保护电路405，用以存储待由该应答器40传送的数据。而407数字控制电路耦接于数据存储装置406和第一数据调制电路403(该晶体管开关的控制端)，用以决定待由应答器40传送的数据的地址。
以下说明本发明应答器40关于这些元件的工作原理。
当询问器41与应答器40之间的距离由远而近；也即电感411与电感4011之间的距离由大变小时，若是该距离太远造成空气耦合系数太小，则应答器40上的集成电路将无法取得最低工作电压所需的能量。
相反地，当询问器41与应答器40之间的距离由远而近；也即电感411与电感4011之间的距离够小时，应答器40便通过变压器原理与询问器41发生耦合而在电感电容谐振电路401上产生一交流信号，该交流信号经由全波整流电路402的整流所产生的直流信号的电荷会被存储在电荷存储电容404之中。而当电荷存储电容404的电压达到集成电路可工作的最低工作电位时，数据存储装置406就可送出数据，并经由数字控制电路407控制切换第一数据调制电路403的该晶体管开关，使得应答器40送出数据。
前面已经提过，不论应答器40的第一数据调制电路403的该晶体管开关为导通或是关闭，在HF_HF1的正半周期中均可一直对电荷存储电容404充电；因此，本发明不会发生公知技术中所述，由于传送导通信号以调制数据调制电路所造成的停止对电荷存储电容404充电、使得集成电路无法维持在可工作的最低工作电位的现象。因此数据传送较不容易失败，还可有效增加可传输的距离。
请参见图6，其为本发明所提出的无线射频识别应答器的第二较佳实施例的电路图，图中与图4的应答器40相同的电路元件都标注相同的附图标记。只是其中不同之处在于，在第一高频端HF与低压端Vss之间还连接了第二数据调制电路60，用以辅助第一数据调制电路403的工作。
在此第二较佳实施例中，第二数据调制电路60也由一晶体管开关所构成，该晶体管开关除了利用二端连接于第一高频端HF与低压端Vss之间以外，还具有一控制端，该控制端连接于数字控制电路407以受其控制，使得第二数据调制电路60共同参与信号的调幅调制，至于其余的电路元件的动作则都与图4的完全相同。
请参见图7，其为本发明所提出的无线射频识别应答器的第三较佳实施例的电路图，图中与图4的应答器40相同的电路元件都标注相同的附图标记。只是其中不同之处在于，在低压端Vss与第一数据调制电路403原先直接连接至低压端Vss的该端之间，还连接了第三数据调制电路70，用以辅助第一数据调制电路403的工作；在本实施例中，第三数据调制电路70包括一电感性负载，当然它也可以更换成如同图8所示的电容性负载80。至于图7和图8中其余的电路元件的动作则都与图4的完全相同。
综上所述，本发明提供一种无源式无线射频识别应答器，通过数据负载调制方式来传送数据，但却一改公知技术将数据调制电路并联连接于电感电容谐振电路的两侧的方法，而利用开关的切换使得数据调制电路可选择性地与电感电容谐振电路相耦合，不但可以增进电磁波转换成应答器所需能量的效率，还可有效增加询问器与应答器之间的传输距离。
本发明由本领域普通技术人员作出各种等效修饰和变化，其均不脱离权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种无线射频识别的应答器，包括：
一电感电容谐振电路，具有第一高频端和第二高频端，该电感电容谐振电路由一第一电感和一电容彼此并联于该第一高频端和该第二高频端之间所构成；
一全波整流电路，具有第一端、第二端、第三端和第四端，该第一端连接于一高压端，该第二端连接于低压端，该第三端连接于该第一高频端，该第四端连接于该第二高频端，该全波整流电路用以将来自该电感电容谐振电路的交流信号整流为直流信号；以及
一第一数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该低压端，该第二端连接于该第二高频端；
其中，当该电感电容谐振电路内的该交流信号为负半周期时，该第一数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器传送一数据，而当该电感电容谐振电路内的该交流信号为正半周期时，该第一数据调制电路与部分的该全波整流电路发生耦合，使得该应答器进行充电。
2.根据权利要求1所述的应答器，其中该全波整流电路是由二极管所构成的一桥式整流电路。
3.根据权利要求1所述的应答器，其中该低压端为接地。
4.根据权利要求1所述的应答器，为搭配一询问器而使用，该询问器具有第二电感，该第二电感接近该电感电容谐振电路时即产生该交流信号。
5.根据权利要求1所述的应答器，还包括：
一电荷存储电容，其一端连接于该高压端，其另一端连接于该低压端，用以存储来自该全波整流电路的该直流信号的电荷；
一过电压保护电路，并联连接于该电荷存储电容，用以保护该应答器；
一数据存储装置，并联连接于该过电压保护电路，用以存储待由该应答器传送的该数据；以及
一数字控制电路，耦接于该数据存储装置和该第一数据调制电路，用以决定待由该应答器传送的该数据的地址。
6.根据权利要求5所述的应答器，其中该第一数据调制电路由第一晶体管开关所构成，该第一晶体管开关具有第一端、第二端、和控制端，该控制端连接于该数字控制电路。
7.根据权利要求6所述的应答器，还具有第二数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该第一高频端，该第二端连接于该低压端。
8.根据权利要求7所述的应答器，其中该第二数据调制电路由第二晶体管开关所构成，该第二晶体管开关具有第一端、第二端、和控制端，该控制端连接于该数字控制电路以控制该第二数据调制电路使其辅助该第一数据调制电路的工作。
9.根据权利要求6所述的应答器，还具有第三数据调制电路，耦接于该低压端和该第一数据调制电路的该第一端之间，用以辅助该第一数据调制电路的工作。
10.根据权利要求9所述的应答器，其中该第三数据调制电路选自第三电感和电容其中之一。
11.一种无线射频识别的应答器，包括：
一电感电容谐振电路，具有第一高频端和第二高频端，该电感电容谐振电路由一第一电感和一电容彼此并联于该第一高频端和该第二高频端之间所构成；
一全波整流电路，具有第一端、第二端、第三端和第四端，该第一端连接于高压端，该第二端连接于低压端，该第三端连接于该第高频端，该第四端连接于该第二高频端，该全波整流电路用以将来自该电感电容谐振电路的交流信号整流为直流信号；
一第一数据调制电路，具有第一端和第二端，该第一端连接于该低压端，该第二端连接于该第二高频端；
一电荷存储电容，其一端连接于该高压端，其另一端连接于该低压端，用以存储来自该全波整流电路的该直流信号的电荷；
一过电压保护电路，并联连接于该电荷存储电容，用以保护该应答器；
一数据存储装置，并联连接于该过电压保护电路，用以存储待由该应答器传送的数据；以及
一数字控制电路，耦接于该数据存储装置和该第一数据调制电路，用以决定待由该应答器传送的该数据的地址。
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