CN102057383B

CN102057383B - 利用光对rfid标签进行子集选择

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Publication number: CN102057383B
Application number: CN2009801213394A
Authority: CN
Inventors: 马克·阿尔佛雷德·哈德利; 杰伊·图; 詹姆斯·哈罗德·阿瑟顿; 爱德华·约翰·博林; 约翰·斯蒂芬·史密斯
Original assignee: Alien Technology LLC
Current assignee: Rui Technology Co Ltd
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: US20150332138A1; EP2420958B1; EP2420958A3; US20130300540A1; WO2010019286A2; US20150169908A1; US9805227B2; US8395505B2; EP2277131A2; US20120249303A1; WO2010019286A3; EP2420958A2; CN103593698B; CN102057383A; US9218519B2; CN103593698A

Abstract

在一些实施例中提供了用于选择RFID标签的子集的方法和装置。这些方法和装置利用了存在于无源标签中的持续节点对光的易感性。可用光来故意地减短特定子集的标签或者甚至单个标签中的持续时间。然后，可用持续节点作为选择标准来区分先前照射的标签和未照射的标签。在其他实施例中，电力电路接收RF输入源并且生成直流(DC)输出电压。该电路包括偏置电路，该偏置电路提供独立于DC输出电压的栅极到源极偏置。该电路还包括耦合到偏置电路的电压倍增器电路。该电压倍增器电路具有MOS晶体管，其中一个晶体管接收所述栅极到源极偏置。

Description

利用光对RFID标签进行子集选择

本申请与2008年4月7日提交的同样未决的美国临时专利申请No.61/123,410相关；本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求该临时申请的申请日的权益，特此通过引用将其全部并入在此。

政府权利公告

本发明的实施例是根据North Dakota State University SubcontractSPP002-5，Defense Microelectronics Activity(DMEA)Contract No.H94003-06-1-0601(prime)在美国政府的支持下做出的。某些实施例，包括这里描述的光不敏感电路结构和基于晶体管的电压倍增器和解调器，是根据Defense Microelectronics Activity(DMEA)Contract No.H94003-06-1-0612在美国政府的支持下做出的。美国政府对本发明拥有某些权利。

技术领域

本发明总地涉及射频识别(“RFID”)器件的领域，具体而言涉及为了盘点或测试而对标签进行子集选择的技术。

背景技术

RFID标牌、嵌体、条带和应答器(这里统称为“标签”)被广泛用于将物体与识别码关联起来。标签一般组合了一个或多个天线与模拟和/或数字电子电路芯片(RFID芯片)，这种芯片例如可包括通信电子、数据存储器和控制逻辑。RFID标签应用的示例是汽车安全锁、建筑物的访问控制、盘点和包裹跟踪。一般地，RFID标签可以保持并发射足够的信息来唯一地识别个体、包裹、存货等等。

存在三种基本类型的RFID标签。无源标签是波束供电的器件，其从读取器生成的无线电波中整流出操作所需的能量。为了通信，无源标签使被反射给读取器并被读取器所读取的场的反射率产生变化。这通常被称为连续波背向散射。电池供电的半无源标签也接收并反射来自读取器的无线电波；但是电池独立于从读取器接收电力来为标签供电。具有独立的电力供应的有源标签包括其自己的射频源以用于发射。

无源背向散射标签使用电压倍增器来将RF信号转换成DC电力以为芯片电路供电。无源RFID标签的射程受到其将低幅度RF信号转换成充分的DC电力以为标签的电路供电的能力的限制。

RFID标签还可包括传感器，例如振动传感器、温度传感器和光传感器。作为示例，温度记录RFID标签将周期性地对其环境的温度采样并且将测量到的温度保存到其存储器。读取器随后可从标签读出此温度记录以及其他信息，例如其ID。

读取器有时也被称为询问器，其包括向标签发射RF信号的发射器和接收标签调制的信息的接收器。发射器和接收器可被组合为收发器。读取器与标签之间的通信是由诸如以下(但不限于)的空中接口协议来定义的：

(i)EPCglobal的EPC Radio-Frequency Identity Protocols Class-1Generation-2 UHF RFID Protocol for Communications at 860MHz-960MHz，version 1.1.0(http://www.epcglobalinc.org/standards/uhfc1g2/uhfc1g2_1_1_0- standard-20071017.pdf)(以下称之为“UHF Gen2标准”)；

(ii)为在高频(“HF”)(例如在13.56MHz)的操作而对UHFGen2标准进行的适应性修改；以及

(iii)ISO/IEC 18000-6 Information technology-Radio frequencyidentification for item management-Part 6：Parameters for air interfacecommunications at 860MHz to 960MHz，Amendment 1：Extension with TypeC and update ofTypes A and B。

上述协议中的每一种通过引用被并入在此用于所有目的。

诸如这些通信协议可能要求无源标签在所接收电力的一小段时间期间操作一定时电路或维护一标志值。例如，UHF Gen2标准要求标志SL、S1、S2和S3的持续，但不要求S0的持续。转让给Alien TechnologyCorporation(“Alien”，也是本发明的受让人)并且通过引用被并入在此用于所有目的的美国专利No.6,942,155提供了关于持续标志和节点的各种教导。据称以下专利提出了其他或相关技术(这些专利中的每一个通过引用被并入在此用于所有目的)：

(i)美国专利No.7,259,654；以及

(ii)美国专利No.7,215,251。

如Alien所发现的，持续节点(persistent node)遭受着对光甚至是环境光的潜在易感性。也就是说，暴露于光可能急剧减短持续时间(persistent time)。在本发明的开发期间，发明人记录了以下来自传统标签的结果：

对集成电路芯片的不透明封装可降低其易感性，但这可能是不合需要的或者不经济的。

作为一个表面上无关的问题，传统的读取器在许多标签被部署在其RF场中时一般要求有复杂的防冲突软件来轮询和识别标签。然而，即使在识别每个标签之后，也无法将识别信息与每个标签分别关联起来。换言之，传统的读取器只是指示出多个标签被读取了，而不指示特定的标签包含了特定的数据。个体标签必须在物理上或电气上被隔离开来(例如，被屏蔽)，才能提供期望的信息粒度。读取器可能由于实现转让给Alien的美国专利申请公布No.2005/0237953(其通过引用被并入在此用于所有目的)中描述的范围和方位(range and bearing)技术以明确地将特定的标签与接收到的信息关联起来，从而负担进一步的复杂性。

发明内容

提供了用于选择RFID标签的子集的方法和装置。这些方法和装置利用了存在于无源标签中的持续节点对光的易感性。可用光来故意地减短标签的特定子集或者甚至单个标签中的持续时间。然后，可用持续节点作为选择标准来区分先前照射的标签和未照射的标签。

在一个实施例中，一种用于选择RFID标签的子集的方法包括将多个无源标签中的每一个的持续节点设定到第一逻辑值。这些持续节点在暗照明条件下能够在没有电力的情况下维持第一逻辑值达第一时间段。接下来，中断给无源标签的电力达第二时间段。第二时间段短于第一时间段。在第二时间段的至少一部分期间利用光照射多个标签的子集。结果，该子集的持续节点在电力恢复之前变化到第二逻辑值。随后可利用第二逻辑值来区分该子集，以便进行识别、测试或其他处理。

在本发明的另一实施例中，一种RFID系统包括具有集成电路的标签。深阱注入和其他技术被用于使集成电路的一些部分对光不敏感。

在本发明的另一实施例中，一种RFID系统包括具有集成电路的标签。集成电路的一些部分对光不敏感，但随着温度而变化。电路的随温度变化的属性被读取器用于计算RFID标签的温度。

在本发明的另一实施例中，一种RFID系统包括具有集成电路的标签。集成电路在短暂的无电力时段期间维护至少一个持续标志。这种标签的持续时间易受光影响。该系统还包括RFID读取器，该RFID读取器具有适当的光源，以减短持续时间。

在本发明的另一实施例中，一种RFID读取器包括射频源、发射由射频源生成的射频波的天线、以及光源。该光源被配置为产生用于更改或操纵RFID标签的功能的至少一个光束。在特定实施例中，被操纵的功能涉及持续节点、持续标志或定时电路。

在本发明的另一实施例中，电力电路接收RF输入源并且生成直流(DC)输出电压。该电路包括第一偏置电路，该第一偏置电路提供独立于DC输出电压的栅极到源极偏置。该电路还包括耦合到第一偏置电路的电压倍增器电路。该电压倍增器电路具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管或至少一个p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。根据一个实施例，该电压倍增器电路生成DC输出电压以为RF识别标签供电。第一偏置电路接收RF输入源并为MOS晶体管之一的栅极端生成栅极到源极偏置。第二偏置电路接收RF输入源并且为电压倍增器电路中的MOS晶体管之中的另一个的栅极端生成栅极到源极偏置。

参考以下详细描述和附图，将更充分地明白本发明的各种其他目的、特征和优点。

在本发明的另一实施例中，通过隔离接地的阱中的晶体管的基底来使电路对芯片的衬底中吸收的光不敏感。在大多数硅材料中由光生成的电子空穴对随后被阱的结所捕获并且通过接地的欧姆接触而重新组合。这样使得所生成的光电流偏离电路的敏感的高阻抗节点。

在本发明的另一实施例中，由入射光生成的电子空穴对随后被结所捕获。光电流随后被转换成RFID标签的电路的功能的变化，并且读取器使用标签返回的信息来推断入射在标签上的光的量。

在本发明的另一实施例中，标签的集成电路中的器件响应于温度而变化。此变化导致了RFID标签的电路的功能的变化，并且读取器使用标签返回的信息来推断标签的温度。

附图说明

在附图中以示例而非限制方式图示了本发明，附图中相似的标号指示类似的元件。

图1示出了根据本发明一实施例的RFID系统的简化框图。

图2示出了根据本发明另一实施例的RFID系统的简化示例。

图3示出了根据本发明又一实施例的RFID系统的简化示例。

图4示出了根据本发明一实施例的子集选择的简化流程图。

图5示出了根据本发明另一实施例的子集选择的简化流程图。

图6示出了根据本发明一个实施例的具有模拟存储器件的电路的示意和截面图。

图7示出了根据本发明一个实施例的具有n沟道晶体管的电路结构的截面图。

图8示出了根据本发明一个实施例的具有隔离的p阱的电路结构的截面图。

图9示出了根据本发明一个实施例的用于模拟数据存储的p沟道电路的示意和截面图。

图10示出了根据本发明一个实施例的具有PMOS晶体管的电路结构的截面图。

图11示出了根据本发明一个实施例的电流偏置振荡器的电路。

图12示出了根据现有技术的传统CMOS晶体管加倍器电路实现。

图13A和13B示出了根据本发明某些实施例的CMOS晶体管加倍器电路实现。

图14A示出了根据本发明一些实施例的接收RF输入源并生成DC输出电压的电路1400的框图。

图14B示出了根据本发明一个实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。

图15示出了根据本发明一个实施例的适合用作解调器的加倍器电路的示意图。

图16示出了根据本发明一个实施例的CMOS多级电压倍增器电路的示意图。

图17A示出了根据本发明另一实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。

图17B示出了根据本发明又一实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。

图18示出了根据本发明一实施例的示例性RFID系统。

图19示出了根据本发明一个实施例的RFID系统的示例。

图20示出了根据本发明一实施例的RFID标签的示例性实施例。

图21示出了根据本发明另一实施例的RFID标签的示例。

具体实施方式

以下描述和附图例示了本发明，而不应被解释为限制本发明。描述了许多具体细节，以帮助透彻理解本发明。然而，在某些情况下，没有描述公知或传统的细节，以避免模糊对本发明的描述。在本发明中提及一个实施例或一实施例不一定都指的同一实施例；并且这种提及指的是至少一个。

图1示出了根据本发明一实施例的RFID系统100的简化框图。在此列中，标签102被附着于容器103(例如，盒子、瓦楞纸盒、纸箱等等)。标签102与附于类似容器的其他标签紧邻，例如在密集放满货物的货盘上。由于此邻近性，使用RF天线106的手持式读取器104在其RF场中观察到许多标签。

为了挑出标签102，读取器104利用光束110来照射标签102。光束110可以更改标签102的操作，从而将其与读取器的场中的其他标签区分开来。在此实施例中，光束110故意地加速至少一个持续节点从第一逻辑值到第二逻辑值的衰减。读取器104随后可以利用第二逻辑值作为选择标准来选择性地与标签102通信。

光束110可以涵盖整个电磁谱的任何部分，包括紫外(大约10nm到400nm波长)、可见光(大约400nm到700nm波长)、红外(大约700nm到1mm波长)辐射，或其组合。在优选实施例中，光束110包括红外辐射，因为传统的持续节点对于这种辐射尤其易感。光的强度至少是500瓦特/m²，或者大于至少100瓦特/m²，或者甚至大于至少10瓦特/m²。光束110的强度影响持续时间的衰减速度。增大光强度将减短持续时间-这种相关性不必是线性的。

在图1中，光源108与读取器104相集成或者被附着于读取器104。在替换实施例中，光源108可被部署得远离读取器并且电气地耦合到读取器或者被主机计算机总地控制。优选地，光源108包括手动或自动可调节的孔隙以改变波束大小。在孔隙较宽的情况下，光束110涵盖了标签的子集，而较窄的孔隙则挑出单个标签。在特定实施例中，光源108可以是以某种图案照射多个标签的投光器。该图案可以是(i)预定的图案(例如，棋盘、对角线形、十字形、多边形、椭圆、矩形、环部分被照明而中央部分未被照明的圆环形，等等)，(ii)伪随机生成的图案，或者(iii)(i)和/或(ii)的某种序列或组合。

光源108可以使用任何类型的源，包括但不限于：

(i)燃烧光(例如，氩气闪光灯、乙炔/碳化物灯、蜡烛、火、煤气灯、煤油灯、以及灯笼)；

(ii)直接化学光(例如，化学发光(发光棒)、荧光和磷光)；

(iii)电灯(弧光灯、白炽灯、闪光灯、卤素灯、电致发光灯、发光二极管(“LED”)(有机发光二极管、聚合物发光二极管、固态发光)、气体放电灯、荧光灯、氖和氩气灯、等离子灯、氙气闪光灯、以及高强度放电灯)；或者

(iv)上述的反射。

实际上，作为光源108的替换或附加，可以使用自然光(例如，天体、太阳辐射、天光、日光、月光或生物发光)。在优选实施例中，光源108是LED、荧光灯泡和白炽灯泡中的至少一种。在更优选的实施例中，光源108的谱包括将被硅吸收以产生电子空穴对的波长，以下将结合光不敏感电路结构，例如红外LED来更详细描述。

系统100在包裹处理、仓库和零售环境中提供了许多益处。用户可能需要确定特定包裹的内容，但不需要确定其附近的其他包裹的内容。例如，在图1中，用户可能只希望确定容器103的内容。其在系统100中可以通过照射标签102而很容易做到这一点。然而，在传统的RFID系统中，其将需要识别读取器的RF场内的所有容器，而仍不一定知道哪个特定容器容纳着期望的物品。

为了将来的实用性，读取器104可以采用距离和方位技术，结合光源108，来从视觉上指示出期望的容器103。读取器104可以首先照射由距离和方位指示的位置。作为确认，读取器104接下来可以验证与标签102相关联的持续时间在照射后已经减短。如果标签102的持续时间没有减短，则读取器104可以自动地将光束110重新指向邻近的区域，直到通过减短的持续时间而确认标签102被照射为止。或者，光源108可以照射较大的区域，随后系统地减小区域大小，直到读取器104确定只有标签102减短了持续性为止，从而指示出标签102是光束内的唯一一个标签。

从这里的教导应当清楚，持续标志是表明某种状况的发生的比特、(一个或多个)字符或其他指示符。持续节点是被初始化到某一值的电路，并且从持续节点读取的该值在以后某个时间可能变化。持续标志可利用所并入的参考文献中的一篇或多篇中描述的持续节点来实现。作为示例，持续标志可利用持续节点实质上实现为定时器。例如，在ISO/IEC18000-6c规范中，每个标志具有两个值之一。对于S1、S2或S3标志是“A”或“B”，对于SL标志是“断言”或“去断言”。它们可以通过将一电容器充电到一定的水平并随后随着时间的过去使该电容器放电，从而来操作。当电容器具有高于阈值水平的电荷时，它表示“B”；当电荷下降到阈值水平之下时，它表示“A”。从而，当RF信号被关断时，如果电容器电荷已经在表示“A”的阈值之下，则任何电荷就只是随着时间而消散。类似地，如果当RF信号被关断时电容器电荷在表示“B”的阈值之上，则电荷随着时间而消散，直到电容器被放电或者RF电力被再次接通为止。在此示例中的两种情况下，耦合到电容器的晶体管控制放电速率，使得“B”值将会保持达所要求的持续时间。换言之，晶体管充当箝制器，以将电容器与电路的其余部分切断，从而允许慢速率的放电。一旦电容器电荷低于了“B”所要求的阈值水平，值就将变为“A”。

图2示出了根据本发明另一实施例的RFID系统200的简化示例。基板202包括多个嵌体组件(inlay assembly)，其中包括嵌体组件204。在特定实施例中，嵌体组件204包括条带：表面安装的IC芯片、与IC芯片电耦合的条带接触焊盘、以及条带基板的下层部分。表面安装IC或者倒装芯片可通过自动机械放置在条带基板上。在另一实施例中，条带组件包括嵌入在基板中的IC芯片、覆在条带基板上的介电层的一部分以及介电层上的条带接触焊盘。嵌入式IC芯片可通过自动机械(例如通过“拾取并放置”方法)或通过流体自组装方法来安放，如美国专利No.5,545,291和7,260,882(这些专利通过引用被并入在此用于所有目的)中所述。拾取并放置技术可用于在不使用条带组件的情况下将表面安装IC直接放置在基板202上以形成嵌体。

在特定实施例中，读取器天线206既是读取器也是读取器天线，例如Alien提供的ALR-9650。ALR-9650是智能天线，读取器电子电路和圆极化的天线存在于单个封装中。同样地，智能天线可使用线性极化的天线来取代圆极化的天线。然而，对于许多应用，读取器将被部署得远离其(一个或多个)读取器天线(例如，一个、两个、三个、四个或更多个天线)。应当注意，在这里只示出一个天线的实施例中，替换实施例可包括耦合到单个读取器的多个天线，以实现信号取向和覆盖方面的更多多样性。

经由读取器天线206来询问每个嵌体组件。对于条带组件测试，光源208通过修改持续节点来挑出每个条带组件。所挑出的条带组件和读取器随后可以排他地通信，从而使得读取器可以测试特定条带组件的性能。

这种测试方法消除了对在物理或电气上隔离(例如，屏蔽)被测试的各个嵌体组件的需要。美国专利申请No.11/809,610(代理人案卷号3424P100，其通过引用被并入在此用于所有目的)中用来排除其他响应而接收单个响应的谐振腔变得不必要了。读取器不需要担心来自相邻的嵌体组件的干扰响应，因为它们的持续节点将不会满足选择标准。光源208随后可将其光束210重定位到另一条带组件并且重复该过程，直到基板202上的所有嵌体组件都已被测试为止。未能通过性能测试的嵌体组件可被激光或墨水标记器(图2中未示出)标记有拒绝标记212或者通过在标签的存储器中输入通过码而被标记。此测试方法也可被应用到RFID条带和标牌。

基板202可以是纸板、卷筒(web)(例如，卷到卷工艺中的未经卷绕的卷辊)、带子、卷轴等等。如果基板202相对于光源208间歇地或连续运动，则光源208在将光束210指向其目标条带组件时可以考虑到这种运动。对于快速运动的基板，例如在RFID卷到卷处理中通常存在的那种，则可能需要在其间具有光源的两个分开的读取器或读取器天线。第一读取器给嵌体赋予能量并且对于所有条带组件将至少一个持续节点设定到第一逻辑水平。居间的光源照射条带组件的子集(例如，一个、两个、三个或更多个条带组件)以更改持续节点。第二读取器随后可基于持续节点的逻辑值来选择性地与该子集通信。如果多于一个嵌体组件被照射，则读取器为了有效的通信可能需要结合防冲突算法，例如为传统的遵从EPC的标签实现的那种算法。

图3示出了根据本发明一实施例的RFID系统300的简化示例。RFID系统300包括至少两个读取器。第一读取器使用天线304和光源306来挑出、识别和/或测试基板302上的嵌体组件。类似地，第二读取器使用天线308和光源310来挑出、识别和/或测试嵌体组件。通过提供两个读取器，系统300的吞吐量可加倍。第一和第二读取器都可以由同一主机计算机来控制。为了减缓两个读取器之间的竞争，每个读取器可被指派来使用其自己的盘点会话。例如，在UHF Gen2标准下，标签具有四个会话标志，S0、S1、S2和S3。读取器1可以专门使用S2标志，而读取器2可以专门使用S3标志。S2和S3标志都是持续的。

图4示出了根据本发明一实施例的子集选择的简化流程图400。在步骤402中，读取器发射连续波RF(射频)信号(“CW”)，以向该读取器的场内的无源标签提供电力。CW可以是涵盖较宽区域的宽波束信号。接下来，在步骤404中，至少一个持续标志被设定。这可以通过读取器发出SELECT命令来实现，该SELECT命令要求所有标签在被盘点之后断言SL标志或其他持续标志(例如，将S1、S2或S3标志之一设定到“B”逻辑值)。读取器随后盘点所有标签，以确保每个标签设定所指定的持续标志。

在步骤406中，读取器在关断时间期间终止发射。在一个实施例中，步骤406可通过根据47 CFR Part 15并且更具体而言根据subpart C进行跳频来实现。在关断时间的至少一部分期间，在步骤408中标签的期望子集被照射。用光进行的照射可以是窄聚焦的，或者与CW RF信号相比是窄波束的。例如，标签可被照射达固定的一段时间，例如，大约0.01至大约0.5秒的范围。该子集可包括任意数目的标签，例如一个、两个、三个或更多个标签。在一个实施例中，被照射的标签的子集是读取器的RF场内的适当标签子集。也就是说，被照射的标签是读取器的RF场内的标签的子集，但被照射的标签不包括所有这些标签。

照射的持续时长和强度应当使得持续标志在关断时间结束之前改变值(例如，(i)SL到～SL，或者(ii)对于会话标志是“B”值到“A”值)。在步骤410中，读取器恢复发射连续RF波以为标签供电。关断时间应当短于不照射条件下的最短指定持续时间(或者替代地，特定标签的最短预期持续时间)，以确保持续标志正确地将期望的子集与其他标签区分开来。

读取器现在可以在步骤412中询问期望的子集。例如，利用ISO/IEC18000-6c协议，读取器可以发出QUERY命令，指示出作为参与一轮盘点(inventory round)的标准的持续标志值。例如，QUERY命令可在其“Sel”字段中指定被去断言的SL标志(～SL)，或者指定具有“A”值的S2标志。从而，只有匹配所指定的标准的标签才会在该轮盘点中响应读取器。

图5示出了根据本发明另一实施例的子集选择的简化流程图500。流程图500包括与流程图400相同的若干要素。因此，由于根据以上详细描述理解了本发明，所以流程图500不需要进一步说明。

对光的易感性可以以一种廉价的方式使能RFID标签的另一功能-光传感器。持续节点的易感性或其他标签功能可用作光传感器来检测光的存在、光的强度和/或照射的持续时长。例如，读取器可以反复确定一个或多个标签的持续时间(通过反复逐步减短或增长关断时间)。如果持续时间短于标称时间或某个最短时间，则读取器可以推断或确定在标签上存在光暴露以及光暴露的强度。读取器可以基于持续定时来确立一天中的近似时间(优选地，根据来自多个标签的结果，以提供优良的精确性)。

如上所述，Alien已经设计出电路来使得持续节点基本上对光免疫。然而，为了实现以这里描述的益处，标签制作商可以选择使一些持续节点保持易感而其他的则不。例如，可以使UHF Gen2标准下的持续S2和S3标志免疫，同时保持SL标志易感。在这种情况下，这里描述的本发明的使用持续S2或S3标志的实施例可以改为利用SL标志。在某些实施例中，可利用屏蔽或电路来构造RFID标签，以使得一个或多个持续节点对光辐射敏感，而其他的(一个或多个)持续节点则对光辐射不敏感(或者它们对光辐射的敏感度低得多)。这种RFID标签可利用以下描述的光不敏感电路的实施例来构造。

已经针对子集选择详细地总体描述了本发明，但是本发明也可应用到其他标签功能。例如，持续节点可以控制对标签的存储器的写入访问，从而只有被照射的标签可被写入新信息。又例如，持续节点可以控制标签的操作状态-对标签的照射使得标签的状态机从第一操作状态转移到第二操作状态。这些操作状态可以是READY状态、SLEEP状态、ACKNOWLEDGE状态、OPEN状态、SECURED状态、LOCKED状态、REPLY状态等等。对于实现分层识别协议的标签，例如美国临时专利申请60/904,590(代理人案卷号003424.P101Z，其被并入在此用于所有目的)中所述，被照射的标签可以以第一识别符作为响应，而未被照射的标签可以以第二识别符作为响应。光强度可用于影响被照射的标签的标签识别号(TID)，包括使得TID可用于或不可用于读取和/或写入。

此外，这里描述的技术可被应用到以下情况：

改变光的强度以展现距离信息；

在远离读取器的位置处间隔布置的光源，用于限定感兴趣区域或不感兴趣区域；

在打印机中用于进行隔离以使编程头可以更便宜的光源；

与定位算法相协调的变化的光束大小；

针对特定波长而优化的不同的独特持续节点，用于实现进一步隔离；

在一个、两个或三个维度上扫过光幕，以帮助协调位置；

使用相同或不同的光源来识别特定的标签，被隔离的标签；或者

使用条码读取器所使用的那个光源来读取条码。

光不敏感电路结构

极低电流电路在被暴露于光或者更一般地说暴露于电磁辐射时可能经历不希望的参数偏移。并不是总能够从外部屏蔽受影响的电路，或者这样做是不经济的。本公开涉及能够降低关键电路参数(例如，模拟数据持续时间、时基振荡频率、基准电流大小以及其他关键性能参数和功能)的电磁敏感性的集成电路结构。

能量足够大的光子在进入半导体时将产生电子-空穴对。这些光子的波长可在电磁谱的x射线、紫外光、可见光或红外部分中。特定波长是否会导致电路性能问题取决于半导体电路的构造、设计和封装。对于低成本RFID的情况，我们尤其关心硅电路具体而言是CMOS电路中的近红外辐射(700nm到1300nm)。然而，应当认识到，其他半导体和元件类型可能对不同的波长范围敏感。可以通过使用诸如金属、厚纸或塑料或者颜料或染料之类的光屏蔽材料来阻挡入射的辐射，但是这种光阻挡材料或层向RFID标签添加了不希望的成本或体积。

现在关注硅中的光生电子-空穴对，这些额外的电荷载流子在整个硅体中扩散，直到它们重新组合或者被与pn结相关联的电场分离开为止。载流子分离导致电荷流动(电流)，这种电荷流动可能扰乱低电流电路(毫微安到微微安)的操作。

图6示出了根据本发明一个实施例的具有模拟存储器件的电路的示意和截面图。模拟存储按以下方式发生。通过将Strobe(选通)驱动到适当高的正电势而使n沟道访问晶体管导通。模拟数据以电压的形式被从Data(数据)传递到Store(存储)。Strobe随后被驱动为低，从而将电荷俘获在存储电容器中。此电荷表示要“记住”的模拟电压。当光生电子-空穴对被形成于p衬底和n沟道漏极之间的结所分离开时，导致对被俘获的电荷的扰乱。曲线箭头620表示电荷流经这个结。光子感应出的电流去除了被俘获的电荷，从而改变了所“记住”的电压的值。

在一个实施例中，所公开的发明通过防止额外的电荷载流子到达任何临界结(critical junction)而大大减小了光电流。图7示出了根据本发明一个实施例的具有n沟道晶体管的电路结构的截面图。一深n阱被构造来完全包围临界漏极结。在p阱内生成的电子-空穴对仍能对Store的光电流放电起作用，如箭头710所示，但是由于p阱的体积相对于p衬底的体积来说相当小，因此实际的有害光电流将达到最低限度。深n阱和p衬底内生成的电子-空穴对变得无害，因为任何产生的电流都存在于接地环路720中。

深n阱通过控制存在于硅衬底中的额外电荷载流子的运动而实现了背面保护。应当注意使直接进入p阱的光子达到最低限度，因为没有提供防范在此区域中产生的电子-空穴对的保护。实际步骤是以防止光进入p阱的方式来布置顶面金属层。这样，金属层与深n阱相结合在临界结周围产生了保护盒(protective box)。

看起来包括深n阱则需要修改半导体工艺。但其实并不一定是这样。许多工艺技术通过结合深n阱注入和对n阱的明智使用而使得隔离的p阱成为可能。

图8示出了根据本发明一个实施例的具有隔离的p阱的电路结构的截面图。深n阱是在远低于硅表面处达到峰值的注入并且以埋入层的形式出现。电连接是经由普通n阱来进行的。

图6的电路在RFID芯片中具有实现“持续节点”的特定应用。这种节点在经常发生短暂的电力中断的环境中保持对芯片状态的临时记录。关键要求在于所存储的模拟电压的变化在若干秒的时间间隔中不会太大，并且独立于供应电压。很明显，不受控制的光电流可导致迅速的电容器放电。所公开的发明提供了一种用于在明亮日光条件下或者在其他存在强烈的红外、可见、紫外或x射线辐射源的情形中实现适当的持续节点操作的手段。

在一些实施例中，参考图8，特定的电极连接允许了n沟道晶体管的类似开关的行为。将深n阱和p阱与Gnd(地)断开连接并重连接到Data是可容许的。在此情况下，MOS晶体管表现出降低的阈值电压并且与寄生的以二极管方式连结的NPN晶体管并联工作。此方案在模拟存储器件的低电压操作中是有利的，具体而言对于持续节点实现是有利的。该有利之处来自于传递数据所需的Strobe电势被降低这一事实。要付出的代价是当Strobe变低时Data必须被驱动为低，以使得NPN晶体管截止。在任何情况下，经修改的电路都保持对光电流不敏感，无论电力供应行为如何。

如果关注点从模拟存储转移并且仅针对n沟道晶体管功能而训练，则可以设想其他变体。再次参考图8，深n阱可与Gnd断开连接并被重连接到最高的正向供应源。p阱可被连接到Data。使Data接地将产生共源极配置，其中极少的光电流与漏极(Store)输出电流相混合。在将Store连接到最高的正向供应源的同时将Data视为输出将产生源极跟随器配置，其中很少的光电流与源极(Data)输出电流相组合。

图9示出了根据本发明一个实施例的用于模拟数据存储的p沟道电路的示意和截面图。图9返回到模拟存储器件的示例，但这次访问晶体管是p沟道的。在一个实施例中，p沟道晶体管也可受益于所公开的发明，但存在细节上的不同。电路操作如下。通过将Strobe驱动到适当低的电势而使p沟道晶体管导通。模拟数据以电压的形式被从Data传递到Store。Strobe随后被驱动到高，将电荷俘获在存储电容器上。当光生电子-空穴对主要被形成于p衬底和n阱之间的结所分离开时，导致对被俘获的电荷的扰乱。曲线箭头910表示电荷流经这个结。光子感应出的电流去除了被俘获的电荷，从而改变了所“记住”的电压的值。

图10示出了根据一个实施例的具有PMOS晶体管的电路结构的截面图。深n阱完全包围临界n阱/p阱结。p阱体积有利地小于p衬底体积，从而使得光电流大大减小。与n沟道情况中一样，深n阱起到控制由光子感应出的额外电荷载流子的运动的作用，从而强制这些载流子成为接地环路电流1020的一部分。另外，可以设想保留了本发明的光子不敏感性的有利之处的各种替换电极连接。这些替换连接可被应用到模拟存储器件或p沟道晶体管的一般操作。

相对于先前说明的n沟道实现，存在两个重大的不同。隔离的p阱不能以同样的简单方式来实现。原因在于，深n阱现在必须出现在普通n阱下面，而普通n阱是p沟道晶体管的必要组成部分。经修改的非标准工艺技术成为了必要。修改不是重大修改，但仍然是修改。很明显，适应于p沟道晶体管的必要技术对于其n沟道对应部分也将是足够的(比较图7和图10)。

第二个不同之处源于p沟道晶体管在特定的偏置条件下被提供了对光电流的天然免疫这一事实。返回参考图9，如果正电力供应源可获得，则n阱可与Store断开连接并被重连接到正供应源。大部分光电流现在将在正供应源的方向上被从Store转走。一较小的光电流将继续影响Store上俘获的电荷。此电流的大小将大大减小，因为n阱的体积比p衬底的体积小得多。这个布置对于许多种电路都工作良好，并且消除了以深n阱作为降低光敏感性的手段的必要性。不幸的是，RFID芯片中的持续节点应用是不可获得便利的、可靠的供应源的示例。

前述所有方面就降低CMOS晶体管的光敏感性而言都是相当普适性的并且可扩展到很多种CMOS电路。作为这种普适性的示例，考虑图11的根据一个实施例的电流偏置振荡器。晶体管P1、P2、N1和N2与电阻器R合作建立偏置电流I。此电流被镜像产生在器件P3、P4和P5中。Vout是振荡电压，其频率与I的值成反比。当所有晶体管的漏极电流都对照射相对不敏感时，就产生了对光子不敏感的振荡。当然，这可以通过运行任意高的偏置电流来实现。或者，可以根据所公开的发明有利地保持偏置电流较低并管理光电流。要采取的具体操作是：

·将所有p沟道器件放置在共同的n阱中，使n阱面积尽可能地小。将n阱连接到Vdd。不需要深n阱，因为普通n阱将把大部分光电流转至Vdd。使用顶层(top-level)金属层来为n阱挡光。这在任何p沟道漏极到n阱结的附近尤为关键。最好完全屏蔽n阱。

·将所有n沟道器件放置在共同的、被隔离的p阱中，使p阱面积尽可能地小。将p阱连接到Gnd。连接到Gnd的深n阱是必要的，以便充当光电流的旁路。使用顶层金属层来为p阱挡光。这在任何n沟道漏极到p阱结的附近尤为关键。最好完全屏蔽被隔离的p阱。

在一些实施例中，这里描述的光不敏感电路结构提供了以下各项：

1.其中隔离的p阱被用于减小CMOS晶体管的端子电流中存在的光电流的电路结构(图10)。

2.其中隔离的p阱被用于减小n沟道晶体管的端子电流中存在的光电流并且p阱构造符合通常可用的半导体工艺技术的电路结构(图8)。

3.持续节点在RFID芯片中的特定应用

оn沟道版本(图7)

оp沟道版本(图10)

оCMOS版本(图7和10组合)

4.低电流电路在RFID系统中的一般应用(图11)。

在其他实施例中，增强光不敏感性的其他方式包括：包括背面金属化(芯片的背面)、在衬底材料中产生陷阱和/或重组点、和/或在衬底材料内产生介电层、去除衬底、或者使用绝缘衬底。

基于晶体管的电压倍增器和解调器

在一些实施例中，MOS晶体管器件被用作电压倍增器和解调器中的整流元件。一特殊偏置电路降低了整流元件的实际阈值，从而允许了使用普通阈值晶体管。

由AC输入电压供电的电压倍增器在许多领域都有应用。这种电路的基本构建块通常是包含两个整流元件并且产生DC输出电压的电压加倍器电路。可以布置多个这种电路，使得AC输入电压并联，并且DC输出电压串联，以针对给定的AC输入电压产生倍增的dc电压。这种布置形成了电压倍增器。理论上，取决于级数，可以产生任意高的总DC电压。

构成加倍器电路的整流元件可以是若干种器件之一。在大多数情况下，加倍器性能由于整流元件的导通阈值更低而增强，尤其是在低AC输入电压下更是如此。二极管和以二极管方式连接的晶体管是在集成电路实现中使用的最常见的元件。对于约1GHz及以上的高速操作，经常使用肖特基二极管。这些二极管由于导通机制而较快，并且对于正向导通具有小得多的阈值电压。然而，优化的肖特基二极管在半导体工艺中并不总是可得的，并且可能要求额外的工艺和掩膜步骤。以二极管方式连接的MOS晶体管器件作为标准的工艺部件是可得的，但是在未经修改的形式中通常具有比肖特基二极管更高的阈值电压。

在本发明的某些实施例中，标准高阈值MOS器件被用于实现高性能电压倍增器或加倍器电路，无需使用任何特殊的工艺或器件。已经构造和测试了在915MHz下性能优于肖特基二极管的加倍器和电压倍增器电路。还设计了该电路的特殊版本，用于需要对输入AC电压有更加线性的响应的应用，例如解调器。已对该电路进行过测试的应用是射频识别器件或者说RFID。

该电路的基础是使用极低电力电路来生成偏置电压。此偏置电压被用于有效地降低MOS晶体管的阈值电压。然后此器件的行为类似于低阈值的、以二极管方式连接的晶体管。结果得到的是使用标准CMOS工艺的高性能加倍器或倍增器电路。

图12示出了根据现有技术的传统MOS晶体管加倍器电路实现。电路1200利用普通阈值的MOS器件操作，并且要求大AC输入电压(标识为RF)才能良好操作。第一级1210例示了CMOS实现，第二级1220例示了NMOS实现。

图13A和13B示出了根据本发明某些实施例的CMOS晶体管加倍器电路实现。图13A中所示的电路1340示出了交叉耦合器件的栅极以使器件的阈值电压降低、降低量大约为DC输出电压的示例。然而，在仿真时，此电路被示为遭受很长的启动时间，即在初始的零伏特DC电压下的电路没有降低阈值电压，因此在产生较大的DC电压之前具有较低的性能。

图13B中所示的电路1370示出了对此问题的解决方案。实现了两个分开的偏置电路1380和1390，其中每个偏置电路提供栅极到源极偏置，这是独立于DC输出电压的。这些偏置电路类似于以上描述的电路1340。然而，由于这些偏置电路实际上没有负载，所以它们可以实现极短时间的启动并且不受提供到DC输出电压的电流的影响。此外，由于偏置电路不具有负载(只有泄漏电流和亚阈值电流)，因此与电路1340的有负载版本相比，对于给定的RF输入电压它可以产生更高的偏置，并且整流元件1392和1394以比电路1340更低的实际阈值操作。

电路1340和1370利用了N和P晶体管的互补性质，以产生不直接向晶体管栅极施加RF电压的电路。

图14A示出了根据本发明一些实施例的接收RF输入源并生成DC输出电压的电路1400的框图。电路1400包括第一偏置电路1402，以提供栅极到源极偏置1403，该偏置是独立于直流(DC)输出电压的。电路1400还包括耦合到第一偏置电路1402的电压倍增器电路1410。电压倍增器电路1410具有两个或更多个金属氧化物半导体(MOS)晶体管。根据一个实施例，电压倍增器电路1410生成DC输出电压，用于为RF识别标签供电。第一偏置电路1402接收RF输入源并且为MOS晶体管之一的栅极端生成栅极到源极偏置1403。第二偏置电路1404接收RF输入源并且为MOS晶体管之中的另一个的栅极端生成栅极到源极偏置1405。

图14B示出了根据本发明一个实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。电压倍增器电路1420可以利用标准的CMOS工艺(例如，0.16微米CMOS工艺)来制作，并且被用作多级电压倍增器(例如，图16中所示的6级电压倍增器)的各级。多类电容器被用于增大电容密度，并且图13B中在DC输出电压两端示出的水平电容器被替换为接地的器件(例如，C3、M0)。

在一个实施例中，此电路1420在仿真时被发现能够在微安电流下供应.7伏特的电压，其中电路输入处的输入RF电压小于190mv。以CMOS工艺实现该电路证实了该性能。

此电路1420在仿真和实现时被发现随着RF输入电压增大具有压缩效应。随着RF输入电压增大，DC输出电压可接近停滞(plateau)或甚至减小。此效应的成因是偏置电压变得高到足以在整流元件(例如，NM2、PM2)中产生大反向电流的操作区域。小心的设计可以防止此效应在用于提供电力供应的电压倍增器中成为问题，在这种电压倍增器中所要求的最低和最高电压是相当接近的。在要求更大线性度的应用中，则需要修改该电路。

电路1420包括偏置电路1430，用于提供栅极到源极偏置1432，该偏置是独立于直流(DC)输出电压1424的。电路1420还包括耦合到分开的偏置电路1430的电压倍增器电路1440。在一个实施例中，电压倍增器电路1440具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管(例如，NM2)和至少一个p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管(例如，PM2)，并且还包括C0。根据一个实施例，电压倍增器电路1440生成DC输出电压，用于为RF识别标签供电。偏置电路1430接收RF输入源并且为MOS晶体管之一(例如，NM2)的栅极端生成栅极到源极偏置1432。与电路1440分开的第二偏置电路1450接收RF输入源并且为MOS晶体管之一(例如，PM2)的栅极端生成栅极到源极偏置1452。

偏置电路1430为NMOS晶体管之一的栅极端生成栅极到源极偏置1432，以在该NMOS晶体管的阈值电压的一定范围(例如，大约100到200毫伏)内对该NMOS晶体管(例如，NM2)进行DC偏置，或者基本上将其DC偏置到阈值电压。在一个实施例中，偏置电路1430串联耦合在电压倍增器电路1440的NMOS晶体管之一(例如，NM2)的栅极和电压倍增器电路1440的DC电压输入(例如，dcin 1422)之间。偏置电路1450为PMOS晶体管之一(例如，PM2)的栅极端生成栅极到源极偏置1452，以在该PMOS晶体管的阈值电压的一定范围内对该PMOS晶体管进行DC偏置，或者基本上将其DC偏置到阈值电压。

在一个实施例中，偏置电路1430包括NM1、PM0、C1、C2和M1。偏置电路1430的NMOS晶体管(例如，NM1)的栅极端耦合到偏置电路1430的PMOS晶体管(例如，PM0)的源极端，并且该PMOS晶体管的栅极端耦合到该NMOS晶体管的源极端，以便降低NMOS和PMOS晶体管的阈值电压。RF输入源不直接施加到偏置电路中或电压倍增器电路中的MOS晶体管的任何栅极端。

在另一实施例中，电压倍增器电路是利用NMOS晶体管而不是像图14B中所示那样利用NMOS和PMOS晶体管实现的。在另一实施例中，电压倍增器电路是利用PMOS晶体管实现的。

图15示出了根据本发明一个实施例的适合用作解调器的加倍器电路的示意图。电路1520与电路1400或1420之间的主要差异在于一箝位晶体管器件(例如，M120、M7)被用于将偏置电压的值限制到大约一个晶体管阈值或更低。通过使用进行RF操作的隔离开关(例如，M118、M121)，对施加到整流元件(例如，M17、M15)的偏置电压执行了另外的调控。即使有了箝位器件，当RF输入电压减小时偏置电压也没有被良好地调控，并且被箝位的电压在RF输入电压的低漂移期间(如调制期间那样)将略有减小。隔离开关确保了整流器偏置在低RF输入电压漂移期间不会被下拉。在仿真情形中，与用于电力供应电压倍增器中的电路1400或1420相比，此电路1520提供了线性度高得多的解调和更少的失真(artifact)。

在一个实施例中，解调器电路1520包括偏置电路1530，用于向电压倍增器电路1540提供栅极到源极偏置1532。电路1520还包括耦合到偏置电路1530的箝位晶体管(例如，M120)。电路1520还包括耦合到箝位晶体管的电压倍增器电路1540。电压倍增器电路1540具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管(例如，M17)和/或至少一个p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管(例如，M15)。电压倍增器电路1540生成经解调的输出信号1524，该信号解调了RF输入信号所携带的信息。偏置电路1530接收RF输入信号并且为MOS晶体管之一(例如，M17)的栅极端生成栅极到源极偏置1532。箝位晶体管(例如，M120)将栅极到源极偏置的值限制到大约箝位晶体管的一个阈值电压或更低。偏置电路1530为NMOS晶体管之一的栅极端生成栅极到源极偏置，以在该NMOS晶体管的阈值电压的一定范围(例如，大约100到200毫伏)内对该NMOS晶体管(例如，M17)进行DC偏置，或者基本上将其DC偏置到阈值电压。偏置电路1530串联耦合在NMOS晶体管之一的栅极与电压倍增器电路1540的DC电压输入1522之间。

电路1520还包括偏置电路1550，用于接收RF输入源并且为NMOS晶体管之一的栅极端生成栅极到源极偏置。箝位晶体管(例如，M7)耦合到偏置电路1550。箝位晶体管将栅极到源极偏置的值限制到大约第二箝位晶体管的一个阈值电压或更低。

电路1520还包括耦合到偏置电路1530的隔离开关(例如，M118)。该隔离开关调控由偏置电路1530生成的电压偏置。以类似的方式，一隔离开关(例如，M121)调控由偏置电路1550生成的电压偏置。

在另一实施例中，电路1520被更改为仅利用NMOS晶体管来实现而不是像图15中所示那样利用NMOS和PMOS晶体管实现。在另一实施例中，电路1520被更改为仅利用PMOS晶体管来实现。

在某些实施例中，电路1520被更改为增强电路的光不敏感性。PM10和M118的体接触点可连接到dcout，并且M16和M121的体接触点可连接到dcin。

图16示出了根据本发明一个实施例的CMOS多级电压倍增器电路的示意图。多级电压倍增器电路1600可以利用标准的CMOS工艺(例如，0.16微米CMOS工艺)来制作。在某些实施例中，多级电路1600的每一级1610、1620、1630、1640、1650和1660是电压倍增器电路1400、1420之一、或者诸如下文中将论述的电路1700之类的替代实现、或者NMOS实现、或者PMOS实现。检测器电路1602可利用以上所述的电路1520或者NMOS实现或PMOS实现来实现。

在一个实施例中，多级电压倍增器电路1600包括多级电压倍增器电路的第一级1610。该级包括没有有效负载的偏置电路(例如，1402、1430)、耦合到偏置电路的电压倍增器电路(例如，1410、1440)、以及也耦合到电压倍增器电路的另一偏置电路(例如，1404、1450)。级1610包括与以上结合电路1400和1420描述的或者以下结合图17A描述的类似的元件和功能。

第二级1620和后续级可包括与以上结合电路1400和1420描述的类似的元件和功能。或者，第二级1620和后续级可以包括如图17B所示并在下文中描述的电路1400和1420的替换实现。

在一个实施例中，图17A所示的电路示出了本发明的优选实现，其中通过将倍增器的主体和隔离阱连系(tie)到电力倍增器的低阻抗节点而不是电力倍增器的栅极处的高阻抗节点，改善了倍增器的光不敏感性。NFET(例如，NM32)的主体和隔离阱被连系到加倍器的较高的DC输出节点，并且PFET(例如，PM32)的主体被绑定到较低的DC输入节点，以便使用背栅效应来降低器件的阈值。

图17A示出了根据本发明另一实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。电压倍增器电路1700可利用标准的CMOS工艺(例如，0.16微米CMOS工艺)来制作并被用作多级电压倍增器(例如，电路1600)的一级或多级。在一实施例中，电路1700用于第一级1610。与电路1400和1420相比，电路1700包括类似的器件和功能。然而，图17A中的MOS器件之中的一些的体接触点连接到电力倍增器的低阻抗节点，而不是电力倍增器的栅极处的高阻抗节点，以便改善倍增器的光不敏感性。例如，PM30、M310和PM32的体接触点连接到dcin，并且NM32的体接触点连接到dcout。

电路1700包括antbst_in 1736、天线1734、antbst_out 1738、栅极到源极偏置1742、栅极到源极偏置1732、dcin 1722、以及dcout 1724。

在另一实施例中，电路1700被更改为仅利用NMOS晶体管来实现而不是像图17A中所示那样利用NMOS和PMOS晶体管实现。在另一实施例中，电路1700被更改为仅利用PMOS晶体管来实现。

图17B示出了根据本发明另一实施例的CMOS电压倍增器电路的示意图。电压倍增器电路1700可利用标准的CMOS工艺(例如，0.16微米CMOS工艺)来制作并被用作多级电压倍增器(例如，电路1600)的一级或多级。在一实施例中，电路1780用于第二级1620和后续级。与电路1400和1420相比，电路1780包括类似的器件和功能。然而，分别来自电路1400和1420的第二偏置电路(例如，1404、1450)被去除或与电路1780断开连接。用于PMOS晶体管(例如，PM22)的栅极端的偏置连接到第二级1620的地，如图16所示。用于PMOS晶体管(例如，PM22)的栅极端的偏置连接到分别用于后续级1630、1640、1650、1660的中间电压输出节点(例如，dc1、dc2、dc3、dc4)，如图16所示。级(例如，1610、1620、1630、1640、1650)的DC输出被馈送作为后续级(例如，1620、1630、1640、1650、1660)的DC输入。级1660生成用于为芯片(例如，RF ID标签)供应电力的DC输出。在其他实施例中，可以组合更多或更少的级来倍增电压并且为RF ID标签生成DC输出电压。

在另一实施例中，电路1780被更改为仅利用NMOS晶体管实现而不是像图17B中所示那样利用NMOS和PMOS晶体管来实现。在另一实施例中，电路1780被更改为仅利用PMOS晶体管实现。

温度感测RFID标签

在一个实施例中，一RFID标签包括了频率随温度变化的振荡器。该标签的振荡频率被用于推断标签的大致温度。一无源RFID标签包括了频率随温度变化的振荡器。该标签的振荡频率被用于推断标签的大致温度。一RFID标签包括了频率变化的振荡器。该标签的振荡频率被用于推断标签的某个物理属性或者标签所在的环境的某个物理属性或者标签的某个输入的物理属性。

具有频率随温度变化的振荡器的RFID标签被与询问器处的另一振荡器的频率相比较。关于标签处的振荡器的频率的校准信息被存储，然后与标签的振荡频率被同时一起使用，以推断出标签的大致温度。

具有频率随温度变化并且频率不随光显著变化的振荡器的RFID标签具有被与询问器处的另一振荡器相比较的振荡频率。关于标签处的振荡器的频率的校准信息被存储，然后与标签的振荡频率被同时一起使用，以推断出标签的大致温度。

RFID标签包括标签振荡器，并且标签开始对在指定的时间开始的振荡计数，然后在另一指定的时间停止计数，并且振荡的数目被返回给询问器。询问器随后使用所返回的振荡的数目连同校准信息来推断出标签的温度。

读取器向标签发送第一校准时间标记，例如幅度调制信号的上升沿；然后向标签发送第二校准时间标记，例如另一个幅度调制信号的上升沿，并且标签把与两个校准时间标记之间的时间量相对应的数目存储到寄存器中，以便在一命令被发送来从标签取回信息时将其返回给读取器。

读取器向标签发送第一校准时间标记，例如幅度调制信号的上升沿；然后向标签发送第二校准时间标记，例如另一个幅度调制信号的上升沿，并且标签把与两个校准时间标记之间的时间量相对应的数目存储到寄存器中，该寄存器被映射到标签存储器映射图。

关于标签处的振荡器的频率的校准信息被存储在标签长期存储器中。关于各种条件下标签处的振荡器的频率的校准信息被存储在标签长期存储器中。关于不同温度下标签处的振荡器的频率的校准信息被存储在标签长期存储器中。

作为随温度变化的振荡器的示例，考虑图11的电流偏置振荡器。晶体管P1、P2、N1和N2与电阻器R合作建立偏置电流I。此电流在器件P3、P4和P5中被镜像产生。Vout是振荡电压，其频率与I的值成反比。如果电阻器R是利用多晶硅电阻器实现的，则其电阻率随着其温度增大而减小。振荡频率于是随着RFID标签的温度增大而单调上升。

在一些实施例中，RF系统包括可用于各种应用的RF ID读取器和标签，例如美国临时专利申请60/904,590(代理人案卷号003424.P101Z，其被并入在此用于所有目的)中所述。

图18示出了根据本发明一实施例的示例性RFID系统1800。系统1800包括耦合到天线1804a、1804b和计算机1806的读取器1802。读取器1802可以与天线以双站(bistatic)、单站(monostatic)或多站(multistatic)模式操作。如图18所示，标签1808a、1808b物理地耦合到要识别的物品。这些物品被沿着传送带移动并且回收码被读取器1802读取。此回收信息被提供到自动分拣器1810。分拣器1810可以利用磁铁、筛子、离心机、流体分离机、真空装载机或者其他已知的技术，基于物品各自的回收信息分离物品，以将物品(或作为组成部分的材料、气体、液体或污泥)转移到适当的支线、垃圾箱、接受器、压实机或漏斗。与要求对物品进行视觉检查的手工分拣相比，自动分拣可提供更高的效率。它还可以减小或消除以下需要：在收集之前，要求私人消费者预先分拣其废弃物。虽然图18示出了分布式系统1800，但替换的系统可包括集成到单台设备中的读取器、天线、计算机和自动分拣器。在特定实施例中，系统1800还可包括用于危险废物的去污染设备(例如，用于清洗、加热或消毒)和密封设备。去污染剂可包括酒精溶液、环氧乙烷、水、洗涤剂、过氧化氢、氢氧化钠、氯胺溶液、热蒸汽、热空气流等等。

图19示出了示例性的射频识别(RFID)系统1900，其包括RFID读取器1901以及多个RFID标签1931、1933、1935、...和1939。该系统可以是使用无源、半无源或有源标签的读取器先说或标签先说系统。读取器1901通常包括接收器1919和发射器1923(或者收发器)，其中每一个耦合到I/O(输入/输出)控制器1917。接收器1919可具有其自己的天线1921，并且发射器1923可具有其自己的天线1925。本领域的技术人员将会明白，发射器1923和接收器1919可共享同一天线，只要有控制天线上出现的信号并且将接收器和发射器彼此隔离开来的接收/发射开关。接收器1919和发射器1923可类似于传统读取器中存在的接收器和发射器单元。在北美，RFID的接收器和发射器通常利用扩频技术(例如，跳频)在915兆赫兹附近的频率范围(例如，902MHz-928MHz)中操作。在欧洲，频率范围是866兆赫兹附近(例如，865.7MHz-867.7MHz)。其他地区已经留出或者正着手留出用于操作的频率范围-这些操作范围通常位于200MHz至5GHz的整个范围中的某处。其中每一个耦合到I/O控制器1917，该I/O控制器1917控制从接收器接收数据和从发射器1923发射数据，例如命令。I/O控制器耦合到总线1915，总线1915进而耦合到微处理器1913和存储器1911。

对于由可用于例如图19的示例性RFID读取器1901中的元件1911、1913、1915和1917所代表的处理系统，可以有各种不同的实现。在一个实施例中，微处理器1913是可编程微控制器，例如8051微控制器或其他公知的微控制器或微处理器(例如，PowerPC微处理器)，并且存储器1911包括动态随机访问(DRAM)存储器。存储器1911还可包括非易失性只读存储器，用于存储数据和软件程序。存储器1911通常包含控制微处理器1913的操作的程序并且还包含在标签的处理期间(如在对标签的询问中)使用的数据。在本发明的一些实施例中，存储器1911通常将包括计算机程序，该计算机程序使得微处理器1913利用适当的标签到读取器协议方案来对接收到的标签数据解码。读取器1901还可包括网络接口(图中未示出)，例如以太网接口、通用总线接口、或者Wi-Fi接口(例如IEEE 802.11、802.11a、802.11b、802.16a、蓝牙、Proxim的OpenAir、HomeRF、HiperLAN及其他)，这种网络接口使得读取器可以通过网络与其他处理系统通信，所述其他处理系统包括但不限于盘点管理系统、中央存储计算机、个人计算机或数据库服务器。网络接口通常将耦合到总线1915，以便其可从微处理器1913或存储器1911接收数据，例如在询问中识别出的标签的列表。

图20示出了可结合本发明使用的射频识别(RFID)标签的一种实现的示例。标签2000包括天线2010(或者，两个、三个或更多个天线)，其耦合到接收/发射开关2030。此开关耦合到接收器和解调器2050，并且耦合到发射器和调制器2090。控制器单元2070还耦合到接收器/解调器2050和发射器/调制器2090。图20中所示的特定的示例性RFID标签可用于本发明的在存储器(图20中未示出)中维护数据的各种实施例中。接收器和解调器2050通过天线2010接收信号，例如来自读取器(图20中未示出)的询问信号，并且开关2030接收并解调信号并将这些信号提供给控制器单元2070。接收器2050所接收的命令被传递到单元2070的控制器，以便控制标签的操作。接收器2050接收的任何其他数据也被传递到控制单元2070，并且此数据可包括握手数据(例如，用于标签到读取器编码协议的参数)。发射器和调制器2090在控制单元2070的控制下通过开关2030和天线2010向读取器发送对命令的响应或其他经处理的数据。本领域的技术人员将会明白，发射器可以只是从调制来自天线(例如天线2010)的反射的开关或其他器件。

在本发明的某些实施例中，RFID标签被设计为具有较小的集成电路(IC)面积、较小的存储器、使标签状态存储要求达到最低限度的原子事务(atomic transaction)，等等。这类设计将降低标签生产成本，从而使得在多种产业中(例如在供应链中)可大规模采用RFID标注。

图21示出了低成本标签2100的示例。标签2100包括耦合在一起的天线2101和集成电路(IC)2103。标签IC 2103实现命令协议并且包含诸如EPC之类的数据。天线2101接收读取器生成的询问信号并且响应于由标签IC 2103产生的调制信号而将询问信号反射回读取器。示例性的标签IC2103包括射频(RF)接口和电力供应源2111(例如，电路1400、1420、1700、来自电路1600的级)、数据检测器(例如，电路1520)和定时电路2113、命令和控制2115、数据调制器2117、以及存储器2119。在一个实施例中，命令和控制2115可包括根据本发明的各种实施例实现通信协议的静态逻辑(例如状态机)。

RF接口和电力供应源2111将RF能量转换成标签IC 2103操作所需的DC电力，并且向数据检测器和定时电路2113提供调制信息。RF接口还提供了将标签调制信号耦合到天线以便发射到读取器的手段。数据检测器和定时电路2113对读取器信号解调，并且可生成被命令和控制2115使用的定时和数据信号，包括子载波序列。命令和控制2115协调标签IC 2103的所有功能。命令和控制2115可包括静态逻辑，用于解释来自读取器的数据、执行所需的内部操作、以及判定标签是否和/或如何响应读取器。存储器2119包含EPC，该EPC可与被加标签的物品相关联。数据调制器2117将二进制标签数据转化成标签到读取器编码信号，该信号随后被施加到RF接口2111并被发射到读取器(例如，图5的读取器501)。在一个实施例中，IC 2103是由Morgan Hill，California的Alien TechnologyCorporation制造的NanoBlock^TM IC。

RFID标签的设计和实现可以按层来表征。例如，物理和环境层表征了标签的机械、环境、可靠性和制造方面，RF传输层表征了读取器与标签之间的RF耦合，并且通信层表征了读取器与标签之间的通信/数据协议。标签在不同层上的各种不同实现可结合本发明的实施例使用。要理解，标签的实现并不限于本说明书中示出的示例。根据特定应用的需求，不同的标签或通信器件可使用本发明实施例的方法和装置进行通信。

在本发明的一个实施例中，可通过流体自组装工艺来制作标签。例如，集成电路(例如，图21的2103)可在半导体晶片中与多个其他集成电路一起被制作。如果可能，该集成电路将包括特定标签的所有必要逻辑，可能不包括天线2101。从而，标签2100中所示的所有逻辑将被包括在单个集成电路上，并且与类似的集成电路一起在单个半导体晶片上制作。每个电路可被编程(或预编程)有唯一的识别码，然后被从晶片中分割出(成形)。可通过许多技术来分割集成电路块，包括2006年10月11日提交的题为“Block Formation Process”的美国专利申请No.11/546,683(代理人案卷号003424.P098)中描述的那些技术，该申请通过引用被并入。集成电路块接下来被悬于流体中。流体随后被散布在基板上，例如柔性基板，以产生分开的标签。基板中的受体区域将接收至少一个集成电路，该集成电路随后可与基板上的天线相连接以形成标签。流体自组装(FSA)的示例在题为“Method for Fabricating Self-AssemblingMicrostructures”的美国专利No.6,864,570中有所描述，该专利通过引用被并入在此。

或者，其他传统的或非传统的组装方法可用于构造射频标签。利用标准CMOS工艺形成的硅集成电路可利用自动机械技术(例如，拾取并放置方法，表面安装倒装芯片等等)、振动组装技术或者线键合构造而被键合到天线。芯片可被放置在诸如引线框或条带之类的载体中，或者被直接键合到天线。条带附着可利用Alien Technology Corporation的高速条带附着机(HiSAM^TM机)在自动卷筒(web)工艺中实现。芯片不需要由硅构成-用诸如GaAs之类的半导体或者甚至有机半导体构建的器件也可获得从这些通信方法得到的益处。

在以上说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明。很明显，在不脱离所附权利要求记载的本发明的更宽精神和范围的情况下，可对其进行各种修改。因此，说明书和附图应当被认为是例示性的，而不是限制性的。

Claims

1.一种提供电力供应的电路，包括：

第一偏置电路，其提供独立于直流(DC)输出电压的栅极到源极偏置；

耦合到所述第一偏置电路的电压倍增器电路，该电压倍增器电路具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，其中所述电压倍增器电路生成所述DC输出电压以用于为RF识别标签供电，所述第一偏置电路接收RF输入源并为NMOS晶体管的栅极端生成所述栅极到源极偏置。

2.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一偏置电路为所述NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置以将所述NMOS晶体管基本DC偏置到所述NMOS晶体管的阈值电压，并且其中，所述第一偏置电路串联耦合在所述电压倍增器电路的NMOS晶体管的栅极端与所述电压倍增器电路的DC电压输入端之间。

3.如权利要求1所述的电路，还包括：

第二偏置电路，其接收所述RF输入源并且为所述电压倍增器电路的p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

4.如权利要求3所述的电路，其中，所述第二偏置电路为所述PMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置以将所述PMOS晶体管基本DC偏置到所述PMOS晶体管的阈值电压。

5.如权利要求2所述的电路，其中，所述第一偏置电路包括NMOS晶体管、PMOS晶体管和至少一个电容器。

6.如权利要求5所述的电路，其中，所述第一偏置电路的NMOS晶体管的栅极端耦合到所述第一偏置电路的所述PMOS晶体管的源极端，并且所述PMOS晶体管的栅极端耦合到所述NMOS晶体管的源极端，以便降低所述NMOS晶体管和PMOS晶体管的阈值电压。

7.如权利要求3所述的电路，其中，所述第二偏置电路接收所述RF输入源并且为所述电压倍增器电路的另一NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

8.一种多级电压倍增器电路，包括：

所述多级电压倍增器电路的第一级，包括：

不具有有效负载的第一偏置电路；

耦合到所述第一偏置电路的第一电压倍增器电路，所述第一电压倍增器电路具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，其中所述第一电压倍增器电路生成直流(DC)输出电压，所述第一偏置电路接收RF输入源并且为所述第一电压倍增器电路的NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

9.如权利要求8所述的多级电压倍增器电路，其中，所述第一级还包括第二偏置电路，该第二偏置电路接收所述RF输入源并且为所述第一电压倍增器电路的p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管或另一NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

10.如权利要求8所述的多级电压倍增器电路，其中，所述第一偏置电路包括NMOS晶体管、PMOS晶体管和至少一个电容器。

11.如权利要求8所述的多级电压倍增器电路，还包括：

所述多级电压倍增器电路的第二级，包括：

第三偏置电路；

耦合到所述第三偏置电路的第二电压倍增器电路，所述第二电压倍增器电路具有至少一个NMOS晶体管，其中所述第二电压倍增器电路接收来自所述第一级的DC输出电压并且生成增大的DC输出电压，所述第三偏置电路接收所述RF输入源并且为所述第二电压倍增器电路的NMOS晶体管的栅极生成栅极到源极偏置。

12.如权利要求11所述的多级电压倍增器电路，其中，所述第二电压倍增器电路还包括至少一个p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，其中所述第二电压倍增器电路的PMOS晶体管之一的栅极端被耦合到地。

13.一种解调器电路，包括：

第一偏置电路，其提供栅极到源极偏置；

耦合到所述第一偏置电路的第一箝位晶体管；以及

耦合到所述箝位晶体管的电压倍增器电路，该电压倍增器电路具有至少一个n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，其中所述电压倍增器电路生成经解调的输出信号，该经解调的输出信号解调了RF输入信号携带的信息，所述第一偏置电路接收所述RF输入信号并为NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置，所述第一箝位晶体管将所述栅极到源极偏置的值限制到所述第一箝位晶体管的大约一个阈值电压或更低。

14.如权利要求13所述的解调器电路，其中，所述第一偏置电路为所述NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置以将所述NMOS晶体管基本DC偏置到所述NMOS晶体管的阈值电压，并且所述第一偏置电路串联耦合在所述NMOS晶体管的栅极与所述电压倍增器电路的DC电压输入端之间。

15.如权利要求13所述的解调器电路，还包括：

第二偏置电路，其接收所述RF输入源并且为所述电压倍增器电路的p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管或另一NMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置；以及

耦合到所述第二偏置电路的第二箝位晶体管，该第二箝位晶体管将所述栅极到源极偏置的值限制到所述第二箝位晶体管的大约一个阈值电压或更低。

16.如权利要求13所述的解调器电路，还包括：

耦合到所述第一偏置电路的隔离开关，该隔离开关调控由所述第一偏置电路生成的电压偏置。

17.如权利要求14所述的解调器电路，其中，所述第一偏置电路包括NMOS晶体管、PMOS晶体管和至少一个电容器。

18.一种提供电力供应的电路，包括：

第一偏置电路，其提供独立于直流(DC)输出电压的栅极到源极偏置；以及

耦合到所述第一偏置电路的电压倍增器电路，该电压倍增器电路具有至少一个p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，其中所述电压倍增器电路生成所述DC输出电压以用于为RF识别标签供电，所述第一偏置电路接收RF输入源并为PMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

19.如权利要求18所述的电路，其中，所述第一偏置电路为所述PMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置以将所述PMOS晶体管基本DC偏置到所述PMOS晶体管的阈值电压，并且其中，所述第一偏置电路串联耦合在所述电压倍增器电路的所述PMOS晶体管的栅极端与所述电压倍增器电路的DC电压输入端之间。

20.如权利要求18所述的电路，还包括：

第二偏置电路，其接收所述RF输入源并且为所述电压倍增器电路的另一PMOS晶体管的栅极端生成栅极到源极偏置。

21.一种多级电压倍增器电路，包括：NMOS晶体管和为所述NMOS晶体管提供偏置的由RF供电的电路，其中所述倍增器电路的输出在0.7伏特的输出电压下超过1微安，其中输入RF幅度为190毫伏RMS。