CN102194086B

CN102194086B - 标签通信设备

Info

Publication number: CN102194086B
Application number: CN201110064755.4A
Authority: CN
Inventors: 弗朗茨·阿姆特曼; 托马斯·威利; 豪克·麦恩; 马蒂亚斯·瓦格纳
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: US8441340B2; EP2372598A1; CN102194086A; EP2372598B1; US20110241835A1

Abstract

本发明提供了一种非接触式标签读取器设备，包括上电极和下电极，上电极和下电极一起定义了位于二者间的标签位置区，多个标签能够放置在所述标签位置区中。下电极和上电极互相偏移，使得下电极和上电极实质上不重叠。这种结构用于将标签垂直地夹在两个水平(横向)偏移的读取器电极之间。这实现了使用容性耦合的功率耦合和数据传送。

Description

标签通信设备

技术领域

本发明涉及标签通信设备，包括RFID系统；具体地，涉及同时读取多个标签。

背景技术

使用标签来标识对象正在变得日益普遍，其中，标签读取器设备用于找到标签并与标签通信。例如，标签可以包括非接触式智能卡、非接触式RFID标签或者非接触式电子徽章。

具体地，本发明涉及要对一堆标签进行询问的系统。已知示例是以图书馆中的电子标记的形式来使用标签，以标识书籍或CD，书籍或CD可以典型地以一堆5至10个的方式来堆叠。另一已知示例是赌场筹码。

在典型配置中，这种配置中的读取器设备具有用于发射振荡磁场的天线线圈，并被配置为检测读取器的通信范围内的标签的存在。

对于无源标签，从读取设备至标签的所需能量传送典型地通过感应耦合(LF和HF)或通过电磁辐射(UHF)来实现。通过LC谐振电路(LF、HF)或通过机械属性(例如在UHF频率处的长度)，将标签天线主导地调谐至谐振。

对标签的检测典型地涉及读取器必须重复发出的标识请求。在接收到这种请求时，在读取器的询问范围中存在的标签发送回标识消息。标识消息可以个性化，并且包括标签的标识号码，如其序列号或任何其他标识符。标识消息还可以是简单的匿名标识信号，如负载调制所执行的磁场幅度的调制的周期。标签还可以在随机选择的时隙中发送其响应。

具体地，本发明涉及在读取器的通信范围内同时存在多个标签的应用。现有通信协议实现了这种场景，例如，标识请求可以与防碰撞协议相结合，借以仅选择一个集成电路。

然而，存在以下问题：将标签和读取器电路调谐至谐振最大化了单个标签的性能，但是，如果标签被堆叠或者紧密相邻，则这将导致性能下降。在这种情况下，标签失谐，并且可以对标签进行远程供电的距离显著下降。如果超过特定数目的堆叠标签，则不再可能对标签供电。

技术进步使得能够减小标签的可能大小，并且使可能的应用范围增大。例如，形成极薄标签的能力使得能够在纸质(或其他薄的)票据(如钞票、法律文件或其他纸张)上提供标签。然后，可能要同时读取数十或数百个的成堆标签，以在堆中找到所需票据。

因此，需要一种能够读取大量堆叠的标签的配置。

发明内容

根据本发明，提供了一种非接触式读取器设备，用于在一堆标签内检测标签的存在，所述读取器设备包括：

下电极结构，具有下电极；

上电极结构，具有上电极，其中，下电极结构和上电极结构一起定义了位于二者间的标签位置区，多个标签能够放置在所述标签位置区中，

其中，下电极和上电极互相偏移，使得下电极和上电极不重叠，或者重叠面积小于上电极面积或下电极面积的10％。

这种结构将标签垂直地夹在两个水平(横向)偏移的读取器电极之间。这实现了使用容性耦合的功率耦合和数据传送。

本发明还提供了一种标签通信系统，包括：

本发明的读取器设备；以及

多个标签，其中，每个标签包括第一和第二标签电极，第一和第二标签电极位于共同的平面上，并被分隔为使得：在标签位于标签位置区中的情况下，第一标签电极与下电极重叠，第二标签电极与上电极重叠。优选地，第一标签电极仅与下电极重叠，第二标签电极仅与上电极重叠，尽管由于不对齐，可能有某个标签电极与两个电极均重叠，但是主要与一个电极重叠。

这种配置提供了容性耦合至一个读取器电极的一堆标签电极以及容性耦合至另一读取器电极的另一堆标签电极。标签将较强地耦合至一个读取器电极，而较弱地耦合至另一读取器电极，但是总体上，所有标签都可以由读取器通过容性耦合来进行供电和询问。

“重叠”是指，当从堆上看去时，读取器电极和标签电极的位置部分或全部重叠。

上电极、下电极以及第一和第二标签电极可以具有相同的面积、大小和形状。对于每一对对应的读取器电极和标签电极，电极优选地具有相同的大小和形状。

标签必须相对于读取器适当地对齐，以提供一堆标签电极和相应读取器电极的对齐。

第一和第二标签电极可以具有对标签IC的高阻抗连接，例如高于1KΩ(与几欧姆的低电阻连接的传统方法相比)。这避免了对较大驱动电压的需要。还可以利用小电容器来实现高阻抗，使得IC的焊盘不与天线板直接电接触。

优选地，标签是无源标签，通过上电极和下电极与标签电极之间的容性耦合来向标签供电。读取器与标签之间的数据通信也通过调制信号的容性耦合来进行。

优选地，向上电极和下电极提供小于135kHz的交变驱动信号。由于高标签阻抗，这种低频率是有利的。

每个标签可以包括位于第一和第二标签电极之间、并且位于相同平面中的标签IC。

本发明还提供了一种使用标签读取器设备来询问一堆标签的方法，包括：

向标签读取器的下电极和上电极提供驱动信号，多个标签位于下电极和上电极之间，并且下电极和上电极互相偏移，使得下电极和上电极不重叠；其中，每个标签包括第一和第二标签电极，第一和第二标签电极位于共同的平面上，并被分隔为使得第一标签电极与下电极重叠，以及第二标签电极与上电极重叠；以及

使用驱动信号来向标签供电，并向标签提供询问信号。

附图说明

现在参照附图来描述本发明的示例，其中：

图1示意性地示出了本发明的标签和读取器配置，还为了清楚起见示出了单个标签；

图2示出了具有本发明的系统的标签的票据；

图3示出了标签的电路图；以及

图4示出了读取器的电路图。

具体实施方式

本发明提供了一种标签读取器设备，用于在一堆标签内检测标签的存在。该读取器具有上电极和下电极，多个标签位于上电极和下电极之间。读取器电极横向互相偏移。对标签的功率耦合和数据传送使用对标签的容性耦合，标签具有第一和第二标签电极，第一和第二标签电极位于共同的平面中，并相互分隔。

图1示意性地示出了本发明的标签和读取器配置，还为了清楚起见示出了单个标签。

每个标签10包括第一标签电极12、第二标签电极14和标签IC 16。这些都在支撑18上的共同平面中。

读取器具有：具有上电极22的上电极结构20和具有下电极26的下电极结构24。

标签被放置为使得上读取器电极22与电极12对齐(从上方看去)，下读取器电极26与电极14对齐(从上方看去)。

标签电极12容性耦合至上读取器电极22，标签电极14容性耦合至下读取器电极26。读取器可以通过容性耦合对标签10进行供电和询问。

在本示例中，所有电极可以具有相同大小和形状，但是读取器电极可以更大，使得可以容许标签一定程序的不对齐。此外，两个读取器电极不需要具有相同形状，尽管在优选实现中它们具有相同的面积。例如，当从上方看去时，标签电极形状可以在读取器电极形状之内。

标签和读取器电极可以是长形的，例如5至50mm长，0.5至5mm宽。例如，电极可以是20mm乘以2mm。

标签的厚度可以在50至500μm范围内，例如100μm。这意味着，大量标签(例如在50至1000范围内)可以堆叠在读取器电极之间。间隔100μm的100个标签将需要读取器电极之间的1cm间隔。

第一和第二标签电极可以具有高阻抗。这避免了对较大驱动电流(以及间接的较大驱动电压)的需要。

标签是无源标签，通过上电极和下电极与标签电极之间的容性耦合来向标签供电。读取器与标签之间的数据通信也通过调制信号的容性耦合来进行。

在图1的示例中，支撑18定义了具有标签的产品。

图2示出了附着至票据20(即纸张)的标签10。在图2中，在票据的纸上提供支撑18，但是再次，票据本身可以定义如图1的示例中的支撑表面18。

可以将不同波形应用至读取器的电极。具体地，该波形被选择为使得可以使用标准化RFID通信协议。

例如，可以使用低于135kHz的通信协议18000-2，例如其中频率为125kHz。备选地，可以使用13.56MHz的18000-3协议或者UHF(860MHz-960MHz)18000-6协议。因此，一般而言，可以使用18000-x协议。

由于高标签阻抗，较低的频率协议是优选的。

将驱动信号应用至读取器电极以向标签供电，并将询问信号提供给标签。

用于与标签通信的通信协议的细节不构成本发明的一部分，并且将不详细讨论。这些方面对于本领域技术人员是公知的。例如，18000-2协议定义了针对技术属性的前向和返回链路参数，包括但不限于：操作频率、操作信道精度、占用信道宽度、杂散发射、调制、占空比、数据编码、比特率、比特率精度、比特传输顺序。它还定义了在空中接口中使用的通信协议。

从读取器至标签的数据传输可以使用幅度偏移键控(ASK)调制，其中，较低频率的幅度调制信号叠加在较高频率的载波信号上。标签至读取器的通信通过以对要发送至读取器的数据进行调制的方式来改变标签电路的负载，从而使用负载调制。通过根据信息来切换的电阻器或晶体管来实现负载调制。

容性耦合的使用意味着，期望较低距离，并且需要驱动信号上的相对较高的电压。

图3示出了具有由电容器板供电的无源标签形式的标签的电路图。

该标签包括：电极12、14，接收ac容性耦合的信号(尽管可以取而代之地对电极12、14进行电接触)。

为了产生标签的电源，接收信号由整流器整流，并通过平滑电容器32以产生功率电平VDD。整流器由限幅器控制单元34控制，以提供对整流器的反馈控制。

还向时钟恢复电路36提供ac信号，时钟恢复电路36向数字信号处理器38提供恢复的时钟。还向解调器40提供ac信号，以提取编码的数据。还向处理器38提供数据，处理器38控制对存储器40的访问。

该电路包括上电复位部分42和电源管理单元44，电源管理单元44控制限幅器控制电路34。

高阻抗连接可以是天线焊盘与标签电容器板之间的容性耦合。由于焊盘的面积较小(小于100μm×100μm)，可实现的耦合电容非常低，因此阻抗较高。

图4示出了读取器40的主要组件。为了信号发送，将微处理器42产生的数据信号与13.56MHz载波混合，这种混合实现了幅度调制。信号由rf放大器44放大，之后馈送至读取器的电容器板46。还示出了阻抗匹配电路48。

为了信号接收，解调器50实现了幅度检测，并向微处理器42提供检测的信号。

各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims

1.一种非接触式标签读取器设备，用于在一堆标签内检测标签的存在，所述读取器设备包括：

下电极结构（24），具有下电极（26）；

上电极结构（20），具有上电极（22），其中，下电极结构和上电极结构一起定义了位于二者间的标签位置区，多个标签能够放置在所述标签位置区中，每个标签的第一标签电极（14）容性耦合至下电极（26），每个标签的第二标签电极（12）容性耦合至上电极（22），所述读取器设备通过容性耦合对每个标签进行供电和询问，

其中，下电极（26）和上电极（22）在两个水平面上互相偏移，使得下电极和上电极不重叠，或者重叠面积小于上电极面积的10%或下电极面积的10%。

2.一种标签通信系统，包括：

根据权利要求1所述的非接触式标签读取器设备；以及

多个标签（10），其中，每个标签（10）包括第一和第二标签电极（14、12），第一和第二标签电极位于共同的平面上，并被分隔为使得：在标签（10）位于所述标签位置区中的情况下，第一标签电极（14）与下电极（26）重叠，以及第二标签电极（12）与上电极（22）重叠。

3.根据权利要求2所述的标签通信系统，其中，在标签（10）位于所述标签位置区中的情况下，第一标签电极（14）仅与下电极重叠，第二标签电极（12）仅与上电极重叠。

4.根据权利要求2或3所述的标签通信系统，其中，上电极（22）、下电极（26）以及第一和第二标签电极（14、12）具有相同的面积。

5.根据权利要求2或3所述的标签通信系统，其中，每个标签（10）还包括标签IC（16），每个标签电极与标签IC之间的连接的阻抗高于1KΩ。

6.根据权利要求2或3所述的标签通信系统，其中，标签（10）是无源标签，通过上电极和下电极（22、26）与标签电极（14、12）之间的容性耦合来向标签供电。

7.根据权利要求6所述的标签通信系统，其中，读取器与标签之间的数据通信是通过调制信号的容性耦合来进行的。

8.根据权利要求6所述的标签通信系统，其中，向上电极和下电极（22、26）提供小于135kHz的交变驱动信号。

9.根据权利要求6所述的标签通信系统，其中，每个标签（10）包括位于第一和第二标签电极之间、并且位于相同平面中的标签IC（16）。

10.一种使用标签读取器设备来询问一堆标签的方法，包括：

向标签读取器的下电极（26）和上电极（22）提供驱动信号，多个标签（10）位于下电极和上电极之间，并且下电极和上电极在两个水平面上互相偏移以使得下电极和上电极不重叠；其中，每个标签包括第一和第二标签电极（14、12），第一和第二标签电极位于共同的平面上，并被分隔为使得：第一标签电极（14）与下电极（26）重叠，以及第二标签电极与上电极（22）重叠，每个标签的第一标签电极（14）容性耦合至下电极（26），每个标签的第二标签电极（12）容性耦合至上电极（22）；以及

使用驱动信号通过容性耦合来向标签供电，并向标签提供询问信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，驱动信号包括小于135kHz的交变驱动信号。