CN104769961A - Rfid检测系统 - Google Patents

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CN104769961A CN201380040450.7A CN201380040450A CN104769961A CN 104769961 A CN104769961 A CN 104769961A CN 201380040450 A CN201380040450 A CN 201380040450A CN 104769961 A CN104769961 A CN 104769961A
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Abstract

提供了用于在检测RFID设备的存在中使用的系统和方法。一个RFID检测系统包括检测电路，该检测电路包括振荡电路。检测电路配置为将RFID检测系统保持在低功率模式中，在该低功率模式中RFID检测系统配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信。检测电路进一步配置为监视振荡电路的信号的一个或多个参数，并且将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较。检测电路进一步配置为基于该比较来确定是否将RFID检测系统从低功率模式转换为主动通信模式，在主动通信模式中RFID检测系统配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。

Description

RFID检测系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年6月18日提交的、题目为“RFID DetectionSystem”的61/661,173号美国临时专利申请的权益，其被整体并入本文。
背景技术
本公开总地涉及无线识别系统领域。更具体地说，本公开涉及用于检测诸如射频识别(RFID)卡或标签的无线识别设备何时已移动到无线识别系统的邻近距离(proximity)内的系统和方法。
RFID系统允许针对各种类型的应用对人员和/或物体进行便利的无线识别和追踪。举例来说，RFID系统可被用在访问控制应用中，诸如允许用户通过将RFID卡保持在与门锁耦合(couple)的读卡器的邻近距离内来访问受保护的区域。RFID系统的其他例示应用包括追踪产品(例如在零售环境中)、在医院环境中追踪人员或者使用户能够以无线方式来处理付款(例如使用无线销售点RFID检测系统)。
当RFID检测系统检测到RFID设备已进入该检测系统的邻近距离时，该检测系统可以识别出该RFID设备(例如RFID标签或卡)。一种检测RFID设备何时已来到检测系统的邻近距离内的方式是将该检测系统持续保持在主动轮询模式中。在主动轮询模式中，检测系统传送处于该检测系统的邻近距离内的RFID设备可接收的轮询信号。然后，RFID设备可以对轮询信号做出响应，由此向检测电路指示该设备处于检测电路的邻近距离内，并且指示应该由该检测电路做出与该设备相关的识别确定。
发明内容
本公开的一个实施例涉及一种RFID检测系统，其包括配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在的检测电路。检测电路包括振荡电路。检测电路配置为将RFID检测系统保持在低功率模式中，在该低功率模式中，RFID检测系统配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信。检测电路进一步配置为监视振荡电路的信号的一个或多个参数，并且将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较。检测电路进一步配置为基于该比较来确定是否将RFID检测系统从低功率模式转换为主动通信模式，在该主动通信模式中，RFID检测系统配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。
在一些实施方式中，振荡电路具有工作频率并且包括具有被调谐为高于该工作频率的谐振频率的感测天线。一个或多个所监视的参数包括振荡电路的电压。将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较包括检测振荡电路的电压的减小，其中电压的减小指示在RFID检测系统附近的RFID设备的存在。当检测到电压的减小时，检测电路配置为将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，一个或多个所监视的参数包括检测电路中的电压信号的一个或多个信号分量的一个或多个频率。在一些这样的实施方式中，一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且检测电路配置为跨某频率范围扫描检测电路的工作频率，所述频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。检测电路进一步配置为监视检测电路中的电压信号，以确定电压信号是否包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量。当确定电压信号包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量时，检测电路配置为将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。检测电路可配置为基于具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量的幅度来估计RFID检测系统与一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。在一些这样的实施方式中，一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且检测电路配置为跨某频率范围扫描检测电路的工作频率，该频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。检测电路配置为识别检测电路中的电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量，以及确定电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量的振幅。检测电路配置为将所确定的振幅与参考电压电平相比较，并且当振幅大于参考电压电平时，将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，检测电路配置为跨某频率范围扫描检测电路的工作频率。检测电路配置为使得在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起电压信号在一个或多个RFID设备的谐振频率附近的实质性(substantial)改变，并且使得除一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起电压信号跨该频率范围的改变。
本公开的另一个实施例涉及一种RFID检测系统。该RFID检测系统包括具有工作频率的振荡电路，该振荡电路包括具有被调谐为高于工作频率的谐振频率的感测天线。该RFID检测系统进一步包括配置为监视振荡电路的电压的检测电路，其中电压的减小指示在RFID检测系统附近的RFID设备的存在。当电压减小时，检测电路配置为将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，检测电路配置为当振荡电路的电压增大时感测在RFID检测系统附近的杂散电容源。
在一些实施方式中，振荡电路包括晶体锁定的振荡器。
另一个实施例涉及一种方法，其包括将RFID检测系统保持在低功率模式中，在所述低功率模式中RFID检测系统配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信。该RFID检测系统包括振荡电路。该方法进一步包括监视振荡电路的信号的一个或多个参数以及将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较。该方法进一步包括基于该比较来确定是否将RFID检测系统从低功率模式转换为主动通信模式，在所述主动通信模式中RFID检测系统配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。
在一些实施方式中，该振荡电路具有工作频率并且包括具有被调谐为高于工作频率的谐振频率的感测天线，一个或多个所监视的参数包括振荡电路的电压，并且将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较包括检测振荡电路的电压的减小，电压的减小指示在RFID检测系统附近的RFID设备的存在。该方法进一步包括当检测到电压的减小时将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，一个或多个所监视的参数包括检测电路中的电压信号的一个或多个信号分量的一个或多个频率。在一些这样的实施方式中，该方法进一步包括跨某频率范围扫描检测电路的工作频率。该频率范围包括一个或多个一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。该方法进一步包括监视检测电路中的电压信号，以确定电压信号是否包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量。当确定电压信号包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量时，该方法包括将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。该方法可以包括基于具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量的幅度来估计RFID检测系统与一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。在一些这样的实施方式中，一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且该方法包括跨某频率范围扫描检测电路的工作频率。所述频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。该方法包括识别检测电路中的电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量，确定电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量的振幅，将所确定的振幅与参考电压电平相比较，以及当所述振幅大于参考电压电平时，将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，该方法包括跨某频率范围扫描该检测电路的工作频率。检测电路配置为使得在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起电压信号在一个或多个RFID设备的谐振频率附近的实质性改变，并且使得除一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起电压信号跨该频率范围的改变。
本公开的另一个实施例涉及一种RFID检测系统，其包括配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在的检测电路，一个或多个RFID设备具有谐振频率。检测电路配置为跨某频率范围扫描检测电路的工作频率。该频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。检测电路进一步配置为监视检测电路中的电压信号，以确定电压信号是否包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量。当确定电压信号包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量时，将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，检测电路配置为基于具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量的幅度来估计RFID检测系统与一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
在一些实施方式中，检测电路配置为使得在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起电压信号在近似为扫描频率两倍的频率上的改变，并且使得除一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起电压信号跨该频率范围的改变。
在一些实施方式中，RFID检测系统进一步包括微处理器，所述微处理器配置为接收检测电路的输出并且基于该输出将RFID检测系统设置为低功率模式和主动通信模式之一。
另一个实施例涉及一种方法，其包括跨某频率范围扫描检测电路的工作频率。检测电路配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在。一个或多个RFID设备具有谐振频率。该频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。该方法进一步包括监视检测电路中的电压信号，以确定电压信号是否包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量。该方法进一步包括，当确定电压信号包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量时，将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，该方法包括基于具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量的幅度来估计RFID检测系统与一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
在一些实施方式中，检测电路配置为使得在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起电压信号在具有近似为扫描频率两倍的频率上的改变，并且使得除一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起电压信号跨该频率范围的改变。
在一些实施方式中，RFID检测系统配置为嵌入在锁定设备中，并且该方法进一步包括当RFID检测系统处于主动通信模式中时，基于从在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备所接收的一个或多个信号来解锁该锁定设备。在一些这样的实施方式中，锁定设备包括挂锁。
在一些实施方式中，该方法包括将检测电路的输出传送到微处理器，所述微处理器配置为基于所述输出将RFID检测系统设置为低功率模式和主动通信模式之一。
另一个实施例涉及一种RFID检测系统，其包括配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在的检测电路，一个或多个RFID设备具有谐振频率。检测电路配置为跨某频率范围扫描检测电路的工作频率，该频率范围包括一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。检测电路进一步配置为识别检测电路中的电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量。检测电路进一步配置为确定电压信号的、具有近似等于扫描频率的频率的分量的振幅。检测电路还进一步配置为将所确定的振幅与参考电压电平相比较。当振幅大于参考电压电平时，将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
在一些实施方式中，检测电路配置为基于具有近似等于扫描频率的频率的信号分量的幅度来估计RFID检测系统与一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
在一些实施方式中，检测电路配置为使得在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起电压信号在近似等于扫描频率的频率上的改变，并且使得除一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起电压信号跨该频率范围的改变。
在本文所公开的实施例的一些实施方式中，在低功率休眠模式中，检测电路从RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
在本文所公开的实施例的一些实施方式中，RFID检测系统配置为嵌入在锁定设备中并且用于当RFID检测系统处于主动通信模式中时基于从在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备所接收的一个或多个信号来解锁该锁定设备。在一些这样的实施方式中，锁定设备包括挂锁。
附图说明
图1和2提供各种实施例利用其进行操作的物理性质的简要图示。图1是示出了在不存在RFID卡的情况下在网络分析器(例如与未调谐的磁场探头相耦合)处的信号的幅度的图表。图2是示出了在RFID卡来到未调谐的磁场探头的邻近距离内之后在网络分析器处的信号的幅度的图表。在图1和2的仿真图表中所示出的原理表示由后续描述的一些实施例所估计的电压改变。
图3A是根据例示性实施例的RFID检测系统的框图。
图3B是根据另一个例示性实施例的RFID检测系统的框图。
图4A是根据例示性实施例的RFID检测系统的详细框图。
图4B是根据另一个例示性实施例的RFID检测系统的详细框图。
图5A是根据另一个例示性实施例的RFID检测系统的详细框图。
图5B是根据例示性实施例的、示出了当不存在RFID设备时RFID检测系统的输出的图表。
图5C是根据例示性实施例的、示出了当存在RFID设备时与图5B相同的RFID检测系统的输出的图表。
图6是根据例示性实施例的、与图5A的框图相对应的电路的电路图。
图7A是根据另一个例示性实施例的另一个RFID检测系统的框图。
图7B是根据例示性实施例的、示出了RFID检测系统在不存在RFID设备时的输出的图表。
图7C是根据例示性实施例的、示出了与图7B相同的RFID检测系统在存在RFID设备时的输出的图表。
图8是根据例示性实施例的、与图7A的框图相对应的电路的电路图。
图9是根据另一个例示性实施例的另一个RFID检测系统的电路图。
图10A到10C是根据例示性实施例的、示出了杂散电容对RFID检测系统的影响的局部电路的电路图。
图11是根据另一个例示性实施例的、与关于图9-10C所描述的RFID检测系统相关的另一个电路图。
图12是根据例示性实施例的、可以使用RFID检测系统实施的过程的流程图。
图13是根据例示性实施例的、可以使用RFID检测系统实施的另一个过程的流程图。
具体实施方式
在转到详细示出了例示性实施例的附图之前，应该理解的是，本申请并不局限于说明书中所阐述或是附图中所示出的细节或方法。还应该理解，这些术语只用于描述目的，其不应被认为是限制性的。
概括性地参考附图，示出并描述了用于检测诸如RFID标签/卡的无线识别设备何时已来到检测系统的邻近距离内的不同系统和方法。一种检测RFID设备何时已来到检测系统的邻近距离内的方式是将检测系统持续保持在主动轮询模式中，在该主动轮询模式中轮询信号被周期性地传送到可来到该检测系统附近的RFID设备。此类系统要求功率为数瓦的持续功率要求。这些系统可能适合于功率并非实质性问题的应用。例如，因为配置为控制对建筑物和门的访问的检测系统典型地连接到建筑物的交流(AC)干线(mains)，所以这些系统往往使用不断轮询。然而，连续轮询在移动RFID检测系统或使用电池电源而不是硬连线电源的其他类型的RFID检测系统中的使用可使电源被快速消耗，由此要求频繁的再充电和/或电池更换。此外，RFID系统的客户可能希望利用采用如下设计的检测系统，其中即便检测电路连接到硬连线电源，检测系统也在检测电路未被主动使用的时候降低其所汲取的功率，以便降低成本。
一种降低由RFID检测系统所汲取的功率的方式是在RFID设备不在检测系统的邻近距离内时使检测系统进入低功率“休眠”模式。通常，与诸如近场通信(NFC)设备的RFID设备进行的主动通信典型地在3至5V的工作电压下要求大量DC电流(例如50mA与250mA之间)。持续地在该电流电平上操作检测系统将非常快速地消耗典型的检测系统电池。在低功率休眠模式中，检测系统仍旧使用功率来检测RFID设备是否已进入该区域，但工作电流大大低于主动通信模式(例如比通信所要求的峰值电流小数千倍)。在一些实施例中，取决于所使用的电池，目标休眠电流可以在近似1μA与25μA之间。对于电池供电的应用来说，休眠模式可能是特别有用的，所述电池供电的应用诸如小型电池供电锁、上锁/挂牌设备、具有备份电池的硬连线检测系统以及其他应用。
包含低功率休眠模式的检测系统必须包括用于确定何时“唤醒”并进入主动模式以与附近RFID设备进行通信的机制。在一些实施方式中，检测系统可以包括诸如小键盘按钮的用户输入设备，所述用户输入设备必须被按下以将检测系统置于主动通信模式。
在其他实施方式中，检测系统可以包括感测何时在检测系统之上或是其附近发生运动的机制，并且该检测系统可以基于所感测到的运动而进入主动模式。例如，可以使用加速度计来检测该检测系统的运动，可以使用电容式触摸设备来检测该检测系统是否已被触摸，和/或可以使用被动红外系统来检测是否在围绕该检测系统的区域放射红外光。这些例示解决方案中的每一个都将遭遇大量的虚假唤醒信号，其将导致电池寿命缩短，在设备处于频繁运动(例如运货卡车或船运集装箱)或是有可能被频繁地靠近和/或碰撞(例如学校的储物柜)的不受控环境中尤其如此。
一些实施方式可以包括调谐电路，该调谐电路配置为检测RFID设备的存在，并且从休眠模式中唤醒检测系统。此类检测系统可能较不易受到某些类型的虚假唤醒条件的影响，诸如运货卡车中的推撞将基于加速度计的检测系统唤醒。这些检测系统的调谐电路可配置为检测电压和/或电流的改变，所述改变可由该调谐电路与来到检测系统附近的RFID设备中的调谐电路的磁耦合引起。然而，还可以由除将RFID设备置于检测系统附近之外的条件引起电压和/或电流的改变，所述条件诸如将金属物体或人手置于检测系统附近。相应地，此类调谐电路检测系统仍旧容易受到可在可变环境中发生并且导致电池消耗和广泛变化的电池寿命的虚假唤醒条件的影响。
本文所提供的系统和方法配置为通过减少由除预期RFID设备之外的物体产生的虚假唤醒信号的数量来为RFID检测系统提供改进的功率管理。本文所提供的例示性实施例配置为基于所观察到的电气特性来触发检测系统的唤醒，所述电气特性是意图引起唤醒条件的RFID设备所特有的并且其不由诸如金属物体或人手的其他物体引起。
本文所提供的一些例示性系统和方法配置为跨某频率范围扫描RF振荡器的工作频率，以检测电气性质的改变是由RFID设备(真实唤醒条件)还是不同物体(虚假唤醒条件)引起。一些实施例可配置为当附近有RFID设备时，基于在该检测系统处所生成的信号的振幅和频率内容来确定唤醒条件。检测系统的RF振荡器可配置为在某频率上进行操作，该频率处于或接近于包括在检测系统配置为与其通信的RFID设备中的调谐电路的中心频率。扫描振荡器可配置为使检测系统调谐电路的工作频率跨围绕中心工作频率的频率范围振荡。如果在检测系统附近存在RFID卡，那么RFID卡和检测系统的调谐电路将进行磁耦合，并且只有当跨RFID卡调谐电路的中心频率扫描到该频率时，检测系统中的RFID电压电平才会减小。如果在检测系统附近存在诸如金属物体或手的不同物体，那么RF电平在所有频率上改变近似相同的量，并且在任一特定频率上振幅都不会有实质性瞬时改变。
扫描振荡器提供在某扫描频率上的对具有跨固定带宽的频率的信号的扫描。扫描的一个完整循环使振荡器传递通过RFID设备的中心谐振频率两次(以提供两次在中心谐振频率上的信号)，使得在每一个扫描循环中，检测系统调谐电路中的RF电压电平都改变两次。当RFID设备在检测系统附近时，将由检测系统的RF振荡器生成具有近似等于扫描频率两倍的调制频率的振幅变化的电压信号。相应地，检测系统可以基于具有为扫描频率两倍的频率的信号的存在来检测RFID设备的存在。该信号的振幅指示检测系统与RFID设备之间的相对距离。
一些例示性实施例可配置为基于当将RFID设备带到检测系统的邻近距离内时在检测系统中所生成的信号的振幅来确定唤醒条件。检测系统的RF振荡器可配置为在某频率上进行操作，该频率处于或接近于包括在检测系统配置为与其通信的RFID设备中的调谐电路的中心频率。扫描振荡器可配置为使检测系统调谐电路的工作频率跨围绕中心工作频率的频率范围振荡。该扫描频率可以是较窄的带，使得全扫描循环使振荡器到达RFID设备的中心谐振频率一次，并且使得由于RFID设备而在检测系统中所生成的电压信号的调制频率等于扫描频率。在检测系统中所生成的调制电压信号可被解调和处理，并且可以将该信号的振幅与参考电压相比较，以确定电压电平是否已改变得足以归因于RFID设备存在(与杂散电容相反)。如果信号的振幅高于阈值振幅，则检测系统确定存在RFID设备。
任何分立的振荡器电路拓扑均可用于实现RF振荡器。在电路中感测振幅变化的点将基于振荡器拓扑而变化。扫描频率fm可以基于硬件建立时间(settling time)来选择，以提供足够快的唤醒信号来满足用于休眠模式电流消耗的系统规范。主机微处理器可以工作循环(duty cycle)检测电路，以实现低休眠模式电流消耗。
一些例示性实施例可配置为使用振荡器电路中的DC电压测量来检测RFID设备的存在。检测系统中的RF振荡器可被锁定于近似与检测系统配置为与其通信的RFID设备的调谐频率相对应的特定晶体频率。与检测系统的感测天线(sense antenna)耦合的杂散电容降低天线电路的谐振频率以致远离其设计频率。通过有意地将感测天线电路调谐为高于振荡器的工作频率，一些实施例可以使用这种性质来区分杂散电容与RFID设备。当杂散电容使包括感测天线的振荡器储能电路(tank circuit)失谐时，谐振频率下移，更接近振荡器的工作频率。这使在检测系统中所感测到的DC电压增大。当将RFID设备的调谐电路带到检测系统附近时，与振荡器储能电路共享的互感导致与RFID设备耦合的RF能量。这使在检测系统中所感测到的DC电压减小。检测系统可以基于该电压已增大还是减小来确定电压的改变归因于RFID设备还是杂散电容。
本文所公开的例示性系统和方法可用于任何类型的无线识别和/或访问控制应用，诸如RFID(例如NFC)应用。此类应用可以包括访问控制设备，其诸如但是并不局限于此：电子挂锁，电子门锁或小键盘设备(例如小键盘锁栓(deadbolt))，电子保险箱(例如小型文件保险箱、武器存储保险箱、或电子钥匙保险箱(electronickeysafe))，电子外装门锁或插锁或其他类型的橱柜锁，电子汽车配件锁(例如钩锁、悬挂销(hitch pin)锁、拖车锁等等)和/或用于汽车的方向盘锁或门锁，用于诸如自行车、摩托车、滑板车、ATV和/或雪地摩托的其他机动或非机动车辆的车锁(例如车轮锁或点火锁)，存储箱，具有电子锁的箱子(例如文件箱或用于小型贵重物品的箱子)，电子电缆锁(例如能够启动警报的电缆锁，诸如用于确保计算设备安全)，用于出于安全目的确保访问安全(例如用于在正实施电力工作的同时确保电控箱安全)的安全上锁/挂牌设备，具有电子锁的锁具(locker)，和/或电子行李锁。
图1和2提供各种实施例利用其进行操作的物理性质的简要图示。图1是示出了在不存在RFID卡的情况下在网络分析器(例如与未调谐的磁场探头相耦合)处的信号的幅度的图表。图2是示出了在RFID卡来到未调谐的磁场探头的邻近距离内之后在网络分析器处的信号的幅度的图表。在图1和2的仿真图表中所示出的原理表示由后续描述的一些实施例所估计的电压改变。概括性地参考图1和2，提供了示出在磁场探头附近引入RFID(例如NFC)设备(例如RFID卡)的影响的图表。图1示出了图表100，其示出在不存在RFID设备的情况下在网络分析器处的信号的幅度。图表100使用包括S11网络分析器和磁场探头的测试设置生成。该磁场探头是将中心导线连接到测试电缆的屏蔽层(接地)的电线环路(loop of wire)，并且其直径近似为1英寸。图表100包括x轴105，所述x轴105表示具有设置在13.56MHz处的中心频率120以及围绕中心频率+/-2.5MHz的显示范围的频率范围。y轴110表示被反射回到网络分析器的端口的信号的幅度。
图表100包括轨迹信号115，其表示当不存在RFID卡时被反射回到网络分析器的端口的、由网络分析器所生成的RF能量的幅度。信号115跨所显示的频率范围是相对平坦或恒定的，并且其幅度略小于1.000。幅度1.000指示由网络分析器所生成的所有RF能量都被反射回到该网络分析器的端口。由于磁场探头对地短路，因此，除去在连接器和电缆中所损失的功率，由网络分析器所生成的所有能量都会被反射到端口。网络分析器端口的阻抗是50欧姆。如果用精确的50欧姆负载来替换对地短路，那么该负载的阻抗将完美匹配端口阻抗，所有能量将被转移至负载，并且该轨迹将指示幅度0.000。
图2示出了图表200，其示出在将RFID设备带到磁场探头的邻近距离内之后在网络分析器处的信号的幅度。图表200示出了具有在与RFID系统的工作频率、即13.56MHz的中心频率120非常接近的频率处暂降(dip)的幅度响应的轨迹信号215。该暂降指示RFID卡充当了负载并且吸收了能量。在信号215的最低点的任一侧可以看到斜坡，该斜坡指示关于频率的、被吸收能量的变化的改变。在下文中提供了利用图1和2所示的调谐电路的电气行为来检测RFID设备何时已进入RFID检测系统附近的区域的各例示性实施例。
现在参考图3A，示出根据例示性实施例的RFID检测系统300的框图。系统300配置为跨某频率范围扫描RF振荡器的工作频率，以检测电气性质的改变是由RFID设备(真实唤醒条件)还是不同物体(虚假唤醒条件)引起。
在一个实施例中，当利用诸如集总元件储能电路的调谐电路作为其拓扑的一部分并且在频率fc上运行的RF振荡器被允许进行辐射并且被带到与另一个调谐电路(例如RFID卡或NFC设备的调谐电路)紧密邻近处时，由该振荡器生成的少量RF能量将耦合到第二调谐电路中。在一个实施例中，由于一些能量磁耦合到第二调谐电路中，因此，处于或者接近于中心频率fc的RF振荡器电路中的RF电压电平将改变(例如减小)。在图2的图表200中示出了这种性质。从振荡器电路耦合到第二谐振电路中的RF能量的量是和RF振荡器与第二调谐电路之间的距离成比例的。
在一个实施例中，RFID卡或NFC设备包括以RFID系统的工作频率为中心的调谐电路。可以由系统300使用诸如RFID卡320的RFID设备的耦合来检测RFID卡320何时已来到系统300的邻近距离内。然而，如上所述，由于金属物体或手将改变储能电路上的负载，因此，如果将金属物体或者手带到与系统300的振荡器储能电路紧密邻近处，则在中心频率fc以及其他频率上的RF电压电平也将改变。
在一个实施例中，为了减少与诸如金属物体或手的杂散电容源相关联的虚假唤醒，系统300配置为使用该系统300的调谐储能电路中的电响应来确定是否从休眠模式唤醒进入主动模式。系统300包括检测电路305，该检测电路305包括具有中心频率fc的调谐振荡电路。检测电路305配置为跨包括谐振频率fc的频率带宽进行扫描(例如持续地)。在一些实施例中，压控振荡器(VCO)可被用作扫描振荡器以扫描该频率范围。扫描振荡器的频率取决于控制电压。当系统300附近的区域中存在RFID设备(例如RFID卡320)时，只有在通过RFID系统的谐振频率fc扫描到振荡器频率时，振荡器振幅才会改变。诸如金属物体的、与系统300紧密邻近的杂散电容源将在由振荡器所扫描的所有频率上以近乎相等的方式改变振荡器振幅。如果与系统300磁耦合的物体是杂散电容源，那么在振荡器在该频率范围内进行扫描时，处于任何特定频率或频率范围的振幅将只存在少量或者不存在瞬时改变。
检测电路305配置为利用固定频率fm来跨带宽进行扫描。由检测电路305所扫描的带宽可设置为足够宽，以当在每个方向上进行扫描时完全传递通过在谐振频率附近的、与振荡器的电压暂降相关联的频率。作为示例，在图2所示的例示性图表200中，检测电路305将在将由检测电路305传递通过两次轨迹信号215的暂降的两个方向上跨足够宽的频率范围进行扫描。在一个实施例中，该带宽可设置为足够宽，以顾及中心谐振频率中的设备间(device-to-device)变化。在一些实施例中，带宽可设置为近似谐振频率的+/-10+(例如，对于具有13.56MHz的谐振频率的RFID系统来说是1.356MHz)。
当系统300附近存在RFID设备时，在每一个频率扫描循环中，在检测电路305中所感测到的RF振荡器振幅将改变两次。在一个实施例中，由于在每一个扫描循环中将发生两次振幅暂降，因此，在检测电路305的振荡器电路中所生成的振幅变化的RF电压信号将具有为检测电路305的扫描频率fm的两倍的调制频率。在一个实施例中，振荡器电路中的具有为扫描频率两倍的频率(2fm)的电压信号的存在指示在与系统300紧密邻近处存在RFID设备。在一个实施例中，信号的幅度指示RFID设备与系统300之间的相对距离。
在一个实施例中，在检测系统305对频率进行扫描时，结果RF调制电压信号被解调并且传递到滤波器电路310。滤波器电路310配置为对经解调的电压信号进行处理，以传递通过具有2fm频率的信号，并且以滤除其他频率上的信号。在一个实施例中，滤波器电路310配置为移除电压信号中可能存在的噪声以及其他在检测RFID设备的存在中不感兴趣的信号(例如具有除2fm之外的频率的信号)。在一些实施例中，滤波器电路310可以包括一个或多个陷波滤波器，其配置为移除电压信号的具有特定频率的分量，诸如具有fm或3fm的频率的分量。移除此类分量可以使检测具有2fm频率的感兴趣的信号更容易。
滤波器电路310配置为将经处理的电压信号传递到音调(tone)检测电路315。音调检测电路315配置为接收经滤波的电压信号，并且确定在信号内是否存在具有近似等于2fm的频率的分量。音调检测电路315配置为当不存在2fm信号时提供第一输出(例如高输出)，以及当存在2fm信号时提供第二输出(例如低输出)。输出可以提供给处理器(例如微控制器、数字信号处理器、ASIC等等)，或者提供给配置为基于音调检测电路315的输出的状态来确定系统300的区域中是否存在RFID设备的不同类型的模拟或数字电路(例如比较器)。如果确定存在RFID设备，那么处理器或其他电路配置为触发唤醒条件并且将系统300从低功率休眠状态移至主动通信状态以与RFID设备进行通信。
图3B示出根据另一个例示性实施例的另一个RFID检测系统350的框图。在一些实施例中，检测系统的一个或多个功能可以使用微处理器而不是使用模拟电路来实施。系统350实施与由系统300实施的功能相同的功能，包括使用检测电路355进行频率扫描和振荡器电压检测。系统350利用处理电路360(例如数字微处理器)来实施由系统300中的模拟电路实施的滤波和音调检测功能。处理电路360包括处理器365，该处理器365可以是任何类型的通用或专用微处理器(例如FPGA、CPLD、ASIC等等)。处理电路360还包括存储器370，该存储器370可以包括任何类型的计算机或机器可读的存储介质(例如RAM、ROM、EEPROM、闪存等等)。处理电路360可以包括模数控制器(ADC)电路375，其配置为接收来自检测电路355的模拟电压信号，并且将该模拟电压信号转换为可由处理电路360解释和操纵的数字信号。
存储器370可以包括包含指令的模块，所述指令当由处理器365执行时使处理器365实施可在检测RFID设备的存在中使用的功能。滤波器模块380可配置为接收来自ADC电路375的电压信号的数字表示，并且滤除信号的、与除在检测电路355中所使用的两倍扫描频率(2fm)之外的频率相对应的分量，由此传递通过信号的、具有2fm频率的分量。音调检测模块385配置为对经滤波的信号实施音调检测，以检测在经滤波的信号中是否存在具有近似为2fm的频率的信号。如果存在具有2fm频率的信号，则音调检测模块385可以确定在系统350的区域中存在RFID设备，并且处理电路360可以将系统350从休眠模式切换到主动通信模式。
不同的应用可以通过在模拟电路或数字处理器中实施检测系统的或多或少的功能而受益。例如，在数字处理器中实施较多功能可能要求在检测系统中包括较高功率或者较复杂的数字处理器。对于低成本应用来说，模拟电路可能相对廉价，并且可以用于减少检测系统的成本(例如，使得较低复杂度、较低功率的处理器可被使用或者完全不使用处理器)。将多个功能集中在微处理器内可以减少检测系统的处理组件所需要的空间，并且可以允许检测系统被包括在较小的壳体中。一些实施方式可能已经要求具有较高水平的处理能力的处理器，使得可能没有必要利用单独的模拟电路来实施检测系统的某些功能。相应地，对于不同的应用来说，模拟和/或数字电路的不同组合可能是最为适合的。
现在参考图4A，示出根据例示性实施例的RFID检测系统400的更详细框图。系统400是根据一个例示性实施例的、图3A中所示的系统300的更详细的实施方式。
系统400包括与集总元件储能电路415相耦合并且在中心频率fc上进行操作的RF振荡器410，所述中心频率fc为RFID系统的经设计谐振频率。辐射元件420(例如天线)用于将系统400可通信地耦合到系统400附近的RFID设备。
系统400包括扫描振荡器405，其配置为跨围绕RF振荡器410的中心频率fc的频率范围扫描RF振荡器410。RF调制电压响应通过借助于耦合电容器425的轻RF耦合(light RF coupling)从RF振荡器410传递到RF缓冲放大器，该RF缓冲放大器配置为在RF振荡器410输出与系统400的后续处理电路之间提供隔离，以对抗干扰振荡器410的性能的其他电路。
然后，经缓冲的电压信号被传递到包络检波器435，所述包络检波器435配置为对RF调制电压信号进行解调，并且提供调制电压信号的包络作为输出。信号的包络是基于RF调制信号的振幅生成的直流(DC)信号。在一个实施例中，包络检波器435的输出是基于原始RF调制信号的经解调的基带信号。
然后，经解调的信号被传递至一系列的滤波器，所述滤波器配置为传递通过具有近似为扫描振荡器405的扫描频率两倍的频率(2fm)的信号分量通过，并且滤除噪声和电压信号的其他不需要的分量。在一个实施例中，第一陷波滤波器440可以配置为滤除具有近似等于扫描振荡器405的扫描频率fm的频率的电压信号分量。在一些实施例中，可以提供第二陷波滤波器450以滤除具有近似等于扫描振荡器405的扫描频率的三倍的频率(3fm)的电压信号分量。陷波滤波器440和450可有助于减少信号中的、可能妨碍对所期望的2fm信号分量的恰当检测的谐波。由陷波滤波器440和450传递通过具有与陷波滤波器440和450的目标频率(分别是fm和3fm)不同的频率的信号分量。带通滤波器445配置为传递通过具有处于或者接近于2fm的频率的信号分量，并且阻止或削弱具有其他频率的信号分量。
然后，经滤波的信号被提供给频率检测器455(例如音调检测器)，该频率检测器455配置为确定在信号内是否存在具有近似等于2fm的频率的分量。频率检测器455配置为当不存在2fm信号时提供第一输出(例如高输出)，以及当存在2fm信号时提供第二输出(例如低输出)。输出被提供给比较器460，该比较器460将频率检测器455的输出与参考电压电平相比较，所述参考电压电平配置为区分频率检测器455的高输出电平和低输出电平。比较器460基于电压比较来生成数字输出，所述电压比较表示频率检测器是否处于指示已检测到具有近似为2fm的频率的信号分量的状态中，由此指示在系统400附近的RFID设备的存在。该输出可被提供给微控制器，所述微控制器配置为，如果该输出指示存在2fm频率信号分量，则将系统400从休眠模式唤醒进入主动通信模式。
图4B示出RFID检测系统475的另一个例示性实施例。系统475的许多部件采用与如上文中关于系统400所描述的方式类似的方式运作。取代了使用电容器来将RF振荡器松散耦合到RF缓冲放大器，以第一辐射天线环路480和第二耦合天线环路485来替换电容器。环路480松散耦合到环路485，该环路485连接至RF放大器、包络检波器、滤波部件等等。
现在参考图5A，示出根据例示性实施例的RFID检测系统500的另一个详细框图。系统500是根据一个例示性实施例的、图4A中所示的系统400的更详细的实施方式。系统500包括系统400中所包括的许多相同部件。
系统500还包括用于调节RF振荡器520电路的调谐的变容二极管510。变容二极管是其电容根据跨变容二极管的端子所施加的电压而变化的可变电容元件。扫描振荡器515的输出施加于变容二极管510，以改变变容二极管510的电容并且在扫描期间跨所提供的频率范围扫描RF振荡器520的经调谐工作频率。
系统500包括配置为对电压信号进行解调的包络检波器的详细例示性实施方式。系统500的包络检波器包括配置为对包络检波器处的输入信号进行整流的第一二极管530和第二二极管535。二极管530和535实现全波整流器。至包络检波器的输入是具有正摆幅和负摆幅这两者的交流。在正摆幅期间，当输入电压高于跨包络检波器的电容器545的电压时，二极管530将允许电流流动(currentflow)。在一个实施例中，在负摆幅期间，二极管535传导电流，并且传递通过二极管535的电流将为包络检波器的总输出电压做贡献。在一些实施例中，二极管530可以是肖特基二极管。在一些实施例中，包络检波器可配置为包括半波整流器，所述半波整流器仅包括二极管530，而不包括二极管535。
系统500包括与系统400中所包括的陷波滤波器和带通滤波器类似的陷波滤波器和带通滤波器。系统500还包括基带放大器565，其配置为在具有近似为扫描频率两倍的频率(2fm)的信号分量已被传递通过带通滤波器555之后对那些分量进行放大。然后，经放大的分量被提供给音调检测器570，该音调检测器570配置为检测在信号中是否存在信号的、具有近似2fm的频率的实质性分量。在一些实施例中，音调检测器570可以包括锁相环(PLL)。
图5B和5C提供根据例示实施例的、示出了诸如系统500的RFID检测系统的输出信号的图表。图5B包括图表575，该图表575示出当在检测系统附近的区域中不存在RFID设备时用于RFID检测系统的信号滤波器的输出信号576。信号576包括处于扫描频率fm以及扫描频率fm的谐波上的残留噪声信号。图5B所示的频率内容曲线图577表示信号576的快速傅里叶变换(FFT)，并且示出了信号576的频率内容。频率内容曲线图577示出信号576的具有频率fm的分量及其具有经适度增加的振幅的谐波。处于频率2fm上的信号576分量(参考标号578)的振幅与处于fm的其他谐波上的信号576分量的振幅相当。
图5C包括图表585，其示出当在检测系统附近的区域中存在RFID设备时，用于与图5B相同的RFID检测系统的信号滤波器的输出信号586。当存在RFID设备时，信号586包括在为扫描频率两倍的频率2fm上的定义明确的信号。频率内容曲线图587表示信号586的FFT，并且示出了信号586在各种频率上的分量。如在频率内容曲线图587中可以看出的，在频率2fm上的信号586分量(参考标号588)的振幅比信号576的相应信号分量的振幅大得多。由于RFID设备的调谐电路与RFID检测电路相耦合，因此，该较大振幅归因于在2fm频率上的电压的实质性瞬时改变或暂降。在频率2fm的谐波(例如4fm和6fm)上还存在较小但却显著的信号分量。在信号586中，在很大程度上移除与诸如fm、3fm和5fm的其他频率相对应的信号分量。在频率2fm上的实质性信号586分量的存在向RFID检测电路指示RFID设备的存在。
现在参考图6，示出根据例示性实施例的、与系统500的一部分部件相对应的电路600的电路图。电路600包括在所示出的实施例中被调谐至13.56MHz的中心工作频率fc的RF振荡器520和相关联的储能电路。在所示出的实施例中，RF振荡器520包括BJT晶体管610和RF扼流圈605，其配置为在传递直流信号的同时阻止信号的RF分量通过RF振荡器520进行传播。使用扫描振荡器515和变容二极管510来跨围绕13.56MHz的中心工作频率fc的带宽扫描RF振荡器520的工作频率。
晶体管610的发射极处的电压通过耦合电容器615传递到RF缓冲放大器525。在所示出的实施例中，RF缓冲放大器525也包括RF扼流圈605和BJT晶体管620。晶体管620的集电极处的电压信号被传递至对电压信号进行解调的包络检波器625。然后，如上文所详细描述的，经解调的信号被向前传递用于滤波和音调检测，以最终在检测在电路600附近存在或不存在RFID设备中使用。
在各实施例中，RFID检测系统的各种特征可以使用模拟电路、具有固件编程和数字信号处理技术的微处理器或以上两者来实现。例如，在一些实施例中，滤波器可以使用模拟电路实现，并且音调检测可以在使用数字信号处理技术的微处理器固件中实现。在其他实施例中，滤波器和音调检测这两者都可以使用模拟电路实现。经选择用于在RFID检测电路中使用的微处理器可以取决于在微处理器内部所实现的特征。在一些实施例中，扫描频率可以使用主机微处理器或模拟电路生成。虽然已关于13.56MHz的中心操作或谐振频率论述了以上的实施例，但是其他的非RF或低频率(例如60kHz-150kHz)或高频率(例如27.12MHz)可被用作用于RFID系统的谐振频率。
在一些实施例中，RFID设备在围绕RFID检测系统的区域中的存在或不存在可以基于振荡电路中的已改变振幅的幅度来确定。检测系统的RF振荡器可配置为在某频率上进行操作，该频率处于或接近于包括在检测系统配置为与其通信的RFID设备中的调谐电路的中心频率。扫描振荡器可配置为使检测系统调谐电路的工作频率跨围绕中心工作频率的频率范围振荡。扫描频率可以是较窄的带，使得全扫描循环使振荡器到达RFID设备的中心谐振频率一次，并且使得由于RFID设备而在检测系统中所生成的电压信号的调制频率等于扫描频率。在检测系统中所生成的调制电压信号可被解调和处理，并且可以将该信号的振幅与参考电压相比较，以确定振幅电平是否已改变得足以归因于RFID设备存在(与杂散电容相反)。在检测电路中，所检测信号的较大振幅与所监视电压信号的较大瞬时暂降相对应。如果振幅大于阈值振幅，则检测系统确定存在RFID设备。
图7A示出配置为基于振荡电路中的已改变振幅的幅度来检测RFID设备的存在的RFID检测系统700的框图。系统700包括许多与在系统400和500中所找到的部件类似的部件，包括扫描振荡器705，与储能电路715耦合的RF振荡器710，以及配置为与系统700附近的RFID设备通信的辐射元件720。RF振荡器710在中心谐振频率fc上进行操作。RF振荡器710可以具有非常低的功率，并且既可以在RFID系统的工作频率附近自由振荡(free run)，也可以锁相(锁频)到RFID系统的工作频率的中心(例如通过模拟鉴频器或模拟或数字锁相环(PLL))。
与系统400中一样，扫描振荡器705配置为使RF振荡器710跨围绕中心谐振频率fc的频率范围进行扫描。与系统400的扫描振荡器405相比，扫描振荡器705可以具有更窄的扫描频率fm。在一些实施例中，扫描振荡器705可以具有扫描频率fm，其为RF振荡器710的中心频率fc的0.1％至1％(例如，对于13.56MHz的中心频率来说是13.56kHz至135.6kHz)。在一些实施例中，扫描频率fm可以处于100Hz至100kHz的范围中。扫描频率fm可设置为足够宽，以顾及系统700配置为与其通信的RFID设备的中心频率的设备间变化。
通常，当扫描振荡器705按频率扫描到RF振荡器710时，RF振荡器710处的电压响应的振幅维持相对恒定。当扫描振荡器705跨扫描频率fm进行扫描并且存在RFID设备时，由于RFID设备正从RF振荡器710中吸收一些能量，因此RF振荡器710处的电压响应的振幅以与图表200中示出的方式类似的方式变化。由于扫描频率fm设置为较窄的带，因此，全扫描循环使RF振荡器710到达RFID设备的中心谐振频率fc一次，而非像系统400中那样在扫描循环内完全传递通过谐振频率范围两次。相应地，在RF振荡器710处所生成的调制电压信号的频率将与扫描频率fm相同。调制电压信号被传递通过RF缓冲放大器730，并且使用包络检波器735以与关于系统400所描述的方式类似的方式被解调。在一些实施例中，RF缓冲放大器730可以具有近似为25dB的增益。经解调的信号被传递通过具有围绕扫描频率fm的通带的带通滤波器740，以将所期望的RFID设备引入的信号与噪声隔离。由放大器745将具有近似为fm的频率的信号分量放大。
输出电压信号的幅度可用于确定在系统700附近的区域中是否存在RFID设备。如果存在RFID设备，那么由于RFID设备内部的调谐电路与系统700的磁耦合而生成振幅改变。归因于手或导电物体的杂散电容无法产生关于频率的改变的振荡器振幅。此外，杂散电容不会产生RFID设备的存在将引起的在fm频率上的经解调的信号的振幅。可以通过将输出信号的振幅与参考电压相比较来检测RFID设备的存在。在一个实施例中，如果输出信号振幅高于参考幅度，指示在fm频率上的电压的实质性瞬时改变或暂降，那么确定在系统700附近的区域中存在RFID设备。在一些实施例中，输出信号可被直接提供给微处理器(例如通过ADC电路)，以实施比较并且在适当时触发唤醒条件。在一些实施例中，可以使用整流器755对输出信号求平均，并且滤波器760可被应用于比较器765，该比较器765配置为实施与参考电压的比较并且输出用于控制唤醒条件的数字输出770。
图7B和7C提供根据例示性实施例的、示出诸如系统700的RFID检测系统的输出信号的图表。图7B包括图表775，其示出当在检测系统附近的区域中不存在RFID设备时用于RFID检测系统的信号滤波器的输出信号776。信号776包括在扫描频率fm上的残留噪声，并且具有相对小的振幅。
图7C包括图表785，其示出当在检测系统附近的区域中存在RFID设备时，用于与图7B相同的RFID检测系统的信号滤波器的输出信号786。与信号776的相应分量相比，在扫描频率fm上的信号786分量具有大得多的振幅。这归因于在频率fm上发生的瞬时电压改变，该瞬时电压改变归因于RFID设备的调谐电路与RFID检测电路的耦合。RFID检测系统可以确定在扫描频率fm上的信号786分量的振幅超出阈值电压电平，并且可以发起唤醒条件。
图8示出根据一个例示性实施例的、与图7A所示的系统700的一部分部件相对应的电路800的电路图。如关于图5A所示的系统500所进一步详细描述的，通过将扫描振荡器连接到变容二极管的端子来跨某频率范围扫描RF振荡器710的工作频率。RF振荡器710连接到储能电路715，并且包括BJT晶体管810和RF扼流圈805。在晶体管810的发射极处所测量的电压信号通过耦合电容器725传递到缓冲放大器730，该耦合电容器725配置为将RF振荡器710松散耦合到缓冲放大器730。在由缓冲放大器730处理之后，信号被传送至包络检波器735用于解调，并且经解调的信号被传送到带通滤波器和放大器用于在检测RFID设备的存在中使用。
一些例示性实施例可配置为使用振荡器电路中的DC电压测量来检测RFID设备的存在。检测系统中的RF振荡器可被锁定于近似与检测系统配置为与其通信的RFID设备的调谐频率相对应的特定晶体频率。与检测系统的感测天线耦合的杂散电容降低天线电路的谐振频率以致远离其设计频率。通过有意地将感测天线电路调谐为高于振荡器的工作频率，一些实施例可以使用这种性质来区分杂散电容与RFID设备。当杂散电容使包括感测天线的振荡器储能电路失谐时，谐振频率下移，更接近振荡器的工作频率。这使在检测系统中所感测到的DC电压增大。当将RFID设备的调谐电路带到检测系统附近时，与振荡器储能电路共享的互感导致与RFID设备耦合的RF能量。这使在检测系统中所感测到的DC电压减小。检测系统可以基于电压已增大还是减小来确定电压的改变归因于RFID设备还是杂散电容。
图9示出了用于RFID检测系统的振荡器电路900的电路图，该RFID检测系统配置为基于检测系统的振荡器电路中的电压测量来感测RFID设备的存在。振荡器电路900是晶体锁定的，使得振荡器的工作频率固定于晶体905的工作频率，其为RFID系统的工作频率(例如13.56MHz)。振荡器电路900包括集总元件储能电路910和感测天线915。如上文所详细论述的，当RFID设备的第二调谐电路来到振荡器电路900的调谐电路附近时，由振荡器电路900生成的少量能量将磁耦合至第二调谐电路，并且在谐振频率上的RF电平将由于这两个调谐电路的耦合而减小。当振荡器电路900的RF电平发生移位时，由振荡器电路900所汲取的DC电流也会改变。这种改变表示AC负载线或工作点或晶体管振荡器的“Q”点的改变。这就引起振荡器电路900的DC电压电平的相应改变。信号被传递通过RF扼流圈920以移除发射极处的RF电压，并且DC电压由微处理器在输出925处进行测量(例如通过微处理器的ADC输入电路)。主机微控制器可以使振荡器电路900的DC供电产生脉动以节约电流。当激活振荡器电路900时，可以在该电路已安定(settle)之后进行DC电压测量。该DC电压可存储在存储器中，并且滑动平均(running average)可以被计算。这可以允许移除来自可能由检测系统察觉或者可能未由其察觉的噪声或其他静止物体的环境影响读数。当获得与滑动平均相比发生了足够改变的测量时，微处理器可以唤醒检测系统并激活RFID(例如NFC)收发器，以尝试与附近的设备进行通信。这种滑动平均技术有助于防止归因于改变的环境的虚假唤醒。
在图9中将储能电路910的谐振频率示出为Ftank。储能电路的谐振频率被刻意地调谐为高于工作频率，以允许区分杂散电容与实际的RFID设备。图10A到10C示出杂散电容对振荡器电路的储能电路的谐振频率的影响。图10A示出用于自由空间中的振荡电路的天线线圈的表示，包括该天线的谐振频率的数学表示。图10B示出在振荡器电路附近引入杂散电容源。图10C示出在已引入杂散电容之后的用于振荡器电路的等效电路，包括在已包括杂散电容之后的天线的新的谐振频率的数学表示。图10A和10C中所示的数学表示的比较示出杂散电容使感测天线的谐振频率降低。
振荡器电路900通过刻意地将储能电路910调谐为略高于振荡电路900的工作频率来区分RFID设备与杂散电容。储能电路的谐振频率可以设计为使得其足够高以使其在引入最大量的杂散电容时不会下降至低于晶体工作频率。在一些实施例中，可以使用比振荡电路的工作频率高近似10％的储能电路谐振频率。振荡器电路的开环增益和相位裕量的确影响振荡器储能电路可被设置偏离频率(off frequency)的量，并且仍旧实现振荡器电路的可靠启动，所以应该凭借经验针对不同的应用优化用于储能电路的恰当谐振频率，以实现积极的结果。
当包括感测天线915的振荡器储能电路910由于杂散电容而失谐时，因为已经有意地将储能电路910和天线915的谐振频率调谐得较高，所以该谐振频率下移得更接近振荡器电路900的工作频率。当储能电路910的谐振频率朝着振荡器电路900的工作频率向下移位时，因为储能电路910谐振频率在振荡器电路900的工作频率上具有较大的实际阻抗和较小的电抗阻抗(reactive impedance)，所以振荡器电路900的RF振幅将增大。由供电电压所汲取的DC电流增大，并且发射极处的DC电压增大。
当RFID设备的调谐电路与振荡器电路900耦合时，与储能电路910共享的互感将导致与RFID设备耦合的RF能量。振荡器电路900的RF电平将减小，使由振荡器所汲取的DC电流以及在发射极处的DC电压减小。相应地，电压输出连接至其的微处理器可以基于电压增大还是减小来区分杂散电容与附近的RFID设备。如果所测量的电压增大，则确定改变归因于杂散电容。如果所测量的电压减小，则确定改变归因于附近的RFID设备，并且微处理器配置为将检测系统从休眠状态中唤醒进入主动通信状态。
图11示出根据另一个例示性实施例的、可用于实现配置为基于振荡器电路中的DC电压电平来检测RFID设备的存在的RFID检测电路的另一个电路1100的电路图。电路1100包括与电路900类似的数个部件。振荡器电路1100的晶体管通过RF扼流圈1105耦合至电源。作为将振荡器电路1100的输出提供给配置为激活唤醒条件的微处理器的补充或替换，该输出可以被提供给模拟比较器电路1115，所述模拟比较器电路1115配置为接收电压信号，使用比较器1120来将该电压信号与参考电压相比较，以及输出表示该电压已增大还是减小的信号用于在确定是否在检测系统中激活唤醒条件中使用。出于示范目的，所示出的例示性实施例包括LED1125，其配置为提供是否已确定存在RFID设备的视觉指示。
在各例示性实施例中，任何类型的振荡器拓扑都可替代图9和11中所示的拓扑。例如，可以使用共集电极或共发射极拓扑来取代共基极放大器。如果振荡器电路基于JFET，那么可以使用共栅极、共漏极或共源极拓扑。
本文所提供的各实施例可有益于不同的应用。例如，关于图9-11所描述的实施例可以提供对抗虚假唤醒的较低程度的保护，但可以是最廉价的解决方案，并且可以提供对抗噪声的鲁棒性保护。在此类实施方式中，可以使用静电屏蔽天线以有助于区分杂散电容与RFID设备。关于图3-6所描述的实施例可以对噪声和虚假唤醒这两者有非常好的鲁棒性，但是与关于图9-11所描述的实施例相比更加复杂和昂贵。相应地，取决于应用的约束，不同的实施例可能对于在不同的应用中使用而言或多或少是理想的。
现在参考图12，示出根据例示性实施例的、可以使用RFID检测系统实施的过程1200的流程图。过程1200包括将RFID检测系统保持在低功率模式中(1205)。在低功率模式中，RFID检测系统可配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信。RFID检测系统可以包括振荡电路。可以监视振荡电路的信号的一个或多个参数(1210)。可以将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较(1215)。基于该比较，可以确定是否将RFID检测系统从低功率模转换为主动通信模式(1220)。在主动通信模式中，RFID检测系统可配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。
现在参考图13，示出根据例示性实施例的、可以使用RFID检测系统实施的另一个过程1300的流程图。过程1300包括跨某频率范围扫描检测电路的工作频率(1305)。检测电路配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在。RFID设备具有谐振频率。该频率范围包括一个或多个一个或多个RFID设备的谐振频率。该扫描在扫描频率上实施。可以监视检测电路中的电压信号，以确定该电压信号是否包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量(1310)。当确定该电压信号包括具有近似为扫描频率两倍的频率的信号分量时，可以将RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式(1315)。
如各个例示性实施例中所示的系统和方法的构造和布置仅仅是示例性的。虽然在本公开中仅仅详细地描述了几个实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的尺寸、维度、结构、形状和比例，参数的值，安装布置，材料的使用，颜色，定向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其它方式改变，并且可以改变或更改离散元件或位置的性质或数量。因此，所有这类修改旨在被包括在本公开的范围之内。根据替代性实施例，可改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在例示性实施例的设计、操作条件和布置方面可以进行其它替换、修改、改变和省略而不脱离本公开的范围。
本公开设想用于实现各种操作的方法、系统和在任何机器可读介质上的程序产品。本公开的实施例可使用现有的计算机处理器来实现，或者通过出于该目的或其它目的并入的、适于适当系统的专用计算机处理器来实现，或通过硬连线系统来实现。在本公开范围内的实施例包括程序产品，其包括用于携载或具有存储于其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质(例如，有形的和/或非暂时性的)。这种机器可读介质可以是任何可用的介质，其可由通用或专用的计算机或具有处理器的其它机器访问。通过示例的方式，这种机器可读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、闪存、或可用于以机器可执行指令或数据结构的形式携载或存储所期望的程序代码并且其可由通用或专用的计算机或具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。以上各项的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括下述指令和数据，其使通用计算机、专用计算机或专用处理机器实施特定的功能或功能组。
虽然附图可示出方法步骤的具体次序，但是步骤的次序可不同于所描绘的次序。此外，两个或更多步骤可以同时或部分同时进行。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及取决于设计者的选择。所有这类变化都在本公开的范围之内。同样地，可用标准编程技术来完成软件实施方式，上述标准编程技术具有基于规则的逻辑和其它逻辑来完成各种不同的连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。

Claims (40)

1.一种RFID检测系统，包括：
检测电路，其配置为检测在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在，其中所述检测电路包括振荡电路，并且其中所述检测电路配置为：
将所述RFID检测系统保持在低功率模式中，在所述低功率模式中所述RFID检测系统配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信；
监视所述振荡电路的信号的一个或多个参数；
将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较；以及
基于所述比较，确定是否将所述RFID检测系统从所述低功率模式转换为主动通信模式，在所述主动通信模式中所述RFID检测系统配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。
2.如权利要求1所述的RFID检测系统，其中：
所述振荡电路具有工作频率并且包括具有被调谐为高于所述工作频率的谐振频率的感测天线，
所述一个或多个所监视的参数包括所述振荡电路的电压，
将所述一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较包括检测所述振荡电路的所述电压的减小，其中所述电压的减小指示在所述RFID检测系统附近的RFID设备的存在，并且
当检测到所述电压的减小时，所述检测电路配置为将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
3.如权利要求1所述的RFID检测系统，其中所述一个或多个所监视的参数包括所述检测电路中的电压信号的一个或多个信号分量的一个或多个频率。
4.如权利要求3所述的RFID检测系统，其中所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且其中所述检测电路配置为：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，其中所述扫描在扫描频率上实施；
监视所述检测电路中的所述电压信号，以确定所述电压信号是否包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量；以及
当确定所述电压信号包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量时，将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
5.如权利要求4所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为基于具有所述近似为所述扫描频率两倍的频率的所述信号分量的幅度来估计所述RFID检测系统与所述一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
6.如权利要求3所述的RFID检测系统，其中所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且其中所述检测电路配置为：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，其中所述扫描在扫描频率上实施；
识别所述检测电路中的所述电压信号的、具有近似等于所述扫描频率的频率的分量；
确定所述电压信号的、具有所述近似等于所述扫描频率的频率的所述分量的振幅；
将所确定的振幅与参考电压电平相比较；以及
当所述振幅大于所述参考电压电平时，将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
7.如权利要求3所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，并且其中所述检测电路配置为使得在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起所述电压信号在所述一个或多个RFID设备的谐振频率附近的实质性改变，并且使得除所述一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起所述电压信号跨所述频率范围的改变。
8.如权利要求1所述的RFID检测系统，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
9.一种RFID检测系统，包括：
振荡电路，其具有工作频率，所述振荡电路包括具有被调谐为高于所述工作频率的谐振频率的感测天线；以及
检测电路，其配置为监视所述振荡电路的电压，其中所述电压的减小指示在所述RFID检测系统附近的RFID设备的存在，并且其中当所述电压减小时，所述检测电路配置为将所述RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
10.如权利要求9所述的RFID检测系统，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
11.如权利要求9所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为当所述振荡电路的所述电压增大时感测在所述RFID检测系统附近的杂散电容源。
12.如权利要求9所述的RFID检测系统，其中所述振荡电路包括晶体锁定的振荡器。
13.一种方法，包括：
将RFID检测系统保持在低功率模式中，在所述低功率模式中所述RFID检测系统配置为不主动尝试与附近的RFID设备进行通信，其中所述RFID检测系统包括振荡电路；
监视所述振荡电路的信号的一个或多个参数；
将一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较；以及
基于所述比较，确定是否将所述RFID检测系统从所述低功率模式转换为主动通信模式，在所述主动通信模式中所述RFID检测系统配置为主动尝试与附近的RFID设备进行通信。
14.如权利要求13所述的方法，其中：
所述振荡电路具有工作频率并且包括具有被调谐为高于所述工作频率的谐振频率的感测天线，
所述一个或多个所监视的参数包括所述振荡电路的电压，
将所述一个或多个所监视的参数与一个或多个参考参数相比较包括检测所述振荡电路的所述电压的减小，所述电压的减小指示在所述RFID检测系统附近的RFID设备的存在，并且
其中所述方法进一步包括：当检测到所述电压的减小时，将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个所监视的参数包括所述检测电路中的电压信号的一个或多个信号分量的一个或多个频率。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且其中所述方法进一步包括：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，其中所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，并且其中所述扫描在扫描频率上实施；
监视所述检测电路中的所述电压信号，以确定所述电压信号是否包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量；以及
当确定所述电压信号包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量时，将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括基于具有所述近似为所述扫描频率两倍的频率的所述信号分量的幅度来估计所述RFID检测系统与所述一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，并且其中所述方法进一步包括：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，其中所述扫描在扫描频率上实施；
识别所述检测电路中的所述电压信号的、具有近似等于所述扫描频率的频率的分量；
确定所述电压信号的、具有所述近似等于所述扫描频率的频率的所述分量的振幅；
将所确定的振幅与参考电压电平相比较；以及
当所述振幅大于所述参考电压电平时，将所述RFID检测系统从所述低功率模式切换到所述主动通信模式。
19.如权利要求15所述的方法，进一步包括跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，并且其中所述检测电路配置为使得在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起所述电压信号在所述一个或多个RFID设备的谐振频率附近的实质性改变，并且使得除所述一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起所述电压信号跨所述频率范围的改变。
20.如权利要求13所述的方法，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
21.一种RFID检测系统，包括：
检测电路，其配置为检测在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在，所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，其中所述检测电路配置为：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，其中所述扫描在扫描频率上实施；
监视所述检测电路中的电压信号，以确定所述电压信号是否包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量；以及
当确定所述电压信号包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量时，将所述RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
22.如权利要求21所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为基于具有所述近似为所述扫描频率两倍的频率的所述信号分量的幅度来估计所述RFID检测系统与所述一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
23.如权利要求21所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为使得在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起所述电压信号在近似为所述扫描频率两倍的频率上的改变，并且使得除所述一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起所述电压信号跨所述频率范围的改变。
24.如权利要求21所述的RFID检测系统，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
25.如权利要求21所述的RFID检测系统，其中所述RFID检测系统配置为嵌入在锁定设备中并且用于当所述RFID检测系统处于所述主动通信模式中时基于从在所述RFID检测系统附近的所述一个或多个RFID设备所接收的一个或多个信号来解锁所述锁定设备。
26.如权利要求25所述的RFID检测系统，其中所述锁定设备包括挂锁。
27.如权利要求21所述的RFID检测系统，进一步包括微处理器，所述微处理器配置为接收所述检测电路的输出并且基于所述输出将所述RFID检测系统设置为所述低功率模式和所述主动通信模式之一。
28.一种方法，包括：
跨某频率范围扫描检测电路的工作频率，其中所述检测电路配置为检测在RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在，其中所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，其中所述频率范围包括所述一个或多个一个或多个RFID设备的所述谐振频率，并且其中所述扫描在扫描频率上实施；
监视所述检测电路中的电压信号，以确定所述电压信号是否包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量；以及
当确定所述电压信号包括具有近似为所述扫描频率两倍的频率的信号分量时，将所述RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括基于具有所述近似为所述扫描频率两倍的频率的所述信号分量的幅度来估计所述RFID检测系统与所述一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述检测电路配置为使得在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起所述电压信号在近似为所述扫描频率两倍的频率上的改变，并且使得除所述一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起所述电压信号跨所述频率范围的改变。
31.如权利要求28所述的方法，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
32.如权利要求28所述的方法，其中所述RFID检测系统配置为嵌入在锁定设备中，并且其中所述方法进一步包括当所述RFID检测系统处于所述主动通信模式中时，基于从在所述RFID检测系统附近的所述一个或多个RFID设备所接收的一个或多个信号来解锁所述锁定设备。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述锁定设备包括挂锁。
34.如权利要求28所述的方法，进一步包括将所述检测电路的输出传送到微处理器，所述微处理器配置为基于所述输出将所述RFID检测系统设置为所述低功率模式和所述主动通信模式之一。
35.一种RFID检测系统，包括：
检测电路，其配置为检测在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在，所述一个或多个RFID设备具有谐振频率，其中所述检测电路配置为：
跨某频率范围扫描所述检测电路的工作频率，所述频率范围包括所述一个或多个RFID设备的所述谐振频率，其中所述扫描在扫描频率上实施；
识别所述检测电路中的电压信号的、具有近似等于所述扫描频率的频率的分量；
确定所述电压信号的、具有所述近似等于所述扫描频率的频率的所述分量的振幅；
将所确定的振幅与参考电压电平相比较；以及
当所述振幅大于所述参考电压电平时，将所述RFID检测系统从低功率模式切换到主动通信模式。
36.如权利要求35所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为基于具有所述近似等于所述扫描频率的频率的所述信号分量的幅度来估计所述RFID检测系统与所述一个或多个RFID设备中的一个之间的相对距离。
37.如权利要求35所述的RFID检测系统，其中所述检测电路配置为使得在所述RFID检测系统附近的一个或多个RFID设备的存在引起所述电压信号在所述近似等于所述扫描频率的频率上的改变，并且使得除所述一个或多个RFID设备之外的一个或多个物体引起所述电压信号跨所述频率范围的改变。
38.如权利要求35所述的RFID检测系统，其中在低功率休眠模式中，所述检测电路从所述RFID检测系统的能量存储设备中汲取在1μA与25μA之间的电流。
39.如权利要求35所述的RFID检测系统，其中所述RFID检测系统配置为嵌入在锁定设备中，并且用于当所述RFID检测系统处于所述主动通信模式中时基于从在所述RFID检测系统附近的所述一个或多个RFID设备所接收的一个或多个信号来解锁所述锁定设备。
40.如权利要求39所述的RFID检测系统，其中所述锁定设备包括挂锁。
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