CN105680145A - 标签装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用用于天线的印刷电路板(PCB)的接地板的装置和系统。在一个实施例中，该装置可以是一种标签，其包括形成有壳体腔的壳体；位于壳体腔中的印刷电路板，其中所述印刷电路板包括形成天线的接地板和可操作地耦合到所述天线的第一电路。

Description

标签装置和系统
相关申请的交叉参考
本申请要求2014年12月8日提交的美国专利申请序列号14/563,736的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
背景技术
在实际应用中，标签必须被设计成容纳预定的外形。但是，外形的要求可能会导致显著的设计挑战。例如，一个标签(如，安全标签)通常必须具有小的尺寸。如果标签是包括诸如超高频(UHF)RFID嵌体，面临的挑战就增加了。传统的超高频RFID嵌体包括RFID天线以及RFID芯片。然而，标准的RFID天线对某些标签可能太大，并且较小的天线可能无法满足性能要求。例如，如果标签的部件过于紧凑，性能将受到损害。当标签是电池供电的硬标签并且包括附加的电子元件时，这尤其有问题。
发明内容
本发明涉及一种装置(即，标签)和物品标签系统。在一个实施例中，该装置可以是标签，其包括形成壳体腔的壳体，在壳体腔中的印刷电路板(PCB)。PCB包括接地板，所述接地板形成天线；并且RFID电路可操作地耦合到所述天线；其中，所述天线被配置成与RFID读取器通信。
在另一个实施例中，该装置可以是一种标签，包括：形成壳体腔的壳体；在壳体腔中的印刷电路板，所述印刷电路板包括接地板(agroundplane)，所述接地板形成天线；并且第一电路可操作地耦合到所述天线。
本发明的系统可以包括一种标签，其包括形成有壳体腔的壳体；位于所述壳体腔内的印刷电路板，所述印刷电路板包括接地板，并且所述接地板形成天线；可操作地耦合到所述天线的电路；和被配置与标签进行通信的收发机。
通过以下提供的详细描述，关于本装置和系统的适用性的其他方面将变得显而易见。应当理解，详细描述和特定示例尽管阐明了装置和系统的优选实施例，但是其旨在仅供说明，而并非旨在限制装置和系统的范围。
附图的简单说明
根据详细的描述和附图，将更充分地理解本发明的装置和系统，其中：
图1是现有技术的标签。
图2是根据本发明的一个实施例的标签和读取器系统。
图3是根据本发明的一个实施例的标签。
图4是根据本发明的一个实施例的印刷电路板。
图5是根据本发明的一个实施方式的印刷电路板的示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的印刷电路板的一部分的剖视图。
图7是根据本发明的一个实施例的标签，该标签包括报警模块和锁定机构。
具体实施方式
优选实施例的以下描述在本质上仅仅是示范性的，并非旨在限制装置或系统、其应用或用途。
根据本发明的装置和系统的原理的说明性实施例的描述意在结合附图进行理解，附图被认为是整个书面说明的一部分。在此公开的装置和系统的示例性实施例的描述中，任何提及方向或取向仅意欲为了描述的方便，并不旨在以任何方式限制本装置或系统的范围。相对术语如“下”，“上”，“水平”，“垂直”，“上面”，“下面”，“向上”，“向下”，“左”，“右”，“顶”，“底“，”前“和”后“以及它们的衍生词(例如，“水平地”，“向下地”，“向上地”等)应被解释为指的是在所讨论的附图中所描述或显示的取向。这些相对的术语仅是为了方便描述，并且不要求该装置在特定的方向被构造或操作，除非明确指明如此。术语如“附接”，“贴附”，“连接”，“耦合”，“互联”，“固定”和类似指代的关系，其中结构通过中间结构以及可移动或刚性的附接或关系，被彼此直接或间接地固定或连接，除非另有明确说明。此外，装置及系统的特征和益处通过参照在此说明的示例性实施例进行描述。因此，该装置和系统明确地不应当限于这样的示例性实施例中，即使被指示为优选。本文的讨论描述和说明了一些可能单独存在的特征的非限制性组合，或者其他特征组合。该装置和系统的范围由所附的权利要求限定。
图2示出了根据该装置的一个实施例的系统11的标签10和读出器20。标签10由附接机构400附接到零售物品16。附接机构400包括缆线403(参照图3)。在替代实施例中，附接机构400可以是能够将标签10附接到物品16的任何类型的机构，包括但不限于：销和滚珠离合器(ballclutch)机构、磁体、扣、钩和粘合剂。
图1示出了现有技术的安全标签500的内部，具体而言，是关卡系统股份有限公司的分部高级失窃解决方案所提供的3-报警标签500包括壳体510、电源549、电子物品监视(EAS)天线512、缆线540、印刷电路板(PCB)520以及警报器511。如果缆线540被破坏，标签500可以发出报警声511。此外，EAS天线512可以激活在安全门处的EAS报警。所述EAS天线512是射频(RF)天线，其调谐到大约8.2兆赫的频率范围。在EAS天线512可以从EAS发射机接收EAS询问信号，并可以通过发送EAS响应信号至EAS接收器进行响应，从而当标签500接近安全门出口处时，引起安全门报警。如在图1中可以看出，现有技术的标签500的组件占据壳体100内的显著空间，使得其将难以为标签500添加进一步功能。
现在参考图3，示出根据所述装置的一个实施例的新标签10。在本实施例中，PCB200延伸到壳体100的底部108。如图4和5所示，示例性实施例的该延伸PCB200用于从PCB200的接地板210形成RFID天线220，从而在没有显著改变标签10的形状和尺寸的情况下，增加标签10新的功能。在下面将更详细地讨论示例性实施例的标签10以及其他的实施例。
图2的标签10包括射频识别(RFID)功能。RFID读取器20可将信号发送到标签10，标签10能够向读取器20响应一个信号，该信号包括识别标签10和/或零售物品16的信息。因此，标签10具有接收和传输识别信息的功能。RFID读取器20可以是能够将信号发送到RFID标签和从RFID标签接收信号的任何装置。然而，该装置并不限于RFID系统。在替代实施例中，标签10可以与不使用RFID功能的收发器20通信。
在一个实施例中，标签10使用无源RFID技术，并使用调制背散射技术产生标签10的RFID响应信号。因此，标签10可以将从RFID读取器20的信号接收的能量转化为电能，其可提供电力给标签的集成电路(IC)300。然后，标签10能够将存储在集成电路300的数据发送到RFID读取器20。在其他实施例中，该装置和系统可以利用替代的RFID技术，如半无源和有源RFID，其利用电池的电力，以增加读取距离(该标签10可检测的距离)。
图3提供了标签10的一个实施例的壳体100的内部视图。标签10包括壳体100，所述壳体形成有壳体腔101。壳体腔101可以是由壳体形成的任何未填充的空间。印刷电路板200在腔101中。图3示出在PCB200的第一表面207。电路板200朝向壳体100的底部108进一步延伸。如将在图4-7所示的，延伸的电路板200允许天线200从PCB200的接地板210完全地(或部分地)形成。天线220可以是RFID天线或能够发送和/或接收电磁波的任何其他类型的天线。
在示例性实施方式中，PCB200具有从铜片蚀刻并层压到非导电衬底的导电轨迹。在其他实施例中，PCB200可以是任何基本上是平面的板，其可提供机械支撑和电连接电子组件，包括印刷电路板，蚀刻布线板和印刷电路组件。在图6中将进一步讨论PCB200。
示例性实施例还包括电源449，报警模块411和声音警报器445。在本实施例中，声音警报器445和电源449都靠近壳体100的顶部106。电源449可以是电池或电能的任何其他来源。报警模块411被配置成当附接机构400的完整性受到损害时报警。报警模块411可以由电源449供电。在此示例性实施例中，报警是声音的，并由声音警报器445提供。在可替换的实施例中，警报可以是任何类型的人可感知的警报，包括视觉指示(例如，闪烁的光)或振动。关于报警模块411在图7中会进行更详细地讨论。
图3的示例性实施例还包括缆线403，缆线403形成附接机构400的一部分。缆线403的第一端403a被连接到标签10的壳体100。缆线403包括电导体422，其延伸通过缆线403并且电连接到报警模块411。缆线403的第二端403b(图7中示出)被配置成接合在锁定通道438中的锁定机构431。关于图7，将更详细地说明附接机构400和锁定机构431的操作。在其他实施例中，附接机构400可以是能够连接标签10到物品16的任何类型的机构(图2)，包括但不限于：销和滚珠离合器机构、磁体、扣、钩和粘合剂。
现在参考图4，提供了印刷电路板200的第二表面208的视图。从该视图可以看出在PCB200的接地板210。在此示例性实施例中，接地板210可以是在PCB200上的一个大面积的箔(例如，铜箔)，其连接到电源接地端，作为电流从PCB200上的不同电气元件的返回路径。在其他实施例上，接地板210可以是作为电流的共同返回路径的任何平面，包括导电材料。
该PCB200具有第一侧201和第二侧202。在此示例性实施例中，接地板210被蚀刻以在PCB200的第二平面208的第一侧201上形成RFID超高频(UHF)天线220。然而，在其他实施例中，在标签10可在足以进行通信的任何频率下工作。
该示例性实施例的RFID天线220包括远场天线224和近场环形天线226。如图4中所示，近场环形天线226可包括连接片227，使环形天线226可操作地耦合到RFID集成电路(IC)300。如图5所示，近场环形天线226包括(a)大致彼此平行的两个侧部230，和(b)大致彼此平行并垂直于侧部230的两腿部231。连接片227位于两腿部231处。在其他实施例中，近场环形天线226和/或远场天线244可以采用能够发送和接收信号的不同形状，例如包括锯齿或正弦波形的图案。在其他实施例中，天线220可以是高频(HF)天线，或任何其他类型的天线，诸如单极天线、折叠偶极天线、螺旋天线，反射器天线、蝴蝶结天线或缝隙天线。
在此示例性实施例中，接地板210被刻蚀有矩形开口222，用于调谐该标签频率。该图4中所示的实施例的天线220被配置为与RFID读取器20通信。在其他实施例中，天线220可被配置成与电磁波的任何发射机或接收机通信，诸如收音机、信标、手机或蓝牙功能的装置。
在此示例性实施例中，标签10是RFID标签。在其他实施例中，标签10可以是双RFID-EAS标签，其中，标签10具有RFID和EAS两个功能。在其他实施例中，天线220可以是既非RFID也非EAS天线，而是执行其他类型的功能。
图5示出根据示例性实施例的印刷电路板200的第二表面208的示意图。天线220可操作地耦合到RFID电路300。在此示例性实施例中，RFID电路是RFID集成电路300。集成电路300可以是用于执行RFID功能的微电子半导体器件。IC300可操作地耦合到近场环形天线226可以由IC300与近场环形天线226的连接片227的电气耦合来实现。这样耦合可以利用连接到该集成电路300触点的导电凸缘，以形成桥接在近场环形天线226中的间隙的片带(chipstrap)。作为非限制性例子，参见美国专利第6940408号(Ferguson,等)；美国专利第6665193号(Chung，等)；美国专利第6181287号(Beigel)；和美国专利第6100804号(Brady，等)，以及美国专利第7646305号(Cote，等)，所有这些专利都通过引用并入本文。在其他实施例中，IC300和近场环形天线226的可操作耦合可以通过任何足以使该集成电路300和近场环形天线226进行数据通信的方式来实现。在其他实施例中，电路300可操作地耦合至天线220可以是不同类型的电子电路，包括非RFID电路。
在一个实施例中，标签10可以是半无源或有源操作的RFID标签。在这样的实施例中，天线220可操作地耦合到电源449(示于图3)。电源449可以连接到集成电路300的VDD端子。该连接可以通过PCB200上的轨迹实现。在其他的实施例中，天线220可通过电线或其他足够将电能传输到天线220的导体可操作地耦合至电源449。在其他实施例中，标签10可以在RFID无源模式下运行。在其他实施例中，可操作地耦合至天线220的电路300可以是非RFID电路，其可以是可操作地耦合到电源449或者不是。
在图5的实施例中，PCB200包括相对的和不重叠的第一和第二侧面201，202。在该实施例中，天线220位于PCB200的第一侧201，并且报警电路459位于PCB200的第二侧202。此外，集成电路300大致位于天线220和报警电路459之间。在替换实施例中，天线220、集成电路300和报警电路459可以位于PCB200的任一侧或部分。参见图7将对报警电路459进行更详细地讨论。
图6显示了示例性实施方式的印刷电路板200的一部分的剖视图。PCB200可以包括第一表面207和第二表面208。PCB200可以进一步包括被电介质205隔离的顶部导电层206和接地板210。焊料掩模204覆盖顶部导电层206和接地板210两者，该焊料掩模204是薄的聚合物层，以防止氧化和在紧密间隔的焊片(solderpads)之间形成焊桥(solderbridges)。在PCB200还包括通孔。在PCB200需要接地的电气组件可以通过通孔203直接地接通到接地板210。
在其他实施方式中，PCB200可包括附加的导电层和电介质，焊料掩模204可以从PCB200的任一表面207，208省略。此外，可以省略通孔203。在其他实施例中，PCB200可以是任何基本上是平面的板，可提供机械支撑和电连接电子组件，包括印刷电路板、蚀刻布线板和印刷电路组件。
现在参考图7，根据一个实施例示出标签10的报警模块411和锁定机构431。标签10包括壳体100，该壳体100形成有壳体腔101。印刷电路板200在壳体腔101内。标签10还包括配置成使标签10与物品16附接和分离的附接机构400。附接机构400包括具有第一端403a和第二端403b的缆线403。在其他实施例中，附接机构400可以包括能够附着标签10到物品16的任何类型的机构，包括但不限于：销和滚珠离合器机构、磁体、扣、钩和粘合剂。
在此示例性实施例中，附接机构400还包括安装在壳体100中的锁定机构431。锁定机构431使得附接机构400的一部分锁定标签10的壳体100和从其解锁。在示例性实施例中，锁定机构431包括弹簧偏压金属尖齿431。尖齿431能够从材料的平弹簧金属条433被工艺切口，以向外延伸到锁定通道438内。缆线403的第二端部403b被连接到细长插件427。细长插件427包括锁定肩428。当缆线403的细长插件427进入锁定通道438，以处于锁定位置时，尖齿431的远端接合所述插件427的锁定肩428，以防止插件427从锁定通道438移除。因此，缆线403的第二端部403b被锁定机构431固定到壳体100。
在此示例性实施例中，为了解锁锁定机构431，磁性钥匙(未示出)可用于通过将尖齿朝金属条433吸引，将金属尖齿431从它们的图7的锁定位置移动到解锁位置。当尖齿431移动到解锁位置时，插件427的锁定肩428不再阻碍，使得插件427可从锁定通道438移除，缆线403的第二端部403b不再通过锁定机构431固定到壳体100。然而，装置和系统并不限定于示例性实施方式的锁定机构431。在替代实施例中，锁定机构431可以包括足以使附接机构400的一部分与标签10锁定和解锁的任何机构。在其他实施例中，锁定机构431可以从标签10省略。
该示例性实施方式的标签10还包括报警模块411，其可操作地耦合到附接机构400。报警模块411被配置成当附接机构400的完整性受到损害时报警。在示例性实施例中，如果缆线403被切断或缆线403的端部之一被强行从壳体100移除或从PCB200断开，附接机构400的完整性将受到损害。这样的事件会中断在报警电路459中的电流，从而触发报警模块411报警。在其他实施例中，当销被移除，连接器被切断或附接机构400的任何部分被破坏时，附接机构400的完整性可以被认为受损。
在图7的此示例性实施例中，报警模块411包括报警电路459，报警电路459被安装在PCB200上。电导体422延伸穿过缆线403并且由电介质423包围。缆线403与连接器425终止于第一端部403a处。在缆线403的第一端403a处，电导体426将缆线403的电导体422与报警电路459相连。
缆线403的电导体422通过安装在缆线403的第二端403b的金属端子439在缆线403的第二端403b处电连接到报警电路459。金属端子439接合电连接到报警电路459的弹簧触点440。
此外，柱塞开关444位于壳体100中，并且被配置成当缆线403的第二端部403b被锁定到壳体100时，被缆线403的第二端403b压缩。压缩柱塞开关444使报警模块411激活。报警模块411还可以包括声音警报器445。当报警模块411被激活时，声音警报器445可以在附接机构400的完整性受到损害时被致动。声音警报器445可以配置成在其他情况下被致动，例如当EAS元件在壳体100中并且接近EAS门。此外，报警模块411可以包括任何类型的警报或可使人警觉的方式，包括视觉指示器(例如，闪烁的光)或振动。
如上所述，本公开内所描述的所述装置和系统不限于所示例的报警模块411。在其他实施例中，报警模块411可以使用各种导体机构，以确保电流通过缆线403并接通报警电路459。元件，如柱塞开关444可以省略。在美国专利公开2013/0098122和2006/0170550中讨论了用于配置标签10的附接机构400、报警模块411和锁定机构431的其他方法，其中的全部内容通过引用结合于此。另外，附接机构400、报警模块411和/或锁定机构431可以省略。
虽然关于包括实施所述装置和系统的优选实施方式的具体实施例进行了描述，本领域的技术人员将理解，以上所描述的系统和技术存在许多变化和排列组合。但是应该理解的是，在不脱离本装置和系统的范围情况下，其他实施例可以被利用，并且可以进行结构和功能修改。因此，所述装置和系统的精神和范围应由所附的权利要求宽泛地解释。

Claims (20)

1.一种标签，包括：
壳体，其形成有壳体腔；
印刷电路板，其定位在所述壳体腔中，所述印刷电路板包括：天线；和
集成电路，其可操作地耦合到所述天线；
其中所述天线(a)从所述印刷电路板的接地板形成，并且(b)被配置成与RFID读取器通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集成电路是RFID电路，所述天线包括近场环形天线，所述近场环形天线包括连接片，所述连接片被配置成可操作地将所述近场环形天线耦合至所述RFID电路。
3.根据权利要求2所述的标签，其特征在于，所述近场环形天线包括(a)大致彼此平行的两个侧部和(b)大致彼此平行并垂直于所述侧部的两个腿部，所述连接片位于所述两个腿部处。
4.根据权利要求1所述的标签，其特征在于，所述印刷电路板包括相对的和不重叠的第一和第二侧面，所述天线位于所述印刷电路板的第一侧，第二电路位于所述印刷电路板的第二侧。
5.根据权利要求1所述的标签，其特征在于，所述RFID电路大致位于所述天线和所述第二电路之间。
6.根据权利要求1所述的标签，其特征在于，所述电源位于所述腔中，且其中所述天线被可操作地耦合到所述电源。
7.一种标签，包括：
壳体，其形成有壳体腔；
印刷电路板，其定位在所述壳体腔中，其中所述印刷电路板包括形成天线的接地板；以及
第一电路，其可操作地耦合到所述天线。
8.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，所述第一电路是RFID集成电路。
9.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，所述天线被配置成与收发机进行通信。
10.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，所述天线是超高频天线。
11.根据权利要求10所述的标签，其特征在于，所述天线包括(a)大致彼此平行的两个侧部，和(b)大致彼此平行并垂直于所述侧部的两个腿部。
12.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，所述印刷电路板包括相对的和不重叠的第一和第二侧，所述天线位于所述印刷电路板的第一侧，第二电路位于所述印刷电路板的第二侧。
13.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，电源位于所述腔中，所述天线被可操作地耦合到所述电源。
14.根据权利要求7所述的标签，其特征在于，所述标签进一步包括附接机构，所述附接机构被配置为将所述标签连接到物品和从所述物品分离。
15.根据权利要求14所述的标签，其特征在于，所述标签进一步包括报警模块，所述报警模块可操作地连接到所述附接机构，所述报警模块包括位于所述印刷电路板上的报警电路，所述报警模块被配置为当所述附接机构的完整性受到损害时报警。
16.根据权利要求15所述的标签，其特征在于，所述附接机构还包括锁定机构和具有第一端和第二端的缆线，所述锁定机构位于所述壳体中并具有第一端和第二端，所述缆线的第一端连接至所述壳体，所述缆线的第二端配置为接合所述锁定机构，所述锁定机构配置成在锁定位置和解锁位置之间移动，以使所述缆线的第二端锁定至所述壳体和从所述壳体解锁。
17.根据权利要求16所述的标签，其特征在于：
电导体(a)延伸通过所述缆线，(b)在所述缆线的第一端处电连接到所述报警电路，以及(c)通过安装在所述缆线的第二端上的金属端子，在所述缆线的第二端处电连接到所述报警电路；和
所述金属端子接合弹簧触头，所述弹簧触头电连接至所述报警电路。
18.根据权利要求17所述的标签，其特征在于：
所述缆线的第二端连接到细长插件，所述缆线的第二端被配置成由所述插件接合所述锁定机构；和
柱塞开关位于所述壳体中并且被配置成当所述缆线的第二端被锁定到所述壳体时，由所述细长插件压缩，所述柱塞开关的压缩启动所述报警模块。
19.一种系统，包括：
标签，所述标签包括：
壳体，其形成有壳体腔；
印刷电路板，其定位在所述壳体腔中，所述印刷电路板包括：天线；和
电路，其可操作地耦合到所述天线；和
收发器，其被配置成与所述标签通信。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述电路是RFID集成电路，所述天线是超高频天线，所述收发器是RFID读取器。
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