CN111788581B - 使多种形式rfid技术交互以提供附加信息、安全性和性能的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种组合了多于一种的RFID技术以向RFID标签提供操作益处和新应用的设备和方法。RFID标签包括UHF和/或HF标签功能，这些功能位于单个芯片中或分别位于两个芯片中，其中在这两个芯片之间的连接允许信息交换。然后，可以在零售环境中使用这些RFID标签，以辅助营销、库存控制和/或EAS操作。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月28日提交的美国临时实用新型专利申请号为62/611,397的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本发明总体上涉及一种组合了多于一种的射频识别(“RFID”)技术以向RFID标签提供操作益处和新应用的设备和方法。具体地，RFID标签包括超高频(“UHF”)和/或高频(“HF”)标签功能，这些功能位于单个芯片中或分别位于两个芯片中，其中这两个芯片之间的连接允许信息交换。然后，可以在零售环境中使用这些RFID标签，以辅助营销、库存控制和/或电子物品监视(“EAS”)操作。
尽管也能够使用其他RFID技术，但是本公开内容集中于HF(在13.56MHz下操作)和UHF技术(在包括欧洲的865-868MHz和美国的902-928MHz在内的全球各个频带下操作)。因此，本说明书对此进行了具体说明。然而，应当理解，本发明主题的各方面也同样适用于其他类似的应用。
RFID是使用电磁能(“EM能量”)来刺激响应装置(称为RFID“标签”或应答器)以识别其自身并且在某些情况下以提供另外存储的数据。RFID标签通常包括常常被称为“芯片”的半导体装置，在所述芯片上形成存储器和操作电路，该存储器和操作电路连接到天线。通常，RFID标签用作应答器，以响应于从读取器(也称为询问器)接收到的射频(“RF”)询问信号来提供存储在芯片存储器中的信息。在无源RFID装置的情况下，询问信号的能量还提供了操作RFID装置所需的能量。
RFID标签可以被结合到或附接到待被追踪的物品。在某些情况下，标签可以利用粘合剂、胶带或其他手段附接到物品的外部，而在其他情况下，标签可以插入物品内，诸如被包含在包装中、位于物品的容器内或被缝在衣服上。RFID标签利用唯一的识别号制造，该识别号通常是几个字节的简单序列号，并附有校验位。该识别号在制造过程中被结合到标签中。用户不能更改此序列号/标识号，并且制造商保证每个序列号只能使用一次。这样的只读RFID标签通常被永久地附接到待被追踪的物品，并且一旦被附上，则标签的序列号与其在计算机数据库中的宿主物品相关联。
当前，在移动电话中实施的唯一RFID技术是紧邻的HF、13.56MHz频带标签的读取器。然而，零售商和其他业务部门(诸如医疗保健)正在将UHF技术用于库存控制和EAS功能，因为其更廉价并且传输距离更长。因此，需要允许这两种技术被桥接或组合的装置。
本发明公开了一种组合了多于一个的RFID技术以向RFID标签提供操作益处和新应用的设备和方法。RFID标签包括UHF标签功能和/或HF标签功能，这些功能位于单个芯片中或者分别位于两个芯片中，其中这两个芯片之间的连接允许信息交换。然后，可以在零售环境中使用这些RFID标签，以辅助营销、库存控制和/或EAS操作。
发明内容
下面给出简化的概述，以便提供对所公开的发明创造的一些方面的基本理解。该概述不是详尽的概述，并且不旨在标识关键/重要元素或描绘其范围。其唯一目的是以简化的形式提出一些概念，作为稍后提出的更详细描述的前序。
本文公开和要求保护的主题在其一个方面包括附接到移动电话的双模式RFID标签，其中，RFID标签包括近场通信(“NFC”)增强器，该NFC增强器使用具有共享存储器块的NFC和UHF标签功能。RFID标签能够与移动电话中的NFC收发器进行通信，并且UHF标签能够与可以附接到移动电话上的UHF读取器系统在相对较长的范围内进行通信。
在另一个实施例中，双模式RFID标签被附接到产品或保持该产品的结构上。顾客然后能够利用移动电话或以允许访问网站或其他产品信息的其他配备NFC的移动装置来读取RFID标签的NFC部分。NFC功能还能够经由共享存储器与UHF系统进行交互。
另外，双模式技术能够应用于RFID标签，其中RFID标签既包括HF场发射器和UHF读取器。因此，HF场的存在可以提供能量以增加UHF标签的范围，或者其能够仅在其共享存储器中设置指示该场存在的标志。
为了实现前述和相关目的，本文结合以下描述和附图描述了所公开的发明创造的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用本文所公开的原理的各种方式中的几种方式，并且旨在包括所有这些方面及其等同物。根据结合附图考虑的以下详细描述，其他优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据所公开的架构的RFID标签的顶部立体图，该RFID标签附接到移动电话并且具有使用NFC和UHF标签功能的NFC增强器，其中所述NFC和UHF标签功能具有共享存储器块。
图2示出了根据所公开的架构的RFID标签的顶部立体图，该RFID标签附接到物品或显示器并且具有带有共享存储器块的NFC和UHF标签功能。
图3A示出了根据所公开的架构的双模式标签的顶部立体图，该双模式标签包括UHF和HF芯片以及连接到两个芯片的共享存储器部件。
图3B示出了根据所公开的架构的双模式标签的顶部立体图，该双模式标签包括UHF和HF芯片以及位于HF芯片部段中的共享存储器部件。
图3C示出了根据所公开的架构的双模式标签的顶部立体图，该双模式标签包括UHF和HF芯片以及位于UHF芯片部段中的共享存储器部件。
图3D示出了根据所公开的架构的单模式标签的顶部立体图，该单模式标签包括用于连接组合的或分离的UHF和HF天线的公共接口。
图3E示出了根据所公开的架构的单模式标签的顶部立体图，该单模式标签包括用于HF和UHF天线的单独接口。
图4示出了根据所公开的架构的双模式标签的顶部立体图，该双模式标签组合了印刷半导体芯片与晶体硅UHF或HF芯片。
图5示出了根据所公开的架构的双模式芯片的顶部立体图，该双模式芯片包括具有用于晶体硅芯片的连接点的印刷半导体芯片。
图6示出了根据所公开的架构的双模式芯片的顶部立体图，该双模式芯片包括HF场发射器和UHF读取器。
具体实施方式
现在参照附图描述本发明创造，在附图中，类似的附图标记在整个说明书中用于指代相似的元件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对这些描述的透彻理解。然而，可以清楚的是，没有这些具体细节也可以实践本发明创造。在其他示例中，以框图形式示出了公知结构和装置以便于对其进行描述。
本发明公开了一种组合了多于一种的RFID技术以向RFID标签提供操作益处和新应用的方法。RFID标签包括UHF和/或HF标签功能，这些功能位于单个芯片中或分别位于两个芯片中，其中芯片之间的连接允许信息交换。然后，可以在零售环境中使用这些RFID标签，以辅助营销、库存控制和/或EAS操作。
首先参照图1，图1示出了附接到移动电话102或本领域已知的其他合适的NFC装置的RFID标签100。RFID标签100通常是双模式标签，但是也可以是连接到另一个单模式标签的单模式标签。RFID标签100包括利用NFC和UHF标签功能和通信的NFC增强器106以及共享存储器块部件108。具体地，RFID标签100能够与移动电话102或本领域中已知的其他合适装置中的NFC收发器110通信，并且RFID标签100包括HF核心部件112和UHF核心部件114，所述HF核心部件112和UHF核心部件114能够与UHF读取器系统116在相对长的范围内进行通信。RFID标签100直接附接到移动装置上102或本领域已知的其他合适的NFC装置，结合到移动电话机壳中，或附接到在附近供存储移动电话102所在的物品(例如，衣物)上。通常，RFID标签100能够是本领域中已知的任何合适的尺寸、形状和配置，而不影响本发明的整体概念。本领域的普通技术人员将理解，如图1所示的RFID标签100的形状和尺寸仅是出于说明性目的，RFID标签100的许多其他形状和尺寸也在本公开的范围内。尽管RFID标签100的尺寸(即，长度、宽度和高度)是获得良好性能的重要设计参数，然而RFID标签100可以是确保使用期间最佳性能的任何形状或尺寸。
移动电话102能够经由RFID标签100的NFC接口104与RFID标签100进行通信，如果需要，该NFC接口104能够使用涉及密码学和/或本领域中已知的其他合适的安全手段的安全通信。此外，NFC装置(移动装置102)的存储器118的有限且受保护的区域也能够应用于UHF核心部件114。以这种方式，UHF读取器系统116的UHF技术能够经由其NFC接口104以安全和受控的方式与用户的移动电话102(或其他NFC装置)进行交互。
另外，移动装置102(或其他NFC装置)经由其NFC接口104向RFID标签100的NFC增强器106供应相对大量的能量。该能量在整流时足以在扩展范围模式(通常被描述为“半无源”或“电池辅助无源”)下操作RFID标签100的UHF核心部件114，尽管在这种情况下实际上没有电池连接到RFID标签100。当在这种辅助模式下操作RFID标签100时，RFID标签100的UHF核心部件114能够在很大的扩展范围内操作。
在优选实施例中，当来自NFC装置(移动装置102)的NFC收发器110的能量不可用时，例如，当移动装置102处于备用模式时，RFID标签100的UHF核心部件114转换为无源模式。然而，无源模式仍然允许共享存储器块部件108被写入和从共享存储器块部件108进行读取。因此，通过移动装置102写入RFID标签100的UHF核心部件114的数据和从RFID标签100的UHF核心部件114写入的数据可以包括例如但不限于此的随机数，该随机数提供了使用UHF读取器系统116(及其技术)来定位和追踪移动装置102的短期能力。该功能的应用例如可以是允许系统经由WiFi或其他无线手段反馈移动装置102的当前位置，从而辅助室内导航。
写入UHF核心部件114的数据和从UHF核心部件114写入的数据也可以是顾客编号或用户标识(ID)。以这种方式，例如但不限于，商店系统可以将顾客导航到商店中的特定产品，并且响应于所述ID提供优惠券、折扣、信息和/或密码以允许顾客访问商店WiFi，而不必经由NFC进入与同一功能相关联的接近度。此外，该数据能够包括授权，以在将移动电话共定位在一区域(诸如，机场的贵宾室)中时基于所花费的时间或作为用于诸如自行车的设备的租金收取一定量的费用。另外，系统能够将诸如特价商品和令牌之类的东西写入UHF标签，而用户不必使其移动电话登录可能承载恶意活动或其他不安全行为的未知WiFi网络。
还能够提供与如由UHF读取器确定的产品的本地库存有关的数据。例如，共享存储器中的数据包能够是用于查找具有特定大小、颜色、纹理等的特定产品的请求。商店系统中的UHF读取器(其包括该区域的实时库存，或者也能够对区域执行“按需”扫描)将定位客户正在寻找的产品，并将与其位置有关的数据发送到共享存储器，或者，如果找不到产品则主动要求店员将该物品带给顾客。
在如图2所示的另一个实施例中，RFID标签200附接到盒状的或悬置的物品204，或附接到展示台或展示架，或附接到本领域中已知的任何其他合适的区域。RFID标签200通常是双模式标签，但是也可以是连接到另一个单模式标签或与另一单模式标签通信的单模式标签。RFID标签200利用具有共享存储器块部件208的NFC和UHF标签通信功能。具体地，包括HF核心部件212和UHF核心部件214的双模式RFID标签200被附接到产品204或附接到保持该产品的结构。然后，用户可以经由以允许访问网站或其他产品信息的NFC收发器210利用移动电话202或其他配备NFC的移动装置读取RFID标签200的NFC接口部件206。然而，NFC通信功能还能够经由共享存储器块部件208与UHF通信系统进行交互。此外，共享存储器块部件208可以包括单个位或标志，或者当NFC接口部件206向RFID标签200的UHF核心部件214提供能量时包括隐式存储器“位”。因此，以“智能架”或架空相控阵列读取器系统(overheadphased array reader system)的形式集成到商店的基础设施中的UHF读取器系统216能够确定该RFID标签200的NFC功能何时被询问。然后能够使用此信息来监视操作的有效性。
另外，如果移动电话202在共享存储器块部件208中共享“令牌”或本领域已知的其他标识项，则其他功能也是可行的。例如，如果移动电话202将使用每次访问商店时生成的随机数，则商店系统可以确定特定用户与哪些产品进行了交互，而无需收集会给顾客带来隐私问题的信息。此外，经由UHF读取器系统216，可以将商店生成的代码写入共享存储器块部件208中，该共享存储器块部件208可以经由NFC接口206在结账时向该特定用户/顾客出示对链接购买的折扣。此外，如果移动电话202将共享与会员计划相关联的令牌，则还可以经由UHF核心部件214作为到NFC接口206中的数据链路向顾客提供目标报价或折扣，而顾客不必访问商店的WiFi网络。
如上所述，从用户的移动装置202收集的NFC能量能够执行以下功能：从正在读取的产品中激活某种形式的视觉或听觉输出，以在访问信息时增加其吸引力。NFC能量还能够允许对电容器或其他能量存储装置进行充电，使得UHF核心部件214能够在高灵敏度状态下长时间保持其状态，从而使该产品的库存更加容易并且如果试图窃取该产品则使得更容易追踪该产品。
此外，结合了NFC通信能力和UHF RFID通信能力的双模式RFID标签200能够通过多种方式实现，包括但不限于：(i)利用具有两个通信接口的单模式RFID芯片；(ii)利用耦合到两个共定位天线(一个在HF下操作的天线和另一个在UHF下操作的天线)或合适的双模式天线耦合的双模式单通信接口；(iii)利用两个RFID芯片，其中在这两个RFID芯片之间具有通信接口，该通信接口允许与上述的天线结构之一如上所公开的共享数据和电力。
图3A至图3E中示出了多个结构，这多个结构示出了用于共享存储器块部件的具有不同结构的双RFID芯片方法和单个RFID芯片方法的配置。例如，图3A公开了一种双模式RFID芯片300，该双模式RFID芯片300包括UHF核心芯片部件302和HF核心芯片部件304，其中，单独的共享存储器块部件306连接到UHF芯片部件302和HF 304芯片部件两者。HF核心芯片部件304还包括HF线圈天线309，并且UHF核心芯片部件302包括UHF天线308。
图3B公开了一种双模式RFID芯片310，该双模式RFID芯片310包括UHF核心芯片部件312和HF核心芯片部件314，其中，共享存储器块部件316位于HF核心芯片部件314中。HF核心芯片部件314还包括HF线圈天线318，并且UHF核心芯片部件312包括UHF天线319。
图3C公开了一种双模式RFID芯片320，该双模式RFID芯片320包括UHF核心芯片部件322和HF核心芯片部件324，其中，共享存储器块部件326位于UHF核心芯片部件322中。HF核心芯片部件324还包括HF线圈天线328，并且UHF核心芯片部件322包括UHF天线330。
图3D公开了具有公共接口334的单模式RFID芯片332，该公共接口334用于连接组合的UHF/HF天线336或单独的UHF天线和单独的HF天线，并且图3E公开了单模式RFID芯片338，该单模式RFID芯片338具有用于HF天线342和UHF天线344或公共天线的HF和UHF部分的单独接口340。
此外，能够通过如与在从晶体切割出的硅晶片上制造的相同技术形成两个芯片，或者一个芯片能够是晶体硅，而另一个芯片能够是替代半导体材料。替代半导体材料能够是例如但不限于非晶硅或有机材料(例如聚苯胺)。此外，两个芯片也可以由替代材料形成。如图4所示，双模式RFID标签400能够包括与UHF或HF印刷半导体芯片404接口结合的晶体硅的UHF或HF芯片402。HF芯片还包括HF线圈天线406，并且UHF芯片包括UHF天线408。
另外，如图5所示，双模式RFID标签500包括印刷半导体芯片502。作为其制造过程的一部分，印刷半导体芯片502产生了用于常规晶体硅芯片504的连接点。通常，印刷半导体芯片504包括芯片焊盘506或由印刷工艺产生以通过晶体半导体芯片504进行连接的本领域已知的其他合适的连接点。此外，印刷半导体芯片502还包括一个或多个到天线的连接508，这些连接508被印刷或通过本领域已知的其他合适的方法形成。
在另一个实施例中，双模式技术被用于增强通信，例如，NFC类型的RFID标签通常被设计为具有短的操作范围；用于读取HF标签的磁耦合遵守距离的三次幂定律，因此所传递的磁场会迅速下降。然而，尽管接收到的电力可能不足以操作HF标签部分，或者电力太低而使得无法进行回传；但是回收的能量足以增强UHF标签部分的灵敏度。
如图6所示，商店的出口可以具有HF场发射器600和UHF读取器602。通常，HF场发射器600是提供能量和定位的发生器垫，并且UHF读取器602是顶棚安装的UHF读取器系统，但是也可以采用其他类型的发射器和读取器。HF场的存在可以提供能量以增加UHF标签604的范围，或者仅在其共享存储器中设置标志以指示存在HF场。标志的设置指示标签604可以在UHF读取器602的范围内，但是也可以在HF能量的给定场强度以上的区域(如上所述，该区域非常局限)中。因此，仅在商店的出口处检测到由设置了HF存在标志的UHF读取器602检测到的物品。通过这种方式，可以区分搁置在出口门区域附近或只是在门区域中移动的产品，从而减少虚假警报。
在另一个实施例中，该结构中的HF接收线圈具有两个谐振，一个谐振允许NFC通信，另一个谐振响应在8.2MHz的范围内的较低频率(或用于与EAS系统通信的任何其他合适的频率)下的磁场以与某些形式的现有EAS系统兼容。
上面已经描述的内容包括所要求保护的主题的示例。当然，出于描述所要求保护的主题的目的，不可能描述部件或方法的每种可能的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到，所要求保护的主题的许多进一步的组合和置换是可行的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、修改和变化。此外，就在详细描述或权利要求中使用术语“包含”而言，该术语旨在以与术语“包括”相似的方式被包括在内，如当用作权利要求中的过渡词时“包括”被解释的那样。
Claims (10)
1.一种射频识别RFID标签(100,300)，该RFID标签包括：
包括UHF天线(308)的超高频UHF核心芯片部件(114,302)；和
包括HF线圈天线(309)的高频HF核心芯片部件(112,304)，
其特征在于，所述RFID标签还包括：
近场通信NFC增强器(106)，该NFC增强器利用NFC功能和UHF功能，使得所述RFID标签能够与NFC装置(102)和UHF读取器系统(116)通信，其中，所述NFC装置(102)提供能量给NFC增强器(106)以在扩展范围模式下操作RFID标签(100)的UHF核心芯片部件(114)，其中，所述扩展范围模式为半无源模式或电池辅助无源模式；和
共享存储器块部件(108,306)，其中，所述NFC装置(102)经由所述共享存储器块部件与所述UHF读取器系统(116)交互。
2.根据权利要求1所述的RFID标签(100,300)，其中，所述RFID标签包括与UHF或HF印刷半导体芯片接口结合的由晶体硅制成的UHF或HF芯片。
3.根据权利要求1所述的RFID标签(100,300)，其中，所述RFID标签包括位于单个芯片中的UHF和/或HF标签功能。
4.根据权利要求1所述的RFID标签(100,300)，还包括耦合到第一共定位天线和第二共定位天线的单个通信接口(334)。
5.根据权利要求4所述的RFID标签(100,300)，其中，所述第一共定位天线在HF下操作，并且所述第二共定位天线在UHF下操作。
6.根据权利要求1所述的RFID标签(100,300)，其中，所述RFID标签与NFC装置(102)通信并且能够至少部分地由所述NFC装置(102)提供电力。
7.根据权利要求1所述的RFID标签(100,300)，还包括两个RFID芯片，其中，在这两个RFID芯片之间具有通信接口。
8.一种使多种形式的射频识别RFID技术进行交互的方法，包括：
提供RFID标签，所述RFID标签包括UHF核心芯片部件(114)、HF核心芯片部件(112)和共享存储器块部件(108,306)；
利用近场通信NFC增强器(106)来与NFC装置(102)进行通信结合；
通过所述NFC装置提供能量给NFC增强器(106)；
在扩展范围模式下操作RFID标签(100)的UHF核心芯片部件(114)，其中，所述扩展范围模式为半无源模式或电池辅助无源模式；
加密所述通信；和
经由所述共享存储器块部件(108,306)与UHF读取器系统(116)通信。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述共享存储器块部件(108,306)能够由所述UHF核心芯片部件(114)和HF核心芯片部件(112)访问。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当接收到NFC通信时，所述RFID标签设置标志以指示存在HF场，或者利用能量来增加所述RFID标签的范围。
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