CN1146250C - 具有用于与环境解耦合的并联谐振电路的射频辨识标签 - Google Patents

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CN1146250C CNB998126160A CN99812616A CN1146250C CN 1146250 C CN1146250 C CN 1146250C CN B998126160 A CNB998126160 A CN B998126160A CN 99812616 A CN99812616 A CN 99812616A CN 1146250 C CN1146250 C CN 1146250C
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Abstract

一种RFID标签电路提供磁性解耦合和振幅调制。该电路包含串联连接的第一电感器和第二电感器、第一电容器、第二电容器以及开关。该电路包含第一谐振电路,其由该第一和第二电感器的串联连接和该第一电容器的并联连接所形成。该第一谐振电路具有一个主要谐振频率。该电路同时也包含由串联连接的第二电容器和开关所形成的第二电路。该串联连接的第二电容器和开关被并联连接至第二电感器。串联连接的第二电容器和开关的一个末端被连接到串联连接的第一和第二电感器间的共同接点上。当开关被打开时,该第二电路轻微地或不影响该标签并且当该标签是暴露于或接近该主要谐振频率之外部电磁场中时该第一谐振电路在该主要谐振频率谐振。当开关被关闭时,该第二电路限定一个高阻抗并联谐振电路,其用以阻断或最小化在该主要谐振频率下的电流,因而防止该标签自外部电磁场吸引任何显著数量的功率并且防止在主要谐振频率的谐振。该标签因而从其环境被解耦合。

Description

具有用于与环境解耦合的并联谐振电路的射频辨识标签
用以标识物体和/或防盗的标签是公知的。例如,许多物件的辨识是通过使用一个包含编码信息的条码而识别的,编码信息通过在扫瞄器视野之内传送条码而读取。许多物件也包含使用于盗窃检测以及防止盗窃的谐振转发器或谐振标签,最近,送回唯一或半唯一的标识码的被动式谐振标签已被开发。这些标签一般包含一组储存标识码的集成电路(IC)。此种“智能型”标签提供与标签相关的物件或人员的信息,该信息在询问器或读取器的区域内被检测。该等标签是必需的,因为它们可从远处快速地被询问。US 5,446,447(Carney等人),US 5,420,441(Bickley等人),以及US 5,347,263(Carroll等人)是公开此种智能型标签的三个例子。
频率辨识(RFID)标签或卡片一般包含电气地连接到IC的一个谐振天线电路。该IC主要是用以储存数字式编码信息的可编程存储器。询问器(传输天线)在该RFID标签的谐振频率产生一个电磁场。当标签被放入该询问器的电磁场时,在该标签的谐振天线电路中感应出AC电压,其被IC整流以向IC提供内部直流电压。当该标签移动进入该询问器的电磁场时,感应电压增加。当内部直流电压达到一确保IC适当操作的电位时,则该IC输出所储存的数据。为了输出数据,通过在脉冲持续期间切入或切出一个额外的电容器或电感器跨越天线电路,IC产生一系列脉冲。其改变标签的谐振频率,从其工作频率解调谐该标签。亦即,该标签利用解调谐本身而产生数据脉冲,其改变被标签消耗的能量数量。询问器在其电磁场中检测能量消耗并且将该等改变解释为数据脉冲。
虽然此种RFID标签或辨识卡是公知的,但关于标签的此种操作仍然有其技术上的困难和限制。在询问器的询问区域内试图读取多个RFID标签的一个问题是,几乎在相同的时间有多于一组的标签可以被询问器所启动。当此种标签彼此接近地被放置时,一个标签产生的电磁场可干扰另一标签所产生的电磁场。如前所述,对于利用解调谐而传输他们的信息的RFID标签而言,这互感是其特别主要问题,标签之有效读取距离下降并且由于调制取决于该标签的诺振状况(或与之相近者),所以,标签的调制成为完全没有作用。因此,其他标签所导致的此种解调谐,使得被储存的信息的读取成为不可能或几乎不可能。
大范围的读取应用需要高度调制的AM电磁场。利用向天线磁场提供最大的电磁场干扰可得到一种高度AM调制。当标签的负载效应在各电磁场干扰之后被完全地去除时,并且当来自于一个即将被读取标签的信号并不与来自其他的标签的噪音或干扰相混合或被减弱时,则得到最大的电磁场干扰(利用一个最大振幅差表示)。因此,无法从其环境将标签有效地解耦合的常规方案不能提供大范围的读取。
一种将产生干扰或影响其邻近标签的电磁场的一种RFID标签问题最小化的方法,说明于待审的美国申请,该申请号1998年3月5日递交,申请号为为09/035,027,名称为“用以磁性地解耦合RFID标签的装置”,其内容在此作为参考。在这方法中,一种RFID转发器包含一种用以储存数据的集成电路以及一个电连接到该集成电路的电感器。该电感器包含一个电连接到第二线圈的第一线圈。一个谐振电容器电连接到该集成电路并且连接到第一和第二线圈中的至少一个,而使得该谐振电容器以及该至少一个被连接的线圈具有一种第一预定谐振频率。具有第一位置和第二位置的开关被提供以便有选择地允许电流流通于第二线圈。当开关是在第一位置时、暴露于在或接近第一谐振频率外部电磁场的转发器在电感器中感应出电压并且导致第一电流在第一方向流通于电感器中因而产生一局部电磁场。当开关是在第二位置时暴露于在或接近第一谐振频率之外部电磁场的转发器在电感器中感应出电压并且导致第一电流在第一方向流通于第一线圈中,因而产生第一局部电磁场和在第二相对方向流通于第二线圈的第二电流,因而产生第二局部电磁场,该第一和第二局部电磁场之和接近零。
此抵消电磁场的技术是可行的,但是仍然具有一些缺点,例如,该电路的制作使用与一匝线圈串联的三匝线圈,该一匝线圈需要大约三倍的流动电流。这不是容易实现的,尤其是当一低阻抗开关必须跨越该一匝线圈而被连接时:该电磁场的消除技术同时也限制设计灵活性,因为在线圈之间的互相耦合是重要的,并且必须凭经验进行调整。
因此,需要一种另外的方法以防止RFID标签产生干扰或影响其他邻近的RFID标签或其他的共振卡或标签的电磁场,本发明正满足这方面的需要。
本发明提供一种转发器,其包含串联连接的第一电感器和第二电感器,第一电容器、第二电容器、以及开关。第一谐振电路和第二电路被形成于转发器中。串联连接的第一和第二电感器与该第一电容器并联连接而形成第一谐振电路。第一谐振电路具有一主要谐振频率。第二电容器和开关串联连接而形成该第二电路。串联连接的第二电容器和开关被并联连接至第二电感器。明确地说,串联连接的第二电容器和开关的一端点被连接到串联连接的第一和第二电感器之间的共用接点。当开关被打开时,第二电路对于转发器具有一个最低效应或不影响并且当该转发器曝露于在或接近主要谐振频率的外部电磁场时该第一谐振电路在主要的谐振频率谐振。当开关被关闭时,第二电路限定一个高阻伉并联谐振电路,其用以使在该主要谐振频率流动的电流被阻断或最小化,因而防止转发器自外部电磁场吸收任何显著数量功率并且防止于主要谐振频率中谐振。转发器因而从其环境被解耦合。
当阅读本发明实施例时,结合对下面附图的详细说明,将更容易了解本发明的较佳实施例。为了展示本发明,图中显示了本发明的较佳实施例。应该了解的是,本发明并不受限于所示的精确配置和装置。
图1是依据本发明较佳实施例的一种等效电路图,其展示询问器以及能够在其主要的谐振频率中谐振的标签;
图2是依据本发明较佳实施例的一种等效电路图,其展示询问器以及从其环境被解耦合并且不能够在其主要的谐振频率中谐振的标签;
图3是使用于图1和图2中的标签的封装结构的第一实施例;以及
图4是使用于图1和图2中的标签的封装个态的第二实施例。
为了方便,在此使用了某些专有名词,但不使本发明受到限制。在附图中,相同元件采用相同参考号码标明。
图1和图2是本发明较佳实施例的等效电路图。图1和图2是相同电路的表示,但是在不同的状态中:图1和图2的电路,将随着电路图工作原理的讨论后被详细地说明。此处说明的本发明实施例被使用于射频辨识(RFID)标签或转发器上。
图1是一个RFID读取器或询问器(以下称为“询问器10”)以及一谐振RFID元件、标签或转发器(以下称为“转发器12”)的等效电路图。询问器10包含电气地连接到发射器线圈或天线16以便产生电磁场的电压源14。天线16主要地被电感器L0所限定,但同时也具有等效串联电阻R0和电容C0,其一起限定一组串联RLC电路。这些构件限定标示为回路0并且具有电流I0的一个电流回路。
询问器10和转发器12利用展示于图1中的互感M0T的电感性耦合而通信。在现有技术中,询问器利用电感性耦合而与谐振标签或转发器通信。例如,询问器在被授权给Walton的美国专利3,752,960,以及3,816,708和4,580,041中得以描述,在此上述专利作为参考。因此,询问器10于此不被详细展示或说明。简而言之,在或接近转发器12的谐振频率时,询问器10建立一电磁场。当转发器12足够地接近询问器10时,亦即在电磁场之内,则在转发器12中被感应一电压。当转发器12移动进入一个利用询问器10而产生的电磁场时,则感应的电压增加,直到在转发器12之内的电压值达到足以启动转发器12并且允许该元件依据其所要求目的而发挥其功能,此将于下面更详细地说明。询问器10可以被实际地制作成一对智能基座(未示出),如一种手握的RFID扫瞄器(未示出)或一些其他的方式。
询问器10产生的询问信号最好是与周期性或脉冲信号相反的一般连续信号。询问区域是在电磁场之内的区域其中在该智能型转发器12被感应的电压足以启动转发器12。因此,该询问区域的大小,至少部份地被电磁场的强度所限定。询问器10一般可检测来自被放置在询问区域内的多个转发器12(以及它们的相关的物件)的发射。
智能型元件或转发器是一般公知的并且可应用至多种用途。美国专利5,430,441(Bickley等人)揭示一种询答标签,其响应于询问信号而发送一种数字式编码信号。Bickley等人揭示的标签包含由多个电质层和导电层构成的刚性基片并且包含整体被嵌入基片洞孔之内以及标签被连结至导电箔轨迹的集成电路。转发器12的实际结构在图3和图4说明。
本发明的转发器12包含一天线电路20电气地连接到一集成电路(IC)18。该天线电路20包含一谐振电路,其在对应至询问器10的射频的预定射频(RF)下谐振,这将在后面将予以更详细的讨论。
天线电路20可以包含一个或多个电感性元件,其电气连接到一个或多个电容性元件。在一个较佳实施例中,天线电路20包含单一电感性元件、电感器、或在一串联电流回路<如回路1的标示>中电气地连接至一电容性元件或主要的谐振电容器24(CT)的线圈22(LT)。电感器22明确地包含串联接线的两个线圈,如图2中明确所示。电感器22和谐振电容器24(CT)与IC18并联连接。
如本领域普通技术人员所公知,天线电路20的工作频率取决于电感器22和谐振电容器24的值。电感器22的大小以及电容器24的值依据天线电路20所需的谐振频率而决定。在本发明的一实施例中,转发器12是在13.56MHz时工作。虽然转发器12在大约13.56MHz时谐振是较佳的,但转发器12可以构成在其他的频率时谐振,对于转发器12精确谐振频率并不表示本发明将因此而受限制于此。因此,对于本领域普通技术人员而言明显可知,天线电路20可以在13.56MHz之外的射频中操作,并且也可在其他的频率中(例如微波频率)工作。
图中示出的一电阻器26(RT)与电感器22串联连接其代表电感器22由于功率损失的一等效串联电阻。此外,虽然天线电路20包含单一电感性元件,即电感器22,以及单一电容器24,也可采用多个电感器和电容器元件。例如,在电子式安全和监视技术中公知有多元件诣振电路,如说明于美国专利5,103,210(Rode等人),名称“使用于一个电子式安全系统中的可致动/不可致动的安全标签”,其内容在此作为参考。虽然说明了一个较佳天线,对于本领域普通技术人员而言明显可知,耦合能量至/来自IC18的任何方法皆可以被使用。
参看图2,转发器20同时也包含第二电流回路通道,回路2。回路2包含一个与开关30《S1》串联的第二电容器28(CSW)。所展示的电阻器32(RSW)与电容器28以及开关30串联连接。电阻器32代表由于这些构件的功率损失的等效串联电阻。如上所讨论,电感器22明确地包含串联接线的两个线圈,如图2中所示。回路2包含第二电容器28(CSW)、电感器22两个线圈中的一个以及其等效电阻(更详细地展示于图2中)、电阻器32(RSW)以及开关30(S1)。在图1中,不论开关30(S1)是被打开或关用,回路2并不影响被电感器22(LT)和电容器24(CT)所限定的谐振电路的操作。
图2展示其中开关30(S1)是关闭或导通的状态的一个等效电路。图2同时也更详细地展示包含两个串联的电感器221(L1T)和222(L2T)的电感器22。电感器221(L1T)是主要线圈并且电感器222(L2T)是次要线圈。第二电容器28(CSW)与开关30(S1)串联,开关30(S1)连接在两个电感器221(L1T)和222(L2T)之间的连接处。电感器221(L1T)和222(L2T)经由一个互感M12而彼此耦合。这两个串联组合的电感器线圈并联至主要的谐振电容器24(CT)。图1的电阻器26在图2中分别地以对应至电感器221和222的等效电阻器261和262表示。在图2中更明白地限定回路2,其包含电容器28(CSW)、电感器222(L2T)、电阻器262(R2T)、电阻器32(RSW)以及开关30(S1)。当开关30被关闭时,电容器8(CSW)和电感器222(L2T)则形成并联谐振电路34。如上所讨论,并联谐振电路34的阻抗理想上是无限大。但是,在组件中以及在开关30(S1)中的电阻损失限制了可以实现的最大阻抗,并且利用电阻器262(R2T)和电阻器32(RSW)而被模式化。
在限定了询问器10和转发器12的结构后,接著将说明两个等效电路的工作原理。当一个转发器的谐振频率从其主要的谐振频率或基本频率(此处是13.56MHz)被移动远离时,转发器12稍微地或无负载地影响询问器10,并且稍微地或不影响在该主要谐振频率上谐振的电磁场。更重要地,转发器12稍微地或无负载地影响在附近的其他转发器。因此该转发器从其环境被解耦合或“被覆盖”。
一个谐振电路可依据其如何被连接而可以有选择地短路和打开。一个串联谐振电路在其谐振频率形成一个短路,而一个并联谐振电路在其谐振频率形成一个打开电路,本发明使用包含电容器28(CSW)和电感器222(L2T)的高阻抗(理想上为无限阻抗)第二谐振电路,而在转发器的谐振频率形成一个打开电路。开关30(S1)必须在短路或导通位置(图2)方可形成打开的电路。该打开电路用以分离CT和L1T,因而防止转发器12在该主要的谐振频率中谐振。当开关S1是关闭时,可说是无电流流动于回路1(I1)或回路2(I2)中(此处的讨论假设是在理想状况中,实际上,I1和I2不是零,但是是可忽略的值。)。因为无电流流动于打开的电路中,转发器12不从环绕的电磁场吸取功率并且在该电磁场中不产生可能迷惑读取器的任何干扰。因此,当高阻抗并联谐振电路被切入时,转发器12稍微地或不消耗能量,因此稍微地或不影响该系统接收器天线,并且大致从其磁环境中被移除。
当开关S1是在打开或切断位置时(图1),第二谐振电路不被影响,并且转发器12在该主要的谐振频率以正常方式谐振。
开关S1可以进行两种不同的功能。首先,开关S1可以被放置在以及保持于打开的位置中以便允许转发器12在接收该主要的谐振频率信号时可被致动,或其可以被放置在以及保持在关闭位置上而永久关闭转发器12(亦即,使转发器12睡眠)并且因而防止其被环境所干扰。
其次,开关S1可以在打开位置和关闭位置之间有选择地移动,其依据一种储存的数据模式(例如,被储存在转发器的IC晶片18中的辨识数据)而调谐和解调谐该包含LT和CT的天线电路,从而,被储存数据被传输至读取器。因此,本发明可以使用开关S1取代一调双电容器而调谐和解调谐该天线电路并且传输数据至一读取器。当开关是在关闭位置时,其是处于调制的转发器状态,并且当被覆盖时转发器12从其环境被移除。
因此,当开关S1是在关闭位置时有二种作用,如下:
(1)其被使用于通过暂时闭合将IC18的内部代码振幅调到RF载波上,而传输来自转发器12的信息。大范围读取的应用需要高度调变的AM电磁场。利用选择地移除转发器12在询问器10上面的负载影响,利用提供最大的干扰至该天线的磁场,该方案提供一种高数量的AM调制。
(2)其被使用于从其环境而将转发器12解耦含,因而使转发器12将邻近转发器解调谐、遮蔽,或干扰的危机最小化,转发器12因此特别地适合这样的环境,例如零售店铺,该处许多标签物件实际地彼此接近,并且必需读取这些物件标识代码。在一个物件代码被读取之后,关闭的开关位置将该物件的转发器从该环境磁性地(相对于实际地)移除,因而使其不会解调谐、遮蔽、或干扰邻近物件中转发器的读取。
在二种情况中,开关S1的位置是用以(1)以第二并联谐振电路形成该打开电路,因而防止转发器12在其谐振频率中谐振并且从其环境解耦合转发器12,或(2)防止第二并联谐振电路对转发器12的任何影响,因而允许转发器12在其主要的谐振频率中谐振的正常方式操作。
参看图1,其中开关30(S1)被打开,电感器22(LT)和电容器24(CT)的组合在一频率f0处谐振,f0是由下式决定:
f 0 = 1 2 &pi; L T C T
其中LT=L1T+L2T+M12
为达到在图2的“关闭开关”状态中的最佳调制/覆盖,电路设计应该使M12(亦即,在L1T和L2T之间的互感/耦合系数)最小化,M02(亦即,在L0和L2T之间的互感/耦合系数)亦然。细心配置两个电感器线圈L1T和L2T的几何方位可以使M12最小。使用经由线圈的最佳重叠以在两个线圈天线之间的耦合最小化的常规方法亦可实现M12的最小化。因为此种方法是常规的,故此处不提供进一步地说明。
参看图2,其中开关30(S1)是关闭的,电容器28(CSW)和电感器222(L2T)形成的并联谐振频率是由下面式决定的:
f PAR = 1 2 &pi; ( L 2 T + M 02 + M 12 ) C SW 并联谐振电路34的频率fPAR被选取为等于f0,因而提供最大的阻抗差量以及接近于零的耦合系数。L2T,M02和M12的值被给出,因为线圈几何参数被给出并且L2T的静值测量可以被得到。因此,从方程式可以解出CSW。对照本发明,在说明于待审的美国申请09/035,027中电磁场的消除技术,各线圈之间的互相的耦合是显著的并且必须凭经验被调谐。电容值(CSW)是依据当转发器12是处于距天线的最大可检测距离时发生的最糟情况而决定的。在这距离时,在天线和转发器12问的互相耦合是小,并且总电感被转发器12的电感所支配。亦即,转发器12和天线的互感小于该转发器线圈的电感。
最好是,被设置来储存数据的IC18是一无源元件,其被在天线电路20中由询问器10感应的电压所启动。亦即,当转发器12足够地接近该询问器10而在电磁场之内时,在电感器22上的感应电压于IC18的一个天线输入端(未示出)提供功率至IC18。IC18对在天线输入端感应的AC电压进行内部整流以提供一内部直流电压源。当该内部直流电压达到确保IC18适当操作的电位时,IC18于IC18的一个调双输出端(未示出)输出被储存于可编程存储器中的一数字值。
如上所讨论,一种向读取器(未示出)传输储存在IC18的数据方法是使用连接到IC18的调双输出端以及连接到天线电路20的调制电容器。依据这方法,在调制输出端的数据输出脉冲,依据所储存数据利用接上以及中断接地连接而切换一个调制电容器进入以及退出天线电路20,以改变电路20的全部电容,其接着改变电路20的谐振频率,将从第一预定谐振频率解调谐至一预定的较高或较低的频率。因此,转发器12的数据脉冲利用该谐振天线电路20的调谐和解调谐而产生,如此取代天线电路20回应一简单的单频率反应信号,其回应一个包含预编程信息封装的信号。当然,本领域普通技术人员应可了解,其他适当的调制装置亦可以使用于本发明。如上所讨论,本发明可以使用开关S1代替一调制电容器以调谐和解调谐天线电路并且传输数据至一读取器。
该信息包(数据脉冲)被一般与询问器10相关的接收电路(未示出)接收并且予以处理。亦即,该接收电路察觉在询问器10电磁场内能量消耗的改变而决定自IC18的数字数据值输出。必要的话,该数据被询问器10或相关的电路所解码以提供与转发器12相关的物件或人员的识别或其他的信息。使用一无源IC18是较佳的,该IC18利用天线电路20中的感应电压而被供电。但是,用以供电给IC18的其他装置,例如电池,皆在本发明范围之内。IC18同时也可以包含一个功率返回或接地输出端(未示出)以及以常规的方式编程IC18(亦即储存或更动被储存于其中的数字值)的一个或多个另外的输入端(未展示出)。于本发明的较佳实施例中,IC18包含128位元非易失性存储器。当然,对于本领域普通技术人员明显地可知,IC18可同时具有较大或较小的储存容量。
使用于图1和图2中的等效电路模式被提供于下面:
等效电路模式
R1T=N1/N2,R2T=N2/N1,N1+N2(RT=R1T+R2T)
R1T∶L1电阻,R2T∶L2电阻
N1∶L1匝数,N2∶L2匝数
L=αN2,α=常数
L1=αN1 2,L2=αN2 2
M0T=k0T(L0LT)1/2,k0T∶L0和LT之间的耦合系数(距离相关)
M01=k01(L0L1)1/2,k01∶L0和L1之间的耦合系数(距离相关)
M02=k02(L0L2)1/2,k02∶L0和L2之间的耦合系数(距离相关)
k01≌k02
M12=k12(L1L2)1/2,k12∶L1和L2之间的耦合系数(标签结构相关)
图1(SW关闭状态)和图2(SW打开状态)的数学分析被提供于下面:
SW关闭状态
对于回路0,
E0=((1/jωC0)+jωL0+R0)I0+jωM0TIT......(1)
对于回路1,
0=((1/jωCT)+jωLT+RT)IT+jωM0TI0......(2)
使用(1)和(2),
E 0 0 = 1 j&omega;C 0 + j &omega;L 0 + R 0 j&omega;M 0 T j&omega;M 0 T R T + j&omega;L T + 1 j&omega;C T I 0 I T = Z I 0 I T - - - ( 3 )
若定义Y=inv(Z)
I 0 I T = Y E 0 0 = Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 E 0 0 - - - ( 4 )
则天线阻抗Zant-off
Z ant _ off = E 0 I 0 = 1 Y 11 - - - ( 5 )
SW打开状态
对于回路0,
E 0 = ( 1 j&omega;C 0 + j&omega;L 0 + R 0 ) I 0 + j&omega;M 01 I 1 + j&omega;M 02 I 2 - - - ( 6 )
对于回路1,
0 = ( 1 j&omega;C T + j&omega;L 1 T + R 1 T ) I 1 + j&omega;M 01 I 0 + j&omega;M 12 I 2 + ( R sw + 1 j&omega; C SW ) ( I 1 - I 2 ) - - - ( 7 )
对于回路2,
0 = ( j&omega; L 2 + R 2 ) I 2 + j&omega; M 02 I 0 + j&omega; M 12 I 1 + ( R sw + 1 j&omega; C SW ) ( I 2 - I 1 ) - - - ( 8 )
使用(6),(7)和(8),
E 0 0 0 1 j&omega;C 0 + j&omega;L 0 + R 0 j&omega;M 01 j&omega; M 02 j&omega;M 01 1 j&omega;C T + j&omega;L 1 T + R 1 T + R sw + 1 j&omega;C SW j&omega;M 12 - R sw - 1 j&omega;C SW j&omega;M 01 j&omega;M 12 - R sw - 1 j&omega;C SW j&omega; L 1 T + R 1 T + R sw + 1 j&omega; C SW I 0 I 1 I 2
= Z &prime; I 0 I 1 I 2 - - - ( 9 )
若限定Y’=inv(z’)则
I 0 I 1 I 2 = Y &prime; E 0 0 0 = Y &prime; 11 Y &prime; 12 Y &prime; 13 Y &prime; 21 Y &prime; 22 Y &prime; 23 Y &prime; 31 Y &prime; 32 Y &prime; 33 E 0 0 0 - - - ( 10 )
则天线阻抗Zant-on
Z ant - on = E 0 I 0 = 1 Y &prime; 11 - - - ( 11 )
在本发明的实验摸拟中提供给询问路10(天线)与转发器12(标签)的常数如下:
天线
C0=136.5×10-12[F]
L0=1.0092×10-6[H],从而f0变为13.65MHz
Q0=70
R0=ωL0/Q0=1.228[Ω]
K0T=K0T11=0.03
K0T2=0.03或0.0
标签
CT=125.24×10-12[F],从而f0变为13.65MHz
LT=1.10×10-6[H]
QT=80
RT=ωL0/Q0=1.1715[Ω]
K0T2,CSW和RSW可改变
图3是一种转发器12的封装结构的第一实施例,该转发器12被制作为具有所有的电感器、电容器、以及IC18等的一种纸标签。该封装个结构展示四个主要构件,电感器221(L1T)、电感器222(L2T)、主要谐振电容器24(CT)以及次要电容器CSW)的设置。在L2T的下底层导体可以帮助将L2T自另一个转发器线圈和天线解耦合。开关30(S1)最好是存在IC18中,但也可以用另外一个分离晶体管制作。
在本发明的较佳实施例中,电容器CT和CSW利用铝箔平板而被制造,其被夹在一种聚乙稀介电质中。该制造工艺是常规的并且因此于此处不予更详细说明。另外的实施例使用分离芯晶片电容器,其使用其他型式的介电质(例如,陶瓷、钽)及/或其他型式的形成因数,例如,表面附着、导线或厚膜印刷电容器。一个或二个电容器可以存在于IC芯晶片之内部。至少一个的电容器,例如CT,可以是在L1T和L2T线圈之间的“分布”电容。如所公知的技术,目对于使用分离构件,分布电容是由电感器长度所形成。
在本发明的较佳实施例中,两个电感器线圈L1T和L2T被蚀刻至一个叠层铝结构之上。
在另外的一个实施例中,至少一个电感器线圈被蚀刻或压印至一个叠层铝结构之上。这些电感器线圈可以存在于该叠层结构的相同或不同侧。另一个电感器线圈可以被压印或利用一个分离电感器线圈被制造。该分离电感器线圈可以具有一种可表面附着,或导线(经由穿孔)的形成因数。
在另外的一个实施例使用一个蚀刻或压印铝线圈以及一种表面附着封装的分离线圈。这实施例提供线圈的几何方位灵活性,其是有助于将在两个线圈之间的耦合最小化。其他另外的实施例可以使用具有分离及/或蚀刻线圈的排列压印线圈。或者,这些线圈可以利用铜或铝接线回路被制作。这技术被普遍地使用于可再被使用的硬式标签。电感器线圈同时也可以使用含铁的磁材料而被制造。
主要为了成本考虑,电感器线圈及/或电容器平板的构造中,铝是被使用的较佳材料,但是,如果成本不是主要的考虑,则其他具有高导电性的金属材料也可以被使用于电感器线圈及/或电容器平板的构造。此种材料包含铜、锡、铅、镍、金、银,钨、铣、铝,铂以及这些金属的合金。
图4是一种转发器12的封装结构的第二实施例。在这结构中,主要的线圈L1T被制作成单一层纸标签线圈。第二线圈L2T和两个电容器CT和CSW被放置于印刷电路板(PC)36的上。第二线圈L2T具有高Q值。开关30(S1)(未示出)同时也被放置于PC板36之上。
对于本领域的熟练技术人员可知上述的实施例可以被改变而不脱离本发明的范畴。应可了解,本发明范畴并不受限制于上面说明的特定实施例,而是由附加的权利要求书所界定。

Claims (3)

1.一种转发器,包括串联连接的第一电感器和第二电感器、第一电容器、第二电容器以及一个开关,该转发器还包括:
(a)第一谐振电路,其由并联连接的(i)第一和第二电感器的串联连接,以及(ii)该第一电容器所形成,该第一谐振电路具有一主要谐振频率;以及
(b)由该第二电容器和该开关的串联连接所形成的第二电路,该第二电容器和开关的串联连接被并联连接至该第二电感器,该第二电容器和开关的串联连接的一端被连接到该第一和第二电感器串联连接之间的共同接点上;
其中当该开关被打开时,该第二电路对该转发器有轻微的作用或不影响该转发器,并且当该转发器暴露在一个等于或接近于该主要谐振频率的外部电磁场中,该第一谐振电路在该主要谐振频率下谐振,并且当开关被关闭时,该第二电路限定一高阻抗并联谐振电路,其用以阻断或最小化在该主要谐振频率下的电流,因而防止该转发器自外部电磁场吸引任何显著数量的功率并且防止在主要谐振频率下的谐振,该转发器因而从其环境被解耦合;
其中该主要谐振频率是:
f 0 = 1 2 &pi; L T C T
其中LT=L1T+L2T+M12,并且
L1T是该第一电感器的电感,L2T是该第二电感器的电感,M12是在该第一和该第二电感器之间的互感,以及
CT是该第一电容器的电容;
而当开关被关闭时,该第二电路的并联谐振频率是:
f PAR = 1 2 &pi; ( L 2 T + M 02 + M 12 ) C SW
其中
L2T是该第二电感器的电感,
M12是在该第一和该第二电感器之间的互感,
M02是在该第二电感器和一询问天线的电感器之间的互感;以及
CSW是该第二电容器的电容,
其中该等电感器和电容器的值被选择为使得fPAR等于f0
2.根据权利要求1的转发器,其特征在于,该转发器是使用于一个RFID标签的射频智能型标签电路。
3.根据权利要求2的转发器,其特征在于,进一步地包含:
(c)连接到该第一谐振电路用以输出数据的集成电路,该开关的状态改变导致数据被调制并且被从该转发器发射至一个询问读取器。
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