JP2005520427A - 強化された結合を有する集積回路 - Google Patents

Abstract

無線周波（ＲＦ）信号を基地局（１６）から分離されたＩＣに搬送するためのシステムは、中間共振回路（４）および集積回路（ＩＣ）（２）を有する。中間共振回路は基地局からのＲＦ信号に応答して共振し、ＲＦ信号を再生するように構成される。ＩＣは再生されたＲＦ信号に応答して共振するように構成された一体共振回路（６、８、１０）を有する。ＩＣおよび中間共振回路は互いに関して近傍に取り付けられる。両方とも基地局および互いから分離する。中間共振回路および一体共振回路のいずれかまたは両方は高透磁性層に接続することができる。中間共振回路は導電性インクで形成することができる。

Description

本発明は一般に信号結合の強化に関し、より詳細には集積回路に信号を中継するためのシステムに関する。

無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダ（タグ）は一般に、在庫管理やセキュリテイ、アクセスカード、個人識別などの用途でＲＦＩＤ基地局とともに使用される。基地局はＲＦＩＤタグが基地局の読取り範囲に入るとＲＦＩＤタグの回路に電力供給する搬送波信号を送信する。タグと局の間のデータ通信は搬送波信号の振幅を通常振幅シフトキーイングで２進データパターンで変調することによって行われる。この目的で、ＲＦＩＤタグは一般に、構成要素の中でも、放射電磁界を結合するためのアンテナ要素、ＡＣ搬送波信号をＤＣ電力に変換するための整流器、および搬送波信号のエンベロープからデータパターンを抽出するための復号器を含む集積回路である。

十分に低いコストで製作する場合、ＲＦＩＤタグはまた、ほんの数例を挙げれば、製品の価格付け、手荷物追跡、小包追跡、資産識別、紙幣の認証、および動物識別など、コストに敏感な用途に有用なことがある。ＲＦＩＤタグはバーコード識別システムなど、そのような用途に従来使用されるシステムに勝る著しい利点を提供することもできる。たとえば、ＲＦＩＤタグでマークされたかご一杯の品物は各品物を処理しなくても迅速に読み取ることもできるが、それらはバーコードシステムを使用したときには個々に処理しなければならない。バーコードに勝るＲＦＩＤタグの他の利点はより高い読取り速度、コードの一部を不明瞭にする汚れなどの問題をあまり受けないこと、ラベルとの正確な整合が不要なこと、および視線が不要なことなどを含む。バーコードとは異なり、ＲＦＩＤタグはタグ上の情報を更新する能力を提供する。とはいえ、従来のＲＦＩＤ技術はそのような用途で主に使用するには高価すぎる。

ＲＦＩＤタグは能動的または受動的とすることができる。能動ＲＦＩＤタグはそれら自体の電源を含有するが、受動ＲＦＩＤタグは基地局によって放射されるＲＦ電磁界からそれらの電力を得る。受動ＲＦＩＤタグは能動ＲＦＩＤタグよりもかなり安価であり、受動ＲＦＩＤタグを低コスト用途に対して良好な選択肢にする。しかしながら、受動電磁界駆動ＲＦＩＤタグは能動ＲＦＩＤタグよりも基地局からの問合せ信号に少なくとも一桁大きい電力を必要とする。

従来の受動ＲＦＩＤタグでさえも今日バーコードによって支配される用途で主に使用するには高価すぎる。ＲＦＩＤタグの製作コストを引き上げる主要な要因はタグを構成するシリコン集積回路のサイズである。受動ＲＦＩＤタグは一般に放射電磁界を結合するための外部アンテナ要素を有する。従来、外部アンテナ要素はＲＦＩＤタグに物理的にボンディングされる。従来の受動ＲＦＩＤタグは外部アンテナコイルの取付けのためにワイヤをボンディングするのに十分大きい少なくとも２つのパッドを必要とする。ＲＦＩＤタグチップは一般にボンドパッドのサイズに比較して相対的に小さいので、これらのボンドパッドは従来のＲＦＩＤタグの集積回路面積のかなりの割合を消費する。

受動ＲＦＩＤタグチップ上のボンドパッドの数を減らすための１つの従来の解決策は集積回路上に含まれる薄膜アンテナを含む。この方法はボンドパッドの必要をなくし、それによってシリコン面積、したがって製作コストを小さくする。ワイヤボンディングプロセスをなくするとさらに製造コストが小さくなる。しかしながら、そのような集積アンテナは形状要因上の制約があり、必然的に小さいので、放射電磁界への結合効率は内部アンテナをもつＲＦＩＤタグではかなり下がった。したがって、この方法はしばしば基地局からの極めて短い動作読取り距離をもたらす。

基地局によって放射される電磁界の送信電力を増加させると動作読取り距離が増加する。しかしながら、許容できる最大レベルは行政規則によって制限される。

本発明の原理によれば、集積回路（ＩＣ）と基地局の間の結合効率を高めるためのシステムは２つの共振回路を含む。第１の共振回路はＩＣにおいて集積回路プロセスの製作における必須部分として形成される。第２の共振回路は第１の共振回路に電気的に接続されていないが、２つの共振回路の間の放射電磁界の結合を最適化するように配置される。第２の共振回路は基地局からの放射電磁界を結合するためにさらに最適化される。したがって、基地局からの放射電磁界は第２の共振回路に結合し、第２の共振回路は第１の共振回路に結合する。

本発明の他の原理によれば、基地局から分離された集積回路（ＩＣ）に無線周波（ＲＦ）信号を搬送するためのシステムは中間共振回路およびＩＣを有する。中間共振回路は基地局からのＲＦ信号に応答して共振し、ＲＦ信号を再生するように構成される。ＩＣは再生されたＲＦ信号に応答して共振するように構成された一体（integrated）共振回路を有する。ＩＣおよび中間共振回路は互いに近接して取り付けられる。両方とも基地局および互いから分離する。中間共振回路および一体共振回路のいずれかまたは両方は高透磁性層と接触することができる。中間共振回路は導電性インクで形成することができる。

図１は無線周波（ＲＦ）信号を集積回路（ＩＣ）に搬送するための本発明のシステムの一実施例を示す。一実施例において、ＲＦ信号は基地局（図示せず）によって生成される。あるいは、ＲＦ信号はＩＣと通信する何らかのデバイスによって生成される。

システムはＩＣ２および中間共振回路４を含む。ＩＣ２および中間共振回路４は互いに近接して取り付けられる。近接度はＩＣ２、中間共振回路４、およびＲＦ信号の特性に基づいて選択される。

ＩＣ２は何らかの所望の機能を実行するための集積回路である。ＩＣ２は一体共振回路６および所望の機能を実行するために必要な集積回路（図示せず）を含む。一実施例において、ＩＣ２はＲＦＩＤタグである。

一体共振回路６はＲＦ信号に応答して共振し、ＩＣ２の集積回路に電気信号を与えるように構成された何らかの構成要素または構成要素の組合せである。一実施例において、一体共振回路６はＲＦ信号に応答して一緒に共振する一体誘導性アンテナ要素８および一体容量性要素１０を含む受動回路である。

一体誘導性アンテナ要素８は誘導アンテナコイルとして作用するＩＣ２に一体の何らかの構成要素である。一体容量性要素１０は容量を有するＩＣ２に一体の構成要素である。一体誘導性アンテナ要素８および一体容量性要素１０のインダクタンスおよびキャパシタンスはＲＦ信号の周波数に基づいて選択される。

中間共振回路４はＲＦ信号に応答して共振し、ＲＦ信号を再生するように構成された何らかの構成要素または構成要素の組合せである。ＲＦ信号は本発明を実施するために正確に再生される必要はない。一実施例において、ＲＦ信号は中間共振回路４における元のＲＦ信号の振幅よりも大きい振幅で再生される。一実施例において、中間共振回路４はＲＦ信号に応答して一緒に共振する中間誘導性アンテナ要素１２および中間容量性要素１４を含む受動回路である。

中間誘導性アンテナ要素１２はアンテナコイルとして作用する任意の構成要素である。中間容量性要素１４は容量を有する任意の構成要素である。中間誘導性アンテナ要素１２および中間容量性要素１４のインダクタンスおよびキャパシタンスはＲＦ信号の周波数に基づいて選択される。

一実施例において、誘導性アンテナ要素１２および中間容量性要素１４は個別の構成要素である。代替実施例において、誘導性アンテナ要素１２および中間容量性要素１４は導電性インクで印刷され、導電性箔でエッチングまたはスタンピングされるか、さもなければ紙や薄いプラスチック、ポリプロピレンシートなどの可撓性および可曲性の基板上に形成された個別の構成要素である。ＩＣ２は次いで圧力敏感接着剤または何らかの他の接着剤を利用して誘導性アンテナ要素１２および中間容量性要素１４の近傍に付着させることができる。

本発明のシステムがＲＦ搬送波信号を放射する基地局の読取り距離に入ると、中間共振回路４は共振する。この共振周波数はＩＣ２上の一体共振回路６に結合することになる。基地局からＩＣ２に放射される搬送波信号の有効な結合効率は中間共振回路４の存在により著しく改善される。

図２は図１に示されるシステムの概略図である。図２は一体共振回路６、中間共振回路４、およびＲＦ信号生成回路１６を示す。ＩＣ２は中間共振回路４に近接しているので、一体共振回路６と中間共振回路４の間の結合は近く一定であり、最大結合効率のために最適な状態である。この結合効率はＩＣ２上の高透磁性層を利用することによって、またはＩＣ２を高透磁性材料に入れることによってさらに強化することができる。

ＲＦ信号生成回路１６と中間共振回路４の間の結合効率はＲＦ信号生成回路１６と中間共振回路４の間の距離が変化することがあるのであまり予測可能でなく、場合によってはあまり効率的でない。しかしながら、ＲＦ信号生成回路１６および中間共振回路４を構成する構成要素は一体共振回路６の集積回路環境の形状要因制限によって制約されない。したがって、ＲＦ信号生成回路１６および中間共振回路４を構成する構成要素は必要および希望に応じて大きくすることができる。

本発明の１つの利点は本発明が一体共振回路６のすべての構成要素が集積回路プロセスの必須部分として形成され、それによって読取り距離を延長しながらワイヤボンドパッドを利用しないＩＣ２を利用することである。

以上の説明は本発明を例証するためのものにすぎない。当業者は本発明を逸脱せずに様々な代替および改変を考案することができる。特に、デバイスが別のデバイスに接続または結合されるときはいつでも、追加のデバイスが２つの接続されたデバイス間に存在することができる。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲に入るすべてのそのような代替、改変、および変更を包含する。

本発明システムの一実施例の概略図である。 図１に示されるシステムの概略図である。

Claims (24)

1. 無線周波（ＲＦ）信号を集積回路に搬送するためのシステムであって、
   （ａ）ＲＦ信号に応答して共振し、前記ＲＦ信号を再生するように構成された中間共振回路と、
   （ｂ）前記中間共振回路から分離して前記中間共振回路の近傍に取り付けられた集積回路（ＩＣ）であって、前記再生されたＲＦ信号に応答して共振するように構成された一体共振回路を有する集積回路（ＩＣ）と
   を備えるシステム。
2. 前記中間共振回路が受動的である請求項１に記載のシステム。
3. 前記中間共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項１に記載のシステム。
4. 中間共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項３に記載のシステム。
5. 中間共振回路が導電性インクで形成された少なくとも１つの回路構成要素を含む請求項１に記載のシステム。
6. 前記一体共振回路が受動的である請求項１に記載のシステム。
7. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項１に記載のシステム。
8. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項７に記載のシステム。
9. 無線周波（ＲＦ）信号を集積回路に搬送するためのシステムであって、
   （ａ）ＲＦ信号に応答して共振し、前記ＲＦ信号を集積回路（ＩＣ）に提供するように構成された一体共振回路を有する集積回路（ＩＣ）と、
   （ｂ）前記ＩＣの外部にあり、前記ＩＣから分離した、前記中間共振回路の近傍に取り付けられた中間共振回路であって、ＲＦ信号に応答して共振し、ＲＦ信号を再生するように構成された中間共振回路と
   を備えるシステム。
10. 前記中間共振回路が受動的である請求項９に記載のシステム。
11. 前記中間共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項９に記載のシステム。
12. 前記中間共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項１１に記載のシステム。
13. 前記中間共振回路が導電性インクで形成された少なくとも１つの回路構成要素を含む請求項９に記載のシステム。
14. 前記一体共振回路が受動的である請求項９に記載のシステム。
15. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項９に記載のシステム。
16. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項１５に記載のシステム。
17. 無線周波（ＲＦ）信号を基地局から分離された集積回路に搬送するためのシステムであって、
    （ａ）前記基地局からのＲＦ信号に応答して共振し、前記ＲＦ信号を再生するように構成された中間共振回路と、
    （ｂ）前記中間共振回路および前記基地局から分離して前記中間共振回路の近傍に取り付けられた集積回路（ＩＣ）であって、前記再生されたＲＦ信号に応答して共振するように構成された一体共振回路を有する集積回路（ＩＣ）と
    を備えるシステム。
18. 前記中間共振回路が受動的である請求項１７に記載のシステム。
19. 前記中間共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項１７に記載のシステム。
20. 前記中間共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項１９に記載のシステム。
21. 前記中間共振回路が導電性インクで形成された少なくとも１つの回路構成要素を含む請求項１７に記載のシステム。
22. 前記一体共振回路が受動的である請求項１７に記載のシステム。
23. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素および容量性要素を含む請求項１７に記載のシステム。
24. 前記一体共振回路が誘導性アンテナ要素に接触する高透磁性層をさらに含む請求項２３に記載のシステム。

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