JP2007049418A - マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型rfidタグ - Google Patents

マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型rfidタグ Download PDF

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晃也 杉山
Akira Shinoi
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博一 杉山
Toshiyuki Saito
利行 斉藤
Satoru Hashimoto
悟 橋本
Kazumi Yabusaki
和美 藪崎
Terutaka Suzuki
輝孝 鈴木
Tomomi Akitani
智巳 秋谷
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Abstract

【課題】 リーダー/ライターと、RFIDタグと、該RFIDタグに接続されたアナログ機器又はデジタル機器及び外部機器間において、相互方向にデータ伝送を行うことができる、マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグを得る。
【解決手段】 RFIDチップ内に、アナログ信号入力/出力手段からなるアナログインターフェースポートと、デジタル信号入力/信号手段からなるデジタルインターフェースポートと、シリアル通信手段からなるシリアル通信ポートの何れかを2つ以上内蔵し、前記各手段にRFIDチップ内より得られるクロックと同期させて制御を行うためのロジック回路と、データ又は/及びプログラムを蓄積するための不揮発性メモリを接続して構成し、リーダー/ライターからのコマンドにより前記各ポート間において相互方向にデータ伝送を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)タグシステムにおいて、質問器と称されるリーダー/ライターと、応答器と称されるRFIDタグと、該RFIDタグのインターフェースポートに接続されるアナログ機器又はデジタル機器及びシリアル通信ポートを有した外部機器間において、相互方向にデータ伝送を行うことができる、マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグに関するものである。
近年、物品のID識別による自動認識は、多くのサービス業,製造業,販売業,流通業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ID識別の手段として、従来からバーコードシステムが一般的であるが、情報の記憶容量が低いことや書換えができないことなどにより、非接触方式にて多くの情報の読み書きが行えるRFIDタグが普及しつつある。該RFIDタグは、バーコードとの置換えを目的した場合、機能を単純化して形状を小型化すると共に製造コストを下げることが重要となる。
しかし、バッテリーレスにて無線通信が行える特徴を活かして応用範囲の拡大を目的とした場合、機能の単純化による小型化及び製造コスト低減よりもアプリケーションに適合したインターフェース回路及び電源回路の効率化が重要となる。本願出願人は、以前より前記アプリケーションに適合したRFIDチップの研究開発を行ってきた。例えば、特願2005−003271号の「センサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDセンサ」ではRFIDチップにアナログ信号を入力するためのA/D変換回路と不揮発性メモリ及び制御用ロジック回路を付加したRFIDタグを用いて生体情報や計測情報等の取得管理が行えるシステムを提案し、特願2005−018506号の「RFIDタグ内蔵型電子式電力量計」ではRFIDチップにデジタル信号を入力するための入力インターフェース回路と不揮発性メモリ及び制御用ロジック回路を付加したRFIDタグを用いて電力量の遠隔検針や付加サービスが行えるシステムを提案し、特願2005−058440号の「非接触式プリント基板検査システム」ではRFIDチップにシリアル通信を行うための通信インターフェース回路と不揮発性メモリ及び制御用ロジック回路を付加したRFIDタグを用いて非接触にてプリント基板の検査が行えるシステムを提案した。
特願2005−003271 特願2005−018506 特願2005−058440
しかしながら、上記特願2005−003271号におけるRFIDタグは、センサから出力されたアナログ信号をA/D変換回路にてデジタル値に変換してリーダー/ライターに当該データを送信する1系統の通信機能しかなく、上記特願2005−018506号におけるRFIDタグは、電子式電力量計から出力されたBCDコード等のデジタル信号を入力インターフェース回路にて読み取りリーダー/ライターに当該データを送信する1系統の通信機能しかなく、上記特願2005−058440号におけるRFIDタグは、外部機器のプリント基板に搭載されたCPUのシリアル通信ポートと当該RFIDタグの通信インターフェース回路とをシリアル信号線で接続して外部機器とデータ通信を行う1系等の通信機能しかないため、汎用性がなくRFIDタグの応用範囲が限定されてしまうといった問題点があった。このため、複数のアナログ信号の入出力やデジタル信号の入出力が行えると共に他の外部機器とも相互にデータ伝送が行える汎用性のあるRFIDタグの開発が要求されていた。
本発明は、以上述べたような問題点の解決及び要求に応えるために成されたものであり、リーダー/ライターと、RFIDタグと、該RFIDタグのインターフェースポートに接続されたアナログ機器又はデジタル機器又はシリアル通信ポートを有した外部機器間において、相互方向にデータ伝送を行うことができる、マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグを提供することを目的とする。
なお、上記アナログ機器とはアナログ信号を入力することによりその信号レベルに応じた動作をしたり、要因の変化量に応じたアナログ信号を出力する機器、例えばアナログ型のセンサなど関連する全ての機器やセンサ類を指し、デジタル機器とはデジタル信号を入力することによりそのデータの値や内容に応じた動作をしたり、要因の変化量や内容に応じたデジタル信号を出力する機器、例えばデジタル型のセンサなど関連する全ての機器やセンサ類を指すものとする。
上記課題を解決するため、本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグにおいては、該RFIDタグをアンテナと共に構成するRFIDチップ内に、外部アナログ機器とアナログ信号伝送を行うためのアナログ信号入力手段又はアナログ信号出力手段からなるアナログインターフェースポートと、外部デジタル機器とデジタル信号伝送を行うためのデジタル信号入力手段又はデジタル信号出力手段からなるデジタルインターフェースポートと、シリアル通信ポートを有した外部機器とシリアル通信を行うためのシリアル通信手段からなるシリアル通信ポートの何れかを2つ以上内蔵し、前記アナログ信号入力手段又はアナログ信号出力手段若しくはデジタル信号入力手段又はデジタル信号出力手段とシリアル通信手段に、RFIDチップ内より得られるクロックと同期して制御を行うためのロジック回路と、データ又は/及びプログラムを蓄積するための不揮発性メモリ等を接続し、前記各手段の機能制御及び伝送制御を行う。
本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグを使用すれば、リーダー/ライターと、RFIDタグと、該RFIDタグのアナログインターフェースポートに接続された外部アナログ機器又はデジタルインターフェースポートに接続された外部デジタル機器又はシリアル通信ポートに接続された外部機器の相互間において、前記リーダー/ライターの指令により相互方向にデータ伝送が行えることになる。このため、汎用性が向上してRFIDタグの応用範囲が広がり、多くの産業分野においてマルチインターフェースポートを活用してのRFIDタグシステムの普及が可能になるという絶大なる効果を奏することができる。
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
図1は本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグの一実施例におけるシステム構成図であり、インターフェースポートとしてアナログインターフェースポート及びシリアル通信ポートを有したRFIDタグの例を示している。ここで、該RFIDタグ1は、RFIDチップ2及びアンテナ3にて構成する。該アンテナ3はリーダー/ライターと電磁界又は電磁波による無線通信を行うため、RFIDチップ2内又は一部RFIDチップ2外の同調キャパシタ(図示せず)から成る同調回路4に接続し、本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグを使用したシステムで使用するキャリア周波数、例えば13.56MHzや953MHz又は2.45GHz等に同調させて共振回路を構成する。なお、該アンテナ3は一般的にはループアンテナであり、該ループアンテナの導線には相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナ素材を使用するのが好適である。
上記同調回路4の後段には、リーダー/ライターのアンテナから出力された電磁界又は電磁波が当該RFIDタグ1のアンテナ3を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路5を接続する。該整流回路5で使用するダイオード(図示せず)は順方向電圧降下の低いもの、例えばショットキバリアダイオードが好適である。
次に、上記整流回路5の後段には、検波したキャリアを分周してシステム用のクロックを生成するためのクロック生成回路6と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子(図示せず)により変調動作を行うための変復調回路7と、上記直流電圧を安定化して回路電源を供給したり、充電用コンデンサ9に充電電圧を供給するための電源回路8を接続する。該充電用コンデンサ9は一般的にはセラミックコンデンサであり、電力を必要とする場合には電気二重層コンデンサが好適であるが、特に限定するものではない。
次に、上記変復調回路7の後段には、該変復調回路7の制御や不揮発性メモリであるSiRAM(Sensor Interface RAM:センサが必要とする処理単位にてアクセス可能なメモリで、本願出願人による商標)11に対する当該RFIDチップ2の固有ID情報やデータ等の書込み又は読出し制御及びアナログインターフェースポートとしてのA/D変換回路12やシリアル通信ポートとしての通信インターフェース回路13の制御を行うためのロジック回路10を接続する。
図2は図1におけるA/D変換回路12の詳細図であり、センサ16から出力されるアナログ信号をアナログ入力回路14に入力してレベル変換した後、高速A/D変換を行うため、独立したA/Dコンバータ15に接続する。前記アナログ入力回路14は入力電圧を適正レベルにスケーリングするためのOPアンプや抵抗で構成され、A/Dコンバータ15はリーダー/ライターからの指令により任意の分解能に設定してA/D変換した後、データ出力をSiRAM11の特定アドレスにパラレル接続すると共にクロックに同期してダイレクト書込みを行うものである。該方式によれば、SiRAM11本来の高速動作と相まって、更なるデータの高速書込み又は高速読出しが可能となるが、アナログマルチプレクサにより入力信号を選択して1個のA/Dコンバータ15でA/D変換を行う一般的なサンプリング方式であっても構わない。また、該図において入力数は3チャンネルで示したが、特に限定するものではない。
図3は図1における通信インターフェース回路13の詳細図であり、シリアル通信としてSIO(Serial Input/Output)とクロック(CLK)の2つの信号線を用いる。該SIO信号はバッファ回路17内にて入力バッファと出力バッファをセレクト1信号にて切替え選択し、出力データ及び入力データをSiRAM11及びロジック回路10に接続すると共に前記クロックに同期して書込み又は読出しを行うものである。また、クロック信号はバッファ回路17内にて入力バッファと出力バッファをセレクト2信号にて切替え選択し、クロック出力及びクロック入力をSiRAM11及びロジック回路10に接続して同期制御を行うものである。また、RFIDタグ1と外部機器との通信の実行を制御するため、整流回路5からの検波信号と外部機器の電圧信号をレギュレーター18に入力し、一定の閾値電圧以上になった場合にのみ通信の実行を許可する。
上記SiRAM11は強誘電体型の不揮発性メモリであり、回路電源がOFFになっても当該RFIDチップ2の固有ID情報やデータ等は消失することはない。また、データの書込み電圧は、EEPROMやフラッシュメモリのように高圧に昇圧する必要がないため、昇圧回路が簡略化される。また、書込み又は読出し速度はDRAMと同等であり、EEPROMやフラッシュメモリよりはるかに高速であるという特徴を持つものである。このように、不揮発性メモリとしてはSiRAM11が好適であるが、データ変換に高速処理を必要としない場合、例えばA/D変換回路12としてアナログマルチプレクサを使用した一般的なサンプリング方式の場合、SiRAM11に代えてFRAM(Ferroelectric RAM:米国Ramtron社の登録商標)や他のメモリを使用しても構わない。
なお、上記図1で示したシステム構成図及び図2,図3で示した回路図はこれに限定するものではなく、同等の機能及び動作を有するものは本発明の範疇に包含されるものである。
本発明の実施例を図を用いて説明する。
図4は本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグの一実施例におけるデータ伝送方向を示す図であり、RFIDチップ2内のRFID部22に、アナログインターフェースポートとして図2に示したA/D変換回路12と、シリアル通信ポートとして図3に示した通信インターフェース回路13を内蔵したRFIDタグ1のデータ伝送方向を示している。なお、前記RFID部22とは、RFIDチップ2においてアナログインターフェースポート又はデジタルインターフェースポート及びシリアル通信ポートを除いた部分を指す。
次に、上記RFIDチップ2内のA/D変換回路12にセンサ16を接続し当該センサ16から出力されるアナログ信号をA/D変換回路12に入力し、さらに通信インターフェース回路13に外部機器23に搭載したCPU24のシリアル通信ポートとSIO及びクロックのシリアル信号線及び当該外部機器23の電圧信号(EXT.P)を接続する。
また、RFIDチップ2及びアンテナ3で構成されるRFIDタグ1において、該アンテナ3とリーダー/ライター19に接続されたアンテナ20とは電磁界又は電磁波21により誘導結合して無線通信が行われる。
ここで、リーダー/ライター19よりRFIDタグ1に接続されたセンサ16のデータ値を読み取る場合、該リーダー/ライター19よりA/D変換実行コマンドをRFIDタグ1に送信すると、RFIDタグ1は当該コマンドに従いセンサ16から出力されるアナログ信号をA/D変換して固有ID情報と共にリーダー/ライター19に送信する。従って、該動作においては図4中の矢印〔1〕の方向にデータ伝送が行われる。
次に、リーダー/ライター19よりRFIDタグ1に接続された外部機器23のデータを読出す場合、該リーダー/ライター19よりデータ読出しコマンドをRFIDタグ1に送信すると、RFIDタグ1は当該コマンドに従い外部機器23内のメモリ(図示せず)よりデータを読出して固有ID情報と共にリーダー/ライター19に送信する。従って、該動作においては図4中の矢印〔2−1〕の方向にデータ伝送が行われる。
また、リーダー/ライター19よりRFIDタグ1に接続された外部機器23にデータを書込む場合、該リーダー/ライター19よりデータ書込みコマンドをRFIDタグ1に送信すると、RFIDタグ1は当該コマンドに従い外部機器23内のメモリ(図示せず)にリーダー/ライター19より受信したデータを書込む。従って、該動作においては図4中の矢印〔2−2〕の方向にデータ伝送が行われる。
次に、RFIDタグ1に接続された外部機器23より同じくRFIDタグ1に接続されたセンサ16のデータを読み取る場合、該外部機器23よりA/D変換実行コマンドをRFIDタグ1に送信すると、RFIDタグ1は当該コマンドに従いセンサ16から出力されるアナログ信号をA/D変換して固有ID情報と共に外部機器23に送信する。従って、該動作においては図4中の実線矢印〔3−1〕の方向にデータ伝送が行われる。なお、前記動作は、リーダー/ライター19よりRFIDタグ1に外部機器間データ伝送コマンドを送信することにより、図3で説明したレギュレーター18による通信の実行の許可がある間に行う必要がある。
なお、A/D変換回路12に代えアナログ信号出力手段としてD/A変換回路をRFIDチップ2に接続した場合、リーダー/ライター19よりD/A変換実行コマンドをRFIDタグ1に送信することにより、アナログ信号を外部アナログ機器に出力することが可能となる。従って、該動作においては図4中の点線矢印〔3−2〕の方向にデータ伝送が行われる。また、上記アナログ信号入力手段やアナログ信号出力手段に代えてデジタル信号入力手段やデジタル信号出力手段をRFIDチップ2に接続した場合でも、同様のデータ伝送が行える。
以上のようにして、RFIDタグ1のアナログインターフェースポートに接続されたアナログ機器又はデジタルインターフェースポートに接続されたデジタル機器と、シリアル通信ポートに接続された外部機器23と、リーダー/ライター19間において相互方向にデータ伝送が行えることになる。
応用例として、外部機器23に搭載したCPU24の動作を変更するためのパッチプログラムを当該CPU24のシリアル通信ポートにより転送する例を説明する。図5は本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグによる外部機器の制御用パッチプログラムの転送方法を示す図である。
第一転送方法として、RFIDチップ2の通信インターフェース回路13に外部機器23に搭載したCPU24のシリアル通信ポートとSIO及びクロックのシリアル信号線及び当該外部機器23の電圧信号(EXT.P)を接続する。
ここで、リーダー/ライター19よりパッチプログラム書込みコマンド及びパッチプログラムデータをRFIDタグ1に送信すると、該RFIDタグ1は当該コマンドに従ってリーダー/ライター19より前記パッチプログラムデータを読込むと共にRFIDチップ2内の不揮発性メモリに一旦蓄積する。その後、該パッチプログラムデータを読み出してシリアル通信により外部機器23のCPU24に接続されたメモリ(図示せず)に書込むことによりパッチプログラムの転送が行える。
また、確認のため、リーダー/ライター19よりパッチプログラム確認コマンドをRFIDタグ1に送信すると、該RFIDタグ1は当該コマンドに従って外部機器23のCPU24に接続されたメモリ(図示せず)より前記動作にて書込んだパッチプログラムデータを読出す。該パッチプログラムデータはさらにリーダー/ライター19に送信され、先に送信したパッチプログラムデータとの比較を行うことにより確認が行える。
また、第二転送例として、RFIDチップ2の通信インターフェース回路13にパッチプログラム転送先の外部機器23に搭載したCPU24のシリアル通信ポートとSIO及びクロックのシリアル信号線及び外部機器23の電圧信号(EXT.P)を接続し、RFIDチップ2の別の通信インターフェース回路13aにパッチプログラム転送元の外部機器23aに搭載したCPU24aのシリアル通信ポートとSIO及びクロックのシリアル信号線及び当該外部機器23aの電圧信号(EXT.P)を接続する。
ここで、リーダー/ライター19よりパッチプログラム書込みコマンドをRFIDタグ1に送信すると、該RFIDタグ1は当該コマンドに従ってパッチプログラム転送元の外部機器23aのCPU24aに接続されたメモリ(図示せず)より予め蓄積されたパッチプログラムデータを読込むと共にRFIDチップ2内の不揮発性メモリに一旦蓄積する。その後、該パッチプログラムデータを読み出してシリアル通信によりパッチプログラム転送先の外部機器23のCPU24に接続されたメモリ(図示せず)に書込むことによりパッチプログラムの転送が行える。なお、確認方法は上記第一転送例と同様となる。
上記応用例は、従来のRFIDタグでは成し得ないことであり、本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグによる、リーダー/ライターと、RFIDタグと、該RFIDタグのインターフェースポートに接続されたアナログ機器又はデジタル機器又はシリアル通信ポートを有した外部機器間において、相互方向にデータ伝送を行うことができる機能をもって成しえることとなる。
本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグの一実施例におけるシステム構成図である。 図1におけるA/D変換回路の詳細図である。 図1における通信インターフェース回路の詳細図である。 本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグの一実施例におけるデータ伝送方向を示す図である。 本発明のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグによる外部機器の制御用パッチプログラムの転送方法を示す図である。
符号の説明
1 RFIDタグ
2 RFIDチップ
3 アンテナ
4 同調回路
5 整流回路
6 クロック生成回路
7 変復調回路
8 電源回路
9 充電用コンデンサ
10 ロジック回路
11 FRAM
12 A/D変換回路
13 通信インターフェース回路
14 アナログ入力回路
15 A/Dコンバータ
16 センサ
17 バッファ回路
18 レギュレーター
19 リーダー/ライター
20 アンテナ
21 電磁界又は電磁波
22 RFID部
23 外部機器
24 CPU

Claims (4)

  1. RFIDタグをアンテナと共に構成するRFIDチップ内に、外部アナログ機器とアナログ信号伝送を行うためのアナログ信号入力手段又はアナログ信号出力手段からなるアナログインターフェースポートと、外部デジタル機器とデジタル信号伝送を行うためのデジタル信号入力手段又はデジタル信号出力手段からなるデジタルインターフェースポートと、シリアル通信ポートを有した外部機器とシリアル通信を行うためのシリアル通信手段からなるシリアル通信ポートの何れかを2つ以上内蔵し、前記アナログ信号入力手段又はアナログ信号出力手段若しくはデジタル信号入力手段又はデジタル信号出力手段とシリアル通信手段に、RFIDチップ内より得られるクロックと同期して動作制御を行うためのロジック回路と、データ又は/及びプログラムを蓄積するための不揮発性メモリ等を接続し、前記各手段の機能制御及び伝送制御を行うことを特徴とした、マルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグ。
  2. リーダー/ライターと、RFIDタグと、該RFIDタグのアナログインターフェースポートに接続された外部アナログ機器又はデジタルインターフェースポートに接続された外部デジタル機器又はシリアル通信ポートに接続された外部機器の相互間において、前記リーダー/ライターの指令により相互方向にデータ伝送が行えることを特徴とした、請求項1に記載のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグ。
  3. RFIDチップ内のシリアル通信ポートと外部機器のシリアル通信ポートとを接続し、リーダー/ライターよりパッチプログラム書込みコマンド及びパッチプログラムデータをRFIDタグに送信することにより、該RFIDタグは当該コマンドに従ってリーダー/ライターより前記パッチプログラムデータを読込むと共にRFIDチップ内の不揮発性メモリに一旦蓄積した後、該パッチプログラムデータを読み出して外部機器のCPUに接続されたメモリに書込むことによりパッチプログラムの転送が行えることを特徴とした、請求項1及び請求項2に記載のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグ。
  4. RFIDチップ内のシリアル通信ポートとパッチプログラム転送先の外部機器のシリアル通信ポートとを接続し、さらにRFIDチップ内の別のシリアル通信ポートとパッチプログラム転送元の外部機器のシリアル通信ポートと接続し、リーダー/ライターよりパッチプログラム書込みコマンドをRFIDタグに送信することにより、該RFIDタグは当該コマンドに従ってパッチプログラム転送元の外部機器のCPUに接続されたメモリに予め蓄積されたパッチプログラムデータを読込むと共にRFIDチップ内の不揮発性メモリに一旦蓄積した後、該パッチプログラムデータを読み出してパッチプログラム転送先の外部機器のCPUに接続されたメモリに書込むことによりパッチプログラムの転送が行えることを特徴とした、請求項1及び請求項2に記載のマルチインターフェースポート付きバッテリーレス型RFIDタグ。
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