JP2011501510A - 無線周波追跡・通信装置、およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】集積回路チップ上に、無線機がプロセッサと電気的に通信するよう規定される。無線機は、国際周波数で動作するよう規定されており、プロセッサによって送信される制御信号に従って電源オン／オフされるよう規定される。位置決定部が、プロセッサと電気的に通信するよう規定される。位置決定部は、さらに、プロセッサによって送信される制御信号に従って、電源をオン／オフされるよう規定される。電源が、プロセッサ、無線機、および、位置決定部に電力を供給するよう規定される。プロセッサ、無線機、位置決定部、および、電源は、移動可能な資産に取り付け可能なポータブルデバイスに組み込まれる。電源を交換することなしに、ポータブルデバイスの長期の配備を可能にするために、電源管理プログラムが実装される。
【選択図】図１

Description

現代の国際取引において、資産が世界中を移動する時に、資産を追跡および監視できることが、以前より重要になっている。さらに、政府機関が、特定の資産の現在位置を知ること、および、特定の資産が存在した場所の正確かつ信頼できる履歴を有することに関心を持つ場合もある。海上輸送コンテナは、世界中を移動する際に追跡および監視される資産の数多い例の内の１つである。現在位置、運行経路、そのルートに沿った特定の場所での滞在時間、および、そのルート上でさらされた条件など、特定の資産に関する情報は、商業事業体および政府事業体の両方にとって非常に重要な情報となりうる。そのために、世界中のどこでも資産を追跡および監視し、輸送中の資産の体験に関連した情報を収集および伝達するための装置が必要である。

一実施形態において、無線周波（高周波）追跡・通信装置（タグ（ＴＡＧ）装置）が開示されている。タグ装置は、チップ上に規定されたプロセッサを備える。タグ装置は、さらに、プロセッサと電気的に通信するようにチップ上に規定された無線機を備える。無線機は、国際周波数で動作するよう規定される。無線機は、さらに、プロセッサによって送信される制御信号に従って、電源をオン／オフされるよう規定される。タグ装置は、さらに、プロセッサと電気的に通信するように規定された位置決定部を備える。位置決定部は、プロセッサによって送信される制御信号に従って、電源をオン／オフされるよう規定される。さらに、タグ装置は、プロセッサ、無線機、および、位置決定部に電力を供給するよう規定された電源を備える。

別の実施形態において、無線周波追跡・通信装置（タグ装置）が開示されている。タグ装置は、チップ上に規定されたプロセッサを備える。タグ装置は、さらに、プロセッサと電気的に通信するようにチップ上に規定された無線機を備える。無線機は、電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４標準に準拠するよう規定される。タグ装置は、さらに、プロセッサと電気的に通信するように規定された全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を備える。タグ装置は、さらに、プロセッサ、無線機、および、ＧＰＳ受信機に電力を供給するよう規定された電源を備える。

別の実施形態において、無線周波追跡・通信装置（タグ装置）を動作させるための方法が開示されている。方法は、復帰信号の発行まで、タグ装置の最小電力消費状態を維持するための動作を備える。方法は、さらに、タグ装置の最小電力消費状態の間にモーションセンサを作動させる工程を備える。方法は、さらに、モーションセンサが閾値レベルの運動を検出したことを確認するための工程を備える。閾値レベルの運動の確認に応答して、方法は、復帰信号を発行して、タグ装置の最小電力消費状態から通常動作電力消費状態に移行させる工程を備える。

本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。

本発明の一実施形態に従って、無線周波追跡・通信装置（タグ装置）を示す図。 本発明の一実施形態に従って、図１のタグ装置を示す概略図。 本発明の一実施形態に従って、タグ装置を動作させるための方法を示すフローチャート。

以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。

図１は、本発明の一実施形態に従って、無線周波（ＲＦ）追跡・通信装置１００を示す図である。以下では、ＲＦ追跡・通信装置１００をタグ１００と呼ぶ。タグ１００は、チップ１０１上に規定されたプロセッサ１０３を備える。タグ１００は、さらに、チップ１０１上に規定された無線機１０５を備える。無線機１０５は、国際周波数で動作し、電力消費を効率的に管理するよう規定される。一実施形態において、無線機１０５は、電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４準拠の無線機１０５として規定される。無線機１０５は、プロセッサ１０３と電気的に通信するよう接続される。ＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠の無線機１０５の実装により、世界中での動作および安全な通信と、効率的な電力管理が提供されることを理解されたい。

タグ１００は、さらに、チップ１０１のプロセッサ１０３と電気的に通信するよう規定された位置決定部（ＬＤＤ）１１１を備える。一実施形態において、ＬＤＤ１１１は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機として規定される。さらに、タグ１００は、プロセッサ１０３、無線機１０５、ＬＤＤ１１１、および、図２を参照して後述するような電力供給を受けるタグ１００の他の構成要素に電力を供給するよう規定された電源１４３を備える。タグ１００は、最小限のメンテナンスで長期的なタグ１００の配備を可能にするよう規定された電源管理システムを実装する。一実施形態において、電源管理システムは、１つの３ボルトバッテリ（例えば、３ボルトＤセルバッテリ）を用いて３年間の配備期間にわたってタグ１００を動作させることができるように規定される。

一実施形態において、タグ１００は、資産の移動および状況に関連した確実な追跡および通信を提供するために、資産（輸送コンテナなど）に取り付けできる自立型のバッテリ作動式装置として規定される。特定の実施形態において、タグ１００は、資産に関連するセキュリティ用途を提供／実行するよう構成されてもよい。ローカルおよびグローバルな通信ネットワークとの通信を通して、タグ１００は、資産が輸送される間、輸送手段（例えば、船舶、トラック、鉄道）に積載されている間、および、ターミナルにある間に、自身に割り当てられた資産に関連するデータを通信することができる。

以下の記述からわかるように、タグ１００は、世界中の任意の場所で、資産の位置（緯度および経度）について、完全に自律的に位置決定および記録を行うことができる。タグ１００の電子装置は、位置のウェイポイント、セキュリティイベント、および、状況に関連したデータを、タグ１００に搭載した不揮発性メモリに格納することを可能にする。タグ１００は、さらに、不揮発性メモリへのデータ格納の分別（segregation）および優先順位付けをサポートするよう規定される。タグ１００にインターフェース接続された外部装置によって生成されたデータなど、タグ１００の動作に関連する商業的および／または安全に関するコンテンツの通信を、不揮発性メモリに仮想的および／または物理的に分別することができる。

さらに、一実施形態において、タグ１００の無線通信システムは、ネットワークアクセスを検出し、３キロメートル（ｋｍ）までの範囲にあるネットワークゲートウェイとネットワークアクセスをネゴシエーションするよう規定される。タグ１００のプロセッサ１０３は、タグ１００のシリアル番号を安全に認証するために必要なすべての機能を実行し、無線ネットワーク内でタグ１００と読取装置の間に暗号化された双方向通信を提供し、ネットワークゲートウェイの範囲内にある時にネットワーク接続を維持するよう規定される。

さらに、タグ１００は、さらなるセンサおよび／または通信動作モードを追加するために、ユーザ（政府および商業的ユーザの両方）に拡張機能を提供するよう規定される。移動する資産に固定されることに加えて、タグ１００は、さらに、ハンドヘルド読取装置およびネットワークゲートウェイ読取装置で利用されるよう規定される。ハンドヘルド読取装置またはネットワークゲートウェイ読取装置内に配置される場合、タグ１００は、無線およびＧＰＳビーコンの二つの機能を提供する。また、タグ１００は、タグ１００およびネットワーク読取装置の間のデータ通信を確保および管理するため、および、タグ１００へのアクセスを制御するために、プロプライエタリな通信プロトコルを実装するよう規定される。

一実施形態において、タグ１００の様々な構成要素は、プリント基板上に配置されており、それらの間に必要な電気接続は、プリント回路基板内に規定された導電配線を通してなされる。例示的な一実施形態において、タグ１００のプリント回路基板は、低コスト、硬質、４層、０．０６２インチ厚のＦＲ−４誘電体グラスファイバ基板である。ただし、別の実施形態において、他のタイプのプリント回路基板または同様の機能を持つアッセンブリが、様々なタグ１００構成要素の支持および相互接続のためのプラットフォームとして利用されてもよいことを理解されたい。特定の一実施形態において、チップ１０１は、テキサスインスツルメンツ社が製造する型番ＣＣ２４３０−６４のチップとして規定され、ＬＤＤ１１１は、ＳｉＲＦ社製の型番ＧＳＣ３ｆ／ＬＰのシングルチップＡＳＩＣとして実装される。

図２は、本発明の一実施形態に従って、図１のタグ１００を示す概略図である。様々な例示的な実施形態において、プロセッサ１０３および無線機１０５の両方を備えたチップ１０１は、特に、以下のチップのいずれかとして実装されてよい：
テキサスインスツルメンツ社製の型番ＣＣ２４３０のチップ；
テキサスインスツルメンツ社製の型番ＣＣ２４３１のチップ；
テキサスインスツルメンツ社製の型番ＣＣ２４２０のチップ；
フリースケール社製の型番ＭＣ１３２１１のチップ；
フリースケール社製の型番ＭＣ１３２１２のチップ；または
フリースケール社製の型番ＭＣ１３２１３のチップ。

上述のチップ１０１の実施形態の各々において、無線機１０５は、２．４ＧＨｚ（ギガヘルツ）の周波数で動作するＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠の無線機として規定される。無線機１０５が、国際周波数で動作し、タグ１００動作および配備の要件を満たすのに十分な電力管理能力を提供するよう規定される限りは、チップ１０１の種類は、他の実施形態において異なってもよいことを理解されたい。さらに、プロセッサ１０３が、タグ１００のメインプロセッサとして機能し、チップ１０１上に実装された無線機１０５を介した通信を可能にする限りは、チップ１０１の種類は、他の実施形態において異なっていてもよい。また、チップ１０１は、タグ１００の動作に関連したデータの格納のために、プロセッサ１０３による読み書きアクセスが可能なメモリ１０４（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など）を備える。

タグ１００は、さらに、無線機１０５の通信範囲を改善するために、電力増幅器１０７および低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３７を備える。無線機１０５は、矢印１７１で示すように、受信／送信（ＲＸ／ＴＸ）スイッチ１３９を介してＲＦ信号を送受信するように接続される。無線機１０５の送信路は、矢印１７１で示すように無線機１０５からスイッチ１３９へ、次いで、矢印１７９で示すようにスイッチ１３９から電力増幅器１０７へ、次いで、矢印１８３で示すように電力増幅器１０７から別のＲＸ／ＴＸスイッチ１４１へ、次いで、矢印１８５で示すようにＲＸ／ＴＸスイッチ１４１から無線アンテナ１０９へと至る。

無線機１０５の受信路は、矢印１８５で示すように無線アンテナ１０９からＲＸ／ＴＸスイッチ１４１へ、次いで、矢印１８１で示すようにＲＸ／ＴＸスイッチ１４１からＬＮＡ１３７へ、次いで、矢印１７７で示すようにＬＮＡ１３７からＲＸ／ＴＸスイッチ１３９へ、次いで、矢印１７１で示すようにＲＸ／ＴＸスイッチ１３９から無線機１０５へと至る。ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１は、無線機１０５のための送信路および受信路が、それぞれ、送信動作および受信動作を実行する時に互いに分離されることができるように、協調的に動作するよう規定される。換言すると、ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１は、送信中には電力増幅器１０７を通して、受信中には電力増幅器１０７を回避して、ＲＦ信号を送るよう動作されることができる。したがって、ＲＦ電力増幅器１０７の出力を、無線機１０５のＲＦ入力から分離することができる。

一実施形態において、ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１の各々は、ヒッタイト社製の型番ＨＭＣ１７４ＭＳ８のスイッチとして規定される。ただし、別の実施形態において、ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１の各々は、制御信号に従って送信および受信チャネル間で移行できる限りは、別の種類のＲＦスイッチとして規定されてもよいことを理解されたい。また、一実施形態において、電力増幅器１０７は、ヒッタイト社製の型番ＨＭＣ４１４ＭＳ８の２．４ＧＨｚ電力増幅器として規定される。ただし、別の実施形態において、電力増幅器１０７は、長距離通信のためのＲＦ信号の処理が可能であると共に制御信号に従って電力管理が可能である限りは、別の種類の増幅器として規定されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、電力増幅器１０７とＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１は、例として、テキサスインスツルメンツ社製の型番ＣＣ２５９１デバイスなど、単一のデバイスに一体化されてもよい。

タグ１００は、ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１の協調的動作を指示し、電力増幅器１０７およびＬＮＡ１３７の電力制御を指示するよう規定されたＲＸ／ＴＸ制御回路１８９を、さらに備える。ＲＸ／ＴＸ制御回路１８９は、矢印１９１で示すように、チップ１０１からＲＸ／ＴＸ制御信号を受信する。ＲＸ／ＴＸ制御信号に応答して、ＲＸ／ＴＸ制御回路１８９は、それぞれ矢印１９３および１９５で示すように、ＲＸ／ＴＸスイッチ１３９および１４１にそれぞれの制御信号を送信し、その結果、チップ１０１から受信したＲＸ／ＴＸ制御信号によって指示されたように、送信路または受信路のいずれかに沿って連続性が確立される。また、ＲＸ／ＴＸ制御信号に応答して、ＲＸ／ＴＸ制御回路１８９は、矢印２０１で示すように、電力増幅器１０７に電力制御信号を送信する。この電力制御信号は、ＲＦ送信路を使用する時には電力増幅器１０７の電源を入れ、ＲＦ伝送パスをアイドル状態にする時には電源を切るよう指示する。

一実施形態において、ＬＤＤ１１１は、プロセッサ１１３と、ＲＡＭなどのメモリ１１５とを備えており、メモリ１１５は、ＬＤＤ１１１の動作に関連するデータの格納のために、プロセッサ１１３による読み書きアクセスが可能である。一実施形態において、ＬＤＤ１１１およびチップ１０１は、矢印１６１で示すように、互いにインターフェース接続されており、それにより、チップ１０１のプロセッサ１０３は、ＬＤＤ１１１のプロセッサ１１３と通信して、ＬＤＤ１１１のプログラミングを可能にすることができる。様々な実施形態において、ＬＤＤ１１１およびチップ１０１の間のインターフェースは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などのシリアルポート、タグ１００のプリント回路基板上の導電配線、または、デジタル信号の伝達に適した基本的に任意のその他のタイプのインターフェースを用いて実装されてよい。

また、一実施形態において、ＬＤＤ１１１の１つのピンが、低電力動作モードすなわちスリープモードからＬＤＤ１１１を復帰させることができるよう、外部割り込みピンとして用いられるよう規定される。例えば、チップ１０１は、矢印１６５で示すように、チップ１０１からＬＤＤ１１１への復帰信号の通信を可能にするために、ＬＤＤ１１１の外部割り込みピンに接続されることができる。ＬＤＤ１１１は、矢印１６３で示すように、ＬＤＤ１１１からチップ１０１へのデータの通信を可能にするために、チップ１０１に対してさらなる接続をなされる。

ＬＤＤ１１１は、さらに、矢印１５７で示すように、ＲＦ信号を受信するよう規定される。ＬＤＤ１１１によって受信されたＲＦ信号は、矢印１５９で示すように、ＬＤＤアンテナ１２１から低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１７に伝送される。次いで、ＲＦ信号は、矢印１５５で示すように、ＬＮＡ１１７から信号フィルタ１１９に伝送される。次いで、ＲＦ信号は、矢印１５７で示すように、信号フィルタ１１９からＬＤＤ１１１に伝送される。

さらに、一実施形態において、ＬＤＤ１１１は、オンボードフラッシュメモリ１１５およびＡＲＭプロセッサコア１１３を含むシングルチップＡＳＩＣとして規定される。例えば、様々な実施形態において、ＬＤＤ１１１は、特に、以下のタイプのＧＰＳ受信機のいずれかとして実装されてよい：
ＳｉＲＦ社製の型番ＧＳＣ３ｆ／ＬＰのＧＰＳ受信機；
ＳｉＲＦ社製の型番ＧＳＣ２ｆ／ＬＰのＧＰＳ受信機；
ＳｉＲＦ社製の型番ＧＳＣ３ｅ／ＬＰのＧＰＳ受信機；
ネメリックス社製の型番ＮＸ３のＧＰＳ受信機；または、
ネメリックス社製の型番ＮＪ０３０ＡのＧＰＳ受信機。

ＬＮＡ１１７および信号フィルタ１１９は、ＬＤＤアンテナ１２１から受信したＲＦ信号の増幅およびノイズ除去をするために設けられる。一実施形態において、ＬＮＡ１１７は、１８ｄＢｉ低雑音増幅器などのＬバンドデバイスとして実装されてよい。例えば、この実施形態において、ＬＮＡ１１７は、ＮＥＣ社製の型番ＵＰＣ８２１１ＴＫの増幅器として実装されてよい。別の実施形態においては、ＬＮＡ１１７は、インフィニオン社製の型番ＢＧＡ６１５Ｌ７の増幅器として実装されてもよい。また、ＬＮＡ１１７は、矢印１５３で示すように、ＬＤＤ１１１から制御信号を受信するための制御入力を有するよう規定される。それに応じて、ＬＮＡ１１７は、ＬＤＤ１１１から受信した制御信号を理解（解釈）し、それに従って動作するよう規定される。ＬＤＤ１１１がＳｉＲＦ社製の型番ＧＳＣ３ｆ／ＬＰのＧＰＳ受信機として実装された実施形態において、ＧＳＣ３ｆ／ＬＰチップ上のＧＰＩＯ４ピンを用いて、ＬＮＡ１１７の電力を制御することによって、制御アルゴリズムに従って、ＬＮＡ１１７の電源をオン／オフすることができる。

一実施形態において、信号フィルタ１１９は、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタなどのＬバンドデバイスとして規定される。例えば、一実施形態において、信号フィルタ１１９は、ＥＰＣＯＳ社製の型番Ｂ３９１６２Ｂ３５２０Ｕ４１０のＳＡＷフィルタとして実装される。前述のように、信号フィルタ１１９の出力は、矢印１５７で示すように、ＬＤＤ１１１のＲＦ入力に接続される。一実施形態では、タグ１００のプリント回路基板上の５０オームマイクロストリップ配線を用いて、信号フィルタ１１９の出力をＬＤＤ１１１のＲＦ入力に接続する。また、一実施形態において、信号フィルタ１１９は、１５７５ＭＨｚのＲＦ信号をＬＤＤ１１１のＲＦ入力へ通過させるように調整される。

タグ１００は、さらに、様々な外部装置をタグ１００のＬＤＤ１１１およびチップ１０１に電気接続することを可能にするよう規定されたデータインターフェース１２３を備える。例えば、一実施形態において、チップ１０１は、データインターフェース１２３のそれぞれのピンに電気接続される複数の再構成可能な汎用インターフェースを備える。したがって、この実施形態では、矢印１６９で示すように、データインターフェース１２３を介してチップ１０１と通信するように、外部装置（商業用途および／またはセキュリティ用途のためのセンサなど）を電気接続することができる。また、ＬＤＤ１１１は、矢印１６７で示すように、外部要素およびＬＤＤ１１１の間の電気接続を可能にするために、データインターフェース１２３に接続されている。例えば、ＬＤＤ１１１をプログラムするために、データインターフェース１２３を介してＬＤＤ１１１に外部要素を接続してよい。データインターフェース１２３は、様々な実施形態において異なる方法で規定されてよいことを理解されたい。例えば、一実施形態において、データインターフェース１２３は、外部装置が接続しうる複数のピンを含むシリアルインターフェースとして規定される。他の例において、データインターフェースは、特に、ＵＳＢインターフェースとして規定されてもよい。

タグ１００は、さらに、矢印１７５で示すように、チップ１０１のプロセッサ１０３に接続された拡張メモリ１３５を備える。拡張メモリ１３５は、データの格納および取り出しのためにプロセッサ１０３がアクセスできる不揮発性メモリとして規定される。一実施形態において、拡張メモリ１３５は、フラッシュメモリなどの固体不揮発性メモリとして規定される。拡張メモリ１３５は、セグメント化された不揮発性ストレージを提供するよう規定されることができ、プロセッサ１０３上で実行されるソフトウェアによって制御できる。一実施形態において、拡張メモリ１３５内の別個のメモリブロックを、セキュリティ用途または商業用途のいずれかで専用に利用するように割り当てることができる。一実施形態において、拡張メモリ１３５は、ＳＴマイクロエレクトロニクス社製の型番Ｍ２５Ｐ１０−Ａのフラッシュメモリである。別の実施形態において、拡張メモリ１３５は、ニューモニクス社製の型番Ｍ２５ＰＥ２０のフラッシュメモリである。他の実施形態において、拡張メモリ１３５がプロセッサ１０３と動作可能に接続されうる限りは、多くの他の異なる種類の拡張メモリ１３５を用いてもよいことを理解されたい。

タグ１００は、さらに、矢印１７３で示すように、チップ１０１すなわちプロセッサ１０３と電気的に通信するモーションセンサ１３３を備える。モーションセンサ１３３は、タグ１００の物理的運動を検出し、それによって、タグ１００が取り付けられた資産の物理的運動を検出するよう規定される。プロセッサ１０３は、モーションセンサ１３３から運動検出信号を受信し、受信した運動検出信号に基づいて、タグ１００の適切な動作モードを決定するよう規定される。多くの異なる種類のモーションセンサ１３３が、様々な実施形態において利用されてよい。例えば、一部の実施形態において、モーションセンサ１３３は、特に、加速度計、ジャイロ、水銀スイッチ、マイクロ振り子（micro-pendulum）として規定されてよい。また、一実施形態において、タグ１００は、チップ１０１と電気的に通信する複数のモーションセンサ１３３を備えてもよい。複数のモーションセンサ１３３の利用は、検知技術／刺激における冗長性および多様性を提供するために実装されてよい。例えば、一実施形態において、モーションセンサ１３３は、アナログ・デバイセズ社製の型番ＡＤＸＬ３３０のモーションセンサである。別の実施形態において、モーションセンサ１３３は、アナログ・デバイセズ社製の型番ＡＤＸＬ３１１の加速度計である。さらに別の実施形態において、モーションセンサ１３３は、アナログ・デバイセズ社製の型番ＡＤＸＲＳ５０のジャイロである。

タグ１００は、さらに、電源１４３に接続された電圧調整器１８７を備える。電圧調整器１８７は、電源１４３がバッテリとして実装される場合に、出力ドロップアウトが最小限となるよう規定される。電圧調整器１８７は、さらに、電力供給を受けるタグ１００の構成要素に対して最適な電圧制御および調整を提供するよう規定される。一実施形態において、ノイズ、ならびに、それぞれＬＤＤ１１１および無線機１０５とＬＮＡ１１７および１３７とのＲＦ結合を最小化するために、容量性フィルタが、タグ１００の電源プレーンと接地電位との間の同調バイパス回路と連動して動作するように、電圧調整器１８７の出力に接続される。

また、一実施形態において、タグ１００の起動を同期させるため、および、低速な電力増大ランピング（ramping）時、または、電源１４３、例えばバッテリのブラウンアウト（電圧低下）時に、破損したメモリ（１１５／１０４）を実行することから保護するために、無線機１０５およびＬＤＤ１１１は、電圧調整器１８７から共通リセット信号およびブラウンアウト保護信号を受信するよう接続される。一実施形態において、電圧調整器１８７は、テキサスインスツルメンツ社製の型番ＴＰＳ７７９３０の電圧調整器である。別の実施形態において、電圧調整器１８７は、テキサスインスツルメンツ社製の型番ＴＰＳ７７９０１の電圧調整器である。電力供給を受けるタグ１００の構成要素に対して最適な電圧制御および調整を提供するよう規定される限りは、他の実施形態において、異なる種類の電圧調整器１８７を用いてもよいことを理解されたい。

最小限のメンテナンスでタグ１００の長期的な配属を可能にするために、チップ１０１のプロセッサ１０３は、タグ１００の電力管理プログラムを実行するよう動作される。電力管理プログラムは、タグ１００内の様々な構成要素への電力供給、特にＬＤＤ１１１および無線機１０５への電力供給を制御する。タグ１００は、以下の４つの主要電力状態を有する：
１）ＬＤＤ１１１がオフかつ無線機１０５がオフ；
２）ＬＤＤ１１１がオフかつ無線機１０５がオン；
３）ＬＤＤ１１１がオンかつ無線機１０５がオフ；および
４）ＬＤＤ１１１がオンかつ無線機１０５がオン。

電力管理プログラムは、ＬＤＤ１１１および無線機１０５の両方の電源がオフであるスリープモードが、タグ１００の通常動作状態となるように、規定される。電力管理プログラムは、監視されている状況、外部刺激、および、予めプログラムされた設定などのイベントに応答して、ＬＤＤ１１１および／または無線機１０５の電源をオンにするよう規定される。例えば、モーションセンサ１３３によって検出されてプロセッサ１０４に通信される、運動イベントまたは運動時間の記録が、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方をスリープモードから復帰させるイベントとして用いられてよい。別の例では、予めプログラムされたスケジュールが、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方をスリープモードから復帰させるトリガとして用いられてもよい。さらに、通信要求、外部センサのデータ、地理位置情報、および、それらの組み合わせの受信など、他のイベントが、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方をスリープモードから復帰させるトリガとして機能してもよい。

電力管理プログラムは、さらに、任意の要求された動作または必要な動作の完了後に、できるだけ早くタグ１００の構成要素の電源を切るよう規定される。実行される動作によっては、電力管理プログラムは、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかが動作を継続している間に、他方の電源を切るよう指示してもよい。あるいは、動作条件により、電力管理プログラムが、ＬＤＤ１１１および無線機１０５の両方の電源を同時に切ることも許容されうる。前述のように、一実施形態において、電力管理システムは、１つの３ボルトバッテリ（３ボルトＤセルバッテリなど）で３年以上にわたってタグ１００を作動できるように規定される。

電力管理プログラムをサポートするために、タグ１００は、４つの別個の水晶発振器を利用する。具体的には、図２を参照すると、矢印１４９で示すように、チップ１０１は、３２ＭＨｚ（メガヘルツ）の発振器１２５を用いて、チップ１０１の基本動作クロックを提供する。チップ１０１は、さらに、矢印１５１で示すように、３２ｋＨｚ（キロヘルツ）発振器１２７を用いて、スリープ動作モードからチップ１０１を復帰させるためのリアルタイムクロックを提供する。ＬＤＤ１１１は、矢印１４７で示すように、２４ＭＨｚ発振器１２９を用いて、ＬＤＤ１１１の基本動作クロックを提供する。また、ＬＤＤ１１１は、矢印１４５で示すように、３２ｋＨｚ発振器１３１を用いて、スリープ動作モードからＬＤＤ１１１を復帰させるためのリアルタイムクロックを提供する。ただし、他の実施形態において、チップ１０１およびＬＤＤ１１１に必要なクロックを提供するために、他の構成の発振器を用いてもよいことを理解されたい。例えば、ＬＤＤ１１１およびチップ１０１の動作要件に応じて、異なる周波数の水晶発振器が用いられてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に従って、無線周波追跡・通信装置すなわちタグ１００の動作方法を示すフローチャートである。図３の方法は、電力管理プログラムをタグ１００に実装しうる方法の一例である。方法は、プロセッサ１０３による復帰信号の発行まで、タグ１００の最小電力消費状態を維持する工程３０１を備える。上述のように、タグ１００の最小電力消費状態は、ＬＤＤ１１１および無線機１０５の両方の電源がオフである時の状態である。

方法は、さらに、最小電力消費状態中にモーションセンサ１３３を作動させる工程３０３を備える。方法は、さらに、モーションセンサ１３３が閾値レベルの運動を検出したことを確認（特定）する工程３０５を備える。モーションセンサ１３３は、タグ１００上に配置されるため、モーションセンサ１３３によって検出される閾値レベルの運動は、タグ１００およびタグ１００が取り付けられた資産の運動に対応することを理解されたい。

一実施形態において、閾値レベルの運動は、少なくとも所定の大きさの単一の運動検出信号として定義される。この実施形態において、プロセッサ１０３は、モーションセンサ１３３から運動検出信号を受信し、受信した運動検出信号が、メモリ１０４に格納された所定の大きさを越えるか否かを判定するよう規定される。別の実施形態において、閾値レベルの運動は、運動検出信号の積分が少なくとも所定の大きさに到達したこととして規定される。この実施形態において、運動検出信号は、ある期間にわたって、プロセッサ１０３によって受信および格納される。プロセッサ１０３は、その期間にわたって受信した運動検出信号の積分すなわち合計が、メモリ１０４に格納された所定の大きさ以上になったか否かを判定する。さらに、上述の閾値レベルの運動に関する２つの実施形態は、組み合わせて実施されてもよい。

閾値レベル以上の運動が起こったことを確認すると、方法は、復帰信号を発行して、タグ１００の最小電力消費状態から通常動作電力消費状態に移行させる工程３０７を備える。復帰信号は、閾値レベル以上の運動が起こったことをプロセッサ１０３が認識すると、プロセッサ１０３によって生成される。プロセッサ１０３は、運動の閾値レベルに到達した際に実行される動作シーケンスに応じて、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方に対して復帰信号を送信するよう動作されてよい。方法は、さらに、タグ１００による所定の動作または所定のアイドル期間のいずれかの完了時に、タグ１００を通常動作電力消費状態から最小電力消費状態へ戻す工程３０９を備える。

再び工程３０１を参照すると、方法は、最小電力消費状態中にＲＦ通信信号が受信される工程３１１に進んでもよい。ＲＦ通信信号の受信に応答して、方法は、復帰信号を発行して、タグ１００を最小電力消費状態から通常動作電力消費状態へ移行させる工程３０７に進む。ここでも、復帰信号は、プロセッサ１０３によって生成される信号であり、受信したＲＦ通信信号の内容に応じて、無線機１０５、ＬＤＤ１１１、または、その両方の電源を入れるよう指示してよい。

さらに、工程３０１を参照すると、方法は、復帰スケジュールに対してリアルタイムクロックを監視するための工程３１３に進んでもよい。一実施形態において、復帰スケジュールに対してリアルタイムクロックを監視する動作は、タグ１００が最小電力消費状態にある時に、プロセッサ１０３によって実行される。復帰スケジュールにおける指定の復帰時刻に到達すると、方法は、復帰信号を発行して、タグ１００を最小電力消費状態から通常動作電力消費状態へ移行させる工程３０７に進む。

再び工程３０１を参照すると、方法は、最小電力消費状態中にデータインターフェース１２３を介して信号を受信する工程３１５に進んでもよい。一実施形態において、データインターフェース１２３を介して受信される信号は、データインターフェース１２３に接続された外部装置によって生成されたデータ信号であってよい。例えば、センサが、データインターフェース１２３に接続されてよく、そのセンサは、プロセッサ１０３がＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方の電源を入れるための復帰信号を生成するトリガとなる監視対象の警報または条件を示すデータ信号を送信してよい。例えば、データ信号は、押しボタン信号、侵入警報信号、化学／生物剤検出信号、温度信号、湿度信号、または、検知デバイスが生成しうる基本的に任意のその他の種類の信号であってよい。

さらに、ユーザは、ＬＤＤ１１１またはプロセッサ１０３と通信するために、ハンドヘルドコンピュータデバイスまたはラップトップコンピュータなどのコンピュータデバイスをデータインターフェース１２３に接続してよい。一実施形態において、コンピュータデバイスとデータインターフェース１２３の接続は、プロセッサ１０３に復帰信号を生成させて、ＬＤＤ１１１および無線機１０５のいずれかまたは両方の電源を入れる。工程３１５でデータインターフェース１２３を介して信号を受信したことに応答して、方法は、復帰信号を発行して、タグ１００を最小電力消費状態から通常動作電力消費状態へ移行させる工程３０７に進む。ここでも、工程３０７において、復帰信号は、プロセッサ１０３によって生成される信号であり、データインターフェース１２３を介して受信した信号の種類に応じて、無線機１０５、ＬＤＤ１１１、または両方の電源を入れるよう指示してよい。

タグ１００の様々なＲＦ部の間のＲＦインピーダンス整合を提供するために、誘導ループがタグ１００に組み込まれる。一実施形態において、誘導ループは、波長トレースにわたって０．５ｎＨ（ナノヘルツ）の無効負荷を提供するよう調整される。一実施形態において、無線機１０５のＲＦ出力とＲＸ／ＴＸスイッチ１３９の間のインピーダンス整合は、５０オームである。また、ＲＦ電力増幅器１０７は、ＲＸ／ＴＸスイッチ１４１と容量結合される。さらに、一実施形態において、無線機１０５からの電源１４３のデカップリングを提供するために、８つの無線周波セラミックコンデンサが、チップ１０１の電源ピンとタグ１００の接地電位の間に結合される。

一実施形態において、チップ１０１の電源プレーンは、ＲＦチョークおよび容量性フィルタを介してＬＤＤ１１１の電源プレーンにＤＣ結合された独立した分割内部電源プレーンとして規定される。この実施形態では、無線機１０５内の位相ロックループ回路からのノイズが、チップ１０１の内部電源プレーンを介してＬＤＤ１１１の電源プレーンに結合することがない。このように、無線機１０５およびＬＤＤ１１１の両方が同時に動作する際に、無線機１０５の動作に関連する無線高調波がＬＤＤ１１１と著しく結合することが防止され、それによって、ＬＤＤ１１１の感度が維持される。

実質的な信号損失なしに、ＬＤＤ１１１がＲＦ信号を受信することができるように、インピーダンス整合回路がさらに提供される。より具体的には、ＬＤＤ１１１へのＲＦ入力が、タグ１００の回路基板の誘電特性に対して調整されたインピーダンス整合回路を用いる。一実施形態において、ＬＤＤアンテナ１２１からＬＮＡ１１７への接続は、１００ｐｆ（ピコファラッド）のコンデンサを用いてＬＮＡ１１７のＲＦ入力からＤＣ分離されており、５０オームにインピーダンス整合される。また、一実施形態において、ＬＮＡ１１７の出力は、５０オームにインピーダンス整合される。

本発明は、いくつかの実施形態に沿って説明されているが、当業者が、これまでの明細書および図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むよう意図されている。

Claims (25)

1. 無線周波追跡・通信装置であって、
   チップ上に規定されたプロセッサと、
   前記プロセッサと電気的に通信するように前記チップ上に規定され、国際周波数で動作するよう規定され、前記プロセッサによって送信される制御信号に従って電源がオン・オフされるよう規定された無線機と、
   前記プロセッサと電気的に通信するように規定され、前記プロセッサによって送信される制御信号に従って電源がオン・オフされるよう規定された位置決定部と、
   前記プロセッサ、前記無線機、および、前記位置決定部に電力を供給するよう規定された電源と、
   を備える、装置。
2. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記無線機は、電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４標準に準拠するよう規定される、装置。
3. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記位置決定部は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機である、装置。
4. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
   無線周波（ＲＦ）信号を受信するよう規定された第１のアンテナと、
   前記第１アンテナからＲＦ信号を受信するように接続された第１の低雑音増幅器と、
   前記第１の低雑音増幅器からＲＦ信号を受信するように接続され、処理済みのＲＦ信号を前記位置決定部に送信するように接続された信号フィルタと、
   を備える、装置。
5. 請求項４に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記第１の低雑音増幅器は、前記位置決定部から電力制御信号を受信するように接続されており、前記位置決定部から受信される前記電力制御信号に従って電源がオン・オフされるよう規定されている、装置。
6. 請求項４に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記信号フィルタは、弾性表面波（ＳＡＷ）信号フィルタである、装置。
7. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
   無線周波（ＲＦ）信号を送受信するよう規定された無線アンテナと、
   前記無線機から前記無線アンテナに至るよう規定されたＲＦ信号送信路と、
   前記無線アンテナから前記無線機に至るよう規定されたＲＦ信号受信路と、
   前記ＲＦ信号送信路および前記ＲＦ信号受信路が同時に有効にならないように協調的に動作するよう規定された一対のＲＦスイッチと、
   を備える、装置。
8. 請求項７に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
   前記ＲＦ信号送信路の前記一対のＲＦスイッチの間に接続された電力増幅器と、
   前記ＲＦ信号受信路の前記一対のＲＦスイッチの間に接続された低雑音増幅器と、
   を備える、装置。
9. 請求項８に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
   前記一対のＲＦスイッチの協調的動作を指示すると共に、前記電力増幅器および前記低雑音増幅器の電力制御を指示するよう規定された制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記プロセッサから制御信号を受信するよう規定され、前記制御信号に従って、前記ＲＦ信号送信路または前記ＲＦ信号受信路に沿って連続性を確立するように前記一対のＲＦスイッチに指示するよう規定される、装置。
10. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    前記チップが通常動作モードにある時に、前記チップに第１の動作クロック信号を提供するように接続された第１の水晶発振器と、
    前記チップのすべての動作モード中に、前記チップに第１のリアルタイムクロック信号を提供するように接続された第２の水晶発振器と、
    前記位置決定部が通常動作モードにある時に、前記位置決定部に第２の動作クロック信号を提供するように接続された第３の水晶発振器と、
    前記位置決定部のすべての動作モード中に、前記位置決定部に第２のリアルタイムクロック信号を提供するように接続された第４の水晶発振器と、
    を備える、装置。
11. 請求項１０に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記第１の水晶発振器は、３２メガヘルツ（ＭＨｚ）のクロック信号を生成するよう規定され、前記第３の水晶発振器は、２４ＭＨｚのクロック信号を生成するよう規定され、前記第２および第４の水晶発振器は各々、３２キロヘルツ（ｋＨｚ）のクロック信号を生成するよう規定されている、装置。
12. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    前記プロセッサに接続された拡張メモリを備え、
    前記拡張メモリは、データ格納および取り出しのために前記プロセッサによってアクセス可能である不揮発性メモリとして規定される、装置。
13. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    前記電源の出力に接続された電圧調整器を備え、
    前記電圧調整器は、前記プロセッサ、前記無線機、および、前記位置決定部に、最適化された電圧制御および調整を提供するよう規定される、装置。
14. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    様々な外部装置を前記位置決定部およびチップに電気接続することを可能にするよう規定されたデータインターフェースを備える、装置。
15. 請求項１に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    前記プロセッサと電気的に通信するモーションセンサを備え、
    前記モーションセンサは、前記無線周波追跡・通信装置の物理的運動を検出し、対応する運動検出信号を前記プロセッサに送信するよう規定される、装置。
16. 無線周波追跡・通信装置であって、
    チップ上に規定されたプロセッサと、
    前記プロセッサと電気的に通信するように前記チップ上に規定され、電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１５．４標準に準拠するよう規定された無線機と、
    前記プロセッサと電気的に通信するよう規定された全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機と、
    前記プロセッサ、前記無線機、および、前記ＧＰＳ受信機に電力を供給するよう規定された電源と、
    を備える、装置。
17. 請求項１６に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記無線機および前記ＧＰＳ受信機の各々は、前記プロセッサによって送信されるそれぞれの制御信号に従って、独立して電源がオン・オフされるよう規定されている、装置。
18. 請求項１６に記載の無線周波追跡・通信装置であって、さらに、
    前記プロセッサと電気的に通信するモーションセンサを備え、
    前記モーションセンサは、前記無線周波追跡・通信装置の物理的運動を検出し、対応する運動検出信号を前記プロセッサに送信するよう規定される、装置。
19. 請求項１８に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記プロセッサは、前記モーションセンサから運動検出信号を受信し、前記受信した運動検出信号に基づいて、前記無線周波追跡・通信装置の適切な動作モードを決定するよう規定されている、装置。
20. 請求項１８に記載の無線周波追跡・通信装置であって、前記モーションセンサは、加速度計、ジャイロ、水銀スイッチ、マイクロ振り子、または、それらの組み合わせのいずれかとして規定される、装置。
21. 無線周波追跡・通信装置を動作させるための方法であって、
    復帰信号の発行まで、前記無線周波追跡・通信装置の最小電力消費状態を維持し、
    前記最小電力消費状態中にモーションセンサを動作させ、
    閾値レベルの運動を前記モーションセンサが検出したことを確認し、
    前記閾値レベルの運動の確認に応答して、前記復帰信号を発行し、前記最小電力消費状態から前記無線周波追跡・通信装置の通常動作電力消費状態に移行させることと、
    を備える、方法。
22. 請求項２１に記載の無線周波追跡・通信装置を動作させるための方法であって、前記閾値レベルの運動は、少なくとも第１の所定の大きさの単一の運動検出信号として、または、少なくとも第２の所定の大きさに到達した運動検出信号の積分として、もしくは、それらの組み合わせとして規定される、方法。
23. 請求項２１に記載の無線周波追跡・通信装置を動作させるための方法であって、さらに、
    前記無線周波追跡・通信装置による所定の動作または所定のアイドル期間のいずれかの完了時に、前記無線周波追跡・通信装置の前記通常動作電力消費状態から前記最小電力消費状態に移行させることを備える、方法。
24. 請求項２１に記載の無線周波追跡・通信装置を動作させるための方法であって、さらに、
    前記最小電力消費状態中に無線周波（ＲＦ）通信信号を受信し、
    前記ＲＦ通信信号の受信に応答して、前記復帰信号を発行し、前記無線周波追跡・通信装置の前記最小電力消費状態から前記通常動作電力消費状態に移行させること、
    を備える、方法。
25. 請求項２１に記載の無線周波追跡・通信装置を動作させるための方法であって、さらに、
    復帰スケジュールに対してリアルタイムクロックを監視し、
    前記復帰スケジュールにおける復帰時刻に到達すると、前記復帰信号を発行し、前記無線周波追跡・通信装置の前記最小電力消費状態から前記通常動作電力消費状態に移行させること、
    を備える、方法。

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