JP2023533894A - 無線周波数識別（ｒｆｉｄ）システムにおけるアナログフィルタのためのミューティング回路 - Google Patents

無線周波数識別（ｒｆｉｄ）システムにおけるアナログフィルタのためのミューティング回路 Download PDF

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Abstract

RFIDトランスポンダへの書込みからRFIDトランスポンダの応答の読取りに移行する際に、無線周波数識別(RFID)リーダがその受信サブシステムへの過渡入力から迅速に回復できるようにする、装置が提供される。具体的には、本装置は、トランスポンダに書き込む間にその受信サブシステム内の過渡現象を減衰させ、かつそのような過渡現象に遭遇した後で受信サブシステムが迅速に整定するのを助ける、ミューティング回路から構成される。

Description

本明細書は、無線周波数識別(RFID)システムに関し、詳細には、電磁結合型パッシブRFIDシステムに関する。
図1に示すように、パッシブRFIDシステムは一般に、RFIDリーダと、RFIDリーダから何らかの距離のところで読み取られるRFIDトランスポンダの、2つの主要なサブアセンブリを含む。RFIDリーダはAC電圧源を含み、このAC電圧源がRFIDリーダの共振アンテナコイル回路を駆動する。このようにして、RFIDリーダは、読み取られるトランスポンダ内の対応するアンテナコイルに(図1に点線両矢印によって表される)弱く電磁結合されたそのアンテナコイルから、交番磁界を放出する。これらのアンテナコイルはそれぞれ、対応するアンテナコイル回路の部分であり、この対応するアンテナコイル回路はそれを所望の周波数で共振させるための1つまたは複数の同調コンデンサを含む。
トランスポンダは、その動作電力をRFIDリーダの放出磁界から取得し、(例えばスイッチおよび負荷抵抗器を使用して)そのアンテナコイル回路のQ値および/または共振周波数を、トランスポンダからRFIDリーダに送出すべき任意の情報に対応するパターンに変調する。この情報は通常、個々のトランスポンダに一意に対応する識別番号を含む。
RFIDリーダとトランスポンダとの間の電磁結合のため、トランスポンダの変調は、RFIDリーダのアンテナコイル回路内に存在する電流および電圧の変動として現れる。次いで、RFIDリーダは、トランスポンダが送出したどんな情報をも取り出すために、(図1にRXによって表される)受信サブシステムを使用してこれらの変動を検出し、復調することができる。この受信サブシステムは一般に、振幅変調検出器と、1つまたは複数のフィルタリングステージおよび/もしくは利得ステージとを含む。最大読取り範囲が一般に達成されるのは、RFIDリーダのアンテナコイル回路とトランスポンダのアンテナコイル回路の両方が、RFIDリーダのAC電圧源の周波数で共振するように同調されたとき、両方のアンテナコイルが、最適な電磁結合ができるように配向されたとき、両方のアンテナコイル回路が、実施可能な最も高いQ値を有するとき、またトランスポンダが、その回路が動作するのに十分な電力をRFIDリーダから受信しながら、そのQ値を実施可能な限り深く変調するときである。
トランスポンダ内に存在する情報は一般に、何らかの形態の不揮発性メモリ内に格納される。このメモリは、工場でプログラムされたメモリロケーションおよび/またはフィールドプログラム可能なメモリロケーションの組合せを含むことができる。一部のトランスポンダは、温度トランスデューサ読取り値などの動的情報を生成し、かつ/または格納することもできる。一般に、トランスポンダは、近くのRFIDリーダから放出された磁界によって活性化されると、その格納された情報のサブセットを自動的に送出する。
一部のトランスポンダは、読取り可能であるのみならず、書込み可能でもある。適合するRFIDリーダは、これらのトランスポンダの1つにコマンドおよび/またはデータを送出するために、それ自体の放出交番磁界を(例えばその共振アンテナコイル回路を駆動するAC電圧源をオンおよびオフにすることによって)変調することができる。この機能は、先に説明した「読取り」という機能とは対照的に、「書込み」と呼ばれる。読取り機能と書込み機能の両方を実施するデバイスは通常、それでもなお総称的に「RFIDリーダ」と呼ばれる。トランスポンダ書込みは、トランスポンダがデフォルトで自動的に送出するのとは異なる情報の集まりを送出せよとトランスポンダに指令するなどの目的のために、製造時にトランスポンダを初期プログラミングするために、フィールドプログラム可能なメモリロケーションをプログラミングするために、または特殊なトランスポンダ機能を活性化するために、使用することができる。
RFIDトランスポンダに書き込むとき、RFIDリーダがトランスポンダにコマンドを送出し、次いで、トランスポンダからの応答がないかどうか即座にリッスンすることが、しばしば必要である。RFIDリーダがトランスポンダにコマンドを送出するためにその放出磁界を変調している間、RFIDリーダの復調器部分はこの変調を、極めて強い信号として観測しており、この信号は、トランスポンダから通常受信する信号よりもはるかに強いものである。この強い信号は、RFIDリーダの復調回路を飽和させる可能性がある。さらに悪いことには、復調回路内のフィルタが、この飽和から回復するのにかなりの時間量(すなわち受信送信を送出するのにかかる時間に比べて)を必要とすることがあり、この回復が、RFIDリーダがトランスポンダの応答を成功裏に復調する時間に間に合うように完了しないことがある。この問題は、RFIDリーダのトランスポンダ読取り範囲を向上させるためにより高いフィルタ性能が望まれるとき、より厄介なものとなる。この状況により、RFIDリーダのトランスポンダ読取り性能とトランスポンダにコマンドおよびデータを書き込むその能力との間で妥協を強いられる。
本明細書では、極限範囲にあるトランスポンダからの弱い信号を復調するために高利得および狭帯域幅を有する、復調器フィルタチェーンであって、それにもかかわらず、RFIDリーダがトランスポンダにコマンドおよびデータを書き込むためにその放出磁界を変調する間に復調器フィルタチェーンが遭遇する大きな過渡入力から迅速に回復することのできる、復調器フィルタチェーンについて説明する。
一般に、本明細書において説明する本主題の革新的な一態様は、無線周波数識別(RFID)トランスポンダと通信するための回路として具現化することができる。回路は、アンテナ回路と、アンテナ回路と結合された受信サブシステムとを含む。受信サブシステムは、アンテナ回路内に存在する電圧を検出するように構成された、検出器回路、フィードバックループを備えるフィルタステージであって、RFIDトランスポンダへの、またRFIDトランスポンダからの送信によって生じた、検出された電圧の変動を出力するように構成された、フィルタステージ、出力変動を、通信の一部としてRFIDトランスポンダから受信したデジタルデータとして復調するように構成された、マイクロコントローラ、および検出器回路とフィルタステージとの間に配設された第1のスイッチであって、第1のスイッチが閉鎖されたときにフィルタステージを検出器回路から結合解除し、第1のスイッチが開放したときにフィルタステージを検出器回路と結合させるための、第1のスイッチを含む。マイクロコントローラは、RFIDトランスポンダへの送信の間、第1のスイッチを閉鎖状態に維持し、RFIDトランスポンダへの送信が終了してから第1のタイムインターバル後に第1のスイッチを開放するように構成されており、第1のタイムインターバルは、検出器回路の整定時間に対応する。
前述の実施形態および他の実施形態はそれぞれ、オプションで、以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独で、または組み合わせて含むことができる。特に、一実施形態が以下の特徴全てを組み合わせて含む。
いくつかの実装形態では、第1のスイッチが、カスケード接続されたトランジスタの対を含む。
マイクロコントローラは、(i)RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、フィルタステージの入力部をモニタして、検出器回路が整定したかどうかを判定し、(ii)検出器回路が整定したかどうかの判定の結果に基づいて第1のタイムインターバルの長さを確立させることを行うように、構成することができる。
受信サブシステムは、フィルタステージのフィードバックループの一部として配設された第2のスイッチであって、第2のスイッチが閉鎖されたときにフィードバックループの抵抗を低減させ、第2のスイッチが開放したときにフィードバックループの抵抗を増大させるための、第2のスイッチをさらに含むことができ、マイクロコントローラは、RFIDトランスポンダへの送信の間、第2のスイッチを閉鎖状態に維持し、第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバル後に第2のスイッチを開放するように構成されることが可能であり、第2のタイムインターバルは、フィルタステージの整定時間に対応する。
フィルタステージは、オペアンプを含むことができ、第2のスイッチは、第2のスイッチが閉鎖されたときにオペアンプのフィードバックループを短絡させるように接続されている。第2のスイッチは、カスケード接続されたトランジスタの対を含むことができる。マイクロコントローラは、RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、フィルタステージの入力部をモニタして、検出器回路が整定したかどうかを判定し、検出器回路が整定したかどうかの判定の結果に基づいて第1のタイムインターバルの長さを確立させることと、第1のインターバルが終了した後で、フィルタステージの出力部をモニタして、フィルタステージが整定したかどうかを判定し、フィルタステージが整定したかどうかの判定の結果に基づいて第2のタイムインターバルの長さを確立させることとを行うように、構成することができる。
いくつかの実施形態では、フィルタステージが第1のフィルタステージであり、受信サブシステムが、第1のフィルタステージとマイクロコントローラとの間に配設された第2のフィルタステージと、第2のフィルタステージのフィードバックループの一部として配設された第3のスイッチとをさらに含み、マイクロコントローラが、第2のタイムインターバルが終了してから第3のタイムインターバル後に第3のスイッチを開放するように構成されており、第3のタイムインターバルは、第2のフィルタステージの整定時間に対応する。第2のフィルタステージは、オペアンプを含むことができ、第3のスイッチは、第3のスイッチが閉鎖されたときにオペアンプのフィードバックループを短絡させるように接続されている。第3のスイッチは、カスケード接続されたトランジスタの対を含むことができる。いくつかの実施形態では、マイクロコントローラは、RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、フィルタステージの入力部をモニタして、検出器回路が整定したかどうかを判定し、検出器回路が整定したかどうかの判定の結果に基づいて第1のタイムインターバルの長さを確立させることと、第1のインターバルが終了した後で、第1のフィルタステージの出力部をモニタして、第1のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、第1のフィルタステージが整定したかどうかの判定の結果に基づいて第2のタイムインターバルの長さを確立させることと、第2のインターバルが終了した後で、第2のフィルタステージの出力部をモニタして、第2のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、第2のフィルタステージが整定したかどうかの判定の結果に基づいて第3のタイムインターバルの長さを確立させることとを行うように、構成されている。
一般に、本明細書において説明する本主題の別の革新的態様は、無線周波数識別(RFID)トランスポンダと通信するための方法として具現化することができる。方法は、RFIDリーダからRFIDリーダRF信号を送信することと、RFIDリーダのアンテナ回路において、RFIDリーダRF信号に応答してRFIDトランスポンダによって送信されたトランスポンダRF信号を受信することと、送信することおよび受信することの間に、RFIDリーダの検出器回路を使用して、アンテナ回路内に存在する電圧を検出することと、RFIDリーダRF信号を送信することが終了してから第1のタイムインターバル後に、フィルタステージを検出器回路に結合させることであって、送信することの間、フィルタステージが検出器回路から結合解除されている、結合させることと、フィルタステージを検出器回路に結合させた後で、フィルタステージを使用して、アンテナ回路内の検出された電圧をフィルタリングして、出力変動を提供することと、出力変動を復調して、トランスポンダRF信号内で送信された、RFIDトランスポンダから受信したデジタルデータを取り出すこととを含む。
前述の実施形態および他の実施形態はそれぞれ、オプションで、以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独で、または組み合わせて含むことができる。特に、一実施形態が以下の特徴全てを組み合わせて含む。
例えば、第1のタイムインターバルは、検出器回路の整定時間に対応することができる。
フィルタステージの結合および結合解除は、フィルタステージと検出器回路との間のスイッチを用いて実施することができる。RFIDリーダRF信号を送信することの間、スイッチを閉鎖することができる。第1のタイムインターバル後にスイッチを開放することができる。
方法は、RFIDリーダからの送信の間、フィルタステージのフィードバックループの抵抗を低減させるように、フィードバックループの抵抗を変化させることを含むことができる。フィードバックループの抵抗は、第2のスイッチを開放および閉鎖することによって変化させることができ、第2のスイッチはフィードバックループ内にある。いくつかの実施形態では、フィードバックループの抵抗を変化させることは、第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバル後にフィードバックループの抵抗を増大させることを含み、第2のタイムインターバルは、フィルタステージの整定時間に対応する。
方法は、RFIDリーダRF信号を放出した後で、フィルタステージの入力部をモニタして、検出器回路が整定したかどうかを判定し、検出器回路が整定したかどうかの判定の結果に基づいて第1のタイムインターバルの長さを確立させることを含むことができる。方法は、第1のインターバルが終了した後で、フィルタステージの出力部をモニタして、フィルタステージが整定したかどうかを判定し、フィルタステージが整定したかどうかの判定の結果に基づいて第2のタイムインターバルの長さを確立させることを含むことができる。フィルタステージは、第1のフィルタステージとすることができ、第2のフィルタステージに結合させることができ、方法は、第2のインターバルが終了した後で、第2のフィルタステージの出力部をモニタして、第2のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、第2のフィルタステージが整定したかどうかの判定の結果に基づいて第3のタイムインターバルの長さを確立させることを含むことができる。
RFIDリーダRF信号は、RFIDトランスポンダに情報を書き込むための信号とすることができる。
本明細書において説明する本主題は、特定の実施形態において、以下の利点のうちの1つまたは複数を実現するように実装することができる。長い最大読取り範囲を達成することは、当然ながら、設計者に高利得および高いQ値を有するフィルタ要素をRFIDリーダの受信サブシステム内に実装させることになり、このため、必然的に、非常に大きな過渡入力から回復するための何らかの有限の非ゼロ時間をフィルタ要素が必要とするという結果になる。読取り動作/書込み動作の可能なRFIDリーダの受信サブシステムは、結合されたトランスポンダからの応答を処理するのに十分なほど迅速に、書込みにより引き起こされる過渡事象から回復できなければならず、この要件により、一般に、最大達成可能な読取り専用範囲が制限される。ここで開示する技術は、受信サブシステムが遭遇する、書込みにより引き起こされる過渡事象の大きさを減少させることによって、RFIDリーダがその妥協を減らすかまたはなくすことを可能にする。さらに、ここで開示する技術は、書込みにより引き起こされる過渡事象がカスケード接続されたフィルタ要素を通って進行するのを制御することによって、RFIDリーダの受信サブシステムのフィルタ要素の回復時間を低減させる。
本明細書の本主題の1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明中に記載されている。本主題の他の特徴、態様、および利点が、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかとなろう。
パッシブRFIDシステムの概略図である。 従来の受信サブシステムを含む、RFIDリーダの概略図である。 図2に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。 図2に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。 図2に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。 ここで開示する技術に従って構成された受信サブシステムを含む、RFIDリーダの概略図である。 図4に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。 図4に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。 図4に示すRFIDリーダに対応する回路挙動を示した波形を示す図である。
さまざまな図面中の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。
本明細書では、極限範囲にあるトランスポンダからの弱い信号を復調するために高利得および狭帯域幅を有する、復調器フィルタチェーンであって、それにもかかわらず、RFIDリーダがトランスポンダにコマンドおよびデータを書き込むためにその放出磁界を変調する間に復調器フィルタチェーンが遭遇する大きな過渡入力から迅速に回復することのできる、復調器フィルタチェーンについて説明する。
図1は、RFIDリーダ110およびRFIDトランスポンダ160の概略図を示す。RFIDリーダ110はAC電圧源112を含み、AC電圧源112は、1つまたは複数のコンデンサ113とアンテナコイル115とを含む同調アンテナコイル回路を、同調アンテナコイル回路の固有共振周波数またはその付近で駆動する。結合されたトランスポンダ160によって生じた、RFIDリーダ110のアンテナコイル回路内に存在する電圧および/または電流の変動が、受信サブシステム120によって検出され、復調される。RFIDトランスポンダ160は、アンテナコイル165およびコンデンサ163を含み、これらは一緒になって同調アンテナコイル回路を形成し、RFIDトランスポンダ160はまた、スイッチング要素169および抵抗器167を含み、これらにより、RFIDトランスポンダ160がRFIDリーダ110に対して示すインピーダンスを、RFIDトランスポンダ160が変調することが可能になっている。RFIDリーダ110およびRFIDトランスポンダ160のそれぞれに対応する同調アンテナコイル回路は、疎電磁結合157によって相互に結合される。
図2は、RFIDリーダ210の、その受信サブシステム220の関連する細部を含む第1の例の概略図を示す。ここで、受信サブシステム220は従来の構成で実装されている。RFIDトランスポンダ160の変調が、ブリッジ整流器13と、平滑コンデンサ14と、放電抵抗器15とを含む検出器230によって検出される。検出された信号のAC成分が、DC阻止コンデンサ16を通じて1つのアクティブフィルタステージ240aまたはカスケード状の2つ以上のアクティブフィルタステージ240a、240bなどに結合される。各アクティブフィルタステージ240a/bは、オペアンプ18、ならびにその入力部における適切な受動素子、および適切な伝達特性をもたらすためのフィードバック回路を含む。RFIDトランスポンダ、例えば160によって送出された情報を復調し、(例えば電子ディスプレイを使用して)表示するために、アクティブフィルタステージから、検出およびフィルタリングされた信号がマイクロコントローラ250に渡される。一般に、マイクロコントローラ250はさらに、RFIDリーダ210を制御するように構成されている。
図3A～図3Cは、RFIDリーダ210内のいくつかの主要な波形を示す。
図3Aは、RFIDリーダ210の、その放出交番磁界157の変調を表す、搬送波キーイング(carrier keying)波形322の一例を示す。ここで、低レベルは、AC電圧源112がオフにされたことに対応し、一方、高レベルは、AC電圧源112がオンであるときのAC電圧源112による電圧出力に対応する。いくつかの実装形態では、RFIDリーダ210の、その放出交番磁界157の変調は、100～400kHzの周波数範囲内である。例えば、RFIDリーダ210の変調の周波数は、fc=134.2kHzとすることができる。搬送波キーイング波形の変調されたインターバル325は、RFIDリーダ210がRFIDトランスポンダ、例えば160にコマンドを送出することに対応し、RFIDリーダ210はその後、その搬送波を絶えずオンのままにし、RFIDリーダ210はその間、RFIDトランスポンダ、例えば160から応答がないかどうかリッスンする。
図3Bは、マイクロコントローラ250の入力波形323の一例を示し、これは、図2ではアクティブフィルタステージ240bである、アクティブフィルタステージの最終のものからの出力電圧を表す。図3Cは、マイクロコントローラ250によって入力波形323がクロックおよびデータの抽出前のバイナリ値に変換されたものに対応する、復調ビット波形324を示す。この復調ビット波形324から、デジタルデータを抽出することができる。いくつかの実施形態では、復調の結果として生じる出力波形(例えば図3C参照)の振幅および位相が、最終的な復号の前に浮動小数点値として格納および処理される。
ここで図3A～図3Cを参照すると、搬送波キーイング波形の変調325の結果、アクティブフィルタステージ240a、240bが飽和し、これは、復調器入力波形の飽和したインターバル326内に明確に見ることができる。RFIDリーダ210がその放出搬送波の変調を停止した後、アクティブフィルタステージ240a、240bが徐々に回復し、その結果、復調器入力波形のリンギングインターバル327内のフィルタリンギングと、対応する、復調ビット波形の破損したインターバル(corrupted interval)328内の誤った遷移および歪んだビットが生じる。最後に、復調器入力波形の正常インターバル329と、対応する、復調ビット波形の適切に復号されたインターバル330内のクリーンに(cleanly)復調された波形に示すように、RFIDリーダ210は、RFIDトランスポンダ、例えば160からの応答を明確に受信することができる。RFIDトランスポンダ、例えば160は、RFIDリーダ210へのその応答を、RFIDリーダ210の変調の周波数fcのN分の1の周波数fT、
で変調したものとして送信することに留意されたい。ここで、Nは2、8、10、32、64、または他の整数値とすることができる。
一般に、トランスポンダ内に格納される情報は、デジタル方式で格納される任意のタイプのデータ(例えば語、数、および他の英数字文字列)とすることができる。送信の間、トランスポンダは、このデジタルデータをRF波形に符号化するように搬送波信号を変調する。リーダは、受信した波形を復調してこのデジタルデータを抽出し、トランスポンダ内に格納されていた情報を取り出す。このデータは、トランスポンダ上にデジタル方式で格納されていたので、たとえ復調プロセスの間または復調プロセスの後にそのオリジナルのデジタル形式に回復されなくても、デジタルデータであると見なされる。
図4は、RFIDリーダ410の、その受信サブシステム420の関連する細部を含む第2の例の概略図を示す。ここで、受信サブシステム420は、ここで開示する技術に従って実装されている。受信サブシステム420に加えて、RFIDリーダ410は、上でRFIDリーダ210に関連して説明したコンポーネント112、113、および115を含む。
受信サブシステム420は、それが受信サブシステム220と共通に有するコンポーネント230、16、および250に加えて、検出器ミューティングスイッチ425も含み、この検出器ミューティングスイッチ425は、RFIDトランスポンダ、例えば160に書き込む間は閉鎖され、RFIDトランスポンダ、例えば160から読み取る間は開放される。検出器ミューティングスイッチ425は、RFIDトランスポンダ、例えば160に書き込む間に存在する、検出器230からの強い信号を減衰させ、かつトランスポンダ書込みから再びトランスポンダ読取りに移行した後で、DC阻止コンデンサ16の充電の状態がより迅速に整定できるようにする。ここで、整定時間は、コンデンサ(または他の出力デバイス)の、入力の急な変動に応答した過渡応答と関係がある。例えば、整定時間は、理想的な瞬時ステップ入力からコンデンサ(または他の出力デバイス)の出力が特定のエラーバンド内に留まる時間までに経過した時間を指すことができる。
前述のコンポーネントに加えて、RFIDリーダ410は、ここで開示する技術に従って実装されたカスケード状のアクティブフィルタ440a、440bを含む。各アクティブフィルタ440a/bは、オペアンプ18、ならびにその入力部における適切な受動素子、および対応するフィルタステージ240a、240bのフィードバック回路のようなフィードバック回路を含む。ここで、それぞれに対応するフィルタステージミューティングスイッチ445a/bが、各アクティブフィルタステージ440a/bのフィードバックネットワークに接続されている。フィルタステージミューティングスイッチ445a/bは、書き込む間は閉鎖され、読み取る間は開放される。それぞれに対応するフィルタステージミューティングスイッチ445a/bは、トランスポンダ書込みから再びトランスポンダ読取りに移行した後で、各フィルタステージ440a/bがより迅速に回復できるようにする。マイクロコントローラ250が、オプションで、カスケード状のアクティブフィルタ440a、440b内の中間回路ノード、例えばノードA、B、Cをモニタする。全てのミューティングスイッチ425、445a、445bが、トランスポンダ書込みの間に閉鎖され、次いで、検出器230から開始して相次ぐアクティブフィルタステージ440a、440bを通じて進む注意深くタイミング合わせされた順序で開放されるとき、最適な回復時間が達成される。各スイッチ開放イベントは、先行する検出器ステージ230の出力、または先行するフィルタステージ440a、440bの出力が、ほぼその静止状態に整定するのと同時に起こり、それにより、各フィルタステージ440a/bの摂動が最小限に抑えられるように、注意深くタイミング合わせされるものとする。いくつかの実装形態では、各スイッチング要素425、445a、445bを開放するのに最適なタイミングは、回路解析を通じて解析的に決定される。いくつかの実装形態では、各スイッチング要素425、445a、445bを開放するのに最適なタイミングは、大きな過渡入力への回路の応答の測定を通じて経験的に決定される。図4に示すもののような実装形態では、各スイッチング要素425、445a、445bを開放するのに最適なタイミングは、マイクロコントローラ250が中間回路ノード、例えばノードA、B、Cをモニタして各スイッチング要素425、445a、445bをいつ開放すべきかを決定する閉ループシステムの一環として決定される。
図5A～図5Cは、図3A～図3Cに示す信号に対応する信号がRFIDリーダ410に適用されたときの、それらの改善された挙動を示す。ここで、図5Aに示す搬送波キーイング波形322は、図3Aに示す搬送波キーイング波形322と同一である。図5Bは、マイクロプロセッサ250の入力波形523の一例を示し、これは、図4ではアクティブフィルタステージ440bである、アクティブフィルタステージの最終のものからの出力電圧を表す。図5Cは、マイクロプロセッサ250によって入力波形523がクロックおよびデータの抽出前のバイナリ値に変換されたものに対応する、復調ビット波形524を示す。図5Aに示す搬送波キーイング波形の変調されたインターバル325は、図5B～図5C内に波形523、524の平坦部分によって示すように、アクティブフィルタ440a、440bの飽和を生じていないことに留意されたい。図5B～図5Cはまた、波形323、324のそれぞれに対応するインターバルに比べて、復調器入力波形のリンギングインターバル527がはるかに短く、復調ビット波形の破損したインターバル528がそれに応じて短いことを示す。1つまたは複数の追加の適切に復号されたデータビットを、今回は、復調器入力波形の正常インターバル529内および復調ビット波形の適切に復号されたインターバル530内に見ることができる。
要約すると、本明細書では、極限範囲にあるトランスポンダからの弱い信号を復調するために高利得および狭帯域幅を有する、復調器フィルタチェーンであって、それにもかかわらず、RFIDリーダがトランスポンダにコマンドおよびデータを書き込むためにその放出磁界を変調する間に復調器フィルタチェーンが遭遇する大きな過渡入力から迅速に回復することのできる、復調器フィルタチェーンについて説明する。
本明細書において説明した本主題および機能的動作の実施形態は、デジタル電子回路として、有形に具現化されたコンピュータソフトウェアもしくはファームウェアとして、本明細書において開示した構造およびそれらの構造的等価物を含むコンピュータハードウェアとして、またはそれらのうちの1つもしくは複数のものの組合せとして、実装することができる。本明細書において説明した本主題の実施形態は、データ処理装置によって実行するために、またはデータ処理装置の動作を制御するために、有形の非一時的記憶媒体上に符号化された、1つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわちコンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして、実装することができる。コンピュータ記憶媒体は、マシン可読記憶デバイス、マシン可読記憶基板、ランダムアクセスもしくはシリアルアクセスのメモリデバイス、またはそれらのうちの1つもしくは複数のものの組合せとすることができる。その代わりにまたはそれに加えて、プログラム命令は、情報をデータ処理装置によって実行する目的で適切なレシーバ装置に送信できるように符号化するために生成される、人工的に生成された伝搬信号、例えばマシンにより生成された電気信号、光信号、または電磁信号上に、符号化することもできる。
「マイクロコントローラ」という用語は、データ処理ハードウェアを指し、例としてプログラマブルプロセッサを含めて、データを処理するためのあらゆる種類の装置、デバイス、およびマシンを包含する。マイクロコントローラは、専用論理回路、例えばFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)やASIC(特定用途向け集積回路)とすることもでき、専用論理回路、例えばFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)やASIC(特定用途向け集積回路)をさらに含むこともできる。マイクロコントローラは、オプションで、ハードウェアに加えて、コンピュータプログラムのための実行環境を作り出すコード、例えばプロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらのうちの1つもしくは複数のものの組合せを構成するコードを含むこともできる。
プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、アプリ、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、またはコードとも呼ばれるかまたは説明されることのあるコンピュータプログラムは、コンパイル型言語もしくはインタープリタ型言語、または宣言型言語もしくは手続き型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で記述することができ、またそれは、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境において使用するのに適した他のユニットとして、を含む、任意の形態でデプロイすることができる。プログラムは、その必要はないが、ファイルシステム内のファイルに対応してよい。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持するファイルの一部分、例えばマークアップ言語ドキュメント内に格納された1つもしくは複数のスクリプト内に、当該のプログラムに専用の単一のファイル内に、または複数の連係されたファイル、例えばコードの1つもしくは複数のモジュール、サブプログラム、もしくは一部分を格納したファイル内に、格納することができる。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータ上で、または1つのサイトに位置するかもしくは複数のサイトにわたって分散され、データ通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように、デプロイすることができる。
本明細書において説明したプロセスおよび論理フローは、入力データに作用し出力を生成することにより機能を実施するための1つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する1つまたは複数のプログラマブルコンピュータによって、実施されることが可能である。プロセスおよび論理フローは、専用論理回路、例えばFPGAもしくはASICによって、または専用論理回路とプログラムされた1つもしくは複数のコンピュータとの組合せによって、実施されることも可能である。
コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適したコンピュータ可読媒体としては、例として半導体メモリデバイス、例えばEPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイス;磁気ディスク、例えば内蔵ハードディスクまたはリムーバブルディスク;光磁気ディスク;ならびにCD-ROMディスクおよびDVD-ROMディスクを含めて、あらゆる形態の不揮発性のメモリ、媒体、およびメモリデバイスがある。
ユーザとの対話を可能にするために、本明細書において説明した本主題の実施形態は、ユーザに情報を表示するためのディスプレイデバイス、例えばLCD(液晶ディスプレイ)モニタまたは有機発光ダイオード(OLED)モニタと、ユーザがそれによってコンピュータに入力することのできるキーボードおよびポインティングデバイス、例えばマウスまたはトラックボールとを有するコンピュータ上に、実装することができる。他の種類のデバイスを使用してユーザとの対話を可能にすることもでき、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、または触覚入力を含む、任意の形態で受け取られることが可能である。加えて、コンピュータはユーザと、ユーザが使用しているデバイスにドキュメントを送出し、そのデバイスからドキュメントを受信することによって、例えば、ユーザのデバイス上のウェブブラウザに、そのウェブブラウザから受信した要求に応答してウェブページを送出することによって、対話することができる。また、コンピュータは、メッセージングアプリケーションを実行しているパーソナルデバイス、例えばスマートフォンにテキストメッセージまたは他の形態のメッセージを送出し、ユーザから返信として応答メッセージを受信することによって、ユーザと対話することもできる。
他の実施形態が、添付の特許請求の範囲に記載されている。
13 ブリッジ整流器
14 平滑コンデンサ
15 放電抵抗器
16 DC阻止コンデンサ、コンポーネント
18 オペアンプ
110 RFIDリーダ
112 AC電圧源、コンポーネント
113 コンデンサ、コンポーネント
115 アンテナコイル、コンポーネント
120 受信サブシステム
157 疎電磁結合、放出交番磁界
160 RFIDトランスポンダ
163 コンデンサ
165 アンテナコイル
167 抵抗器
169 スイッチング要素
210 RFIDリーダ
230 検出器、コンポーネント、検出器ステージ
240a アクティブフィルタステージ
240b アクティブフィルタステージ
250 マイクロコントローラ、コンポーネント、マイクロプロセッサ
322 搬送波キーイング波形
323 入力波形
324 復調ビット波形
325 搬送波キーイング波形の変調されたインターバル、搬送波キーイング波形の変調
326 復調器入力波形の飽和したインターバル
327 復調器入力波形のリンギングインターバル
328 復調ビット波形の破損したインターバル
329 復調器入力波形の正常インターバル
330 復調ビット波形の適切に復号されたインターバル
410 RFIDリーダ
420 受信サブシステム
425 検出器ミューティングスイッチ、スイッチング要素
440a アクティブフィルタ、アクティブフィルタステージ
440b アクティブフィルタ、アクティブフィルタステージ
445a フィルタステージミューティングスイッチ、スイッチング要素
445b フィルタステージミューティングスイッチ、スイッチング要素
523 入力波形
524 復調ビット波形
527 復調器入力波形のリンギングインターバル
528 復調ビット波形の破損したインターバル
529 復調器入力波形の正常インターバル
530 復調ビット波形の適切に復号されたインターバル
A ノード
B ノード
C ノード

Claims (23)

  1. 無線周波数識別(RFID)トランスポンダと通信するための回路であって、
    アンテナ回路と、
    前記アンテナ回路と結合された受信サブシステムと
    を備え、前記受信サブシステムは、
    前記アンテナ回路内に存在する電圧を検出するように構成された、検出器回路、
    フィードバックループを備えるフィルタステージであって、前記RFIDトランスポンダへの、また前記RFIDトランスポンダからの送信によって生じた、前記検出された電圧の変動を出力するように構成された、フィルタステージ、
    前記出力された変動を、前記通信の一部として前記RFIDトランスポンダから受信したデジタルデータとして復調するように構成された、マイクロコントローラ、および
    前記検出器回路と前記フィルタステージとの間に配設された第1のスイッチであって、前記第1のスイッチが閉鎖されたときに前記フィルタステージを前記検出器回路から結合解除し、前記第1のスイッチが開放したときに前記フィルタステージを前記検出器回路と結合させるための、第1のスイッチ
    を備え、
    前記マイクロコントローラが、
    前記RFIDトランスポンダへの前記送信の間、前記第1のスイッチを閉鎖状態に維持し、
    前記RFIDトランスポンダへの前記送信が終了してから第1のタイムインターバル後に前記第1のスイッチを開放する
    ように構成されており、前記第1のタイムインターバルが、前記検出器回路の整定時間に対応する、回路。
  2. 前記第1のスイッチが、カスケード接続されたトランジスタの対を備える、請求項1に記載の回路。
  3. 前記マイクロコントローラが、
    前記RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、前記フィルタステージの入力部をモニタして、前記検出器回路が整定したかどうかを判定し、
    前記検出器回路が整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第1のタイムインターバルの長さを確立させること
    を行うように構成された、請求項1に記載の回路。
  4. 前記受信サブシステムが、前記フィルタステージの前記フィードバックループの一部として配設された第2のスイッチであって、前記第2のスイッチが閉鎖されたときに前記フィードバックループの抵抗を低減させ、前記第2のスイッチが開放したときに前記フィードバックループの前記抵抗を増大させるための、第2のスイッチをさらに備え、
    前記マイクロコントローラが、
    前記RFIDトランスポンダへの前記送信の間、前記第2のスイッチを閉鎖状態に維持し、
    前記第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバル後に前記第2のスイッチを開放する
    ように構成されており、前記第2のタイムインターバルが、前記フィルタステージの整定時間に対応する、請求項1に記載の回路。
  5. 前記フィルタステージが、オペアンプを備え、
    前記第2のスイッチが、前記第2のスイッチが閉鎖されたときに前記オペアンプの前記フィードバックループを短絡させるように接続されている、請求項4に記載の回路。
  6. 前記第2のスイッチが、カスケード接続されたトランジスタの対を備える、請求項4に記載の回路。
  7. 前記マイクロコントローラが、
    前記RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、前記フィルタステージの入力部をモニタして、前記検出器回路が整定したかどうかを判定し、前記検出器回路が整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第1のタイムインターバルの長さを確立させることと、
    前記第1のタイムインターバルが終了した後で、前記フィルタステージの出力部をモニタして、前記フィルタステージが整定したかどうかを判定し、前記フィルタステージが整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第2のタイムインターバルの長さを確立させることと
    を行うように構成された、請求項4に記載の回路。
  8. 前記フィルタステージが第1のフィルタステージであり、前記受信サブシステムが、
    前記第1のフィルタステージと前記マイクロコントローラとの間に配設された第2のフィルタステージと、
    前記第2のフィルタステージのフィードバックループの一部として配設された第3のスイッチと
    をさらに備え、
    前記マイクロコントローラが、前記第2のタイムインターバルが終了してから第3のタイムインターバル後に前記第3のスイッチを開放するように構成されており、
    前記第3のタイムインターバルが、前記第2のフィルタステージの整定時間に対応する、請求項4に記載の回路。
  9. 前記第2のフィルタステージが、オペアンプを備え、
    前記第3のスイッチが、前記第3のスイッチが閉鎖されたときに前記オペアンプのフィードバックループを短絡させるように接続されている、請求項8に記載の回路。
  10. 前記第3のスイッチが、カスケード接続されたトランジスタの対を備える、請求項8に記載の回路。
  11. 前記マイクロコントローラが、
    前記RFIDトランスポンダへの送信が終了した後で、前記フィルタステージの入力部をモニタして、前記検出器回路が整定したかどうかを判定し、前記検出器回路が整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第1のタイムインターバルの長さを確立させることと、
    前記第1のタイムインターバルが終了した後で、前記第1のフィルタステージの出力部をモニタして、前記第1のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、前記第1のフィルタステージが整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第2のタイムインターバルの長さを確立させることと、
    前記第2のタイムインターバルが終了した後で、前記第2のフィルタステージの出力部をモニタして、前記第2のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、前記第2のフィルタステージが整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第3のタイムインターバルの長さを確立させることと
    を行うように構成された、請求項8に記載の回路。
  12. 無線周波数識別(RFID)トランスポンダと通信するための方法であって、
    RFIDリーダからRFIDリーダRF信号を送信するステップと、
    前記RFIDリーダのアンテナ回路において、前記RFIDリーダRF信号に応答して前記RFIDトランスポンダによって送信されたトランスポンダRF信号を受信するステップと、
    前記送信するステップおよび前記受信するステップの間に、前記RFIDリーダの検出器回路を使用して、前記アンテナ回路内に存在する電圧を検出するステップと、
    前記RFIDリーダRF信号を送信するステップが終了してから第1のタイムインターバル後に、フィルタステージを前記検出器回路に結合させるステップであって、前記送信するステップの間、前記フィルタステージが前記検出器回路から結合解除されている、ステップと、
    前記フィルタステージを前記検出器回路に結合させた後で、前記フィルタステージを使用して、前記アンテナ回路内の前記検出された電圧をフィルタリングして、出力変動を提供するステップと、
    前記出力変動を復調して、前記トランスポンダRF信号内で送信された、前記RFIDトランスポンダから受信したデジタルデータを提供するステップと
    を含む、方法。
  13. 前記第1のタイムインターバルが、前記検出器回路の整定時間に対応する、請求項12に記載の方法。
  14. 前記フィルタステージの前記結合および前記結合解除が、前記フィルタステージと前記検出器回路との間のスイッチを用いて実施される、請求項12に記載の方法。
  15. 前記スイッチが、前記RFIDリーダRF信号を送信するステップの間、閉鎖される、請求項14に記載の方法。
  16. 前記スイッチが、前記第1のタイムインターバル後に、開放される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記RFIDリーダからの送信の間、前記フィルタステージのフィードバックループの抵抗を低減させるように、前記フィードバックループの抵抗を変化させるステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  18. 前記フィードバックループの前記抵抗が、第2のスイッチを開放および閉鎖することによって変化され、
    前記第2のスイッチが前記フィードバックループ内にある、請求項17に記載の方法。
  19. 前記フィードバックループの前記抵抗を変化させるステップが、前記第1のタイムインターバルが終了してから第2のタイムインターバル後に前記フィードバックループの抵抗を増大させるステップを含み、
    前記第2のタイムインターバルが、前記フィルタステージの整定時間に対応する、請求項17に記載の方法。
  20. 前記RFIDリーダRF信号を放出した後で、前記フィルタステージの入力部をモニタして、前記検出器回路が整定したかどうかを判定し、前記検出器回路が整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて前記第1のタイムインターバルの長さを確立させるステップを含む、請求項12に記載の方法。
  21. 前記第1のタイムインターバルが終了した後で、前記フィルタステージの出力部をモニタして、前記フィルタステージが整定したかどうかを判定し、前記フィルタステージが整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて第2のタイムインターバルの長さを確立させるステップを含む、請求項20に記載の方法。
  22. 前記フィルタステージが、第1のフィルタステージであり、第2のフィルタステージに結合されており、
    前記方法が、前記第2のタイムインターバルが終了した後で、前記第2のフィルタステージの出力部をモニタして、前記第2のフィルタステージが整定したかどうかを判定し、前記第2のフィルタステージが整定したかどうかの前記判定の結果に基づいて第3のタイムインターバルの長さを確立させるステップを含む、請求項21に記載の方法。
  23. 前記RFIDリーダRF信号が、前記RFIDトランスポンダに情報を書き込むための信号である、請求項12に記載の方法。
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