JP6577309B2

JP6577309B2 - リーダおよびｒｆｉｄリーダ

Info

Publication number: JP6577309B2
Application number: JP2015182773A
Authority: JP
Inventors: 忠平張; 坤松劉; 嘉展劉; 俊雄莊
Original assignee: ▲啓▼碁科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: TWI533229B; TW201614549A; US9520902B2; KR20160043502A; JP2016082581A; US20160104015A1

Description

本出願は、２０１４年１０月１３日に出願された台湾特許出願番号第１０３１３５３２５号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。

本発明は、無線通信技術に関し、特に、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムのリーダに関するものである。

無線周波数識別（ＲＦＩＤ）は、無線通信技術であり、識別システムと特定対象との間に機械的または光学的接触を必要としないＲＦＩＤリーダによって、特定対象を識別する無線信号を送信してデータを読み書きする。

現在、ＲＦＩＤリーダは、通常、受信端と送信端を絶縁するのに、方向性結合器を用いており、信号を受信端でかなり減衰させるため、受信端の感度が不十分となっている。

従って、ＲＦＩＤリーダは、送信端と受信端との間に良好な絶縁を提供しながら、受信端の感度を向上させることが必要となる。

リーダが開示されている本発明の１つの態様では、パワーアンプ、低ノイズアンプ、サーキュレータ、自動整合同調回路、および制御回路を含む。パワーアンプは、第１の無線周波（ＲＦ）送信信号を出力するように構成される。低ノイズアンプは、第１のＲＦ送信信号に対応した第１のＲＦ応答信号を送信するように構成される。サーキュレータは、パワーアンプと低ノイズアンプとの間に接続され、第１のＲＦ送信信号をＲＦ接続ノードに送信するように構成されるか、第１のＲＦ応答信号をＲＦ接続ノードから受信するように構成される。自動整合同調回路は、サーキュレータに接続され、ＲＦ接続ノードとサーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される。制御回路は、自動整合同調回路に接続され、自動整合同調回路を調整してＲＦ接続ノードとサーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される。

ＲＦＩＤリーダが提供されている本発明のもう１つの態様では、パワーアンプ、低ノイズアンプ、ミキサー、選択可能フィルター、サーキュレータ、自動整合同調回路、および制御回路を含む。パワーアンプは、第１の無線周波（ＲＦ）送信信号を出力するように構成される。低ノイズアンプは、第１のＲＦ送信信号に対応した第１のＲＦ応答信号を送信し、第１のＲＦ応答信号は、上タグ信号と下タグ信号を搬送し、第１のＲＦ送信信号は、第１のＲＦ応答信号と同じＲＦ周波数を有するように構成される。ミキサーは、低ノイズアンプに接続され、第１のＲＦ応答信号をダウンコンバートするように構成される。選択可能フィルターは、ミキサーに接続され、ダウンコンバートされた上タグと下タグ信号をフィルタリングし、フィルタリングされた上タグと下タグ信号から、クリアな信号を選び、出力するように構成される。サーキュレータは、パワーアンプと低ノイズアンプとの間に接続され、第１のＲＦ送信信号をＲＦ接続ノードに送信するように構成されるか、第１のＲＦ応答信号をＲＦ接続ノードから受信するように構成される。自動整合同調回路は、サーキュレータに接続され、ＲＦ接続ノードとサーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される。制御回路は、自動整合同調回路に接続され、自動整合同調回路を調整してＲＦ接続ノードとサーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される。

添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解できる。
本発明の実施形態に係る、ＲＦＩＤシステム１のブロック図である。本発明の実施形態に係る、ＲＦＩＤシステム２のブロック図である。選択可能フィルター２１２がどのように動作するかの波形を示している。選択可能フィルター２１２がどのように動作するかの波形を示している。

以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る、ＲＦＩＤリーダ１０とＲＦＩＤタグ１２を含む、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム１のブロック図である。ＲＦＩＤタグ１２は、内部電源のない受動部品であり、内部集積回路は、受けた電磁波によって駆動される。まず、ＲＦＩＤリーダ１０は、電磁波を放出し、ＲＦＩＤタグ１２が十分な電磁エネルギーを受けたとき、タグデータをＲＦＩＤリーダ１０に発する。タグデータは、固有のタグシリアル番号を含むことができるか、または例えば、ストック番号、ロットもしくはバッチ番号、製造日、または他の特定の情報などの製品関連の情報であることができる。また、タグデータは、ＲＦＩＤの電気的消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に予め保存されたデータを含むことができる。パッシブタグは、低コスト且つどの電源も必要としない利点を有する。市場に出ているＲＦＩＤタグは、主に受動型である。

ＲＦＩＤリーダ１０は、トランシーバ１００、パワーアンプ（ＰＡ）１０２、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）１０４、方向性結合器１０５、およびアンテナ１０６を含む。ＲＦＩＤタグ１２は、アンテナ１２２およびパッシブタグ１２０を含む。

ＲＦＩＤリーダ１０は、ＰＡ１０２とアンテナ１０６によって電磁波を空中に送信する。ＲＦＩＤタグ１２のアンテナ１２２は、ＲＦ応答信号を生成する十分なエネルギーを含む電磁波を受信し、次いで生成したＲＦ応答信号に対応して、ＲＦＩＤリーダ１０に応答する。ＲＦＩＤタグ１２で送信されたＲＦ応答信号は、ＲＦＩＤリーダ１０で送信された電磁波のＲＦ応答信号と同じ周波数を有し、且つパッシブタグ１２０に保存されたタグ情報を含む。方向性カプラ１０５は、送信端と受信端間で優れた電気的絶縁を有し、送信端と受信端で同時に動作させることができるが、しかしながら、方向性カプラ１０５は、受信端で受信した信号をかなり減衰させる。また、電気的絶縁が乏しい方向性結合器１０５は、自己妨害（ｓｅｌｆ−ｊａｍｍｉｎｇ）と隣接／同一チャネル干渉が起こる。

ＲＦＩＤリーダ１０は、図２のＲＦＩＤリーダ２によって実施され、図２は、本発明の実施形態に係る、ＲＦＩＤリーダ２のブロック図を示している。ＲＦＩＤリーダ２は、パワーアンプ（ＰＡ）２００、サーキュレータ２０２、自動整合同調回路（ａｕｔｏｍａｔｉｃ−ｍａｔｃｈｉｎｇ−ａｎｄ−ｔｕｎｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ）２０４、制御回路２０６、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２０８、ミキサー２１０、選択可能フィルター２１２、およびアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２１４を含む。

パワーアンプ２００は、サーキュレータ２０２を介して出力信号Ｓｏｕｔの電力を増幅し、増幅された出力信号Ｓｏｕｔ’（第１のＲＦ送信信号）をＲＦ接続ノードに送信する。ＲＦ接続ノードは、ＲＦルーティング（ＲＦｒｏｕｔｉｎｇ）、ＲＦスイッチ、ＲＦケーブル、巻線、またはアンテナなどを含む。増幅された出力信号Ｓｏｕｔ’は、巻線またはアンテナを介して空中に伝播されるＲＦ送信信号であるため、近接している１つ以上のＲＦＩＤタグ（図示されていない）を感知して読み出す。低ノイズアンプ２０８は、ＲＦ接続ノードから増幅された出力信号Ｓｏｕｔ’に対応するＲＦ応答信号Ｓｉｎ’（第１のＲＦ応答信号）を受信し、増幅された受信信号Ｓｉｎを出力する。ＲＦ応答信号Ｓｉｎ’は、ＲＦＩＤタグ情報を含む上タグ信号と下タグ信号を搬送する。サーキュレータ２０２は、パワーアンプ２００と低ノイズアンプ２０８との間に接続され、ＲＦ接続ノードのインピーダンスに整合する。制御回路２０６は、自動整合同調回路２０４に接続され、自動整合同調回路２０４を調整してＲＦ接続ノードとサーキュレータ２０２にインピーダンス整合を行う。

ＲＦＩＤリーダ２は、サーキュレータ２０２を用いて、パワーアンプ２００からＲＦ接続ノードに出力信号Ｓｏｕｔ’を送信し、ＲＦ接続ノードから低ノイズアンプ２０８へのＲＦ応答信号Ｓｉｎ’を受ける。サーキュレータ２０２は、送信端と受信端との間に好ましい絶縁を有し、且つわずかな挿入損失しかないため、受信経路損失（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇｐａｔｈｌｏｓｓ）は、最小化されることができ、受信感度を効果的に向上させることができる。挿入損失は、減少されるため、自動整合同調回路２０４がサーキュレータ２０２と前端のＲＦ接続ノードとの好ましい整合を提供するように用いられ、出力信号Ｓｏｕｔ’の送信のときに、部分信号反射によって起こる自己妨害信号を減少する。

また、超高周波（ＵＨＦ）のＲＦＩＤチャネルは、周波数ホッピング機構を用いており、且つ、前端のＲＦルーティンのインピーダンスが固定されておらず、ＲＦ接続ノードのインピーダンスがプリント回路板（ＰＣＢ）の部品のプロセス変動、ＲＦケーブル切替、またはアンテナ切替によって変わる可能性があるため、固定の整合方式を用いることができない。自動整合同調回路２０４は、自己妨害の影響を効果的に低減するように組み込まれる。自動整合同調回路２０４は、可変容量素子、誘導性素子、抵抗素子を含む。制御回路２０６は、最小の自己妨害に達するまで、増幅された受信信号Ｓｉｎに応じて自動整合同調回路２０４を調整することができる。

インピーダンス整合のとき、送信端のパワーアンプ２００は、単一トーン信号を送信することができ、低ノイズアンプ２０８は、対応する増幅された出力信号Ｓｉｎを出力することができる。インピーダンス整合が不十分なとき、低ノイズアンプ２０８は、増加した数の単一トーン信号の反射信号を受信し、対応する増幅された出力信号Ｓｉｎを出力する。制御回路２０６は、増幅された出力信号Ｓｉｎの値に基づいて自動インピーダンス整合調整アルゴリズム（ａｕｔｏｍａｔｉｃ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、自動整合同調回路２０４内の可調整容量素子、誘導性素子、抵抗素子を調整し、増幅された出力信号Ｓｉｎを低減することができる。制御回路２０６は、複数の調整を行って増幅された出力信号Ｓｉｎを低減し、サーキュレータ２０２とＲＦ接続ノードとの間のインピーダンス不整合を取り除くことができるため、自己妨害を大幅に低減させる。従って、自動整合同調回路２０４、制御回路２０６、およびサーキュレータ２０２は、効果的に感度を向上させることができる。

ミキサー２１０は、低ノイズアンプ２０８から増幅された出力信号Ｓｉｎを受信し、増幅された出力信号Ｓｉｎを中間周波数（ＩＦ）またはゼロ周波数（ＺＦ）の範囲にダウンコンバートする。ダウンコンバートされたＲＦ応答信号Ｓｉｎ‘は、同一のＲＦＩＤタグ情報を含むダウンコンバートされた上タグ信号とダウンコンバートされた下タグ信号を搬送する。選択可能フィルター２１２は、ミキサー２１０に接続され、ダウンコンバートされた上タグと下タグ信号をフィルタリングし、フィルタリングされた上タグと下タグ信号から、出力用によりクリアな信号を選ぶ。アナログデジタル変換器２１４は、選択可能フィルター２１２に接続され、フィルタリングされた上タグと下タグ信号をデジタル信号に変換する。次いで、コントローラまたはプロセッサは、デジタル化された上タグと下タグ信号のどちらがよりクリアであるかを判定し、よりクリアなタグ信号を選んで、信号処理を行い、ＲＦＩＤタグ情報を得ることができる。図３Ａと図３Ｂは、上タグ信号と下タグ信号を選ぶ選択方法を示している。

選択可能フィルター２１２は、近接するチャネル干渉を低減するのに用いられる。上述のように、複数の伝送チャネルＲＦＩＤリーダによって用いられた伝送チャネルとタグ応答チャネルの周波帯域は、互いに近接しているため、信号干渉は相当なものである。従来の単一のフィルターは、信号干渉を効果的に除去できず、本実施形態の選択可能フィルター２１２が近接するチャネル干渉を低減または除去するように提供される。

ＵＨＦのＲＦＩＤは、周波数ホッピング機構を用いているため、ＲＦＩＤリーダが左右２つの近接するチャネルから干渉される確率は、ＲＦＩＤリーダが単一の近接するチャネルから干渉される確率よりもはるかに低い。図３Ａと図３Ｂは、選択可能フィルター２１２がどのように動作するかの波形を示している。図３Ａと図３Ｂに示されるように、応答した上タグ信号Ｔ_Ｕと応答した下タグ信号Ｔ_Ｌは、周波数領域のキャリア周波数に対して左右に配置されるため、左右の上タグ信号Ｔ_Ｕと下タグ信号Ｔ_Ｌは、中間周波数にダウンコンバートされ、次いで選択可能フィルター２１２によってフィルタリングされ、フィルタリングされた出力は、アナログデジタル変換器２１４によってデジタル化され、次いでよりクリアな信号は、比較後、よりクリアな信号から選ばれる。この手順は、近接するチャネル干渉を効果的に低減することができる。

図３Ａに示されるように、干渉信号がより高い周波数に近接するチャネルＳ_{ｕｐ＿ａｄｊ＿ｃｈ}からである場合、比較後、デジタルコントローラまたはプロセッサは、下タグ信号Ｔ_Ｌが上タグ信号Ｔ_Ｕよりクリアかどうかを判定し、キャリア周波数Ｃの左にあるフィルタリングされた範囲ＢＰＦ１、またはフィルタリングした結果を用いた、選択可能フィルター２１２によって生成された下タグ信号Ｔ_Ｌを選ぶ。反対に、図３Ｂに示されるように、干渉信号がより低い周波数に近接するチャネルＳ_{ｌｏ＿ａｄｊ＿ｃｈ}からである場合、比較後、デジタルコントローラまたはプロセッサは、上タグ信号Ｔ_Ｕが下タグ信号Ｔ_Ｌよりクリアかどうかを判定し、キャリア周波数Ｃの右にあるフィルタリングされた範囲ＢＰＦ２、またはフィルタリングした結果を用いた、選択可能フィルター２１２によって生成された上タグ信号Ｔ_Ｕを選ぶ。

本実施形態のＲＦＩＤリーダは、サーキュレータを用いて、ＲＦ信号を送信端と受信端との間に伝送し、送信端と受信端との間に良好な絶縁を提供しながら、受信端の感度を向上させる。また、サーキュレータとＲＦ接続端との間のインピーダンス整合は、自動整合同調回路と制御回路によって実行されることができるため、自己妨害を減少または除去する。選択可能フィルターは、フィルタリングされた上タグと下タグ信号から、出力用によりクリアな信号を選ぶことができるため、近接するチャネル干渉を低減または除去する。

図１、図２、図３Ａ、および図３Ｂの実施形態は、ＲＦＩＤシステムとＲＦＩＤリーダの動作を説明しているが、本発明はこれを限定するものではない。当業者は、他のマイクロ波の単一周波数トランシーバシステム、例えばレーザーシステムも本発明の原理を逸脱せずに、行い得る。

ここに用いられる“判定（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）”という用語は、計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）、演算（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、取得（ｄｅｒｉｖｉｎｇ）、調査（ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ）、検索（ｌｏｏｋｉｎｇｕｐ）（例えば、表、データベース、または他のデータ構造の検索）、確定（ａｓｃｅｒｔａｉｎｉｎｇ）などを含む。また、“判定（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）”は、解決（ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）、選択（ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ）、選出（ｃｈｏｏｓｉｎｇ）、確立などを含んでもよい。

ここで開示された態様に関連して記述される種々の例示の論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブルロジックデバイス、個別のゲートまたはトランジスタロジック、個別のハードウェア構成機器、またはここに記述された機能を行うことを目指した任意のそれらの組み合わせを具備してもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでもよいが、代わりに、プロセッサは任意の商用のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラまたは状態機械でもよい。

ここに述べられた種々のロジカルブロック、モジュール、及び回路の動作及び機能は、回路ハードウェア、またはプロセッサによってアクセスされ、実行され得る埋め込みソフトウェアコードに実装され得る。

本発明は、実施例の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

１ＲＦＩＤシステム
１０ＲＦＩＤリーダ
１００トランシーバ
１０２パワーアンプ（ＰＡ）
１０４低ノイズアンプ（ＬＮＡ）
１０５方向性結合器
１０６アンテナ
１２ＲＦＩＤタグ
１２０パッシブタグ
１２２アンテナ
２ＲＦＩＤリーダ
２００パワーアンプ（ＰＡ）
２０２サーキュレータ
２０４自動整合同調回路
２０６制御回路
２０８低ノイズアンプ（ＬＮＡ）
２１０ミキサー
２１２選択可能フィルター
２１４アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）
Ｓｃｔｒｌ制御信号
Ｓｏｕｔ、Ｓｏｕｔ’ 出力信号
Ｓｉｎ受信信号
Ｓｉｎ’ ＲＦ応答信号
Ｃキャリア周波数
ＢＰＦ１、ＢＰＦ２フィルタリングされた範囲
Ｔ_Ｕ上タグ信号
Ｔ_Ｌ下タグ信号
Ｓ_{ｕｐ＿ａｄｊ＿ｃｈ} より高い周波数に近接するチャネル
Ｓ_{ｌｏ＿ａｄｊ＿ｃｈ} より低い周波数に近接するチャネル

Claims

第１の無線周波（ＲＦ）送信信号を出力するように構成されたパワーアンプ、
前記第１のＲＦ送信信号に対応した第１のＲＦ応答信号を送信するように構成された低ノイズアンプ、
前記パワーアンプと前記低ノイズアンプとの間に接続され、前記第１のＲＦ送信信号をＲＦ接続ノードに送信するように構成されるか、第１のＲＦ応答信号をＲＦ接続ノードから受信するように構成されるサーキュレータ、
前記サーキュレータに接続され、前記ＲＦ接続ノードと前記サーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される自動整合同調回路、および
前記自動整合同調回路に接続され、前記自動整合同調回路を調整して前記ＲＦ接続ノードと前記サーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される制御回路を含み、
前記インピーダンス整合のとき、前記パワーアンプは、単一トーン信号を送信するように構成され、前記制御回路は、自己妨害を低減させるために前記低ノイズアンプによって受信された前記単一トーン信号の反射信号にしたがって前記自動整合同調回路を調整するように構成される、
リーダ。
前記第１のＲＦ応答信号は、上タグ信号と下タグ信号を搬送し、前記リーダは、
前記低ノイズアンプに接続され、前記第１のＲＦ応答信号をダウンコンバートするように構成されたミキサー、および
前記ミキサーに接続され、前記ダウンコンバートされた上タグと下タグ信号をフィルタリングし、前記フィルタリングされた上タグと下タグ信号から、クリアな信号を選び、出力するように構成される選択可能フィルターを更に含む請求項１に記載のリーダ。
前記選択可能フィルターに接続され、前記フィルタリングされた上タグ信号と前記フィルタリングされた下タグ信号をデジタル化し、前記デジタル化された上タグ信号と前記デジタル化された下タグ信号のどちらがよりクリアであるかを判定するように構成されたアナログデジタル変換器を更に含む請求項２に記載のリーダ。
前記パワーアンプが前記第１のＲＦ送信信号を出力するように構成されたとき、前記制御回路は、前記低ノイズアンプからの自己妨害信号に応じて前記自動整合同調回路を調整し、前記自己妨害信号を低減するように構成される請求項１に記載のリーダ。
前記第１のＲＦ送信信号は、前記第１のＲＦ応答信号と同じＲＦ周波数を有する請求項１に記載のリーダ。
前記リーダはＲＦＩＤリーダである請求項１に記載のリーダ。
第１の無線周波（ＲＦ）送信信号を出力するように構成されたパワーアンプ、
前記第１のＲＦ送信信号に対応した第１のＲＦ応答信号を送信し、前記第１のＲＦ応答信号は、上タグ信号と下タグ信号を搬送し、前記第１のＲＦ送信信号は、前記第１のＲＦ応答信号と同じＲＦ周波数を有するように構成された低ノイズアンプ、
前記低ノイズアンプに接続され、前記第１のＲＦ応答信号をダウンコンバートするように構成されたミキサー、
前記ミキサーに接続され、前記ダウンコンバートされた上タグと下タグ信号をフィルタリングし、前記フィルタリングされた上タグと下タグ信号から、クリアな信号を選び、出力するように構成される選択可能フィルター、
前記パワーアンプと前記低ノイズアンプとの間に接続され、前記第１のＲＦ送信信号をＲＦ接続ノードに送信するように構成されるか、第１のＲＦ応答信号をＲＦ接続ノードから受信するように構成されるサーキュレータ、
前記サーキュレータに接続され、前記ＲＦ接続ノードと前記サーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される自動整合同調回路、および
前記自動整合同調回路に接続され、前記自動整合同調回路を調整して前記ＲＦ接続ノードと前記サーキュレータとの間のインピーダンス整合を行うように構成される制御回路を含み、
前記インピーダンス整合のとき、前記パワーアンプは、単一トーン信号を送信するように構成され、前記制御回路は、自己妨害を低減させるために前記低ノイズアンプによって受信された前記単一トーン信号の反射信号にしたがって前記自動整合同調回路を調整するように構成される、
ＲＦＩＤリーダ。
前記選択可能フィルターに接続され、前記フィルタリングされた上タグ信号と前記フィルタリングされた下タグ信号をデジタル化し、前記デジタル化された上タグ信号と前記デジタル化された下タグ信号のどちらがよりクリアであるかを判定するように構成されたアナログデジタル変換器を更に含む請求項７に記載のＲＦＩＤリーダ。
前記パワーアンプが前記第１のＲＦ送信信号を出力するように構成されたとき、前記制御回路は、前記低ノイズアンプからの自己妨害信号に応じて前記自動整合同調回路を調整し、前記自己妨害信号を低減するように構成される請求項７に記載のＲＦＩＤリーダ。