JP7312870B2 - 二重周波数ｈｆ－ｕｈｆ識別集積回路 - Google Patents

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Description

本発明は、二重周波数高周波－超高周波（ＨＦ－ＵＨＦ）識別デバイスに関し、より詳細には、二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ無線周波数識別（ＲＦＩＤ）集積回路に関する。
二重周波数ＲＦＩＤ集積回路がいくつか過去に提案されている。具体的には、パッシブデバイスにおいて、集積回路にパワー供給するためのパワー供給源を備える。パワー供給源は、一般的には、少なくともパワージェネレーターを備える。パワー供給源が２つのパワージェネレーター、例えば、ＨＦアンテナコイルの共振回路における誘導電圧に関連付けられるパワージェネレーターと、ＵＨＦアンテナにおける誘導電圧に関連づけられるパワージェネレーター、を備える場合、一般的には、集積回路内に電力管理システムが実装される。
米国特許文献ＵＳ２００５／０１８６９０４は、集積回路がＲＦ場の存在下にあるときに第１の誘導ＨＦ交流電圧を受けるためのアンテナコイルと、第１の通信インタフェースにリンクされるデータ処理ユニットとを備えるＲＦＩＤ通信インタフェースを備える非接触式の集積回路に関し、このデータ処理ユニットは、電気的にプログラム可能かつ消去可能なメモリを備える。この集積回路は、さらに、集積回路がＵＨＦ場信号の存在下にあるときに第２の誘導交流電圧を受けるためのＵＨＦアンテナと、データ処理ユニットを２つの通信インタフェースのうちの一方又は他方にリンクするための多重化手段とを備えるＵＨＦ通信インタフェースを備える。具体的には、集積回路は、アンテナコイルの端子における交流電圧の存在を検出するためのモード検出回路と、スイッチ（ＳＷ）とを備える複合的なパワー及びモード管理システムを備える。
図１を参照すると、モード検出ユニットは、ＨＦ共振回路における誘導電圧を感知し、モード信号（ＤＥＴ）を送出する。このモード信号（ＤＥＴ）は、ＨＦ電磁場がＨＦアンテナコイルによって受信されているかを表す。スイッチ（ＳＷ）は、ＨＦ電磁場がＨＦアンテナコイルによって受信されているときに集積回路がＨＦ部分によってのみパワー供給されるように構成している。スイッチ（ＳＷ）は、ＨＦ電磁場がＨＦアンテナコイルによって受信されていないときに集積回路がＵＨＦ部分によってのみパワー供給されるように構成している。
米国特許文献ＵＳ２０１６／０２６８８５０は、ＨＦ部分とＵＨＦ部分を備えるパワー供給源を備える二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路を開示している。ＨＦ部分は、ＨＦアンテナコイルと共振キャパシターによって形成される共振回路に接続されるように意図されているＨＦ整流器によって形成されており、ＵＨＦ部分は、チャージポンプによって形成されＵＨＦアンテナに接続されるように意図されているＵＨＦ整流器を備える。このＲＦＩＤ集積回路は、さらに、パワー供給源のＨＦ部分とＵＨＦ部分とで共通の蓄積キャパシターを備え、ＨＦ整流器の出力とＵＨＦ整流器の出力の両方は、その共通の蓄積キャパシターの供給端子に連続的に接続されている。共通の蓄積キャパシターの供給端子は、この供給端子からＨＦ整流器の出力への電流をブロックするように構成しているダイオードを介してＨＦ整流器の出力に接続される。
本発明は、二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路及び二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイスを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、パワー供給源を備える二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路に関する。パワー供給源は、ＨＦ分岐、ＵＨＦ分岐及び供給線路を備える。ＨＦ分岐は、ＨＦ整流器とリニア電圧レギュレーターを備える。ＨＦ整流器は、ＨＦアンテナコイルと共振キャパシターとによって形成される共振回路に接続されるように構成している。また、ＨＦ整流器は、リニア電圧レギュレーターに接続されている。ＵＨＦ分岐は、ＵＨＦ整流器及びシャント電圧レギュレーターを備える。ＵＨＦ整流器は、チャージポンプを備え、ＵＨＦアンテナに接続されるように構成している。また、ＵＨＦ整流器は、シャント電圧レギュレーターに接続される。リニア電圧レギュレーターとシャント電圧レギュレーターは両方ともパワー供給源の供給線路に接続されている。
本発明の第１の態様に係るＲＦＩＤ集積回路の主な利点は、集積回路にパワー供給するために、ＨＦ共振回路とＵＨＦアンテナによって受信される入力ＨＦ及びＵＨＦ電磁場の両方を、可能性としては同時に、使用可能であることである。
なお、本発明の第１の態様に係るＲＦＩＤ集積回路のパワー供給源によって、集積回路が、関連する電子部品を用いることなく、いくつかの異なる電力供給シナリオに基づいて動作することを可能にし、これによって、集積回路のコストを低減し、また、回路における全体的な電力損失を抑えることが可能になる。このような電力供給シナリオは、以下の特徴を有することができる。
・ 共振回路によって受信されるＨＦ電磁場によって（のみ）二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給する。
・ ＵＨＦアンテナによって受信されるＵＨＦ電磁場によって（のみ）二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給する。
・ 共振回路及びＵＨＦアンテナによってそれぞれ同時に受信されるＨＦ及びＵＨＦ電磁場によって二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給する。
具体的には、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐は、各分岐がそれ自身のレギュレーターを備えるという意味で、互いに独立して動作することを理解することができ、これによって、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐のレギュレーションを分離する。これは、シャント電圧レギュレーターが供給線路に接続されている上記の米国特許文献ＵＳ２０１６／０２６８８５０によって提案されている手法とはまったく異なる。したがって、シャント電圧レギュレーターは、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐の複合電圧を同時に調整しなければならない。例えば、ＨＦ場が強い場合、シャント電圧レギュレーターは、かなりの量のエネルギを消散しなければならず、したがって、パワー供給源の線路の電圧にリップルないし低下を発生させてしまう。このような課題は、本発明の第１の態様に係る集積回路においては発生しない。
また、上記の米国特許文献ＵＳ２０１６／０２６８８５０に提案されているデバイスと比べて、このリニア電圧レギュレーターは、優れたＨＦノイズ除去を提供することがわかる。
好ましくは、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐は両方とも、パワー供給源の供給線路に連続的に接続される。ここで、「連続的に接続」とは、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐の両方が各入力端子において少なくとも有用な誘導電圧を受けたときに当該デバイスにパワー供給するためのパワージェネレーターとしてＨＦ分岐又はＵＨＦ分岐を選択する選択用スイッチ又は他の選択手段が存在しないことを意味する。他の用語に関連して、ＨＦ分岐とＵＨＦ分岐の一方を優先させるスイッチング手段、及び／又はＨＦ分岐とＵＨＦ分岐の他方が供給線路を介して当該デバイスにパワー供給することを避けるスイッチング手段は存在しない。
一実施形態において、リニア電圧レギュレーターは、直列リニア電圧レギュレーターである。好ましくは、リニア電圧レギュレーターは、低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーターである。
一実施形態において、第１の基準電圧がリニア電圧レギュレーターに与えられ、第２の基準電圧がシャント電圧レギュレーターに与えられる。好ましくは、リニア電圧レギュレーターとシャント電圧レギュレーターは、同じ電圧基準を用いる。なお、リニア電圧レギュレーターとシャント電圧レギュレーターに対して同じ電圧基準を用いることによって、正確で安定した供給線路電圧を与えることができる。
一実施形態において、第１の出力バッファーキャパシターは、安定性を目的として、リニア電圧レギュレーターの出力に配置される。例えば、第１の出力バッファーキャパシターは、５０ｐＦ未満である。
一実施形態において、第２の出力バッファーキャパシターは、安定性を目的として、シャント電圧レギュレーターの出力に配置される。例えば、第２の出力バッファーキャパシターは、５０ｐＦ未満である。
ＨＦ分岐は、リニア電圧レギュレーターの出力と供給線路の間に配置されるアクティブダイオードを備えることができる。アクティブダイオードは、（ＵＨＦ分岐からの）ＨＦ分岐を通る電流漏れを防止する。アクティブダイオードは、スイッチの入力又は出力によって制御されるゲートを備えるアクティブスイッチである。
ＵＨＦ分岐は、シャント電圧レギュレーターの出力と供給線路の間に配置されるアクティブダイオードを備えることができる。アクティブダイオードは、（ＨＦ分岐からの）ＵＨＦ分岐を通る電流漏れを防止するように構成している。
このようにして、各分岐を通る逆漏れ電流が低減され、各分岐の出力信号における変動ないしリップルの大きさは抑えられる。
アクティブダイオードは、米国特許文献ＵＳ１００４３１２４に記載されているものであることができる。適切なアクティブダイオードは、ＯＮ状態（すなわち、アクティブダイオードの入力及び出力が電気的に接続されている状態）において低い降下電圧（例えば、１０ｍＶ未満のもの）を与え、ＯＦＦ状態（すなわち、アクティブダイオードの入力及び出力が電気的に接続されていない状態）において高い抵抗を与える。
なお、アクティブダイオードを用いることによって、パッシブダイオードが約０．５～１ボルトの固定電圧降下を有するような上記の米国特許文献ＵＳ ２０１６／０２６８８５０の開示と比べて、ダイオードに起因する電圧降下を緩和することができるようになっている。アクティブダイオードの間の電圧降下が低いことによって、ＨＦアンテナコイル及び／又はＵＨＦアンテナによって受信される比較的低いＨＦ及び／又はＵＨＦ場で集積回路を動作させることができる。
供給線路に第３の出力バッファーキャパシターを備えることができる。例えば、第３の出力バッファーキャパシターは、４００ｐＦ～１ｎＦの範囲に属する。
本発明の第２の態様は、二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイスに関する。二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイスは、以下を備える。
＊ 本発明の第１の態様に係る二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路
＊ ＨＦアンテナコイルと共振キャパシターによって形成されＨＦ整流器に接続される共振回路
＊ ＵＨＦ整流器に接続されるＵＨＦアンテナ
本発明に係る二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路のパワー供給源の概略的なレイアウト図である。
以下、例として、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態（これに限定されない）について詳細に説明する。図１を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、ＨＦアンテナコイル１２とＵＨＦアンテナ１４に接続されるＲＦＩＤ集積回路を備える二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイス１０のパワー供給源を示している。このＲＦＩＤ回路のパワー供給源は、ＨＦ分岐１６とＵＨＦ分岐１８を備える。
ＨＦ分岐１６は、ＨＦアンテナコイル１２と共振キャパシター２２によって形成される共振回路に接続されるＨＦ整流器２０を備える。この共振回路は、誘導された交流電圧をＨＦ整流器２０の入力端子Ｖ1a及びＶ1bに与える。ＨＦ整流器２０の出力は、平滑キャパシター２４の端子に接続され、第１のＤＣパワー供給源電圧ＶHFを与える。代替的に又は付加的に、ＨＦ整流器２０は、第１のＤＣ供給電圧ＶHFを発生させる電圧増幅回路に関連づけられる。
第１のＤＣ供給電圧ＶHFは、第１のＤＣ供給電圧ＶHFを調整する低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーター２５の入力端子に与えられる。この低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーター２５によって、所望の調整電圧ＶHF,regがＶHFに非常に近い場合であっても、電圧ＶHFを調整することが可能になる。第１の出力バッファーキャパシター２６は、リニア電圧レギュレーター２５の出力に配置される。調整済み電圧ＶHF,regは、第１のアクティブダイオード２８の入力端子に与えられる。第１のアクティブダイオード２８は、ＨＦ分岐１６を通る逆電流をブロックするように構成している。なお、第１のアクティブダイオードは、パッシブショットキーダイオードのようなパッシブダイオードと比較して、電圧ドロップアウトを、そして、逆電流漏れを（例えば、ＵＨＦ分岐１８から）緩和かつ／又は抑制することがわかる。
ＵＨＦ分岐１８は、ＵＨＦアンテナ１４の２つのワイヤにリンクされたチャージポンプを備えるＵＨＦ整流器３０を備える。このＵＨＦ整流器３０は、その２つの入力端子Ｖ2a及びＶ2bにてＡＣ誘導電圧を受ける。ＵＨＦ整流器３０は、その出力において、第２のＤＣ供給電圧ＶUHFを与える。
この第２のＤＣ供給電圧ＶUHFは、シャント電圧レギュレーター３２の入力端子に与えられてシャント電流を吸収し、これによって、第２のＤＣ供給電圧ＶUHFを調整する。このシャント電圧レギュレーター３２（調整済み電圧を与える）は、第２の出力バッファーキャパシター３６を介して第２のアクティブダイオード３４の入力端子に接続される。第２のアクティブダイオード３４は、ＵＨＦ分岐１８を通る逆電流をブロックするように構成している。第２のアクティブダイオード３４は、ＨＦ分岐１６と同様に、パッシブショットキーダイオードのようなパッシブダイオードと比較して、電圧ドロップアウトを、そして、逆電流漏れ（例えば、ＨＦ分岐１６からのもの）を緩和かつ／又は抑制する。
また、第１のアクティブダイオード２８、第２のアクティブダイオード３４及び／又はリニア電圧レギュレーター２５のような低ドロップアウトの部品を用いることによって、集積回路全体をまたがる電圧降下を緩和して、これによって、受信したＨＦ及びＵＨＦ電磁場のＨＦ及びＵＨＦを効率的に管理することができることがわかる。このことは、例えば、ＩＳＯ１５６９３準拠のＨＦ及び／又はＵＨＦ電磁場によって、集積回路にパワー供給するために非常に有利である。
低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーター２５とシャント電圧レギュレーター３２の両方の基準入力端子は、同じ基準電圧ＶREFに接続される。同じ基準電圧ＶREFを与えることによって、当該デバイスにパワー供給するためにＨＦ分岐の寄与とＵＨＦ分岐の寄与とをバランスさせることができることがわかる。代わりに、低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーター２５とシャント電圧レギュレーター３２の両方の基準入力端子は、ＨＦ及びＵＨＦ分岐に対してそれぞれ異なる基準電圧ＶREF,HF，ＶREF,UHFに接続されていることができる。
第１のアクティブダイオード２８と第２のアクティブダイオード３４の両方の出力端子は、供給線路３８に連続的に接続されて、集積回路に供給電圧ＶSUPを供給する。
供給線路３８には、第３の出力バッファーキャパシター４０がある。
なお、本発明の第１の態様に係る二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路のパワー供給源が少なくとも以下の動作条件において安定であることがわかる。
ＶUHF ＞ ＶSUP かつ ＶHF,reg ＜ ＶSUP：
（すなわち、ＵＨＦ場が強く、ＨＦ場が弱いないしない）；
ＶUHF ＜ ＶSUP かつ ＶHF,reg ＞ ＶSUP：
（すなわち、ＵＨＦ場が弱いないしなく、ＨＦ場が強い）；
ＶUHF ＞ ＶSUP かつ ＶHF,reg ＞ ＶSUP：
（すなわち、ＵＨＦ場が強くＨＦ場が強い）
本発明に係る二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路のパワー供給源、例えば、上述した好ましい実施形態のパワー供給源は、多様なＲＦＩＤ集積回路において実装することができ、このような回路の電力消費を制御するように、特に、それらの電力消費を最小限に抑えるように、構成している他の特定の回路に関連づけられることができる。電池によって支援されるＨＦ－ＵＨＦ識別デバイスの場合、ＲＦＩＤ集積回路は、リスニングモードに関連づけられたウェイクアップ回路を備えることができる。特定の実施形態において、ＲＦＩＤ集積回路は、そのＲＦＩＤ集積回路の一部をアクティベートかつ／又は制御するように構成しているＨＦ場検出器及び／又はＵＨＦ場検出器を備える。当業者によって、特定の昇圧手段（特に、供給電圧をさらに増加させるための電圧増幅器）とともに、供給電圧ＶSUPを調整するため、かつ／又はＲＦＩＤ集積回路の一部を保護するためのさらなる手段を設けることができる。
本明細書では特定の実施形態について詳細に説明したが、当業者であれば、本開示の全体的な教示内容を鑑みて、これらの詳細に対する様々な改変された形態及び代替形態を開発することができることを理解することができるであろう。したがって、開示されている特定の構成は、単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲及びその均等の範囲のすべてに及ぶべきである。
１０ 二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイス
１２ ＨＦアンテナコイル
１４ ＵＨＦアンテナ
１６ ＨＦ分岐
１８ ＵＨＦ分岐
２０ ＨＦ整流器
２２ 共振キャパシター
２５ 低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーター
２６ 第１の出力バッファーキャパシター
２８ 第１のアクティブダイオード
３０ ＵＨＦ整流器
３２ シャント電圧レギュレーター
３４ 第２のアクティブダイオード
３６ 第２の出力バッファーキャパシター
３８ 供給線路
４０ 第３の出力バッファーキャパシター

Claims (11)

  1. パワー供給源を備える二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路であって、
    このパワー供給源は、ＨＦ分岐、ＵＨＦ分岐及び供給線路を備え、
    前記ＨＦ分岐は、ＨＦ整流器とリニア電圧レギュレーターを備え、
    前記ＨＦ整流器は、ＨＦアンテナコイルと共振キャパシターによって形成される共振回路に接続されるように構成しており、
    前記ＨＦ整流器は、前記リニア電圧レギュレーターに接続されており、前記ＨＦ整流器の供給電圧ＶＨＦのみが調整されるよう構成されており、
    前記ＵＨＦ分岐は、ＵＨＦ整流器とシャント電圧レギュレーターを備え、
    前記ＵＨＦ整流器は、チャージポンプを備えＵＨＦアンテナに接続されるように構成しており、
    前記ＵＨＦ整流器は、前記シャント電圧レギュレーターに接続されており、前記ＵＨＦ整流器の供給電圧ＶＵＨＦのみが調整されるよう構成されており、
    前記リニア電圧レギュレーターと前記シャント電圧レギュレーターは両方とも、前記パワー供給源の前記供給線路に接続されて、
    前記ＨＦ分岐と前記ＵＨＦ分岐は互いに独立して動作するよう構成し、これによって、前記ＨＦ分岐又は前記ＵＨＦ分岐を選択する選択手段なしに、
    ・ＨＦ電磁場によって二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給するシナリオ、
    ・ＵＨＦ電磁場によって二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給するシナリオ、
    ・同時に受信されるＨＦ及びＵＨＦ電磁場によって二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路にパワー供給するシナリオ
    を可能にしたことを特徴とするＲＦＩＤ集積回路。
  2. 前記リニア電圧レギュレーターは、直列リニア電圧レギュレーターである
    ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  3. 前記直列リニア電圧レギュレーターは、低ドロップアウトの直列リニア電圧レギュレーターである
    ことを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  4. 前記リニア電圧レギュレーターに第１の基準電圧が与えられ、前記シャント電圧レギュレーターに第２の基準電圧が与えられる
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  5. 前記リニア電圧レギュレーターと前記シャント電圧レギュレーターは、同じ電圧基準を用いる
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  6. さらに、前記リニア電圧レギュレーターの出力に配置される第１の出力バッファーキャパシターを備える
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  7. さらに、前記シャント電圧レギュレーターの出力に配置される第２の出力バッファーキャパシターを備える
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  8. 前記ＨＦ分岐は、さらに、前記リニア電圧レギュレーターの出力と前記供給線路の間に配置されるアクティブダイオードを備える
    ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  9. 前記ＵＨＦ分岐は、さらに、前記シャント電圧レギュレーターの出力と前記供給線路の間に配置されるアクティブダイオードを備える
    ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  10. 前記供給線路は、第３の出力バッファーキャパシターを備える
    ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ集積回路。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の二重周波数ＨＦ－ＵＨＦのＲＦＩＤ集積回路と、
    ＨＦアンテナコイルと共振キャパシターとによって形成され前記ＨＦ整流器に接続される共振回路と、及び
    前記ＵＨＦ整流器に接続されるＵＨＦアンテナと
    を備えることを特徴とする二重周波数ＨＦ－ＵＨＦ識別デバイス。
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