JP7397012B2

JP7397012B2 - 小型フットフリント高性能パッシブｒｆｉｄタグ

Info

Publication number: JP7397012B2
Application number: JP2020570815A
Authority: JP
Inventors: ダイク，ジョージ，ジュニア
Original assignee: Avery Dennison Retail Information Services LLC
Current assignee: Avery Dennison Retail Information Services LLC
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: JP2021528755A; US20190385039A1; EP3807819A1; WO2019245979A1; US11853831B2; CN112534441A

Description

本出願は２０１８年６月１８日付で出願された米国仮特許出願第６２／６８６，２４１に基づいて優先権を主張し、これはその全体を参照することによりこの明細書に組み込まれる。

本発明は超高周波（“ＵＨＦ”）無線周波数識別（“ＲＦＩＤ”）タグ分野に属する。より具体的に、本発明は一般的にＲＦＩＤ技術のための新興市場の高性能アプリケーションに最適化した小型フットフリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を有するパッシブＵＨＦＲＦＩＤタグを提供するためのシステム及び方法に関するものである。

ＲＦＩＤは読取機（ｒｅａｄｅｒ）システムによって伝送された磁場、電場又は電磁場を使って自分を識別し、場合によっては追加に保存されたデータを提供する。ＲＦＩＤタグは一般的に“チップ”又は“集積回路”と呼ばれる半導体装置を含み、その上にメモリ及び動作回路が形成される。集積回路は、当該分野に公知となっているように、直接又はインターポーザー（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）又はＲＦＩＤストラップ装置のような装置とともにタグアンテナに連結される。一般に、ＲＦＩＤタグはインテロゲータ（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）とも言うＲＦＩＤ読取機から受信された無線周波数（“ＲＦ”）質問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）信号に応じて集積回路メモリに保存された情報を提供するトランスポンダー（ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）の役割を達成する。アクティブＲＦＩＤ装置の場合、装置にはバッテリーのような電源がある。一方、パッシブＲＦＩＤ装置を使えば、質問信号のエネルギーもＲＦＩＤ装置を動作するのに必要なエネルギーを提供する。したがって、パッシブＲＦＩＤ装置はアクティブＲＦＩＤ装置に比べて読取範囲が短いことがあるが、アクティブＲＦＩＤ装置のように（例えば、バッテリー寿命制限によって）ずっと安価であり、寿命が制限されない。また、パッシブＲＦＩＤ装置にはオンボード（ｏｎ－ｂｏａｒｄ）電源がないから、パッシブＲＦＩＤ装置は一般的に活性ＲＦＩＤ装置より小さい。

全世中でＲＦＩＤシステムは低周波（“ＬＦ”）、高周波（“ＨＦ”）又は超高周波（“ＵＨＦ”）帯域で動作する。電波はこのような各周波数帯域で異なって動作するから、それぞれの長短所がある。より高い周波数範囲で動作するシステムは一般的により速いデータ伝送速度とより長い読取範囲を有するから、多いアプリケーションに好ましい。

ＬＦＲＦＩＤシステムは一般的に１２５ＫＨｚ又は１３４ＫＨｚで動作するが、ＬＦシステムは３０ＫＨｚから３００ＫＨｚまでの周波数をカバーする。大部分のＨＦＲＦＩＤシステムは１３．５６ＭＨｚで動作するが、ＨＦシステムは３ＭＨｚから３０ＭＨｚまでの周波数をカバーする。最後に、ＵＨＦシステムは一般的に８６０ＭＨｚ～９６０ＭＨｚで動作するが、ＵＨＦシステムは３００ＭＨｚから３ＧＨｚまでの周波数をカバーする。ＵＨＦスペクトラムの標準化した領域は合意されていなかったが、全世界の多くの国家でＲＦＩＤ使用のために無線スペクトラムの相異な部分を割り当て、一般的にＬＦ及びＨＦシステムでの使用を標準化している。したがって、ヨーロッパのＵＨＦシステムは一般的に８６５ＭＨｚ～８６８ＭＨｚで動作し、北米のＵＨＦＲＦＩＤシステムは一般的に９０２ＭＨｚ～９２８ＭＨｚで動作し、中国のＵＨＦシステムは８４０．２５ＭＨｚ～８４４．７５ＭＨｚだけでなく９２０．２５ＭＨｚ～９２４．７５ＭＨｚで動作するように承認された。三つの主要ＲＦ帯域（ＬＦ、ＨＦ、ＵＨＦ）のそれぞれでＲＦＩＤを使うためには互いに異なるタグが必要であるが、ＵＨＦＲＦＩＤシステムのために全世界的に使われる互いに相異なる周波数帯域は各地域で動作するために一般的にタグアンテナを修正して達成される少し違うタグ設計を必要とする。

パッシブＵＨＦＲＦＩＤタグの主要構成要素はＵＨＦＲＦＩＤ読取機からの放射（ｒａｄｉａｔｅｄ）電源、伝導アンテナ、整合（ｍａｔｃｈｉｎｇ）ループ、ＵＨＦＲＦＩＤＧｅｎ２集積回路のようなＵＨＦＲＦＩＤ集積回路又はチップを含む。パッシブＵＨＦＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤ読取機から放射された電力を収集し、収集された電力を整合ループ回路を介して集積回路に伝送して集積回路をオン（Ｏｎ）にする。集積回路の電源がオンになれば、Ｇｅｎ２集積回路に必要なＧｅｎ２プロトコル命令のような必須プロトコル命令を遂行することができる。

チップ製造業者は集積回路のフロントエンド（ｆｒｏｎｔｅｎｄ）で標準インピーダンス値を提供する。また、新しい集積回路は自己調整チューニング回路を組み込み、制限された範囲のキャパシタンスを提供し、制限された範囲で最適のインピーダンスを捜し、特定のキャパシタンス範囲内でできるだけ多くの放射電力を吸収する。タグアプリケーションによるインピーダンスの少しの変化に対処するのに役立つが、主要利点はタグの感度を高めることである。例えば、タグ感度は約１ｄＢ～約２ｄＢまで増加することができる。このような自己調整回路はタグのターンオン電力にも役立つことができる。また、この小さくて制限された範囲のキャパシタンスは小型の狭帯域（ｎａｒｒｏｗ－ｂａｎｄ）ＲＦＩＤタグの応答を広げるのに役立つことができる。

また、アンテナ設計は集積回路に整合するために必要なインダクタンス値を提供するように整合ループをさらに含む。ループ回路は本質的に単一ループアンテナ要素であるので、ループのサイズは集積回路の提示されたインピーダンスとアンテナ設計者が設定したアプリケーションに対する所望のチューニングによって部分的に駆動される。特に、アンテナ設計は指定のサイズラベルに合うように設定される。ラベルサイズは一般的に製品包装のサイズと製品包装の使用可能な空間によって決定され、ＲＦＩＤタグが含まれたラベルは製品包装の印刷された内容を覆うか遮ることがないように配置される。したがって、アンテナ設計者は一般的に使用可能なラベル空間の特定の比率を占めるループ整合回路を設定することで始める。アンテナはパッケージ材料がアンテナに及ぶことができる潜在的な影響を補償するだけでなく集積回路への電力伝送均衡を調整してアプリケーションによって所望の読取範囲を達成するように、アンテナが付着される製品に合わせてチューニングされて整合する。

パッシブＵＨＦＲＦＩＤは全世界的に多くのアプリケーションにずっと採択されている。特に、衣類市場は１０年以上相当な成長を駆動して来た。技術がより普遍化するにつれて、新しいアプリケーションがずっと登場している。読取機製造業者はＲＦＩＤタグの読取可能性を高めることはもちろんのこと、供給網の全体で新しい読取ポイントができるようにするためにハードウェア装置をずっと発展させている。チップ製造業者は新しい繰り返しごとにチップの感度を次第に増加させてＲＦＩＤタグの読取範囲を増加させた。オハイオ州、メンター（Ｍｅｎｔｏｒ）のＡｖｅｒｙＤｅｎｎｉｓｏｎＲｅｔａｉｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅｓ、ＬＬＣのようなアンテナ設計業者はタグ性能をアプリケーション環境に合わせるために新しいアンテナ設計を続けて開発している。

衣類市場のフォームファクター（ｆｏｒｍｆａｃｔｏｒ）は去る１０年の間に根本的に変わらなかったが、チップ製造業者及び読取機製造業者のそれぞれの新しい漸進的性能向上はＲＦＩＤアプリケーションのシステム性能を漸進的に向上させた。このようなシステム性能の漸進的改善はシステムマージンを増加させて配布されたシステムをもっと力強くするが、必ずしも新しいアプリケーションの出現を有効にする必要はない。

しかし、パッシブＵＨＦＲＦＩＤを含むＲＦＩＤ技術市場はコンビニ、食品用途、航空、製薬などのように衣類以外の領域に移動している。しかし、このような新興アプリケーションは現在ＲＦＩＤシステムに非常に大きな課題を与えているが、その理由は製品材料に対する影響が多様な高密度環境で読み取らなければならないかなり小さなタグが必要であるからである。また、このようなタグは使用を特定の地理的場所に限定するものではなく、グローバルに（ｇｌｏｂａｌｌｙ）機能する必要がある。

よって、小さくて広範囲な材料に、又はそれに関連して使われることができ、比較的長い読取範囲を有し、特定の地理的領域で使用することに制限されないＲＦＩＤタグが必要である。

一般に、本発明は一般的にアンテナ、ループ、チップ、及び構成を含むＵＨＦＲＦＩＤタグアーキテクチャ（ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）に関するものである。ＵＨＦＲＦＩＤタグは過去に達成しにくかった独特な要件を有する新しいアプリケーションに有利に対処することができる。例えば、本発明のＵＨＦＲＦＩＤタグによって提供されることができる新興市場は広い範囲の材料特性にわたって動作し、その環境にグローバルに適応しなければならない小さなサイズ、強い読取範囲を有するタグを必要とすることができる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、パッシブ無線周波数識別（“ＲＦＩＤ”）タグアンテナ、及び第１総抵抗及び第１総抵抗より大きな第２総抵抗を有する集積回路を含み、集積回路は第１総抵抗と第２総抵抗との間で選択可能に転換（ｓｗｉｔｈｃｈ）されるように構成される。

実施形態によっては、パッシブＲＦＩＤタグは第１抵抗器（ｒｅｓｉｓｔｏｒ）及び第２抵抗器を含む。第１抵抗器及び第２抵抗器は集積回路の構成要素であることができる。実施形態によっては、第１総抵抗は第１抵抗器の抵抗の関数であり、第２総抵抗は第２抵抗器の抵抗の関数である。実施形態によっては、第１総抵抗は、並列で連結されるとき、第１抵抗器及び第２抵抗器の総抵抗の関数であり、そして第２総抵抗は第１抵抗器の抵抗又は第２抵抗器の抵抗の関数である。他の実施形態で、第２総抵抗は、直列で連結されるとき、第１抵抗器及び第２抵抗器の総抵抗の関数であり、そして第１総抵抗は第１抵抗器の抵抗又は第２抵抗器の抵抗の関数である。

他の実施形態によれば、パッシブＲＦＩＤタグは複数の抵抗器を含み、ここで第１総抵抗は、並列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数である。実施形態によっては、第２総抵抗は複数の抵抗器の中で一つの抵抗の関数である。他の実施形態で、第２総抵抗は、直列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数である。

本発明の他の実施形態で、パッシブＲＦＩＤタグは複数の抵抗器を含み、ここで第２総抵抗は、直列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数である。実施形態によっては、第１総抵抗は複数の抵抗器の中で一つの抵抗の関数である。他の実施形態で、第１総抵抗は、並列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数である。

いくつかの実施形態によれば、パッシブＲＦＩＤタグの集積回路は第３総抵抗を有し、集積回路は第１総抵抗、第２総抵抗及び第３総抵抗の中で選択可能に転換されるように構成される。実施形態によっては、第３総抵抗は第１総抵抗と第２総抵抗の中で一つ又は二つより大きい。実施形態によっては、第３総抵抗は第１総抵抗と第２総抵抗の中で一つ又は二つより小さい。実施形態によっては、第３総抵抗は第１総抵抗より大きくて第２総抵抗より小さい。

いくつかの実施形態によれば、パッシブＲＦＩＤタグは無線周波数（“ＲＦ”）ブースト（ｂｏｏｓｔ）モジュールを含む。実施形態によっては、ＲＦブーストモジュールは一つ以上のキャパシタを含む。実施形態によっては、ＲＦブーストモジュールは並列で連結された二つ以上のキャパシタを含む。

本発明の他の様態によれば、パッシブＲＦＩＤタグはアンテナ及び集積回路を含む。集積回路は一つ以上のキャパシタ、及び第１総抵抗と第２総抵抗との間で選択的に転換するように構成された二つ以上の抵抗器を含むＲＦブーストモジュールを有することができる。実施形態によっては、ＲＦブーストモジュールは並列で連結された二つ以上のキャパシタを含む。

これらの他に、本発明の他の目的及び利点は添付図面とともに本発明の現在の好ましい例示的な実施形態のより詳細な下記の説明を参照することによってより全く理解及び評価されるであろう。

従来技術で知られたパッシブＲＦＩＤタグを示す図である。図１Ａに示したタグのようなパッシブＲＦＩＤタグの主要構成要素を示す図である。本発明の特定様態によるＲＦＩＤシステムの構成要素を示す図である。本発明の特定様態によるＲＦＩＤシステムの構成要素を示す図である。本発明の特定様態によるＲＦＩＤシステムの構成要素を示す図である。本発明の特定様態による集積回路を示す図である。他の周波数帯域占有を示す図である。他の周波数帯域占有を示す図である。本発明の特定様態による広帯域整合能力を有するＲＦＩＤタグの動作を示す図である。本発明の特定様態による広帯域整合能力を有するＲＦＩＤタグの動作を示す図である。本発明の特定様態による狭帯域整合能力を有するＲＦＩＤタグの動作を示す図である。本発明の特定様態による狭帯域整合能力を有するＲＦＩＤタグの動作を示す図である。本発明の特定様態による集積回路を示す図である。

本明細書に開示する装置及び方法は図面を例として参照して詳細に説明する。他に明示しない限り、図面において同様な数字は図面全般にわたって同一、類似又は対応の要素を示す。開示及び説明した例、配列、構成、構成要素、要素、装置、方法、材料などに対する変更が可能であり、特定のアプリケーションに好ましいことが理解可能であろう。本明細書で、特定の形状、材料、技術、配列などの識別は提示した特定の例に関連するか、又はその形状、材料、技術、配列などについての一般的な説明であるだけである。特定の詳細事項の識別又は例は、特に指定しない限り、強制的な又は制限的なものに解釈されてはいけない。装置及び方法の選択された例を以下で図面を参照して詳細に開示及び説明する。

したがって、本発明によって非常に有利なＵＨＦＲＦＩＤタグ及びシステムが提供されたことが分かる。本発明を現在で最も実用的で好ましい実施形態と見なされるものに関連して説明したが、本発明が開示した実施形態に制限されないことと本発明の範囲内で多くの変更及び同等な配列が可能であることが当業者に明らかであり、その範囲は全ての同等な構造及び製品を含むように添付の請求範囲の最も広い解釈による。

前述したように、パッシブＲＦＩＤタグは放射形ＲＦＩＤ読取機から電力を受ける。特に、ＲＦＩＤタグアンテナはＲＦＩＤ読取機から電力を収集し、整合回路（すなわち、整合ループ）を介して集積回路に電力を伝送する。前述したように、集積回路はチップに電力を供給するために、制限された範囲にわたって自動調整キャパシタンスを含む。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、当該分野に公知となった例示的なパッシブＲＦＩＤタグ１００が示されている。特に、図１ＢはＲＦＩＤタグ１００を読み取るためにシステム１１０とともに使われる主要構成要素を示すブロック図である。例えば、システム１１０は、一般的にＲＦＩＤ読取機（図示せず）によって提供されるＲＦ電源１１２を含む。ＲＦ電源１１２はＲＦＩＤタグ１００に電力を供給するために使われ、これは、一般的に示したように、放射部品又はダイポールアーム（ｄｉｐｏｌｅａｒｍ）１２０を有するダイポールアンテナのようなタグアンテナ１１４、整合ループアンテナ１１６（本明細書では簡単に“整合ループ”ともいう）、及び集積回路又はＲＦＩＤチップ１１８を含む。図１Ａに示したように、またＲＦＩＤタグ１００は集積回路１１８を整合回路１１６に連結するのに使われるＲＦＩＤストラップ１２２のようなインターポーザーを含むことができる。他の実施形態で、集積回路１１８は整合回路１１６に直接連結されることができる。

前述したように、整合ループ１１６は集積回路１１８をタグアンテナ１１４に結合するのに必要なインダクタンスを提供するためにＲＦＩＤストラップ１２２のようなインターポーザーを介して直接的に又は間接的に集積回路１１８に連結される。特に、整合ループ１１６はタグアンテナ１１４と集積回路１１８との間のインピーダンス整合を提供するために使われる。当業者は、タグアンテナ１１４の入力インピーダンスが整合ループ１１６のサイズを変更することによって調整可能であることが理解可能であろう。よって、アンテナ設計者は、整合ループ１１６が整合負荷アンテナインピーダンスを提供するようにサイズが決定されることを保障するためにタグアンテナ１１４を設計するとき、与えられたアプリケーションに対して選択された集積回路１１８のインピーダンスを考慮しなければならない。図１Ａに示したように、整合ループ１１６の一部はより大きな結合を提供するためにタグアンテナ１１４と重畳することができる。このような構成はＲＦＩＤタグ１１０の全体フットフリントを減少させて電力伝送の効率性を増大させることができるが、これはより狭い帯域タグにつながることができる。代案として、整合ループ１１６はタグアンテナ１１４（図示せず）から離隔することができる。

前述したように、ＲＦＩＤ技術に対する新しい市場アプリケーションは市場が次第に気難しい特徴及び特性、例えば、より小さなＲＦＩＤタグサイズ、既存のＲＦＩＤハードウェアとともに使うためにより強くて長い読取範囲を有するＲＦＩＤタグ、金属又は液体を含む製品に使うような製品の広範囲な材料の影響に対処することができるＲＦＩＤタグ、及びグローバルに機能するように構成されたＲＦＩＤタグを要求するように導いた。従来技術のＲＦＩＤタグはこのような要求事項の一つ以上を対処することができないから、このような課題は新しい類型のパッシブＲＦＩＤタグアーキテクチャで克服しなければならない。

多くの新しいアプリケーションは次第に小さなサイズのタグを必要とする。一例として、コンビニで販売される製品はたびたび次第に小さくなるタグを必要とする。このような製品は、大型ＲＦＩＤタグで遮ることができない広範囲な製品ラベルを有することができる小型パッケージとして一般的に販売される健康及び医薬品目、個人管理品目、美容品目、皮膚管理品目及びその他の品目を含むことができるが、これに限定されない。例えば、美容製品に使われるＲＦＩＤタグは、言わばリップスティック、イップグロス、リップステイン、マスカラなどの小さなチューブのような最小表面積を有する品目、及びアイライナー、アイブローペンシル、リップライナーなどの鉛筆又は鉛筆型品目に付着されるのに十分に小さくなければならない。

ＲＦＩＤタグの長さ及び／又は幅が小さくなるにつれてこのようなタグの表面積は減少する。結果として、集積回路をタグアンテナと誘導的に結合するために集積回路のインピーダンスと負荷アンテナインピーダンスを整合することができる整合ループのサイズはタグの利用可能な表面積で相対的に高い比率を占めるであろう。市場アプリケーションはより小さなタグを必要とするから、特定のアプリケーションに必要な整合ループサイズは、アンテナ設計者がＲＦＩＤタグの他の特性を最適化するためにタグアンテナにより多くのダイポール長さを追加することを妨げることができる。例えば、アンテナサイズが減少すれば潜在的な利得と帯域幅が減少することができる。

タグサイズ減少の有害な影響を克服するために、実施形態によって整合ループのインダクタンス値が集積回路のフロントエンドインピーダンスに移動することができる。結果として、集積回路インピーダンスとタグアンテナインピーダンスを整合するのに必要な整合ループのサイズを減らすことができる。実施形態によっては、インダクタンス値を集積回路のフロントエンドインピーダンスに移動すれば、整合ループを含む必要がない。よって、整合ループのサイズを減らすか整合ループを除去することにより、タグアンテナを設計することができるより大きな表面積を提供する。

図２を参照すると、特定タグサイズに対してタグアンテナ２１４のサイズを増加させるために最適化したＲＦＩＤタグ２００を読み取るように構成されたＲＦＩＤシステム２１０の主要構成要素が示されている。システム２１０は、ＲＦ電源２１２、アンテナ２１４、整合ループ２１６、及び集積回路２１８を含むことができる。前述したように、インダクタンス値はタグアンテナ２１４から集積回路２１８に移動した。よって、集積回路２１８はサイズの減少した整合ループ２１６に付着されることができるが、集積回路２１８のインピーダンス値は依然としてタグアンテナ２１４のインピーダンス値と整合することができる。

ＲＦＩＤタグのサイズを減らすことに関連した追加の課題はタグアンテナ開口を減らすこともできるというのである。しかし、当業者であれば、タグアンテナが電力受信に効果が小さければリターンリンクでタグアンテナによって反射されるエネルギーの量も減少することが理解可能であろう。反射エネルギーが減少すれば、ＲＦＩＤタグの有効読取範囲も減少する。したがって、ＲＦＩＤ読取機ハードウェアを用いた成功的な読取りはＲＦＩＤタグから弱い信号を検出するハードウェアの能力による。よって、感度のより高いＲＦＩＤ読取機は一般的により高いコストで提供しなければならない。

この問題に対処するために、本発明のいくつかの実施形態によって提案されたアーキテクチャは、集積回路自体内にキャパシタンスブースト（ｂｏｏｓｔ）を追加する。キャパシタンスブーストは集積回路に増加した電荷（ｃｈａｒｇｅ）ポンプを提供することができ、そして次にこれは回路ＲＦＩＤ読取機ハードウェアへのリターン信号をブーストすることができる。有利に、これによりＲＦＩＤ読取機への信号が増加し、読取範囲が拡がり、アプリケーションにシステムマージンが加わり、感度の高いＲＦＩＤ読取機が要らなく、ＲＦＩＤタグ集団の読取可能性を向上させるのに役立つことができる。

例えば、図３に示したように、ＲＦブーストモジュール３２０に集積回路３１８を提供することにより、改善された環境発電（ｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）集積回路３１８が生成される。前述したように、ＲＦブーストモジュール３２０は一つ以上のキャパシタ（図示せず）を含むことができる。実施形態によっては、ＲＦブーストモジュール３２０は並列で連結された二つ以上のキャパシタを含む。一つ以上のキャパシタは、例えばＲＦ電源３１２から収集されたエネルギーを保存するために集積回路３１８に連結されることができ、ＲＦＩＤ読取機（図示せず）へのリターン信号をブースティングするために集積回路３１８にエネルギーを提供するように構成されることができる。図３Ａに示したように、整合ループ３１６にはタグアンテナ３１４が提供され、ＲＦ電源３１２はＲＦＩＤ読取機の構成要素である。

前述したように、ＲＦＩＤタグのサイズ減少に関連した一つの欠点はタグアンテナ開口を減少させることができるというのである。しかし、タグアンテナ開口が減少すれば、タグアンテナはＲＦＩＤ読取機から放射されるＲＦ電力からより少ないエネルギーを受ける。よって、本発明のいくつかの実施形態は、前述したように、タグアンテナに対して利用可能な表面積を維持するために、整合ループのインダクタンス値を集積回路のフロントエンドインピーダンスに移動させ、そして集積回路自体に、例えば前記のようなキャパシタンスブーストを伴う環境発電（ｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）能力を追加することによってこの問題に対処する。よって、集積回路は増加した感度を提供することができ、ＲＦＩＤ読取機から放射された特定のＲＦ電力に対してより低い入射電力でターンオン（ｔｕｒｎｏｎ）することができる。

図４を参照すると、本発明の一実施形態は、増加した読取範囲及び感度を提供するために、この明細書に開示した特徴の組合せを有するＲＦＩＤタグ４００と一緒に使うためのＲＦＩＤシステム４１０を示す。図示のように、インダクタンス値をタグアンテナ４１４から集積回路２１８に移動することにより、より小さな整合ループ４１６はタグアンテナ４１４のインピーダンスと整合するために必要なインピーダンスを提供することができる。その結果、タグアンテナ４１４のサイズは増加したＲＦ範囲を提供するために増加することができる。また、集積回路４１８用の電源がＲＦ電源４１２によって提供される反面、ＲＦブーストモジュール４２０は集積回路４１８とともに提供される。前述したように、ＲＦブーストモジュール４２０は並列で連結された一つ以上のキャパシタのような一つ以上のキャパシタ（図示せず）を含むことができる。一つ以上のキャパシタは、例えばＲＦ電源４１２から収集されたエネルギーを保存するために集積回路４１８に連結されることができ、ＲＦＩＤ読取機（図示せず）へのリターン信号をブースティングするために集積回路４１８にエネルギーを提供するように構成されることができる。

前述した欠点に加え、より小さなタグアンテナ開口は本質的に狭帯域になるであろう。したがって、このようなタグアンテナを含むＲＦＩＤタグは特定の地域又は領域に制限されることができる。したがって、アメリカ、イギリス、中国及び／又は日本で動作するＲＦＩＤタグは指定の地域で動作するためにそれぞれ固有のアンテナ設計が必要であることができる。ＲＦＩＤタグが特定の地域にのみ配置される場合、これは問題にならないこともあるが、国際アプリケーションの場合、ＲＦＩＤ変換器と顧客が供給網で管理すべきＳＫＵ（最小在庫管理単位）が増加する。例えば、製品を国際的に販売するブランド及び小売業者はアメリカで販売される特定の製品とヨーロッパで販売される同じ製品に対して相異なるＲＦＩＤタグが必要である。このような要件によって、供給網の効率性が低下し、最終的に消費者に伝わるコストを増加させる。

このような問題に対処するために、本発明のいくつかの実施形態は、集積回路内で転換可能であるか可変的なインピーダンスを有する。転換可能なインピーダンスを提供することにより、一つの地理的周波数帯域から他の周波数帯域に段階的変更をなすことができる。いくつかの実施形態によれば、段階的変更はＲＦＩＤ読取機からＲＦ命令によって動作する。例えば、ＲＦＩＤタグが特定の地域に配置されるとき、ＲＦＩＤタグを製品に適用するプリンター又はその他の方法は供給網の初期地点でＲＦ命令によって特定の地域に設定されることができる。製品が供給網を介して移動するとき、製品が供給網の次の段階で相異なる動作ＲＦＩＤ読取機周波数の地域に配送される場合、ＲＦＩＤタグを在庫調査する（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）ことができ、“地理的選択”命令はタグを適切なインピーダンスに転換して、ＲＦＩＤタグ付着製品が配布される地域の動作周波数を提供することができる。よって“地理的選択”命令はＲＦＩＤタグを新しい地理的領域に合わせて最適化することによって性能を向上させることができる。

いくつかの実施形態によれば、ＲＦＩＤチップ又は集積回路は予め設定された条件又は適応的条件によってインピーダンス整合戦略を変更する機能を提供することができる。一般に、集積回路とタグアンテナとの間に二つのインピーダンス整合戦略を用いることができる。例えば、集積回路抵抗Ｒｐ及び集積回路キャパシタンスＣｐと比較的広帯域の電力を整合することにより、ＲＦＩＤ読取機の全動作周波数範囲でタグを動作させることができる。後述するように、このようなタグは連続周波数範囲又は二つの個別周波数帯域で動作することができる。典型的に、ＲＦＩＤ読取機の動作範囲は、前述したように、特に地理的領域だけではなく干渉ソース（ｓｏｕｒｃｅ）との共同位置のような他の要因に関連する。代案として、アンテナインピーダンスの反応性成分が集積回路入力キャパシタンスと共振するように設計される場合、比較的狭い帯域整合が提供されることができる。したがって、高い集積回路抵抗Ｒｐは高いＱ値集積回路で可能な最大電圧を有する。

ＲＦＩＤチップは、一般的に集積回路に電力を供給するために直流（“ＤＣ”）電圧に変換するに先立ち、ＲＦ電源からの交流（“ＡＣ”）電圧を掛けるように設計された構造を含む。このような電圧増倍器はダイオード又はトランジスタのようなスイッチを含むことができ、最小動作電圧を有することができる。したがって、より高い入力電圧はより低い動作閾値を提供するのに有利であることができる。集積回路の入力インピーダンスは静電放電ダイオードのようなアイテムのエネルギー損失及びＲＦＩＤタグが動作するように内部キャパシタを充電するために集積回路が消費する電力の関数であることができる。

一般に、より大きな入力インピーダンスをもたらす高い集積回路抵抗Ｒｐは狭い帯域幅と共振整合、及び内部キャパシタの制限された充電速度と関連がある。例えば、高いＲｐを有するタグは一般的に周波数ホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）に関連した帯域の多くの周波数に対する電力を収容することができないから、一つの周波数又は非常に狭い周波数範囲でのみ動作することができる。したがって、タグがＲＦ電源から受信された電力を整流し始めるに先立ち、タグはＲＦ読取機システムが正しい周波数で伝送することを待たなければならない。また、Ｒｐの高いタグは内部キャパシタの充電速度が遅いから、このようなタグは複数の充電イベントが必要であることがあり、その結果としてタグの応答速度が低下する。しかし、入力インピーダンスが高ければ、増幅器回路が入力信号を適切に増幅することができる。対照的に、より低い入力インピーダンスをもたらすより低いＲｐは一般的により広い帯域の共役インピーダンス電力整合に関連し、このようなタグが定期的に周波数を変更することができるＲＦＩＤ読取機システム（周波数ホッピング）として動作し、内部キャパシタのより高い充電ができるようにする。このような特徴は、より速い応答速度を有する集積回路及びＲＦＩＤタグを有利に提供することができる。

図５を参照すると、ＲＦＩＤタグ用集積回路５００は一定のキャパシタンスＣｐ及び転換可能な抵抗Ｒｐを有することができ、よって転換可能な入力インピーダンスを提供する。例えば、集積回路５００は第１入力インピーダンスと第２入力インピーダンスとの間で転換することができ、ここで第２入力インピーダンスは第１入力インピーダンスより大きい。比較的低い第１入力インピーダンスと比較的高い第２入力インピーダンスとの間で転換することができる集積回路を提供することにより、本発明のいくつかの実施形態によって低い入力インピーダンス及び高い入力インピーダンスの両者に関連した利点が得られる。特に、比較的低い第１入力インピーダンスは、集積回路がＲＦＩＤ読取機のより広い範囲の周波数と整合するようにし、内部キャパシタのより速い充電速度を提供することができる反面、比較的高い第２入力インピーダンスは、向上した入力信号の増幅機能を集積回路に提供することができる。

図５をずっと参照すると、実施形態によっては、第１総抵抗Ｒ_ｐ（１）を集積回路５００に提供することによって第１入力抵抗が提供されることができ、第２総抵抗Ｒ_ｐ（２）を集積回路５００に提供することによって第２入力インピーダンスが提供されることができる。第２入力インピーダンスが第１入力インピーダンスより大きいかを確認するために、第２総抵抗Ｒ_ｐ（２）は第１総抵抗Ｒ_ｐ（１）より大きいことができる。当業者は可変総抵抗を任意の数の方式でなすことができることが理解可能であろう。例えば、Ｒ_ｐ（１）は単一の第２抵抗器のＲ_{（ｐ（２）}より低い抵抗を有する単一の第１抵抗器であることができる。代案として、Ｒ_ｐ（１）は並列で連結された二つ以上の抵抗器によって提供され、第２総抵抗より小さい第１総抵抗を提供することができ、ここで第２総抵抗Ｒ_ｐ（２）はＲ_ｐ（１）より大きな第２総抵抗を提供する方式で連結された二つ以上の抵抗器の中で一つ又はその部分集合（ｓｕｂｓｅｔ）によって個別的に提供されることができる。実施形態によっては、Ｒ_ｐ（１）は第１総抵抗より大きな第２総抵抗を提供するために直列で連結された二つ以上の抵抗器によって提供されることができ、ここで第１総抵抗Ｒ_ｐ（１）は二つ以上の抵抗器の中でいずれか一つ又はより低い第１総抵抗を提供する方式で連結されたこれらの部分集合によって個別的に提供されることができる。

実施形態によっては、集積回路５００は、集積回路５００が、例えば第３入力インピーダンスに転換することができるようにするために、第３総抵抗などの追加の総抵抗を提供するように構成されることができる。実施形態によっては、第３総抵抗は第１総抵抗及び／又は第２総抵抗より大きいことができる。他の実施形態で、第３総抵抗は第１総抵抗及び／又は第２総抵抗より小さいことができる。さらに他の実施形態で、第３総抵抗は第１総抵抗より大きいことができるが第２総抵抗より小さいことができる。

実施形態によっては、例えば転換可能な総抵抗を提供することによって生成される転換可能な入力インピーダンスを有する集積回路５００は、この明細書の他の部分で説明するように、環境発電が好ましいＲＦＩＤタグに用いられることができる。例えば、転換可能な入力インピーダンスを有する集積回路５００は、本明細書の他の部分でさらに説明するように、ＲＦブーストモジュール３２０、４２０として又はこれに関連して使われることができる。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、二つの類型の帯域占有が示されている。例えば、図６Ａは連続周波数帯域Ｆ１～Ｆ２を示し、図６Ｂは二つの個別周波数帯域Ｆ１～Ｆ２及びＦ３～Ｆ４を示す。図６Ａに示した帯域のような連続周波数帯域で動作するように構成されたＲＦＩＤ読取機は該当帯域で相異なる周波数の間でホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）することができる。図６Ｂに示したように相異なるサブ帯域で動作するように構成されたＲＦＩＤ読取機は２帯域、つまりＦ１～Ｆ２及びＦ３～Ｆ４で相異なる周波数の間でホッピングすることができ、またサブ帯域の間で周期的に変更されることができる。

図７Ａ及び図７Ｂは低い入力インピーダンス及びこれによる広帯域整合能力を有するＲＦＩＤタグがどのように動作するかを例示する。例えば、入力インピーダンスが低いタグは、７００Ａ及び７００Ｂで表示された線で示すように、その範囲内でＦ１～Ｆ２、又はＦ１～Ｆ２及びＦ３～Ｆ４の両者で動作することができる。有利に、入力インピーダンスが低いＲＦＩＤタグはＲＦＩＤ読取機システムにもっと早い応答を提供することができる。また、このようなタグは、製品関連移動を許容するためにＦ１～Ｆ２又はＦ１～Ｆ４外の周波数で整合を提供することができる。

対照的に、図８Ａ及び図８Ｂは、８００Ａ及び８００Ｂで表示された線で示すように、高い入力インピーダンスを有するＲＦＩＤタグがどのように狭帯域整合を提供するかを例示する。図８Ａに示したように、タグ帯域幅はＦ１～Ｆ２の全範囲より小さい。同様に、図８Ｂに示したように、タグ帯域全範囲より小さいＦ３～Ｆ４サブ帯域のみで動作するので、読取機がＦ１～Ｆ２帯域にあるときは動作しない。

ＲＦＩＤタグに対する最適設定の選択は多様な入力パラメーター又はメモリに記憶された値によって変更可能である。例えば、ＲＦＩＤはタグ初期に共振モードで動作するように前もってプログラミングされることができる。一例として、一つ以上のアンテナのピッチ及びＲＦＩＤプリンターシステムのモードが選択したモードに影響を及ぼすことができる。ＲＦＩＤタグの印刷及びプログラミングを中止するプリンターの場合、共振整合条件を用いることができる。実施形態によっては、ＲＦＩＤプリンターシステムとＲＦＩＤタグとの間に最適の通信を提供するために、選択された第１周波数はＲＦＩＤタグに対する予想動作周波数であることができる。ＲＦＩＤプリンターシステムのＲＦＩＤ読取機は一定時間の間に他の周波数にホッピングすることができる。これにより通信が中断することがあるが、ＲＦＩＤタグはこれまでＲＦＩＤプリンターシステムの視野から外れることができる。隣接したタグも共振整合条件にある場合、簡単な離調（ｄｅ－ｔｕｎｉｎｇ）材料は狭帯域条件で負荷によって性能が急激に落ちるので、隣接したタグの性能を大きく低下させることができる。

他の例として、共振モードはインライン（ｉｎ－ｌｉｎｅ）テストシステムの一部として用いられることができる。このようなシステムで、システムは抑制された放射線条件で動作することができるので、地域無線周波数規定を順守する必要がない。結果として、ＲＦＩＤ読取機はテスト位置でＲＦＩＤのタグ最大応答周波数に設定されることができる。隣接したタグは誘電体又は金属材料によって離調（ｄｅｔｕｎｅｄ）されることができ、隣接したタグが共振モードにあるときに感度が大きく落ちるので、テスト中のＲＦＩＤタグと同時に読み取ることができない。プログラミング又はテストの後、タグの類型によって（例えば、混合衣類のようなアイテムの広帯域タグ又は化粧品のようなアイテムの狭帯域タグ）共振モードをターンオンするかターンオフするようにタグをプログラミングすることができる。

動作モードは読取機命令の一部として命令されることもでき、ここで選択作業中に特定ビートをテストすれば動作状態を変更することができる。これにより、ＲＦＩＤ読取機が制御することができる。アプリケーションによっては、まず広帯域モード（低Ｒｐ）を使って在庫調査を実行することができ、その状態で読み取られたタグは、プログラミングによって、又はタグが成功的に在庫調査されたことを示すフラグに連結することにより、その状態でロッキング（ｌｏｃｋｉｎｇ）されることができる。その後、応答は遅くなるがより高いＱ条件（高Ｒｐ）のために在庫調査が共振モードに転換されることができる。これにより、一部条件でより高い性能を提供し、残りのタグをキャプチャーすることができる。このような方式で、より成功的な全体在庫調査を最小時間になすことができる。特に、大部分のタグは広帯域高速モードでキャプチャーすることができる反面、残りのタグはより狭帯域の低速モードでキャプチャーすることができる。いくつかの実施形態によれば、このような動作モードは、前述したように、転換可能な入力インピーダンスを有する集積回路を備えたタグを使うことによりなすことができる。

図９に示したように、集積回路は、共振（高Ｒｐ）又は広帯域（低Ｒｐ）整合が関連及び／又は要求されるかを決定することができる。実施形態によっては、集積回路９００は、集積回路９００を活性化するのに必要な電力レベル未満で動作することができるサブ閾値検出器回路を有する。例えば、サブ閾値検出器回路は複雑性が低く、比較的低い速度で動作することができる。ＲＦＩＤ読取機が周波数帯域を横切ってホッピングするとき、サブ閾値検出器回路は一連のパルスを放出し、広帯域（低Ｒｐ）と共振（高Ｒｐ）モードの間で入力を転換して結果を検査することができる。与えられた時間の間の全てのパルスが共振モードのパルスと類似した振幅を有する場合、集積回路は広帯域モードを選択することができ、集積回路は、例えば１秒と１０秒との間の期間に当該状態で維持されることができる。他の実施形態によれば、集積回路は１０秒以上又は１０秒未満の間に広帯域モードで維持されることができる。有利に、広帯域モードで集積回路を維持すれば、共振モードと同じ性能を提供することができるが、より速い通信が可能である。実施形態によっては、共振モードのピークが広帯域モードのピークよりずっと高ければ、集積回路９００は共振モードを選択することができ、前述したように、一定期間の間にこの状態で維持されることができる。例えば、集積回路９００は、１秒未満、１秒～１０秒、又は１０秒超過の時間の間に共振モードで維持されることができる。共振モードを選択することにより、全体電力レベルがタグ動作閾値まで上がるとき、集積回路の通信速度はより遅いが在庫調査の可能性が高くなる。

よって、いくつかの実施形態によれば、低Ｒｐ、広帯域状態及び高いＲｐ、狭帯域選択可能状態を有し、同じ変形された２状態又は適応的メカニズムを有する集積回路は、ＲＦＩＤプリンター及びインラインテスターの内部だけではなく、在庫調査及びその他の読取条件で多様なサイズ及びアプリケーションのタグ性能を最適化するのに使われることができ、ここで自動チューニング又は自動調整とよく説明される性能最適化のためにキャパシタンスも変更されることができる。

Claims

アンテナと、
一定のキャパシタンスと、第１総抵抗及び第１総抵抗より大きい第２総抵抗とを有し、第１総抵抗と第２総抵抗との間で選択的に転換されるように構成される、集積回路とを含み、
前記集積回路は、広帯域モードと共振モードとの間で選択的に動作するように構成され、
前記広帯域モードは、前記第１総抵抗および前記一定のキャパシタンスによって得られる第１入力インピーダンスによる広帯域整合を提供し、
前記共振モードは、前記第２総抵抗および前記一定のキャパシタンスによって得られる第２入力インピーダンスによる狭帯域整合を提供する、パッシブ無線周波数識別（“ＲＦＩＤ”）タグ。
前記広帯域モードと前記共振モードとの間で入力を転換するための一連のパルスを放出するように構成されたサブ閾値検出器回路をさらに備える、請求項１に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第１抵抗器及び第２抵抗器をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第１総抵抗は第１抵抗器の抵抗の関数であり、第２総抵抗は第２抵抗器の抵抗の関数であることを特徴とする、請求項３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第１総抵抗は、並列で連結されるとき、第１抵抗器と第２抵抗器の総抵抗の関数であり、第２総抵抗は第１抵抗器の抵抗又は第２抵抗器の抵抗の関数であることを特徴とする、請求項３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第２総抵抗は、直列で連結されるとき、第１抵抗器及び第２抵抗器の総抵抗の関数であり、第１総抵抗は第１抵抗器の抵抗又は第２抵抗器の抵抗の関数であることを特徴とする、請求項３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
複数の抵抗器をさらに含み、第１総抵抗は、並列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第２総抵抗は複数の抵抗器のいずれか一つの抵抗の関数であることを特徴とする、請求項７に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第２総抵抗は、直列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数であることを特徴とする、請求項７に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
複数の抵抗器をさらに含み、第２総抵抗は、直列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第１総抵抗は複数の抵抗器のいずれか一つの抵抗の関数であることを特徴とする、請求項１０に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第１総抵抗は、並列で連結されるとき、複数の抵抗器の中で二つ以上の総抵抗の関数であることを特徴とする、請求項１０に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
集積回路は第３総抵抗を有し、第１総抵抗、第２総抵抗及び第３総抵抗の中で選択的に転換されるように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第３総抵抗は第１総抵抗及び第２総抵抗の中で一つ又は二つより大きいことを特徴とする、請求項１３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第３総抵抗は第１総抵抗及び第２総抵抗の中で一つ又は二つより小さいことを特徴とする、請求項１３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
第３総抵抗は第１総抵抗より大きくて第２総抵抗より小さいことを特徴とする、請求項１３に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
無線周波数（“ＲＦ”）ブーストモジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
ＲＦブーストモジュールは一つ以上のキャパシタを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。
ＲＦブーストモジュールは並列で連結された二つ以上のキャパシタを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のパッシブＲＦＩＤタグ。