TW200809637A - Transponder for RFID - Google Patents

Description

200809637 ^ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種無線射頻識別（RF1D)的詢答器 (TRANSPONDER)，特财是關於一種應用於積體電路 的被動式無線射頻識別詢答器。 【先前技術】 早期的無線射頻識別詢答器之架構係如美國專利 ® 第4196418號案件所述，由一組電感電容(LC)共振電 路以及與其並聯的一個資料調變負載所構成，用以調 變所傳送資料的波形。其中，該資料調變負載可以是 一組開關、一組開關串聯了電感性負載、或是一組開 關串聯了電容性負載；該電感電容共振電路的共振頻 率係與詢問器（INTERROGATOR)的共振頻率相同。利 用這種結構與技術，該詢答器只要控制該組開關的導 通與否，就可將信號.以調幅(AM)調變的方式送到詢問 • 器。 如第一圖所示，其為美獨專利第5479172.號案件 所提出一種習用之無線射頻識別詢答器的電路圖，其 中詢答器10亦主要係由一組電感電容(1、〇共振電路 101以及與其並聯的一個資料調變負載R所構成，其 更具有一過電壓保護電路102。 另外，如第二圖所示，其為美國專利第5815355 號案件所提出另一種習用之無線射頻識別詢答器的電 路圖，其中詢答器20同樣主要係由一組電感電容 200809637 ‘ （LT、CT)共振電路201以及與其並聯的一個資料調變 負載RT所構成，其更具有一過電壓保護電路202。 在這二種詢答器1〇、20之架構中皆係使用過電壓 保護電路（102或202)，'藉以避免當詢問器與詢答器（10 或20)的非接觸距離太接近時，因過電壓保護電路（102 或202)之作動所造成之詢答器（10或20)的負載變化所 導致的調幅調變信號不明顯，這種不明顯的調幅調變 信號會造成信號辨識失敗的覌象發生。 _ ，然而，當詢問器與詢答器的接觸傳輸是由遠而近 時，最先遇到的問題是詢答器必須先耦合電磁波並且 轉換到最低工作電壓，才能開始進行傳送資料的工 作。但是以目前的無線射頻識別詢答器之架構來看， 由於必須藉由調變電感電容並聯共振電路才能使得詢 問器得以解調其信號，因此同時也降低了詢答器所能 接收的電磁波能量。 請參閱第三圖，其為習用之無線射頻識別詢答器 φ 之天線兩端的波彬圖，由第三圖可以看出，中央之” 資料0”的圖形部份即為前述降低了的電磁波能量.。因 此，對於熟習本項技術者來說，必須想辦法使得詢答 器更為接近詢問器端來增加電磁波的空氣耦合係數， 才能夠使得詢問器得以正常工作。 職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺 失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神， 終構思出本案，以下為本案之簡要說明。 200809637 【發明内容】 本案之構想為提出一種被動式無線射頻識別詢答 器，可應用在積體電路上，係藉由資料負載調變方式 來傳送資料，可以增進電磁波轉換成詢答器所需能量 的效率，進而有效地增加詢問器與詢答器之間的傳輸 距離。 根據本案之一構想，提出一種無線射頻識別（RFID) 的詢答器（TRANSPONDER)，包括:一電感電容共振電 路，具有一第一高頻端及一第二高頻端，該電感電容 共振電路係由一第一.¾感及一電容彼此並聯於該第一 高頻端及該第二高頻端之間所構成；一全波整流電 路，具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端， 該第一端連接於一高壓端，該第二端連接於一低壓 端，該第三端連接於該第一高頻端，該第四端連接於 該第二高頻端，該全波整流電路係用以將來自該電感 電容共振電路的一交流信號整流為一直流信號；以及 一第一資料調變電路，具有一第一端及一第二端，該 第一端連接於該低壓端’該第二端連接於該第二南頻 端；其中’當該電感電容共振電路内的該交流信號為 負半週期時，該第一資料調變電路與部份的該全波整 流電路發生耦合，使得該詢答器傳送一資料，而當該 電感電容共振電路内的該交流信號為正半週期時·，該 第一資料調變電路與部份的該全波整流電路發生耦 合，使得該詢答器進行充電。 較佳者，該詢答器更包括：一電荷儲存電容，其 200809637 ‘ 一端連接於該高壓端.，其另一端連接於該低壓端，用 以儲存來自該全波整流電路的該直流信號之電荷；一 過電壓保護電路，並聯連接於該電荷儲存電容，用以 保護該詢答器；一貨料儲存裝置5並聯連接於該過電 壓保護電路，用以儲存待該詢答器傳送之該資料;以 及一數位控制電路，耦接於該資料儲存裝置及該第一 資料調變電路，甩以決定待該詢答器傳送之該資料的 ,位址。 馨 本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得更深入之 了解： 【實施方式】 、 請參閱第四圖，其為本案所提出之無線射頻識別 詢答器一第一較佳實施例的電路圖，其中，詢答器40 主要係由一電感電容共振電路401、一全波整流電路 402、以及一第一資料調變電路403所構成。 • 電感電容共振電路401具有一第一高頻端HF及 一第二高頻端HF1，且電感電容共振電路401係由一 第一電感4011及一電容4012彼此並聯於第一高頻端 HF及第二高頻端HF1之間所構成。此外，全波整流 電路402具有一第一端、一第二端、一第三端及一第 四端，該第一端連接於一高壓端VDD，該第二端連接 於一低壓端Vss，該第三端連接於第一高頻端HF，該 第四端連接於第二高頻端HF1。另外，第一資料調變 電路403具有一第一端及一第二端，該第一端連接於 200809637 低壓端Vss，該第二端連接於第二高頻端HF1。由圖中 可以看出，在上述的連接方式中，與習用之詢答器的 電路結構不同之處在於，本案並非將資料調變電路403 並聯連接於電感電容共振電路401的兩侧，而是將是 將資料調變電路403設置於第二高頻端HF1與低壓端 V s s之間，同時並沒有任何其他的資料調變電路係直接 並聯在電感電容共振電路401的兩侧。 在本實施例中’南壓端Vdd係為詢答器40所在之 積體電路的南堡電源’低壓端V s s則為接地’而全波 整流電路402則係由二極體(獨中未示出）所構成的一 橋式整流電路，用以將來自電感電容共振電路401的 一交流信號整流為一直流信號。而在無線射頻識別 (RFID)的應用之中，詢答器40係搭配一詢問器 (INTERROGATOR)41而使用，詢問器41具有一第二 電感411，當第二電感411接近電感電容共振電路401 時即會產生該交流信號。此外，第一資料調變電路403 則係由一電晶體開關所構成，其除了控制端之外的其 他兩端分別連接於低壓端Vss以及第二高頻端HF1 ' 以下說明本案詢答器40之主要運作原理。 當詢、問器41與詢答器40之間的接觸傳輸由遠而 近時，第一高頻端HF、與第二高頻端HFl·間的第一電 感4011耦合到來自詢問器41之第二電感411的能量， 而產生該交流信號（定義其為一 HF_HF1電壓），以下就 HF_HF1電壓為正半週期以及負半週期的情況分另ij討 論詢答器40内部的作動。 200809637 - 當HF_HF1電壓為負半週期時，第一資料調變電 路403的該電晶體開關會與HF_VSS之間的二極體發生 串聯耦合，其所組成的耦合電路係並聯在電感電容共 振電路401的兩側。所以當第一資料調變電路的該電 晶體開關導通時，便存在一個接近短路的負載並聯在 電感電容共振電路401的兩侧。但是當第一資料調變 電路的該電晶體開關不導通時，便存在一個接近斷路 的負載並聯在電感電容共振電路401的兩侧。是故， φ 在HF_HF1電壓為負半週期時，藉由電阻-電容-電感 (RCL)之品質因數(QUALITYFACTOR)Q值的變化，利 用調幅調變的方式便能夠在詢答器40與詢問器41之 間進行資料傳送。 而當HF_HF1電壓為正半週期時，因為第一資料 .調變電路403的該電晶體開關會與HF_VSS之間的二極 體發生並聯耦合，.且HF1_VSS之間的二極體是處於導 通狀態，因此不論第一資料調變電路403的該電晶體 φ 開關是否導通，HF1_VSS間電位差的變化並不大；換言 之，第一資料調變電路40.3的該電晶體開爵之導通與 否幾乎不會改變電感電容共振電路401的電壓波形， 此時存在一個接近斯路的負載並聯於電感電容共振電 路401的兩侧;因此，可在這段期間持續對於詢答器 40進行充電，而且不受詢答器40所欲傳送之調變資 料的影響。 請參考第五圖，其為本案所提出之無線射頻識別 詢答器之天線兩端的波形圖，配合上述說明可知，本 200809637 賴提出這種結構可以有效增加詢問器4i與詢 40之間的傳輸距離。 ^ #再回到第四圖，除了前述的電路結構之外，本 t所提出之無線射頻朗詢答器4G更包括了其他 電路兀件，如圖中的電荷儲存電容404、過電壓保護 電路405、資料儲存裝置4〇6、以及數位控制電路咐。 其巾’電雜存電容4G4的—端連接於該高麗端 vDD、$-端則連接4該低壓端Vss ’用卩儲存來自全 • 波整流電路術的該直流信號之電荷。此外，過電壓 保護電路405係並聯連接於電荷儲存電容綱，用以 保護詢答器40 ,以防止詢問器41與詢答器4〇之間的 傳輸距離接近所造成電壓過高的情形。另外，資料儲 存裝置406可以是一種記憶體(例如電子抹除式唯讀允 憶體(EEPROM)或是抹除式唯讀記憶體(EPR〇]Vl)等）， 其係並聯連接於過電壓保護電路4〇5，用以儲存待該 詢答器40傳送之資料。而407數位控制電路係耦接= 籲 資料儲存裝置4〇6及第一資料調變電路4〇3(談電晶體 開關的控制端），甩以:·決定待詢答器.4〇傳送之資二的 位址。 以下說明本案詢答态40關於這些元件之運作原 理0 當詢問器41與詢答器40之間的距離由遠而近· 亦即電感411與電感4011之間的距離由大變小時，若 是該距離太遠造成空氣耦合係數太小，則詢答器4〇 2 的積體電路將無法取#最低工作電壓所需的能量。 11 200809637 ‘ 相反地，當詢問器41與詢答器40之間的距離由 遠而近;亦即電感411與電感4011之間的距離夠小 時，詢答器40便藉由變壓器原理與詢問器41發生耦 合而在電感電容共振電路401上產生一交流信號，該 交流信號經由全波整流電路402的整流所產生的直流 信號之電荷會被儲存在電荷儲存電容404之中。而當 電荷儲存電容404的電壓達到積體電路可工作的最低 工作電位時，資料儲存裝置406就可送出資料，並經 _ 由數位控制電路407控制切換第一資料調變電路403 的該電晶體開關，使得詢答器40送出資料。 前面已經提過，不論詢答器40之第一資料調變電 路403的該電晶體開關係為導通或是關閉，在HF_HF1 的正半週期中均可一直對電荷儲存電容404充電；因 此，本案不會發生習知技術中所述，由於傳送導通信 號以調變資料調變電路所造成之停止對電荷儲存電容 404充電、使得積體電路無法維持在可工作之最低工 φ 作電位的現象。因此資料傳送較不容易失敗，還可有 效增加可傳輸的距離' 請參閱第六圖，其為本案所提出之無線射頻識別 詢答器一第二較佳實施例的電路圖，圖中與第四圖之 詢答器40相同之電路元件皆標示相同的圖示符號。惟 其中不同之處在於，在第一高頻端HF與低壓端Vss 之間更連接了 一第二資料調變電路60，用以輔助第一 資料調變電路403的作動。 在此第二較佳實施例中，第二資料調變電路60亦 12 200809637 係由一電晶體開關所構成，該電晶體開關除了利用二 端連揍於第一高頻端HF與低壓端Vss之間以外，更具 有一控制端，該控制端係連接於數位控制電路407以 受其控制，使得第二資料調變電路6〇共同參與信號的 調幅調變，至於其餘的電路元件之作動則皆與第四厕 的完全相同。 請參閱第七圖，其為本案所提出之無線射頻識別 詢答器一第三較佳實施例的電路圖，圖中與第四圖之 詢答器40相同之電路元件皆標示相同的圖示符號。惟 其中不同之處在於，在低壓端Vss與第一資料調變電 路403原先直接連接至低壓端Vss的該端之間，更連 接了 一第三資料調變電路70，用以輔助第一資料調變 電路403的作動；在本實施例中，第三資料調變電路 70係包括一電感性負載，當然其亦可以更換成如同第 八圖所示之電容性負載80。至於第七圖及第八圖中其 餘的電路元件之作動則皆與第四圖的完全相同。 綜上所述，本案係提供一種被動式無線射頻識別 詢答器，藉由資料負載調變方式來傳送資料，但卻一 改習用技術將資料調變電路並聯連接於電感電容共振 電路的兩侧之方法，而係利用開關的切換使得資料調 變電路可選擇性地與電感電容共振電路袓耦合，不但 可以增進電磁波轉換成詢答器所需能量的效率，還可 有效增加詢問器與詢答器之間的傳輸距離。 本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修 飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 13 200809637 ‘ 【圖式簡單說明】 第一圖：美國專利第5479172號案件所提出一種 習用之無線射頻識別詢答器的電路圖； 第二圖:美國專利第5815355號案件所提出另一 種習用之無線射頻識別詢答裔的電路圖； 第三圖：習用之無線射頻識別詢答器之天線兩端 的波形圖； 第四圖:本案所提出之無線射頻識別詢答器一第 _ 一較佳實施例的電路圖； 第五圖：本案所提出之無線射頻識別詢答器之天 線兩端的波形圖； 第六圖：本案所提出之無線射頻識別詢答器一第 二較佳實施例的電路圖； 第七圖:本案所提出之無線射頻識別詢答器一第 三較佳實施例的電路圖；及 第八圖：本案所提出之無線射頻識別詢答器一第 • 四較佳實施例的電路圖。 14 200809637 【主要元件符號說明】 10、20、40詢答器 101、 201、401電感電容共振電路 102、 202過電壓保護電路 402全波整流電路 403第一資料調變電路 404電荷儲存電容 405過電壓保護電路 着 4〇6資料储存裝置 407數位控制電路 4011第一電感 4012電容 41詢問器 • 411第二電感 60第二資料調變電路 70第三資料調變電路 φ 80電容性負載 第一高頻端 HF1第二高頻端 Vdd南壓端、

Vss低壓端 15

Claims (1)

1. 200809637 十、申請專利範圍： 1. 一種無線射頻識別（RFID)的詢答器 (TRANSPONDER)，包括： 一電感電容共振電路，具有一第一高頻端及一第 二高頻端，該電感電容共振電路係由一第一電感及一 電容彼此並聯於該第一高頻端及該第二高頻端之間所 構成； 一全波整流電路，具有一第一端、一第二端、一 第三端及一第四端，該第一端連接於一高壓端，該第 二端連接於一低壓端，該第三端連接於該第一高頻 端，該第四端連接於該第二高頻端，該全波整流電路 係用以將來自該電感電容共振電路的一交流信號整流 .為一直流信號；以及 一第一資料調變電路，具有一第一端及一第二 端，該第一端連接於該低壓端，該第二端連接於該第 二高頻端； 其中，當該電感電容共振電路内的該交流信號為 負半週期時，該第一資料調變電路與部份的該全波整 流電路發生耗合，使得該詢答器傳送一資料，而當該 電感電容共振電路内的該交流信號為正半週期時，該 第一資料調變電路與部份的該全波整流電路發生耦 合，使得該詢答器進行充電。 2. 如申請專利範圍第1項之詢答器，其中該全波整流 電路係由二極體所構成的一橋式整流電路。 3. 如申請專利範圍第1項之詢答器，其中該低壓端為 16 200809637 接地。 4. 如申請專利範圍第1項之詢答器，係搭配一詢問器 (INTERROGATOR)而使用，該詢問器具有一第二電 感，該第二電感接近該電感電容共振電路時即產生該 交流信號。 5. 如申請專利範圍第1項之詢答器，更包括: 一電荷儲存電容，其一端連接於該高壓端，其另 一端連接於該低壓端，用以儲存來自該全波整流電路 的該直流信號之電荷； 一過電壓保護電路，並聯連接於該電荷儲存電 容，甩以保護該詢答器； 一資料儲存裝置，並聯連接於該過電壓保護電 路，用以儲存待該詢答器傳送之該資料；以及 一數位控制電路，耦接於該資料儲存裝置及該第 一資料調變電路，用以決定待該詢答器傳送之該資料 的位址。 6. 如申請專利範圍第5項之詢答器，，其中該第一資料 調變電路係由一第一電晶體開關所構成，該第一電晶. 體開關具有一第一端、一第二端、及一控制端，該控 制端連接於該數位控制電路。 7. 如申請專利範圍第6項之詢答器，更具有一第二資 料調變電路，具有一第一端及一第二端，該第一端連 接於該第一高頻端，該第二端連接於該低壓端。 8. 如申請專利範圍第7項之詢答器，其中該第二資料 調變電路係由一第二電晶體開關所構成，該第二電晶 17 200809637 體開關具有-第一端、一第二端、及一控制端，該控 制端係連揍於該數位控制電路以控制該第二資料調變 電路使其輔助該第一資料調變電路之作動。 1如申請專利範圍第6項之詢答器，更具有一第三資 料調k，路，耗接於該低壓端以及該第一資料調變電 路的該第-端之間，用以輔助該第—資料調變電路之 作動。 1G·如中請專利範圍第9項之詢答器，其中該第三資料 • 調變電路係選自一第三電感及一電容其中之一。 η· 種無線射頻識別(RFID)的詢答哭 (TRANSPONDER)，包括： 口口 一古一1感電容共振電路，具有一第一高頻端及一第 ^南頻端，該電感電容共振電路係由一第一電感及一 電合彼此並聯於該第一高頻端及該第二高頻端之間所 構成; 斤—一全波整流電路.，具有一第一端、一第二端、一 ⑩ 第=端及一第四端，該第一端連接於一高壓端，該第 一端連，於一低壓端，該第三端連接於該第一高頻 端’該第四端連接於該第二高頻端，該全波整流電路 係用以將來自該電感電容共振電路的一交流信號整流 為一直流信號； 一第一資料調變電路，具有一第一端及一第二 端，該第一端連接於該低壓端，該第二端連接於該第 二南頻端； 一電荷儲存電容，其一端連接於該高壓端，其另 18 200809637 ' 一端連接於該低壓端，用以儲存來自該全波整流電路 的該直流信號之電荷; 一過電壓保護電路，並聯連接於該電荷儲存電 容，用以保護該詢答器； 一資料儲存裝置，並聯連接於該過電壓保護電 路，用以儲存待該詢答器傳送之一資料；以及 一數位控制電路,，耦接於該資料儲存裝置及該第 一資料調變電路，用以決定待該詢答器傳送之該資料 Φ 的位址。 12. 如申請專利範圍第11項之詢答器，其中該全波整 流電路係由二極體所構成的一橋式整流電路。 13. 如申請專利範圍第11項之詢答器，其中該低壓端 為接地。 14. 如申請專利範圍第11項之詢答器，係搭配一詢問 器（INTERROGATOR)而使用，該詢問器具有一第二電 感7該第二電感接近該電感電容共振電路時即產生該 •交流信號。 15. 如申請專利範圍第11項之詢答器，其中該第一資 料調變電路係由一第一電晶體開關所構成，該第一電 晶體開關具有一第一端、一第二端、及一控制端，該 控制端連接於該數位控制電路。 16. 如申請專利範圍第15項之詢答器，更具有一第二 資料調變電路，具有一第一端及一第二端，該第一端 連接於該第一高頻端，該第二端連接於該低壓端。 17. 如申請專利範圍第16項之詢答器，其中該第二資 19 200809637 料調變電路係由一第二電晶體開關所構成，該第二電 晶體開關具有一第一端、一第二端、及一控制端，該 控制端係連接於該數位控制電路以控制該第二資料調 變電路使其輔助該第一資料調變電路之作動。 18. 如申請專利範圍第15項之詢答器，更具有一第三 資料調變電路，耦接於該低壓端以及該第一資料調變 電路的該第一端之間，用以輔助該第一資料調變電路 之作動。 19. 如申請專利範圍第18項之詢答器，其中該第三資 料調變電路係選自一‘第三電感及一電容其中之一。 20