TW201340624A - 射頻識別系統中的發射器及包含該發射器之收發器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種RFID系統中的發射器，該發射器包括一具有一PIN二極體且產生一第一信號之一信號產生器、一連接至該PIN二極體的一陰極之一方向單元；及一連接至該方向單元的天線，其中該信號產生器具有一第一終端，其設置成接收一第一控制信號來控制該第一信號的一頻帶，及一第二終端，其設置成接收一第二控制信號來控制該第一信號的一調變深度。

Description

射頻識別系統中的發射器及包含該發射器之收發器

本發明概略關於一種發射器，尤指一種射頻識別(Radio-frequency identification，RFID)系統中一種包含該發射器之收發器。

RFID技術現今已很普遍，且應用到多種產業中，例如電子付款、保全及庫存盤點等。圖1所示為RFID系統中一種傳統讀取器1的結構。讀取器1可包括一具有四個埠(101、102、103與104)的一方向耦合器10、一天線11、一發射器部12與一接收器部13。發射器部12包括一振盪器121、一表面聲波(Surface acoustic wave，SAW)裝置122、一放大器123、一第一二極體124與一順向功率校準控制器125。接收器部13包括一第二二極體131、一放大器132與一比較器133。

來自發射器部12的一信號可經由方向耦合器10傳送至天線11。但是，四埠方向耦合器10可能大幅衰減來自發射器部12的信號，因此由天線11發射的該等經衰減的信號可能不具有充足的功率來啟動一電子標籤(未示出)。

請仍參照圖1，第一二極體124與順向功率校準控制器125形成一回授路徑來監視輸出功率，並維持被發射的RF信號之振幅在一需要位準處。必須開發出複雜的回授機制來協助第一二極體124與順向功率校準控制器125來控制該輸出功率。再者，當設計該回授機制時，會花費許多工夫來解決像是穩定性的問題。

因此需要利用一簡化的電路以提供一種具有成本效 率的裝置。

本發明之範例可以提供一RFID系統中的發射器，該發射器包括一具有一PIN二極體且產生一第一信號之一信號產生器、一連接至該PIN二極體的一陰極之一方向單元；及一連接至該方向單元的天線，其中該信號產生器具有一第一終端，其設置成接收一第一控制信號來控制該第一信號的一頻帶，及一第二終端，其設置成接收一第二控制信號來控制該第一信號的一調變深度。

本發明一些範例亦可提供一RFID系統中的發射器，該發射器包括一信號產生器與一方向單元，該信號產生器具有一載波產生器、一自該載波產生器接收一載波信號的放大器、一PIN二極體，其包括連接至該放大器一輸出的一陽極，及一偏壓電路，其具有一第一終端以接收一第一控制信號來控制該載波信號的一頻帶、一第二終端連接至該PIN二極體的一陽極與該放大器的該輸出，及一第三終端連接至該PIN二極體的一陰極，且該方向單元連接至該PIN二極體的該陰極。

本發明之一些範例亦可提供一RFID系統中的收發器，該收發器包括一具有一PIN二極體且產生一第一信號之一信號產生器、一連接至該PIN二極體的一陰極之一方向單元；及一連接至該方向單元的接收電路，其中該信號產生器包含一第一終端，其設置成接收一第一控制信號來控制該第一信號的一頻帶，及一第二終端，其設置成接收一第二控制信號來控制該第一信號的一調變深度。

於下文的說明中將部份提出本發明的其他特點與優點，而且從該說明中將瞭解本發明其中一部份，或者藉 由實施本發明亦可習得。藉由隨附之申請專利範圍中特別列出的元件與組合將可瞭解且達成本發明的特點與優點。

應該瞭解的是，上文的概要說明以及下文的詳細說明都僅供作例示與解釋，其並未限制本文所主張之發明。

現將詳細參照於本發明範例，其例示圖解於附圖之中。盡其可能，所有圖式中將依相同元件符號以代表相同或類似的部件。

圖2A為根據本發明一範例之一RFID系統中一發射器2的方塊圖。請參照圖2A，發射器2可包括一微控制單元(Micro control unit，MCU)3、一數位處理器4、一信號產生器20、一方向單元5與一天線6。

數位處理器4可連接至MCU 3。信號產生器20可連接於數位處理器4與方向單元5之間。方向單元5可連接至天線6，藉此可傳送一信號至一標籤7。在另一範例中，數位處理器4與MCU 3可被整合成一控制電路(未示出)。

信號產生器20可包括一載波產生器201、一放大器202、一二極體203與一偏壓電路204。數位處理器4可連接至偏壓電路204的一第一終端。偏壓電路204的一第二終端可連接至二極體203的該陽極與放大器202的一輸出端。偏壓電路204的一第三終端可連接至二極體203的該陰極。放大器202可具有一輸入終端，其可連接至載波產生器201。偏壓電路204的第三終端與二極體203的該陰極可連接至方向單元5。

載波產生器201可產生一頻率為f_ts1的一信號TS1，然後該信號TS1可被傳送至放大器202。放大器202可 接收該信號TS1，然後放大信號TS1的電壓及/或功率，並依此輸出一放大的信號TS2，其可被傳送至二極體203。在另一範例中，該頻率f_ts1可為但不限於大約433.92百萬赫(Mega hertz，MHz)，且放大器202可線性地放大該信號TS1。在又另一範例中，該頻率f_ts1可為但不限於大約915 MHz。

二極體203可為但不限於一PIN(p型本質n型，p-intrinsic-n)二極體。由MCU 3管控的數位處理器4可傳送一控制信號至偏壓電路204來改變橫跨二極體203的電壓位準，其另可改變二極體203的阻抗。依此方式，可改變信號TS2的振幅來對信號TS2執行一振幅偏移(Amplitude-shift-keying，ASK)調變。二極體203可輸出及傳送一ASK調變信號TS3至方向單元5。方向單元5可處理該信號TS3，並傳送一信號TS4至天線6。該信號TS4可由天線6發射至標籤7。

偏壓電路204的一第四終端可連接至一終端VM，其可供應至少一電壓位準至偏壓電路204的該第四終端。例如，該終端VM可供應一相對較低電壓位準至偏壓電路204，使得信號產生器20可執行具有75%調變深度的ASK調變。在另一範例中，該終端VM可供應一相對較高電壓位準至偏壓電路204，使得信號產生器20執行具有50%調變深度的ASK調變。在另一範例中，該終端VM可被排除，且偏壓電路204的該第四終端可連接至數位處理器4。

圖2B另例示根據本發明一範例中如圖2A所示之發射器2的方塊圖。請參照圖2B，偏壓電路204可包括一可變電阻器VR、兩個電阻器R1與R2、兩個電感器L1與L2、一開關SW與一電晶體Q1。

該可變電阻器VR可具有一連接至供應一直流電(Direct current，DC)電壓位準的一電壓終端VDD的終端。該可變電阻器VR的另一終端可連接至並聯連接的該電阻器R1與該開關SW。該開關SW可連接至數位處理器4。該電阻器R2可連接至串聯的該電阻器R1與該電感器L1。該電感器L1可具有連接至放大器202的該輸出與二極體203的該陽極之一終端。該電感器L2可具有連接至二極體203的該陰極與方向單元5之一終端，及被接地的另一終端。該電晶體Q1可具有連接至該終端VM的一第一終端。該電晶體Q1另可具有一第二終端與一第三終端，且該電阻器R2可連接於該電晶體Q1的該等第二與第三終端之間。在一範例中，該電晶體Q1可為但不限於一互補式金屬氧化物半導體(Complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)電晶體。在另一範例中，該開關SW與該電晶體Q1可為但不限於由積體電路(Integrated circuit，IC)製程所製作的一電晶體。

來自數位處理器4的該控制信號可用於開啟/關閉該開關SW。當該開關SW為關閉(開迴路)時，信號產生器20可執行該ASK調變。換言之，數位處理器4可決定信號產生器20是否要執行該ASK調變。該終端VM可供應一相對較低電壓位準至該電晶體O1，使得信號產生器20可執行具有75%調變深度的ASK調變。在另一範例中，該終端VM可供應一相對較高電壓位準至該電晶體O1，使得信號產生器20執行具有50%調變深度的ASK調變。在另一範例中，該終端VM可被排除，且該電晶體Q1可連接至數位處理器4。

在一範例中，該可變電阻器VR之電阻範圍在10Ω到50kΩ，該等電阻器R1與R2之每一者的電阻為10kΩ，該等電感器L1與L2之每一者的電感為100 nH(Nano-Henry)。但是，上述之電阻與電感的數值可在另一範例中變化來改變該調變深度。

圖3為根據本發明一範例之一RFID系統中一收發器2’的方塊圖。請參照圖3，收發器2’可包括一MCU 3’、一數位處理器4’、一信號產生器20’、一方向單元5’及一天線6’，其類似於參照圖2A所例示與描述的MCU 3、數位處理器4、信號產生器20、方向單元5與天線6，除了可加入一記憶體8與一接收電路30至收發器2’。三埠方向單元5’相較於圖1的該四埠定向耦合器10不會造成一巨大信號衰減。

接收電路30可連接於方向單元5’與MCU 3’之間。在一範例中，接收電路30可為但不限於一偵測電路，其可包括一二極體、一運算(operational，OP)放大器與一比較器(未示出)。該二極體、該運算放大器與該比較器可串聯耦合來解調變由天線6’收到的信號。

接收電路30可整流自天線6’收到的信號，並自該整流的信號移除該載波，藉以得到該整流的信號之包絡。接收電路30另可解調變該包絡來產生一解調變信號。藉此，在自天線6’收到的信號中得到的資料可由MCU 3’取得。

記憶體8可連接至MCU 3’。在一範例中，記憶體8可為但不限於一非揮發性記憶體並可程式化。記憶體8可包括一第一場域，其可含有第一組識別資訊。記憶體8亦可包括一第二場域，其可含有第二組識別資訊。該第一組與第二組識別資訊可包括但不限於一系列的數字及/或符號。該第一組識別資訊可為永久性，而該第二組識別資訊可以改變。在另一範例中，記憶體8可由兩個獨立記憶體取代，以個別地儲存該第一組識別資訊與該第 二組識別資訊。在又其它範例中，記憶體8可與MCU 3’或數位處理器4’整合成一單一晶片。

在一範例中，MCU 3’可以存取記憶體8，並取得該等第一與第二組識別資訊。MCU 3’與數位處理器4’控制信號產生器20’以產生含有關於該等第一與第二組識別資訊的資訊之一信號TS5。方向單元5’可以處理該信號TS5，且另可經由天線6’發射一信號TS6至伺服器9。在另一範例中，該信號TS5可由另一介面傳送至伺服器9，例如乙太網路(Ethernet)、通用序列匯流排(Universal serial bus，USB)或藍牙(Bluetooth)。在又另一範例中，MCU 3’取得該等第一與第二組識別資訊，並由有線或無線聯結傳送至伺服器9，例如一USB或Bluetooth介面。

伺服器9可以辨識該第一及/或第二組識別資訊。如果該識別資訊被辨識，伺服器9可以使用該等第一及/或第二組識別資訊來產生一第三組識別資訊。伺服器9可傳送含有該第三組識別資訊的一信號至收發器2’，其中這種信號可由接收電路30解調變，使得MCU 3’可取得該第三組識別資訊，並儲存該資訊在記憶體8的該第二場域中。該第三組識別資訊可用於在下一次通訊中辨識收發器2’。依此方式，收發器2’於資訊上傳或下載程序期間被認證。

圖2A與圖2B所示之發射器2及圖3所示之收發器2’皆使用一開迴路控制來取代參照圖1所例示之該複雜回授控制電路。

熟習此項技藝者應即瞭解可對上述各項範例進行改變，而不致悖離其廣義之發明性概念。因此，應瞭解本發明並不限於本揭之特定範例，而係為涵蓋歸屬如後載申請專利範圍所定義之本發明精神及範圍內的修飾。

另外，在說明本發明之代表性範例時，本說明書可 將本發明之方法及/或製程表示為一特定之步驟次序；不過，由於該方法或製程的範圍並不繫於本文所提出之特定的步驟次序，故該方法或製程不應受限於所述之特定步驟次序。身為熟習本技藝者當會了解其它步驟次序也是可行的。所以，不應將本說明書所提出的特定步驟次序視為對申請專利範圍的限制。此外，亦不應將有關本發明之方法及/或製程的申請專利範圍僅限制在以書面所載之步驟次序之實施，熟習此項技藝者易於瞭解，該等次序亦可加以改變，並且仍涵蓋於本發明之精神與範疇之內。

1‧‧‧讀取器

2‧‧‧發射器

2’‧‧‧收發器

3‧‧‧微控制單元

3’‧‧‧微控制單元

4‧‧‧數位處理器

4’‧‧‧數位處理器

5‧‧‧方向單元

5’‧‧‧三埠方向單元

6‧‧‧天線

6’‧‧‧天線

7‧‧‧標籤

7’‧‧‧標籤

8‧‧‧記憶體

9‧‧‧伺服器

10‧‧‧四埠定向耦合器

11‧‧‧天線

12‧‧‧發射器部

13‧‧‧接收器部

20‧‧‧信號產生器

20’‧‧‧信號產生器

30‧‧‧接收電路

101、102、103、104‧‧‧埠

121‧‧‧振盪器

122‧‧‧表面聲波裝置

123‧‧‧放大器

124‧‧‧第一二極體

125‧‧‧順向功率校平控制器

131‧‧‧第二二極體

132‧‧‧放大器

133‧‧‧比較器

201‧‧‧載波產生器

201’‧‧‧載波產生器

202‧‧‧放大器

202’‧‧‧放大器

203‧‧‧二極體

203’‧‧‧二極體

204‧‧‧偏壓電路

204’‧‧‧偏壓電路

當併同各隨附圖式而閱覽時，即可更佳瞭解本發明之前揭摘要以及上文詳細說明。為達本發明之說明目的，各圖式裡圖繪有現屬較佳之各範例。然應瞭解本發明並不限於所繪之精確排置方式及設備裝置。

在各圖式中：圖1為一RFID系統中一習用讀取器1的方塊圖；圖2A為根據本發明一範例之一RFID系統中一發射器2的方塊圖；圖2B另例示根據本發明一範例中如圖2A所示之發射器2的方塊圖；圖3為根據本發明一範例之一RFID系統中一收發器2’的方塊圖。

2‧‧‧發射器

3‧‧‧微控制單元

4‧‧‧數位處理器

5‧‧‧方向單元

6‧‧‧天線

7‧‧‧標籤

20‧‧‧信號產生器

201‧‧‧載波產生器

202‧‧‧放大器

203‧‧‧二極體

204‧‧‧偏壓電路

Claims (20)

1. 一種RFID系統中的發射器，該發射器包含：一信號產生器，其具有一PIN二極體且產生一第一信號；一方向單元，其連接至該PIN二極體之一陰極；及一天線，其連接至該方向單元，其中該信號產生器包含一第一終端，其設置成接收一第一控制信號來控制該第一信號的一頻帶，及一第二終端，其設置成接收一第二控制信號來控制該第一信號的一調變深度。
2. 如申請專利範圍第1項之發射器，其中該信號產生器包含一放大器，其具有連接至該PIN二極體之一陽極的一輸出端。
3. 如申請專利範圍第2項之發射器，其中該信號產生器包含：一載波產生器，其連接至該放大器的一輸入端；及一偏壓電路，其具有連接至該第一終端的一第一埠、連接至該PIN二極體的該陽極與該放大器的該輸出端的一第二埠、及連接至該PIN二極體的一陰極的一第三埠。
4. 如申請專利範圍第3項之信號產生器，其中該偏壓電路另包含連接至該第二終端的一第四埠。
5. 如申請專利範圍第4項之信號產生器，其中該偏壓電路另包含：一可變電阻器，其被提供有一電壓位準；一開關，其串聯連接至該可變電阻器，且電性耦合至該偏壓電路的該第一終端； 一第一電阻器，其並聯連接至該開關；一第二電阻器，其串聯連接至該第一電阻器；一第一電感器，其具有連接至該第二電阻器的一第一終端，及電性耦合至該偏壓電路的該第二埠之一第二終端；及一第二電感器，其具有電性耦合至該偏壓電路的該第三埠之一第一終端與一第二終端，其中該第二終端被接地。
6. 如申請專利範圍第5項之信號產生器，其中該偏壓電路另包含一電晶體，其具有電性耦合至該偏壓電路的該第四埠之一第一終端、一第二終端與一第三終端，其中該第二電阻器連接於該等第二與第三終端之間。
7. 如申請專利範圍第6項之信號產生器，其中該電晶體為一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體。
8. 一種RFID系統中的發射器，該發射器包含：一信號產生器，其包含：一載波產生器；一放大器，用於接收來自該載波產生器的一載波信號；一PIN二極體，其具有連接至該放大器的一輸出端之一陽極；及一偏壓電路，其具有一第一終端用於接收一第一控制信號來控制該載波信號的一頻帶、一連接至該PIN二極體的一陽極與該放大器的該輸出端之第二終端、及一連接至該PIN二極體的一陰極之第三終端；及一方向單元，其連接至該PIN二極體之該陰極。
9. 如申請專利範圍第8項之發射器，其中該偏壓電路另包含一第四終端，用於接收一第二控制信號來控制該 載波信號的一調變深度。
10. 如申請專利範圍第9項之發射器，其中該偏壓電路另包含：一可變電阻器，其被提供有一電壓位準；一開關，其串聯連接至該可變電阻器，且電性耦合至該偏壓電路的該第一終端；一第一電阻器，其並聯連接至該開關；一第二電阻器，其串聯連接至該第一電阻器；一第一電感器，其具有連接至該第二電阻器的一第一終端，及電性耦合至該偏壓電路的該第二終端之一第二終端；及一第二電感器，其具有電性耦合至該偏壓電路的該第三終端之一第一終端與一第二終端，其中該第二終端被接地。
11. 如申請專利範圍第10項之發射器，其中該偏壓電路另包含一電晶體，其具有電性耦合至該偏壓電路的該第四終端之一第一終端、一第二終端與一第三終端，其中該第二電阻器連接於該等第二與第三終端之間。
12. 如申請專利範圍第11項之發射器，其中該電晶體為一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體。
13. 一種RFID系統中的收發器，該收發器包含：一信號產生器，其具有一PIN二極體且產生一第一信號；一方向單元，其連接至該PIN二極體之一陰極；及一接收電路，其連接至該方向單元，其中該信號產生器包含一第一終端，其設置成接收一第一控制信號來控制該第一信號的一頻帶，及一第二終端，其設置成接收一第二控制信號來控制該第一信 號的一調變深度。
14. 如申請專利範圍第13項之收發器，其中該信號產生器包含一放大器，其具有連接至該PIN二極體之一陽極的一輸出端。
15. 如申請專利範圍第14項之收發器，其中該信號產生器另包含：一載波產生器，其連接至該放大器的一輸入端；及一偏壓電路，其具有連接至該第一終端的一第一埠、連接至該PIN二極體的該陽極與該放大器的該輸出端的一第二埠、及連接至該PIN二極體的一陰極的一第三埠。
16. 如申請專利範圍第15項之收發器，其中該偏壓電路另包含連接至該第二終端的一第四埠。
17. 如申請專利範圍第15或16項之收發器，其中該偏壓電路另包含：一可變電阻器，其被提供有一電壓位準；一開關，其串聯連接至該可變電阻器，且電性耦合至該偏壓電路的該第一埠；一第一電阻器，其並聯連接至該開關；一第二電阻器，其串聯連接至該第一電阻器；一第一電感器，其具有連接至該第二電阻器的一第一終端，及電性耦合至該偏壓電路的該第二埠之一第二終端；及一第二電感器，其具有電性耦合至該偏壓電路的該第三埠之一第一終端與一第二終端，其中該第二終端被接地。
18. 如申請專利範圍第17項之收發器，其中該偏壓電路另包含一電晶體，其具有電性耦合至該偏壓電路的該 第四埠之一第一終端、一第二終端與一第三終端，其中該第二電阻器連接於該等第二與第三終端之間。
19. 如申請專利範圍第13項之收發器，另包含一記憶體，其中一第一組資訊與一第二阻資訊被儲存在該記憶體中，該等第一與第二組資訊被傳送至一伺服器。
20. 如申請專利範圍第19項之收發器，其中相關於該等第一與第二組資訊的一第三組資訊被接收並儲存在該記憶體中。