TW405288B - Radio frequency identification transponder and method of clamping the transponder supply voltage - Google Patents

Description

A7 __405288 B7_ 五、發明説明（1 ) [技術的領域] 本發明係關於一種射頻識別（” R F I D ”）装置，特別係關於 一種近接操作之R F I D。 [背景技術] 遠端電子識別裝置一般包括遠端設置的詢答機 (transponder)及一訊問機（interrogator)單元。此種裝 置的操作範圍視該詢答機單元的基本架構而定。例如，在 授予Beigel的美國專利第4,333，072號之一種遠端識別系 統包括一種探針電路（詢問機，i n t e r· r 〇 g a t 〇 r )近接操作於 一內植電路（詢答機）。當這探針電路被帶來接近這內植物 時，這内植電路被供電藉著感應而產生一電壓橫過一内植 物中之線圈。藉著改變這內植物線圈上的感應負載及探查 出此探針中的變化而將來自這内植物之資訊轉移至探針。 這操作模式需要探針非常接近地間隔於内植物，因此大幅 地限制此裝置的操作範圍。 其他的遠端識別系統使用射頻信號以提供該訊問機及詢 答機間之通訊鐽。在這些射頻識別（R F I D )装置的一個種類 中，R F信號包含一電力信號被傳送到詢答機裝置。這電力 信號將詢答機中之電源電容器充電，其作為詢答機電源之 用。來自詢答機的資料傳輸涉及射頻能量之產生及傳輸。 電源電容器必需具有充分的尺寸Μ提供給此種傳輸的適當 電力。此棰詢答機允許之讀取距離約2公尺。然而，此種 詢答機在需要小尺寸之運用中，例如藉皮下内植装置的家 畜識別係不簧用的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -4 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線 經濟部中央標庠局員工消費合作社印製 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 __405288 b7_ 五、發明説明（2 ) 在第三範疇的RFIDs中，另一種選擇方案結合上面二種 設計之特色。一種訊問機傳送一 R F信號，其包含一電力信 號。藉收到的電力信號所感應橫過這詢答機之線圈之電壓 足Μ操作這訊問機電路，但不足Μ產生其自己的無線電信 號。一個平行連结於線圈之電容器形成一儲能電路，其Q 随横置於儲能電路的電阻負載之變化而變化。這改變了儲 能電路的調諧，结果造成反射信號中的變化，而可被詢問 機所探査出。因此，詢答機可簡單地據Μ調制電阻負載而 傳送其資科到訊問機，使訊問機可探查出反射信號中的變 化0 一般使用一過壓電路保護這裝置Μ對抗過壓條件。先前 技術解決方法包含使用一曾納二極管，其具有在有害於這 訊問機之電壓水準之上的崩漬電壓。二極管連接於訊問機 線圈的梢之間。橫過線圈所出現之過壓條件使曾納二極管 導電，因此驅動至接地而有效地關掉這装置。美國專 利第5 , 4 7 9，1 7 2揭示另一方式，其中V &與一參考電壓比 較，而一分路電晶體被打開Μ將電流從一整流器分路到接 地，因此將Vjj限制於參考電壓。 當訊問機操作於接近範圍時會發生一問題。來自訊問機 的強烈信號使詢答機中之過壓電路導電。因此，流入儲能 電路之電流受到過壓電路的操作及調制的電阻負載之影響 。當詢答機企圖經由變化這負載電阻而傳送資料，其改變 化流入儲能電路之電流，在電流中之這種變化變成被過壓 電路的操作所掩蔽。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 5 - I —i ίίι— I - n I ---I -I = 1------ - - - - 一-eJn n t ml · --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 405288 b7_ 五、發明説明（3 ) 圖3所示之電路是典型的先前技術詢答機及舉例說明這 掩蔽效果如何發生。一調制信號改變電晶體R的傳導性（電 阻），因此按照儲存在詢答機中之資料而改變這儲能電路 L / C的調諧。一過壓電路2 2包含一比較器2 1及一分路器2 3 。 當過壓電路22被打開時，無法說出電流變化是否由於 過壓狀況或電晶體R的調制。其所能發生是當調制器打開 電晶體R時，可能已經流過這過壓分路器23之電流將替代 地流過電晶體R。電流的全部大小沒有改變，因此，儲能 電路中的Q沒有變化。因為Q (因此調諧）維持不變，訊問機 要檢測的反射信號沒有變化，因此沒有資料傳輸。 因此較佳有一種詢答機，其能操作於訊問機的附近，而 展示寛廣範圍的操作距離。所需要的是一種詢答機，其不 受過壓電路的操作所影響，致使由於收到來自一附近放置 的訊問機的強烈信號而極可能打開。 [發明概述] 依據本發明，一種射頻識別（R F I D )標籤包含一儲能電路 ，以接收經由一遠端訊問機單元傳送在一射頻（R F)載波上 之電力信號。藉變化一儲能電路之電姐負載作為自記憶器 所諝出資科之函數而將訊息自標籤傳達到訊問機。反射信 號中對應之變化則被訊問機檢測出。 一電壓定位電路提供過壓保護。嵌據資料經由調制而產 生定泣的觸發·。這定位包含一分路器裝置，其會同一調制 電路操作，使得於過壓狀況時也可資料傳輸。 [圖式的簡單說明] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) Γ —Li H 一 - —裝 訂 線 * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 405288 A7 B7 五、發明説明U ) 圖1示本發明的RFID標籤之方塊圖。 圖2示本發明的調制電路。 圖3示一先前技術調制方荼。 [簧施本發明的最佳模式] 參考圖1，一射頻識別（R F I D )系統1 0 0包含一訊問機單元 1 0 2及一換能器單元（標籤）1 0 4。訊問機1 0 2包含一傳送線 圈1 0 3 Μ傳送一 R F信號到這標籤1 04，標籤1 0 4包含一拾波 線圈Lt，其連同電容器Ct形成一儲能電路1 2 0。橫接於儲 能電路的是一電壓定位器122，一負載調制電路124，及一 全波橋式整流器126。電壓定位器122是一過壓保證裝置， 其限制通過儲能電路120的最大電壓。在此裝置中*通過 線圈L t 之電壓可增加到非常高的位準，特別是低負載而 儲能電路的Q很高時。這樣高電壓極可能引起裝置電子故 障。當通過線圏之電壓接近装置的上限時，定位器122被 打開Μ增加電流通過這定位器*而降低電壓到一較安全的 位準。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 調制電路124改變儲能電路120之負載，其則改變儲能電 路的Q因數。調制電路於控制器1 3 4之控制下操作，其對應 於傳送到訊問機1 0 2之資料而改變儲能電路1 2 0的Q。變化 這Q則改變了反射信號。因此，當訊問機探查出反射信號 中對應的變化時，資料被”傳送”。 橋式整流器1 2 6將一小供電電容器Cf充電Μ提供標截所 需要之供電電壓Vdd 。供電電壓提供電力到一非依電性記 憶器U 2，其包含一電壓泵Μ提供一程式規劃電壓V p p。除 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 405288 A7 B7 五、發明説明（5 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 了供應內部電力到換能器1 0 4之外，橋式整流器1 2 6也基於 從訊問機1 0 2進來的信號而提供一時鐘信號到一時鐘產生 器 1 36。 記憶器132是一個256位元EEPR0M，包括八個32位元頁。 頁0是組織化為一個2 4位元資料加八個書寫鎖定位元。頁1 一 7是使用者頁。書寫鎖定位元決定對應之32位元頁是否 可被書寫。密碼保護是現成可用的。密碼被儲存在使用者 頁7。經過控制器134讀寫該記憶器132。一解調器138將一 進來的資料信號解調及饋入這資料進入這控制器1 3 4，而 將其寫入記憶器132。資科信號包含一連串指令位元及一 連串可選擇的資料位元。 參考圖2，調制電路124包含一編碼器/'調制器117，其驅 動一負載電晶體1 2 9的閘極。負載電晶體1 2 9的汲極及源極 被橫接於儲能電路1 2 0的端子。輸出脈波包含編碼器/調制 器11 7之調制信號11 9 Μ調制負載電晶體1 2 9，將這電晶體 打開及關掉。當負載電晶體1 29交替於傳導及非傳導時， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 儲能電路1 2 0的Q (即其調諧）對應地變化。編碼器/調制器 1 1 7能作出各種熟知的編碼方案，包含曼徹斯特（雙相）， M i 1 1 e r，微分雙相，及更改的微分雙相編碼。編碼的信號 可以相位鍵移或頻率鏈移而被進一步地調制。 依據本發明，電壓定位器1 2 2包含一分路電晶體1 2 3具有 一源極汲極連接於儲能電路1 2 0。一比較器1 2 1的輸出驅動 分路電晶體1 2 3的閘極。 一探測器1 2 7探测出通過線圈Lt之電位差V c而將其被饋 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 __405288 五、發明説明（6 ) 入比較器的第一輸入A。一電壓選擇器125切換二參考電壓 V i及 V 中之一個饋人比較器121的第二輸入B。調 制信號1 1 9饋入選擇器1 2 5 Μ切換於V 及V mu之間。當 Α輸入上之電壓大於Β輸入上之電壓時，比較器1 2 1輸出一 個大於分路電晶體1 2 3之臨限電壓Vt之電壓，而將分路器 打開。當A輸入上之電壓小於&輸入上之電壓時，比較器 I 2 1輸出一個小於臨限電壓Vt之電壓，其將維持分路電晶 體1 2 3於0 P F (關閉）狀況。 參考圖2，調制電路1 2 4及電壓定位電路1 2 2 Μ下列方式 合作。控制器1 3 4讀出記憶器1 3 2及產生一對應系列之脈波 II 9經由調制器1 1 7 Μ代表資料的1及0。假設'1 ’脈波將負 載電晶體129打開，’ 0 '脈波將其關閉。因此，對於’ 1 ’位 元，負載電晶體被打開，结果造成負載電流自儲能電路 1 2 0 ”滲出”而減少它的Q。相反地，對於’ 0 ’位元，負載電 晶體被關閉，因此消除儲能電路上之負載而增加它的Q。 這是非過壓條件時之典型的標籤操作。然而，回憶到這 些脈波1 1 9同時也驅動選擇器1 2 5，其輸出饋入比較器1 2 1 。為了討論目的，假設’ 1 '脈波選擇V 而’ 0 ’脈波選擇 ，而且Vref,是大於。在非過壓狀況中，線圈 電壓V c將小於V&,及V 。因此，比較器1 2 1的輸出將 是負的（即，小於分路電晶體1 2 3的Vt )而分路電晶體將保 持非傳導性。 跟著考慮一種過壓狀況，其中，通過線圈L t之電位V c變 成相等於或大於標籤的電壓上限V ，在其之上極可能發 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9 - n-rllft— 一 V ^^—^1 —HI— ^n^i· n·^— * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 4Q52S8___ 五、發明説明（7 ) 生損害這裝置。 對於過壓狀況時之每一個發生之’1 ’位元，負載電晶體 1 29如上述被打開，引起負載電流Ib流出儲能電路。再者 ，V μα被切換進人比較器1 2 1，其輸出為（V c — V )。 藉著自儲能電路1 20汲出某一量之額外電流I mu可正確地 選擇V C及V i-e-fi 將分路電晶體1 2 3打開。此具有如同非過壓 狀況時降低Q之效果。然而，在過壓狀況時，Q因為額外負 載電流Iyep而被降得更低。額外負載電流Imu具有進一 步降低線圈電壓V c到V 值以下之效果，因此減輕了過壓 狀況。 對於過壓狀況時之每一個發生之’（Γ位元，負載電晶體 1 2 9保持關閉如非過壓狀況時。V 被交換進入比較器 1 2 1。比較器1 2 1的輸出為（V c - V hef 〇 )。正確地選擇V c及 V 。將引致分路電晶體1 2 3自儲能電路汲出電流I 。 然而，因為V 是小於V re+l ，比較器將驅動分路電晶體 1 2 3的閘極至較高電壓，引起一較高電流I ,efe流過分路電 晶體。雖然負載電晶體1 2 9因為'（Γ位元而為〇 f f，分路電 晶體1 2 3為ο η。V hef0被設定，因此單獨I refD則足以降低 線圈電壓V c到V 值Μ下以減輕過壓狀況。

假設在'0 ’位元的狀況，其中負載電流庶I ，结果Q 為（3〇 ;而在’厂位元的狀況，其中儲能電路1 2 0所受之全部 負載電流為Ik + I ，结果Q為Q|。因此，可看到正確地 選擇Vreil及V ，可足Μ改變儲能電路的調諧以改變標 猫所反射之信號來區分’ 0 '位元及’ 1 '位元。同時，遛免了 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -1 0 - -in ml 1J-I1 n 1^1 nil nn nn ml ^^^1 一 V ^nf . »0^·. ♦ 洚 、v$ 詞 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7. Q 1修正 W4補充 A7 1 B7 五、發日 月說明（ B ) 405288 過壓 狀況 (由 於分 路 電 •流1refl * kefO ) ’不需要掩®攜帶 著標 籤中 所包含資料之信號。 [元< 牛編號說 明] 10 詢 答機 2 1 比 較器 22 過 壓電 路 23 分 路器 100 射 頻識 別 % 統 102 訊 問機 單 元 103 傳 送線 圈 104 換 能器 單 元 (標籤） 1 17 編 碼器 /調制器 119 脈 波 120 儲 能電 路 121 比 較器 122 電 壓定 位 器 123 分 路電 晶 體 124 負 載調 制 電 路 125 電 壓選 擇 器 126 全 波橋 式 整 流器 127 探 測器 128 調 整器 129 負 載電 晶 體 130 低 壓探 测 器 : Μ.--------^------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 修正頁 vt- 难· 五、發明說明（9 ) 132 134 136 138 405288 A7 B7 非依電性記憶器 控制器 時鐘產生器 解調器 - ^--------^--------I I. 、 V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 -1 〇 _ 修正頁

Claims (1)

1. A8 DO 405288 六、申請專利範圍 含 包 機 答 兰η 之 統 系 別 識 頻 射 於 .， 用路 使 電 種能 一 儲 路路 電 分 能 流 儲 電 於將 接路 連 電 » 能 路儲 電 從 壓時 過件 一 條 壓 過 於 Μ 置 装 路 分1 有 具 及 電 資 能該 儲據 變依 改Μ 料置 資 裝 的路 含分 包於 所 合 中结 機地 答作 詢操 據可 依置 Μ 裝 用 諧 ’ 調 置 ， 裝諧 諧調 調之 路 包 置 裝 路 分 中 其 機 答 旬 之 ,項 量 1 數第 路圍 分範 的利 流專 電請 變申 改如 而 2 科 參偏 二 而 第擇 一 選 及.的 壓；壓 電電 考考 參 參 一 視 第體 1 晶 於 電 Μ 路 用 分 , 一 器 及 擇 ， 選擇 壓選 電 間 考之 參 壓 一 電 含 考 壓 包 置 裝 諧 調 中 其 機 答 詢 之 項-la生 第產 aΜ 範用 利 ， 專置 請裝 申制 如調 3 一 含 所 中 機 答 詢 表 代 其 號 信 制 調 該 到 較 =5 負 阻 電 變 可1 現 圼Μ 用 置 装 跋 負 及 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 蕺 -12- 負 阻 電 該 變 改 Μ 结 遵 被 號 信 rtu 芾 眉 4 f 資路 之 電 含能 包儲 A 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 是收 置接 裝 以 載接 負連 ’ 被 中極 其閘 ， 的 機體 答 晶 詢 電 之 一 項 ; 3r路 第 電 圍 能 範 儲 利於 專接 。 請横號 申體信 如晶制 4 電調 一 該 包 路 電 tb 4月 儲 中 其 槠 答 詢 之 項 1L 第 圍 範 利 專平 請器 申 感 如 電 5 一 含 器 容 電 一 於 接 連 行 包 ‘> 置路 装 電 路 能 分 儲 ’ 該 中 於 其接 ’ 橫 機被 答 體 詢 晶 之 電 項 5 器 第較 園 比 範 一 利及 專和 -B AnM 申 晶 如電 6 一 含 第接 一 K 有 接 具連 器被 較入 比輸 ,二 出 第 輸 一 的及 器器 較擇 比選 一 壓 於 電 接 考 連 參 被·該 極一-於 閘接 的連 體入 晶輸 電 一 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 405288 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 1 收 通 過 該 線 圈 之 電 Μ 〇 1 1 η 一 種 射 頻 識 別 詢 答 包 含 1 第 __. 和 及 第 二 端 子 . y—ν 請 1 | 先 閣- I —* 儲 能 電 路 包 含 —* 線 圈 橫 接 於 第 —. 及 第 二 端 子 > 及 ___. 讀 背 1 電 容 器 橫 接 於 第 —. 及 第 二 端 子 面 之 1 注 | 一 記 憶 列 意 事 項 1 一 調 制 裝 置 連 接 於 記 憶 列 用 以 產 生 一 調 制 信 號 其 再 4 1 窝 1 代 表 記 憶 列 所 包 含 之 資 料 頁 一 可 變 電 阻 負 載 橫 接 於 第 一 及 第 二 端 子 該 可 變 電 阻 ^ 1 1 負 載 連 接 於 調 制 装 置 用 Μ 供 應 一 可 變 電 阻 於 儲 能 電 路 Μ 1 I 回 應 調 制 信 號 :及 1 1 訂 —* 過 壓 電 路 橫 接 於 第 一 及 第 二 端 子 包 含 一 參 考 電 壓 1 電 路 連 接 於 調 制 裝 置 產 生 . 參 考 電 壓 Μ 回 應 調 制 信 號 而 1 1 化 當 一 供 電 電 壓 超 過 參 電 壓 時 過 壓 電 路 發 生 啟 動。 1 1 8 . 如 Φ 請 專 利 範 圍 第7項之詢答機 其中 過壓電路包 1 ..泉 含 一 分 路 電 晶 體 及 一 比 較 器 該 分 路 電 晶 體 是 橫 接 於 第 一 1 I 及 第 二 端 子 一 分 路 電 晶 stm 體 的 閘 極 連 接 於 該 比 較 器 比 較 1 Ί 器 被 連 接 Μ 比 較 該 供 電 電 壓 及 參 考 電 壓 0 1 1 9 . 如 申 請 專 利 範 圍 第8項之詢答機 其中 可變電阻負 載 是 一 負 載 電 晶 體 橫 接 於 第 一 及 第 二 Δ.11Λ 子 調 制 信 號 被 連 1 I 接 到 該 負 載 電 晶 體 的 閘 極 〇 1 | 1 0 .如申請專利範圍第7項 之 詢 答 im 徹 更 包 含 一 選 擇 器 被. 1 1 連 接 Η 提 供 一 第 一 參 考 電 壓 或 __. 第 二 參 考 電 壓 到 該 比 較 器 1 1 9 選 擇 器 被 連 接 Μ 提 供 一 參 考 電 壓 以 回 應 調 制 信 號 0 1 1 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 2 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A8405288 1 Do六、申請專利範圍 11.如申請專利範圍第10項之詢答機，其中，過壓電路 更包含一分路電晶體横接於第一及第二端子，比較器的輸 出被連接到電晶體的閘極。 1 2 .如申請專利範圍第11項之詢答機，其中，可變電阻 負載是一負載電晶體橫接於第一及第二端子，調制信號被 連接到該負載電晶體的閘極。 1 3 . —種用以在一射頻識別詢答機系統中將詢答機供電 電壓定位之定位方法，包含： Μ —調制信號將横接於一儲能電路的電阻負載調制； 當調制信號是在一第一調制位準時，選擇一第一電壓參 考； 當調制信號是在一第二調制位準時，選擇一第二電壓參 * 句 ， 比較這供電電壓及一選擇的參考電壓；及 若該供電電壓超過該選擇的參考電壓，則將電流分路通 過該儲能電路。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之定位方法，其中，調制步 驟包含讀取儲存在詢答機之資科及產生調制信號以代表該 資料。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項之定位方法，其中，電胆負 載是一電晶體横接於儲能電路，調制步驟包含變化施加於 電晶體的閘極之偏壓電壓。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之定位方法，其中，電流分 路步驟包含操作横接於儲能電路之電晶體，經由變化施加 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A8 B8 C8 _405288__ 六、申請專利範圍 於電晶體的閘極之偏壓Μ回應比較步驟。 1 7 .如申請專利範圍第1 3項之定位方法，其中，調制步 驟包含變化施加於横接在儲能電路的第一電晶體的閘極之 偏壓Μ改變通過第一電晶體的電流；及分路步驟包含變化 施加於第二電晶體的閛極之第二偏壓電壓Μ回應比較步驟 ;第二電晶體被横接於儲能電路。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之定位方法，其中，調制步 驟更包含讀取儲存在詢答機之資料及改變第一偏壓Μ代表 該資料。 訂 線 V (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -4 _