TWI390556B - 混合型片上片下變壓器和射頻識別系統 - Google Patents

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Description

混合型片上片下變壓器和射頻識別系統
本發明涉及通信系統，更具體地說，涉及一種在通信系統中使用的變壓器。
人們知道通信系統可支援在無線和/或有線通信設備間的無線和有線通信系統。這些通信系統的範圍從國內和/或國際蜂窩電話系統到因特網到家庭內部的點到點無線網路。每種通信系統都按照一個或多個通信標準來構建和工作。例如，無線通信系統可根據一個或多個標準來工作，包括但不限於IEEE802.11、藍牙、先進移動電話服務(AMPS)、數位AMPS、全球移動通信系統(GSM)、碼分多址(CDMA)、本地多點分散式系統(LMDS)、多通道多點分散式系統(NMDS)、射頻識別(RFID)和/或這些系統的各種變型。
根據無線通信系統的類型，無線通信設備如蜂窩電話、對講機、個人數位助理(PDA)、個人電腦(PC)、筆記本電腦、家庭娛樂設備、RFID閱讀器、RFID標簽等直接或間接地與其他無線通信設備進行通信。對於直接通信來說(也叫做點到點通信)，參加通信的無線通信設備將它們的接收器和發射器調到相同的通道(例如，無線通信系統的若干射頻(RF)載波中的一個或某種系統的特定RF頻率)和在此通道(若干通道)上進行通信。對於間接通信來說，每個無線通信設備與相關的基站通信(例如，蜂窩服務)和/或相關的接入點(例如，在家庭或建築物內的無線網路)通過分配的通道來通信。為了完成在無線通信設備之間的通信連接，相 關的基站和/或相關的接入點彼此之間通過系統控制器、公共交換電話網絡、因特網和/或其他廣域網直接通信。
對於參加到無線通信中的每個無線通信設備，其包括內置的射頻收發器(即，接收器和發射器)或與射頻收發器相連(例如，家庭內和/或建築物內的無線通信網路，RF數據機等)。衆所周知，接收器與天線相連，包括低雜訊放大器、一個或更多的中頻級、濾波級和資料恢復級。低雜訊放大器通過天線接收入站的RF信號，並對其進行放大。一個或多個的中頻級將放大了的RF信號與一個或多個的本地振蕩信號混頻，來將放大了的RF信號轉換成基帶信號或中頻(IF)信號。濾波級將基帶信號或IF信號進行濾波來削弱基帶信號的不想要的帶外信號，產生經濾波後的信號。資料恢復級根據一定的無線通信標準從經濾波後的信號恢復原始的資料。
也如衆所周知的，發射器包括資料調製級、一個或多個中頻級和功率放大器。資料調製級根據特定的通信標準將原始資料轉換到基帶信號。一個或多個中頻級將基帶信號與一個或更多的本地振蕩進行混頻來產生RF信號。功率放大器將RF信號在通過天線發射之前進行放大。
在許多無線通信設備中，發射器和/或接收器是通過一個或多個變壓器來耦合到天線上的。這樣的變壓器一般包括耦合到天線的單端線圈和耦合到接收器部分的低雜訊放大器和/或發射器部分的差分線圈。所述變壓器可以各種方式來實現。例如，變壓器可實現在接收器和/或發射器上。雖然片上變壓器提供了不需外部變壓器的便利，片上變壓器的功率也由於其體積而受到了限制。
人們所知的變壓器的另外的實現方式是在印刷電路板(PCB)上製造的邊緣類型的變壓器(marginal type transformer)。邊緣類型的變壓器包括兩條平行的迹線，每條迹線大約有1/4波長的長度。同樣地，邊緣類型的變壓器消耗了大量的PCB面積，但是的確可以提供比片上變壓器更大的功率。如同在任何變壓器上的那樣，在天線和接收器或發射器部分的阻抗匹配是重要的設計標準。
除了上述的應用，變壓器還用在許多需要在線圈之間有電氣隔離的情況下將一個水平的交流電壓變成另外水平的交流電壓。例如，幾乎所有的功率變壓器(AC到DC,DC到DC和DC到AC)都包括電壓水平移動用的變壓器。典型的變壓器包括在繞在鐵芯上的初級線圈和繞在鐵芯的另一部分上或繞在初級線圈外面的次級線圈。
在上述的所有變壓器中，即，片上變壓器、在PCB上的變壓器、鐵芯變壓器和另外的變壓器類型(例如，空氣芯的變壓器)它們具有類似的初級線圈和次級線圈的結構。例如，片上變壓器將兩個線圈均設置在積體電路的晶粒上。雖然這樣的變壓器提供了各種各樣的應用，但卻出現了一些新興應用，更適合使用將一端線圈設置在積體電路的晶粒上，而另一端線圈設置在晶粒外的變壓器。
因此，需要一種變壓器，其一端線圈設置在積體電路的晶粒上，而另一端線圈設置在晶粒外。
本發明的目的是提供操作的裝置和方法，這些裝置和方法會在附圖說明和具體實施方式和權利要求書中得到詳述。
根據本發明的一方面，混合型片上片下變壓器包括：片下線圈部分，從參考源產生第一電磁信號；並且片上線圈部分，當其處於片下線圈部分的最近距離的範圍內時，從第一電磁信號產生第二電磁信號。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒上的至少一層的盤繞多次的線圈，此處，近側耦合距離向所述至少一個盤繞多次的線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒的至少一層基本垂直的電磁場。
優選地，所述片上晶片線圈部分包括：在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第一線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的第一線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場；並且在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第二線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的第二線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場，此處所述第一和第二多次盤繞線圈提供所述第二電磁信號。
優選地，所述片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒上的至少一層的盤繞多次的多個線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場。
優選地，所述片上線圈部分包括： 在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第一若干線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場；並且，在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第二若干線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場，此處第一和第二若干多次盤繞的線圈提供第二電磁信號。
優選地，片下線圈部分包括：有空氣間隙的鐵芯；和環繞鐵芯的第一線圈，其中空氣間隙實際上提供了第一電磁信號給片上線圈部分。
優選地，片下線圈部分包括：調整向導，當片下線圈部分在片上線圈部分的近側耦合距離之內時，空氣間隙就向第二線圈部分所在的多層積體電路晶粒中的至少一層提供所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層基本垂直的電磁場給第二線圈部分。
優選地，混合片上片下變壓器包括：用於第二線圈部分的電磁場轉換電路，其中，當片下線圈部分在片上線圈部分的近側端時，電磁場轉換電路就將空氣間隙提供的電磁場的方向改變，因此電磁場與第二線圈部分所在的多層積體電路晶粒中的至少一層相垂直。
優選地，片下線圈部分包括：空氣芯；和繞在空氣芯中的第一線圈，其中從空氣芯中來的磁通量基本提供第一電磁信號給片上線圈部分。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層上的若干局部線圈，其中的第一線圈部分的電磁場基本上與多層積體電路晶粒的至少一層是平行的。
優選地，混合片上片下變壓器包括：片上線圈部分，用來從第二參考源產生第二電磁信號；和片下線圈部分，當片上線圈部分在片下線圈部分的近側耦合距離之內時，從第二電磁信號得到第一電磁信號。
根據本發明的一方面，射頻識別(RFID)系統包括：RFID讀卡器，通過混合片上片下變壓器的片下線圈部分來發射第一電磁信號；和RFID標簽，通過混合片上片下變壓器的片上線圈部分來接收第一電磁信號，其中，當片上線圈部分在片下線圈部分的近側耦合距離之內時，片上線圈部分從第一電磁信號得到第二電磁信號。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的第一線圈，其中，在近側耦合距離內向第一多次盤繞線圈提供所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層垂直的電磁場；並且在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的第二線圈，其中，在近側耦合距離內向第二多次盤繞線圈提供 第一電磁信號的相對於多層積體電路晶粒上的至少一層垂直的電磁場，其中第一和第二多次盤繞線圈提供第二電磁信號。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層垂直的電磁場。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的第一若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的第一若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層垂直的電磁場；並且在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的第二若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的第二若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒上的至少一層相垂直的電磁場，其中第一和第二若干多次盤繞線圈提供第二電磁信號。
優選地，片下線圈部分包括：有空氣間隙的鐵芯；和繞在鐵芯上的第一線圈，其中空氣間隙實際上提供了第一電磁信號給片上線圈部分。
優選地，片下線圈部分包括：調整向導，當片下線圈部分在片上線圈部分的近側耦合距離之內時，空氣間隙就向第二線圈部分提供相對於第 二線圈部分所在的多層晶粒積體電路晶粒中的至少一層基本垂直的第一電磁信號的電磁場。
優選地，RFID系統包括：用於第二線圈部分的電磁場轉換電路，其中，當片下線圈部分在片上線圈部分的近側端時，電磁場轉換電路就將空氣間隙提供的電磁場的方向改變，因此所述電磁場與第二線圈部分所在的多層積體電路晶粒中的至少一層相垂直。
優選地，片下線圈部分包括：空氣芯；和繞在空氣芯中的第一線圈，其中從空氣芯中來的磁通量基本上提供第一電磁信號給片上線圈部分。
優選地，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層上的若干局部線圈，其中的第一線圈部分的電磁場實際上與多層積體電路晶粒中的至少一層是平行的。
優選地，RFID系統進一步包括：片上線圈從第二參考源產生第二電磁信號；和當片上線圈部分在片下線圈部分的近側耦合距離之內變化很大。在接收到下載的資料後，RFID標簽可在非易失性記憶體中存儲資料。
如在上面所述的，RFID閱讀器14-18可選擇按照點對點方式進行通信，因此每個RFID閱讀器不需要單獨的有線或無線連接到電腦/伺服器12。例如，RFID閱讀器14和RFID閱讀器16可使用後向散射技術、無線LAN技術、和/或任何其他無線通信技術按照點對點方式進行通信。在此 情況下，RFID閱讀器16可不包括到電腦/伺服器12的有線或無線連接32。在RFID閱讀器16和電腦/伺服器12的通信是通過RFID閱讀器14和有線或無線的連接32傳送的。有線或無線連接32可以是若干有線標準(例如，乙太網、火線等)和/或無線通信標準(例如，IEEE802.11x，藍牙等)中的任何一個。
本領域的技術人員會理解，圖1的RFID系統可擴展到包括大量的分佈在所需地區(例如，建築物、辦公點等)的RFID閱讀器14-18，此處RFID標簽可與設備、存貨、人員等相關聯。注意電腦/伺服器12可與另外的伺服器和/或另外的網路連接來提供廣泛的網路覆蓋。
圖2是包括片下線圈部分42和片上線圈部分44的混合型片上片下變壓器40的示意圖。片下線圈部分42包括RFID閱讀器14和可在RFID標簽20上的標簽積體電路上的的片上線圈部分44。
片下線圈部分42從可以是RFID閱讀器積體電路46的參考源耦合產生第一電磁信號。當片上線圈部分44在片下線圈部分42的近側耦合端之內時，片上線圈部分44從第一電磁信號產生第二電磁信號。
此外，片上線圈部分44從可以是標簽IC 50的標簽處理電路的第二參考源耦合產生第二電磁信號。當片上線圈部分44在片下線圈42的近側耦合距離之內時，片下線圈部分42從第二電磁信號產生第一電磁信號。相應地，RFID標簽20可與RFID閱讀器14通過混合型片上片下變壓器40通信。
圖3是包括積體電路46、片下線圈部分42和也可包括局域網連接模組64的RFID閱讀器14-18的示意圖。積體電路46包括協定處理模組60、編碼模組62、數模轉換器(DAC)64、發射阻塞電路74、數位模組68和包括預解碼70和解碼模組72的解碼子系統。本地局域網連接模組64可包括一個或多個無線網路介面(例如，802.11n.x、藍牙等)和/或有線通信介面(例如，乙太網、火線等)。
協定處理模組60用於為通過可根據一個或多個的RFID標準協定模組來執行資料編碼的編碼模組62的編碼準備資料。編碼後的資料提供給數模轉換器64，將數位編碼後的資料轉換成類比資料。片下線圈部分42用於接收類比信號，並從中生成第一電磁信號。
發射(TX)阻塞電路74阻塞發射信號的能量，使之幾乎不會對從一個或多個RFID標簽接收回應信號的過程產生干擾。對於接收到的回應信號來說，數位模組48可以是限制模組或模數轉換器，將接收到的回應信號轉換成數位信號。預解碼模組50將數位信號根據所使用的特定的RFID協定轉換成雙相編碼信號或混合信號。雙相編碼或混合信號提供給解碼模組52，後者根據所選RFID協定的特定編碼方案從中獲取資料。協定處理模組40將恢復的資料通過本地網路連接模組54提供給伺服器和/或電腦。如同本領域的技術人員會理解的那樣，RFID協定(如EPC 0類、EPC 1類Gen 2,ISO 18000-6等)使用一個或多個逐行編碼(line encoding)方案如曼徹斯特編碼、FM0編碼、FM1編碼、4間隔比特單元編碼等。
圖4是根據本發明的RFID標簽20-30的標簽IC 50的示意圖。標簽IC 50包括片上線圈部分44和標簽處理電路52。標簽處理電路包括功率發生電路80、電流參考84、振蕩模組86、處理模組94、振蕩校正模組92、比較器90、包絡檢測模組88和發射耦合電路82。電流參考模組84、振蕩模組86、處理模組94、振蕩校正模組92、比較器90、包絡檢測模組88可以是單獨的處理器件或若干個處理器件。這樣的處理器件可以是微處理器、微控制器、數位信號處理器、微型電腦、中央處理單元、現場可編程閘陣列、可編程邏輯器件、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或任何能夠基於電路和/或操作指令進行處理信號(類比和/或數位)的器件。一個或多個模組可有相聯的存儲元素，可有單獨的記憶體設備、若干記憶體和/或嵌入到模組中的電路。這樣的記憶體器件可以是唯讀記憶體、隨機存取記憶體、易失性記憶體、非易失性記憶體、靜態記憶體、動態記憶體、快閃記憶體、快取記憶體和/或任何可以存儲數位資訊的器件。注意當模組是通過狀態機、類比電路、數位電路、和/或邏輯電路來實現其一個或多個功能時，存儲相應的運算指令的記憶體元件可嵌入到狀態機、類比電路、數位電路和/或邏輯電路的當中或在這些部件的外部。進一步注意到，記憶體存儲並且上述模組執行硬編碼和/或對應於至少在圖4中所展示的至少一些步驟和/或功能的操作指令。
在操作中，功率產生電路80從片上線圈部分44提供的信號產生供給電壓(VDD)。例如，片上線圈部分44從片下線圈部分42接收電磁信號，並通過其抽頭產生電壓。功 率產生電路40用片上線圈部分40來產生的電壓來生成供給電壓VDD，存儲在電容器C1中。
當存在供給電壓VDD時，包絡檢測模組88確定片上線圈部分44提供的包絡，其中可包括對應供給電壓VDD的DC分量。在一個實施例中，片上線圈部分44提供的信號是幅度調製信號，其信號包絡包括了發射資料。包絡檢測模組88提供包絡信號給比較器90。比較器90將包絡信號與一個閾值相比較來產生恢復資料流程。
可以是環形振蕩器、晶體振蕩器或時序電路的振蕩模組86，生成一個或多個時鐘信號，其頻率對應於片上線圈部分44依據振蕩反饋信號而提供的信號的頻率。例如，如果信號是20MHz的信號，時鐘信號將是n*20MHz，此處的n等於或大於1。
振蕩校正模組92從一個或多個時鐘信號其中之一和恢復的資料流產生振蕩反饋信號。通常，振蕩校正模組92將時鐘信號的頻率於恢復資料流程的頻率進行比較。基於比較結果，振蕩校準模組92生成振蕩反饋，用來指示振蕩模組86保持當前的頻率，或者提高當前的頻率，或降低當前的頻率。
處理模組94接收恢復資料流程和一個或多個時鐘信號其中之一。處理模組94解釋恢復資料流程，確定其中的一個或多個命令。命令可以是存儲資料、更新資料、恢復資料、檢驗命令的執行(compliance)、回應等。如果命令要求回應，處理模組94提供回應信號給發射耦合電路82，其頻率對應於片上線圈部分44和偏狹線圈部分42之間的電磁 耦合的頻率。。片上線圈部分44提供相應信號給RFID閱讀器14的片下線圈部分42。
RFID標簽20-30可進一步包括電流參考84，其提供一個時，片下線圈部分從第二電磁信號得到第一電磁信號。
另外的特徵和優勢將在下面結合附圖說明的具體實施方式中變得明顯。
圖1是包括電腦/伺服器12、若干RFID閱讀器14-18和若干RFID標簽20-30的RFID(射頻識別)系統的示意圖。RFID標簽20-30可與包括但不限於存貨目錄、跟蹤狀態、位置判定、裝配過程等在內的各種目的的特定目標相連。
每個RFID閱讀器14-18與一個或多個在其覆蓋範圍內的RFID標簽20-30無線通信。例如，RFID閱讀器14可有RFID標簽20和22在其覆蓋的範圍內，而RFID閱讀器16有RFID標簽24和26，RFID閱讀器18有RFID標簽28和30在其覆蓋範圍內。在RFID閱讀器14-18和RFID標簽20-30之間的RF通信方式可採用後向散射技術由RFID閱讀器14-18通過RF信號提供能量給RFID標簽。RFID標簽從RF信號得到能量並通過同一載波頻率傳送所請求的資料。
在這樣的方式中，RFID閱讀器14-18從在其範圍內的每個RFID標簽20-30中收集電腦/伺服器12可能請求的資料。收集到的資料然後通過有線或無線連接32和/或通過點對點通信34傳送到電腦/伺服器12。另外，和/或作為選擇，電腦/伺服器12可通過相關的RFID閱讀器14-18 提供資料給一個或多個RFID標簽20-30。這些下載資訊可跟應用有關的並且可能或多個參考電流或偏置電流給振蕩模組86，振蕩校正模組92、包絡檢測模組88和比較器90。可對偏置電流進行調節，實質為每個模組86、88、90和92提供所需的偏置水平。
圖5是產生相對於片上線圈部分44基本上垂直的電磁場114的片下線圈部分42的示意圖。在此例中，片上線圈部分44包括IC的至少一層100以及其上的至少一個多次盤繞的線圈104。通過與片上線圈部分44基本上垂直的電磁場，多次盤繞線圈104的功能是變壓器的次級線圈，此處的片下線圈42的功能是變壓器的初級線圈。應該注意，在一個實施例中，片下線圈部分42包括空氣芯和繞在空氣芯上的第一線圈，此處從空氣芯中的磁通量主要地提供了第一電磁信號114給片上線圈部分44。進一步應注意到，在另外的實施例中，片下晶片部分42包括有空氣間隙的鐵芯和繞在鐵芯上的第一線圈，此處的空氣間隙提供了第一電磁信號給片上線圈部分44。
圖6是片下線圈部分42的結構示意圖，該片下線圈部分42生成近乎平行與片上線圈部分44的電磁場114。在該實施例中，片上線圈部分44所包含的並非多次盤繞的線圈，而是多個線圈段(partial coil)，它們設置在多層積體電路(IC)晶粒的至少一層上。圖12描述了設置在IC層100的包含多個線圈段的片上線圈部分44的一個實施例。在本實施例中，由於電磁場114平行於線圈140，根據右手定則，線圈段140中生成的感應電流垂至於電磁場140。因此，如果做了完整的盤繞，則盤繞線圈一側的感應電流將反向于 另一端生成的感應電流，以此二者相互抵消。這樣一來，可將線圈段140連接在一起，積聚感應電流，在片上線圈部分44上達到所需的電流強度和/或電壓值。
圖7和圖8是根據本發明的包括在多層積體電路晶粒50的至少一層100上的多次盤繞線圈104片上線圈部分44的實施例的側視圖和底視圖。在本實施例中，多次盤繞線圈104包括交叉迹線110-112和導通孔106-108，來組成線圈104。當片下線圈部分42在近側耦合距離之內時(例如，片上線圈部分44在片下線圈部分42產生的電磁場114之內)並且第一電磁場信號的電磁場114(例如，電壓/或電流片下線圈42感生出的電磁場，從而產生電壓和/或電流的電磁場)是與多層IC晶粒中的至少一層100基本上垂直的，電流(I)在多次盤繞的線圈104中產生。注意交叉迹線110和112是在IC 50上的第二層。
圖9是根據本發明的包括多層IC晶粒50中的至少一層100上的第一多次盤繞線圈104和多層IC晶粒50中至少另外一層120和122上的第二多次盤繞線圈124的片上線圈部分44的另一實施例的側視圖。在本實施例中，第一和第二多次盤繞線圈104和124可串聯耦合或並聯耦合來提供片上線圈部分44的輸出(例如，第二電磁信號)。在本實施例中，電磁場114基本上與多層IC晶粒50中至少一層100相垂直。
圖10是根據本發明的包括多層IC晶粒50中至少一層100上的若干多次盤繞線圈104和126上的片上線圈部分44的另一實施例的側視圖。在本實施例中，第一和第二多次盤繞線圈104和126可串聯耦合或並聯耦合來提供片上 線圈部分44的輸出(例如，第二電磁信號)。在本實施例中，電磁場114基本上與多層IC晶粒50中至少一層100相垂直。
圖11是根據本發明的包括多層IC晶粒50中至少一層100上的第一若干多次盤繞線圈104和126上的片上線圈部分104和126和多層IC晶粒50中至少一層100上的第二若干多次盤繞線圈128和130上的片上線圈部分的另一實施例的側視圖。在本實施例中，若干多次盤繞線圈104、126、128和130可串聯耦合或並聯耦合來提供片上線圈部分44的輸出(例如，第二電磁信號)。在本實施例中，電磁場114基本上與多層IC晶粒50中至少一層100相垂直。
圖13是包括有空氣間隙150的鐵芯152和繞在鐵芯152上的第一線圈154的片下線圈部分42的實施例的示意圖。在本實施例中，空氣間隙150實際上提供第一電磁信號和/或電磁場114給片上線圈部分44(即，在層100上的多次盤繞的線圈104)。如圖所示，空氣間隙150足夠大，以使得片上線圈部分44能夠穿過，因此實際上提供了相對於片上線圈部分44垂直的電磁場。
圖14是包括產生相對於片上線圈部分44實際上垂直的電磁場114的片下線圈部分42的另一實施例的示意圖。在本實施例中，片下線圈部分包括42包括對齊向導162，因此當片下線圈部分42在片上線圈部分的近側耦合距離之內時，空氣間隙150提供實際上相對於第一電磁場信號垂直的電磁場114給第二線圈部分44。
圖15是包括產生相對於片上線圈部分44實際上垂直的電磁場114的片下線圈部分42的另一實施例的示意圖。 在本實施例中，片下線圈部分包括可以是鐵芯的電磁場轉換電路170，耦合到第二線圈部分44。電磁場轉換電路170改變空氣間隙如150提供的電磁場的方向，電磁場114實際上相對於第二線圈部分44所在的多層積體電路晶粒50的至少一層100相垂直。
如在此可用到的術語“實際上”和“大約”為相應的術語和/或專案之間的相對性提供了工業上能接受的容許量。這樣的工業接受的容許量從少於1%到50%，但不限於器件的值、積體電路加工差異、溫度變化、上升時間和下降時間和/或熱雜訊。在專案之間的相對性從百分之幾到較大的差異。也在此用的，術語“耦合到”和/或“耦合”和/或包括專案之間的直接和/或通過一個介入專案(例如，專案包括但不限於元件、元件、電路和/或模組)的間接耦合，此處，對於間接耦合來說，介入專案不改變信號的資訊但可調節其電流水平、電壓水平和/或功率水平。在此可進一步使用的，推斷耦合(即，一個元件與另外的元件通過干涉耦合)包括了在兩個專案之間的以同樣的方式的直接或間接耦合。可在此進一步用的術語“可用來”表示包括一個或多個功率連接的專案輸入、輸出等來執行一個或多個的相應的功能並且可進一步包括推斷耦合到一個或多個專案。可在此進一步用的術語“與......有關”，包括了直接或間接的耦合和/或嵌入到另外的專案中的專案。如可在此使用的那樣，術語“順利比較”表示在兩個或更多的專案如信號等之間做比較，提供所需的關係。例如，當所需的關係是信號1比信號2有更大的幅度的話，當信號1的幅度大於信號2的幅度時就得到了“順利比較”。
本發明通過展示特定功能和關係的方法步驟得到描述。為了描述的方便，功能模組和方法步驟的界限和順序是在此任意定義的。只要特定的功能和關係被合適地執行，可定義可選的界限和順序。任何可選的界限和順序都在本發明的精神和範圍之內。
本發明通過展示特定功能和關係的方法步驟得到描述。為了描述的方便，功能模組和方法步驟的界限和順序是在此任意定義的。只要特定的功能和關係被合適地執行，可定義可選的界限和順序。類似地，流程圖也在此任意地被定義來說明某些重要的功能。為了使用的擴展，流程圖的界限和順序可用另外的定義來說明某些重要的功能。這些對功能模組定義和流程圖的改變在本發明的精神和範圍之內。所屬領域的技術人員可認識到功能模組和另外的展示阻塞、模組和元件可用離散的元件、特殊積體電路的應用、處理器執行合適的軟體和類似的組合來實現。
12‧‧‧電腦/伺服器
14-18‧‧‧射頻識別(RFID)閱讀器
20-30‧‧‧射頻識別(RFID)標籤
32‧‧‧有線或無線連接
34‧‧‧點對點通信
40‧‧‧混合型片上片下變壓器
42‧‧‧片下線圈部分
44‧‧‧片上線圈部分
46‧‧‧射頻識別(RFID)閱讀器積體電路
48‧‧‧數位模組
50‧‧‧標籤IC
52‧‧‧標籤處理電路
54‧‧‧本地網路連接模組
60‧‧‧協定處理模組
62‧‧‧編碼模組
64‧‧‧數模轉換器(DAC)
64‧‧‧本地局域網連接模組
68‧‧‧數位模組
70‧‧‧預解碼
72‧‧‧解碼模組
74‧‧‧發射(TX)阻塞電路
80‧‧‧功率發生電路
82‧‧‧發射耦合電路
84‧‧‧電流參考模組
86‧‧‧振盪模組
88‧‧‧檢測模組
90‧‧‧比較器
92‧‧‧振盪校正模組
94‧‧‧處理模組
100‧‧‧IC層
104‧‧‧第一多次盤繞線圈
106-108‧‧‧導通孔
110-112‧‧‧交叉跡線
114‧‧‧電磁信號
140‧‧‧線圈段
120和122‧‧‧IC層
124‧‧‧第二多次盤繞線圈
128、130‧‧‧第二若干多次盤繞線圈
150‧‧‧空氣間隙
152‧‧‧鐵芯
154‧‧‧第一線圈
162‧‧‧對齊嚮導
170‧‧‧電磁場轉換電路
圖1是根據本發明的射頻識別(RFID)系統的示意圖。
圖2是根據本發明的混合型片上片下變壓器的示意圖。
圖3是根據本發明的RFID閱讀器的示意圖。
圖4是根據本發明的RFID標簽的示意圖。
圖5是根據本發明的產生相對於片上線圈部分近乎垂直的電磁場的片下線圈部分的示意圖。
圖6是根據本發明的產生相對於片上線圈部分近乎平行的電磁場的片下線圈部分的示意圖。
圖7和圖8是根據本發明的片上線圈部分的實施例的側視圖和底視圖。
圖9是根據本發明的片上線圈部分的另一實施例的側視圖。
圖10是根據本發明的片上線圈部分的另一實施例的側視圖。
圖11是根據本發明的片上線圈部分的另一實施例的側視圖。
圖12是根據本發明的片上線圈部分的另一實施例的俯視圖。
圖13是根據本發明的產生相對於片上線圈部分近乎垂直的電磁場的片下線圈部分的一個實施例的側視圖。
圖14是根據本發明的產生相對於片上線圈部分實際上垂直的電磁場的片下線圈部分的另一個實施例的側視圖。
圖15是根據本發明的產生相對於片上線圈部分實際上垂直的電磁場的片下線圈部分的另一個實施例的側視圖。
14‧‧‧射頻識別(RFID)閱讀器
20‧‧‧射頻識別(RFID)標籤
40‧‧‧混合型片上片下變壓器
42‧‧‧片下線圈部分
44‧‧‧片上線圈部分
46‧‧‧射頻識別(RFID)閱讀器積體電路
50‧‧‧標籤IC
52‧‧‧標籤處理電路

Claims (10)

  1. 一種混合型片上片下變壓器，其特徵在於，包括：片下線圈部分，從參考源產生第一電磁信號；並且片上線圈部分，當片上線圈部分在片下線圈部分的接近耦合距離範圍內時，從第一電磁信號耦合產生第二電磁信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的混合型片上片下變壓器，其中，此片上線圈部分包括：在多層積體電路的晶粒中的至少一層的盤繞多次的線圈，此處，近側耦合距離提供了第一電磁信號的、相對於多層積體電路的晶粒中的至少一層的基本上垂直的電磁場。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的混合型片上片下變壓器，其中，片上線圈部分包括：在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第一線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的第一線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場；並且在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第二線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的第二線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場，此處所述第一和第二多次盤繞線圈提供所述第二電磁信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的混合型片上片下變壓器，其中，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒上的至少一層的盤繞多次的多個線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的混合型片上片下變壓器，其 中，片上線圈部分包括；在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第一若干線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場；並且，在多層積體電路上的至少一層的盤繞多次的第二若干線圈，此處，近側耦合距離向所述盤繞多次的多個線圈提供了所述第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層的基本垂直的電磁場，此處第一和第二若干多次盤繞的線圈提供第二電磁信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的混合型片上片下變壓器，其中，片上線圈部分包括：有空氣間隙的鐵芯；和環繞鐵芯的第一線圈，其中空氣間隙實際上提供了第一電磁信號給片上線圈部分。
  7. 一種射頻識別(RFID)系統，其包括：RFID閱讀器，通過混合型片上片下變壓器的片下線圈部分來發射第一電磁信號；和RFID標簽，通過混合片上片下變壓器的片上線圈部分來接收第一電磁信號，其中，當片上線圈部分在片下線圈部分的近側耦合距離之內時，片上線圈部分從第一電磁信號得到第二電磁信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的射頻識別(RFID)系統，其中，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層垂直的電磁場。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的射頻識別(RFID)系統，其中，片上線圈部分包括：在多層積體電路晶粒中的至少一層的多 次盤繞的第一若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的第一若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒中的至少一層垂直的電磁場；並且在多層積體電路晶粒中的至少一層的多次盤繞的第二若干線圈，其中，在近側耦合距離內向多次盤繞的第二若干線圈提供第一電磁信號的、相對於多層積體電路晶粒上的至少一層相垂直的電磁場，其中第一和第二若干多次盤繞線圈提供第二電磁信號。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的射頻識別(RFID)系統，其中，片上線圈部分包括：在多層積體電路的晶粒中的至少一層上的若干多次盤繞線圈，其中的近側耦合距離向若干多次盤繞線圈提供了與多層積體電路的晶粒中至少一層是基本上垂直的第一電磁信號的電磁場。
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