TWI701600B - 雙頻ｈｆ－ｕｈｆ rfid 積體電路以及雙頻ｈｆ－ｕｈｆ辨識裝置 - Google Patents

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Abstract

雙頻HF-UHF辨識裝置(42)包含具有電源供應之RFID積體電路，該電源供應具有HF部分(44)，其由連接至HF天線的HF整流器(12)形成，以及UHF部分(48)，其由連接至UHF天線的UHF整流器(18)形成。RFID積體電路包含電源供應之HF及UHF部分共用的儲存電容器(50)。HF整流器輸出及UHF整流器輸出皆連續地連接至共用儲存電容器之供應端子。此外，共用儲存電容器之供應端子一方面經由二極體(52)連接至HF整流器之輸出，另一方面直接地連接至由充電泵形成的UHF整流器之輸出，該二極體(52)被配置以阻擋從所述供應端子至HF整流器輸出的電流。

Description

雙頻HF-UHF RFID積體電路以及雙頻HF-UHF辨識裝置
本發明係關於雙頻HF-UHF(高頻-超高頻)辨識裝置，更具體地，此種裝置包含電源供應電路，被安排用於從至少一捕獲的電磁場提取電力。在第一實施例中，辨識裝置可以是被動裝置，從至少一外部裝置(讀取器/寫入器或任何其他的RF通訊裝置)所提供的電磁場提取所有需要的能量。在第二實施例中，此辨識裝置可以是電池輔助的，亦即，該裝置之至少一部分的運作所需要的能量的一部分是儲存在電池中。
特別是，本發明之裝置形成非接觸式電子標籤或非接觸式智慧卡。
已經提出若干雙頻RFID積體電路。特別是用於被動裝置，必須定義電源供應且必須相應地佈置對應的積體電路。電源供應通常包含至少一發電器。在分別與HF天線線圈之諧振電路中的感應電壓相關聯、以及與UHF天線中的感應電壓相關聯的兩個發電器情況中，通常設置電源 管理，並設計用於實施此電源管理的積體電路。
圖1中示出先前技術之一雙頻HF-UHF辨識裝置，其為專利申請案US 2005/0186904中所述之雙頻標籤的簡化設計。此雙頻HF-UHF辨識裝置2包含HF部分4以及UHF部分6。HF部分4是由HF天線線圈10、諧振電容器8、HF整流器12以及類比HF前端14(AFE_HF)形成。UHF部分6是由UHF天線16、UHF整流器18以及類比UHF前端20(AFE_UHF)形成。裝置2亦包含邏輯單元22及非揮發性記憶體24(NVM)，邏輯單元22經由配置在該邏輯單元之第一部分中的多工器(圖1中未示出)而連接至類比HF前端14或連接至類比UHF前端20。HF整流器是二極體整流器，其將天線線圈10及諧振電容器8所形成的諧振電路中的感應電壓整流。在其兩個輸入端子V1a及V1b上，HF整流器可選地接收正或負感應電壓。此HF整流器在其輸出產生第一供應電壓VHF。在一變型中，此種HF整流器可以關聯到一電壓放大電路，用於產生該第一供應電壓。UHF整流器是由鏈接至UHF天線16的兩條導線的充電泵形成。此UHF整流器在其兩個輸入端子V2a及V2b接收正及負感應電壓，且被安排成在其輸出提供第二供應電壓VUHF。
此外，裝置2包含一組合的電源及模式管理，其由模式偵測單元26及開關30所形成。模式偵測單元感測HF諧振電路中的感應電壓(例如電壓V1a)，並發送模式信號DET，該模式信號的值表示HF天線線圈是否在HF諧 振電路的諧振範圍中(例如，13,56MHz)偵測到HF電磁場的接收。該模式信號經由第一控制線31控制開關30的控制閘，且經由第二控制線32控制邏輯單元22。該開關被安排在UHF整流器輸出及提供供應電壓Vsup給電子電路的供應線28之間。該電源管理的操作如下：
a)當單元26偵測到發電器之HF部分中的至少一給定電壓(特別是HF諧振電路中或可選地在HF整流器之輸出的感應電壓)時，單元26的輸出被設定為第一邏輯值(例如，‘1’)，且模式信號DET表示有進入的HF電磁場。開關30被安排使得，當模式信號被設定為第一邏輯值時，此開關斷開(‘OFF’位置)且因此UHF發電器是不作用的(not active)，無論電壓VUHF是零或非零。裝置2的積體電路因此僅由HF部分供電，只要由模式偵測單元偵測到的電壓為至少等於所述給定電壓。此外，邏輯單元接收此模式信號，並啟動HF協定及相關聯的電路部分，特別是多工器被置於其中僅HF解調信號被傳輸到邏輯單元(沒有UHF信號被傳輸)的第一狀態。
b)當單元26並未偵測到在發電器之HF部分中的至少所述給定電壓時，單元26的輸出被設定為第二邏輯值(例如，‘0’)，且模式信號DET表示沒有進入的HF電磁場。開關30被導通並因此被關閉，若在此UHF部分中產生感應電壓，允許發電器之UHF部分供電給積體電路。此外，邏輯單元接收此模式信號並啟動UHF協定及相關聯的電路部分，特別是多工器被置於其中僅UHF解 調信號被傳輸到邏輯單元(沒有HF信號被傳輸)的第二狀態。
裝置2係因此被安排以便給予進入的HF電磁場優先權。可以由如上所述之類似的方法給予UHF電磁場優先權而做出相反的選擇。然而，較佳的是替代給予HF電磁場優先權，如上述US專利申請案所教示，為了給予在NVM記憶體中寫入資料優先權。應注意的是，此文件教示了發電器之UHF部分所產生的電壓對抹除及編程EEPROM或FLASH記憶體而言過低。因此，即使開關被安排在HF整流器輸出與儲存電容器之供應端子Vsup之間，該教示係給定的感應電壓在HF諧振電路中一被偵測到就選擇HF模式。
裝置2有許多的缺點。第一，存在一模式選擇，僅允許HF或UHF通訊，但不能兩者同時。因而，若在HF範圍中偵測到一給定的活動等級(activity level)，通常由於敏感性原因而為一低的等級，將停用UHF通訊使得在UHF範圍中沒有通訊可發生。若正進行UHF通訊，在HF部分中之給定電壓的偵測將停止此種通訊。最後，電源管理不允許被提供給裝置2的HF電磁場參與此裝置針對UHF通訊的電源供應，反之亦然。這是裝置2很大的一缺點。
在專利申請案US 2009/0117872中說明具有多個能量採集和通訊通道的被動裝置。此文件在其圖1A中說明一個一般實施例，在圖2A中給出更細節的電子設計。該被 動裝置包括兩個天線，其分別地耦合至兩個串聯配置的1級(1-stage)半波二極體整流器。這兩個整流器的輸出電容器因此被串聯連接，且一另外的共用電容器亦儲存來自兩個整流器的能量，以提供DC電源給該被動裝置。此實施方式是特定的。第一，應注意的是第一天線可提供能量給兩個整流器的兩個輸出電容器，而第二天線可僅提供能量給第二輸出電容器。此外，應注意的是各天線經由與天線串聯連接的入口電容器(entry capacitor)而耦合至電子電路。使用針對多能量採集的此種電子設計將發生若干問題。首先，電容耦合係一般用於遠遠高於通常選定在13,56MHz之HF頻率的頻率，特別是用於UHF頻率範圍。然而，在文件US 2009/0117872中所教示的該種整流器係較適合LF或HF信號。實際上，使用具有由第一天線所接收之HF信號及由第二天線所接收之UHF信號的此種發電器是不合理的。耦合電容器將會非常大，且由於其大小而有大量漏電流。為了在兩個整流器的入口處有大致相同的阻抗，用於HF頻道之入口電容器的大小應為用於UHF頻道之入口電容器的200倍大。因此，HF入口電容器將無法輕易地集成在積體電路中，因為這將需要過大的空間。此外，當分別由兩個天線所接收的兩個信號的頻率不同時，使用所述發電器將可能發生破壞性干擾使得能量損失。
文件US 2009/0117872之圖1B至圖1I中說明了其他具體實施例，但該教示似乎指示出這些是具有特殊功用的 特定範例。例如，參照圖1G的實施例，其記載兩個整流器的輸出電流必須是相同的，以及參照圖1H的實施例，其記載兩個RF整流器的各個輸出電壓約等於功率調節器的輸入電壓，亦即，兩個RF整流器的輸出電壓是大致相等的。大多數的時間，分別由兩個天線所接收的兩個不同的信號不會發生此種情況。此外，多能量採集的一個目的為能夠從一個來源或其他來源、或從具有不同的產生電壓的兩個來源採集能量。
本發明之目的為提供一雙頻HF-UHF RFID積體電路及包含此種積體電路之一雙頻HF-UHF辨識裝置，其克服前述先前技術之裝置的缺點，並提供此種積體電路一簡單且有效的電源供應配置。
為了這個目的，本發明係關於一雙頻HF-UHF RFID積體電路，包含一電源供應具有HF部分及UHF部分，該HF部分係由意圖被連接至由HF天線線圈及諧振電容器所形成的諧振電路的HF整流器形成，該UHF部分包含由充電泵所形成且意圖被連接至UHF天線的UHF整流器。此RFID積體電路另外包含電源供應之HF及UHF部分共用的儲存電容器，HF整流器輸出及UHF整流器輸出兩者被連續地連接至共用儲存電容器之供應端子。共用儲存電容器之供應端子經由一二極體被連接至HF整流器之輸出，該二極體被配置以阻擋從此供應端子至HF整流器輸出的 電流。
透過「連續地連接」，其由以下構成：無選擇開關或其他選擇機構，其中當HF及UHF整流器二者皆在它們個別的輸入端子處接收至少有用的感應電壓時，該選擇開關或其他選擇機構選擇HF整流器或UHF整流器作為用於裝置之電源供應的發電器。換句話說，沒有停用機構，其中該停用機構給予HF及UHF整流器其中一者優先權，並避免另一者供電給電子裝置。
本發明之RFID積體電路的主要優點為，在供電此積體電路的HF發電器及UHF發電器之間沒有選擇。此意謂著，與所使用的通訊協定(HF或UHF)無關，由HF諧振電路及UHF天線所捕獲的進入的HF及UHF電磁場二者可參與電源供應。應注意的是，由個別的天線所接收到的HF及UHF電磁場的強度可隨時間函數變化。本發明之電源供應允許，在第一時間間隔期間，電源供應主要經由HF發電器提供，且在第一時間間隔之後的第二時間間隔期間，主要經由UHF發電器提供。在另一情況中，HF及UHF發電器二者提供足夠的電壓來充電儲存電容器及供電給積體電路。特別是，經由UHF頻道的通訊可發生在當RFID積體電路主要由辨識裝置之HF諧振電路所捕獲的HF進入的電磁場供電時。當經由HF頻道的通訊發生時，HF發電器通常比UHF發電器提供更多電力。然而，取決於HF訊問器及UHF訊問器相對於辨識裝置的位置，有在HF通訊期間，UHF發電器可協助RFID積體電路之電源 供應的情況。在所有情況中，透過使用所有捕獲的電磁場，電源供應是高效的。此種高效的電源供應仍可由簡單的電子電路而得到，因此不會增加成本或電源供應電路中的電力損失。
二極體配置在HF整流器之輸出及共用儲存電容器之供應端子之間，用以阻擋從供應端子至HF整流器輸出的電流，避免由UHF發電器所提供的供應電流的一部分在電源供應之HF部分中耗散。提供此種保護用以當RFID積體電路主要經由UHF發電器供電時，特別是在沒有HF電磁場時，將電力損失降到最低。此種二極體是重要的，因為由電源供應之UHF部分產生的電力通常相對地低，特別是當UHF訊問器遠離RFID辨識裝置時。
根據一較佳的變型，用於限制由HF整流器所提供之電流的電阻器被配置在此HF整流器之輸出以及共用儲存電容器之供應端子之間。此外，儲存電容器之供應端子可進一步被連接至一分流穩壓器(shunt voltage regulator)調節，以便調節在電源供應之供應線上提供的供應電壓VSUP，並且亦限制在UHF發電器之輸出的電壓位準。電流限制電阻器亦與共用儲存電容器一起形成LF濾波器。此LF濾波器可幫助進一步過濾任何可能在HF整流器之輸出的VHF節點上發生的供應雜訊。
根據一特定的變型，共用儲存電容器之供應端子係直接地連接至UHF整流器之輸出。此特徵亦有益於先前給出的理由。透過直接連接，其由以下構成：無顯著耗電的 電子元件，較佳地除了在儲存電容器之供應端子與UHF整流器之輸出之間的電通路之外無電子元件。
2‧‧‧雙頻HF-UHF辨識裝置
4‧‧‧HF部分
6‧‧‧UHF部分
8‧‧‧諧振電容器
10‧‧‧HF天線線圈
12‧‧‧HF整流器
14‧‧‧類比HF前端
16‧‧‧UHF天線
18‧‧‧UHF整流器
20‧‧‧類比UHF前端
22‧‧‧邏輯單元
24‧‧‧非揮發性記憶體(NVM)
26‧‧‧模式偵測單元
28‧‧‧供應線
30‧‧‧開關
31‧‧‧第一控制線
32‧‧‧第二控制線
42‧‧‧雙頻HF-UHF辨識裝置
44‧‧‧HF部分
46‧‧‧平滑電容器
48‧‧‧UHF部分
50‧‧‧儲存電容器
52‧‧‧二極體
54‧‧‧電阻器
56‧‧‧分流穩壓器
隨後將參照附圖，透過範例方式但不侷限於此而更詳細地說明本發明，其中：圖1，如已描述地，示意性地示出先前技術的雙頻辨識裝置；以及圖2示出依據本發明的被動雙頻HF-UHF辨識裝置之電源供應。
將在圖2的協助下說明本發明之較佳實施例，圖2示出雙頻HF-UHF辨識裝置42之電源供應，包含一RFID積體電路，連接至HF天線線圈10及連接至UHF天線16。RFID電路之電源供應包含一HF部分44及一UHF部分48。HF部分包含一HF整流器12，連接至由HF天線10及諧振電容器8所形成的諧振電路，此諧振電路可選地提供正及負電壓至HF整流器之輸入端子V1a及V1b。HF整流器之輸出被連接至平滑電容器46之一端子，並在此端子提供第一供應電壓VHF。在一變型中，HF整流器係關聯於一電壓放大電路用於產生第一供應電壓。UHF部分48主要包含一UHF整流器18，其由鏈接至UHF天線16之兩條導線的充電泵形成。此UHF整流器在其兩個輸入 端子V2a及V2b接收正及負感應電壓，並被配置以在其輸出提供第二供應電壓VUHF。根據本發明，RFID積體電路進一步包含一儲存電容器50，其由辨識裝置42之電源供應的HF部分44及UHF部分48共用，HF整流器輸出及UHF整流器輸出二者皆連續地連接至共用儲存電容器之供應端子。
所述共用儲存電容器50之供應端子，一方面經由被配置以阻擋從所述供應端子至HF整流器輸出之電流的二極體52連接至HF整流器12之輸出，並且另一方面直接地連接至UHF整流器之輸出。本發明之摘要中已說明此種電子設計的一些優點。
根據本發明之一特定的變型，儲存電容器50之供應端子係進一步被連接至一分流穩壓器56，其能夠吸收分路電流ISh以調節在供應線28上的供應電壓VSUP。此外，用於限制來自HF整流器之電流的電阻器54被配置在HF整流器之輸出及所述供應端子之間。
圖2中所示之電源供應電路可以在各種不同的RFID積體電路中實現，且可與其他的特定電路相關聯，該特定電路被配置用於控制此種電路之功率消耗，特別是將它們的功率消耗降到最低。在電池輔助的HF-UHF辨識裝置的情況中，RFID積體電路可具有與聆聽模式相關聯的喚醒電路。在特定的實施例中，RFID積體電路包含HF電磁場偵測器及/或UHF電磁場偵測器，其被配置用於啟動或控制此RFID積體電路的某些部分。用於調節供應電壓VSUP 及/或保護RFID積體電路之某些部分的其他機構，以及特定的升壓機構(特別是用於進一步增加供應電壓的電壓放大器)可由熟習此技藝之技術人士設置。
8‧‧‧諧振電容器
10‧‧‧HF天線線圈
12‧‧‧HF整流器
16‧‧‧UHF天線
18‧‧‧UHF整流器
28‧‧‧供應線
42‧‧‧雙頻HF-UHF辨識裝置
44‧‧‧HF部分
46‧‧‧平滑電容器
48‧‧‧UHF部分
50‧‧‧儲存電容器
52‧‧‧二極體
54‧‧‧電阻器
56‧‧‧分流穩壓器

Claims (5)

  1. 一種雙頻HF-UHF RFID積體電路，包含：電源供應，具有HF部分(44)以及UHF部分(48)，該HF部分(44)由由HF整流器(12)形成，該HF整流器(12)具有兩輸入端子被連接至並聯連接的HF天線線圈(10)及諧振電容器(8)所形成之諧振電路的兩端子，該諧振電路接收HF場並交替地提供正電壓和負電壓到該HF整流器(12)的該等輸入端子，該UHF部分(48)包含由充電泵形成連接至UHF天線的UHF整流器(18)，以及該電源供應之該HF及UHF部分共用的儲存電容器(50)；其中該HF整流器輸出及該UHF整流器輸出皆連續地連接至該共用儲存電容器之該供應端子；以及該共用儲存電容器(50)之該供應端子係經由二極體(52)連接至該HF整流器之該輸出，該二極體(52)被配置以阻擋從該供應端子至該HF整流器輸出的電流。
  2. 如請求項1之雙頻HF-UHF RFID積體電路，其中該共用儲存電容器(50)之該供應端子係直接地連接至該UHF整流器(18)之該輸出。
  3. 如請求項1之雙頻HF-UHF RFID積體電路，其中 用於限制由該HF整流器所提供之電流的電阻器(54)被配置在該HF整流器之該輸出及該供應端子之間。
  4. 如請求項3之雙頻HF-UHF RFID積體電路，其中該儲存電容器(50)之該供應端子係進一步連接至分流穩壓器(56)。
  5. 一種雙頻HF-UHF辨識裝置(42)，包含：如請求項1至4之任一項的雙頻HF-UHF RFID積體電路，該諧振電路，由該HF天線線圈(10)及該諧振電容器(8)形成，被連接至如請求項1至4之任一項的雙頻HF-UHF RFID積體電路之該HF整流器(12)，以及該UHF天線(16)，被連接至如請求項1至4之任一項的雙頻HF-UHF RFID積體電路之該UHF整流器(18)。
TW105105121A 2015-03-10 2016-02-22 雙頻ｈｆ－ｕｈｆ rfid 積體電路以及雙頻ｈｆ－ｕｈｆ辨識裝置 TWI701600B (zh)

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EP15158483 2015-03-10
EP15158483.6 2015-03-10

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TW201642174A TW201642174A (zh) 2016-12-01
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