具有射頻識別和電子物品監(jiān)視功能的雙模芯片的制作方法
【專利摘要】雙模探測設(shè)備提供了射頻識別和電子物品監(jiān)視功能二者。所述設(shè)備包括具有邏輯電路和非易失性存儲器的雙模微芯片，所述雙模微芯片具有電子物品監(jiān)視(EAS)功能和射頻識別(RFID)功能。天線操作地耦合至所述微芯片用于操作RFID功能。線圈操作地耦合至所述微芯片，并且電容器集成進入所述微芯片使得在特定頻率下使所述線圈共振，其中超過所述電容器的擊穿電壓改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)。
【專利說明】具有射頻識別和電子物品監(jiān)視功能的雙模芯片
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2011年11月I日提交的美國專利申請?zhí)?3/286,477的權(quán)益，其通過參考以其整體并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實施方式一般地涉及使用射頻識別技術(shù)的電子物品監(jiān)視。更具體地，該實施方式涉及射頻識別和電子物品監(jiān)視簽條。
【背景技術(shù)】
[0004]電子物品監(jiān)視(EAS)技術(shù)是廣泛使用的用于防止從零售店和其它商店盜竊的方法。當物品穿過商店中的門控區(qū)域時，EAS技術(shù)用于識別物品。實際上，將EAS簽條或標簽附至物品。簽條是去激活的以便它不發(fā)出警報。如果該簽條是硬的、可再生的簽條，當顧客購買帶簽條的物品時，使用拆卸器將其去除。如果該簽條是一次性的，其可通過平板或手持掃描儀上刷掃物品去激活。
[0005]射頻識別(RFID)系統(tǒng)在全世界范圍使用。附在產(chǎn)品的簽條或標簽應(yīng)答通過傳輸器天線發(fā)射的特定頻率。通過接收器天線接收來自RFID簽條的應(yīng)答。當匹配特定標準時，這處理簽條應(yīng)答信號并且觸發(fā)報警。RFID EAS簽條本質(zhì)上是具有共振峰頻率在約2MHz和約IOMHz之間的LC電路。最普遍的頻率是8.2MHz。通過在諧振頻率下使簽條經(jīng)歷強磁場以誘使電壓超過擊穿電壓，該8.2MHz簽條去激活，并且通過部分地破壞電容器使電路失諧。
[0006]當前，高頻(HF)EAS簽條需要制造平行板電容器以使線圈在8.2MHz下共振。另外，線圈必須具有限定的擊穿電壓以通過將其暴露于高場強允許設(shè)備去激活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施方式涉及用于制造雙模超高頻率(UHF)和HF EAS簽條的方法，平衡在方法中制造兼容的低成本線圈與制造高功能UHF天線的能力。在一個實施方式中，該新型芯片具有多個接線口，包括用于UHF天線的第一接線口，以及用于低頻率線圈結(jié)構(gòu)的第二接線口。將電容器提供至芯片內(nèi)部以便于使線圈共振?？墒褂每刂崎_關(guān)使得EAS功能可根據(jù)指令和通過施加高場強的常規(guī)方法去激活。如果該控制開關(guān)被省略，芯片中的電容器可具有限定的擊穿電壓，能夠正常去激活。任選地，可進行電容器的擊穿以損壞或分離存儲器的區(qū)域，以便可經(jīng)UHF RFID接口通過讀取存儲器狀態(tài)確認去激活狀態(tài)。在另一個實施方式中，UHF RFID和EAS功能共享連接，芯片內(nèi)的并聯(lián)電容器在UHF頻率下經(jīng)電感器連接以允許與UHF天線連接。
[0008]在示例性實施方式中，雙模探測設(shè)備提供了射頻識別和電子物品監(jiān)視功能二者。該設(shè)備包括具有邏輯電路和非易失性存儲器的雙模微芯片，該雙模微芯片具有電子物品監(jiān)視(EAS)功能和射頻識別(RFID)功能。天線操作地耦合至微芯片用于操作RFID功能。線圈操作地耦合至微芯片，并且電容器集成進入微芯片使得在特定頻率下使線圈共振，其中超過電容器的擊穿電壓改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)。
[0009]附圖簡述
[0010]從如下結(jié)合附圖的實施方式的以下詳細描述，本公開的實施方式的這些和其它優(yōu)勢和方面將變得顯而易見并且更容易理解。
[0011]圖1圖解了在示例性實施方式中雙模RFID/EAS芯片的基本結(jié)構(gòu)。
[0012]圖2圖解了在示例性實施方式中將線圈與UHF天線結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0013]圖3圖解了如何可通過不同的機制設(shè)定EAS控制開關(guān)。
[0014]圖4圖解了在示例性實施方式中由鐵磁介電材料加工的電容器的使用。
[0015]圖5圖解了使用另外的可開關(guān)的電容器以改變諧振頻率的示例性實施方式。
[0016]圖6圖解了在示例性實施方式中用作線圈和UHF天線二者的結(jié)構(gòu)。
[0017]圖7圖解了用于EAS UHF FID簽條的可替代的構(gòu)造，其中電容器在RFID芯片的外部。
【具體實施方式】
[0018]提供了以下描述作為包括目前已知的最佳實施方式的本發(fā)明的實施方式的可行的教導(dǎo)。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到可對描述的實施方式做出許多改變，同時仍獲得有益的結(jié)果。顯而易見，通過選擇實施方式的一些特征而不利用其它特征可獲得描述的實施方式的期望的益處。相應(yīng)地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到對描述的實施方式的許多修飾和調(diào)整是可能的并且在某些情況下甚至是可期望的。因此，提供了以下描述作為本發(fā)明實施方式的原理的說明并且不限于其，因為本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求限定。
[0019]本文公開的實施方式包括具有適合的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的新型芯片，其確保能夠在相對高的頻率例如800-1000MHZ下的RFID讀取，以及在相對低的頻率比如8.2MHz下的EAS功能。不像EAS設(shè)備在較低的頻率下操作，UHF RFID設(shè)備不是通常地作為簡單諧振器操作。
[0020]具有識別用于庫存管理和物流的產(chǎn)品的機構(gòu)，以及具有頻繁地描述為電子物品監(jiān)視(EAS)的防盜零件，對于零售商是重要的?？善谕麑FID和EAS技術(shù)合并成單個結(jié)構(gòu)以降低成本；然而EAS技術(shù)的某些特征使此變困難。例如，對于需要在大約8.2MHz下的諧振器的HF EAS方案，必須提供使線圈共振的電容器以及使設(shè)備去激活的方法，其通常通過將設(shè)備放置在8.2MHz強磁場中使得橫跨電容器產(chǎn)生引起它改變其特征的高電壓實現(xiàn)。
[0021]在公開的實施方式中，描述了結(jié)合需要制造RFID簽條以及EAS設(shè)備的功能的芯片，連同其中兩種技術(shù)可相互作用的途徑，使得將增強的特征和適應(yīng)性提供至使用者/顧客。
[0022]在示例性實施方式中，芯片包括以下部件的一些或全部:
[0023]1.輸入，其用于連接UHF天線，允許到達和來自適合的閱讀器系統(tǒng)的攜帶數(shù)據(jù)的信號的接收和反向散射；
[0024]2.輸入，其用于連接線圈；
[0025]3.集成進入芯片的電容器，其在期望的頻率例如8.2MHz下使線圈共振，并且任選地具有限定的擊穿電壓；
[0026]4.上述電容器，其中電容器的擊穿改變通過UHF RFID電路訪問的芯片中的存儲位置的狀態(tài)；[0027]5.具有非易失性狀態(tài)的開關(guān)，其影響線圈的共振條件使得通過EAS門被探測到或不被探測到；
[0028]6.包含非易失性存儲器的邏輯電路，其保留EAS功能的狀態(tài)；
[0029]7.線圈輸入上的水平探測器，其可經(jīng)內(nèi)部邏輯設(shè)定EAS功能的狀態(tài)；和
[0030]8.整流器電路，其可從UHF輸入信號或UHF信號和橫跨線圈存在的信號二者獲取電源用于操作芯片。
[0031]圖1圖解了包括具有標為1-4的四個連接點的雙模芯片10的設(shè)備20的基本結(jié)構(gòu)。連接2和3用于UHF遠場或近場天線12，并且連接I和4用于連接設(shè)計為與內(nèi)部電容器16共振的線圈14。顯示為晶體管的控制開關(guān)18橫跨電容器16連接，使得當開關(guān)18是相對地開路時，共振電路(14，16)用作8.2MHz EAS設(shè)備，并且當其是相對地短路時，EAS功能被禁用。任選地，在短路狀態(tài)中開關(guān)18將強加電壓至足夠低的水平以操作該設(shè)備的邏輯電路，但是在8.2MHz下具有足夠低水平的能量吸收，使得設(shè)備20在門處不觸發(fā)EAS警報。
[0032]從線圈14至芯片10的連接件22允許電源運行從通過線圈14探測的8.2MHz信號獲取的邏輯電路。另外，可探測存在的信號的水平。芯片10具有兩種EAS狀態(tài):使能和禁用。狀態(tài)之間的改變可以以許多方式管理。
[0033]經(jīng)UHF FID接口。通過從閱讀器系統(tǒng)的指令非易失性存儲比特可設(shè)定為使能或禁用。任選地，改變狀態(tài)的能力可需要密碼或其它憑證。
[0034]經(jīng)HF EAS接口。通過超過限定的閾值例如100伏特的橫跨線圈14的信號的水平，可設(shè)定存儲比特的狀態(tài)。該水平與接近標準HF EAS解碼器放置的設(shè)備20相關(guān)。
[0035]當處于禁用狀態(tài)時，橫跨線圈14的電壓上升，直到芯片10的內(nèi)部整流器和電荷泵增加至允許其偏壓開關(guān)18的水平，從而禁用EAS探測功能。
[0036]任選地，可禁用開關(guān)18的缺省狀態(tài)，并且僅可當設(shè)備20需要用于EAS功能時使能。這使得電容器16在制造期間被保護避免過電壓，比如靜電放電，并且僅當被保護時使倉泛。
[0037]在替代的實施方式中，通過在晶體管的柵區(qū)上形成的電容器(未顯示)提供了用于開關(guān)18的偏壓，使得其導(dǎo)電率獨立于施加的電壓。
[0038]圖2顯示了在一個實施方式中與線圈和UHF天線結(jié)合的簡單的結(jié)構(gòu)24。在該實施方式中，芯片被附在帶上，然后將帶連接至在共用基板上形成的由線圈部分和偶極部分組成的天線24?？商娲刂苯有酒B接至帶，使用比如倒轉(zhuǎn)芯片或引線接合的方法可與適合的線圈和天線結(jié)構(gòu)一起使用。雖然顯示了偶極結(jié)構(gòu)，可利用許多可替代的UHF天線結(jié)構(gòu)，比如縫隙天線、環(huán)形天線、或其組合。
[0039]圖3圖解了具有進一步細節(jié)的實施方式:通過經(jīng)UHF接口的指令和可在其它輸入端探測的信號的特征比如信號水平或頻率二者，如何能夠管理EAS控制開關(guān)18。電容器16使線圈14在期望的頻率比如8.2MHz下共振。具有非易失性狀態(tài)的EAS控制開關(guān)18影響線圈14的共振條件使得其通過EAS門被探測到或不被探測到。RFID邏輯電路30包含非易失性存儲器，其在非易失性存儲比特32中保留EAS功能的狀態(tài)。在線圈輸入端的水平探測器34經(jīng)內(nèi)部RFID邏輯30可設(shè)定EAS功能的狀態(tài)(使能，禁用)。
[0040]圖4圖解了使用由鐵電介電材料組成的電容器40的實施方式，其可具有兩種單獨的電容狀態(tài)。經(jīng)RFID接口或通過施加的信號可控制電容器40的狀態(tài)。[0041]圖5顯示了進一步的實施方式，其中EAS控制開關(guān)18改變電容，并且因此線圈14和電容器的操作頻率結(jié)合。將第二電容器50添加至探測設(shè)備以改變線圈的諧振頻率，例如，當開關(guān)18關(guān)閉時，線圈14和芯片電容的諧振頻率可以是8.2MHz，通過EAS門可探測到，并且當開關(guān)18打開時,可改變至4.1MHz,通過EAS門不可探測。
[0042]在圖6中顯示了可替代的布置，其中UHF RFID功能和HF EAS功能可被容納在到芯片的單對觸點上。芯片包括串聯(lián)組合的內(nèi)部電容器62和電感器64,在不例性實施方式中，其在152.5MHz的區(qū)域具有諧振頻率。如本領(lǐng)域已知，低于共振頻率，串聯(lián)組合看起來是電容性的，并且高于共振誘導(dǎo)。在8.2MHz下，該33nH電感器64具有1.7歐姆的電抗，因此電容器62具有588歐姆的電抗，并且電容性的電抗占優(yōu)勢。在915MHz的UHF RFID共有頻率下，該33nH電感器64具有190歐姆的電抗，并且電容器62僅5.3歐姆，并且誘導(dǎo)電抗占優(yōu)勢。這允許RFID芯片在兩種頻率下有效地具有兩種非常不同的阻抗；在8.2MHz下，它表現(xiàn)為電容器，并且與線圈結(jié)構(gòu)14共振，并且在UHF下它看起來是可誘導(dǎo)的，使RFID芯片能基本上與如線圈14相同的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的UHF天線模式共軛匹配。
[0043]內(nèi)部RFID芯片包含開關(guān)，確保改進用作EAS模式的HF共振的行為，并且在UHF頻率下與用于執(zhí)行UHF RFID功能的天線結(jié)合創(chuàng)造調(diào)制的反向散射。
[0044]圖7顯示了 EAS UHF RFID簽條的可替代的構(gòu)造，其中電容器62在RFID芯片10的外部。此外，僅需要兩個連接件至該芯片，但是它們被放置在雙模天線結(jié)構(gòu)65中的點處，所述雙模天線結(jié)構(gòu)在UHF下這些點之間產(chǎn)生大量的電感，將UHF輸入端與需要使線圈共振的高電容隔離。電容器結(jié)構(gòu)62經(jīng)UHF誘導(dǎo)部分與線圈14共振。橋或帶67可用于連接天線結(jié)構(gòu)65。
[0045]在圖1中顯示的芯片設(shè)計的另外的特征是，通過整流來自線圈連接件的電源，UHFRFID電路20可在比正常獲得的低得多的UHF信號強度下操作。圖6圖解了可獲取電源用于從UHF輸入信號或UHF信號和橫跨線圈存在的信號14 二者操作芯片的電路。該結(jié)構(gòu)用作線圈14和UHF天線二者。內(nèi)部電感器64在允許UHF天線與芯片10匹配的UHF頻率下占優(yōu)勢。低頻率電容器62在HF頻率下占優(yōu)勢。隨著使能設(shè)備20接近商店出口，線圈14上的信號強度將上升，UHF RFID設(shè)備20使能并且使它可能與在出口大門處的閱讀器通信，給出產(chǎn)品的識別。由于通過低頻率信號提供電源，芯片10能夠以大大增強的靈敏度應(yīng)答。低頻率吸收的探測將觸發(fā)門；然而，在商店職員不能防止盜竊發(fā)生的情況下，相比如果芯片10操作為正常無源UHF RFID簽條的情況，被偷產(chǎn)品的ID更可能被讀取。
[0046]任何權(quán)利要求中的所有手段加功能元件的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動作和等同物，旨在包括用于執(zhí)行與如具體要求地與其它權(quán)利要求要素組合的功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識示例性實施方式的許多修飾是可能的，而不背離本發(fā)明的范圍。
[0047]另外，可能使用本公開的實施方式的一些特征，而不相應(yīng)地使用其它特征。相應(yīng)地，提供了示例性實施方式的以上描述，出于說明本發(fā)明的原則的目的，并且不限于其，因為本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.雙模探測設(shè)備，其包括: 雙模微芯片，其包括邏輯電路和非易失性存儲器，其中所述雙模微芯片具有電子物品監(jiān)視(EAS)功能和射頻識別(RFID)功能； 天線，其操作地耦合至所述微芯片，用于操作RFID功能； 線圈，其操作地耦合至所述微芯片；和 集成進入所述微芯片的電容器，其在特定頻率下使所述線圈共振，其中超過所述電容器的擊穿電壓改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)。
2.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，進一步包括具有非易失性狀態(tài)的控制開關(guān)，其控制所述線圈的共振條件使得其被EAS門探測到或不被探測到。
3.權(quán)利要求2所述的雙模探測設(shè)備，其中所述控制開關(guān)包括橫跨所述電容器連接的晶體管，使得當所述開關(guān)是開路時，EAS功能是可操作的，并且當所述開關(guān)是短路時，EAS功能被禁用。
4.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中所述設(shè)備在超高頻率下操作用于執(zhí)行RFID功能和在高頻下操作用于執(zhí)行EAS功能。
5.權(quán)利要求4所述的雙模探測設(shè)備，其中所述雙模微芯片具有EAS使能狀態(tài)和EAS禁用狀態(tài)。
6.權(quán)利要求5所述的雙模探 測設(shè)備，其中通過來自RFID閱讀設(shè)備的指令改變所述EAS使能和禁用狀態(tài)，以經(jīng)所述微芯片的超高頻接口在非易失性存儲器中設(shè)定比特。
7.權(quán)利要求5所述的雙模探測設(shè)備，其中通過增加橫跨線圈施加的電壓信號的水平高于閾值水平改變所述EAS使能和禁用狀態(tài)，以經(jīng)所述微芯片的高頻接口在非易失性存儲器中設(shè)定比特。
8.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，進一步包括所述線圈的輸入接頭上的水平探測器，其經(jīng)邏輯電路設(shè)定EAS功能的狀態(tài)。
9.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，進一步包括從超高頻率輸入信號獲取用于操作所述微芯片的電源的整流器電路。
10.權(quán)利要求9所述的雙模探測設(shè)備，其中所述整流器電路從所述超高頻率輸入信號和橫跨所述線圈存在的信號的組合獲取用于操作所述微芯片的電源。
11.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中所述天線在超高頻率下操作。
12.權(quán)利要求11所述的雙模探測設(shè)備，其中所述天線包括偶極結(jié)構(gòu)。
13.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中操作所述邏輯電路的電源通過從所述線圈至所述微芯片的電連接提供并且從在被所述線圈探測的諧振頻率下的信號獲取。
14.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中所述諧振頻率是8.2MHz。
15.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中所述電容器包括鐵電介電材料。
16.權(quán)利要求1所述的雙模探測設(shè)備，其中鐵電介電材料提供可調(diào)諧電容。
17.雙模探測設(shè)備，其包括: 雙模微芯片，其包括邏輯電路和非易失性存儲器，其中所述雙模微芯片具有電子物品監(jiān)視(EAS)功能和射頻識別(RFID)功能； 天線，其操作地耦合至微芯片，用于操作所述RFID功能； 線圈，其操作地耦合至所述微芯片；集成進入所述微芯片的電容器，其在特定頻率下使所述線圈共振并且改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)；和 控制開關(guān)，其用于改變所述線圈和電容器的組合的操作頻率。
18.權(quán)利要求17所述的雙模探測設(shè)備，其中所述控制開關(guān)包括橫跨所述電容器連接的晶體管，使得當所述開關(guān)是開路時，所述EAS功能是可操作的，并且當所述開關(guān)是短路時，所述EAS功能被禁用。
19.權(quán)利要求17所述的雙模探測設(shè)備，進一步包括改變所述線圈的諧振頻率的第二電容器。
20.權(quán)利要求19所述的雙模探測設(shè)備，其中當所述開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，所述諧振頻率為8.2MHZ并且當所述開關(guān)處于打開狀態(tài)時為4.1MHz0
21.權(quán)利要求20所述的雙模探測設(shè)備，其中當在8.2MHz的諧振頻率下操作時，所述設(shè)備通過EAS門是可探測的并且當在4.1MHz的諧振頻率下操作時是不可探測的。
22.雙模探測設(shè)備，其包括: 包括非易失性存儲器的 雙模微芯片，其中所述雙模微芯片在高頻下以電子物品監(jiān)視(EAS)模式操作并且在超高頻率下以射頻識別(RFID)模式操作； 天線，其操作地耦合至所述微芯片，用于操作所述RFID功能； 操作地耦合至所述微芯片的結(jié)構(gòu)，當所述設(shè)備處于RFID模式時其操作為天線，并且當所述設(shè)備處于EAS模式時其操作為線圈； 集成進入所述微芯片的電容器，其在特定頻率下使所述線圈共振，并且改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)； 電感器，當所述設(shè)備在超高頻率下操作時，其使得所述結(jié)構(gòu)用作匹配所述微芯片的阻抗的超聞頻率天線；和 控制開關(guān)，其用于改變所述線圈和電容器的組合的操作頻率。
23.雙模探測設(shè)備，其包括: 包括非易失性存儲器的雙模微芯片，其中所述雙模微芯片在高頻下以電子物品監(jiān)視(EAS)模式操作并且在超高頻率下以射頻識別(RFID)模式操作； 天線，其操作地耦合至所述微芯片，用于操作所述RFID功能； 操作地耦合至所述微芯片的結(jié)構(gòu)，當所述設(shè)備處于RFID模式時其操作為天線并且當所述設(shè)備處于EAS模式時其操作為線圈； 集成進入所述微芯片的電容器，其在特定頻率下使所述線圈共振，并且改變非易失性存儲器中存儲位置的狀態(tài)； 電感器，當所述設(shè)備在超高頻率下操作時，其使得所述結(jié)構(gòu)用作匹配所述微芯片的阻抗的超聞頻率天線；和 控制開關(guān)，其用于改變所述線圈和電容器的組合的操作頻率。
24.權(quán)利要求23所述的雙模探測設(shè)備，進一步包括從超高頻率輸入信號獲取用于操作所述微芯片的電源的整流器電路。
25.權(quán)利要求24所述的雙模探測設(shè)備，其中所述整流器電路從超高頻率輸入信號和橫跨所述線圈存在的信號的組合獲取用于操作所述微芯片的電源。
【文檔編號】G06K19/07GK104011744SQ201280064597
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月1日
【發(fā)明者】I·J·福斯特 申請人:艾利丹尼森公司