專利名稱：調(diào)制補(bǔ)償箝位電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別裝置(“RFID”)，尤其涉及近距離操作的RFID。
背景技術(shù)：
遠(yuǎn)程電子識別裝置通常由遠(yuǎn)程放置的轉(zhuǎn)發(fā)器(transponder)和問答器(interrogator)單元構(gòu)成。這種裝置的操作范圍依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器單元的以下構(gòu)造。例如，在Beigel的4,333,072號美國專利中，遠(yuǎn)程識別系統(tǒng)由與植入管(implant)電路(轉(zhuǎn)發(fā)器)近距離操作的探頭(probe)電路構(gòu)成。當(dāng)探頭電路靠近植入管時植入管電路被上電，從而由植入管中的線圈兩端的電感來產(chǎn)生電壓。通過改變植入管線圈上的電感性負(fù)載并檢測探頭中的這種變化，從而把來自植入管的信息轉(zhuǎn)移到探頭。此操作模式要求探頭與植入管靠得很近，因而大大限制了這些裝置的操作范圍。
其它遠(yuǎn)程識別系統(tǒng)使用射頻信令在問答器和轉(zhuǎn)發(fā)器之間提供通信鏈路。在一類這樣的射頻識別(RFID)裝置中，RF信號包括發(fā)射到轉(zhuǎn)發(fā)器裝置的功率信號。此功率信號對轉(zhuǎn)發(fā)器中的電源電容器充電，該電容器起到轉(zhuǎn)發(fā)器的電源的作用。轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)據(jù)發(fā)射包括產(chǎn)生和發(fā)射射頻能量。電源電容器必須具有足夠的尺寸為這種發(fā)射提供足夠的功率。這種轉(zhuǎn)發(fā)器允許讀取2米數(shù)量級的距離。然而，這種轉(zhuǎn)發(fā)器在需要小尺寸的應(yīng)用中是不實(shí)際的；例如，通過把該裝置植入皮下而進(jìn)行家畜識別。
在第三類的RFID中，另一種方案組合了以上兩個設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。問答器發(fā)射包括功率信號的RF信號。由接收到的功率信號在轉(zhuǎn)發(fā)器線圈的兩端感應(yīng)出的電壓足以操作轉(zhuǎn)發(fā)器電路，但不足以產(chǎn)生它自己的無線電信號。與線圈并聯(lián)耦合的電容器形成一振蕩電路，其Q值通過改變振蕩電路兩端的電阻性負(fù)載而變化。振蕩電路的這種調(diào)諧變化導(dǎo)致問答器可檢測到的反射信號的變化。于是，轉(zhuǎn)發(fā)器能通過相應(yīng)地調(diào)制電阻性負(fù)載并允許問答器檢測到反射信號中的變化，從而把其數(shù)據(jù)簡單地傳送到問答器。
通常利用過壓電路來防止裝置產(chǎn)生過壓狀態(tài)。已有技術(shù)的方案包括使用齊納二極管，該二極管的擊穿電壓處于某一電平，超過這個電平，則電壓將危害轉(zhuǎn)發(fā)器。此二極管耦合在轉(zhuǎn)發(fā)器線圈的引腳之間。線圈兩端存在的過壓狀態(tài)引起齊納二極管導(dǎo)通，繼而驅(qū)動Vdd接地并有效地?cái)嚅_裝置。5,479,172號美國專利揭示了另一個方案，其中把Vdd與基準(zhǔn)電壓相比并接通分流(shunting)晶體管以使來自整流器的電流分流到地，從而把Vdd限制在基準(zhǔn)電壓。
當(dāng)問答器在近距離范圍內(nèi)操作時產(chǎn)生了問題。來自問答器的強(qiáng)信號使轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)的過壓電路導(dǎo)通。因此，流入振蕩電路的電流既受到過壓電路的操作的影響，也受到經(jīng)調(diào)制的電阻性負(fù)載的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器嘗試通過改變負(fù)載電阻(它改變了進(jìn)入振蕩電路的電流)來發(fā)射數(shù)據(jù)時，電流的這種變化將被過壓電路的操作所屏蔽。
圖3所示的電路是典型的已有技術(shù)的轉(zhuǎn)發(fā)器，且示出這種屏蔽效應(yīng)是如何發(fā)生的。調(diào)制信號依據(jù)存儲在轉(zhuǎn)發(fā)器中的數(shù)據(jù)改變晶體管R的電導(dǎo)率(電阻)，繼而改變振蕩電路L/C的調(diào)諧。過壓電路22包括比較器21和分流器(shunt)23。當(dāng)過壓電路22接通時，不知道電流變化是由過壓狀態(tài)引起的，還是由晶體管R的調(diào)制引起的。當(dāng)調(diào)制器接通晶體管R時可能發(fā)生的是，可能已流過過壓分流器23的電流將改為流過晶體管R。電流流動的整個量值不變，因而振蕩電路的Q值沒有變化。由于Q(繼而調(diào)諧)保持不變，所以問答器要檢測的反射信號不變，繼而沒有數(shù)據(jù)發(fā)射。
因此，想要一種可與問答器近距離操作繼而表現(xiàn)出范圍寬的操作距離的轉(zhuǎn)發(fā)器。需要一種不受過壓電路的操作的影響的轉(zhuǎn)發(fā)器，該過壓電路可能因從近距離問答器接收到的強(qiáng)信號而接通。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，一種射頻識別(RFID)卡片(tag)包括用于接收由遠(yuǎn)程問答器單元在射頻(RF)載波上所發(fā)射的功率信號。通過依據(jù)從存儲器讀取的數(shù)據(jù)的函數(shù)來改變置于振蕩電路兩端的電阻性負(fù)載來把信息從卡片傳送到問答器。然后，由問答器來檢測發(fā)射信號的相應(yīng)變化。
電壓箝位電路提供了過壓保護(hù)。通過依據(jù)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的調(diào)制產(chǎn)生箝位電路的觸發(fā)。箝位器包括結(jié)合調(diào)制電路操作的分流裝置，從而即使在過壓狀態(tài)下也可進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射。
附圖概述

圖1示出依據(jù)本發(fā)明的RFID卡片的方框圖。
圖2示出本發(fā)明的調(diào)制電路。
圖3示出已有技術(shù)的調(diào)制方案。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方式參考圖1，射頻識別(RFID)系統(tǒng)100包括問答器單元102和換能器(transducer)單元(卡片)104。問答器102包括用于把RF信號發(fā)射到卡片104的發(fā)射線圈103。
卡片104包括拾取(pick-up)線圈Lt，該線圈Lt與電容器Ct一起形成振蕩電路120。耦合在振蕩電路兩端的是電壓箝位電路122、負(fù)載調(diào)制電路124和橋式全波整流器126。電壓箝位電路122是一種過壓保護(hù)裝置，它限制振蕩電路120兩端產(chǎn)生的最大電壓。在此裝置中，線圈Lt兩端的電壓可增加到相當(dāng)高的電平，尤其是當(dāng)負(fù)載很低而振蕩電路的Q值很高時。這種高壓可能引起裝置電子電路的故障。當(dāng)線圈兩端的電壓接近裝置的上限時，箝位電路122接通來增加箝位電路兩端的電流，繼而把電壓減小到更安全的電平。
調(diào)制電路124改變振蕩電路120兩端的負(fù)載，繼而改變振蕩電路的Q值因子。調(diào)制電路在控制器134的控制下進(jìn)行操作，該控制器相應(yīng)于待傳送到問答器102的數(shù)據(jù)來改變振蕩電路120的Q值。改變Q值改變了反射信號。于是，當(dāng)問答器檢測到反射信號中的相應(yīng)變化時“發(fā)射”了數(shù)據(jù)。
橋式整流器126對小的電源電容器Ct進(jìn)行充電，以提供了卡片所需的電源電壓Vdd。電源電壓給非易失性存儲器132供電，該存儲器132包括提供編程電壓Vpp的電壓泵。除了給換能器104提供內(nèi)部功率以外，橋式電路126還根據(jù)來自問答器102的輸入信號向時鐘產(chǎn)生器136提供時鐘信號。
存儲器132是由八個32位的頁構(gòu)成的256位的EEPROM。頁0形成24位的數(shù)據(jù)加上八個寫鎖定位。頁1-7為用戶頁。寫鎖定位確定是否可編寫相應(yīng)的32位頁。密碼保護(hù)是可行的。把密碼存儲在用戶頁7中。通過控制器134提供對存儲器132的讀寫訪問。解調(diào)器138對輸入的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行解調(diào)并把該數(shù)據(jù)饋送到控制器134中，然后控制器134把該數(shù)據(jù)寫到存儲器132。數(shù)據(jù)信號包括后接任意數(shù)據(jù)位序列的一系列命令位。
轉(zhuǎn)到圖2，調(diào)制電路124包括驅(qū)動負(fù)載晶體管129的柵極的編碼器/調(diào)制器117。負(fù)載晶體管129的漏極和源極耦合在振蕩電路120兩端的端子。包括編碼器/調(diào)制器117的調(diào)制信號119的輸出脈沖調(diào)制負(fù)載晶體管129，使該晶體管接通和斷開。當(dāng)負(fù)載晶體管129在導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)之間交換時，振蕩電路120的Q值(即，其調(diào)諧)相應(yīng)地改變。編碼器/調(diào)制器117可以是各種眾所周知的編碼方案，包括Manchester(雙相)、Miller、差分雙相以及經(jīng)修正的差分雙相編碼。然后，可通過相移鍵控或頻移鍵控對經(jīng)編碼的信號進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)制。
依據(jù)本發(fā)明，電壓箝位電路122包括具有位于振蕩電路120兩端的源-漏連接的分流晶體管123。比較器121的輸出驅(qū)動分流晶體管123的柵極。
檢測器127檢測線圈Lt兩端的電勢差Vc，把它饋送到比較器的第一輸入端A。電壓選擇器125把兩個基準(zhǔn)電壓Vref1和Vref2中的一個電壓切入比較器121的第二輸入端B中。把調(diào)制信號119饋送到選擇器125以在Vref1和Vref2之間進(jìn)行切換。當(dāng)A輸入端上的電壓超過B輸入端上的電壓時，比較器121輸出大于分流晶體管123的閾值電壓Vt的電壓，從而接通分流電阻器。當(dāng)輸入端A上的電壓小于B輸入端上的電壓時，比較器121輸出小于Vt的電壓，它將使分流晶體管123保持在斷開狀態(tài)。
再參考圖2，調(diào)制電路124和電壓箝位電路122以以下方式共同操作。控制器134讀取存儲器132并產(chǎn)生代表經(jīng)由調(diào)制器117的數(shù)據(jù)的1和0的相應(yīng)脈沖序列119。假設(shè)‘1’脈沖接通負(fù)載晶體管129，而‘0’脈沖使它斷開。則，對于‘1’位，負(fù)載晶體管接通，導(dǎo)致負(fù)載電流I1(“放出”來自振蕩電路120的電流)，并降低其Q值。結(jié)果，對于‘0’位，負(fù)載晶體管斷開，從而消除了振蕩電流上的負(fù)荷并增大了其Q值。
這是卡片在非過壓狀態(tài)期間的典型操作。然而，回想到脈沖119還驅(qū)動其輸出饋送到比較器121的選擇器125。為了討論的目的，假設(shè)‘1’脈沖選擇Vref1，而‘0’脈沖選擇Vref0，且Vref1大于Vref0。在非過壓狀態(tài)中，線圈電壓Vc將小于Vref1和Vref0。因此，比較器121的輸出將為負(fù)(即，小于分流晶體管123的Vt)，繼而分流晶體管將保持不導(dǎo)通。
考慮下一過壓狀態(tài)，其中線圈Lt兩端的電勢Vc變?yōu)榈扔诨虼笥诳ㄆ碾妷荷舷轛lim，超過該上限可能對裝置產(chǎn)生破壞。
對于過壓狀態(tài)期間每產(chǎn)生一個‘1’位，負(fù)載晶體管129就如上所述接通，引起負(fù)載電流I1流出振蕩器。此外，Vref1被切入比較器121，其輸出為(Vc-Vref1)。適當(dāng)?shù)剡x擇Vc和Vref1將使分流晶體管123在一定程度上接通，以從振蕩電流120抽出額外的電流Iref1。如同非過壓情況，這樣將具有降低Q值的效果。然而，在過壓情況下，由于額外的負(fù)載電流Iref1，將使Q值低得多。額外的負(fù)載電流Iref1的進(jìn)一步效果是把線圈電壓Vc降低到低于Vlim的值，從而減輕過壓狀態(tài)。
對于過壓狀態(tài)期間每產(chǎn)生一個‘0’位，負(fù)載晶體管129如同非過壓狀態(tài)的情況保持?jǐn)嚅_。Vref0被切入比較器121。比較器121的輸出為(Vc-Vref0)。適當(dāng)?shù)剡x擇Vc和Vref0將使分流晶體管123從振蕩電路抽出電流Iref0。然而，由于Vref0小于Vref1，所以比較器將以較高的電壓驅(qū)動分流晶體管123的柵極，從而引起更高的電流Iref0流過分流晶體管。這樣，雖然負(fù)載晶體管129對于‘0’位斷開，但分流晶體管123導(dǎo)通。如此設(shè)定Vref0，從而負(fù)載電流Iref0自己就足以把線圈電壓Vc降低到剛好低于Vlim的值，以減輕過壓狀態(tài)。
假設(shè)在‘0’位的情況下，其中負(fù)載電流為Iref0，則獲得的Q值為Q0；在‘1’位的情況下，其中振蕩電路120所經(jīng)受的總負(fù)載電流為IL+Iref1，獲得的Q值為Q1。只要Q0和Q1足夠分開，則可把‘0’位與‘1’位區(qū)分開來。這樣，可看出，通過適當(dāng)?shù)剡x擇Vref1和Vref0，可充分地改變振蕩電路的調(diào)諧，從而改變卡片所反射的信號足以區(qū)分‘0’位和‘1’位。同時，可避免過壓狀態(tài)(利用分流電流Iref1、Iref0)，而不屏蔽攜帶有包含在卡片中的數(shù)據(jù)的信號。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻識別系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)發(fā)器(104)，其特征在于包括振蕩電路(120)；連到振蕩電路的過壓電路(122)，它具有在過壓狀態(tài)期間把電流從振蕩電路分流的分流裝置(123)；以及調(diào)諧裝置(124)，用于依據(jù)包含在轉(zhuǎn)發(fā)器中的數(shù)據(jù)來改變振蕩電路的調(diào)諧，所述調(diào)諧裝置在操作上與分流裝置耦合以依據(jù)該數(shù)據(jù)改變被分流的電流的數(shù)量。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于分流裝置包括在第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓之間進(jìn)行選擇的基準(zhǔn)電壓選擇器(125)以及根據(jù)基準(zhǔn)電壓的選擇而偏置的分流晶體管(123)。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于調(diào)諧裝置包括用于產(chǎn)生代表包含在轉(zhuǎn)發(fā)器中的數(shù)據(jù)的調(diào)制信號的調(diào)制裝置(117)以及給振蕩電路提供可變電阻性負(fù)載的負(fù)載裝置(129)；耦合的調(diào)制信號以改變電阻性負(fù)載。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于負(fù)載裝置為耦合在振蕩電路兩端的晶體管(129)；耦合晶體管的柵極以接收調(diào)制信號。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于振蕩電路(120)包括與一電容器并聯(lián)耦合的電感器。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于分流裝置包括一晶體管(123)和一比較器(121)；晶體管耦合在振蕩電路兩端；晶體管的柵極耦合到比較器的輸出端，比較器具有耦合到基準(zhǔn)電壓選擇器的第一輸入端以及耦合到接收線圈兩端的電壓的第二輸入端。
7.一種射頻識別轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于包括第一和第二端子；振蕩電路(120)，包括耦合在第一和第二端子兩端的線圈以及耦合在第一和第二端子兩端的電容器；存儲器陣列(132)；耦合到存儲器陣列的調(diào)制裝置(117)，用于產(chǎn)生代表包含在存儲器陣列中的數(shù)據(jù)的調(diào)制信號；耦合在第一和第二端子兩端的可變電阻性負(fù)載(129)，可變電阻性負(fù)載耦合到調(diào)制裝置，用以響應(yīng)于調(diào)制信號在振蕩電路兩端提供可變電阻；以及耦合在第一和第二端子兩端的過壓電路(122)，包括耦合到調(diào)制裝置以產(chǎn)生響應(yīng)于調(diào)制信號而變化的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓電路(125)，當(dāng)電源電壓超過基準(zhǔn)電壓時啟動過壓電路。
8.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于過壓電路包括一分流晶體管(123)和一比較器(121)，分流晶體管耦合到第一和第二端子兩端，分流晶體管的柵極耦合到比較器，比較器耦合到比較電源電壓與基準(zhǔn)電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于可變電阻性負(fù)載為耦合到第一和第二端子兩端的負(fù)載晶體管(129)，調(diào)制信號被耦合到負(fù)載晶體管的柵極。
10.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于還包括耦合到向比較器提供第一基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓的選擇器(125)，選擇器耦合到響應(yīng)于調(diào)制信號提供基準(zhǔn)電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于過壓電路還包括耦合到第一和第二端子兩端的分流晶體管(123)，比較器的輸出耦合到晶體管的柵極。
12.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于可變電阻性負(fù)載是耦合在第一和第二端子兩端的負(fù)載晶體管(129)，調(diào)制信號被耦合到負(fù)載晶體管的柵極。
13.在射頻識別系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器中，一種箝制轉(zhuǎn)發(fā)器電源電壓的方法，其特征在于包括以調(diào)制信號調(diào)制振蕩電路兩端的電阻性負(fù)載(129)；當(dāng)調(diào)制信號處于第一調(diào)制電平時選擇(125)第一電壓基準(zhǔn)；當(dāng)調(diào)制信號處于第二調(diào)制電平時選擇(125)第二電壓基準(zhǔn)；把電源電壓與選定的基準(zhǔn)電壓相比較(121)；以及如果電源電壓超過選定的基準(zhǔn)電壓，則分流(123)到振蕩電路兩端。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于調(diào)制步驟包括讀取存儲在轉(zhuǎn)發(fā)器中的數(shù)據(jù)并產(chǎn)生代表該數(shù)據(jù)的調(diào)制信號。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于電阻性負(fù)載是耦合在振蕩電路兩端的晶體管，調(diào)制步驟包括改變加到晶體管的柵極的偏置電壓。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于分流步驟包括通過響應(yīng)于比較步驟改變加到晶體管的柵極的偏置電壓來操作耦合在振蕩電路兩端的晶體管。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于調(diào)制步驟包括改變加到耦合在振蕩電路兩端的第一晶體管的柵極的第一偏置電壓，以改變流過第一晶體管的電流；分流步驟包括改變響應(yīng)于比較步驟加到第二晶體管的柵極的第二偏置電壓；第二晶體管耦合在振蕩電路兩端。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于調(diào)制步驟還包括讀取存儲在轉(zhuǎn)發(fā)器中的數(shù)據(jù)并改變第一偏置電壓來表示該數(shù)據(jù)。
全文摘要
射頻識別(RFID)卡片,包括用于接收遠(yuǎn)程問答器單元在射頻(RF)載波上反射的功率信號的振蕩電路(120)。通過依據(jù)從存儲器讀取的數(shù)據(jù)的函數(shù)來改變置于振蕩電路兩端的電阻性負(fù)載(129),從而把信息從卡片傳送到問答器。然后由問答器檢測反射信號中的相應(yīng)變化。過壓電路(122)與調(diào)制電路(117)共同操作,從而即使在過壓狀態(tài)期間也可發(fā)射數(shù)據(jù),因而避免此狀態(tài)下的信號屏蔽。
文檔編號H02H9/04GK1241315SQ98801471
公開日2000年1月12日 申請日期1998年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月6日
發(fā)明者A·M·道斯 申請人:愛特梅爾股份有限公司