標籤通信設備的製作方法

2023-12-02 10:39:26

專利名稱：標籤通信設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及標籤通信設備，包括RFID系統；具體地，涉及同時讀取多個標籤。
背景技術：
使用標籤來標識對象正在變得日益普遍，其中，標籤讀取器設備用於找到標籤並與標籤通信。例如，標籤可以包括非接觸式智慧卡、非接觸式RFID標籤或者非接觸式電子徽章。具體地，本發明涉及要對一堆標籤進行詢問的系統。已知示例是以圖書館中的電子標記的形式來使用標籤，以標識書籍或CD，書籍或CD可以典型地以一堆5至10個的方式來堆疊。另一已知示例是賭場籌碼。在典型配置中，這種配置中的讀取器設備具有用於發射振蕩磁場的天線線圈，並被配置為檢測讀取器的通信範圍內的標籤的存在。對於無源標籤，從讀取設備至標籤的所需能量傳送典型地通過感應耦合(LF和 HF)或通過電磁輻射(UHF)來實現。通過LC諧振電路(LF、HF)或通過機械屬性(例如在 UHF頻率處的長度)，將標籤天線主導地調諧至諧振。對標籤的檢測典型地涉及讀取器必須重複發出的標識請求。在接收到這種請求時，在讀取器的詢問範圍中存在的標籤發送回標識消息。標識消息可以個性化，並且包括標籤的標識號碼，如其序列號或任何其他標識符。標識消息還可以是簡單的匿名標識信號，如負載調製所執行的磁場幅度的調製的周期。標籤還可以在隨機選擇的時隙中發送其響應。具體地，本發明涉及在讀取器的通信範圍內同時存在多個標籤的應用。現有通信協議實現了這種場景，例如，標識請求可以與防碰撞協議相結合，藉以僅選擇一個集成電路。然而，存在以下問題將標籤和讀取器電路調諧至諧振最大化了單個標籤的性能， 但是，如果標籤被堆疊或者緊密相鄰，則這將導致性能下降。在這種情況下，標籤失諧，並且可以對標籤進行遠程供電的距離顯著下降。如果超過特定數目的堆疊標籤，則不再可能對標籤供電。技術進步使得能夠減小標籤的可能大小，並且使可能的應用範圍增大。例如，形成極薄標籤的能力使得能夠在紙質(或其他薄的)票據(如鈔票、法律文件或其他紙張)上提供標籤。然後，可能要同時讀取數十或數百個的成堆標籤，以在堆中找到所需票據。因此，需要一種能夠讀取大量堆疊的標籤的配置。

發明內容
根據本發明，提供了一種非接觸式讀取器設備，用於在一堆標籤內檢測標籤的存在，所述讀取器設備包括下電極結構，具有下電極；上電極結構，具有上電極，其中，下電極結構和上電極結構一起定義了位於二者間的標籤位置區，多個標籤能夠放置在所述標籤位置區中，其中，下電極和上電極互相偏移，使得下電極和上電極不重疊，或者重疊面積小於上電極面積或下電極面積的10 %。這種結構將標籤垂直地夾在兩個水平(橫向)偏移的讀取器電極之間。這實現了使用容性耦合的功率耦合和數據傳送。本發明還提供了一種標籤通信系統，包括本發明的讀取器設備；以及多個標籤，其中，每個標籤包括第一和第二標籤電極，第一和第二標籤電極位於共同的平面上，並被分隔為使得在標籤位於標籤位置區中的情況下，第一標籤電極與下電極重疊，第二標籤電極與上電極重疊。優選地，第一標籤電極僅與下電極重疊，第二標籤電極僅與上電極重疊，儘管由於不對齊，可能有某個標籤電極與兩個電極均重疊，但是主要與一個電極重疊。這種配置提供了容性耦合至一個讀取器電極的一堆標籤電極以及容性耦合至另一讀取器電極的另一堆標籤電極。標籤將較強地耦合至一個讀取器電極，而較弱地耦合至另一讀取器電極，但是總體上，所有標籤都可以由讀取器通過容性耦合來進行供電和詢問。「重疊」是指，當從堆上看去時，讀取器電極和標籤電極的位置部分或全部重疊。上電極、下電極以及第一和第二標籤電極可以具有相同的面積、大小和形狀。對於每一對對應的讀取器電極和標籤電極，電極優選地具有相同的大小和形狀。標籤必須相對於讀取器適當地對齊，以提供一堆標籤電極和相應讀取器電極的對齊。第一和第二標籤電極可以具有對標籤IC的高阻抗連接，例如高於IK Ω (與幾歐姆的低電阻連接的傳統方法相比)。這避免了對較大驅動電壓的需要。還可以利用小電容器來實現高阻抗，使得IC的焊盤不與天線板直接電接觸。優選地，標籤是無源標籤，通過上電極和下電極與標籤電極之間的容性耦合來向標籤供電。讀取器與標籤之間的數據通信也通過調製信號的容性耦合來進行。優選地，向上電極和下電極提供小於135kHz的交變驅動信號。由於高標籤阻抗， 這種低頻率是有利的。每個標籤可以包括位於第一和第二標籤電極之間、並且位於相同平面中的標籤 IC。本發明還提供了一種使用標籤讀取器設備來詢問一堆標籤的方法，包括向標籤讀取器的下電極和上電極提供驅動信號，多個標籤位於下電極和上電極之間，並且下電極和上電極互相偏移，使得下電極和上電極不重疊；其中，每個標籤包括第一和第二標籤電極，第一和第二標籤電極位於共同的平面上，並被分隔為使得第一標籤電極與下電極重疊，以及第二標籤電極與上電極重疊；以及使用驅動信號來向標籤供電，並向標籤提供詢問信號。


現在參照附圖來描述本發明的示例，其中圖1示意性地示出了本發明的標籤和讀取器配置，還為了清楚起見示出了單個標籤；圖2示出了具有本發明的系統的標籤的票據；圖3示出了標籤的電路圖；以及圖4示出了讀取器的電路圖。
具體實施例方式本發明提供了一種標籤讀取器設備，用於在一堆標籤內檢測標籤的存在。該讀取器具有上電極和下電極，多個標籤位於上電極和下電極之間。讀取器電極橫向互相偏移。對標籤的功率耦合和數據傳送使用對標籤的容性耦合，標籤具有第一和第二標籤電極，第一和第二標籤電極位於共同的平面中，並相互分隔。圖1示意性地示出了本發明的標籤和讀取器配置，還為了清楚起見示出了單個標籤。每個標籤10包括第一標籤電極12、第二標籤電極14和標籤IC 16。這些都在支撐18上的共同平面中。讀取器具有具有上電極22的上電極結構20和具有下電極沈的下電極結構24。標籤被放置為使得上讀取器電極22與電極12對齊(從上方看去)，下讀取器電極 26與電極14對齊(從上方看去)。標籤電極12容性耦合至上讀取器電極22，標籤電極14容性耦合至下讀取器電極 26。讀取器可以通過容性耦合對標籤10進行供電和詢問。在本示例中，所有電極可以具有相同大小和形狀，但是讀取器電極可以更大，使得可以容許標籤一定程序的不對齊。此外，兩個讀取器電極不需要具有相同形狀，儘管在優選實現中它們具有相同的面積。例如，當從上方看去時，標籤電極形狀可以在讀取器電極形狀之內。標籤和讀取器電極可以是長形的，例如5至50mm長，0. 5至5mm寬。例如，電極可以是20mm乘以2mmο標籤的厚度可以在50至500 μ m範圍內，例如100 μ m。這意味著，大量標籤(例如在50至1000範圍內)可以堆疊在讀取器電極之間。間隔IOOym的100個標籤將需要讀取器電極之間的Icm間隔。第一和第二標籤電極可以具有高阻抗。這避免了對較大驅動電流(以及間接的較大驅動電壓)的需要。標籤是無源標籤，通過上電極和下電極與標籤電極之間的容性耦合來向標籤供電。讀取器與標籤之間的數據通信也通過調製信號的容性耦合來進行。在圖1的示例中，支撐18定義了具有標籤的產品。圖2示出了附著至票據20 (即紙張)的標籤10。在圖2中，在票據的紙上提供支撐18，但是再次，票據本身可以定義如圖1的示例中的支撐表面18。可以將不同波形應用至讀取器的電極。具體地，該波形被選擇為使得可以使用標準化RFID通信協議。例如，可以使用低於135kHz的通信協議18000-2，例如其中頻率為125kHz。備選地，可以使用 13. 56MHz 的 18000-3 協議或者 UHF (860MHz_960MHz) 18000-6 協議。因此，一般而言，可以使用18000-x協議。由於高標籤阻抗，較低的頻率協議是優選的。將驅動信號應用至讀取器電極以向標籤供電，並將詢問信號提供給標籤。用於與標籤通信的通信協議的細節不構成本發明的一部分，並且將不詳細討論。 這些方面對於本領域技術人員是公知的。例如，18000-2協議定義了針對技術屬性的前向和返回鏈路參數，包括但不限於操作頻率、操作信道精度、佔用信道寬度、雜散發射、調製、佔空比、數據編碼、比特率、比特率精度、比特傳輸順序。它還定義了在空中接口中使用的通信協議。從讀取器至標籤的數據傳輸可以使用幅度偏移鍵控(ASK)調製，其中，較低頻率的幅度調製信號疊加在較高頻率的載波信號上。標籤至讀取器的通信通過以對要發送至讀取器的數據進行調製的方式來改變標籤電路的負載，從而使用負載調製。通過根據信息來切換的電阻器或電晶體來實現負載調製。容性耦合的使用意味著，期望較低距離，並且需要驅動信號上的相對較高的電壓。圖3示出了具有由電容器板供電的無源標籤形式的標籤的電路圖。該標籤包括電極12、14，接收ac容性耦合的信號(儘管可以取而代之地對電極 12、14進行電接觸)。為了產生標籤的電源，接收信號由整流器整流，並通過平滑電容器32以產生功率電平VDD。整流器由限幅器控制單元34控制，以提供對整流器的反饋控制。還向時鐘恢復電路36提供ac信號，時鐘恢復電路36向數位訊號處理器38提供恢復的時鐘。還向解調器40提供ac信號，以提取編碼的數據。還向處理器38提供數據， 處理器38控制對存儲器40的訪問。該電路包括上電復位部分42和電源管理單元44，電源管理單元44控制限幅器控制電路34。高阻抗連接可以是天線焊盤與標籤電容器板之間的容性耦合。由於焊盤的面積較小(小於IOOymXlOOym),可實現的耦合電容非常低，因此阻抗較高。圖4示出了讀取器40的主要組件。為了信號發送，將微處理器42產生的數據信號與13. 56MHz載波混合，這種混合實現了幅度調製。信號由rf放大器44放大，之後饋送至讀取器的電容器板46。還示出了阻抗匹配電路48。為了信號接收，解調器50實現了幅度檢測，並向微處理器42提供檢測的信號。各種修改對於本領域技術人員而言是顯而易見的。
權利要求
1.一種非接觸式標籤讀取器設備，用於在一堆標籤內檢測標籤的存在，所述讀取器設備包括下電極結構( )，具有下電極06)；上電極結構(20)，具有上電極(22)，其中，下電極結構和上電極結構一起定義了位於二者間的標籤位置區，多個標籤能夠放置在所述標籤位置區中，其中，下電極06)和上電極0 互相偏移，使得下電極和上電極不重疊，或者重疊面積小於上電極面積或下電極面積的10%。
2.一種標籤通信系統，包括根據權利要求1所述的非接觸式標籤讀取器設備；以及多個標籤(10)，其中，每個標籤(10)包括第一和第二標籤電極(14、12)，第一和第二標籤電極位於共同的平面上，並被分隔為使得在標籤(10)位於所述標籤位置區中的情況下，第一標籤電極(14)與下電極06)重疊，以及第二標籤電極(1 與上電極0 重疊。
3.根據權利要求2所述的標籤通信系統，其中，在標籤(10)位於所述標籤位置區中的情況下，第一標籤電極(14)僅與下電極重疊，第二標籤電極(1 僅與上電極重疊。
4.根據權利要求2或3所述的標籤通信系統，其中，上電極(22)、下電極06)以及第一和第二標籤電極(14、1幻具有相同的面積。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的標籤通信系統，其中，每個標籤(10)還包括標籤IC(16)，每個標籤電極與標籤IC之間的連接的阻抗高於1ΚΩ。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的標籤通信系統，其中，標籤(10)是無源標籤，通過上電極和下電極0236)與標籤電極(14、12)之間的容性耦合來向標籤供電。
7.根據權利要求6所述的標籤通信系統，其中，讀取器與標籤之間的數據通信是通過調製信號的容性耦合來進行的。
8.根據權利要求6或7所述的標籤通信系統，其中，向上電極和下電極(22、26)提供小於135kHz的交變驅動信號。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的標籤通信系統，其中，每個標籤(10)包括位於第一和第二標籤電極之間、並且位於相同平面中的標籤IC(16)。
10.一種使用標籤讀取器設備來詢問一堆標籤的方法，包括向標籤讀取器的下電極06)和上電極0 提供驅動信號，多個標籤(10)位於下電極和上電極之間，並且下電極和上電極互相偏移以使得下電極和上電極不重疊；其中，每個標籤包括第一和第二標籤電極(14、12)，第一和第二標籤電極位於共同的平面上，並被分隔為使得第一標籤電極(14)與下電極06)重疊，以及第二標籤電極與上電極0 重疊；以及使用驅動信號來向標籤供電，並向標籤提供詢問信號。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，驅動信號包括小於135kHz的交變驅動信號。
全文摘要
本發明提供了一種非接觸式標籤讀取器設備，包括上電極和下電極，上電極和下電極一起定義了位於二者間的標籤位置區，多個標籤能夠放置在所述標籤位置區中。下電極和上電極互相偏移，使得下電極和上電極實質上不重疊。這種結構用於將標籤垂直地夾在兩個水平(橫向)偏移的讀取器電極之間。這實現了使用容性耦合的功率耦合和數據傳送。
文檔編號G06K7/00GK102194086SQ20111006475
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月14日 優先權日2010年3月15日
發明者弗朗茨·阿姆特曼, 託馬斯·威利, 豪克·麥恩, 馬蒂亞斯·華格納 申請人:Nxp股份有限公司