CN105975886A - 双频hf-uhf识别设备 - Google Patents

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Abstract

一种双频HF-UHF识别设备(42)包括具有电源的RFID集成电路，该电源具有通过连接至HF天线的HF整流器(12)形成的HF部件(44)以及通过连接至UHF天线的UHF整流器(18)形成的UHF部件(48)。RFID集成电路包括电源的HF和UHF部件共同的存储电容器(50)。HF整流器输出和UHF整流器输出二者连续连接至共同的存储电容器的电源端。进一步地，一方面，共同的存储电容器的电源端通过二极管(52)连接至HF整流器的输出，该二极管(52)被布置为阻挡来自该电源端的电流到HF整流器输出，以及另一方面，共同的存储电容器的电源端直接连接至通过电荷泵形成的UHF整流器的输出。

Description

双频HF-UHF识别设备
技术领域
本发明涉及双频HF-UHF识别设备，并且更特别地涉及包括被布置为从至少一个捕捉的电磁场提取电力的电源电路的此类设备。在第一实施例中，识别设备可以是从由至少一个外部设备(读取器/写入器或者任意其它RF通信设备)提供的电磁场中提取所有所需能量的无源设备。在第二实施例中，此识别设备可以是辅助电池，即针对设备的至少一部分功能的所需能量的一部分被存储在电池中。
特别地，本发明的设备形成非接触式电子标记或非接触式智能卡。
背景技术
已经提出一些双频RFID集成电路。特别是对于无源设备，应当限定电源并且应当相应地布置对应的集成电路。电源通常包括至少一个电力发电机。在分别与HF天线线圈的谐振电路中的感应电压以及与UHF天线中的感应电压相关联的两个电力发电机的情况下，通常设置电力管理，并且针对此类电力管理来设计集成电路。
图1中示出了现有技术的双频HF-UHF识别设备，其为专利申请US2005/0186904中描述的双频标记的简化设计。该双频HF-UHF识别设备2包括HF部件4以及UHF部件6。HF部件4通过HF天线线圈10、谐振电容器8、HF整流器12以及模拟HF前端14(AFE_HF)形成。UHF部件6通过UHF天线16、UHF整流器18以及模拟UHF前端20(AFE_UHF)形成。设备2还包括逻辑单元22以及非易失存储器24(NVM)，逻辑单元22通过被布置在逻辑单元第一部件中的多路复用器(multiplexer)(图1中未示出)而连接到模拟HF前端14或者模拟UHF前端20。HF整流器为整流通过天线线圈10以及谐振电容器8形成的谐振电路中的感应电压的二极管整流器。在HF整流器的两个输入端V1a和V1b上，HF整流器可选择地接收正的以及负的感应电压。该HF整流器在其输出产生第一电源电压VHF。在变型中，此类HF整流器可关联到电压放大电路用于产生第一电源电压。UHF整流器通过连接到UHF天线16的两条线路的电荷泵形成。该UHF整流器在其两个输入端V2a和V2b处接收正的和负的感应电压并被布置为在其输出提供第二电源电压VUHF。
进一步地，设备2包括通过模式检测单元26和开关30形成的合并的电力和模式管理。模式检测单元感测HF谐振电路中的感应电压(例如电压V1a)并传递模式信号DET，该模式信号DET的值指示HF天线线圈是否检测在HF谐振电路的谐振范围(例如，13,56MHz)内的HF电磁场的接收。模式信号通过第一控制线31控制开关30的控制门，以及通过第二控制线32控制逻辑单元22。将开关布置在UHF整流器输出与为电子电路提供电源电压Vsup的电源线28之间。电力管理的操作如下：
a)当单元26检测在电力发电机的HF部件中的至少一个给定电压(尤其是HF谐振电路中的感应电压或者作为替代地在HF整流器的输出处的感应电压)时，单元26的输出被设定为第一逻辑值(例如“1”)，并且模式信号DET指示存在进入的HF电磁场。开关30被布置为当将模式信号被设定为第一逻辑值时，该开关断开(“关闭”位置)并且进而UHF电力发电机不可用，不论电压VUHF是否为零。设备2的集成电路因此仅由HF部件供电，同时通过模式检测单元的检测电压至少等于该给定电压。进一步地，逻辑单元接收该模式信号并激活HF协议以及关联的电路部分，特别地，多路复用器处于其中仅将HF解调信号传输至逻辑单元(不传输UHF信号)的第一状态。
b)当单元26未检测在电力发电机的HF部件中的至少一个给定电压时，单元26的输出被设定为第二逻辑值(例如“0”)，并且模式信号DET指示不存在进入的电磁场。开关30接通并且进而闭合，如果在UHF部件中产生感应电压，则允许电力发电机的UHF部件为集成电路供电。进一步地，逻辑单元接收该模式信号并激活UHF协议以及关联的电路部分，特别地，多路复用器处于其中仅将UHF解调信号传输至逻辑单元(不传输HF信号)的第二状态。
设备2因此被布置为优先进入的HF场。以与以上描述类似的方式，可通过优先UHF场而做出相反的选择。然而，为了优先在NVM存储器中数据的写入，如问题中的美国专利申请所教导地，优选可供选择的HF场优先。值得注意的是，该文教导通过电力发电机的UHF部件产生的电压对于擦除以及编程EEPROM或者FLASH存储器是过低的。因此，即使将开关布置在HF整流器输出与存储电容器的电源端Vsup之间，一旦在HF谐振电路中检测到给定的感应电压，则教导选择HF模式。
设备2具有许多缺陷。首先，模式选择仅允许HF或者UHF通信，而非二者同时。而后，如果在HF范围中检测到给定活动级，则由于灵敏度的原因，通常是低的活动级，使UHF通信失效，从而在UHF范围中不能发生通信。如果UHF通信正在运行，则在HF部件中给定电压的检测将停止此类通信。最后，相反地，电力管理不允许为设备2提供的HF场参与该设备的用于UHF通信的电源。这是设备2的一个大缺点。
在专利申请US 2009/0117872中描述具有多能量收集和通信信道(communication channel)的无源设备。该文阐述了具有在图2A中给出的更详细电子设计的在其图1A中的一般实施例。无源设备包括分别与串联布置的两个一阶半波二极管整流器耦接的两条天线。为了向无源设备提供DC电力，这两个整流器的输出电容器因此串联连接并且另一共同的电容器同样存储来自两个整流器的能量。该实施是特别的。首先，应当注意，当第二天线可提供仅到第二输出电容器的能量时，第一天线可提供到两个整流器的两个输出电容器的能量。进一步地，值得注意的是，每条天线通过与天线串联连接的输入电容器耦接至电路。针对多能量收集的此类电子设计产生一些问题。首先，电容器耦接一般用于大部分高于通常在13,56MHz处选择的HF频率，并且特别是用于UHF频率范围。然而，在文件US 2009/0117872中教导的此类整流器更合适LF或者HF信号。事实上，与通过第一天线接收的HF信号以及通过第二天线接收的UHF信号一起使用此类电力发电机是不合理的。耦接电容器将非常大并且由于其尺寸而具有大量泄露电流。为了使两个整流器的入口处具有大致相同的阻抗，用于HF信道的输入电容器的尺寸应是用于UHF信道的输入电容器的尺寸的200倍。因此，由于其将需要过大的空间，所以HF输入电容器将不容易集成在集成电路中。进一步地，当通过两条天线分别接收的两个信号的频率不同时，所描述的电力发电机可发生破坏性干扰，从而将会损失能量。
在文件US 2009/0117872的图1B至图11中描述其它特定实施例，但是教导似乎指示这些是具有特殊功能的特定示例。例如，参照图1G的实施例，记载了两个整流器的输出电流必须相同，以及参照图1H的实施例，两个RF整流器的输出电压中的每一个输出电压大致等于电力调节器的输入电压，即，两个RF整流器的输出电压大致相等。绝大多数时候，针对通过两条天线分别接收的两个不同的信号，此类情形将不发生。进一步地，多能量收集的一个目标在于能够从具有不同生成电压的一个源或者另一个源或者二者中收集能量。
发明内容
本发明旨在提供一种双频HF-UHF RFID集成电路以及一种包括此类集成电路的双频HF-UHF识别设备，该集成电路克服了先前描述的现有技术设备的缺陷，并且旨在提供具有简单且高效的电源布置的此类集成电路。
为此目的，本发明涉及一种包括电源的双频HF-UHF RFID集成电路，该电源具有HF部件和UHF部件，HF部件通过旨在连接至由HF天线线圈和谐振电容器形成的谐振电路的HF整流器而形成，UHF部件包括通过电荷泵形成并旨在连接至UHF天线的UHF整流器。该RFID集成电路进一步包括电源的HF和UHF部件共同的存储电容器，HF整流器输出和UHF整流器输出二者均连续连接至共同的存储电容器的电源端。共同的存储电容器的电源端通过二极管连接至HF整流器的输出，该二极管被布置为阻挡来自该电源端的电流到HF整流器输出。
通过“连续连接”，意味着当HF和UHF整流器二者在它们相应的输入端接收至少有用的感应电压时，不存在选择HF整流器或者UHF整流器作为用于设备的电源的电力发电机的选择开关或者其它选择装置。也就是说，不存在优先HF和UHF整流器中的一者并防止另一者为电子设备供电的失效装置。
本发明的RFID集成电路的主要优点是不存在用于为该集成电路供电的HF电力发电机和UHF电力发电机之间的选择。这意味着，使用的通信协议(HF或者UHF)的独立，通过HF谐振电路以及UHF天线捕捉的进入的HF和UHF场二者可参与用于电源。值得注意的是，通过相应天线接收的HF和UHF场的强度可以以时间函数的形式变化。本发明的电源允许在第一时间间隔期间，主要通过HF电力发电机提供电源，在第一时间间隔之后的第二时间间隔期间，主要通过UHF电力发电机提供电源。在另一情形中，HF和UHF电力发电机二者提供足够的电压以便为存储电容器充电并为集成电路供电。特别地，当RFID集成电路主要由通过识别设备的HF谐振电路捕捉的HF进入磁场供电时，可发生通过UHF信道的通信。当通过HF信道的通信发生时，HF电力发电机通常比UHF电力发电机提供更多的电力。然而，取决于HF询问器(interrogator)以及UHF询问器相对于识别设备的位置，在HF通信期间存在UHF电力发电机可辅助RFID集成电路的电源的情形。在所有情形下，通过使用所有捕捉的电磁场，电源是高效的。由于仅是通过简单的电子电路获得此类高效的电源，从而其不增加电源电路的成本或者电力损失。
为了阻挡来自电源端的电流到HF整流器输出，被布置在HF整流器的输出和共同的存储电容器的电源端之间的二极管防止通过UHF电力发电机提供的电源电流的一部分在电源的HF部件中消散。当RFID集成电路主要通过UHF电力发电机供电，特别是不存在HF磁场时，为了使电力损失最小化而提供此类保护。由于通过电源的UHF部件生成的电力通常相对较低，所以此类二极管是重要的，特别是当UHF询问器远离RFID识别设备时。
根据优选的变型，用于限制通过HF整流器提供的电流的电阻器被布置于该HF整流器的输出与共同的存储电容器的电源端之间。进一步地，存储电容器的电源端可进一步连接至并联电压调节器调节，从而调节在电源的电源线上提供的电源电压Vsup并且还限制在UHF电力发电机的输出处的电压级。电流限制电阻器还与共同的存储电容器一起形成LF滤波器。此类LF滤波器将有助于进一步过滤可在HF整流器的输出处的VHF节点上发生的任何电源噪声。
根据特定变型，共同的存储电容器的电源端直接连接至UHF整流器的输出。鉴于之前给出的理由，该特征也是有利的。通过直接连接，意味着不存在显著消耗电力的电子元件，优选地，不存在除在存储电容器的电源端与UHF整流器的输出之间的电通路之外的电子元件。
附图说明
随后将通过示例参照附图更详细地描述本发明，而非对其限定，在附图中：
-图1已被描述并示意性地显示了现有技术中的双频识别设备；以及
-图2显示了根据本发明的无源双频HF-UHF识别设备的电源。
具体实施方式
将借助于图2来描述本发明的优选实施例，图2显示了双频HF-UHF识别设备42的电源，其包括连接至HF天线线圈10和UHF天线16的RFID集成电路。RFID电路的电源包括HF部件44和UHF部件48。HF部件包括连接至由HF天线10和谐振电容器8形成的谐振电路的HF整流器12，该谐振电路提供可选择的正的以及负的电压至HF整流器的输入端V1a和V1b。HF整流器的输出连接到平滑电容器46的端子并在该端子处提供第一电源电压VHF。在变型中，HF整流器关联至电压放大电路，以生成第一电源电压。UHF部件48主要包括连接至UHF天线16的两条线路的由电荷泵形成的UHF整流器18。该UHF整流器在其两个输入端V2a和V2b接收正的以及负的感应电压，并被布置为在其输出处提供第二电源电压VUHF。根据本发明，RFID集成电路进一步包括识别设备42的电源的HF部件44和UHF部件48共同的存储电容器50，HF整流器输出以及UHF整流器输出二者共同连续连接至共同的存储电容器的电源端。
一方面，该共同的存储电容器50的电源端通过二极管52连接至HF整流器12的输出，该二极管52被布置为阻挡来自电源端的电流到HF整流器输出，以及另一方面，该共同的存储电容器50的电源端直接连接至UHF整流器的输出。此类电子设计的一些优点已在发明内容中给出。
根据本发明的特定变型，存储电容器50的电源端进一步连接至能够吸收并联电流ISh的并联电压调节器56，以便调节电源线28上的电源电压Vsup。进一步地，用于限制来自HF整流器的电流的电阻器54被布置在HF整流器的输出与该电源端之间。
图2中所示电源电路可在不同的RFID集成电路中实施，并可与用于控制此类电路的电力消耗、特别是用于将它们的电力消耗最小化的其它具体电路相关联。在电池辅助HF-UHF识别设备的情况中，RFID集成电路可具有与监听模式相关联的唤醒电路。在特定实施例中，RFID集成电路包括被布置为激活或者控制该RFID集成电路的一些部件的HF场检测器和/或UHF场检测器。进一步地，用于调节电源电压Vsup和/或保护RFID集成电路的一些部件以及具体升压装置(尤其是用于进一步增加电源电压的电压放大器)的装置可由本领域技术人员提供。

Claims (5)

1.双频HF-UHF RFID集成电路，包括具有HF部件(44)以及UHF部件(48)的电源，所述HF部件(44)通过旨在连接至由HF天线线圈(10)和谐振电容器(8)形成的谐振电路的HF整流器(12)形成，所述UHF部件(48)包括通过电荷泵形成并旨在连接至UHF天线的UHF整流器(18)，其特征在于所述RFID集成电路进一步包括所述电源的所述HF部件和所述UHF部件共同的存储电容器(50)；在于所述HF整流器输出和所述UHF整流器输出二者连续地连接至所述共同存储电容器的电源端；以及在于所述共同存储电容器(50)的电源端通过二极管(52)连接至所述HF整流器的输出，所述二极管(52)被布置为阻挡来自所述电源端的电流到所述HF整流器输出。
2.根据权利要求1所述的RFID集成电路，其特征在于所述共同存储电容器(50)的所述电源端直接连接至所述UHF整流器(18)的输出。
3.根据权利要求1所述的RFID集成电路，其特征在于用于限制由所述HF整流器提供的电流的电阻器(54)被布置在所述HF整流器的输出与所述电源端之间。
4.根据权利要求3所述的RFID集成电路，其特征在于所述存储电容器(50)的所述电源端进一步连接至并联电压调节器(56)。
5.双频HF-UHF识别设备(42)，包括：
-根据权利要求1的RFID集成电路；
-谐振电路，通过HF天线线圈(10)和谐振电容器(8)形成，并连接至所述HF整流器(12)；以及
-UHF天线(16)，连接至所述UHF整流器(18)。
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