專利名稱：可變頻率標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變頻率標(biāo)簽。另外，本發(fā)明涉及一種詢問根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的方法。此外，本發(fā)明也涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽并且根據(jù)前述方法操作的標(biāo)簽系統(tǒng)。
標(biāo)簽?zāi)軌蚪邮赵儐栞椛洳⑶野l(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)輻射的標(biāo)簽是已經(jīng)公知的。這種標(biāo)簽的尺寸常常只有幾毫米到幾厘米且設(shè)計(jì)成附著于產(chǎn)品上或是便于人們攜帶。另外，這種標(biāo)簽常常包括有源電子電路，例如一個(gè)或多個(gè)放大器、微處理器和簡(jiǎn)單的邏輯電路。這些電子電路需要一個(gè)供電電位差來進(jìn)行操作。所述供電電位可由結(jié)合于標(biāo)簽中的電源來提供，例如一個(gè)或多個(gè)鈕扣電池?；蛘?，所述電位可以從標(biāo)簽處接收的輻射中產(chǎn)生。
從所接收的輻射中產(chǎn)生供電電位導(dǎo)致了標(biāo)簽距相關(guān)標(biāo)簽詢問設(shè)備的工作范圍相對(duì)有限，通常約為幾米的距離。尤其是當(dāng)所述設(shè)備在人們可能受到輻射影響的環(huán)境中在微波頻率上工作時(shí)，經(jīng)常存在對(duì)這種詢問設(shè)備發(fā)出的輻射電場(chǎng)強(qiáng)度施加的限制。這種環(huán)境中的微波輻射被定義為頻率在500MHz到90GHz范圍內(nèi)的電磁輻射。
發(fā)明人明白，使用不依賴于本地電源的標(biāo)簽可獲得相當(dāng)大的好處。由此可以延長(zhǎng)標(biāo)簽的操作壽命，簡(jiǎn)化并進(jìn)一步縮小標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)，以及降低標(biāo)簽的生產(chǎn)成本。這種好處在采用標(biāo)簽來標(biāo)注大量低成本產(chǎn)品的情況中很重要，那些產(chǎn)品要長(zhǎng)期存儲(chǔ)，例如存儲(chǔ)倒到期，然后在該時(shí)期結(jié)束時(shí)通過遠(yuǎn)程詢問所述標(biāo)簽而分別加以識(shí)別。
發(fā)明人同樣明白，用于詢問標(biāo)簽的詢問設(shè)備必須能夠在幾個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)詢問的情況下解決多標(biāo)簽沖突。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)可以容納成千上萬個(gè)產(chǎn)品，因此如果采用標(biāo)簽來標(biāo)注這些產(chǎn)品，那么沖突問題可能較復(fù)雜。
因而，發(fā)明人明白，傳統(tǒng)的標(biāo)簽至少存在一個(gè)相關(guān)問題，即
(a)同時(shí)詢問多個(gè)標(biāo)簽時(shí)的沖突問題；(b)通過標(biāo)簽處接收到的輻射為標(biāo)簽供電時(shí)工作范圍有限的問題；以及(c)通過本地電源向標(biāo)簽供電時(shí)標(biāo)簽壽命有限的問題。
為了解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種根據(jù)本發(fā)明的新型標(biāo)簽。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種可變頻率標(biāo)簽，包括(a)接口裝置，用于在標(biāo)簽處接收詢問輻射且產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)，以及用于接收簽名信號(hào)且輻射相應(yīng)的響應(yīng)輻射；(b)處理裝置，用于接收所述接收信號(hào)且響應(yīng)其而輸出所述簽名信號(hào)，所述簽名信號(hào)包括用于識(shí)別該標(biāo)簽的簽名代碼；(c)定時(shí)裝置，用于控制簽名代碼輸出的速率；以及(d)供電裝置，用于提供用來激勵(lì)標(biāo)簽的電位差，其特征在于所述定時(shí)裝置可操作用于以由接收信號(hào)的幅值決定的速率來輸出所述簽名代碼。
所述標(biāo)簽具備能夠解決一個(gè)或多個(gè)上述問題的優(yōu)點(diǎn)，即(a)解決在同時(shí)詢問多個(gè)標(biāo)簽時(shí)的沖突問題；(b)擴(kuò)大了當(dāng)通過標(biāo)簽處接收到的輻射向標(biāo)簽供電時(shí)的工作范圍；以及(c)延長(zhǎng)了由本地電源供電時(shí)標(biāo)簽的壽命。
簽名代碼的輸出速率定義為以下一種或幾種(a)簽名代碼本身重復(fù)輸出的頻率；以及(b)每次輸出簽名代碼時(shí)輸出包含簽名代碼的數(shù)據(jù)位的速率。
簽名代碼將被解釋為任一類型的代碼，模擬的或數(shù)字的或者二者兼有的，通過該代碼識(shí)別所述標(biāo)簽。
最好是，為了回避讓標(biāo)簽包括其自己的本地電源的需要或使其在較小程度上使用其本地電源，使供電裝置與接口裝置耦合，所述供電裝置可操作以從所述接收信號(hào)獲得電位差。因而，可由該處接收的輻射為標(biāo)簽供電，或是由該處接收的輻射來決定其操作。
接收信號(hào)可能常常不具有足夠的電壓幅值以便整流而操作電子電路。因而，供電裝置最好包括一個(gè)變壓器，其用于增高施加于定時(shí)裝置和處理裝置的電位差。更可取的是，所述變壓器為壓電變壓器，因?yàn)檫@種變壓器可以制造得小巧且可在其連接端口處提供適當(dāng)?shù)淖杩挂圆僮鳂?biāo)簽。
為了獲得有益的電壓幅值提高以操作標(biāo)簽中的半導(dǎo)體裝置，所述變壓器最好包括一個(gè)安排由接收信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的多層初級(jí)區(qū)，以及一個(gè)產(chǎn)生所述電位差的單層次級(jí)區(qū)，所述初級(jí)及次級(jí)區(qū)以機(jī)械方式耦合。
發(fā)明人明白，當(dāng)利用該處接收的相對(duì)強(qiáng)的輻射來操作時(shí)，過大的供電電壓可能會(huì)損壞標(biāo)簽。為了解決這種可能的損壞，供電裝置最好是包括電位差限制裝置，以防止過大的供電電位破壞處理裝置和定時(shí)裝置。
實(shí)際上，特別希望采用無線電輻射來詢問標(biāo)簽。因而，較方便的是接口裝置包括一個(gè)天線裝置，其可操作以通過調(diào)整取決于標(biāo)簽功耗的天線裝置反射系數(shù)而從所接收的輻射中產(chǎn)生響應(yīng)輻射。例如，所述天線裝置有利地包括一個(gè)折疊偶極天線。
為了協(xié)助解決沖突以及擴(kuò)大標(biāo)簽工作范圍，尤其可取的是定時(shí)裝置可操作以便以一種隨電位差升高而提高的速率為處理裝置定時(shí)。在許多類型的電子電路中，例如互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路中，功耗隨著定時(shí)速率而增大。因而，通過對(duì)相對(duì)較低的電位差降低定時(shí)速率，在較大操作距離處接收信號(hào)相對(duì)弱的情況下，有利地降低了標(biāo)簽的功耗。
在某些標(biāo)簽詢問系統(tǒng)中，最好采用標(biāo)準(zhǔn)化的頻率。為了符合這種標(biāo)準(zhǔn)化的頻率，最好所述定時(shí)裝置可操作，以響應(yīng)所述電位差的升高而逐步提高為處理裝置定時(shí)的速率。最好是，所述定時(shí)裝置包括數(shù)字分頻裝置，用于將主時(shí)鐘信號(hào)分頻以產(chǎn)生用于為所述處理裝置定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，所述主時(shí)鐘信號(hào)源于接收信號(hào)；采用所接收的輻射來定義主時(shí)鐘信號(hào)具有這樣的好處，即在該頻率上工作的標(biāo)簽可以同步地鏈接到詢問該標(biāo)簽的詢問設(shè)備。
或者，定時(shí)裝置最好是包括數(shù)字分頻裝置，用于將振蕩裝置產(chǎn)生的主時(shí)鐘信號(hào)分頻，在操作中所述主時(shí)鐘信號(hào)基本上恒定。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，希望所述定時(shí)裝置響應(yīng)所述電位差的升高，而可操作地基本上按對(duì)數(shù)方式提高為所述處理裝置定時(shí)的速率?；蛘撸绕湓陬A(yù)計(jì)標(biāo)簽操作距離較遠(yuǎn)的情況下，希望所述定時(shí)裝置響應(yīng)所述電位差的升高，而可操作地基本上按對(duì)數(shù)方式提高為處理裝置定時(shí)的速率。
低成本是標(biāo)簽的一個(gè)重要屬性。發(fā)明人明白，通過將多個(gè)串聯(lián)的邏輯門與其周圍的反饋連接在一起，可以簡(jiǎn)單廉價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)所述定時(shí)裝置，以產(chǎn)生為處理裝置定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，所述邏輯門具有作為所述電位差的函數(shù)的信號(hào)傳播，由此使時(shí)鐘信號(hào)頻率依賴于所述電位差。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最好是讓振蕩器包括一個(gè)用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的帶反饋的三邏輯門環(huán)。
在設(shè)計(jì)標(biāo)簽時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，最好是讓所述處理裝置占用操作標(biāo)簽所需功率的大部分；這種功耗由定時(shí)速率決定且可用于為標(biāo)簽提供擴(kuò)大的范圍。更可取的是，處理裝置包括用于產(chǎn)生簽名代碼的CMOS邏輯電路，該邏輯電路隨其時(shí)鐘頻率升高而可操作地在操作中消耗更大的功率。
當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)行響應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突。為了給每個(gè)標(biāo)簽一個(gè)提供不間斷響應(yīng)的機(jī)會(huì)，處理裝置最好是可操作以便重復(fù)輸出之間有暫停間隔的簽名代碼，在所述暫停間隔期間不輸出所述代碼。
發(fā)明人明白還存在其他解決沖突的辦法。因此，最好處理裝置可以接收所述接收信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)同步脈沖，并且可以切換到一個(gè)暫時(shí)等待狀態(tài)，在該暫時(shí)等待狀態(tài)中，當(dāng)標(biāo)簽輸出其簽名代碼之后一個(gè)或多個(gè)同步脈沖沒有對(duì)準(zhǔn)同步時(shí)間窗口時(shí)，處理裝置不輸出其簽名代碼。利用這種脈沖及相關(guān)的時(shí)間窗口，可以使正在競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)簽暫時(shí)停用，以允許從每個(gè)標(biāo)簽分別接收不間斷的響應(yīng)。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于詢問根據(jù)本發(fā)明第一方面的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的詢問設(shè)備，所述設(shè)備的特征在于它包括(a)信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生詢問信號(hào)；(b)詢問接口裝置，用于輻射所述詢問信號(hào)以作為對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的詢問輻射，以及用于從所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽接收響應(yīng)輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)；以及(c)信號(hào)處理裝置，用于過濾所述響應(yīng)信號(hào)，并由此分離出來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽中的每個(gè)標(biāo)簽的信號(hào)譜分量，以及從所述信號(hào)譜分量中提取簽名代碼以識(shí)別所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
由于根據(jù)本發(fā)明第一方面的標(biāo)簽具有可變頻率性質(zhì)，因此所述設(shè)備利用這種性質(zhì)來解決同時(shí)進(jìn)行響應(yīng)的多個(gè)標(biāo)簽之間的沖突。
當(dāng)操作所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，使得其時(shí)鐘頻率由接收信號(hào)的幅值來決定時(shí)，輸出簽名代碼的速率由接收信號(hào)的幅值決定，并因此由標(biāo)簽距詢問設(shè)備的距離決定。因而，通過使所述多個(gè)標(biāo)簽在空間上相對(duì)于所述設(shè)備移動(dòng)，所述設(shè)備可接收到對(duì)應(yīng)各標(biāo)簽的各種時(shí)鐘頻率，且這些時(shí)鐘頻率可用于解決多個(gè)標(biāo)簽的沖突。因而，最好是所述設(shè)備包括標(biāo)簽傳送裝置，用于在操作中在空間上相對(duì)于所述詢問接口裝置傳送所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，所述信號(hào)處理裝置可操作，以便每隔一段時(shí)間重復(fù)采樣響應(yīng)信號(hào)以解決多個(gè)標(biāo)簽的沖突。
作為在空間上移動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的替代方案，可以在空間上使所述設(shè)備本身重定位。這種重定位可通過使所述詢問接口裝置包括在空間上相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽設(shè)置的用于輻射詢問輻射的多個(gè)天線而方便地實(shí)現(xiàn)，所述信號(hào)處理裝置可操作，以便順次切換所述天線而從不同距離處詢問所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，以及在所述設(shè)備處為解決多個(gè)標(biāo)簽的沖突而處理相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)。
在本發(fā)明的第三方面，提供了一種標(biāo)簽系統(tǒng)，其包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一方面的標(biāo)簽和根據(jù)本發(fā)明第二方面的用于詢問和識(shí)別所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的詢問設(shè)備。
在本發(fā)明的第四方面，提供了一種利用詢問設(shè)備詢問可變頻率標(biāo)簽的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在所述標(biāo)簽處接收詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在所述標(biāo)簽的處理裝置處接收該接收信號(hào)；
(d)響應(yīng)在該處接收到該接收信號(hào)而從處理裝置輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別所述標(biāo)簽的簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)所述標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出；(e)從所述標(biāo)簽輻射所述簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在該設(shè)備接收來自所述標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備中過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述標(biāo)簽的簽名代碼，然后使所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)以識(shí)別所述標(biāo)簽。
在所述方法中，供電電位差最好來源于接收信號(hào)，以便回避在標(biāo)簽中包含本地電源的需要。更可取的是，通過利用壓電升壓變壓器來提高所述供電電位差以使標(biāo)簽具有更大的工作范圍。
在本發(fā)明的第五方面，提供一種解決被詢問設(shè)備詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間的沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收該詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)響應(yīng)于在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收到該接收信號(hào)而從每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置中輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)該標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出，所述供電電位差源自于該標(biāo)簽的接收信號(hào)，所述簽名代碼重復(fù)輸出，其間有暫停，在暫停期間所述代碼不輸出；(e)從每個(gè)標(biāo)簽輻射該標(biāo)簽的簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處接收來自該標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備上過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出相應(yīng)于所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述標(biāo)簽的簽名代碼，然后使所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)聯(lián)以識(shí)別所述標(biāo)簽；以及
(b)存在有關(guān)一個(gè)或多個(gè)所述分量的沖突，則重復(fù)步驟(a)到(g)直到?jīng)_突解決為止。
在本發(fā)明的第六方面，提供一種解決被詢問設(shè)備詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間的沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收該詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)響應(yīng)在該處接收到所述接收信號(hào)而從每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置中輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，以取決于激勵(lì)標(biāo)簽的供電電位差的一個(gè)速率而輸出該簽名代碼，所述供電電位差源自于標(biāo)簽的接收信號(hào)中，在重復(fù)輸出簽名代碼期間具有暫停，在該暫停期間不輸出代碼；(e)從每個(gè)標(biāo)簽輻射該標(biāo)簽的簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處從標(biāo)簽中接收該響應(yīng)輻射并在此產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備中過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出相應(yīng)于該標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取標(biāo)簽的簽名代碼，然后使所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)聯(lián)以識(shí)別所述標(biāo)簽；以及(h)如果對(duì)于一個(gè)或多個(gè)所述分量存在著沖突，重復(fù)步驟(a)到(g)直到解決沖突為止。
在本發(fā)明的第七方面，提供一種解決詢問設(shè)備中所詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)標(biāo)簽從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)在每個(gè)標(biāo)簽處識(shí)別存在于接收信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)脈沖，響應(yīng)在該處接收到所述接收信號(hào)，取決于所述一個(gè)或多個(gè)脈沖是否與與標(biāo)簽相關(guān)的時(shí)間窗口相重合而從該標(biāo)簽的處理裝置中輸出相關(guān)簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)該標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出，所述供電電位差源自于該標(biāo)簽的接收信號(hào)；(e)從一個(gè)或多個(gè)所述標(biāo)簽輻射所述簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處接收來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備上過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出相應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的簽名代碼，然后使所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)聯(lián)以識(shí)別所述標(biāo)簽；以及(h)如果存在有關(guān)一個(gè)或多個(gè)所述分量的沖突，則在所述詢問輻射中輸出所述一個(gè)或多個(gè)脈沖以暫時(shí)禁止一個(gè)或多個(gè)所述標(biāo)簽響應(yīng)，并重復(fù)步驟(a)到(g)直到解決沖突為止。
最好是，每個(gè)標(biāo)簽的時(shí)間窗口在時(shí)間上取決于為該標(biāo)簽的處理裝置定時(shí)的定時(shí)速率，而該定時(shí)速率取決于該標(biāo)簽的供電電位差。所述方法的優(yōu)點(diǎn)在于，詢問設(shè)備可以分別控制一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
現(xiàn)在參考以下附圖，通過純示例方式來描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的可變頻率標(biāo)簽的基本部件的示意方框圖；圖2是一個(gè)說明圖1所示標(biāo)簽的第一實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案的電路圖，其采用直接供電電位負(fù)載；圖3是一個(gè)說明圖2所示標(biāo)簽的第一替換實(shí)現(xiàn)方案的電路圖，其采用直接標(biāo)簽輸入負(fù)載；圖4是一個(gè)說明圖2所示標(biāo)簽的第二替換實(shí)現(xiàn)方案的電路圖，其采用振蕩器頻率調(diào)制負(fù)載；圖5是一個(gè)說明圖2所示標(biāo)簽的第三替換實(shí)現(xiàn)方案的電路圖，其采用用于提供反射輻射的輔助負(fù)載-調(diào)制天線；圖6是一個(gè)說明圖2所示標(biāo)簽的第四替換實(shí)現(xiàn)方案的電路圖，其采用雙振蕩器；
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的詢問設(shè)備，其可用于詢問圖2、3、4、5、6中所示類型的多個(gè)標(biāo)簽；圖8是說明圖7所示設(shè)備接收的輻射頻譜響應(yīng)的圖示；圖9是圖7所示詢問設(shè)備的修改形式，該修改形式包括多個(gè)發(fā)射天線，用于解決同時(shí)詢問如圖1到6所示多個(gè)標(biāo)簽時(shí)的沖突問題；圖10是圖2所示標(biāo)簽的修改形式的電路圖，其包括一個(gè)壓電變壓器，用于在通過該處接收的輻射進(jìn)行供電時(shí)為標(biāo)簽提供擴(kuò)大的工作范圍；圖11是圖10所示標(biāo)簽的修改形式的電路圖，其包括對(duì)標(biāo)簽輸入的直接負(fù)載調(diào)制；以及圖12是一種替代詢問設(shè)備的示意圖，其包括正交設(shè)置的雙環(huán)形天線，該設(shè)備詢問如圖2所示的標(biāo)簽，該標(biāo)簽配有適于接收來自所述替換詢問設(shè)備的輻射的環(huán)形天線。
參考圖1，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明的可變頻率標(biāo)簽的基本部件；該標(biāo)簽一般地用10表示。標(biāo)簽10包括多個(gè)互連的部件，即天線裝置12、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14、二極管檢波裝置16、壓控振蕩器18和邏輯單元20。邏輯單元20可以實(shí)現(xiàn)成一個(gè)狀態(tài)機(jī)，例如利用ROM和相關(guān)邏輯門；或者，邏輯單元20可采用微控制器裝置來實(shí)現(xiàn)。邏輯單元20包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置，其電流消耗隨時(shí)鐘頻率升高而增大。
現(xiàn)在描述標(biāo)簽10各部件的互連。
天線裝置12經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)14耦合到二極管檢波裝置16的第一端口。檢波裝置16包括連接到壓控振蕩器18電源輸入端和邏輯單元20電源輸入端的第二端口。振蕩器18的時(shí)鐘信號(hào)CLK輸出端耦合到邏輯單元20的時(shí)鐘輸入端。
現(xiàn)在描述標(biāo)簽10的操作。
標(biāo)簽10在天線裝置12處接收詢問輻射22并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)S1。詢問輻射22可以是例如具有約2.5GHz的載波頻率的微波輻射，即在500MHz到90GHz的范圍內(nèi)?；蛘?，輻射22可以是具有約13.56MHz的載波頻率的高頻輻射，即在5MHz到100MHz的范圍內(nèi)。作為進(jìn)一步的替換，輻射22可以是具有約125kHz的載波頻率的低頻輻射，即在20kHz到500kHz的范圍內(nèi)，在此范圍中存在明顯的電感耦合效應(yīng)。
信號(hào)S1經(jīng)網(wǎng)絡(luò)14傳遞到二極管裝置16，在該處進(jìn)行整流以提供基本上單極但卻波動(dòng)的電位差P，電位差P施加到壓控振蕩器18和邏輯單元20上。振蕩器18產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK，其頻率F是電位差P的函數(shù)；頻率F隨電位差P升高而提高。最好是，頻率F與電位差P基本上線性相關(guān)，例如在20％的線性偏差內(nèi)?；蛘撸梢允诡l率F相對(duì)于電位差P的變化以非線性方式變化，例如基本上以對(duì)數(shù)方式變化。邏輯單元20由時(shí)鐘信號(hào)CLK提供定時(shí)，并且設(shè)計(jì)成向二極管裝置16提供可變功率負(fù)載，例如通過耦合到二極管裝置16第二端口的邏輯單元20的輸入/輸出端，由此調(diào)制電位差P。邏輯單元20用于以取決于編程到單元20中的簽名代碼的時(shí)變方式調(diào)制差異P，所述簽名代碼唯一地將所述標(biāo)簽與其他類似的標(biāo)簽區(qū)分開。邏輯單元20調(diào)制電位差P的速率由時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率決定。另外，如以上所述，邏輯單元20的功耗隨時(shí)鐘信號(hào)CLK頻率的升高而增大，該功耗占標(biāo)簽10內(nèi)功耗的主要部分。因而，當(dāng)標(biāo)簽10在距標(biāo)簽詢問設(shè)備較遠(yuǎn)距離處工作時(shí)，振蕩器18以較低頻率輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK，于是邏輯單元20消耗較少的電力。反之，當(dāng)標(biāo)簽10在距詢問設(shè)備較近距離處工作時(shí)，振蕩器18以較高頻率輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK，于是邏輯單元20消耗較多電力；標(biāo)簽10因此能夠較快地回應(yīng)詢問設(shè)備。因而，通過當(dāng)標(biāo)簽10在距標(biāo)簽詢問設(shè)備較遠(yuǎn)距離處工作時(shí)故意降低時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率，便可使標(biāo)簽10具有比傳統(tǒng)標(biāo)簽擴(kuò)大的工作范圍，傳統(tǒng)標(biāo)簽的工作時(shí)鐘脈沖頻率基本上恒定，與距相關(guān)詢問設(shè)備的距離無關(guān)。詢問設(shè)備檢測(cè)標(biāo)簽10處接收到的詢問輻射，該詢問輻射從該標(biāo)簽處反射而被詢問設(shè)備回收；所反射的輻射量的時(shí)間變化主要由邏輯單元20消耗的瞬時(shí)功率決定。
發(fā)明人明白，標(biāo)簽10的設(shè)計(jì)非常重要，必須將若干設(shè)計(jì)方面納入考慮，即(a)二極管裝置16在其第一端口上表現(xiàn)為一個(gè)輸入阻抗，該輸入阻抗是二極管裝置16視頻電阻的函數(shù)，而該視頻電阻是第二端口上傳遞的輸出電流的函數(shù)；(b)由于裝置16表現(xiàn)為一個(gè)有限的輸出電阻，因而二極管裝置16第二端口處提供的電位差P是該第二端口上傳遞的輸出電流的函數(shù)；以及(c)邏輯單元20通過其CMOS型結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出基本上為電位差P的平方的函數(shù)，且在給定電位差P上與信號(hào)CLK的頻率以及基本上恒定的標(biāo)簽10電路電容C線性相關(guān)或?qū)?shù)相關(guān)。
因此，標(biāo)簽10的功耗Q可以確定為等式1(Eq.1)的第一階Q=kF(12CP2)]]>等式1其中k＝比例常數(shù)；以及F＝f(P)，其中f是函數(shù)，例如基本上線性或?qū)?shù)性的函數(shù)。
可以理解，如上述函數(shù)f所定義，電位差P和信號(hào)CLK的頻率之間的幾種關(guān)系可能取決于壓控振蕩器18的設(shè)計(jì)。
以可變時(shí)鐘頻率來操作標(biāo)簽10具有若干優(yōu)點(diǎn)，即(a)標(biāo)簽10的空間工作范圍可擴(kuò)大而同時(shí)仍然響應(yīng)相關(guān)詢問設(shè)備；以及(b)標(biāo)簽10提供隨工作距離頻移的響應(yīng)，這在同時(shí)詢問若干設(shè)計(jì)類似于標(biāo)簽10的時(shí)有助于解決沖突問題。
現(xiàn)在參考圖2進(jìn)一步詳細(xì)描述圖1所示標(biāo)簽10的各部分。
天線裝置12包括一個(gè)折疊偶極天線，用于接收輻射22并在裝置12的第一和第二端子之間產(chǎn)生信號(hào)S1。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14由隔直流電容器24來實(shí)現(xiàn)。二極管檢波裝置16由雙零偏置肖特基二極管檢波器26實(shí)現(xiàn)，其包括一對(duì)串聯(lián)的肖特基二極管和一個(gè)旁路電容器28。另外，邏輯單元20以總部設(shè)在美國的Microchip Technology公司生產(chǎn)的型號(hào)為PIC12C509ESA的CMOS微控制器的形式實(shí)現(xiàn)。
壓控振蕩器18實(shí)現(xiàn)為一個(gè)“三環(huán)”振蕩器，其包括分別連接在所示反饋環(huán)結(jié)構(gòu)中的一系列第一、第二和第三反向邏輯門30a、30b、30c。另外，振蕩器18最好采用標(biāo)準(zhǔn)的專用74HC04 CMOS器件來實(shí)現(xiàn)。此外，“三環(huán)”振蕩器在由其反向邏輯門傳播延遲決定的頻率上振蕩，所述傳播延遲主要取決于由二極管裝置16產(chǎn)生的電位差P。
現(xiàn)在參考圖2來描述標(biāo)簽10各部分的互連。
天線裝置12的第一端子連接到隔直流電容器24的第一電極。電容器24的第二電極如圖所示耦合到雙肖特基檢波器26的中間陽極-陰極端。檢波器26的陰極連接到旁路電容器28的第一電極、微控制器的輸入/輸出(I/O)端和正極供電VDD端、以及所述74HC04器件的正極供電VDD端。檢波器26的陽極耦合到天線裝置12的第二端、旁路電容器28的第二電極以及微控制器和74HC04裝置的接地VSS端。74HC04器件包括輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK的第三端，第三端子耦合到微控制器的微控制器時(shí)鐘輸入端。
現(xiàn)在參考圖2描述標(biāo)簽10的操作。
詢問設(shè)備(圖2中未顯示)發(fā)出向標(biāo)簽10傳播的詢問輻射22，此輻射由標(biāo)簽10的天線裝置12接收。該裝置12將接收的輻射22轉(zhuǎn)換成信號(hào)S1，信號(hào)S1通過隔直流電容器24耦合到雙肖特基檢波器26，雙肖特基檢波器26將信號(hào)S1整流以在旁路電容器28上產(chǎn)生單極電位，即電位差P。電位差P為74HC04器件供電，該器件進(jìn)行振蕩并將時(shí)鐘信號(hào)CLK輸出到微控制器。電位差P也為微控制器供電而使其工作。
微控制器預(yù)先用對(duì)標(biāo)簽10唯一的簽名代碼編程。微控制器以受所述簽名代碼控制的周期性方式切換其輸入/輸出端I/O，以旁路電容器28上表現(xiàn)為一個(gè)時(shí)變負(fù)載。該負(fù)載的變化又影響雙肖特基檢波器26通過隔直流電容器24向天線裝置12呈現(xiàn)的阻抗，并由此影響由天線裝置12反射回詢問設(shè)備的一部分輻射22。詢問設(shè)備可接收返回到該處的輻射，將該反射的輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)隨后經(jīng)處理以產(chǎn)生暫時(shí)性波動(dòng)并由此得到標(biāo)簽10預(yù)編程的簽名代碼。該詢問設(shè)備因此能夠從標(biāo)簽10的簽名代碼確定標(biāo)簽10的存在及其特定的身份。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以修改圖2所示的標(biāo)簽10。例如，最好利用一個(gè)專用集成電路(ASIC)來實(shí)現(xiàn)雙肖特基檢波器26、74HC04器件和微控制器；這種方法限制了裝配制造標(biāo)簽10所需的部件數(shù)量，由此降低其生產(chǎn)成本。另外，最好是采用蝕刻或印刷金屬薄膜導(dǎo)體廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)天線裝置12。
可以將標(biāo)簽10封裝以保護(hù)它并使其它與周圍環(huán)境隔離。這種封裝在例如將標(biāo)簽10用于干洗行業(yè)中標(biāo)注衣物時(shí)很重要。在這些行業(yè)中，衣物易受高溫和大量有機(jī)溶劑中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的影響；為了在清洗之后將衣物歸還給相應(yīng)客戶，必須將這些衣物加以唯一的標(biāo)識(shí)。微控制器最好包括非易失性存儲(chǔ)器，例如E2PROM，以便可以用唯一的簽名代碼對(duì)其編程；這使得可以大量生產(chǎn)標(biāo)簽10，然后在生產(chǎn)后加以定制。
應(yīng)當(dāng)明白的是，可對(duì)標(biāo)簽10加以修改以使其包括本地電源，例如一個(gè)鋰鈕扣電池。修改的標(biāo)簽會(huì)保持如下特性其壓控振蕩器18以取決于由上述鈕扣電池提供的供電電位的頻率來輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK。由此可以通過在電池即將用盡時(shí)，即其內(nèi)阻趨向于增大時(shí)降低電池的功耗，從而延長(zhǎng)該修改標(biāo)簽的工作壽命。
同樣應(yīng)當(dāng)明白的是，該微控制器可以具有一個(gè)或多個(gè)附加的傳感器，以檢測(cè)標(biāo)簽10的周圍環(huán)境。例如，這種傳感器可以是一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器、氣敏傳感器和生物傳感器，以便標(biāo)簽10可用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)采用標(biāo)簽來加以唯一標(biāo)識(shí)的產(chǎn)品的狀態(tài)或老化。在這方面，標(biāo)簽10可有益地用于釀造和食品加工行業(yè)。另外，在傳感器指示磨損的情況下，標(biāo)簽10可用于用信號(hào)通知與之相關(guān)聯(lián)的部分何時(shí)已磨損且需要，例如在汽車應(yīng)用中。
在圖3中，50表示標(biāo)簽10的第一替換形式。第一替換標(biāo)簽50與標(biāo)簽10相似，不同之處在于輸入/輸出(I/O)端經(jīng)由負(fù)載電阻52連接到電容24的第二電極。操作中，微控制器利用輸入/輸出(I/O)端來調(diào)制在負(fù)載電阻52上形成的電壓，并由此通過電容24將負(fù)載調(diào)制施加到天線12上。通過施加這種負(fù)載調(diào)制，相應(yīng)地調(diào)制了一部分從標(biāo)簽50反射的輻射22。
第一替換標(biāo)簽50具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其可以比標(biāo)簽10中的可能頻率更高的頻率對(duì)輻射22進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。允許更高的調(diào)制頻率是因?yàn)榈谝惶鎿Q標(biāo)簽50中的微控制器不需要改變其由電容28緩沖的電位差P。因而，第一替換標(biāo)簽50能夠以比標(biāo)簽10高的數(shù)據(jù)率來響應(yīng)詢問輻射22。
在圖4中，60表示標(biāo)簽10的第二替換形式。第二替換標(biāo)簽60與標(biāo)簽10相似，不同之處在于振蕩器18還包括第一電阻62、第二電阻64、隔直流電容器66和變?nèi)荻O管68。第一、第二和第三邏輯非門30a、30b、30c分別串聯(lián)連接，從第一邏輯門30a開始，以第三邏輯門30c結(jié)束。第三邏輯門30c的輸出端連接到微控制器的時(shí)鐘輸入端，并經(jīng)由第一電阻62連接到第一邏輯門30a的輸入端，并且還經(jīng)由電容66連接到變?nèi)荻O管68的陰極。所述陰極經(jīng)過第二電阻64耦合到微控制器的輸入/輸出(I/O)端。
操作中，第二替換標(biāo)簽60在其天線裝置12處接收輻射22并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)S1。信號(hào)S1經(jīng)過電容24耦合到檢波裝置16，該檢波裝置16對(duì)信號(hào)S1進(jìn)行整流以產(chǎn)生電位差P。電位差P激勵(lì)振蕩器18以及微控制器。振蕩器18產(chǎn)生為微控制器定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)CLK。微控制器在其輸入/輸出(I/O)端周期性地輸出其簽名代碼，其調(diào)制變?nèi)荻O管68表現(xiàn)出的電容并因此調(diào)制振蕩器18的振蕩頻率。主要產(chǎn)生于微控制器內(nèi)的標(biāo)簽60的功耗會(huì)隨振蕩器振蕩頻率變化，將由簽名代碼調(diào)制的不定負(fù)載提供給檢波裝置16，其依次調(diào)制從標(biāo)簽60處反射的一部分輻射22。
在圖5中，80表示標(biāo)簽10的第三替換形式。第三替換標(biāo)簽80與標(biāo)簽10相同，除了它還包括一個(gè)輔助偶極天線82，該輔助偶極天線82包括經(jīng)由pin二極管86相互耦合的第一和第二偶極片84a、84b。第二偶極片84b連接到二極管86的陰極，并且還連接到天線裝置12的第二端子。第一偶極片84a耦合到pin二極管86的陽極，并且還經(jīng)由偏置電阻88耦合到微控制器的輸入/輸出(I/O)端。
第三替換標(biāo)簽80以與標(biāo)簽10相同的方式進(jìn)行操作，除了微控制器可操作以調(diào)節(jié)流經(jīng)pin二極管86的電流并由此調(diào)節(jié)其動(dòng)態(tài)電阻率，從而調(diào)節(jié)由輔助天線82接收的反射回來的一部分輻射22。
應(yīng)當(dāng)明白的是，可以通過將pin二極管86替換為砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GaAs-FET)來進(jìn)一步修改第三替換標(biāo)簽80，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管充當(dāng)負(fù)阻并由此從輔助天線82提供程度增強(qiáng)的反射輻射。另外，可將天線裝置12和輔助天線82分別調(diào)諧到不同的輻射頻率，以便在通過包含第一和第二輻射分量的輻射詢問替換標(biāo)簽80時(shí)，第一分量有效地經(jīng)天線裝置12耦合并激勵(lì)標(biāo)簽80，而第二分量有效地耦合到輔助天線82中并在其中進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。第三標(biāo)簽80還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以比標(biāo)簽10更快地調(diào)制標(biāo)簽80的反射輻射。
第三標(biāo)簽80可以通過包括一個(gè)聲表面波(SAW)振蕩器來進(jìn)一步加以修改，所述SAW振蕩器包含一個(gè)SAW諧振器以及相關(guān)的增益元件如晶體管。在這種進(jìn)一步修改的標(biāo)簽中，SAW振蕩器可由電位差P激勵(lì)并由微控制器進(jìn)行選通控制，以一種傳送簽名代碼的方式，以相對(duì)低的占空比，例如0.5～5％的時(shí)間來振蕩，由此產(chǎn)生一個(gè)用于發(fā)射的信號(hào)作為來自輔助天線82的反射輻射。這種進(jìn)一步修改的標(biāo)簽具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其以與激勵(lì)該進(jìn)一步修改的標(biāo)簽的輻射22的頻率不同的頻率進(jìn)行響應(yīng)。
還可以進(jìn)一步修改第三標(biāo)簽80，使微控制器包含一個(gè)E2PROM，例如用于提供非易失性存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)標(biāo)簽的簽名代碼。所述微控制器用于有意地使振蕩器18減速，以允許在執(zhí)行能耗大的功能，例如以新的簽名代碼對(duì)該E2PROM重新編程之前形成更大的電位差P。
在圖6中，100表示標(biāo)簽10的第四替換形式。第四替換標(biāo)簽100與標(biāo)簽10相同，除了它還包含一個(gè)耦合到微控制器時(shí)鐘輸入端的邏輯振蕩器102。另外，振蕩器18耦合到微控制器的選通輸入端。此外，如上所述，微控制器的輸入/輸出(I/O)端經(jīng)由負(fù)載電阻104耦合到檢波裝置16，以便對(duì)其進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。
操作中，第四標(biāo)簽100接收輻射22，輻射22經(jīng)由天線裝置12、電容器24和檢波裝置16耦合以產(chǎn)生電位差P。電位P激勵(lì)振蕩器18、102以及微控制器。邏輯振蕩器102設(shè)計(jì)成不管電位P如何波動(dòng)，均以基本上恒定的頻率振蕩，并因此以基本上恒定的速率為所述控制器定時(shí)。與此相反，振蕩器18以高度依賴于電位P的頻率進(jìn)行振蕩，例如基本上以線性或?qū)?shù)方式進(jìn)行振蕩。邏輯振蕩器102確保所述微控制器在穩(wěn)定的頻率上工作并因此以可預(yù)測(cè)的速率輸出其簽名代碼。微控制器采用其從振蕩器18接收的時(shí)鐘信號(hào)來確定以怎樣的頻率重復(fù)所述簽名代碼。第四標(biāo)簽100具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即簽名代碼以可預(yù)測(cè)的速率輸出，由此使詢問第四標(biāo)簽100的設(shè)備上的信號(hào)處理操作容易。由于標(biāo)簽代碼重復(fù)頻率取決于電位差P以及第四標(biāo)簽100在輸出其簽名代碼之間花費(fèi)其例如90％或更多的大部分有效時(shí)間空轉(zhuǎn)，沖突因此得以回避，因?yàn)椴l(fā)操作的多個(gè)第四標(biāo)簽100將異步輸出其簽名代碼；將會(huì)出現(xiàn)這樣的時(shí)候多個(gè)標(biāo)簽中只有一個(gè)輸出其簽名代碼，它因此可被詢問所述多個(gè)第四標(biāo)簽的詢問設(shè)備無歧義地識(shí)別出。
實(shí)際上，在專門改造的生產(chǎn)機(jī)械中可以大量地例如成百萬地生產(chǎn)根據(jù)標(biāo)簽10、50、60、80、100的設(shè)計(jì)的標(biāo)簽。使用時(shí)，許多這種標(biāo)簽經(jīng)常會(huì)同時(shí)處于前述詢問設(shè)備的工作范圍之內(nèi)。詢問設(shè)備的一個(gè)重要方面在于，其可以在試圖同時(shí)詢問多個(gè)標(biāo)簽時(shí)解決標(biāo)簽之間的沖突。解決這種沖突是任何商用標(biāo)簽系統(tǒng)的一個(gè)重要且實(shí)用的方面。
接著參考圖7，圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種詢問設(shè)備，其可用于詢問設(shè)計(jì)與圖1和2所示標(biāo)簽10類似的多個(gè)標(biāo)簽10a、10b；該詢問設(shè)備一般地由200表示且顯示為包括在虛線框210中。詢問設(shè)備200包括射頻振蕩器220、功率放大器230、發(fā)送器天線240、接收器天線250、接收器放大器260、單邊帶混頻器270、以及包含數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字過濾器的基帶接收器280。
現(xiàn)在描述詢問設(shè)備200內(nèi)的互連。
振蕩器220包括射頻信號(hào)SRF輸出，信號(hào)SRF與標(biāo)簽10可響應(yīng)的射頻范圍相匹配。信號(hào)SRF輸出耦合到功率放大器230的信號(hào)輸入端和混頻器270的第一輸入端口。功率放大器230的輸出耦合到發(fā)送器天線240。同樣，接收器天線250連接到接收器放大器260的輸入端口。接收器260的輸出端耦合到混頻器270的第二輸入端口?；祛l器270的輸出端口連接到基帶接收器280的信號(hào)輸入端。
現(xiàn)在參考圖7描述詢問標(biāo)簽10a、10b的設(shè)備200的操作。標(biāo)簽10a、10b空間上分布在與發(fā)送器天線240分別相距L1、L2處。
振蕩器220產(chǎn)生信號(hào)SRF。信號(hào)SRF傳播到放大器230以及混頻器270的第一端口。放大器230將所述信號(hào)SRF放大以產(chǎn)生相應(yīng)的放大信號(hào)ASRF，放大信號(hào)ASRF傳送到發(fā)送器天線240，在該處作為輻射70向標(biāo)簽10a、10b輻射。該輻射傳播到標(biāo)簽10a、10b以產(chǎn)生接收信號(hào)S1，在標(biāo)簽10a、10b中對(duì)信號(hào)S1整流以產(chǎn)生相應(yīng)的供電電位差P。標(biāo)簽10a、10b如以上所述那樣運(yùn)行，標(biāo)簽10a、10b具有其相關(guān)的分別工作在時(shí)鐘頻率F1和F2上的壓控振蕩器50。在圖7中，距離L1比距離L2短，這導(dǎo)致頻率F1大于頻率F2。換句話說，以比標(biāo)簽10b大的速率為標(biāo)簽10a定時(shí)，因?yàn)闃?biāo)簽10a比標(biāo)簽10b更接近發(fā)送器天線240。
標(biāo)簽10a、10b分別調(diào)制其相應(yīng)的輻射反射系數(shù)以提供反射輻射300、310。所述輻射300、310分別從標(biāo)簽10a、10b傳播到接收器天線250，在該處將輻射300、310轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的接收信號(hào)STF。信號(hào)STF傳播到接收器放大器260，在其中加以放大以產(chǎn)生相應(yīng)的放大信號(hào)ASTF，放大信號(hào)ASTF傳送到混頻器270的第二輸入端口。然后混頻器270將信號(hào)ASTF、SRF混頻即將其相乘以產(chǎn)生積分量，即產(chǎn)生基帶信號(hào)SBB，基帶信號(hào)SBB隨后傳播到基帶接收器280以接受稍后描述的其它信號(hào)處理。
現(xiàn)在參考圖8，其中顯示了說明信號(hào)SBB的頻譜響應(yīng)的圖形。該圖形包括表示從左至右遞增的頻率的橫坐標(biāo)軸400，以及表示從下到上遞增的信號(hào)幅值的縱標(biāo)軸410。信號(hào)SBB包括源于標(biāo)簽10b的第一邊帶分量420以及源于標(biāo)簽10a的第二邊帶分量430。由于標(biāo)簽10b距離發(fā)送器天線240比標(biāo)簽10a更遠(yuǎn)，所以在頻譜響應(yīng)中，第一邊帶分量420位于比分量430相對(duì)低的頻率上。
分量420、430分別包括有關(guān)標(biāo)簽10b、10a的簽名代碼的信息；另外，分量420、430可以包括來自標(biāo)簽10b、10a的附加信息，例如來自連接到標(biāo)簽10b、10a或結(jié)合到其中的傳感器的傳感器測(cè)量值。接收器280使用頻率選擇性數(shù)字濾波器分離出分量420、430，然后從中提取簽名代碼。這種濾波和提取技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)中是已知的。
標(biāo)簽10a、10b可設(shè)計(jì)成以曼徹斯特二相編碼數(shù)據(jù)的形式調(diào)制其相應(yīng)的輻射反射系數(shù)；當(dāng)采用曼徹斯特二相技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)編碼時(shí)，將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)異“或”以產(chǎn)生相應(yīng)的曼徹斯特二相編碼數(shù)據(jù)?？刹捎玫奶娲{(diào)制形式包括FM0和FM1格式，F(xiàn)M0和FM1是無線電通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的。
當(dāng)從設(shè)備200同時(shí)詢問設(shè)計(jì)上類似于標(biāo)簽10的許多標(biāo)簽時(shí)，在兩個(gè)或兩個(gè)以上標(biāo)簽與發(fā)送器天線240等距離的情況下可能產(chǎn)生不確定的沖突。當(dāng)發(fā)生這種沖突時(shí)，由接收器280處理的來自標(biāo)簽的譜分量將會(huì)重疊在一起而無法理解。本發(fā)明人理解，存在可據(jù)以操作設(shè)備200和標(biāo)簽10a、10b以解決所述沖突的多種方法。
在第一種方法中，標(biāo)簽10a、10b經(jīng)過設(shè)計(jì)，使得其相應(yīng)的微控制器不會(huì)連續(xù)地調(diào)制從其標(biāo)簽反射的輻射，而是僅在這些標(biāo)簽被詢問期間的一小段時(shí)間內(nèi)對(duì)該輻射進(jìn)行調(diào)制。由于實(shí)際上標(biāo)簽10a、10b的時(shí)鐘頻率會(huì)稍有不同，它們將異步運(yùn)行以便在某些時(shí)刻交替調(diào)制所述反射輻射。接收器280會(huì)將這種交替看作頻譜響應(yīng)中簽名代碼交替的一個(gè)分量。可對(duì)接收器280中的處理器進(jìn)行編程以識(shí)別簽名代碼的這種交替并將其解釋為表示存在不止一個(gè)與發(fā)送器天線240等距離的響應(yīng)標(biāo)簽。
在第二種方法中，圖7所示的設(shè)備200修改成圖9所示的替換詢問設(shè)備；該替換設(shè)備一般地用500表示。設(shè)備500包括三個(gè)發(fā)送器天線裝置TX1、TX2、TX3，它們分別連接到轉(zhuǎn)換開關(guān)520的開關(guān)接線端a、b、c。轉(zhuǎn)換開關(guān)520的滑動(dòng)端d連接到功率放大器230的輸出端。基帶接收器280也修改為提供天線選擇信號(hào)SANT，該天線選擇信號(hào)SANT耦合到轉(zhuǎn)換開關(guān)520，在開關(guān)520處用于控制滑動(dòng)端d到前述三個(gè)開關(guān)接線端a、b、c中首選的一個(gè)端子上。
替換設(shè)備500另外包括一個(gè)可移動(dòng)的傳送帶510，產(chǎn)品及其相關(guān)附加標(biāo)簽10a、10b在該傳送帶上相對(duì)于天線裝置TX1、TX2、TX3傳送。圖9中用Lij表示與天線裝置TX1、TX2、TX3的距離，其中下標(biāo)i表示天線裝置，下標(biāo)j表示標(biāo)簽本身。
操作中，設(shè)備500順次使用天線裝置TX1、TX2、TX3來詢問標(biāo)簽10a、10b。通過控制轉(zhuǎn)換開關(guān)520的SANT信號(hào)分別依次選擇裝置TX1、TX2、TX3；例如，當(dāng)SANT信號(hào)將轉(zhuǎn)換開關(guān)520設(shè)為將其滑動(dòng)端d連接到端子a時(shí)，選擇裝置TX1。由圖9可見，當(dāng)天線裝置TX1、TX2、TX3基本上共線排列時(shí)，每個(gè)標(biāo)簽10a、10b不可能與這些天線裝置等距離。由于距離不等，因此當(dāng)基帶接收器280依次選通天線裝置TX1、TX2、TX3時(shí)，圖8所示的來自標(biāo)簽10a、10b的外差反射分量沿橫坐標(biāo)軸400移動(dòng)。因而，如果對(duì)于天線裝置之一發(fā)生了分量420、430頻率重迭，則在采用另一個(gè)天線裝置時(shí)可解決這些分量頻率重疊的問題。因而，在由于兩個(gè)或兩個(gè)以上標(biāo)簽與一個(gè)或多個(gè)天線裝置等距離而發(fā)生沖突的情況下，基帶接收器280能夠?yàn)樾盘?hào)處理目的分離外差分量。
如果需要，設(shè)備500可以進(jìn)一步加以修改，以便其利用一個(gè)或多個(gè)天線裝置TX1、TX2、TX3，在標(biāo)簽10a、10b沿傳送帶510移動(dòng)時(shí)每隔一段時(shí)間監(jiān)測(cè)標(biāo)簽10a、10b；隨著標(biāo)簽10a、10b向前移動(dòng)，它們與一個(gè)或多個(gè)天線裝置TX1、TX2、TX3的相對(duì)距離隨之變化，從而使分量420、430沿橫坐標(biāo)軸400移動(dòng)。由于這種運(yùn)動(dòng)，某一瞬時(shí)標(biāo)簽10a、10b之間的沖突可在標(biāo)簽10a、10b沿傳送帶510移動(dòng)時(shí)的另一瞬時(shí)解決。
在解決沖突的第三種方法中，對(duì)設(shè)備200、500以及標(biāo)簽10a、10b的微控制器進(jìn)行了修改。設(shè)備200、500經(jīng)過修改，使得每個(gè)設(shè)備中包括從其相應(yīng)基帶接收器280到其射頻振蕩器220的連接，以便每隔一段時(shí)間將同步脈沖插入信號(hào)SRF中。標(biāo)簽10a、10b中的微控制器也經(jīng)過修改，以便它們?cè)诓僮髦斜O(jiān)視其上施加的電位差P，以檢測(cè)上述同步脈沖的存在。如果一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽10a、10b在輸出其簽名代碼以調(diào)制其電位差P之后，未在檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)重復(fù)檢測(cè)到同步脈沖，則該一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽10a、10b自動(dòng)切換進(jìn)入不活動(dòng)狀態(tài)一段時(shí)間，在該不活動(dòng)狀態(tài)中，這些標(biāo)簽停止輸出其簽名代碼。每當(dāng)設(shè)備200、500檢測(cè)到信號(hào)SBB中存在簽名代碼之后，設(shè)備200、500用于按周期性時(shí)間間隔輸出同步脈沖，該時(shí)間間隔與所關(guān)心的特定代碼的時(shí)鐘頻率有關(guān)。采用這種方法，設(shè)備200、500能夠向某個(gè)首選的標(biāo)簽10a、10b發(fā)信號(hào)以指示其繼續(xù)輸出其簽名代碼，并強(qiáng)制另一個(gè)標(biāo)簽10a、10b進(jìn)入暫時(shí)受阻輸出其簽名代碼的等待狀態(tài)。這種方法當(dāng)然也可用于存在兩個(gè)以上標(biāo)簽的情況。
現(xiàn)在參考圖2和7進(jìn)一步闡明與上述第三種方法相關(guān)的詢問方法，此詢問方法利用設(shè)備200來詢問標(biāo)簽10a、10b且優(yōu)選標(biāo)簽10a而非標(biāo)簽10b；步驟1設(shè)備200接受與其相連的標(biāo)簽管理系統(tǒng)(未顯示)的指示，專門識(shí)別標(biāo)簽10a，而使所存在的其它標(biāo)簽強(qiáng)制進(jìn)入等待狀態(tài)；步驟2設(shè)備200以產(chǎn)生信號(hào)SRF為開始，接著將信號(hào)SRF放大來提供放大信號(hào)ASRF，以便在其發(fā)送器天線240處作為輻射70輸出。輻射70傳播到標(biāo)簽10a、10b并被其接收。輻射70在每個(gè)標(biāo)簽10a、10b中轉(zhuǎn)換成信號(hào)S1，并經(jīng)整流以產(chǎn)生電位差P。每個(gè)標(biāo)簽10a、10b中的微控制器60受該電位差P激勵(lì)，并開始以與標(biāo)簽10a、10b的簽名代碼相關(guān)的方式將一個(gè)波動(dòng)負(fù)載施加到其電位差P上。所述波動(dòng)負(fù)載導(dǎo)致一個(gè)相應(yīng)的波動(dòng)阻抗呈現(xiàn)給標(biāo)簽10a、10b的天線裝置20，從而瞬時(shí)修改其反射特性并由此從標(biāo)簽10a、10b產(chǎn)生輻射70的帶簽名代碼的反射分量300、310。反射分量300、310傳回設(shè)備200的接收器天線250并由其接收。
步驟3輻射分量300、310在接收器天線250處轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)信號(hào)STF。放大器260將信號(hào)STF放大以產(chǎn)生相應(yīng)的放大信號(hào)ASTF。放大信號(hào)ASTF與信號(hào)STF進(jìn)行外差以產(chǎn)生基帶信號(hào)SBB，基帶信號(hào)SBB隨后傳送到基帶接收器280；步驟4接收器280對(duì)信號(hào)SBB濾波以從中分離出譜分量，然后檢測(cè)其瞬時(shí)振幅波動(dòng)以識(shí)別存在于信號(hào)SBB中的簽名代碼。接收器280選擇所識(shí)別出的簽名代碼，其與從前述標(biāo)簽管理系統(tǒng)傳送到設(shè)備200的簽名標(biāo)簽相關(guān)。在識(shí)別相關(guān)的簽名代碼后的一個(gè)響應(yīng)時(shí)間間隔處，接收器向振蕩器220發(fā)出一個(gè)脈沖命令，于是振蕩器220將脈沖插入信號(hào)SRF中，所述時(shí)間間隔取決于接收器280測(cè)量的相關(guān)簽名代碼的定時(shí)速率；步驟5由放大器230放大包含了插入脈沖的信號(hào)SRF，以產(chǎn)生信號(hào)ASRF，信號(hào)ASRF從發(fā)送器天線240作為輻射70發(fā)出；步驟6標(biāo)簽10a、10b在所接收的輻射70中監(jiān)測(cè)插入的脈沖；如果步驟2中標(biāo)簽10a、10b已輸出其相應(yīng)簽名代碼之后的一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)出現(xiàn)了所述脈沖，則標(biāo)簽10a、10b將據(jù)此確定它們是保持激活狀態(tài)還是暫時(shí)轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)；在本示例中，脈沖存在于標(biāo)簽10a的預(yù)期時(shí)間窗口中，但未出現(xiàn)在標(biāo)簽10b的預(yù)期時(shí)間窗口中，因此強(qiáng)制標(biāo)簽10b進(jìn)入等待狀態(tài)，而標(biāo)簽10a保持激活。由于標(biāo)簽10b切換到等待狀態(tài)，因此避免了標(biāo)簽10a、10b之間的沖突；步驟7設(shè)備200如上述步驟4和5所述在輻射70中重復(fù)輸出同步脈沖，直到標(biāo)簽管理系統(tǒng)指示設(shè)備200搜索備選標(biāo)簽。因此，標(biāo)簽10b從等待狀態(tài)返回到激活狀態(tài)，其中，可以在一段恢復(fù)周期之后選擇標(biāo)簽10b，所述周期例如在幾微秒到一秒的范圍內(nèi)。
發(fā)明人明白可以修改標(biāo)簽10，以便在由標(biāo)簽10上接收的輻射為其供電時(shí)擴(kuò)展標(biāo)簽10的工作范圍。圖10提供了一種這種經(jīng)過修改的標(biāo)簽的電路，該經(jīng)修改的標(biāo)簽一般地由600表示。與標(biāo)簽10相比，標(biāo)簽600另外包括一個(gè)由610表示的壓電變壓器和顯示為包括在虛線框660內(nèi)的由650表示的輸出二極管檢波單元。在標(biāo)簽600中，變壓器610包括初級(jí)區(qū)620和次級(jí)區(qū)630，它們集成在一起以形成一個(gè)伸長(zhǎng)的機(jī)械部件。所述區(qū)域是由壓電合成物如鋯鈦酸鉛(PZT)或類似的壓電材料制造的。所述部件在其第一端具有初級(jí)區(qū)620，而在其第二端具有次級(jí)次級(jí)區(qū)630。在操作中，該部件可經(jīng)激勵(lì)進(jìn)入諧振的延伸模式。由于初級(jí)區(qū)620包括一堆電氣上平行連接的壓電板而次級(jí)區(qū)630包括一個(gè)壓電材料片，因此變壓器610能夠升高從二極管檢波單元16輸出并施加到初級(jí)區(qū)620上的信號(hào)的電壓振幅，以便在二極管檢波單元650的輸出端產(chǎn)生增高的電位差P來為邏輯單元20和壓控振蕩器18供電。
最好是，變壓器610設(shè)計(jì)成在其延伸模式下在10kHz到300kHz的頻率范圍內(nèi)諧振。所述諧振與約為20到500的品質(zhì)因數(shù)相關(guān)。例如，可以這樣制造變壓器610，使得(a)初級(jí)區(qū)620包括5到20層一堆的極化壓電材料，每層的厚度在50:m到0.2mm之間，且主要表面均是范圍在1mm×1mm到5mm×5mm的區(qū)域；所述堆可通過在這些主要表面上將這些層膠粘或焊接在一起而形成；另外，可將這些主要表面金屬化以形成電連接；以及(b)次級(jí)區(qū)630可包括一個(gè)極化壓電材料片，其具有前主要表面和后主要表面，每個(gè)主要表面具有范圍在1mm×1mm到5mm×5mm內(nèi)的區(qū)域，且厚度為0.3mm到1mm。
可將所述初級(jí)及次級(jí)區(qū)620、630膠粘或焊接在一起以形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
如圖10中所示，檢波單元650包括由670表示的肖特基二極管對(duì)和以與檢波單元16相似的方式連接在一起的相關(guān)旁路電容器680。初級(jí)區(qū)620的初級(jí)、次級(jí)端T1、T2分別連接到旁路電容器28的第一和第二電極。如圖10所示，次級(jí)區(qū)630端子Ts連接到二極管對(duì)670的中點(diǎn)。
現(xiàn)在結(jié)合圖7所示詢問設(shè)備200描述標(biāo)簽600的操作。
設(shè)備200的發(fā)生器220產(chǎn)生適合于標(biāo)簽600的頻率為f1的射頻信號(hào)，并在與變壓器610的延伸諧振模式對(duì)應(yīng)的頻率f2上對(duì)該射頻信號(hào)進(jìn)行振幅調(diào)制，如前所述，在頻率f2上，變壓器610能夠提供從其初級(jí)區(qū)620到其次級(jí)區(qū)630的電壓升高。功率放大器230對(duì)該振幅調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大并將所得的放大信號(hào)由天線裝置240輸出，該放大信號(hào)在該天線裝置240處作為輻射22輻射出去。在標(biāo)簽600的天線裝置12處接收所述輻射22，然后在裝置12的第一和第二端子上產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)SR。接收信號(hào)SR傳到二極管檢波單元16，二極管檢波單元16將信號(hào)SR整流以產(chǎn)生相應(yīng)的單極信號(hào)ST，信號(hào)ST包括主要在頻率f2上的信號(hào)分量。信號(hào)ST將變壓器610激勵(lì)進(jìn)入沿其延伸軸的諧振狀態(tài)，以在變壓器650的次級(jí)區(qū)產(chǎn)生頻率為f2的信號(hào)SS，信號(hào)SS具有比信號(hào)ST更大的電壓幅值。信號(hào)SS傳到二極管檢波單元650，由其進(jìn)行整流，以提供為邏輯單元20和振蕩器18供電的電位差P，如上所述。振蕩器18提供頻率隨P升高而提高的時(shí)鐘信號(hào)CLK。
變壓器610尤其適用于標(biāo)簽600中；與變壓器610相比，繞線式鐵心或空心變壓器體積較大且不易提供適當(dāng)?shù)慕K端阻抗范圍。另外，開關(guān)電容型電壓變壓器也不合適，因?yàn)樗鼈冃枰刹煊X的電壓來運(yùn)行。
發(fā)明人明白，壓電變壓器610在諧振時(shí)可具有相對(duì)高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，例如，數(shù)值經(jīng)常超過幾百，尤其是在在1kHz的測(cè)試頻率下利用呈現(xiàn)0.005或更低的介電損耗的硬PZT陶瓷材料的條件下。這種硬PZT材料例如可從如下渠道獲得丹麥公司Ferroperm A/S，Hejreskovvej 18A，DK-3490Kvistgaard，丹麥產(chǎn)品型號(hào)(under product reference)PZT26。壓電材料的介電損耗定義為電驅(qū)動(dòng)該材料時(shí)所觀測(cè)到的電損耗角的正切。所述介電損耗還表示由該材料制成的壓電變壓器的并聯(lián)等效電路的電阻與電抗之比。所述介電損耗可以直接利用阻抗電橋來測(cè)量，例如在1kHz的激勵(lì)頻率下。
因此，變壓器610具有一個(gè)用于負(fù)載調(diào)制的帶寬限制濾波器，所述負(fù)載調(diào)制是從微控制器經(jīng)變壓器610傳回天線裝置12的。為了提高標(biāo)簽600的調(diào)制帶寬，發(fā)明人設(shè)計(jì)了如圖11中700所示的標(biāo)簽600的改進(jìn)形式。標(biāo)簽700與標(biāo)簽600相同，除了輸入/輸出(I/O)端經(jīng)負(fù)載電阻710連接到電容24的第二電極，如圖所示。因而，標(biāo)簽700能夠直接將負(fù)載調(diào)制施加到天線裝置12上，并因此可以與標(biāo)簽600相比更大的數(shù)據(jù)率進(jìn)行響應(yīng)。
發(fā)明人明白，雖然包括變壓器610及其相關(guān)二極管檢波單元650可以提供擴(kuò)展的標(biāo)簽工作范圍，但包括變壓器可能引入其他問題。然而，變壓器610的諧振頻率隨溫度變化。在許多情況中，標(biāo)簽詢問設(shè)備不具有有關(guān)試圖與之通信的標(biāo)簽的溫度信息。因而，詢問設(shè)備有可能選擇不適當(dāng)?shù)念l率f2，該頻率未正好與每個(gè)標(biāo)簽中變壓器610的諧振頻率重合。這種不精確的重合在選擇具有特別高的品質(zhì)因數(shù)的變壓器610來擴(kuò)大標(biāo)簽600、700的工作范圍的情況下意義尤其重大。為了解決這種問題，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種解決方案，其包括詢問設(shè)備以循環(huán)的方式掃描輻射22的頻率f2。在標(biāo)簽600、700中，電位差P會(huì)隨輻射22中的頻率f2掃描經(jīng)過變壓器的諧振時(shí)改變。因而，標(biāo)簽600、700輸出其相應(yīng)簽名代碼的速率將隨掃描頻率f2發(fā)生變化；在圖8中，這種掃描對(duì)應(yīng)于沿橫坐標(biāo)軸400掃描分量420、430。詢問設(shè)備可經(jīng)過編程以檢測(cè)掃描頻率f2時(shí)分量420、430的移動(dòng)，由此確定一個(gè)最適合操作每個(gè)標(biāo)簽600、700的頻率f2。另外，通過精心安排標(biāo)簽600、700使其具有互不相同的變壓器610諧振頻率，例如通過有意放寬他們的制造公差，這種掃頻方法便可用于協(xié)助解決標(biāo)簽之間的沖突；由于標(biāo)簽具有互不相同的頻率，因此他們的相應(yīng)分量將達(dá)到最大值，該最大值對(duì)應(yīng)于互不相同的f2頻率上橫坐標(biāo)軸400右側(cè)的位置。
發(fā)明人還明白，標(biāo)簽詢問設(shè)備不僅可用于確定特定標(biāo)簽是否存在，而且可用于確定其相對(duì)于詢問設(shè)備的角方位(angular bearing)。當(dāng)標(biāo)簽及其相關(guān)詢問設(shè)備在較低頻率上工作時(shí)，例如在100kHz到200kHz的范圍內(nèi)工作時(shí)，所述設(shè)備和標(biāo)簽之間的耦合主要通過磁性H-場(chǎng)耦合來產(chǎn)生。此外，在這種低頻范圍上首選環(huán)形天線，例如，類似長(zhǎng)波無線電接收器中對(duì)方向敏感的鐵氧體線圈天線。因而，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種能夠進(jìn)行標(biāo)簽定向測(cè)量的詢問系統(tǒng)及相關(guān)聯(lián)的兼容標(biāo)簽，所述系統(tǒng)由800表示，而標(biāo)簽由810表示。
系統(tǒng)800包括一個(gè)耦合到由820表示的天線裝置的詢問設(shè)備830。裝置820包括如圖所示互相正交設(shè)置的第一和第二環(huán)形天線822a、822b。標(biāo)簽810與圖1和圖2所示的標(biāo)簽10類似，除了天線裝置12以環(huán)形天線840的形式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)800以類似于設(shè)備500的結(jié)構(gòu)設(shè)置，其中轉(zhuǎn)換開關(guān)520用于有選擇地在環(huán)形天線822a、822b之間切換。
對(duì)于標(biāo)簽810相對(duì)于所述系統(tǒng)800的給定角度，標(biāo)簽810中形成的電位差P的幅值在一級(jí)近似上分別與第一和第二環(huán)形天線822a、822b的cosN和sinN成比例。如上所述，電位差P決定標(biāo)簽810輸出其簽名代碼的速率。簽名代碼輸出速率取決于電位差P，并作為信息包含在標(biāo)簽810反射的輻射中，該信息表示所述反射輻射中簽名代碼分量的頻率。詢問設(shè)備830接收該反射輻射并加以處理，以分離出對(duì)應(yīng)于標(biāo)簽810給兩個(gè)天線822a、822b的分量并確定它們的相對(duì)頻移，例如沿圖8中橫坐標(biāo)軸400的相對(duì)頻移。相對(duì)頻移指示sinN與cosN之比，并由此指示tanN。應(yīng)用反正切運(yùn)算，至少可以確定角N的一階幅值，并因此可確定所建立的標(biāo)簽810相對(duì)于系統(tǒng)800的方向。
標(biāo)簽設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，可調(diào)整標(biāo)簽10、50、60、80、100、600、700，以使其適于接收其它頻率的輻射。例如，標(biāo)簽10的天線裝置12可以用壓電超聲波換能器來替換，以便可以使用超聲輻射，例如在20kHz到500kHz頻率范圍內(nèi)的超聲輻射來詢問所述標(biāo)簽以及為該標(biāo)簽供電；包含這種超聲波換能器使標(biāo)簽10能夠用于海洋應(yīng)用，例如可用于近海石油工業(yè)?；蛘?，標(biāo)簽10、50、60、80、100、600、700的天線裝置12可以替換為例如用于接收詢問光輻射并從中產(chǎn)生標(biāo)簽工作功率的光電檢測(cè)器；標(biāo)簽返回輻射可以利用脈沖發(fā)光二極管(LED)源或受激微反射鏡來提供。本發(fā)明范圍中光輻射的意思是指自由空間波長(zhǎng)范圍在10:m到100nm之間的電磁輻射。
應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，圖2、3、4、5、6、10和11所示的壓控振蕩器18還可以其它方式實(shí)現(xiàn)。例如，振蕩器18還可以選擇采用一個(gè)在操作中向數(shù)字分頻器輸出固定頻率的振蕩器，該數(shù)字分頻器在其分頻輸出端提供時(shí)鐘信號(hào)CLK，分頻因子由電位差P通過一個(gè)或多個(gè)電壓比較器以及用于控制該分頻器的相關(guān)邏輯門來控制。例如，可以修改標(biāo)簽10、600，將振蕩器18實(shí)現(xiàn)為一個(gè)符合目前為標(biāo)簽設(shè)立的國際標(biāo)準(zhǔn)頻率的固定頻率13.56MHz振蕩器，例如Philips Icode集成電路中所采用的那種。固定頻率的振蕩器輸出最好根據(jù)電位差P的變化進(jìn)行選擇性分頻，如表1所提供的那樣表1
當(dāng)輸入輻射22在13.56MHz的頻率上時(shí)，信號(hào)1可直接用于提供要根據(jù)表1進(jìn)行分頻的固定頻率振蕩器輸出信號(hào)，以便為邏輯單元20中的微控制器定時(shí)。這種方法導(dǎo)致如此修改的多個(gè)標(biāo)簽10、50、60、80、100、600、700在同時(shí)被詢問時(shí)可以同步操作；這種同步操作使所采用的詢問設(shè)備和所述經(jīng)過修改的標(biāo)簽中的信號(hào)處理任務(wù)容易。
此外，應(yīng)當(dāng)明白的是，標(biāo)簽10、50、60、80、100、600、700可以在非常接近詢問設(shè)備200、500處操作，以致于壓控振蕩器18和邏輯單元20可能被過高電位差P損壞。為了回避這種損壞，發(fā)明人明白可在標(biāo)簽10、50、60、80、100、600、700中包含一個(gè)或多個(gè)限壓元件。在標(biāo)簽10中包含限壓元件的一種便利方式是將一個(gè)齊納二極管與分流電容器28并聯(lián)，該齊納二極管的陰極和陽極區(qū)分別連接到電容器28的第一和第二電極。同樣地，在標(biāo)簽600、700中包含限壓元件的一種便利方式是將一個(gè)齊納二極管與電容器680并聯(lián)，該齊納二極管的陰極和陽極區(qū)分別連接到邏輯單元20的微控制器的VDD端和VSS端。
權(quán)利要求
1.一種可變頻率標(biāo)簽，包括(a)接口裝置，用于在所述標(biāo)簽處接收詢問輻射且產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)，以及用于接收簽名信號(hào)且輻射相應(yīng)的響應(yīng)輻射；(b)處理裝置，用于接收所述接收信號(hào)且進(jìn)行響應(yīng)而輸出所述簽名信號(hào)，所述簽名信號(hào)包括用于識(shí)別所述標(biāo)簽的簽名代碼；(c)定時(shí)裝置，用于控制所述簽名代碼輸出的速率；以及(d)供電裝置，用于提供用來激勵(lì)所述標(biāo)簽的電位差，其特征在于所述定時(shí)裝置可操作來以由所述接收信號(hào)的幅值決定的速率輸出所述簽名代碼。
2.一種如權(quán)利要求1的標(biāo)簽，其特征在于所述定時(shí)裝置包含第一和第二振蕩器，所述第一振蕩器用于為所述處理裝置定時(shí)，而所述第二振蕩器用于根據(jù)所述接收信號(hào)的幅值來控制從所述標(biāo)簽輸出所述簽名代碼的頻率。
3.一種如權(quán)利要求2的標(biāo)簽，其特征在于所述第一振蕩器用于以基本上恒定的頻率振蕩。
4.一種如權(quán)利要求1、2或3的標(biāo)簽，其特征在于所述供電裝置耦合到所述接口裝置，所述供電裝置可操作來從所述接收信號(hào)獲得電位差。
5.一種如權(quán)利要求4的標(biāo)簽，其特征在于所述供電裝置包含變壓器，該變壓器用于提高施加到所述定時(shí)裝置和所述處理裝置的電位差。
6.一種如權(quán)利要求5的標(biāo)簽，其特征在于所述變壓器是壓電變壓器。
7.一種如權(quán)利要求6的標(biāo)簽，其特征在于所述變壓器包括安排由所述接收信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的多層初級(jí)區(qū)，以及在其上產(chǎn)生所述電位差的單層次級(jí)區(qū)，所述初級(jí)及次級(jí)區(qū)以機(jī)械方式耦合。
8.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于所述供電裝置包含電位差限制裝置，用于防止過大的供電電位損壞所述處理裝置和所述定時(shí)裝置。
9.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于接口裝置包括天線裝置，其可操作來根據(jù)標(biāo)簽功耗調(diào)制所述天線裝置的反射系數(shù)而從所接收的輻射產(chǎn)生響應(yīng)輻射。
10.一種如權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)所述的標(biāo)簽，其特征在于接口裝置包括天線裝置，其可操作來通過調(diào)制所述天線裝置的反射系數(shù)而根據(jù)所接收的輻射產(chǎn)生響應(yīng)輻射，所述處理裝置與天線裝置直接通信連接以用于調(diào)制具有簽名代碼的所述天線裝置的反射系數(shù)。
11.一種如權(quán)利要求1所述的標(biāo)簽，其特征在于所述定時(shí)裝置可操作來以隨所述電位差升高而提高的速率為所述處理裝置定時(shí)。
12.一種如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽，其特征在于響應(yīng)所述電位差的升高，所述定時(shí)裝置可操作來逐步提高為所述處理裝置定時(shí)的速率。
13.一種如權(quán)利要求12所述的標(biāo)簽，其特征在于所述定時(shí)裝置包括數(shù)字分頻裝置，用于將主時(shí)鐘信號(hào)分頻以產(chǎn)生用于為所述處理裝置定時(shí)的定時(shí)信號(hào)，所述主時(shí)鐘信號(hào)來源于所述接收信號(hào)。
14.一種如權(quán)利要求12所述的標(biāo)簽，其特征在于所述定時(shí)裝置包括數(shù)字分頻裝置，用于將由所述振蕩裝置產(chǎn)生的主時(shí)鐘信號(hào)分頻，操作中所述主時(shí)鐘信號(hào)基本上恒定。
15.一種如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽，其特征在于響應(yīng)所述電位差的升高，所述定時(shí)裝置可操作來基本上按線性方式提高為所述處理裝置定時(shí)的速率。
16.一種如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽，其特征在于響應(yīng)所述電位差的增高，所述定時(shí)裝置可操作來以基本上按對(duì)數(shù)方式提高為所述處理裝置定時(shí)的速率。
17.一種如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽，其特征在于所述定時(shí)裝置包括一個(gè)振蕩器，所述振蕩器包括多個(gè)帶附近的反饋的串聯(lián)的邏輯門，用于產(chǎn)生用于為所述處理裝置定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)，所述邏輯門具有作為所述電位差的函數(shù)的信號(hào)傳播。
18.一種如權(quán)利要求17所述的標(biāo)簽，其特征在于所述振蕩器包括帶反饋的三邏輯門環(huán)，用于產(chǎn)生所述時(shí)鐘信號(hào)。
19.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于所述處理裝置可操作來耗散操作所述標(biāo)簽所需的大部分電力。
20.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于所述處理裝置可操作來重復(fù)輸出之間有暫停間隔的簽名代碼，在所述暫停間隔期間不輸出所述代碼。
21.一種如權(quán)利要求20所述的標(biāo)簽，其特征在于所述暫停間隔相當(dāng)于輸出所述簽名代碼的間隔的至少90％。
22.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于所述處理裝置能夠接收所述接收信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)同步脈沖，并且能夠切換到暫時(shí)等待狀態(tài)，在該暫時(shí)等待狀態(tài)中，當(dāng)所述標(biāo)簽輸出其簽名代碼之后一個(gè)或多個(gè)同步脈沖沒有對(duì)準(zhǔn)同步時(shí)間窗口時(shí)，所述處理裝置不輸出其簽名代碼。
23.一種如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)簽，其特征在于所述處理裝置包含用于產(chǎn)生所述簽名代碼的CMOS邏輯電路，所述邏輯電路在操作中能夠隨其定時(shí)速率提高而消耗增加的電力。
24.一種用于詢問如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的詢問設(shè)備，所述設(shè)備的特征在于包括(a)信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生詢問信號(hào)；(b)詢問接口裝置，用于向所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽輻射作為詢問輻射的所述詢問信號(hào)，以及用于接收來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)；以及(c)信號(hào)處理裝置，用于過濾所述響應(yīng)信號(hào)，以及由此分離出來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽中的每個(gè)標(biāo)簽的信號(hào)譜分量，以及從所述信號(hào)譜分量中提取簽名代碼以識(shí)別所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
25.如權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征在于所述詢問接口裝置包括定向天線裝置，用于從多個(gè)相對(duì)角度詢問所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，以及，所述信號(hào)處理裝置可操作來處理對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)相對(duì)角度在所述設(shè)備上產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)，以確定所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽相對(duì)于所述設(shè)備的方位。
26.一種用于詢問如權(quán)利要求5、6或7中任何一項(xiàng)所述的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的詢問設(shè)備，該設(shè)備的特征在于包括(a)信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生詢問信號(hào)，該詢問信號(hào)包括用于將所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)變壓器激勵(lì)到諧振的激勵(lì)分量；(b)詢問接口裝置，用于向所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽輻射作為詢問輻射的所述詢問信號(hào)，用于將所述一個(gè)或多個(gè)變壓器激勵(lì)到諧振以在所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽內(nèi)產(chǎn)生增高的電位信號(hào)，以及用于接收來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)；以及(c)信號(hào)處理裝置，用于過濾所述響應(yīng)信號(hào)并由此分離出來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽中的每個(gè)標(biāo)簽的信號(hào)譜分量以及從所述信號(hào)分量中提取簽名代碼以識(shí)別所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽。
27.一種如權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于包括用于對(duì)頻率中的激勵(lì)分量進(jìn)行掃頻以便執(zhí)行如下操作中的一項(xiàng)或多項(xiàng)(a)使所述標(biāo)簽工作在其一個(gè)或多個(gè)變壓器的諧振點(diǎn)上；以及(b)解決同時(shí)響應(yīng)的標(biāo)簽之間的沖突。
28.一種如權(quán)利要求24、25、26或27所述的設(shè)備，包括標(biāo)簽傳送裝置，用于在操作中在空間上相對(duì)于所述詢問接口裝置傳送所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，所述信號(hào)處理裝置可操作以便每隔一段時(shí)間重復(fù)采樣所述響應(yīng)信號(hào)以解決多個(gè)標(biāo)簽的沖突。
29.一種如權(quán)利要求24到29中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述詢問接口裝置包括在空間上相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽設(shè)置的用于輻射所述詢問輻射的多個(gè)天線，所述信號(hào)處理裝置可操作以便順次切換所述天線，從而從不同的距離詢問所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽，以及在所述設(shè)備上處理相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)以解決多個(gè)標(biāo)簽的沖突。
30.一種標(biāo)簽系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1到23中任何一項(xiàng)所述的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽以及如權(quán)利要求24到29中任何一項(xiàng)所述的用于詢問和識(shí)別所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的設(shè)備。
31.一種利用詢問設(shè)備詢問可變頻率標(biāo)簽的方法，所述方法的特征在于包含以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在所述標(biāo)簽處接收所述詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在所述標(biāo)簽的處理裝置處接收該接收信號(hào)；(d)響應(yīng)接收到所述接收信號(hào)而從所述處理裝置輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別所述標(biāo)簽的簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)所述標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出；(e)從所述標(biāo)簽輻射所述簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處接收來自所述標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備中過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述標(biāo)簽的所述簽名代碼，然后將所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)來識(shí)別所述標(biāo)簽。
32.一種如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述供電電位差來源于所述接收信號(hào)。
33.一種如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于利用壓電升壓變壓器來增高所述供電電位差。
34.一種如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于所述詢問輻射包含用于將所述變壓器激勵(lì)到振動(dòng)的分量，所述方法包括對(duì)該分量進(jìn)行掃頻，以確定所述標(biāo)簽何時(shí)工作在其變壓器的諧振點(diǎn)上。
35.一種解決被詢問設(shè)備詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間的沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收所述詢問輻射并產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)響應(yīng)在該處收到所述接收信號(hào)而從每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)該標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出，所述供電電位差源自于該標(biāo)簽的所述接收信號(hào)；(e)從每個(gè)標(biāo)簽輻射該標(biāo)簽的簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處從所述標(biāo)簽接收所述響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備上過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述標(biāo)簽的簽名代碼，然后將所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)來識(shí)別所述標(biāo)簽；以及(h)如果存在有關(guān)一個(gè)或多個(gè)所述分量的沖突，則重復(fù)修改所述設(shè)備和所述標(biāo)簽之間的空間關(guān)系，并且重復(fù)步驟(a)到(g)，直到解決沖突為止。
36.一種解決被詢問設(shè)備詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收所述詢問輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)響應(yīng)在該處接收的所述接收信號(hào)而從每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置輸出簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)該標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出，所述供電電位差源自于該標(biāo)簽的所述接收信號(hào)，所述簽名代碼以之間以有暫停的方式重復(fù)輸出，在該暫停期間不輸出所述代碼；(e)從每個(gè)標(biāo)簽輻射該標(biāo)簽的簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處接收來自所述標(biāo)簽的所述響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備上過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述標(biāo)簽的簽名代碼，然后將所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)以識(shí)別所述標(biāo)簽；以及(h)如果存在有關(guān)一個(gè)或多個(gè)所述分量的沖突，則重復(fù)步驟(a)到(g)，直到解決沖突為止。
37.一種解決被詢問設(shè)備詢問的多個(gè)可變頻率標(biāo)簽之間沖突的方法，所述方法的特征在于它包括以下步驟(a)從所述設(shè)備向所述標(biāo)簽發(fā)出詢問輻射；(b)在每個(gè)標(biāo)簽處接收所述詢問輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)；(c)在每個(gè)標(biāo)簽的處理裝置處接收該標(biāo)簽處的所述接收信號(hào)；(d)在每個(gè)標(biāo)簽處識(shí)別所述接收信號(hào)中存在的一個(gè)或多個(gè)脈沖，響應(yīng)在該標(biāo)簽的處理裝置處接收到所述接收信號(hào)，取決于所述一個(gè)或多個(gè)脈沖是否與和該標(biāo)簽相關(guān)的時(shí)間窗口重合，從標(biāo)簽的處理裝置處輸出相關(guān)的簽名信號(hào)，該簽名信號(hào)包含用于識(shí)別該標(biāo)簽的相關(guān)簽名代碼，該簽名代碼以取決于激勵(lì)該標(biāo)簽的供電電位差的速率輸出，所述供電電位差源自于該標(biāo)簽的所述接收信號(hào)；(e)從所述標(biāo)簽中的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽輻射簽名信號(hào)以作為響應(yīng)輻射；(f)在所述設(shè)備處接收來自所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)輻射并在該處產(chǎn)生相應(yīng)的詢問接收信號(hào)；(g)在所述設(shè)備中過濾所述詢問接收信號(hào)以分離出對(duì)應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)譜分量，從所述一個(gè)或多個(gè)譜分量中提取所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽的簽名代碼，然后將所述簽名代碼與一個(gè)或多個(gè)簽名模板相關(guān)以識(shí)別所述標(biāo)簽；以及(h)如果存在有關(guān)一個(gè)或多個(gè)所述分量的沖突，則在所述詢問輻射中輸出所述一個(gè)或多個(gè)脈沖以暫時(shí)禁止一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)，并重復(fù)步驟(a)到(g)，直到解決沖突為止。
38.一種如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于每個(gè)標(biāo)簽的時(shí)間窗口在時(shí)間上取決于為該標(biāo)簽的處理裝置定時(shí)的定時(shí)速率，而該定時(shí)速率取決于該標(biāo)簽的供電電位差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變頻率標(biāo)簽(10，600)。天線裝置(20)用于在標(biāo)簽(10，600)處接收詢問輻射(70)并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的接收信號(hào)(S1)，以及用于接收一個(gè)簽名信號(hào)并輻射相應(yīng)的響應(yīng)輻射(300，310)；(b)邏輯單元(60)，用于接收該接收信號(hào)(S1)并根據(jù)響應(yīng)而輸出該簽名信號(hào)，所述簽名信號(hào)包括用于識(shí)別標(biāo)簽(10，600)的簽名代碼；(c)壓控振蕩器(50)，用于控制輸出簽名代碼的速率；以及(d)電源(30，40；610，650)，用于提供激勵(lì)標(biāo)簽的電位差，其特征在于該壓控振蕩器(50)可操作地以取決于接收信號(hào)(S1)幅值的速率來輸出該簽名代碼。
文檔編號(hào)G06K7/00GK1685355SQ03820778
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者I·J·福爾斯特 申請(qǐng)人:拉森礦物有限責(zé)任公司