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被動rfid傳感器標簽的制作方法_3

文檔序號:9631837閱讀:來源:國知局
5A (其可以從基本組件裸片37上省略,以節(jié)約不需要額外能量的傳感器標簽的尺寸和價格)。
[0074]RFID規(guī)范通常需要RFID標簽必須支持RFID系統(tǒng)的全部調(diào)制頻率范圍,例如,IS018000-6C標準定義了 40-640kHz的調(diào)制頻率范圍。換言之,RFID標簽必須響應(yīng)在該定義的頻率范圍內(nèi)的任何調(diào)制頻率的讀取器信號。然而,對于振蕩器23,既支持如此寬的頻率范圍又利用感測元件通過改變背向散射信號的振蕩頻率來提供精確的感測數(shù)據(jù)發(fā)送,這是有挑戰(zhàn)性的。具有諧振器31和負載的感測元件32的振蕩器23可以被優(yōu)化,以在特定的諧振頻率或振蕩頻率范圍內(nèi)在窄的頻率范圍內(nèi)工作,例如256kHz±10%,即226-281kHz。因此,對于標簽10的振蕩器23具有相互抵觸的需求。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的一方面,被動無線傳感器標簽還可包括優(yōu)選地被制造在裸片37上的參照振蕩器(例如參照振蕩器23ref)或參照負載(例如諧振器31-ref或者參照傳感器32-ref)。振蕩器23可以選擇性地逐一地可連接到參照負載31-ref/32-ref和諧振器或者諧振器31,或者傳感器(或多個傳感器)32。參照負載31-ref/32-ref可以被實施和構(gòu)造為使得振蕩器23與參照負載31-ref/32-ref的組合提供這樣的RFID標簽的工作,其滿足在由相關(guān)的RFID規(guī)范所要求的寬振蕩頻率范圍下工作的需求。例如,振蕩器23與參照負載31-ref/32-ref的組合可以被實施為RC振蕩器或環(huán)形振蕩器,其能夠被容易地集成在集成芯片上。參照負載31-ref/32-ref可以既包括參照諧振器21_ref又包括相關(guān)的傳感器(例如溫度傳感器)。當讀取器11在讀取范圍內(nèi)對被動無線傳感器標簽進行盤點(make aninventory)并收集傳感器標簽特定信息時,振蕩器23和參照負載31_ref/32_ref的組合可以在與讀取器11的初始通信期間使用,或者例如在校準過程中使用。振蕩器23與參照負載31-ref/32-ref的組合可以針對該目的而優(yōu)化,使得標簽?zāi)軌蛟谟勺x取器使用的任何載波振蕩頻率fosc下充分地響應(yīng)讀取器指令。實際的諧振器(或多個諧振器)31和傳感器(或多個傳感器)32可被構(gòu)造或優(yōu)化以進行感測,并且因此可能較不適用于與讀取器11的初始通信或握手。這對傳感器特定諧振器31來講也是一樣。因此,使用實際傳感器(或多個傳感器)32或者諧振器(或多個諧振器)31與振蕩器23來僅傳輸感測值可能是有益的,例如,在初始通信之后,當被動無線傳感器標簽10已經(jīng)準備和/或被命令發(fā)送實際傳感器值時。
[0076]在實施例中,除了振蕩器23之外,可以提供參照振蕩器23-ref。參照振蕩器23-ref可以被構(gòu)造為按照與上文對振蕩器23和參照負載31-ref/32-ref的組合解釋的相似的方式代替振蕩器23工作,以滿足RFID規(guī)范。然而,使用選擇性地可連接到參照負載
31-ref/32-ref以及實際諧振器31或傳感器32的一個振蕩器23可以獲得RFID芯片的更小的尺寸和制造成本。
[0077]如上所述,傳統(tǒng)的RFID傳感器標簽以由固定的(在一定容差內(nèi))震蕩頻率副載波調(diào)制的數(shù)字值來傳輸傳感器測量數(shù)據(jù),例如,利用二進制相移鍵控(BPSK)或幅移鍵控(ASK) o因此,由于溫度而導(dǎo)致的可能的震蕩頻率偏移不影響傳送的傳感器值。僅感測元件自身(例如壓力傳感器)可能在制造或使用過程中需要校準,例如在US2011/0301903中所提出的。
[0078]在本發(fā)明的實施例中,利用頻率基于感測的值(例如壓力)而改變的振蕩器來產(chǎn)生震蕩頻率f0SC。感測的值(例如壓力)的改變導(dǎo)致震蕩頻率fosc的改變。如果震蕩頻率也由于振蕩器23的溫度相關(guān)性而偏移或改變,則在接收到的震蕩頻率中將具有誤差,因此由讀取器檢測到的感測值將具有誤差。因此,出于精確度來考慮,區(qū)分由于實際感測的量的變化導(dǎo)致的震蕩頻率變化與由振蕩器的溫度相關(guān)性導(dǎo)致的振蕩頻率變化可能是至關(guān)重要的。在圖3B中示出了調(diào)制頻率fosc的溫度相關(guān)性的示例,并且將在下面進行描述。
[0079]因此,根據(jù)本發(fā)明的其它方面,可以使用參照振蕩器23-ref或參照負載31-ref/32-ref進行溫度補償,以作為其他用途的替代或補充。例如,可以預(yù)先定義或知曉與參照負載31-ref/32-ref —起使用的振蕩器23的震蕩頻率fosc的溫度相關(guān)性,并且因此可以通過振蕩器23的震蕩頻率fosc來確定被動無線傳感器標簽的溫度,這是因為震蕩頻率fosc僅受溫度影響。讀取器11可以隨后利用獲取的溫度信息來進行標簽的溫度補償和/或校準,具體地,當振蕩器23與實際諧振器31、實際傳感器32或一對諧振器31和傳感器元件32 —起使用時,對振蕩器23的震蕩頻率fosc進行補償和/或校準。否則的話,可能不能夠精確地消除溫度對感測量的值的影響。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的一方面,可選擇地,可以具有用于逐一地選擇性地連接參照負載
31-ref/32-ref、傳感器32或者一對諧振器31和傳感器元件32的裝置39,以對振蕩器23提供負載,從而從振蕩器23輸出的調(diào)制頻率取決于傳感器元件32的預(yù)定變量的感測值。相似地,裝置39可以被布置為在使用振蕩器23與使用參照振蕩器23-ref之間切換。在開始階段,連接有參照振蕩器23-ref或參照負載31-ref/32-ref的振蕩器模式可以是傳感器選擇器39的默認配置。將在下面給出選擇裝置39的示例以及它們的控制方式。
[0081]圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的被動無線傳感器標簽的另一示例性布局。在該示例性實施例中,被動無線傳感器標簽10可以分別設(shè)置有一個或更多個傳感器元件
32-1、32-2、32-3和/或一對或更多對的調(diào)諧諧振器31_1、31_2、31_3和傳感器元件32_1、
32-2、32-3。另外,諧振器可以與分立的組件結(jié)合,例如線圈和電容器。如果需要大的電感值,這可能是必要的。每個傳感器元件或每對調(diào)諧諧振器和傳感器元件可以被制造在單獨的專用裸片28上,其提供上面描述的優(yōu)點。此外,根據(jù)相關(guān)的應(yīng)用的需求,容易使被動無線傳感器標簽具有不同數(shù)量和不同組合的感測量。可選地或除了內(nèi)置的傳感器元件或一對諧振器和傳感器元件之外,能夠通過連接端子40連接外置傳感器元件(未示出)。這種外置傳感器元件可以是例如閥的位置傳感器。也可以具有對外部傳感器元件調(diào)諧的諧振器
31-exto除了可以具有用于可選擇地逐一地連接傳感器元件和/或成對的諧振器和傳感器元件的裝置,以對振蕩器23提供負載,使得從振蕩器23輸出的調(diào)制頻率取決于傳感器元件32的預(yù)定變量的感測值之外,裸片37上的組件可以與參照圖2B示出的組件相似。換言之,可以逐一地選擇一個傳感器元件或者一對諧振器與傳感器元件,以對振蕩器提供負載,因此影響震蕩頻率。以這種方式,傳感器可以配備有能夠被獨立地讀取的多個傳感器元件。例如,無線傳感器標簽可以包括傳感器元件選擇器39,例如開關(guān)電路或者模擬多路復(fù)用器,布置為選擇性地將一個傳感器元件和/或諧振器-傳感器元件對連接到振蕩器23以及將其余的傳感器元件和/或諧振器-傳感器元件對與振蕩器23斷開??梢愿鶕?jù)預(yù)定的順序來執(zhí)行選擇性地使能、開關(guān)或連接??蛇x擇地,讀取器裝置可以向無線傳感器標簽發(fā)送指令,指示激活或打開傳感器元件32-1、32-2、32-Ν中的哪一個。例如,邏輯器26可以接收來自讀取器的選擇或激活指令并相應(yīng)地控制選擇器39。
[0082]在圖2D中示出的被動無線傳感器的又一示例性布局中,形成在半導(dǎo)體基底(例如,硅基底)或芯片36上的RFID芯片的尺寸因而其制造成本被進一步降低。在圖2D中和在圖2A、圖2B和圖2C中相同的參照標記可以指示相似的功能和結(jié)構(gòu)。圖2D中示出的主要電路與圖2A和圖2B中示出的電路的不同之處在于,在集成RFID標簽芯片36上不可以實施內(nèi)部傳感器(除了可能的用于溫度補償目的的溫度傳感器或諧振器之外)。集成RFID標簽芯片36包括連接端子41A、41B、42A和42B,一個或更多個外部傳感器32或者成對的外部諧振器31-1和傳感器32-1可以連接到這些連接端子。集成RFID芯片36優(yōu)選地為通用芯片,其可以僅包括通用于所有的感測應(yīng)用以實施本發(fā)明方案的功能和結(jié)構(gòu)。所述功能和結(jié)構(gòu)包括下述至少一種:時鐘產(chǎn)生器或振蕩器23,其頻率輸出取決于感測值,S卩,感測量的值的范圍被映射于標簽的震蕩頻率范圍;參照負載,例如參照諧振器31-ref ;選擇性地擇一地切換參照負載31-ref、諧振器、傳感器32或成對的諧振器和傳感器元件以對振蕩器提供負載的裝置;以及存儲器27,存儲頻率相關(guān)性信息。
[0083]集成RFID標簽芯片36也可以包括一個或更多個內(nèi)部諧振器31。例如,可以連接通用電容傳感器以使用內(nèi)部芯片諧振器31。另一方面,外部諧振器31-1可以更容易地實施為較大尺寸的組件,例如具有大電容器和/或外部線圈的LC諧振器。LC諧振器允許實現(xiàn)更精確的傳感器和更長的讀取范圍。外部諧振器和傳感器可以彼此匹配。
[0084]圖2E示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的被動無線傳感器標簽的又一示例性布局。在圖2E中與在圖2A、圖2B、圖2C和圖2D中相同的參照標記可以指示相似的功能和結(jié)構(gòu)。在該示例性實施例中,被動無線傳感器標簽10可以設(shè)置有多個振蕩器。如關(guān)于本發(fā)明的不同實施例所討論的,可以設(shè)置參照振蕩器23-ref。振蕩器芯23’包括適于與外部的成對的外部諧振器31-1和傳感器32-1對一起工作的振蕩器構(gòu)造,所述外部諧振器31-1和傳感器
32-1連接到連接端子41A和41B。基本上,振蕩器芯23’是與參照這里的圖2A、圖2B、圖2C和圖2D所討論的被包含到時鐘產(chǎn)生塊23中的振蕩器23,或者與振蕩器23相似。振蕩器23-1包括適于與連接到連接端子42A和42B的外部傳感器32 —起工作的振蕩器構(gòu)造?;旧希袷幤?3-1是與參照這里的圖2A、圖2B、圖2C和圖2D所討論的被包含到時鐘產(chǎn)生塊23中的振蕩器23和諧振器31的組合,或者與振蕩器23和諧振器31的組合相似。
[0085]圖2F示出了示例性被動RFID標簽,其可以包括根據(jù)本發(fā)明的各方面的RFID芯片36,以及設(shè)置在共用載體基板45上的外部天線21和外部諧振器31-1和/或外部傳感器
32-1。天線21和外部諧振器31/傳感器32可以通過例如印刷導(dǎo)電布線或MEMS器件而被制造在基板上。RFID芯片36可以通過對應(yīng)的端子或連接件41或42的方式連接到天線21和諧振器31/傳感器32。
[0086]【根據(jù)本發(fā)明的一方面,根據(jù)本發(fā)明的第一方面的被動無線傳感器包括關(guān)于在特定的無線傳感器標簽中可實現(xiàn)的傳感器功能的信息。該信息可以包
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