專利名稱：動(dòng)態(tài)射頻功率收集的制作方法
動(dòng)態(tài)射頻功率收集
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及從射頻信號(hào)收集功率。
許多射頻設(shè)備可能在遠(yuǎn)程位置處工作。此外，這些設(shè)備的其中一 些是移動(dòng)的。因此，容易獲取的且連續(xù)的電源是不可能的。對(duì)這些設(shè) 備供電的一種方式是使用稱為射頻功率收集的技術(shù)從它們接收的射 頻信號(hào)對(duì)它們供電。
射頻功率收集的一種應(yīng)用是射頻標(biāo)識(shí)(RFID)技術(shù)，射頻標(biāo)識(shí) (RFID)技術(shù)可用于僅作為幾個(gè)示例的公共交通、物流、4元運(yùn)貨物跟 蹤、資產(chǎn)跟蹤、庫(kù)存控制和跟蹤、跟蹤供應(yīng)鏈中的貨物、跟蹤部件、 保安、訪問(wèn)控制和認(rèn)證。射頻功率收集的另一個(gè)應(yīng)用與無(wú)線供電嵌入 式微處理器和傳感器結(jié)合。
射頻標(biāo)識(shí)標(biāo)簽是射頻功率收集的好應(yīng)用的一個(gè)原因是，它們的功 率需求相對(duì)適中。但是，射頻功率收集還可以用于多種其他應(yīng)用中。
一種簡(jiǎn)單的射頻標(biāo)識(shí)系統(tǒng)可以使用以較短范圍和較低頻率一起 工作的讀取器和無(wú)源標(biāo)簽，而較長(zhǎng)距離的應(yīng)用可以使用有源標(biāo)簽。射 頻標(biāo)識(shí)標(biāo)簽可以是具有標(biāo)簽插入物的集成電路或包括附連到天線的 集成電路的嵌入物。讀取器/寫入器向標(biāo)簽發(fā)送電磁波，這些電磁波在 標(biāo)簽的天線中感生電流。
讀取器/寫入器可以是固定的裝置或便攜式裝置。標(biāo)簽調(diào)制該波， 并可以將信息發(fā)送回讀取器/寫入器。可以將有關(guān)標(biāo)簽所連接到的單元 的附加信息存儲(chǔ)在標(biāo)簽上。
無(wú)源標(biāo)簽通常沒(méi)有電源，并依賴于查詢信號(hào)輸送的能量來(lái)發(fā)射信 息流。有源標(biāo)簽可以具有例如直流電池的電源。半無(wú)源標(biāo)簽可以具有 僅用于標(biāo)簽的功率需求一部分的電池。信息?？梢詫?duì)這些系統(tǒng)采用許多不同的頻率，但是目前最常用的頻率
是165KHz左右、13.56 MHz、 902至928 MHz以及微波。


圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的RFID系統(tǒng)的系統(tǒng)圖示；
圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的RF功率收集電路的電路圖3是包含來(lái)自RFID信號(hào)的載波和兩個(gè)由其衍生的方波信號(hào)的
三個(gè)信號(hào)的隨時(shí)間的模擬電壓的圖4是對(duì)于動(dòng)態(tài)對(duì)靜態(tài)用于收集功率的裝置的模擬電壓對(duì)電流的
圖；以及
圖5示出在靜態(tài)功率收集模式與動(dòng)態(tài)功率收集模式之間切換的裝 置的模擬電壓對(duì)時(shí)間的圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，射頻標(biāo)識(shí)(RFID)系統(tǒng)100包括具有天線104的射頻 標(biāo)識(shí)讀取器/寫入器102和具有天線108的射頻標(biāo)識(shí)裝置106?？梢詫?許多不同低剖面天線標(biāo)簽的任何一種用于天線104和天線106，包括 例如偶極、回路、貼片或其他天線。
裝置106接收并處理來(lái)自讀取器/寫入器102的射頻信號(hào)110。裝 置106可以包括功率收集和電壓處理電路112、處理器或狀態(tài)機(jī)114、 存儲(chǔ)裝置116和調(diào)制器118。功率收集和電壓處理電路112可以包括 用于從射頻信號(hào)110收集用于操作裝置106的功率的電路。
存儲(chǔ)裝置116可以包含用于解密的密鑰、用于信號(hào)認(rèn)證的裝置標(biāo) 識(shí)或其他信息。在一些實(shí)施例中，調(diào)制器118可以控制開(kāi)關(guān)122，并 可以用于上4于通4言。
為了訪問(wèn)裝置106,在裝置106附近的讀取器/寫入器102發(fā)射查 詢信號(hào)。當(dāng)接收到查詢信號(hào)時(shí)，裝置106可以通過(guò)動(dòng)態(tài)地調(diào)制其天線108的阻抗對(duì)響應(yīng)信息編碼以進(jìn)行響應(yīng)?？梢哉{(diào)諧天線108以達(dá)到/人 天線設(shè)計(jì)的角度來(lái)看是便利的阻抗。
參考圖2,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的功率收集電路112可以具有到天線 108和地的連接?？梢詫?lái)自天線108的信號(hào)經(jīng)負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)143傳 遞，該負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)143可包括電感器和電容器。負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)144 可以將對(duì)收集電路的功率輸送最大化，并且可以改進(jìn)功率收集和通信 效率。還可以使用其他匹配網(wǎng)絡(luò)。
可以將網(wǎng)絡(luò)143輸出的信號(hào)Vin耦合到三個(gè)電容器的每一個(gè)126。 每個(gè)電容器126可以耦合到二極管134。在一些實(shí)施例中，二極管134 可以作為二極管連接的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。二極管134可以并聯(lián)耦合到有 源門控制的晶體管開(kāi)關(guān)138。晶體管開(kāi)關(guān)138可以由門信號(hào)P2或P1 來(lái)控制。啟動(dòng)電路136可以使如圖2中的生成器電路145能夠生成信 號(hào)P1和P2。在一個(gè)實(shí)施例中，Pl和P2可以從輸入的RF信號(hào)生成， 其傳遞通過(guò)兩個(gè)級(jí)聯(lián)的逆變器以產(chǎn)生設(shè)置閾值的信號(hào)(即方波)和180 度異相的第二方波。Pl和P2也可以由鎖相環(huán)(PLL)或延遲鎖定環(huán) (DLL)產(chǎn)生。
在一些實(shí)施例中可以提供復(fù)位開(kāi)關(guān)140。負(fù)載電阻142示出正在 向其供應(yīng)功率的負(fù)載，例如微處理器或RFID標(biāo)簽。
多個(gè)其他晶體管138可以接收來(lái)自P1和P2生成器電路145的信 號(hào)Pl。信號(hào)Pl和P2是彼此異相的。如圖3所示，可以對(duì)信號(hào)110 中提供的載波C設(shè)置閾值和緩存或逆變以形成設(shè)置閾值的正和負(fù)信號(hào) P1和P2。這些信號(hào)P1、 P2的其中之一由兩個(gè)串聯(lián)逆變器的第一個(gè)產(chǎn) 生，而這些信號(hào)的另一個(gè)由兩個(gè)串聯(lián)逆變器的第二個(gè)提供。
在圖2所示的實(shí)施例中，提供一 系列級(jí)聯(lián)的三個(gè)倍壓器電路130a、 130b和130C。然而，可以利用任何數(shù)量的倍壓器電路。此外，雖然 示出的電路基于所謂的維拉德(Villard)倍壓器，也稱為科克羅夫特 -沃爾頓(Cockcroft-Walton)電壓倍增器，但是還可以利用迪克森 (Dickson)電壓倍增器。正如這里所使用的，倍壓器電路可以對(duì)電壓翻倍或相乘。
倍壓器130 —般包括對(duì)所施加的射頻信號(hào)的正周期整流的第 一成 對(duì)的二極管134和電容器132，然后包括在負(fù)周期中對(duì)該信號(hào)整流的 第二成對(duì)的二極管124和電容器126。在正周期期間，在負(fù)周期中存 儲(chǔ)在電容器126上的電壓被轉(zhuǎn)移到正周期中使用的電容器132。因此， 理想地將正周期中^f吏用的電容器132上的電壓翻倍?？梢酝ㄟ^(guò)級(jí)聯(lián)一 系列的此類逆變器乘法器來(lái)增加電壓相乘。在一些實(shí)施例中，使用互 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) 二極管連接的晶體管來(lái)替代二極管。
通過(guò)與二極管124和134并聯(lián)或替代二極管124和134來(lái)使用動(dòng) 態(tài)切換晶體管138,可以在第一模式(其中將晶體管設(shè)為高阻抗?fàn)顟B(tài)) 中使用二極管134,從而提供靜態(tài)電源以隨后向晶體管138供電，其 在第二模式期間提供更有效的動(dòng)態(tài)切換。
通過(guò)使用二極管134的收集器的靜態(tài)模式操作供電的啟動(dòng)電路 136然后使得180。異相的兩個(gè)設(shè)置閾值的信號(hào)Pl和P2能夠生成，以 便在第二模式期間對(duì)晶體管開(kāi)關(guān)138的選定晶體管開(kāi)關(guān)供電。因此， 啟動(dòng)電路126包括電壓監(jiān)視器146和控制器144,其在啟動(dòng)電路136 兩端的電壓達(dá)到預(yù)定水平之后向相位生成器145提供電壓。直到那點(diǎn) 為止，NMOS晶體管138接收到0伏特，將它們?cè)O(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)。
參考圖4，示出動(dòng)態(tài)對(duì)靜態(tài)操作的效果。在一些實(shí)施例中，使用 晶體管的動(dòng)態(tài)曲線比僅使用二極管的靜態(tài)曲線上升快得多。因此，動(dòng) 態(tài)切換可以在理^r上生成附加的功率。
圖5中進(jìn)一步示出此增強(qiáng)，其中示出圖2所示的電路112的操作 的一種模式。最初，電路112僅由靜態(tài)二極管124和134供電。在此 模式中，晶體管138設(shè)為高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，當(dāng)累積足夠電荷時(shí)，啟 動(dòng)電路136啟用使用由相位生成器145供應(yīng)的異相信號(hào)Pl和P2控制 的晶體管138的動(dòng)態(tài)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，在靜態(tài)模式中，啟動(dòng)電 路136將控制信號(hào)P1和P2保持在零狀態(tài)中，直到累積足夠的能量以 便使用信號(hào)P1和P2驅(qū)動(dòng)的晶體管138在動(dòng)態(tài)收集相位中操作為止。因此，可以在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)操作中、同時(shí)在不同時(shí)間上和不同相位
中使用相同的電容器126和132。在一些實(shí)施例中，電容器的這種共 享可以降低成本和電路封裝(footprint)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于動(dòng)態(tài) 模式，可以使用電池來(lái)供電。
在本說(shuō)明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"的引述表示結(jié)合該 實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明內(nèi)所涵蓋的至少一 個(gè)實(shí)現(xiàn)中。因此，出現(xiàn)的短語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"或在"在實(shí)施例中，，不 一定指相同的實(shí)施例。而且，可以采用與示出的特定實(shí)施例不同的其 他適合形式構(gòu)建那些特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，并且所有此類形式可被 涵蓋在本申請(qǐng)的權(quán)利要求內(nèi)。
雖然本發(fā)明是參考有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到源于此的許多修改和變化。所附權(quán)利要求旨在涵蓋屬于 本發(fā)明的真正精神和范圍的所有此類修改和變化。
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權(quán)利要求
1.一種方法，包括使用一對(duì)異相信號(hào)操作晶體管以從射頻信號(hào)動(dòng)態(tài)地收集功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括在第一模式中使用二極管從所述射頻信號(hào)收集功率；以及 在第二模式期間，使用在所述第一模式中收集的功率操作所述晶體管以從所述信號(hào)動(dòng)態(tài)地收集功率。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括提供倍壓器電路，所述倍壓器 電路包括具有并聯(lián)開(kāi)關(guān)晶體管的二極管。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，包括使用異相信號(hào)來(lái)控制所述開(kāi)關(guān) 晶體管。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，包括使用從所述射頻信號(hào)衍生的異 相信號(hào)來(lái)控制所述晶體管。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，包括使用鎖相環(huán)或延遲鎖定環(huán)其中 之一來(lái)生成所述異相信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求3所述的方法，包括使用包括電容器的倍壓器電 路，并在所述第一和第二模式中使用相同的電容器。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述第一模式期間將所述晶 體管設(shè)置成高阻抗?fàn)顟B(tài)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括在所述第二模式中動(dòng)態(tài)地切換 所述晶體管。
10. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括監(jiān)視所述第一模式期間發(fā)展 的功率，并且當(dāng)發(fā)展到預(yù)定功率水平時(shí)，切換到所述第二模式。
11. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括為射頻標(biāo)識(shí)收集功率。
12. 如權(quán)利要求5所述的方法，包括由串聯(lián)的逆變器生成所述異 相信號(hào)。
13. —種射頻功率收集電路，包括 倍壓器電路；所述倍壓器電路包括一對(duì)二極管和一對(duì)電容器；以及 晶體管，并聯(lián)地耦合到所述二極管的每個(gè)。
14. 如權(quán)利要求13所述的電路，包括由串聯(lián)的逆變器生成異相信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求13所述的電路，包括至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的倍壓器電路。
16. 如權(quán)利要求13所述的電路，使用所述二極管在第一模式中靜 態(tài)地操作，并在第二模式中使用所述晶體管動(dòng)態(tài)地操作。
17. 如權(quán)利要求16所述的電路，包括在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模式之間切換 所述電路的裝置。
18. 如權(quán)利要求17所述的電路，其中所述裝置最初在靜態(tài)模式中 操作所述電路，然后將所述電路切換到動(dòng)態(tài)模式。
19. 如權(quán)利要求18所述的電路，其中所述裝置在所述靜態(tài)模式中 操作所述電路，直到已經(jīng)發(fā)展足夠功率以在所述動(dòng)態(tài)模式中操作包括 所述晶體管的裝置為止。
20. 如權(quán)利要求19所述的電路，包括從接收的射頻信號(hào)發(fā)展異相 信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“動(dòng)態(tài)射頻功率收集”，主要涉及從射頻信號(hào)收集功率。本發(fā)明提供一種方法，該方法使用一對(duì)異相信號(hào)操作晶體管以從射頻信號(hào)動(dòng)態(tài)地收集功率。本發(fā)明還提供一種射頻功率收集電路，包括倍壓器電路，所述倍壓器電路包括一對(duì)二極管和一對(duì)電容器；以及晶體管，并聯(lián)地耦合到所述二極管的每個(gè)。
文檔編號(hào)H04B1/59GK101617475SQ200780046304
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者A·森普爾, J·史密斯 申請(qǐng)人:英特爾公司