[发明专利]非接触式通信设备和操作该设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非接触式通信设备以及操作非接触式通信设备的方法。

背景技术

非接触式通信设备广泛用于许多应用，例如库存控制和存货管理、物件跟踪、安全等。由于非接触式通信设备的基本功能是设备的标识或者标签，并且使用射频，所以该技术也称为RFID(射频标识设备)。但是应该注意，现在的应用已经远远扩展到简单的标识功能以外。下文中，非接触式通信与RFID作为同义词使用。

RFID一般具有两个主要部件：设备，例如可以是标签的形式，或者内嵌在卡、芯片或其他物件中；以及读取器。下文中，术语标签用来指示该设备的任何配置。在典型布置中，读取器以一定频率发送RF AC信号，该频率典型地可以在125-148.5kHZ(低频LF)范围内、在13.56MHz(高频HF)左右、或者在300MHz与3GHz(超高频UHF)之间。使用的确切的频率范围取决于读取器和标签设计所针对的国家或区域的规章要求。标签典型地对RF信号进行调制，并将其重传或后向散射回读取器。读取器检测返回的调制信号并对其解调，以从标签中提取信息。在更加高级的非接触式通信设备中，读取器可以在RF信号内向标签提供信息，标签可以处理或存储该信息并向读取器提供响应。

标签可以是无源或有源的。有源标签具有其自己的电源，以例如向调整电路供电。然而，提供板上电源相对比较昂贵，并且体积相对较大。因此，无源标签的使用更广泛。无源标签自身没有电源，而是从外部源提供电力，外部源最典型的是RF场。虽然本发明主要涉及无源标签，但是可以应用于有源标签，例如为了在失谐状况下避免或减少比特误差率(BER)损失。

无源标签，特别是无源UHF标签，相比于其他标签一般具有较高的“读取范围”，即标签与读取器之间的距离，在该距离上标签能够进行通信。然而，对于所有标签，特别是无源标签，读取范围会受到环境因素的影响，环境因素可能使标签失谐，从而修改其操作频率并且可能减少接收功率。

假设在RFID标签的集成电路(IC)中功耗恒定，则RFID标签的性能取决于能够由天线捕获并提供给IC的功率量。进而这取决于天线与IC之间的阻抗匹配。例如存在金属、液体或其他材料、或者其他标签距离较近等环境因素可能导致吸收或寄生电容，这可能造成标签失谐。标签失谐也可能是由于制造例如芯片、天线或封装时的工艺参差造成的。

美国专利US7,167,090中提出了提供反馈调谐电路，以缓解失谐问题。该调谐电路改变将天线耦接至设备其余部分的阻抗匹配网络的阻抗，以最大化RF输入信号并从而优化功率提取电路的性能。

然而，这种电路对于调幅(AM)信号上的噪声、发射机功率的变化以及标签周围环境的改变很敏感。

发明内容

本发明的目的是提供能够被调谐的备选的非接触式通信设备。

根据本发明第一方面，提供了一种非接触式通信设备，包括：天线，具有天线阻抗，用于接收具有电压和电流的AC信号；主单元，包括功率提取单元和通信单元，并具有主单元阻抗；调谐电路；以及匹配网络，用于将天线阻抗与主单元阻抗匹配；其中，调谐电路包括用于检测电压与电流之间的相位差的相位检测器，并且被配置为依据相位差来调整匹配网络的阻抗。

使用相位检测器使得该设备相比于已知设备而言，对幅度调制噪声不太敏感，这是因为噪声对于输入RF信号的幅度的影响比对相位的影响更大。

在实施例中，匹配网络包括用于提供可选电容的电容器组，并且调谐电路被配置为通过选择匹配网络的电容，来调整匹配网络的阻抗，以最小化正交相位误差。正交相位误差是指相位不正交的量。例如，如果第一相位比第二相位以相位差π/3超前，则不正交相位差是π/6，即，π/3与正交相位π/2之差。正交相位误差也可以称作不正交相位差。

在实施例中，相位检测器是无源相位检测器。无源相位检测器不需要有源相位检测器典型地要求的相对较高的电平。对于有源标签，这种能量可能是可获得的，但是对于无源标签而言是不可能获得的。因此，在无源标签中使用无源相位检测器可以提供显著的优点。

在实施例中，相位检测器通过检测输入电压与匹配线圈(L8)上的线圈电压之间的相位差，来检测输入电压与输入电流之间的相位差，其中所述匹配线圈形成天线(22)的一部分。

在实施例中，功率提取单元包括用于向调谐电路提供功率的第一输出、以及用于向通信单元提供功率的第二输出。因此，可以在较差的失谐状况下，或者在没有足够功率可用于操作整个标签的其他状况下，进行调谐来进行阻抗匹配。

在实施例中，功率提取单元是RF到DC转换器，并且具体可以是电荷泵。