具体实施方式

通过示例并参考附图详细描述了本文公开的设备和方法。除非另有说明，否则附图中相似的数字表示整个附图中对相同、相似或相应元件的引用。应当理解，可以对公开和描述的示例、布置、配置、组件、元件、设备、方法、材料等进行修改，并且对于特定应用可能是期望的。在本公开中，对特定形状、材料、技术、布置等的任何标识与所呈现的特定示例有关，或者仅仅是对这种形状、材料、技术、布置等的一般描述。除非明确指定，否则示例的具体细节的标识不旨在也不应解释为强制性或限制性的。下文中将参考附图公开和详细描述设备和方法的选定示例。

因此，根据本发明可以看出，已经提供了非常有利的UHF RFID标签和系统。尽管已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例对本发明进行了描述，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的是，本发明不限于所公开的实施例，并且在本发明的范围内可以对其进行许多修改和等同布置，该范围应与所附权利要求书的最宽泛解释相一致，以涵盖所有等同结构和产品。

如上所述，无源RFID标签从辐射RFID读取器接收电力。具体地，RFID标签天线从RFID读取器收集电力，并且通过匹配回路(即，匹配环路)将电力传输到集成电路。同样如上所述，集成电路在有限的范围内包含一个自调节电容，以便为芯片供电。

参考图1A和1B，示出了本领域中已知的示例性无源RFID标签100。特别地，图1B示出了框图，其示出了与用于读取RFID标签100的系统110一起使用的主要组件。例如，系统110包括RF电源112，其通常由RFID读取器(未示出)提供。RF电源112用于为RFID标签100供电，RFID标签100通常包括标签天线114，例如包括辐射部分或偶极臂120的偶极天线，如图所示，匹配环路天线116(在本文中也简称为“匹配环路”)以及集成电路或RFID芯片118。如图1A所示，RFID标签100还可以包括插入器，例如RFID带122，其用于将集成电路118连接到匹配回路116。在其他实施例中，集成电路118可以直接连接到匹配回路116。

如上所述，匹配环路116通过诸如RFID带122之类的插入器直接或间接连接至集成电路118，以提供将集成电路118耦合至标签天线114所需的电感。具体而言，匹配环路116用于在标签天线114和集成电路118之间提供阻抗匹配。本领域普通技术人员将理解，可以通过改变匹配环路116的尺寸来调整标签天线114的输入阻抗。因此，设计标签天线114时，设计人员必须考虑给定应用的所选集成电路118的阻抗，以确保匹配环路116的尺寸能够提供匹配负载天线阻抗。如图1A所示，匹配环路116的一部分可以与标签天线114重叠以提供更大的耦合。尽管这样的配置可以减少RFID标签110的总占用面积并提高功率传输的效率，但它可能导致窄频带标签。替代地，匹配环路116可以与标签天线114(未示出)间隔开。

如上所述，RFID技术的新的市场应用已经导致市场要求越来越具有挑战性的特征和特性，例如：较小的RFID标签尺寸；具有更强/更长读取范围的RFID标签，可与现有RFID硬件配合使用；能够应对产品的各种材料影响的RFID标签，例如用于金属或含有液体的产品；以及配置为可在全球范围内使用的RFID标签。因为现有技术中的RFID标签可能不能满足这些要求中的一个或多个，所以必须用新型的无源RFID标签架构来克服这些挑战。

许多新兴应用需要尺寸越来越小的标签。举一个例子，在便利店出售的产品经常需要小标签。此类产品可能包括但不限于保健品和药品，个人护理用品，美容用品，皮肤护理用品和其他通常以小包装出售的物品，这些小包装可能具有大量的产品加标，而大的RFID标签无法遮盖大量的产品加标。例如，用于美容用品的RFID标签必须足够小，才能放置在具有最小表面积的物品上，例如口红、唇彩、唇膏、睫毛膏等的小管，以及铅笔或诸如眼线笔、眉笔、唇线笔等铅笔状物品。

随着RFID标签的长度和/或宽度变小，这种标签的表面积减小。结果，能够使集成电路的阻抗与负载天线阻抗匹配以便将集成电路与标签天线感应耦合的匹配环路的尺寸将占据标签的相对较高的可用表面积的百分比。由于市场应用需要越来越小的标签，因此给定应用中所需的匹配环路尺寸可能会阻碍天线设计人员为标签天线增加更多的偶极子长度，以优化RFID标签的其他特性。例如，天线尺寸的减小可能意味着较小的潜在增益和带宽。

为了克服减小标签尺寸的任何不利影响，在一些实施例中，可以将匹配环路的电感值移动到集成电路的前端阻抗中。结果，可以减小使集成电路阻抗与标签天线阻抗匹配所需的匹配环路的尺寸。在一些实施例中，将电感值移动到集成电路的前端阻抗中消除了对包括匹配环路的需要。因此，通过减小匹配环路的尺寸或消除匹配环路，提供了可以在其上设计标签天线的更大的表面积。

参考图2，示出了RFID系统210的主要组件，该RFID系统210被配置为读取RFID标签200，该RFID标签200针对给定标签尺寸被优化以增加标签天线214的尺寸。系统210可以包括RF电源212、天线214、匹配环路216和集成电路218。如上所述，电感值已经从标签天线214移动到集成电路218。因此，集成电路218可以附接具有减小的尺寸的匹配环路216，而集成电路218的阻抗值仍可以与标签天线214的阻抗值匹配。

与减小RFID标签的尺寸相关的另一挑战是，它还可能减小标签天线的孔径。然而，本领域普通技术人员将理解，如果标签天线在接收功率上不太有效，则标签天线在返回链路上反射的能量的量也将减少。随着反射能量减少，RFID标签的有效读取范围也会减少。因此，使用RFID读取器硬件成功读取将取决于硬件检测来自RFID标签的微弱信号的能力。因此，通常必须以更高的成本提供具有更高灵敏度的RFID读取器。

为了解决这个问题，根据本公开的一些实施例的提出的架构在集成电路本身内增加了电容增强。电容增强可以为集成电路提供增加的电荷泵，进而可以增强返回至RFID读取器硬件的返回信号。有利地，这可以向RFID读取器提供增加的信号，以提供更大的读取范围，增加应用中的系统余量，并有助于实现RFID标签群组的可读性，而无需具有更高灵敏度的RFID读取器。

例如，如图3所示，通过为RF增强模块320提供集成电路318，可以创建一种改进的能量采集集成电路318。如上所述，RF增强模块320可以包括一个或多个电容器(非显示)。在一些实施例中，RF增强模块320包括并联连接的两个或更多个电容器。一个或多个电容器可以连接到集成电路318以存储从例如RF电源312收集的能量，并且被配置为向集成电路318提供能量以增强返回到RFID读取器(未示出)的返回信号。如图3A所示，匹配环路316设置有标签天线314，并且RF电源312是RFID读取器的组件。

如上所述，与减小RFID标签的尺寸相关的一个缺点是，它可以减小标签天线的孔径。但是，当标签天线孔径减小时，标签天线将从RFID读取器辐射的RF功率中接收较少的能量。因此，如上所述，本发明的一些实施例通过将匹配环路的电感值移动到集成电路的前端阻抗中以维持标签天线的可用表面积并通过在集成电路本身内部利用利用如上所述的电容增强来增加能量采集能力来解决该问题。因此，集成电路可以提供更高的灵敏度，并且对于来自RFID读取器的给定的辐射RF功率，能够以较低的入射功率接通。

参考图4，本公开的一个实施例示出了与RFID标签400一起使用的RFID系统410，该RFID标签具有本文公开的特征的组合以提供增加的读取范围和灵敏度。如图所示，通过将电感值从标签天线414移动到集成电路218，较小的匹配环路416可以提供匹配标签天线414的阻抗所需的阻抗。结果，可以增加标签天线414的尺寸以提供增加的RF范围。另外，虽然由RF电源412提供用于集成电路418的电源，但是与集成电路418一起提供RF增强模块420。如上所述，RF增强模块420可包括一个或多个电容器(未示出)，例如并联连接的一个或多个电容器。一个或多个电容器可以连接到集成电路418以存储从例如RF电源412收集的能量，并且被配置为向集成电路418提供能量以增强返回至RFID读取器(未示出)的返回信号。

除了上述缺点之外，较小的标签天线孔径将固有地变为窄带。因此，结合有这种标签天线的RFID标签可以被限制在特定的地理区域或范围。因此，在美国、英国、中国和/或日本运行的RFID标签可能都需要独特的天线设计才能在指定的地理区域内运行。如果仅在一个特定区域部署RFID标签可能不会有问题，但对于国际应用而言，这将导致RFID转换器及其客户必须在其供应链中进行管理的库存单位(SKU)增多。例如，在国际上销售产品的品牌和零售商对于在美国销售的给定产品和在欧洲销售的同一产品，将需要不同的RFID标签。这种要求降低了供应链的效率，并增加了最终可能转嫁给消费者的成本。

为了解决这个问题，本公开的一些实施例在集成电路内具有可切换或可变的阻抗。通过提供可切换的阻抗，可以创建从一个地理频带到另一地理频带的阶跃变化。根据一些实施例，利用来自RFID读取器的RF命令来操作阶跃变化。例如，当要在特定地理区域中部署RFID标签时，可以在供应链的初始位置通过RF命令将打印机或将RFID标签应用于产品的其他方法设置为特定地理区域。当产品在整个供应链中流通时，如果要运送到供应链中下一步操作到工作频率不同的RFID读取器的区域，则可以对RFID标签进行盘点，并且“地理位置选择”命令可以切换标签到适当的阻抗，以提供带有RFID标签的产品将要部署的区域的工作频率。因此，“地理选择”命令可以通过针对新地理区域进行优化来提高RFID标签的性能。

根据一些实施例，RFID芯片或集成电路可以具有根据预设条件或自适应条件来改变阻抗匹配策略的能力。通常，可以在集成电路和标签天线之间使用两种阻抗匹配策略。例如，与集成电路电阻R_p和集成电路电容C_p相对较宽频带的功率匹配可允许标签在RFID读取器的整个工作频率范围内工作。如下面进一步讨论的，这样的标签可以在连续的频率范围或两个不同的频带上工作。通常，如上所述，RFID读取器的工作范围与特定的地理区域以及其他因素(例如与干扰源的共址)相关联。可替代地，可以提供相对窄频带的匹配，其中天线阻抗的电抗分量被设计为与集成电路输入电容谐振。因此，高集成电路电阻R_p将具有高Q值和集成电路上的最大可能电压。

RFID芯片通常包含被设计为在将来自RF电源的输入交流电(“AC”)电压转换为直流(“DC”)电压以为集成电路供电之前将来自RF电源的输入AC电压倍增的结构。这些电压倍增器可以包含开关，例如二极管或晶体管，并且可以具有最小工作电压。因此，较高的输入电压可以有利于给出较低的工作阈值。集成电路的输入阻抗可以是诸如静电放电二极管之类的物品中能量损失以及集成电路为内部电容器充电以允许RFID标签工作所需的功率的函数。

通常，导致较高输入阻抗的高集成电路电阻R_p与窄带宽和谐振匹配以及内部电容器的受限充电速率相关。因为例如具有高R_p的标签通常不能接受与跳频相关联的频带中的多个频率上的功率，所以它可能仅能够以一个频率或非常窄的频率范围工作。因此，在标签可以开始对从RF电源接收到的功率进行整流之前，标签必须等待RF读取器系统以正确的频率发送。而且，因为具有高R_p的标签导致内部电容器的充电较慢，所以这样的标签可能需要多次充电事件，这继而降低了标签的响应速度。然而，高输入阻抗允许放大器电路提供输入信号的良好放大。相反，导致较低输入阻抗的较低R_p通常与较宽的频带共轭阻抗功率匹配相关，从而使此类标签能够与能够周期性更改频率(跳频)以及内部电容器更快充电的RFID读取器系统配合使用。这样的特征可以有利地为集成电路提供更快的响应速度，从而为RFID标签提供更快的响应速度。

参考图5，用于RFID标签的集成电路500可以具有恒定的电容C_p和可切换的电阻R_p，从而提供可切换的输入阻抗。例如，集成电路500可以在第一输入阻抗和第二输入阻抗之间切换，其中第二输入阻抗大于第一输入阻抗。通过提供可以在相对较低的第一输入阻抗和相对较高的第二输入阻抗之间切换的集成电路，可以通过本公开的一些实施例获得与较低的输入阻抗和较高的输入阻抗相关联的优点。特别地，相对较低的第一输入阻抗可以允许集成电路匹配来自RFID读取器的更宽的频率范围，并提供更快的内部电容器充电速率，而相对较高的第二输入阻抗可以为集成电路提供改善的输入信号放大率。

继续参考图5，在一些实施例中，可以通过向集成电路500提供第一总电阻R_p(1)来提供第一输入电阻，并且可以通过向集成电路500提供第二总电阻R_p(2)来提供第二输入阻抗。为了确保第二输入阻抗大于第一输入阻抗，第二总电阻R_p(2)可以大于第一总电阻R_p(1)。本领域普通技术人员将理解，可以以多种方式实现可变的总电阻。例如，R_p(1)可以是具有比单个第二电阻器R_p(2)低的电阻的单个第一电阻器。可替代地，R_p(1)可以由两个或更多个并联连接的电阻器提供，以提供小于第二总电阻的第一总电阻，其中第二总电阻R_p(2)可以由两个或更多个电阻器中的任何一个单独地或以提供比R_p(1)更大的第二总电阻的方式连接的其子集来提供。在一些实施例中，R_p(2)可以由串联连接的两个或更多个电阻器提供，以提供大于第一总电阻的第二总电阻，其中第一总电阻R_p(1)可以由两个或更多个电阻器中的任何一个单独地或以提供较低的第一总电阻的方式连接的其子集来提供。

在一些实施例中，集成电路500可以被配置为提供附加的总电阻，例如第三总电阻等，以使得集成电路500能够切换到例如第三输入阻抗。在一些实施例中，第三总电阻可以大于第一总电阻和/或大于第二总电阻。在其他实施例中，第三总电阻可以小于第一总电阻和/或小于第二总电阻。在另外的实施例中，第三总电阻可以大于第一总电阻，但是小于第二总电阻。

在一些实施例中，具有例如通过提供可切换的总电阻而创建的具有可切换的输入阻抗的集成电路500可以用于需要如本文其他地方所讨论的功率采集的RFID标签中。例如，具有可切换输入阻抗的集成电路500可以用作RF增强模块320、420或与RF增强模块320、420结合使用，如本文中其他地方进一步讨论的。

参考图6A和6B，示出了两种类型的频带占用。例如，图6A示出了连续频带F1至F2，而图6B示出了两个离散频带F1至F2和F3至F4。RFID读取器被配置为在诸如图6A所示的频带之类的连续频带上工作，它能够在该频带的不同频率之间跳变。被配置为在不同的子频带中工作的RFID读取器，例如图6B中所示的那些，能够在F1至F2和F3至F4两个频带中的不同频率之间跳变，并且还可以在子频带之间周期性地改变。

图7A和7B示出了具有低输入阻抗并因此具有宽带匹配能力的RFID标签如何工作。例如，如标记为700A和700B的线所示，具有低输入阻抗的标签可以在其范围内以F1至F2或F1至F2和F3至F4两者运行。有利地，具有低输入阻抗的RFID标签因此可以对RFID读取器系统给出更快的响应。而且，这样的标签可以在F1至F2或F1至F4之外的频率处提供匹配，以允许与产品相关的移位。

相比之下，图8A和8B示出了具有高输入阻抗的RFID标签如何提供窄带匹配，如标记为800A和800B的线所示。因此，如图8A所示，标签带宽小于F1至F2的整个范围。类似地，如图8B所示，标签带宽仅在小于其整个范围的F3至F4子频带中运行，因此，当读取器在F1至F2带中时将不工作。

RFID标签的最佳设置选择可能会根据各种输入参数或存储器中存储的值而变化。例如，RFID标签可以被预编程为最初以谐振模式运行。在一示例中，RFID打印机系统中的一个或多个天线的间距和模式可以影响所选择的模式。对于停止对RFID标签进行打印和编程的打印机，可以使用谐振匹配条件。在一些实施例中，选择的第一频率可以是RFID标签的预期工作频率，以便在RFID打印机系统和RFID标签之间提供最佳通信。然后，RFID打印机系统的RFID读取器可能会在一段时间内跳到其他频率。尽管这可能会中断通信，但此时RFID标签可能已移出RFID打印机系统的视野。如果相邻标签也处于谐振匹配条件，则简单的失谐材料会显著降低相邻标签的性能，因为它们的性能会随着在窄带条件下的加载而迅速下降。

在另一个示例中，谐振模式可以用作在线测试系统的一部分。在这样的系统中，该系统可以在受抑制的辐射条件下运行，因此可能不需要遵守当地的射频法规。结果，可以将RFID读取器设置为测试位置处的RFID标签的峰值响应频率。相邻的标签可能会被电介质或金属材料失谐，并且由于处于谐振模式，其灵敏度会大大下降，从而阻止了它们与被测RFID标签同时读取。在编程或测试之后，根据标签的类型(例如，用于诸如混合服装的物品的宽带标签，或用于诸如化妆品的商品的窄带标签)，可以对标签进行编程以打开或关闭谐振模式。

也可以作为读取器命令的一部分来命令工作模式，其中选择操作期间对特定位的测试可以更改工作状态。这可以使RFID读取器具有控制权。在某些应用中，可以首先使用宽带模式(低R_p)执行库存，并且可以通过编程或通过链接到指示标签已成功盘点的标志来将在该条件下读取的标签锁定为该状态。接下来，可以将库存切换到谐振模式以使响应速度较慢，但Q条件较高(高R_p)。在某些情况下，这可能允许更高的性能，并捕获残留标签。这样，可以在最短的时间内获得更成功的总体库存。具体来说，大多数标签可以在宽带、快速模式下捕获，而剩余标签可以在窄带，慢速模式下捕获。根据一些实施例，如上所述，可以通过利用具有集成电路的标签来实现该操作，所述集成电路具有可切换的输入阻抗。

如图9所示，集成电路可以能够确定谐振(高R_p)匹配或宽带(低R_p)匹配是相关的和/或期望的。在一些实施例中，集成电路900具有能够在激活集成电路900所需的功率电平以下工作的亚阈值检测器电路。例如，亚阈值检测器电路可以具有低复杂度并且以相对低的速度工作。当RFID读取器在频带上跳跃时，亚阈值检测器电路可能会发出一系列脉冲，以在宽带(低R_p)模式和谐振(高R_p)模式之间切换输入，并检查结果。如果给定时间上的所有脉冲的振幅都与谐振模式下的振幅相似，则集成电路可以选择宽带模式，并且集成电路可以在该状态下保持一段时间，例如1秒至10秒之间。根据其他实施例，集成电路可以在宽带模式下被保持大于10秒或小于10秒。有利的是，将集成电路保持在宽带模式下可以提供与谐振模式相同的性能，但是通信速度更快。在一些实施例中，如果谐振模式下的峰值比宽带模式下的峰值高得多，则集成电路900可以选择谐振模式，并且在一段时间内保持在该状态，如上所述。例如，集成电路900可以保持在谐振模式下少于1秒，1秒到10秒或超过10秒。通过选择谐振模式，当总功率电平上升到标签工作阈值时，集成电路的通信速度可能会变慢，但库存的可能性更高。

因此，根据一些实施例，具有低R_p，宽带状态和高R_p，窄带可选择状态的集成电路，具有相同的，改进的两状态或自适应机制，其中电容也可以改变优化性能(通常称为自动调谐或自动调整)，该集成电路可用于优化库存和其他读取条件下以及RFID打印机和在线测试仪内部不同尺寸和应用的标签的性能。