[发明专利]谐振电路

说明书

技术领域

本发明一般涉及谐振电路。本发明的实施例特别但非排他地涉及响应宽频范围的RFID(射频识别)中的谐振电路。本发明的实施例还涉及RFID(射频识别)应答器(transponder)的低功率邻近检测。 

背景技术

在RFID系统中，谐振电路通常用于读取器和应答器两方面。它们的使用提高了这两个电路之间的能量传递效率，否则效率总会很低，严重地限制操作范围。当读取器在其谐振频率上被激励时，能获得最佳的阅读范围，这个频率也与应答器的谐振频率相匹配。使这两个单元在它们的谐振频率下工作是复杂的任务，其原因是下面的因素： 

1)LC制造的元件在它们的数值上有公差，谐振频率在标称同一的谐振系统的不同例子之间将会有变化。 

2)温度可能改变元件值，使得谐振频率随时间和环境漂移。 

3)设置在二者之一的天线附近的金属性或磁性物体可能改变它们的电感并因而改变谐振频率。 

4)所期望的谐振频率可能改变，例如监管(regulatory)频段可能跨国界变化。 

这些复杂因素的影响随两个谐振的Q值而增加。随着Q值的增加，谐振带宽成比例地下降，要求两个频率之间紧密匹配的实现有效的功率传递。这些制约因素可能将两个电路的Q值限制于相对低的水平，这本身又限制了阅读范围和/或导致过度的功率需求。 

在RFID系统中，一种缓解某些复杂因素的方法是使用调谐电路。在现有技术中披露了大量不同的调谐变体，但它们有一些共同的特点。为 了调整谐振频率，或者将电可调元件例如可变电抗器或电可变电感器，或者更一般地将分立的电容器或电感器的组合耦合形成谐振。一个示范性参考是US6317027，其中，随着谐振频率的变化，相应地将一组二进制加权的调谐电容器有选择地耦合形成读取器谐振。 

调整可在正常的读和/或写操作以外的调谐周期中进行。US 6317027是这种方法的一个例子，其中进行调谐电容的扫描并确定谐振幅度分布图；所选择的调谐电容获得读取器天线中的最大幅度。另一方面，US5491715披露一种方法是基于激励与谐振之间的相位差，确定读取器电路偏离谐振有多远。 

调整一个系统使其在所期望的频率上谐振的这些现有技术方法，有显著的缺点，现在概括如下。 

调谐电路要求许多元件，包括电容器和将它们耦合形成谐振的开关的组合；这使系统增加了复杂性和成本。如果要求精细地控制频率，则要求高精度的可选择电容器，以实现总调谐电容的单调设置(monotonic setting)。这些约束可能限制可实用的调谐精度和分辨率。 

这种调谐一般不是实时的。如果要实时的话，如在US5491715中所描述的，则要增加复杂性和成本。实时控制对于处理瞬间失调效应是有利的，例如温度漂移和金属性物体进入范围。 

这些现有技术的调谐方法通常只应用于读取器天线。应答器被要求具有接近射频激励场的固有频率，以获得它的功率。如果显著失调的话，应答器就不能充电至足以运行调谐电路。就此而论，所述现有技术的调谐方法通常不适用于无源应答器。 

由于严格的成本和功率约束，更常见的是应答器在制造时设置成针对它的目标操作的固定调谐。这一固定调谐工序加入制造成本，并且不能随可能对应答器谐振频率有影响的环境变化而调整。 

应答器的又一考虑是，能响应一个频率范围的单个应答器可能是有利的。一个应用例子是使用同一应答器跨越有不同监管操作频段的边界。如果应答器可响应每一区域所允许的不同频率而不需要反复调谐，会有助于国际旅游，这是资产跟踪的公共RFID应用中的一个关键要求。现有技术方法不能为这方面提供功能。 

更多的现有技术可在US2774060、US3818472、US6476708，以及GB2278631、WO2005/104022、US2004/0214549、GB2321726、US3842246、GB2087564、GB 1206925。 

发明内容

我们将描述响应一个激励频率范围的LC电路，而不需要控制调谐电路。在一些实施例中，电路能自然地适应外部环境的影响而不要附加的控制机制。在这些实施例中，电路只要求少数的低公差电元件。 

与利用一系列电容器将它们全部耦合形成谐振即100％占空比不同，在实施例中是采用另一方案，LC谐振包括主电容性路径和一个或多个辅助电容性路径，它们以可变的占空比耦合形成谐振。谐振取决于占空比而与不同的激励频率相匹配。