ES2316774T3 - Etiqueta de identificacion por radiofrecuencia con bateria de lamina delgada para antena. - Google Patents

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Abstract

Una etiqueta (1) de identificación por radiofrecuencias activa, que comprende un chip (2) de identificación por radiofrecuencias dispuesto sobre un substrato (6); una batería (17, 20; 26, 27) conectada al citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias, estando dispuesta la citada batería (17, 20; 26, 27) sobre el citado substrato (6), y un elemento (30) de antena; y una antena (30) en la que un campo electromagnético de identificación de radiofrecuencias energiza el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es sustancialmente mayor que la potencia disponible de la citada batería (17, 20; 26, 27), y en la que la citada batería (17, 20; 26, 27) energiza el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es sustancialmente menor que la potencia disponible de la citada batería que se caracteriza porque al menos una porción de la citada batería (17, 20; 26, 27) forma la citada antena (30) para el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias, en el que la citada batería (17, 20; 26, 27) incluye dos electrodos (18a,18b, 28a, 28b, 29a, 29b) separados por un electrolito, estando formado el citado elemento (30) de antena por al menos uno de los citados electrodos, en el que la citada batería (26) se carga mientras los datos son transferidos desde el citado chip (2).

Description

Etiqueta de identificación por radiofrecuencia con batería de lámina delgada para antena.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
Esta invención se refiere a etiquetas de identificación por radiofrecuencias (RFID), que poseen las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Descripción de la técnica relacionada
Los objetos asociados a inventarios, fabricación de productos, mercadería y otras operaciones relacionadas son un reto para monitorizar de manera precisa la localización y el flujo de los objetos.
Hay una necesidad continuada para determinar la localización de estos objetos, y para seguir la información relevante de los objetos. Se pueden utilizar dispositivos de etiqueta configurados adecuadamente para que estén asociados a una cualquiera de una variedad de objetos, incluyendo bienes de consumo, artículos, personas o animales, o sustancialmente cualquier objeto móvil o estacionario animado o inanimado, que facilite la localización y el seguimiento de datos. Un sistema de seguimiento de etiquetas de este tipo es un sistema de identificación electrónica, tal como la RFID. Las etiquetas RFID están fijadas, conectadas o asociadas de alguna manera a un objeto con el propósito de realizar el seguimiento del objeto, y almacenar o recuperar información referida al objeto.
La información relacionada con el objeto al cual está fijada la etiqueta RFID se pueden escribir y almacenar en la memoria de la etiqueta RFID. La etiqueta RFID será detectada en un campo electromagnético adecuado y la información almacenada en la etiqueta puede ser leída y modificada si así se desea. Típicamente, los dispositivos de etiqueta RFID son completamente pasivos (no tienen una fuente de alimentación incorporada), lo cual resulta en un paquete pequeño y portátil. Sin embargo, las etiquetas pasivas solamente pueden realizar la operación en un rango relativamente corto, limitado por el tamaño del campo utilizado para suministrar energía y para comunicar con las etiquetas.
Una etiqueta activa RFID incluye una fuente de alimentación conectada a la etiqueta para incrementar el rango detectable. Sin embargo, con la adición de una batería, la etiqueta RFID se hace físicamente mayor y más cara. Las etiquetas RFID deben ser delgadas y flexibles para mantener su utilidad en muchas aplicaciones. Las etiquetas mayores y más rígidas reducirán la utilidad de la etiqueta porque restringen las aplicaciones.
El documento WO 99 /34325, que es la técnica anterior más próxima, desvela una etiqueta activa de ID por radiofrecuencias que comprende una pastilla y una batería de litio. La pastilla es energizada por energía derivada del campo si esta energía es suficiente y energiza el chip desde la batería en caso contrario. La batería y la antena del chip son elementos separados.
El documento DE 195 31 625 desvela un dispositivo RFID que es energizado por un campo incidente o por una batería, dependiendo de la fuerza del campo electromagnético. La antena y la batería también son elementos separados.
El documento US 6.045.652 desvela un receptor, tal como una etiqueta de identificación por radiofrecuencias, en el que las superficies de la batería definen las funciones de una antena.
Breve sumario de la invención
La invención proporciona una etiqueta activa de identificación por radiofrecuencias que incluye un chip de identificación por radiofrecuencias que se encuentra dispuesto sobre un substrato. Una batería dispuesta sobre el substrato está conectada al chip de identificación por radiofrecuencias. Al menos una porción de la batería forma una antena para el chip de identificación por radiofrecuencias.
La antena puede ser una antena dipolo adaptada para la operación a las frecuencias de microondas. Alternativamente, la antena puede operar a otras frecuencias diferentes de las microondas, tal como 8 MHz o 13,56 MHz.
La batería puede ser una batería de película delegada. La batería de película delgada puede ser una batería de ión litio.
La batería típicamente incluye dos electrodos separados por un electrolito, y la antena está formada por al menos uno de los electrodos.
La antena y la batería pueden ser colocadas sustancialmente en la misma posición sobre el substrato, de manera que la batería no utilice ningún espacio adicional.
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Un procedimiento para energizar una etiqueta de identificación por radiofrecuencias incluye proporcionar una etiqueta de identificación por radiofrecuencias que incluye un chip de identificación por radiofrecuencias dispuesto sobre un substrato y que incluye una batería de película delgada, formando una porción de la batería una antena para el chip de identificación por radiofrecuencias. Y colocar la etiqueta de identificación por radiofrecuencias en un campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias formado por un lector de identificación de radiofrecuencias. El campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias energizará el chip de identificación por radiofrecuencias siempre que la potencia disponible del campo sea mayor que la potencia disponible de la batería. Y la batería energizará el chip de identificación por radiofrecuencias si la potencia disponible del campo es menor que la potencia disponible de la batería.
El procedimiento para energizar proporciona además la carga de la batería cuando la potencia disponible del campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias sea mayor que la potencia disponible de la batería.
Objetivos, ventajas y aplicaciones de la presente invención serán evidentes por la descripción detallada que sigue de realizaciones de la invención.
Breve descripción de las distintas vistas de los dibujos
La figura 1 es una vista en planta superior de una etiqueta RFID por microondas de la técnica anterior.
La figura 2 es una vista en planta superior de una realización de la presente invención.
La figura 3 es un diagrama esquemático de un chip RFID de la técnica anterior.
La figura 4 es una vista parcial en perspectiva superior de una realización de la presente invención.
La figura 5 es un diagrama esquemático de una conexión serie de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama esquemático de una conexión paralelo de la presente invención.
La figura 7 es una vista en planta superior de una realización alternativa de la presente invención para operar con frecuencias distintas de las microondas.
La figura 8 es un diagrama esquemático de una realización alternativa de la presente invención para operar con frecuencias distintas de las microondas.
Descripción detallada de invención
Haciendo referencia la figura 1, se utiliza una etiqueta pasiva convencional 1 RFID por microondas en la presente memoria descriptiva para ilustrar la invención. La etiqueta 1 RFID de microondas incluye un chip 2 RFID y una antena 4 dipolo montada en un substrato 6 de polímero no conductor. Si la etiqueta 1 RFID de microondas fuese activa se añadiría una batería como un elemento adicional de la etiqueta. Sin embargo, la batería afectará el funcionamiento de la antena 4, que requiere que la batería esté situada a alguna distancia de la antena 4, lo cual produce una etiqueta mayor. Las etiquetas activas convencionales típicamente son relativamente rígidas o no flexibles debido a los requisitos de montaje de la batería que debe estar separada de la antena.
Haciendo referencia a la figura 2, la etiqueta activa 10 RFID de microondas, como se describirá adicionalmente en la presente memoria descriptiva y a continuación, proporciona una batería 8 de película delgada que forma la antena de dipolo 4 que se muestra en la figura 1. Debido a que la antena y la batería están formadas como una estructura y están colocadas en la misma posición, el substrato 6 puede hacerse relativamente más flexible que en las etiquetas activas convencionales RFID. Las etiquetas RFID flexibles ofrecen más aplicaciones que las etiquetas mayores más rígidas. Baterías de película delgada adecuadas, tales como baterías de ión litio en estado sólido que se muestra en la publicación de solicitud de patente norteamericana número US 2001/0032666 A1 y en la patente norteamericana 5.338.625 están construidas por un cátodo montado en un substrato y un ánodo separados por un electrolito. En las baterías de ión litio, los iones de litio residen en una estructura cristalina del material del ánodo. Durante la descarga, los iones de litio circulan a través del material electrolito y son aceptados por la estructura cristalina del cátodo. La recarga la batería invierte el flujo de iones. Las baterías de ión litio son adecuadas para microbaterías y están formadas sobre un substrato utilizando procedimientos que son compatibles con los procesos de semiconductores. Los materiales del ánodo, cátodo y electrolito se encuentran más allá de la amplitud de esta Solicitud, y se refiere al lector a la solicitud US 2001/0032666 A1 y a la patente US 5.338.625 anteriores para obtener mayores de detalles. Las batería de ión litio de película delgada adecuadas puede ser adquiridas en Cymbet Corporation de Elk River, Minnesota. Por ejemplo, una batería de 3 V mínimo, de CC con una capacidad de 0,74 mAh/cm^{2} que tiene un grosor de 0,03 mm se encuentra disponible, siendo posibles otras configuraciones dependiendo del tamaño del área disponible para la antena/batería. Incluso una pequeña área de batería de película proporciona suficiente potencia para operar una etiqueta RFID de retrodifusión durante varios ciclos de lectura. La batería específica seleccionada para formar la antena puede ser distinta a una batería de ión litio de película delgada. La restricción principal de las baterías es que al menos el ánodo o el cátodo, o preferiblemente ambos, deben ser suficientemente conductores a la frecuencia de operación para formar una antena utilizable para el chip RFID.
Haciendo referencia a la figura 3, el chip RFID convencional 2 incluye terminales 9 de antena, que reciben la energía de RF recogida por la antena cuando se encuentra en el campo de interrogación RF de un lector RFID, como es conocido en la técnica. Un convertidor 11 de CA a CC proporciona potencia para el chip 2 RFID directamente del campo de interrogación RF. Los datos contenidos en la energía de RF del campo de interrogación son demodulados por un demodulador 12 contenido en el chip 2. La información contenida en la respuesta del chip 2 al campo de interrogación RFID es modulada en el chip en 14 y trasmitida a los terminales 9 de antena a través de la impedancia de adaptación 16.
Haciendo referencia a la figura 4, se ilustra una realización para una conexión serie de la presente invención. La batería 17 está formada por el electrodo superior 18a y el electrodo inferior 18b, y la batería 20 está formada por el electrodo superior 19a y el electrodo inferior 19b. El electrolito dispuesto entre los electrodos superior e inferior y el substrato en lo cual todo está formado no se muestran por simplicidad. La impedancia 22 de desacoplamiento es necesaria para desacoplar la función de la batería de la función de la antena, como se describirá completamente más adelante.
Haciendo referencia a la figura 5, se muestran detalles adicionales de la configuración serie de la figura 4.
El chip 2 RFID está conectado a los elementos 24 y 25 de antena dipolo, que son parte del electrodo superior 18a y del electrodo inferior 19b, respectivamente. Una elección para la impedancia de desacoplamiento 22 es el inductor 23, que desacopla o separa los componentes de RF y CC a los terminales 9 de antena. La impedancia de desacoplamiento no está limitada a un inductor, sino que puede ser cualquier circuito discreto o distribuido, o circuito activo, que puede separar los componentes de RF y CC de la energía incidente recibida en la antena. Si la energía de RF recibida en los terminales 9 de antena es mayor que el nivel de potencia disponible en las baterías 17 y 20, el campo de RF energiza el chip 2 RFID por medio del convertidor CA / CC 11, como en una etiqueta RFID pasiva convencional. Este campo incidente RF también cargará las baterías 17 y 20 mientras los datos son preferidos a y desde el chip 2. Si la energía de RF recibida en los terminales 9 es menor que la suministrada por las baterías 17 y 20, las baterías energizarán el chip 2 durante la transferencia de datos. El rango de una etiqueta activa configurada de esta manera se incrementará en gran medida en comparación con la etiqueta pasiva convencional RFID. Las baterías 17 y 19 se cargarán, y la etiqueta se comportará como una etiqueta pasiva RFID cuando la etiqueta se encuentre en la proximidad del lector RFID, y se comportará como una etiqueta activa RFID cuando se encuentre más alejada del lector.
Haciendo referencia a la figura 6, se ilustra una realización alternativa de una conexión paralelo de la presente invención. La batería 26 está formada por el electrodo superior 28a y electrodo inferior 28b, y la batería 27 está formada por el electrodo superior 29a y el electrodo inferior 29b. El elemento 30 de antena es parte del electrodo superior 28a. El elemento 32 de antena es parte del electrodo inferior 29b. Los inductores 33 y 34 ejecutan la función de impedancia de desacoplamiento para separar los componentes de RF y CC de los elementos 30 y 32 de antena. De manera similar a la que se ha descrito más arriba en la figura 5, si la energía de RF recibida en los terminales 9 de antena es más alta que el nivel de potencia disponible en las baterías 26 y 27, el campo de RF energizará el chip 2 RFID por medio del convertidor CA / CC 11. Y las baterías 26 y 27 se cargarán mientras los datos son transferidos a y desde el chip 2. Si la energía de RF recibida en los terminales 9 es menor que la suministrada por las baterías 26 y 27, las baterías energizarán el chip 2 durante la transferencia de datos.
Una etiqueta RFID de microondas se utiliza para describir la invención con respecto a las realizaciones que se muestran en las figuras 4 - 6. Las etiquetas RFID por microondas típicamente funcionan en frecuencias de RF superiores a aproximadamente 1 GHz. Sin embargo, la invención se puede adaptar fácilmente a las etiquetas RFID que operan en otros rangos de frecuencia.
Haciendo referencia la figura 7, se ilustra una etiqueta RFID 40 que opera a frecuencias distintas de las microondas, tales como las frecuencias RFID convencionales de aproximadamente 8 MHz y aproximadamente 13,56 MHz. Las etiquetas RFID 40 incluyen un chip 2 RFID, elemento 42 de antena y un substrato 44. De acuerdo con la presente invención, el elemento 42 de antena también puede funcionar como una batería para el chip 2 RFID.
Haciendo referencia a la figura 8, el chip 2 RFID es funcionalmente idéntico a los chips RFID mostrados en la presente memoria descriptiva, que se utilizan por ejemplo para indicar cualquier chip convencional RFID. Se debe entender que el chip RFID exacto utilizado con la invención puede variar estructuralmente respecto al chip 2 RFID que se ilustra en la presente memoria descriptiva. El elemento 42 de antena, que está incluido en el substrato 44, forma un electrodo de la batería 44. Un segundo electrodo separado del primero por un electrolito, todos ellos formados en el substrato 44, completa la formación de la batería 44. El electrodo particular seleccionado para el elemento 42 de antena puede variar respecto del que se muestra. El inductor de desacoplamiento 46 se utiliza para separar los datos de RF incidentes sobre el terminal 9 de antena de la energía de CC suministrada al chip 2 RFID por la batería 44. Como en las otras realizaciones de la presente memoria descriptiva, la impedancia de desacoplamiento 46 puede ser implantada en una variedad de diferentes maneras. De forma similar a las etiquetas por microondas, el chip 2 RFID será energizado por la mayor de la energía incidente RF o de la potencia suministrada por la batería 44. La batería 44 se cargará simultáneamente con la transferencia de datos si la energía de RF es lo suficientemente alta, tal cómo cuando la etiqueta se encuentra cerca de un lector RFID.

Claims (8)

1. Una etiqueta (1) de identificación por radiofrecuencias activa, que comprende
un chip (2) de identificación por radiofrecuencias dispuesto sobre un substrato (6);
una batería (17, 20; 26, 27) conectada al citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias, estando dispuesta la citada batería (17, 20; 26, 27) sobre el citado substrato (6),
y un elemento (30) de antena; y una antena (30)
en la que un campo electromagnético de identificación de radiofrecuencias energiza el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es sustancialmente mayor que la potencia disponible de la citada batería (17, 20; 26, 27), y
en la que la citada batería (17, 20; 26, 27) energiza el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es sustancialmente menor que la potencia disponible de la citada batería
que se caracteriza porque
al menos una porción de la citada batería (17, 20; 26, 27) forma la citada antena (30) para el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias, en el que la citada batería (17, 20; 26, 27) incluye dos electrodos (18a,18b, 28a, 28b, 29a, 29b) separados por un electrolito, estando formado el citado elemento (30) de antena por al menos uno de los citados electrodos, en el que la citada batería (26) se carga mientras los datos son transferidos desde el citado chip (2).
2. La etiqueta de la reivindicación 1, en la que la citada antena (30) es una antena dipolo adaptada para la operación a frecuencias de microondas.
3. La etiqueta de la reivindicación 1, en la que la citada antena (30) opera a 8 MHz o 13,56 MHz.
4. La etiqueta de la reivindicación 1, en la que la citada batería (17, 20; 26, 27) es una batería de película delgada.
5. La etiqueta de la reivindicación 4, en la que la citada batería de película delgada es una batería de ión litio.
6. La etiqueta de la reivindicación 1, en la que la citada antena (30) y la citada batería (17,20; 26,27) están substancialmente colocadas conjuntamente sobre el citado substrato (6).
7. La etiqueta de la reivindicación 1, en la que el citado substrato (6) es flexible.
8. Un procedimiento para energizar una etiqueta (1) de identificación por radiofrecuencias de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende...
proporcionar la citada etiqueta (1) de identificación por radiofrecuencias que incluye un chip (2) de identificación por radiofrecuencias dispuesto sobre un substrato (6) y que incluye una batería de película delgada (17, 20; 26, 27), formando al menos un electrodo de la citada batería una antena (30) para el citado chip de identificación por radiofrecuencias;
colocar la citada etiqueta (1) de identificación por radiofrecuencias en un campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias formado por un lector de identificación por radiofrecuencias, en el que el citado campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias energiza el citado chip (2) de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es mayor que la potencia disponible de la citada batería (17, 20; 26, 27), y en el que la citada batería energiza el citado chip de identificación por radiofrecuencias cuando la potencia disponible del citado campo es menor que la potencia disponible de la citada batería (17, 20; 26, 27) y carga la citada batería (17, 20; 26, 27) cuando la potencia disponible del citado campo electromagnético de identificación por radiofrecuencias es mayor que la potencia disponible de la citada batería (17, 20; 26, 27).
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