JPH11243350A - 改良された集積回路トランスポンダおよびその通信方法 - Google Patents

改良された集積回路トランスポンダおよびその通信方法

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JPH11243350A
JPH11243350A JP10285669A JP28566998A JPH11243350A JP H11243350 A JPH11243350 A JP H11243350A JP 10285669 A JP10285669 A JP 10285669A JP 28566998 A JP28566998 A JP 28566998A JP H11243350 A JPH11243350 A JP H11243350A
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JP
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coil
integrated circuit
tag
signal
gate
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JP10285669A
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Sam Alexander
アレキサンダ サム
Lee Furey
ファレイ リー
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Microchip Technology Inc
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Publication date
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    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された集積回路トランスポンダ装置、集
積回路トランスポンダ装置の改良された通信方法を提供
する。 【解決手段】 集積回路半導体チップを封止する単一の
外部ワイヤレスパッケージと、電磁界に選択的に曝され
るパッケージ内のコイルと、集積回路半導体チップ上に
配置され、コイルの各端部に連結された、コイルの各端
部の電圧がある期間にわってほぼ等しいときを検出する
ための検出部分とを組み合わせて有する改良された集積
回路トランスポンダ装置が提供される。検出部分は、コ
イル電圧が等しいときを決定するためのコイルの各端部
に連結された排他的ＮＯＲゲートを有し、排他的ＮＯＲ
ゲートの出力は、装置回路の残りの部分に伝達される前
にフィルタに入力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願の優先権主張の基礎と
なる米国出願第０８／９４６，４２８号は、Ｊｏｓｅｐ
ｈ ＦｅｒｎａｎｄｅｚおよびＬｅｅ Ｆｕｒｅｙの名
前で出願された「集積回路半導体チップおよび誘導コイ
ルを含む片面パッケージ、ならびにその方法」という名
称の発明に関する、上記出願と同時継続中である米国出
願に関連する。上記「集積回路半導体チップおよび誘導
コイルを含む片面パッケージ、ならびにその方法」とい
う名称の発明に関する米国出願を参考のためここに援用
する。本出願の優先権主張の基礎となる米国出願第０８
／９４６，４２８号はさらに、Ｊｏｓｅｐｈ Ｆｅｒｎ
ａｎｄｅｚおよびＬｅｅ Ｆｕｒｅｙの名前で出願され
た「シングルリードフレーム内の誘導コイルと集積回路
半導体チップとの組み合わせ、およびその方法」という
名称の発明に関する、上記出願と同時継続中である米国
出願に関連する。上記「シングルリードフレーム内の誘
導コイルと集積回路半導体チップとの組み合わせ、およ
びその方法」という名称の発明に関する米国出願を参考
のためここに援用する。
【０００２】本発明は、ワイヤレスラジオ周波数装置お
よびその通信方法に関し、特に、改良された集積回路ト
ランスポンダ装置およびその通信方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】集積回路（以下、「ＩＣ」と呼ぶ）は、
言うまでもなく、電気工学の当業者に周知である。典型
的には、１以上の機能を有する電気システムを形成する
ためには、相互接続された複数のＩＣおよび他の電子部
品を用いる。ほとんどの電気システムにおいて、ＩＣは
ワイヤなどの多くの外部導電体により物理的に接続され
ており、それにより各ＩＣがシステム内の異なるＩＣも
しくは他の電子部品と通信することが可能になる。ある
いは、当業者は、相互接続を用いずに、ワイヤなどの外
部導電体をＩＣと通信させる方法を熟知している。
【０００４】特に、ＩＣダイと誘導コイルとの両方を、
ＩＣの封止材料により封止して電子パッケージを形成し
得る。これらのパッケージは、これらのパッケージ外部
のＩＣまたは他の電子部品と通信するための、パッケー
ジから外部に延びる導電体を有さない。このような外部
ワイヤレスパッケージは、チップロジックを有するＩＣ
ダイと、ＩＣダイの内部に連結された誘導コイルとの両
方を封止する。外部ワイヤレスパッケージの内部誘導コ
イルは概して、２つの主要な機能を有する。第１に、外
部電磁伝送ソースなどの外部ソースからパッケージに電
磁界が印加されると、内部誘導コイルに電位が発生す
る。この電位は、パッケージの内部に電力を与える電流
を提供する。第２に、誘導コイルは、本質的に、パッケ
ージの内部から情報を送信する及び／又はパッケージの
内部に情報を受信するアンテナとして機能する。このよ
うな外部ワイヤレスパッケージは、トランスポンダと呼
ばれ得、情報の送信および受信の両方ができることを意
味する。
【０００５】トランスポンダは「タグ」と呼ばれること
が多い。用語「タグ」は概して、商品、荷物、または識
別が必要な他の多くの物体に取り付けられた、または
「タグ」として付けられた、外部ワイヤレス電子パッケ
ージを示す。タグは物体の識別に用いられるだけでな
く、特定の物体に関する何らかのパラメータの状態を迅
速に報告するためにも用いられ得ることに留意すべきで
ある。例えば、温度または圧力センサを有するタグは、
特定のタグと関連づけられた物体の温度または圧力を報
告し得る。タグが一旦特定の物体に取り付けられると、
典型的に「リーダ」と呼ばれる装置によって読み取られ
る。リーダは、タグによって検出され、必要であればタ
グによって応答される、ある励起周波数を送出する。リ
ーダは、タグ伝送によって生成される電界内の摂動を検
出することにより、タグからデータを読み取り得る。
【０００６】ある種のタグは非常に単純である。このよ
うな単純なタグは、リーダフィールドが存在しないとき
にはアイドルである。リーダフィールドがアサートされ
ると、タグは、リーダフィールドがオフになるまで連続
的にデータ（例えば、物体のシリアルナンバ、モデルナ
ンバなど）を伝送する。あるいは、より優れた機能を有
するタグが必要となり得る。製造コストを抑えながらよ
り優れた機能を有するタグを生成することは、概して、
最小のオンチップロジックを有するタグの生成と、より
優れた機能を有するリーダの生成とを示唆する。このよ
うに、リーダは、単にタグに異なるコマンドを送ること
によりタグから異なる作用を促すことができる。このア
プローチは、オンチップタグロジックのコストが最小に
抑えられた状態で、多くの機能を実行する能力を有し異
なるリーダコマンドにより促されるタグを有効に生成す
る。リーダとタグとの間のインターフェースは、通常空
気であり、非常に限定されている。言い換えれば、リー
ダとタグなどの２つの素子間のワイヤレス通信は、ワイ
ヤなどの電気的導電体を介した他の素子間の通信よりも
困難である。ワイヤレス通信のより挑戦的な局面を鑑み
ると、リーダとタグとの間の通信リンクは、２つの素子
間をコマンドが往復し得るに十分高度でなければならな
い。
【０００７】タグと通信する１つの可能性のある様式
は、リーダがタグに実際のコマンドを送信することであ
る。このようなアプローチは、「空の」電磁界と「ロー
ドされた」電磁界とを区別することを可能にする複雑な
タグ回路を必要とする。「空の」電磁界は、タグからの
識別データに対する単純な質問以外のタグからのコマン
ドを含まない。「ロードされた」電磁界には、タグ用の
１以上のコマンドが埋め込まれている。さらに、リーダ
から伝送された異なる電磁界強度は、タグ上の多くの高
利得増幅器の使用により、大きさの順に変化する傾向に
あるキャリア信号上のコマンドが正確に検出できるよう
になることが必要となる。リーダは典型的には、高利得
増幅器を有するが、タグ上にこのような高利得増幅器を
置くことにより、タグが単純に送達し得ない電力レベル
でタグが高利得増幅器を供給することが必要となる。従
って、タグ電力供給の限界のために、様々な異なるコマ
ンドをタグに送信することは、禁止的である。その場
合、好適な通信技術は、単に、リーダから送信される電
磁界を比較的短期間中断して、特定の動作を開始するた
めの信号をタグに送ることである。
【０００８】リーダからタグへの電磁放射送信の中断
は、「ギャップ」と呼ばれる。最も単純な動作モードに
おいて、タグによる特定の動作をトリガするためには、
タグが、リーダからの送信内に単一のギャップを検出で
きることが望ましい。しかし、より優れた動作能力を有
するタグを有するためには、タグは、リーダによって送
信される電磁界内に複数のギャップを検出しなければな
らない。より特定すると、より優れた能力を有するタグ
は、ある時間間隔に亘って確立されたギャップの、ある
組み合わせを認識することができ、それによりタグから
異なる動作をトリガする。概して、タグは、タグの内部
コイルに電位を誘導する電磁界によってのみ電力を供給
され、そのためタグの内部ロジック用の電流を生成する
ことを認識することが重要である。内部タグ回路は、タ
グロジック用の何らかの電力を保持することができる、
関連する容量を有することを認識することもまた重要で
ある。しかし、ほとんどのタグの電力保持能力は、非常
に限られており、従って、リーダの電磁界を繰り返し印
加することにより、タグの容量により保持された電力を
リフレッシュすることが必要である。タグがギャップの
組み合わせを検出することができるようにするために
は、リーダの電磁界が、特定の時間間隔にわたって何度
も、印加され、中断され、再び印加されなければならな
い。しかし、タグの容量により保持された電力の供給
は、リーダの電磁界から定期的にリフレッシュされなけ
ればならないため、ギャップの期間は比較的短くなけれ
ばならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】「従来の技術」の項目
での説明は、主として、リーダおよびタグの動作のある
特定の局面に関する背景情報である。先行技術のタグの
状況を説明すると、タグは、タグの内部コイルの両端の
電位がチップグランドあるいはその付近になるときを判
断することによって、ギャップを検出する。「チップグ
ランド」という用語は、タグの内部のＩＣダイ上のエレ
クトロニクスによって生成されるグランド信号を指す。
具体的には、タグのＩＣダイのある特定の構成要素は、
タグのコイルの各端部から入力される信号を処理し、内
部タグ回路の残りによって使用されるグランド信号を生
成する。先行技術のタグが、タグのコイルの両端の電位
が同時にチップグランドに達したか、あるいはチップグ
ランドに少なくとも近づいた状態を検出すると、タグ回
路はギャップを検出する。
【００１０】この状態の検出についての１つの問題点
は、コイル電圧がチップグランドに関して測定されてい
ることである。タグの内部回路は、タグのコイルから誘
導される何らかのグランド（即ち、チップグランド）か
ら離れていなければならず、そのグランドレベルは、多
くのファクタに依存する。例えば、タグがリーダの電磁
界内にあるとき、チップグランドレベルは、幾らか予測
可能である。なぜなら、チップグランドを、２つのコイ
ル端子のうちのより低い電位と比較する整流器がタグの
内部回路内にあるからである。問題はここにある。コイ
ル電圧の振幅がゼロになると、上記整流器は本質的に開
回路となり、コイルはチップグランドに関して浮遊して
いる。言うまでもなく、タグの内部回路の容量は、チッ
プグランド信号を維持する助けにはなるが、現実には、
リーダの電磁界が妨害されると、コイル電圧がゼロにな
り、整流器が開回路になる。その結果、チップグランド
信号は、予測が非常に困難となり、コイル端子の電位を
測定するための基準として効果的に用いることができな
い。従って、先行技術のアプローチでは、ギャップの検
出が妨げられる。
【００１１】従って、チップグランド信号に関わらず、
リーダの電磁界におけるギャップを検出することができ
る改良されたタグを提供する必要がある。
【００１２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、改良された
集積回路トランスポンダ装置、集積回路トランスポンダ
装置の改良された通信方法を提供することにある。
【００１３】本発明の別の目的は、改良された集積回路
トランスポンダ装置であって、集積回路トランスポンダ
装置に近接する電磁界の伝達におけるギャップを検出
し、それにより、集積回路トランスポンダ装置をトリガ
して１つあるいはそれ以上の動作をさせることができる
集積回路トランスポンダ装置を提供することにある。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、改良された集
積回路トランスポンダ装置であって、集積回路トランス
ポンダ装置のためのグランド信号に関わらず、内部コイ
ルの端部の誘導電圧がある期間にわたってほぼ等しいと
きを検出することができる集積回路トランスポンダ装置
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の集積回路トラン
スポンダ装置は、集積回路半導体チップを封止する単一
パッケージと、電磁界に選択的に曝される該パッケージ
内のコイルと、該集積回路半導体チップ上に配置され、
該コイルの各端部に連結された、該コイルの各端部の電
圧がある期間にわたってほぼ等しいときを検出するため
の検出手段とを組み合わせて有する集積回路トランスポ
ンダ装置であり、そのことにより、上記目的が達成され
る。
【００１６】前記検出手段が、前記集積回路半導体チッ
プ上のグランド信号と独立して、前記電磁界の伝達の妨
害を検出してもよい。
【００１７】前記単一パッケージが、外部ワイヤレスで
あってもよい。
【００１８】前記コイルと並列に連結されたコンデンサ
をさらに有していてもよい。
【００１９】前記集積回路半導体チップが、前記コイル
からの信号を整流する、該コイルの各端部に連結された
整流器を有していてもよい。
【００２０】前記整流器が、一対のダイオードおよび一
対のトランジスタを有していてもよい。
【００２１】前記検出手段が、前記コイルの各端部に連
結された排他的ＮＯＲゲートを有していてもよい。
【００２２】前記コイルの一端が、前記排他的ＮＯＲゲ
ートの第１の入力に接続された出力を有する第１の一対
の直列接続されたインバータに入力され、該コイルの他
端が、該排他的ＮＯＲゲートの第２の入力に接続された
出力を有する第２の一対の直列接続されたインバータに
入力されてもよい。
【００２３】前記排他的ＮＯＲゲートの出力が、フィル
タに入力されてもよい。
【００２４】本発明の別の実施形態によれば、集積回路
トランスポンダ装置を操作する方法であって、集積回路
半導体チップを封止する単一のパッケージを提供する工
程と、電磁界に選択的に曝されるコイルを該パッケージ
内に提供する工程と、該集積回路半導体チップ上に配置
され、該コイルの各端部に連結された、該コイルの各端
部の電圧がある期間にわたってほぼ等しいときを検出す
るための検出手段を提供する工程とを包含し、そのこと
により上記目的が達成される。
【００２５】前記検出手段が、前記集積回路半導体チッ
プ上のグランド信号と独立して、前記電磁界の伝達の妨
害を検出してもよい。
【００２６】前記単一パッケージが、外部ワイヤレスで
あってもよい。
【００２７】前記コイルと並列に連結されたコンデンサ
を提供する工程をさらに包含してもよい。
【００２８】前記集積回路半導体チップが、前記コイル
からの信号を整流する、該コイルの各端部に連結された
整流器を有していてもよい。
【００２９】前記整流器が、一対のダイオードおよび一
対のトランジスタを有していてもよい。
【００３０】前記検出手段を提供する工程が、前記コイ
ルの各端部に連結された排他的ＮＯＲゲートを提供する
工程を含んでいてもよい。
【００３１】前記コイルの一端が、前記排他的ＮＯＲゲ
ートの第１の入力に接続された出力を有する第１の一対
の直列接続されたインバータに入力され、該コイルの他
端が、該排他的ＮＯＲゲートの第２の入力に接続された
出力を有する第２の一対の直列接続されたインバータに
入力されてもよい。
【００３２】前記排他的ＮＯＲゲートの出力が、フィル
タに入力されてもよい。
【００３３】本発明のさらに別の実施形態によれば、集
積回路トランスポンダ装置が、該集積回路トランスポン
ダ装置の近傍で伝達される電磁界におけるギャップを検
出する方法であって、集積回路半導体チップを封止する
単一の外部ワイヤレスパッケージを提供する工程と、該
電磁界に選択的に曝されるコイルを該パッケージ内に提
供する工程と、該コイルの各端部における電圧を比較す
る工程とを包含し、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００３４】前記電圧が、ある期間にわたってほぼ等し
いときを検出し、それによって、前記ギャップを検出す
る工程をさらに包含してもよい。
【００３５】本発明の１つの実施形態によれば、集積回
路半導体チップを封止する１つの外部ワイヤレスパッケ
ージと、パッケージ内にあり、電磁界に選択的に曝され
るコイルと、集積回路半導体チップ上にあり、コイルの
各端部に連結され、コイルの各端部の電圧がある期間に
わたってほぼ等しいときを検出するための検出手段とを
組合せで含む集積回路トランスポンダ装置が開示され
る。検出手段は、集積回路半導体チップのグランド信号
に関わらず、電磁界の伝達の妨害を検出する。装置は、
コイルに並列に連結されるコンデンサをさらに含む。さ
らに、集積回路半導体チップは、コイルの各端部に連結
され、コイルからの信号を整流するための整流器を含
み、整流器は、一対のダイオードと、一対のトランジス
タとを含む。検出手段は、コイルの各端部に連結される
排他的ＮＯＲゲートを含む。さらに、コイルの１つの端
部は、排他的ＮＯＲゲートの第１の入力に接続される出
力を有する直列接続されたインバータの第１の対に入力
され、コイルの別の端部は、排他的ＮＯＲゲートの第２
の入力に接続される出力を有する直列接続されたインバ
ータの第２の一対に入力される。排他的ＮＯＲゲートの
出力は、装置の回路の残りに供給される前に、フィルタ
に入力される。
【００３６】本発明の別の実施形態によれば、集積回路
トランスポンダ装置を動作させる方法であって、集積回
路半導体チップを封止する１つの外部ワイヤレスパッケ
ージを与えるステップと、パッケージ内にあり、電磁界
に選択的に曝されるコイルを与えるステップと、集積回
路半導体チップ上にあり、コイルの各端部に連結され、
コイルの各端部の電圧がある期間にわたってほぼ等しい
ときを検出するための検出手段を与えるステップとを包
含する方法が開示される。この方法は、コイルに並列に
連結されるコンデンサを与えるステップをさらに包含す
る。集積回路半導体チップは、コイルの各端部に連結さ
れ、コイルからの信号を整流するための整流器を含み、
整流器は、一対のダイオードと、一対のトランジスタと
を含む。検出手段を与えるステップは、コイルの各端部
に連結される排他的ＮＯＲゲートを与えるステップを含
む。さらに、コイルの１つの端部は、排他的ＮＯＲゲー
トの第１の入力に接続される出力を有する直列接続され
たインバータの第１の対に入力され、コイルの別の端部
は、排他的ＮＯＲゲートの第２の入力に接続される出力
を有する直列接続されたインバータの第２の対に入力さ
れる。排他的ＮＯＲゲートの出力は、装置の回路の残り
に供給される前に、フィルタに入力される。
【００３７】本発明の上記およびその他の目的、特徴お
よび利点は、以下に示す、添付の図面に示される本発明
の好適な実施形態についてのより詳細な説明から明らか
になるであろう。
【００３８】
【発明の実施の形態】図４には、集積回路トランスポン
ダ装置（以後、もっと簡単に「タグ」と呼ぶ）が示さ
れ、概括的に参照番号１０で示される。タグ１０は、当
業者には周知の方法で単一パッケージに封止される。パ
ッケージは、表示の明確化のために同図には明示されて
いないが、パッケージはタグ１０のすべての構成要素を
封止し、外部に対してワイヤレスであり得る。これは、
パッケージは、参照番号１２以外の図４に示されている
すべての構成要素を包囲し得る。参照番号１２について
は後述する。図４はまた、タグ１０の一部ではない、参
照番号２２で示される２本の垂直ラインを示しているこ
とにも留意されたい。ライン２２は、タグ１０の集積回
路（以後「ＩＣ」と呼ぶ）半導体チップを、ＩＣ半導体
チップとは異なるタグ構成要素から概念的に区分するた
めに示されている。同図の垂直ライン２２より右側に示
される部分は、ＩＣ半導体チップのダイ要素を含み、垂
直ライン２２より左側の部分（タグ１０の一部ではない
要素１２を除く）は、タグのＩＣ半導体チップ上に位置
しないタグ構成要素を含む。完全に明瞭となるように要
約すると、参照番号１２および２２で示される要素以外
の図４のすべての構成要素はタグ１０を構成し、垂直ラ
イン２２より左側に位置するタグ構成要素は、タグのＩ
Ｃ半導体チップ上に位置しておらず、垂直ラインより右
側に位置する構成要素は、タグのＩＣ半導体チップの一
部である。最後に、図４に示されるタグ１０などのタグ
の製造に関する具体的な詳細は、上記の関連特許出願に
もっと明確に示されていることを指摘しておく。
【００３９】さらに図４を参照して、タグ１０は、ＩＣ
半導体チップ（すなわち、タグ１０の垂直線２２より右
側の部分）を封止する単一パッケージ（明示せず）と、
電磁界１２に対して選択的に曝されているパッケージ内
のコイル１４と、ＩＣ半導体チップ上にあり、コイル１
４の各端部に接続されて、コイル１４の各端部の電圧が
所定期間にわたってほぼ等しいときこれを検出する検出
部（後に詳述）とを組み合わせて含む。電磁界１２は、
当業者にはリーダ（図示せず）として周知の装置によっ
て生成される。リーダは、電磁界１２を伝送してコイル
１４を貫通させ、電磁界１２の伝送における選択的な妨
害またはギャップがタグ１０によって検出されるように
意図される。コンデンサ１６はコイル１４に並列して接
続される。電磁界１２がコイル１４を貫通することによ
り、コイル１４のインダクタンス値およびコンデンサ１
６の容量値の結果である共鳴周波数を有するコイル電圧
が誘導され得る。従って、コンデンサ１６は、タグ１０
のための所望の共鳴周波数を生成するように、当業者に
周知の方法でコイル１４と一致するようにされる。
【００４０】コイル１４の端部から取られた２つの誘導
電圧ＡおよびＢはチップ上を（すなわち、垂直線ライン
２２より右側へ）整流器２４へと供給される。整流器２
４は、信号ＡおよびＢの所望の整流を行うように接続さ
れた一対のダイオード２６および２８ならびに一対のＰ
ＭＯＳトランジスタ３０および３２を含む。所望であれ
ば、当業者には周知の他のタイプの整流器も具現化され
得ることに留意されたい。本明細書での整流器２４は、
信号ＤＣ−を与えるノードで結合されるダイオード２６
および２８のアノード接合部と、信号ＤＣ＋を与えるノ
ードで結合されるＰＭＯＳトランジスタ３０および３２
のドレイン接合部とを有する。信号ＤＣ−およびＤＣ＋
は、「回路の残り」と記されたブロック４８に供給され
ることに留意されたい。ブロック４８はタグ機能を行う
回路を表す。この機能の中には、現在既知のまたは将来
当業者によって知られるであろう多くの可能性が含まれ
る。ＤＣ＋およびＤＣ−はそれぞれ、ブロック４８への
電源および接地信号を示す。整流器２４に戻ると、ＰＭ
ＯＳトランジスタ３０のソース接合部とダイオード２８
のカソード接合部とは、コイル１４の一方の端部からの
信号Ａが供給されるノードで結合される。同様に、ＰＭ
ＯＳトランジスタ３２のソース接合部とダイオード２６
のカソード接合部とは、コイル１４の他方の端部からの
信号Ｂが供給されるノードで結合される。さらに、ＰＭ
ＯＳトランジスタ３０および３２のゲート接合部は、そ
れぞれ信号ＢおよびＡを有するノードに結合される。整
流器２４のこのような構造により、整流器はブロック４
８に、電源および接地信号ＤＣ＋およびＤＣ−をそれぞ
れ供給する。コイル１４の両端部はブロック４８に接続
されて、ブロック４８に誘導信号ＡおよびＢを供給し、
ブロック４８は当業者には周知の回路を含み、信号Ａお
よびＢを処理することによりブロック４８のためのクロ
ック信号を生成する。
【００４１】さらに図４を参照して、コイル１４の両端
部は検出部に接続され、これに信号ＡおよびＢを供給す
る。検出部は、２対の直列接続されたインバータ３６〜
４２を介してコイル１４の各端部に接続される排他的Ｎ
ＯＲゲート４４を含む。特に、コイル１４の一方の端部
はインバータ３６に接続され、その入力に信号Ａを供給
する。その出力は、直列接続のインバータ３８の入力に
供給され、インバータ３８は、排他的ＮＯＲゲート４４
の入力接合部に接続される出力を有する。同様に、コイ
ル１４の他方の端部はインバータ４０に接続され、その
入力に信号Ｂを供給する。その出力は、直列接続のイン
バータ４２の入力に供給され、インバータ４２は、排他
的ＮＯＲゲート４４の別の入力接合部に接続される出力
を有する。インバータ３６および４０は、当業者には周
知のレベルシフトインバータである。これらは、単純
に、信号ＡおよびＢの入力電圧を、排他的ＮＯＲゲート
４４、フィルタ４６、およびブロック４８のタグの回路
の残りによる処理のために低レベルにダウンシフトす
る。インバータ３８および４２は非レベルシフトインバ
ータ（すなわち、一般的なインバータ）である。これら
は、単純に、各直列接続のインバータチェーンの出力が
確実にそれぞれの入力と同じ極性を有するようにする。
しかし、検出部が排他的ＮＯＲゲート４４を実現してい
るため、タグ１０の同じ動作を維持する一方で、所望で
あれば、インバータ３８および４２を取り除いてもよ
い。これはタグ１０の動作について述べる後のセクショ
ンで明らかとなり得る。排他的ＮＯＲゲート４４の出力
は、当業者には周知のＲＣ型フィルタなどのフィルタ４
６に入力され、フィルタ４６の出力は、ブロック４８の
残りのタグ回路に送達される。
【００４２】以下に本発明の装置の動作を示す。
【００４３】図４に関する前記説明から想起されるよう
に、コンデンサ１６を、コイル１４のインダクタンスと
あわせた際にタグ１０が所望の共振周波数を得るような
容量値になるよう選択する。本実施態様のタグ１０で
は、この共振周波数は一般的に１２５ＫＨｚから１３．
５ＭＨｚの範囲内に選択される。しかし、コイル１４と
コンデンサ１６との適当な組み合わせにより、任意の所
望の共振周波数を実現することが可能であることが当業
者に理解されるであろう。図４のブロック４８につい
て、様々な異なる機能を行い得る様々なタグが存在する
ことに留意されたい。タグの可能な用途の数例として、
ペット識別タグ、個人識別タグ、および荷物識別タグが
挙げられる。このように、タグの１つの機能は、特定の
タグに対応する物品あるいは個人を識別する方法を提供
することである。タグの別の機能的側面は、非接触型で
あることである。すなわち、リーダなどの外部システム
要素と連絡するために、タグが外部に導体を有している
必要がない。すなわち、接続配線なしで、リーダはタグ
に電力を供給し、タグと連絡を行う。タグのさらに別の
特徴は、当業者が「耐衝突」機能と呼ぶものである。こ
の機能は次のような状況で有用である。あるヒトが数個
のタグを持っており、各々がリーダによって発生する電
磁界１２に曝されているとする。しかし、リーダはその
グループの中の特定の「ターゲット」タグと連絡するこ
とのみに関心を持っている。この「耐衝突」特徴によ
り、非ターゲットタグがリーダのフィールド１２内にあ
りながらリーダの呼びかけ(prompt)に反応せず、従って
非ターゲットタグはフィールドに誘導された電力を維持
しながら、一方でリーダはターゲットタグと連絡するこ
とを可能にする。これらおよびその他のタグの特徴は、
当業者に公知のいくつかの方法のうち任意の１つを用い
て、参照符号４８を付したブロック内の論理によって実
現され得る。そのような特徴を実現するためのに必要な
特定の回路はこの説明の中心ではないため、タグ１０の
ブロック４８内には示していない。ここではむしろ、リ
ーダの電磁界１２中のギャップを検出するタグ１０を中
心に、改良されたタグ１０、およびそのリーダとの改良
された連絡方法を開示をすることに重点をおく。
【００４４】次に図１を参照して、２つの信号Ａおよび
Ｂを示している。リーダ（図示せず）がタグ１０中のコ
イル１４を貫通する電磁界１２を送信するとき（この説
明については図４も参照のこと）、コイル１４内に電位
が誘導され、コイル１４の両端からの電圧信号は信号Ａ
およびＢで表される。参照符号Ｔ1およびＴ2で示した時
刻における観察点から見て、これらの信号は一般に反対
の極性を有している。時刻Ｔ1において、信号Ａは最大
正電位にあり、信号Ｂは最大負電位にある。逆に、時刻
Ｔ2においては、信号Ｂは最大正電位にあり、信号Ａは
最大負電位にある。
【００４５】図２を参照して、図１における２つの信号
ＡおよびＢを再び示し、さらなる信号ＤＣ＋およびＤＣ
−を示している。信号ＡおよびＢは、やはり、コイル１
４の両端からの誘導電圧信号である（この説明について
は図４も参照のこと）。信号ＤＣ＋およびＤＣ−は、信
号ＡおよびＢを整流器２４に印加することによって生成
される。整流器２４は、信号Ａおよび信号Ｂのうち高い
方に追従するようにＤＣ＋を生成する動作を行う。ま
た、信号ＤＣ＋は信号Ａおよび信号Ｂのうち高い方とは
別に示しているが、この分離は視覚的に明瞭にするため
に誇張されたものであり、実際には、ＤＣ＋は信号Ａお
よび信号Ｂのうち高い方にほぼ相似的に追従する。
【００４６】引き続き、整流器２４の動作に関して、時
刻Ｔ1において信号Ａは信号Ｂよりも高い。また、ＰＭ
ＯＳトランジスタ３０のゲートは信号Ｂに結合されてお
り、そのソースは信号Ａに結合されている。Ｐチャネル
ＭＯＳトランジスタは、ゲートがそのソースまたはドレ
インよりも低いときには必ずオンとなる。従って、ＰＭ
ＯＳトランジスタ３０は時刻Ｔ1においてオンになり、
一方ＰＭＯＳトランジスタ３２は、信号Ａに結合された
ゲートが信号Ｂに結合されたソースよりも高くなってい
るためオフとなる。従って、時刻Ｔ1において、信号Ａ
に対応する電流がＰＭＯＳトランジスタ３０を通じてＤ
Ｃ＋ノードに流れ、ＤＣ＋信号は信号Ａに追従する。逆
に、時刻Ｔ2においては信号Ｂは信号Ａよりも高く、Ｐ
ＭＯＳトランジスタ３２のゲートは信号Ａに結合されて
おり、ソースは信号Ｂに結合されている。やはり、Ｐチ
ャネルＭＯＳトランジスタのゲートがそのソースまたは
ドレインよりも低いときには必ずオンとなる。従って、
ＰＭＯＳトランジスタ３２は時刻Ｔ2においてオンにな
り、一方ＰＭＯＳトランジスタ３０は、信号Ｂに結合さ
れたゲートが信号Ａに結合されたソースよりも高くなっ
ているためオフとなる。従って、時刻Ｔ2において、信
号Ｂに対応する電流がＰＭＯＳトランジスタ３２を通じ
てＤＣ＋ノードに流れ、ＤＣ＋信号は信号Ｂに追従す
る。このようにして、信号ＤＣ＋は信号Ａおよび信号Ｂ
の高い方にほぼ追従する。最終的に、信号ＤＣ＋は、ブ
ロック４８の回路にＤＣ電源を提供するのに十分とな
る。
【００４７】図２を参照して、時刻Ｔ1において、信号
Ａは信号Ｂより大きい。もし信号Ｂが信号ＤＣ−に対し
ても低ければ、ダイオード２６（この説明については図
４も参照のこと）は順方向にバイアスされ、信号ＤＣ−
は信号Ｂのレベルに向かって引き抜かれる（すなわちＢ
上のダイオードドロップまで引き抜かれる）。しかし、
ダイオード２８が逆バイアスされるため、信号Ａは影響
をおよぼさない。ＤＣ−は、信号Ａおよび信号Ｂの間の
最小電位上のダイオードドロップにほぼ追従する。この
ようにＴ1から進み、信号ＤＣ−は上向きに信号Ｂに追
従する。これは、ダイオード２６の結合容量のためであ
る。時刻Ｔ1および時刻Ｔ2の間の中間点の直後におい
て、信号Ａは信号Ｂよりも低くなる。この点からやがて
後に、ダイオード２６および２８の順／逆のバイアスが
反対になる。すなわち、時刻Ｔ2に近づくに従って、信
号Ｂは信号Ａよりも大きくなる。従って、信号Ａが信号
ＤＣ−に比較して低ければ、ダイオード２８は順方向に
バイアスされ信号ＤＣ−は信号Ａのレベルに向かって引
き抜かれる（すなわちＡ上のダイオードドロップまで引
き抜かれる）。しかし、ダイオード２６が逆バイアスさ
れるため、信号Ｂは影響をおよぼさない。このようにし
て、信号ＤＣ−は、上のダイオードドロップにおいて、
信号Ａおよび信号Ｂのうち低い方にほぼ追従する。信号
ＤＣ−は、ブロック４８の回路にグラウンド電源を提供
するのに十分である。
【００４８】タグ１０の検出部の動作を説明する前に特
記すべき点は、タグ１０には内部電源も、タグ１０に電
力を送達する外部導体も、それを介して外部装置との連
絡を可能にするような外部導体も無いことである。それ
でもタグ１０は電力を有し、タグ１０は、リーダのよう
な外部装置と連絡することができる。タグ１０が電力を
有するのは、リーダが電磁界１２を送信したときにコイ
ル１４上に誘導される電圧ＡおよびＢによって、タグ１
０が内部動作電力ＤＣ＋およびＤＣ−を生成するからで
ある。さらに、タグ１０は幾分の内部容量を有し、これ
により、特定の期間の間、誘導された電力を維持するこ
とができる。さらに、タグ１０は、相互接続ワイヤを用
いなくてもリーダのような外部装置と連絡することがで
きる。これは、タグ１０が、コイル１４を実質的にアン
テナとして用いて情報を運ぶ電磁信号を送受信するから
である。また、信号ＡおよびＢがブロック４８に直接入
力され、ブロック４８内の回路にクロック信号を提供す
るために、これらの信号がブロック４８によって当業者
には周知の方法で処理されることに再び言及する。
【００４９】図３には、信号Ａ、ＢおよびＤＣ−が図示
されており、これらの信号は上記のように生成される。
しかし、図３において、リーダからの電磁界１２は一時
的に途切れている。これにより、この場の送信にはギャ
ップが生じている。「ギャップアサート」と記された領
域の左端は、この場の送信におけるギャップの開始時点
を示し、この領域の右端は、リーダからの場１２が復帰
した時点を表している。このギャップの開始時点におい
て、信号ＡおよびＢがすぐにはゼロになっていないこと
に留意されたい。同様に、リーダからの場の送信が再開
したときにも、信号ＡおよびＢがすぐには各最大値に達
しない。この信号ＡおよびＢの立ち上がりおよび立ち下
がりにおける遅延の原因は、主として、コンデンサ１
６、および他のタグ１０への入力インピーダンスであ
る。信号ＡおよびＢの減衰の遅延に関わらず、信号Ａお
よびＢは最終的には同じ値に落ち着く（これが、場１２
のギャップを示す）。しかし、この信号ＡおよびＢの定
常状態を正しく検出するためには、一般に、基準信号
（つまりグランドまたはＤＣ−）が必要となる。このこ
とが問題であった。
【００５０】具体的には、場のギャップ期間中に、信号
ＡおよびＢは概ね等しくなる。その時点または概ねその
時点では、整流器２４において信号ＡおよびＢ間の電位
差は無い。すると、信号ＡおよびＢが等しい、または概
ね等しい場合には、ダイオード２６およびダイオード２
８のいずれにも順バイアスがかからないので、整流器２
４は実質的に開回路となり、各ソースまたはドレインよ
りも低いＰＭＯＳトランジスタ（３０または３２）のゲ
ートがなくなって、整流器２４には全く電流が流れなく
なる。この時点では、ＤＣ−またはグランドがブロック
４８に供給されなくなる。無論、上記のように、ブロッ
ク４８は幾分の内部容量を有しており、幾分の電力、Ｄ
Ｃ＋およびグランド、ＤＣ−を維持することができる。
しかし、実際には、整流器２４が開回路であるときに、
グランドまたはＤＣ−のレベルを予想するのは非常に困
難である。従って、信号ＡおよびＢが共にグランドにな
る時点（即ち、ギャップ）がいつであるかは分かり難
い。なぜなら、この時点では、グランドのレベルは予測
できないからである。このために、タグ１０の集積回路
半導体チップ上のグランド信号から独立して、リーダの
電磁界１２のギャップを検出できるタグ１０を開発する
必要があった。これを解決する手段は、検出部をタグ１
０内に組み込むことである。
【００５１】図４を参照して、信号ＡおよびＢはレベル
シフトインバータ３６および４０に入力される。レベル
シフトインバータ３６および４０は、各入力の電圧レベ
ルをシフトして、後段の回路が使用可能なハイレベルま
たはローレベルとする。より具体的には、信号Ａおよび
Ｂが、特定の大きさよりも大きい場合には、レベルシフ
トインバータ３６および４０の出力は、後段の回路が使
用可能なハイレベルとなり、信号ＡおよびＢが、特定の
大きさ未満である場合には、レベルシフトインバータ３
６および４０の出力は、後段の回路が使用可能なローレ
ベルとなる。重要な点は、リーダの電磁界１２にギャッ
プが存在する場合に、信号ＡおよびＢが最終的には概ね
同一のレベルに達し、一定期間の間は概ね同一のレベル
となることである（図３参照）。この時点では、レベル
シフトインバータ３６および４０の出力は同一になる
（共にハイレベルまたは共にローレベル）。レベルシフ
トインバータ３６および４０の出力はそれぞれインバー
タ３８および４２に供給され、インバータ３８および４
２を出る際には、対応するレベルシフトインバータ３６
および４０に入ったときと同様に、同じ極性の信号とな
る。
【００５２】インバータ３８および４２の出力は、排他
的ＮＯＲゲート４４に入力される。排他的ＮＯＲゲート
４４は、その入力信号が同じである場合にハイレベルの
信号を出力し、異なる場合にはローレベルの信号を出力
する。つまり、場１２のギャップ期間中に、信号Ａおよ
びＢが同じか、または概ね同じになったときに、排他的
ＮＯＲゲート４４はハイレベルの信号を出力する。簡単
に言えば、排他的ＮＯＲゲート４４は、ギャップが検出
されたときにハイレベルの信号を出力する。排他的ＮＯ
Ｒゲート４４を使用しているので、インバータ３８およ
び４２を必要に応じてタグ１０から取り除いてもよいこ
とが当業者には理解される。なぜなら、インバータ３８
および４２を取り除いても、排他的ＮＯＲゲート４４
は、ギャップが存在すればハイレベルの信号を出力する
からである。フィルタ４６はＲＣタイプのフィルタを含
む。フィルタ４６が必要な理由は、信号ＡおよびＢが互
いに交差するときに（図１〜図３参照）、非常に短い時
間の間、信号ＡおよびＢが等しくなるからである。フィ
ルタ４６は、このようなタイミングでの排他的ＮＯＲゲ
ート４４からのハイレベルの信号出力がブロック４８に
届かないようにする。しかし、場１２のギャップ期間中
は、信号ＡおよびＢが比較的長期間にわたって等しくな
る。この場合には、フィルタ４６は、排他的ＮＯＲゲー
ト４４からのハイレベル出力をフィルタリングしないの
で、このハイレベルの信号は、ブロック４８内の回路に
進んで、リーダからの電磁界１２の送信にギャップが存
在することを知らせる。これに応答して、当業者には周
知のブロック４８内の回路が、指示されたタグ処理を行
う。場１２における連続したギャップまたは複数のギャ
ップの組合せをタグ１０が検出して、複数の異なる応答
をタグ１０から発することも可能である点にも留意され
たい。タグ１０からリーダへの送信は、ブロック４８内
の回路によって開始される。この送信を開始するための
多数の方法が当該分野において周知である。ブロック４
８からのタグの送信データは、他のライン（図示せず）
を介して、コイル１４の端部まで送られる。この段階で
は、コイル１４は送信アンテナとして機能して、リーダ
に電磁界を送信する。
【００５３】特定の実施形態を参照しながら本発明を具
体的に説明したが、本発明の趣旨および範囲を逸脱する
ことなく、その形態および詳細を変更することが可能で
あることが当業者には理解される。例えば、リーダの電
磁界１２のギャップを排他的ＮＯＲゲート４４を用いて
検出する場合を記載したが、必要に応じてタグ１０を改
変して、排他的ＯＲゲート等を用いるようにすることも
可能である。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、改良された集積回路ト
ランスポンダ装置、およびその通信方法を提供すること
ができる。上記装置は、上記装置に近接する電磁界の伝
達におけるギャップを検出し、それにより、集積回路ト
ランスポンダ装置をトリガして１つあるいはそれ以上の
動作をさせることができる。また、集積回路トランスポ
ンダ装置のためのグランド信号に関わらず、内部コイル
の端部の誘導電圧が歩き間にわたってほぼ等しいときを
検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タグのコイル上の誘導電圧を示すタイミング図
である。
【図２】タグのコイル上の誘電電圧とタグの整流器の出
力とを示すタイミング図である。
【図３】タグのコイル上の誘導電圧および整流器から供
給される低電圧への、リーダからの電磁界内のギャップ
のアサートによって生じる影響を示すタイミング図であ
る。
【図４】改良されたタグの簡略電気図である。
【符号の説明】
１２ 電磁界 １４ コイル １６ コンデンサ ２６、２８ ダイオード ３０、３２ ＰＭＯＳトランジスタ ３６、３８、４０、４２ インバータ ４４ 排他的ＮＯＲゲート ４６ フィルタ ４８ ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー ファレイ アメリカ合衆国 アリゾナ 85048， フ ェニックス， イー． バリアウッド ト レイル 366

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路半導体チップを封止する単一パ
    ッケージと、 電磁界に選択的に曝される該パッケージ内のコイルと、 該集積回路半導体チップ上に配置され、該コイルの各端
    部に連結された、該コイルの各端部の電圧がある期間に
    わってほぼ等しいときを検出するための検出手段と、 を組み合わせて有する集積回路トランスポンダ装置。
  2. 【請求項２】 前記検出手段が、前記集積回路半導体チ
    ップ上のグランド信号と独立して、前記電磁界の伝達の
    妨害を検出する、請求項１に記載の集積回路トランスポ
    ンダ装置。
  3. 【請求項３】 前記単一パッケージが、外部ワイヤレス
    である、請求項１に記載の集積回路トランスポンダ装
    置。
  4. 【請求項４】 前記コイルと並列に連結されたコンデン
    サをさらに有する、請求項１に記載の集積回路トランス
    ポンダ装置。
  5. 【請求項５】 前記集積回路半導体チップが、前記コイ
    ルからの信号を整流する、該コイルの各端部に連結され
    た整流器を有する、請求項１に記載の集積回路トランス
    ポンダ装置。
  6. 【請求項６】 前記整流器が、一対のダイオードおよび
    一対のトランジスタを有する、請求項５に記載の集積回
    路トランスポンダ装置。
  7. 【請求項７】 前記検出手段が、前記コイルの各端部に
    連結された排他的ＮＯＲゲートを有する、請求項１に記
    載の集積回路トランスポンダ装置。
  8. 【請求項８】 前記コイルの一端が、前記排他的ＮＯＲ
    ゲートの第１の入力に接続された出力を有する第１の一
    対の直列接続されたインバータに入力され、該コイルの
    他端が、該排他的ＮＯＲゲートの第２の入力に接続され
    た出力を有する第２の一対の直列接続されたインバータ
    に入力される、請求項７に記載の集積回路トランスポン
    ダ回路。
  9. 【請求項９】 前記排他的ＮＯＲゲートの出力が、フィ
    ルタに入力される、請求項７に記載の集積回路トランス
    ポンダ装置。
  10. 【請求項１０】 集積回路トランスポンダ装置を操作す
    る方法であって、 集積回路半導体チップを封止する単一のパッケージを提
    供する工程と、 電磁界に選択的に曝されるコイルを該パッケージ内に提
    供する工程と、 該集積回路半導体チップ上に配置され、該コイルの各端
    部に連結された、該コイルの各端部の電圧がある期間に
    わたってほぼ等しいときを検出するための検出手段を提
    供する工程と、 を包含する方法。
  11. 【請求項１１】 前記検出手段が、前記集積回路半導体
    チップ上のグランド信号と独立して、前記電磁界の伝達
    の妨害を検出する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記単一パッケージが、外部ワイヤレ
    スである、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記コイルと並列に連結されたコンデ
    ンサを提供する工程をさらに包含する、請求項１０に記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記集積回路半導体チップが、前記コ
    イルからの信号を整流する、該コイルの各端部に連結さ
    れた整流器を有する、請求項１０に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記整流器が、一対のダイオードおよ
    び一対のトランジスタを有する、請求項１４に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記検出手段を提供する工程が、前記
    コイルの各端部に連結された排他的ＮＯＲゲートを提供
    する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記コイルの一端が、前記排他的ＮＯ
    Ｒゲートの第１の入力に接続された出力を有する第１の
    一対の直列接続されたインバータに入力され、該コイル
    の他端が、該排他的ＮＯＲゲートの第２の入力に接続さ
    れた出力を有する第２の一対の直列接続されたインバー
    タに入力される、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記排他的ＮＯＲゲートの出力が、フ
    ィルタに入力される、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 集積回路トランスポンダ装置が、該集
    積回路トランスポンダ装置の近傍で伝達される電磁界に
    おけるギャップを検出する方法であって、 集積回路半導体チップを封止する単一の外部ワイヤレス
    パッケージを提供する工程と、 該電磁界に選択的に曝されるコイルを該パッケージ内に
    提供する工程と、 該コイルの各端部における電圧を比較する工程と、 を包含する方法。
  20. 【請求項２０】 前記電圧が、ある期間にわたってほぼ
    等しいときを検出し、それによって、前記ギャップを検
    出する工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方
    法。
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