(57)【要約】  入来データストリームからデータを回復させるための回路を提供する。一実施形態に係る回路は、キャパシタと、キャパシタを充電するためのほぼ一定の電流源とを含む。サブ回路は、入来データストリームにおいて第１の種類の遷移を検出するとキャパシタを放電させる信号を生成し、キャパシタは、少なくとも部分的に放電されると再び充電する。コンパレータは、キャパシタに連結されたノードの電圧を基準電圧と比較し、コンパレータは、ノードの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号を出力し、ノードの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号を出力する。第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、第２の信号は第２の論理値に関連付けられる。
2009520400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタと、
前記キャパシタを充電するためのほぼ一定の電流源と、
入来データストリームにおいて第１の種類の遷移を検出するとキャパシタを放電させる信号を生成するためのサブ回路とを備え、前記キャパシタは、少なくとも部分的に放電されると充電し、さらに、
前記キャパシタに連結されたノードの電圧を基準電圧と比較するためのコンパレータを備え、前記コンパレータは、ノードの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号を出力し、ノードの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号を出力し、第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、第２の信号は第２の論理値に関連付けられる、回路。
【請求項２】
前記第１の信号および第２の信号に基づいて、入来データストリームにおいてパターンを検出するための論理をさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記論理は、前記パターンを検出すると割込みを生成する、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記割込みが生成されると起動される付加的な回路をさらに備え、付加的な回路は、入来データストリームにおける起動コードを検出するためのものである、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
付加的な回路は、入来データストリームにおいて起動コードを検出するとホスト装置を起動する、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
入来データストリームにおける遷移は、個々の論理値を識別するのに用いられる、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記入来データストリームは無線周波数信号である、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記回路は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの起動システムの一部である、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
請求項１の回路を有する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグと通信するＲＦＩＤ質問機とを備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
【請求項１０】
入来データストリームからデータを回復させるための回路であって、
入来データストリームにおける遷移に基づいて第１の信号および第２の信号を生成するための時間−電圧コンバータを備え、第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、第２の信号は第２の論理値に関連付けられ、さらに、
入来データストリームにおける遷移を識別するための論理を備え、前記遷移は第１の信号および第２の信号から個々の論理値を識別するのに用いられる、回路。
【請求項１１】
前記回路は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの起動システムの一部である、請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
請求項１０の回路を有する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグと通信するＲＦＩＤ質問機とを備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
【請求項１３】
入来データストリームからデータを回復させるための方法であって、
キャパシタを充電するステップと、
入来データストリームにおいて第１の種類の遷移を検出するとキャパシタを放電させ、前記キャパシタが少なくとも部分的に放電された後で前記キャパシタを充電するシーケンスを順次実行するステップと、
前記キャパシタに連結されたノードの電圧を基準電圧と比較するステップと、
前記ノードの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号を出力するステップとを備え、第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、さらに、
前記ノードの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号を出力するステップを備え、第２の信号は第２の論理値に関連付けられる、方法。
【請求項１４】
前記第１の信号および第２の信号に基づいて、入来データストリームにおけるパターンを検出するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記パターンを検出すると割込みを生成するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記割込みを生成すると付加的な回路を起動するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記付加的な回路を用いて入来データストリームを分析して、入来データストリームにおける起動コードを検出するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記付加的な回路は、入来データストリームにおける起動コードを検出するとホスト装置を起動するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
入来データストリームにおける遷移を用いて個々の論理値を識別するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記入来データストリームは無線周波数信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１３の方法を実行する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグと通信するＲＦＩＤ質問機とを備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
【請求項２２】
入来データストリームにおけるデータを回復させるための方法であって、
時間−電圧コンバータを用いて、入来データストリームにおける遷移に基づいて第１の信号および第２の信号を生成するステップと、
時間−電圧コンバータの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号を出力するステップとを備え、第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、さらに、
時間−電圧コンバータの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号を出力するステップを備え、第２の信号は第２の論理値に関連付けられ、さらに、
入来データストリームにおける遷移を用いて、第１の信号および第２の信号から個々の論理値を識別するステップを備える、方法。
【請求項２３】
請求項２２の方法を実行する複数のＲＦＩＤタグと、
前記ＲＦＩＤタグと通信するＲＦＩＤ質問機とを備える、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は起動回路に関し、特にこの発明はワイヤレスデバイスのための低電力起動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ソースからのシリアルデータの受信は、パルスをあるロケーションから別のロケーションに媒体を横切って移動させることによって通常行なわれる。この媒体は、電線または無線周波数（ＲＦ）信号であり得る。データがその宛先で受信されると、クロックおよびデータを回復させなければならない。
【０００３】
データ転送の前途について大いに有望な１つの技術分野は、新生の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術である。ＲＦＩＤ技術は、ＲＦワイヤレスリンクおよび超小型埋込型コンピュータチップを採用する。ＲＦＩＤ技術により、物理的な物体をワイヤレス「タグ」によって識別し追跡するようなことが可能となる。
【０００４】
ＲＦＩＤシステム、特にタグは、最小電力で動作するように設計される。パッシブタグは、エネルギとしてＲＦ搬送信号に依拠する。パッシブタグが搬送信号源から離れるにつれて、生成される電力はより小さくなる。したがって、搬送信号源からのパッシブタグの範囲は、タグの電力要件の関数として変動する。
【０００５】
バッテリ駆動型タグは有限のバッテリ寿命によって制約を受け、その結果電力消費に依存する。バッテリ寿命を延ばすため、休止期間は、アクティブタグの部分が典型的にパワーダウンされる。起動信号を受信すると、バッテリ駆動型タグの駆動されていない部分が起動される。それゆえ、起動信号を求めて入来信号を連続的にサンプリングする際、シリアルデータ入力回復のフロントエンドにおけるいずれのクロックリカバリ回路も電力を消費するため、バッテリ駆動型タグにおいては電力消費が重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、低電力タグにおいては、最小電力でデータ信号を復号化し回復させなければならない。現在のＲＦＩＤクロックリカバリ回路は、入来データストリームからクロックを回復させるのにフェーズロックループ／クロックデータリカバリ（ＰＬＬ／ＣＤＲ）回路を用いる。主要な問題の１つは、ＰＬＬ回路はロックするのに時間がかかり、かつ大きな面積および電力を消費する点であり、これはＲＦＩＤタグにとって望ましくない。ロックタイムは短縮することができるが、フィードバックループで機能するため、プリアンブルの２〜３サイクルには決して近づくことができない。データを回復させる別の従来の方法は、入来データよりも高い周波数でデータをオーバーサンプリングするものである。これらの方法はどちらも容認できない量の電力を消費するため、当該方法はＲＦＩＤタグの実現には不利であり、リモートセンシングデバイスのようなものには実用的でない。
【０００７】
起動クロック信号を必要とすることなく入来データパターンを回復させ復号化するための低電力回路および方法が必要である。また、デバイス（たとえばタグ）が休止状態からアクティブ状態になることを示す起動パターンを回復させ復号化するための低電力回路および方法も必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
本発明は、デバイスが休止状態からアクティブ状態になることを示すパターンを回復させ復号化するための低電力回路および方法を提示する。ここに述べるデータおよびクロックリカバリの方法は、潜在的に電力消費を３００ナノアンペア（ｎＡ）以下に減少させることができる。これにより、３年間で電流消費が７．８ミリアンペア（ｍＡ）／時となる。
【０００９】
一実施形態に係る、入来データストリームからデータを回復させるための回路は、キャパシタと、キャパシタを充電するためのほぼ一定の電流源とを含む。サブ回路は、入来データストリームにおいて第１の種類の遷移を検出するとキャパシタを放電させる信号を生成し、キャパシタは、少なくとも部分的にまたは十分に放電されると充電する。コンパレータは、キャパシタに連結されたノードの電圧を基準電圧と比較し、コンパレータは、ノードの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号を出力し、ノードの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号を出力する。第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、第２の信号は第２の論理値に関連付けられる。
【００１０】
別の実施形態に係る入来データストリームからデータを回復させるための回路は、入来データストリームにおける遷移に基づいて第１の信号および第２の信号を生成するための時間−電圧コンバータを含み、第１の信号は第１の論理値に関連付けられ、第２の信号は第２の論理値に関連付けられる。当該回路は、入来データストリームにおける遷移を識別するための論理も含み、遷移は第１の信号および第２の信号から個々の論理値を識別するのに用いられる。
【００１１】
ここに提示される回路はさらに、第１の信号および第２の信号に基づいて、入来データストリームにおけるパターンを検出するための論理をさらに含む。この論理は、たとえば、パターンを検出すると割込みを生成し得る。さらなる実施形態では、割込みが生成されると付加的な回路が起動される。付加的な回路は、入来データストリームにおける起動コードを検出するためのものである。付加的な回路は、入来データストリームにおいて起動コードを検出するとホスト装置を起動し得る。
【００１２】
外部クロックの必要性をなくすために、入来データストリームにおける遷移を用いて、個々の論理値を識別し記憶することができる。
【００１３】
ここに提示される回路は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグの起動システムの一部としての使用によく適する。
【００１４】
入来データストリームからデータを回復させるための方法は、キャパシタを充電するステップと、入来データストリームにおいて第１の種類の遷移を検出するとキャパシタを放電させ、キャパシタが少なくとも部分的にまたは十分に放電された後でキャパシタを充電するシーケンスを順次実行するステップとを含む。キャパシタに連結されたノードの電圧が基準電圧と比較される。ノードの電圧が基準電圧よりも高ければ第１の信号が出力される。第１の信号は第１の論理値に関連付けられる。ノードの電圧が基準電圧よりも低ければ第２の信号が出力される。第２の信号は第２の論理値に関連付けられる。
【００１５】
第１の信号および第２の信号に基づいて、入来データストリームにおけるパターンを検出することができる。パターンを検出すると割込みを生成することができる。割込みを生成すると付加的な回路を起動し得る。付加的な回路は、たとえば、入来データストリームを分析して、入来データストリームにおける起動コードを検出し得る。入来データストリームにおける起動コードが検出されると、付加的な回路はホスト装置を起動し得る。
【００１６】
入来データストリームからデータを回復させるための別の方法は、時間−電圧コンバータを用いて、入来データストリームにおける遷移に基づいて第１の信号および第２の信号を生成するステップを含む。時間−電圧コンバータの電圧が基準電圧よりも高ければ、第１の信号が出力される。第１の信号は第１の論理値に関連付けられる。時間−電圧コンバータの電圧が基準電圧よりも低ければ、第２の信号が出力される。第２の信号は第２の論理値に関連付けられる。入来データストリームにおける遷移を用いて、第１の信号および第２の信号から個々の論理値を識別する。
【００１７】
ＲＦＩＤシステムは、上記の回路のうち１つ以上を有する、または上記の方法を実行する複数のＲＦＩＤタグ、およびＲＦＩＤタグと通信するＲＦＩＤ質問器を含む。
【００１８】
本発明の他の局面および利点は、図面と併せて考慮すると、発明の原理を例として示す以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１９】
本発明の性質および利点、ならびに好ましい使用形態をより十分に理解するためには、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明を実施するための最良の形態
以下の説明は、本発明を実施するために目下考慮される最良の実施形態である。この説明は、本発明の全般的な原理を例示するためのものであり、ここに請求される発明の概念を限定するものではない。
【００２１】
以下の詳細は、ごく小さい電力消費で、クロック信号に依拠することなく、入来データストリームにおける特定のデータパターンを回復させ、復号化し、および／または識別することができるシステムならびに方法を説明する。
【００２２】
無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムおよび他のワイヤレスデバイス／システム、ペースメーカー、携帯型電子機器、オーディオ装置、他の電子装置、煙検出器等を含むが、これらに限定はされない多くの種類のデバイスが、ここに開示される実施形態を利用することができる。文脈を与えるため、かつ発明の実施形態の理解を助けるため、本説明の多くは図１に示すようなＲＦＩＤシステムに関して示すものとする。ここにおける教示をどのようにハードウェアおよび／またはソフトウェアで電子デバイスに実装するかが当業者には容易に分かるため、例示のみを目的として、発明はＲＦＩＤシステムに限定されないことに留意されたい。ハードウェアの例には、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、印刷回路、モノリシック回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの再構成可能なハードウェア等を含む。さらに、ここに開示される方法を、ソフトウェアを含むコンピュータディスクなどのコンピュータプログラム製品に組込むこともできる。さらに、そのようなソフトウェアは、ネットワーク、不揮発性メモリデバイス等を介してあるコンピュータ装置から別のコンピュータ装置にダウンロード可能である、または他の方法で転送可能である。
【００２３】
図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１００は、タグ１０２、リーダ１０４、および任意のサーバ１０６を含む。タグ１０２はＩＣチップおよびアンテナを含む。ＩＣチップは、タグ１０２がタグリーダ１０４から受信するコンピュータコマンドを実行するのに必要なデジタル復号器を含む。ＩＣチップは、ＲＦリーダから電力を取出し調整するための電源回路、リーダからの信号を復号化するための検波器、後方散乱変調器、リーダにデータを送り返すためのトランスミッタ、衝突防止プロトコル回路、およびそのＥＰＣコードを記憶するのに少なくとも十分なメモリも含む。
【００２４】
通信は、リーダ１０４が信号を送信してタグ１０２を発見することから始まる。電波がタグ１０２に当たり、タグ１０２がリーダの信号を認識し応答すると、リーダ１０４は、タグ１０２にプログラミングされたデータを復号化する。当該情報を次にサーバ１０６に通過させ、処理、記憶、および／または別のコンピューティング装置に伝えられる。多様な製品にタグ付けすることにより、商品の性質および位置に関する情報を瞬時にかつ自動的に知ることができる。
【００２５】
多くのＲＦＩＤシステムは、反射された、または「後方散乱された」無線周波数（ＲＦ）波を用いて、タグ１０２からリーダ１０４に情報を転送する。パッシブ（クラス１およびクラス２）タグは、すべての電力をリーダ信号から得るため、タグはリーダ１０４のビームを受けているときにのみ駆動される。
【００２６】
オートＩＤセンターのＥＰＣ準拠タグクラスは、以下のように定義されている。
クラス１
・ＩＤタグ（ＲＦユーザプログラマブル、最大範囲３ｍ）
・最低コスト
クラス２
・メモリタグ（最大範囲３ｍにて８ビット〜１２８メガビットでプログラミング可能）
・セキュリティ＆プライバシー保護
・低コスト
クラス３
・セミアクティブタグ
・バッテリタグ（２５６ビット〜６４Ｋｂ）
・自己駆動型後方散乱（内部クロック、センサインターフェイスサポート）
・１００メートル範囲
・手頃なコスト
クラス４
・アクティブタグ
・アクティブ転送（tag-speaks-first動作モードが可能）
・範囲３万メートルまで
・コストが高い
装置を駆動するために送られたＲＦから、パッシブ受信器（すなわちクラス１およびクラス２タグ）が十分なエネルギを取込むことができるＲＦＩＤシステムでは、バッテリは必要ではない。このように距離が装置の駆動を妨げるシステムでは、代替的な電源を使用しなければならない。こういった「代替」システム（アクティブまたはセミパッシブとしても知られる）については、バッテリが最も一般的な電力形態である。これによって、読取り範囲およびタグ読取りの信頼性が大いに向上する。なぜなら、タグはリーダからの電力を必要としないためである。クラス３タグは、クラス１タグが動作するのに必要な５００ｍＶと比べ、リーダからわずか１０ｍＶの信号しか必要ではない。この電力要件における２５００：１という減少によって、わずか約３メートルというクラス１の範囲と比べ、クラス３タグは１００メートル以上の距離まで離れて動作することができる。
【００２７】
本発明の実施形態は、好ましくはクラス３またはより高いクラスのチップにおいて実施される。図２は、ＲＦＩＤタグにおいて実施するための例示的な実施形態に係るクラス３チップ２００の回路レイアウトを示す。このクラス３チップは、パレット、カートン、コンテナ、乗物、または２〜３メートルより広い範囲が望ましいものなどの多くの用途に適するＲＦＩＤチップの核を構成することができる。図示のように、チップ２００はいくつかの業界標準回路を含み、電力生成調整回路２０２、デジタルコマンド復号器および制御回路２０４、センサインターフェイスモジュール２０６、Ｃ１Ｖ２インターフェイスプロ
トコル回路２０８、および電源（バッテリ）２１０を含む。ディスプレイを駆動するためにディスプレイドライバモジュール２１２を追加することができる。
【００２８】
バッテリ起動回路２１４も存在し、起動トリガとして機能する。簡単にいえば、バッテリ起動回路２１４は、超低電力静電流ドレインを有する超低電力狭帯域プリアンプも含み得る。バッテリ起動回路２１４は、自己クロック割込み回路を含んでもよく、新規のユーザプログラマブルデジタル起動コードを使用する。バッテリ起動回路２１４は、休止状態中は消費電力が小さく、偶発的な起動トリガイベントおよび悪意のある誤った起動トリガイベントのどちらからも非常によく保護される。そうでなければ、クラス３タグバッテリ２１０の早期の消耗に繋がるであろう。
【００２９】
バッテリモニタ２１５は、装置の電力使用量を監視するために設けることができる。収集された情報は、バッテリの有効余寿命を概算するのに用いることができる。
【００３０】
フォワードリンクＡＭ復号器２１６は、絶対最小量のチップ面積を必要とする単純化されたフェーズロックループ発振器を用いる。好ましくは、回路２１６は最小文字列の基準パルスしか必要としない。
【００３１】
後方散乱変調器ブロック２１８は、好ましくは後方散乱変調深さを５０％より大きく増大させる。
【００３２】
メモリセル、たとえばＥＥＰＲＯＭも存在する。一実施形態では、純粋なファウラー・ノルドハイムダイレクトトンネリングスルー酸化物機構２２０が存在し、ＥＥＰＲＯＭメモリアレイにおいて書込み電流および消去電流の両方を０．１μＡ／セルよりも小さくする。これによって、現在作成されているどのＲＦＩＤタグとも異なり、書込み動作および消去動作が行なわれているときでも最大範囲で動作するようにタグを設計することが可能である。
【００３３】
モジュール２００は、きわめて単純化されているが非常に効果的なセキュリティ暗号化回路２２２も内蔵し得る。他のセキュリティ方式、リーダとのシークレットハンドシェイク等を使用することができる。
【００３４】
チップ２００が機能するには、４つの接続パッド（図示せず）、すなわちバッテリへのＶｄｄ、接地、および多要素全方向性アンテナを支持するための２本のアンテナリード線のみを要する。業界標準のＩ２Ｃインターフェイスをコアチップに付加することにより、温度、衝撃、タンパリング等を監視するためのセンサを追加することができる。
【００３５】
本発明はいずれの種類のタグにおいても実施することができ、上記の回路２００は１つの可能な実施例としてのみ提示されることに留意されたい。
【００３６】
以下の記載は、入来信号におけるパターンを回復させ復号化することができる回路について説明する。発明を文脈に位置づけるため、説明の多くはタグ起動プロセスに関して記載される。しかし、ここで説明される回路はこのような起動プロセスおよびシステムを超えた用途を有すると理解されるべきである。
【００３７】
図３は、振幅変調（ＡＭ）検波器から受信された、例示的な入来データ信号波形３００を示す。この例において、波形３００は、ここに引用によって援用する“BATTERY ACTIVATION CIRCUIT”と題される２００４年１２月８日提出の同時継続米国特許出願番号第１１／００７，９７３号に記載の起動回路において使用されている種類の起動コマンドのものである。
【００３８】
「起動」コマンド３００の基本的な特徴は以下のとおりである。
・任意のクロック同期セクションを含むプリアンブル３０２。このセクションは、クロック期間を規定するために起動回路によって典型的に使用される。しかし、本発明のさまざまな実施形態ではクロックは必要ではないため、プリアンブル３０２を含んでも含まなくてもよい、または関連してもしなくてもよい。
【００３９】
・コマンドの開始を「通常」コマンドからの十分な差に同期させるための割込み３０４（装置が割込みと認識する順方向通信プロトコルまたはビットの「クラスタ」におけるタイミング違反など）。このセクションは、入来データと記憶値との比較を開始するために、下記の回路によって使用され得る。
【００４０】
・潜在的に選択的な、すべてのタグのサブセット、または包括的なタグ起動を可能にするための起動コード３０６。
【００４１】
起動コマンド３００のプリアンブル部分３０２は、好ましくは、たとえば８ＫＨｚという入来速度で予め規定されたクロック同期信号を含み、この例では論理０を表わす。
【００４２】
次のセクションは、割込みまたは違反セクション３０４である。これは、たとえば２ＫＨｚの入来速度に基づく５０％デューティサイクルの２サイクルを含み得る（論理１が２回）。割込みは、起動コマンドの第３の要素であるコードセクションの開始を示す。割込み部分３０４を監視することによって、受信器（タグ）は「起動」コマンドを受信したことを認識する。割込み部分３０４の正しい受信により、タグが休止状態からコードサーチ状態に移動する。装置（タグ）は好ましくは、最大期間、たとえば１〜５ｍｓ、好ましくは２ｍｓまでの期間のみコードサーチ状態に留まる。タグがその時間内に準備完了または起動状態に移動しなければ、タグは自動的に休止状態に戻る。ランニングクロックを必要とせずにタイムアウト期間を生成するための回路についても以下に説明する。
【００４３】
受信装置は、割込み、この例では論理１−１を順次聴取する。論理１−１に遭遇すると、装置は以下に説明するように入来起動コード３０６を処理する。次のシーケンスのビットの値が受信装置にローカルに記憶された値に一致すれば、装置が起動する。シーケンスのビットの１つが一致しなければ、装置はリセットされ、次の割込みを探し、次の割込み（ここでは論理１−１）後にビットのシーケンスを監視し始める。起動コード部分３０６における論理１−１は、装置に入来ビットストリームの再分析を開始させないことに留意されたい。なぜなら、割込み検波回路は、割込み信号を発した後、起動コードサーチが完了するまで、または予め設定したタイムアウト期間に達するまで機能しないためである。しかし、コードが一致しなければ、装置は再びリセットされる。
【００４４】
一実施形態に係る起動コード部分３０６は、２つの部分、第１に信号方式または通信プロトコル、第２にコマンドプロトコルの２つの部分で説明することができる。信号方式は２つの異なる周波数として説明することができる。たとえば１は２ＫＨｚの音として観察され、０は８ＫＨｚの音として観察される。これらの２つの音（でなければ周波数、クワッド周波数についてＦＱＦと呼ばれる）はコマンドを表し、内部のレジスタと一致すると、タグを休止状態から起動状態（状態マシンでは準備完了状態）に移動させる。
【００４５】
タグが起動を待機している間、クロックは、電力消費を最小化するために好ましくは動作しない。以下の説明は、入来クロック信号を必要とすることなく、起動コマンド３００をどのように復号化し、入来データストリームから識別することができるかを説明する。入来データストリームは、ここに例として示すように起動コマンドである必要はなく、いずれの入来信号でもあり得ることに注意されたい。
【００４６】
既知のパルス幅を有する特定の入来データシーケンス、たとえば１つのパルス幅が４Ｘ、他方のパルス幅が起動コマンド３００（図３）のプリアンブル部分３０２または割込み部分３０４であるような場合、電圧変換のための周波数を用いて、異なるパルス幅を区別する。換言すれば、入力データの基準周波数に対応する電圧を記憶するために時間−電圧コンバータを用いて当該周波数を決定することができる。時間−電圧コンバータは、入来データストリームにおける高い周波数パルスおよび低い周波数パルスを表わす信号を生成する。
【００４７】
図４は、一実施形態に係る時間−電圧コンバータ４００を示す。機能的に、アナログデータリカバリブロックにおける時間−電圧コンバータ４００は、定電流源を採用してキャパシタ４０２を充電する。キャパシタ４０２は、好ましくは固定されたキャパシタであるが、電荷を保存することができ、かつ予測可能な充電および放電速度を有するいずれかの装置であり得る。電源は、バッテリからの電流を操作する回路、ＲＦベースの発電機からの電流を操作する回路、またはバッテリもしくは発電機からのローフィードも含み得る。傾きｄＴを特徴とする電圧Ｖがキャパシタ４０２に印加されると、Ｉ＝Ｃ*ｄＶ／ｄＴの電流がキャパシタに押し流される。Ｉ＝Ｃ*ｄＶ／ｄＴの関係を利用して、入力信号を入力電圧に変換することによって入力周波数をキャパシタに記憶することができる。保存された電荷は、その後入力周波数を識別するのに用いることができる。これは、各データパルス中にキャパシタ４０２を充電するための電流を用いて行なうことができる。データストリームの各ネガティブエッジにおいて、信号Ｓｗがスイッチ４０４を閉じ、キャパシタ４０２が放電される。したがって、キャパシタ４０２は、１つのネガティブエッジによって引起こされる、完全に放電される時から、別のネガティブエッジによって再び放電されるまで充電する。電源の例示的な値は、約１００ナノアンペア（ｎＡ）より小さく、たとえば１〜１０ｎＡである。
【００４８】
図５は、入力波形５００（入来ベースバンドデータストリーム）と、キャパシタによって生成される電圧Ｖｒの波形５０２との相関を示す。図示のように、キャパシタ生成電圧Ｖｒは、入力波形の立下がりエッジでキャパシタが放電すると、スイッチ４０４を介して接地に降下し、その後、最大値に達するまで、または次の立下がりエッジにおいてキャパシタが再び放電されるまで上昇する。
【００４９】
上記のように、キャパシタ４０２（図４）のリセットは、入力波形の立下がりエッジから生成されるパルスＳｗによって引起される。このパルスを生成する１つの種類の回路６００を図６に示す。図示のように、回路６００はワンショット回路であり、入来データストリームの立下がりエッジ遷移を論理で検知することによって、ワンショット信号パルスＳｗを生成する。パルスＳｗは、好ましくはキャパシタをほぼ十分に放電するのに十分長くスイッチを閉じる。回路６００は、ローベースバンドデータストリームＶｉｎと、遅延モジュール６０４によって遅延され、かつインバータ６０６によって反転されたベースバンドデータストリームとを入力とするＮＯＲゲート６０２を含む。
【００５０】
キャパシタの時定数によって２つのパルス幅の区別が可能になるという意味で、８または２ｋＨｚの期間（またはどちらの期間を用いたとしても）にある程度相関するため、キャパシタの時定数は重要である。再び図４を参照し、いずれかの２つの連続する立下がりエッジの間の、キャパシタ４０２に連結されたノード４０８上の生成電圧Ｖｒは、コンパレータ４０６において所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。コンパレータ４０６は、標準的なアナログコンパレータ、デジタルコンパレータ等であり得る。生成電圧Ｖｒが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ、当該期間中にＲＦＩＤリーダから受信されたデータは、出力電圧Ｖｏｕｔによって示されるように、論理１のデジタルビットとして回復される。論理１のデジタルビットは、２ＫＨｚの期間に等しい。生成電圧Ｖｒが所定の基準電圧Ｖ
ｒｅｆよりも小さければ、データは論理０のデジタルビットとして回復される。これは８ＫＨｚの期間に等しい。基準電圧Ｖｒｅｆの例示的な値は、約０．０１Ｖと約１Ｖとの間、たとえば０．５Ｖである。
【００５１】
図７は、入力波形５００（入来ベースバンドデータストリーム）とキャパシタによって生成された電圧Ｖｒの波形５０２との、コンパレータ出力Ｖｏｕｔの波形７０２に対する相関関係をグラフで示す。図示のように、入来信号が高い周波数（８ｋＨｚ）である場合、キャパシタ生成電圧Ｖｒは基準電圧Ｖｒｅｆを超えず、コンパレータ出力信号Ｖｏｕｔはｌｏｗのままであり、０ボルトであり得る。入来信号が低い周波数（２ｋＨｚ）である場合、キャパシタ生成電圧Ｖｒは基準電圧Ｖｒｅｆを超え、コンパレータ出力Ｖｏｕｔはｈｉｇｈとなる。
【００５２】
図８は、一実施形態に係る装置を起動するための回路８００を示す。上記のように、起動コマンドは、クロック同期のためのいくつかのサイクル（たとえば５〜１０の高周波サイクル）を、その後割込みを示すために２ｋＨｚの２つのサイクル（論理１が２つ）を含み得る。
【００５３】
当該装置において、論理１−１が割込みをトリガーする例では、入来ストリームにおける最初の２連続論理１データパルスが、起動回路８００の追加的な部分の起動をトリガーする割込み信号を開始するまで、起動回路の第１ステージのみがスイッチ電流を消費する。割込みを発した後、入来データストリームにおける割込みの論理サーチは、好ましくは停止される。キャパシタは、２ＫＨｚまたは８ＫＨｚのパルス幅データの入来データパターンに関連して充電および放電され続ける。回復されたクロックは、データを連続的に取込むために追加的な論理に送られるデータである。当該データは、２ＫＨｚの信号が論理１として表わされ、かつ８ＫＨｚのパルスが論理０として表わされる（または逆も同様）パルス幅によって決定される。割込み後の特定の入力データストリーム次第で、たとえばデータストリームが起動コマンドと一致すれば、装置の残りの部分が起動し得る。この起動により、好ましくは起動回路がディスエーブルとなり、データは装置の全般論理セクションに直接進み、従来のクロックオーバーサンプリング手段によって回復される。起動シーケンスが完了した後、装置の不要な部分が非活性化し、起動回路がイネーブルとなって、割込みパターンおよび起動シーケンスがあるかどうか入来データストリームを再び監視する。
【００５４】
図８を続けて参照し、時間−電圧コンバータ４００の出力は割込み検出回路８０２に通過される。割込み検出回路８０２は複数のフリップフロップ８０４（たとえばシフトレジスタ型）を含み、好ましくはすべて０の値で開始する。割込み検出回路８０２は、フリップフロップを介してデータをシフトさせるのにクロックに依拠しない。むしろ、シフトのタイミングは入来ベースバンド信号Ｖｉｎのデータ遷囲エッジに依拠する。特に、データは各立上がりまたは立下がりエッジにおいてフリップフロップを介してシフトする。ＮＡＮＤゲート８０６は、入来データストリームにおいて論理１−１（割込み）を検出し、入来データストリームにおいて割込みが発見されたことを示すためにｈｉｇｈとなる。このように生成された割込み信号ＩＮＴは、有効起動コードが存在するかどうか入来データストリームを分析すべきであることを示す。割込みが発見されると、割込み一致フリップフロップアレイ８０２が好ましくは凍結され、起動コードサーチ期間中に望ましくない割込み一致を回避する。本実施形態では、これは割込み信号ＩＮＴをＯＲゲート８１１に通過させて、クロック信号が通過するのを阻止することによって行なわれる。
【００５５】
次のビットのシーケンスの値が、受信装置、ここではＥＥＰＲＯＭ８１０にローカルに記憶された値と一致すれば、装置は起動する（上記のとおり）。シーケンス中のビットの１つが一致しなければ装置はリセットし、次の割込みを探し、次の割込み（ここでは論理
１−１）後にビットのシーケンスを監視し始める。起動コード部分３０６（図３）における論理１−１は、装置に入来ビットストリームの再分析を開始させないことに注意されたい。なぜなら割込み信号を発した後、起動コードサーチが完了するか、または予め設定したタイムアウト期間に達するまで、割込み検出回路が機能しないためである。
【００５６】
図８を続けて参照し、割込み信号ＩＮＴがｈｉｇｈとなると、入来するビットの数をカウンタ８１２がカウントし始める。
【００５７】
その間、入来データストリームＶｉｎのｈｉｇｈからｌｏｗへの遷囲（または逆も同様）に基づくクロックとともに、時間−電圧コンバータ４００からのデータがデジタルブロックに伝えられる。データはシフトレジスタ８１４にクロックされる。カウンタ８１２によって示されるように３２ビット（またはどんな数であろうと）がシフトレジスタ８１４にロードされると、シフトレジスタ８１４の値がメモリ８１０に記憶されている起動コードと比較され、第２のシフトレジスタ８１８に選択的にロードされる。コードが一致すれば、起動信号Activateが生成される。
【００５８】
起動信号Activateが送られると、またはカウンタ８１２が所定の値（ここでは３２）に達すると、停止信号ＳＴＯＰが送られ、クロックがデジタルブロックに送り出されるのを阻止する。本実施形態では、これは停止信号ＳＴＯＰをＯＲゲート８２０に送り、クロック信号が通過するのを阻止することによって行なわれる。
【００５９】
デジタルブロックにおけるすべての機能が完了すると、クリア信号Clearが生成される。クリア信号Clearは、レジスタおよび割込みフリップフロップをクリアし、したがって回路は起動信号を再びサーチし始める。クリア信号Clearは、たとえばパワーオンリセットまたはデジタル状態マシンのいずれかによって制御することができる。
【００６０】
遅延回路８２２は、タイムアウト、たとえば６０ｍｓより大きい遅延を生成し、これはクリア信号Clearをトリガすることができる。遅延回路が適合するのは、ノイズが入来データストリームまたはシステムに入った場合、回路８００は起動コードを認識し得ず、デジタルブロックは非活性のままであるという方法である。質問器、たとえばタグリーダがホスト装置から応答を受取らなければ、質問器はホスト装置が応答するまでコードを送り返すことができる。
【００６１】
遅延回路８２２の一実施形態は、キャパシタを充電および放電させ、ランプアップおよびランプダウンを生じさせる。キャパシタの充電および放電はループ状に続く。ランピングから１クロックが生成される。たとえば、遅延回路８２２は１ｍｓアップ１ｍｓダウンキャパシタ充電／放電サイクルを使用することができ、２ｍｓパルス幅が生じる。チャージアップはワンショットをトリガーする。その後電源がスイッチングされ、キャパシタをチャージダウンする。キャパシタがチャージダウンすると、遅延回路は別のワンショットを発生させる。このサイクルが繰返される。結果として生じる信号が処理され、クロック信号を表わす鋭いエッジを生成する。
【００６２】
このようにして生成されたクロックは、予め規定された時間に達するまで分割することができる。遅延回路８２２はその後、（クリア信号Clearと同じであり得る）タイムアウト信号を送り、リセットと起動コードを再びサーチし始めることとをデジタルブロックに指示する。したがって、回路の外部、たとえばＰＬＬ／ＣＤＲからのクロック信号を必要とすることなく遅延が生成される。
【００６３】
図９〜図１１は、たとえば、図８の回路８００に組み込み得るさまざまなサブ回路の例示的な実施例を示す。
【００６４】
図９は、図４または図８のキャパシタ４０２を充電する電流源の実施例である。オンチップ補償型電流基準値によって定電流が生じる。この電流はＭ４にミラーリングされ、キャパシタ４０２を充電するための充電電流を生じさせる。Ｍ５は、入力データの立下がりエッジにおいてキャパシタを放電するのに用いられるＮｍｏｓトランジスタである。
【００６５】
コンパレータ４０６の実施例を図１０に示す。これは、電力を最小化するためにナノアンプ電流でバイアスされる標準的なコンパレータである。ＩＮがＲＥＦより高い場合、ＯＵＴ１はｈｉｇｈとなり、ＯＵＴ２はｌｏｗとなり、ＯＵＴ３はｈｉｇｈとなり、高い入力データを示す。ＲＥＦはＶＤＤＡ電圧の２分の１に設定される。
【００６６】
当初の割込みシーケンスを復号化し、次にデータおよびクロックを次のステージに通過させて、実際の起動コードシーケンスを判断するのに必要な論理を図１１に示す。Ｖｉｎは入力データであり、入力データから割込みシーケンスが判断される。Ｎ＿ＩＮは、Ｖｉｎのネガティブエッジによってもたらされるパルスであり、キャパシタを放電させ、キャパシタ充電タイミングシーケンスを開始させる。コンパレータによって判断されるデータの論理１または論理０は、割込みシーケンスを判断するための４つのフリップフロップのシーケンスへの入力である。このデータは、入力データによってフリップフロップのシーケンスにクロックされる。正確なシーケンスが判断されると、ｉｎｉｔがＨｉｇｈとなり、割込みが検出されたことと、起動コードシーケンスを評価して、タグがアクティブとなるべきかどうかを判断するためのデータおよびクロックが送られることとを次のステージに示すパルスが作成される。起動信号activateが次のステージから送り返され、割込み復号化ブロックが無効となり、タグアクティブシーケンスが行なわれた後、activateがｈｉｇｈとなることによってタグが休止状態になり、ＤＯＮＥ＿Ｎがｌｏｗとなって、割込みを再び探し始め、タグが起動シーケンスを探し、起動すべきかどうかを判断する。
【００６７】
ここに述べたデータおよびクロック回復の方法は、場合によっては電力消費を３００ｎＡ以下に低減することができる。これにより、３年間で電流消費が７．８ミリアンペア（ｍＡ）／時となる。
【００６８】
さまざまな実施形態を上記で説明したが、例示のみを目的として提示され、限定するものではないことが理解されるべきである。したがって、好ましい実施形態の広さおよび範囲は上記のいずれかの例示的な実施形態に限定されず、以下の請求項およびその均等物によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ＲＦＩＤシステムのシステム図である。
【図２】ＲＦＩＤタグに組み込むための集積回路（ＩＣ）チップのシステム図である。
【図３】起動コマンドを含む入来データストリームの図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る時間−電圧コンバータの回路図である。
【図５】入来データストリームおよび図４の回路のキャパシタで生成される電圧の例示的な波形の図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るスイッチ信号生成器の回路図である。
【図７】入来データストリーム、図４の回路のキャパシタで生成される電圧、および図４の回路の出力の例示的な波形の図である。
【図８】一実施形態に係る起動回路の回路図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る電源生成回路の回路図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るコンパレータの回路図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る割込み復号化およびデータ／クロック生成回路の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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