KR20050040288A - Ｒｆ 트랜스폰더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보상회로를 추가하여 공진 회로에 주기적으로 에너지를 보상함으로써 안정된 발진(oscillation)을 얻을 수 있는 RF 트랜스폰더에 관한 것으로, 판독기(reader)로부터 전송된 사인파 발진 RF 신호를 이용하여 미리 설정된 주파수로 발진하는 공진 수단과, 공진 수단으로부터 출력된 신호를 직류 전압으로 정류하는 정류 수단과, 정류 수단에 의해 정류된 직류 전압을 저장하는 캐패시터와, 캐패시터에 저장된 전압을 공진 수단으로 제공하는 스위치와, 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 제어신호 발생수단과, 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 스위치를 제어하는 신호를 소정 주기마다 활성화시키는 신호를 발생하는 전류 제어 수단을 포함하되, 제어신호 발생수단은 공진 수단으로부터 출력된 신호의 레벨을 검출하여 펄스 신호를 발생하는 레벨 검출 수단과, 전류 제어수단으로부터 출력된 신호에 의해 제어되고, 레벨 검출 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 플립플롭을 포함한다.

Description

ＲＦ 트랜스폰더{RF transponder}

본 발명은 비접촉(contactless) RFID(Radio Frequency Identification) Tag IC의 트랜스폰더(transponder)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보상회로를 추가하여 공진 회로에 주기적으로 에너지를 보상함으로써 안정된 발진(oscillation)을 얻을 수 있는 RF 트랜스폰더에 관한 것이다.

일반적으로 RFID(Radio Frequency Identification) 방식에서는 트랜스폰더(transponder)가 판독기(reader)에서 발생하는 자기장(magnetic field)으로부터 전력을 공급받아 동작하며, 판독기와 트랜스폰더 사이에 데이터 전송이 이루어진다.

RFID는 기존의 마그네틱 스트라이프(magnetic stripe) 방식이나 접촉식 ID 방식에 비해 주변 환경에 거의 영향을 받지 않으며 시스템의 유지 관리가 용이하며, 가격이 저렴하고, 복제가 어려우며, 속도가 빠른 장점이 있다.

또한 RFID 시스템은 현재 간단한 출입 통제와 같은 근거리 저속 시스템을 비롯하여 고속도로 통행료 자동 수납과 같은 장거리 고속 시스템에 적용되고 있다.

일반적인 트랜스폰더(transponder)는 안테나를 구성하는 LC 회로와, 전원을 축적하는 캐패시터와, 제어회로들을 포함한다. 여기서, LC 회로의 인덕턴스(inductance)와 캐패시터(capacitor)는 RF 인터페이스로써 판독기로부터 입력된 RF 신호, 즉 자기장(magnetic field)에서 전원을 생성하는 배터리를 사용하지 않는(battery-less) 트랜스폰더의 전원 및 신호를 처리한다.

이러한 트랜스폰더는 LC 회로를 이용하여 공진 발진기(resonance oscillator)로 사용하는데, 공진회로의 특성상 발진 중에 LC 회로의 에너지 손실, 특히 인덕턴스를 통한 에너지 손실 및 공진 회로를 구성하는 소자의 연결 형태와 거리에 따라 발진 쇠퇴(decay)와 같은 댐핑(damping) 현상이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 댐핑 현상은 에너지 감소 손실(attenuation loss)을 보상할 만한 에너지를 다시 공급하지 않는 한 급속히 진행된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공진 발진기의 동작 유지를 위해 에너지를 주기적으로 보상하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RF 트랜스폰더는 판독기(reader)로부터 전송된 사인파 발진 RF 신호를 이용하여 미리 설정된 주파수로 발진하는 공진 수단; 상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 직류 전압으로 정류하는 정류 수단; 상기 정류 수단에 의해 정류된 직류 전압을 저장하는 제 1 캐패시터; 상기 제 1 캐패시터에 저장된 전압을 상기 공진 수단으로 제공하는 스위치; 상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 제어신호 발생수단; 및 상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 소정 주기마다 활성화시키는 신호를 발생하는 전류 제어 수단을 포함하며, 상기 제어신호 발생수단은 상기 공진 수단으로부터 출력된 신호의 레벨을 검출하여 펄스 신호를 발생하는 레벨 검출 수단; 및 상기 전류 제어수단으로부터 출력된 신호에 의해 제어되고, 상기 레벨 검출 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 플립플롭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 트랜스폰더를 나타낸 회로도이다.

RF 트랜스폰더는 공진회로(resonance oscillator)(10), 정류기(rectifier)(20), 전류 제어부(30), 제어신호 발생부(40), 스위치(50), 및 캐패시터(60)를 포함한다.

공진회로(10)는 판독기(reader)로부터 전송된 RF 신호가 인가되는 병렬 연결된 인덕터(L)와 캐패시터(C)를 포함한다.

정류기(20)는 공진회로(10)의 출력단자와 전원단자에 연결되어 전원(VDDrep)을 정류한다.

전류 제어부(30)는 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호를 이용하여 활성화 신호(EN)를 발생한다.

제어신호 발생부(40)는 전류 제어부(30)로부터 출력된 활성화 신호(EN)에 의해 제어되고, 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호를 이용하여 스위치 제어신호(CON)를 발생한다.

스위치(50)는 스위치 제어신호(CON)를 이용하여 전류 제어부(30)의 입력단자를 접지전압으로 연결한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 RF 트랜스폰더의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 판독기로부터 전송된 RF 신호는 공진회로(10)에 입력된다. 여기서 공진회로(10)의 인덕터(L)와 캐패시터(C)의 값은 특정 주파수로 설정되며, 사인파 발진(sinusoidal oscillation) 신호로부터 캐리어 주파수를 받는다.

정류기(20)는 공진회로(10)로부터 캐리어 주파수 펄스신호(carrier wave pulse)를 정류하여 사인파 발진 신호의 특정 DC 값을 캐패시터(60)에 충전하여 트랜스폰더의 공급전원으로 사용되고, 전류 제어부(30)의 에너지 공급원이 된다.

한편, 캐패시터(60)가 충방전되는 동안 제어신호 발생부(40)는 스위치 제어신호(CON)를 발생한다.

전류 제어부(30)는 공진회로(10)에 주기적으로 에너지를 공급하기 위한 회로이며, 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호를 N 분주(N=4, 8, 16, ...)하여 정해진 주기마다 제어신호 발생부(40)로부터 출력된 신호(CON)를 활성화시키는 활성화 신호(EN)를 발생하여 전류를 안정적으로 생성할 수 있도록 한다.

제어신호 발생부(40)는 전류 제어부(30)로부터 출력된 활성화 신호(EN)에 의해 제어되어 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호를 이용하여 스위치 제어신호(CON)를 발생한다.

스위치(50)는 제어신호 발생부(40)로부터 출력된 스위치 제어신호(CON)에 의해 제어되어 캐패시터(60)에 저장된 전기적 에너지를 공진회로(30)에 주기적으로 공급한다.

도 2는 도 1에 도시된 제어신호 발생부(40)의 상세 회로를 나타낸 회로도이다.

제어신호 발생부(40)는 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호의 레벨을 검출하여 로우 펄스를 발생하는 레벨 검출부(41)와, 전류 제어부(30)로부터 출력된 활성화 신호(EN)에 의해 제어되어 레벨 검출부(41)로부터 출력된 신호를 이용하여 스위치 제어신호(CON)를 발생하는 플립플롭(42)을 포함한다.

레벨 검출부(41)는 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호가 일 단자에 인가된 다이오드 접속된 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)와, 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)의 다른 단자(N1)와 전원전압(VDD) 사이에 연결된 캐패시터(C1)와, 공진회로(10)로부터 출력된 RF 신호가 일 단자(N2)에 인가되고, 제어단자가 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)와 캐패시터(C1)의 공통 노드(N1)에 연결된 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)와, 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)의 일 단자(N1)와 전원전압(VDD) 사이에 연결된 제 1 전류원(I1)과, 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)의 다른 단자와 전원전압(VDD) 사이에 연결된 제 2 전류원(I2)을 포함한다.

플립플롭은 입력단자에 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)와 제 2 전류원(I2)의 공통노드(N2)의 전위가 인가되고, 제어단자에 전류 제어부(30)로부터 출력된 활성화 신호(EN)가 인가된다.

먼저 제어신호 발생부(40)는 공진회로(10)로부터 출력된 사인파 발진 신호인 RF 신호가 인가되면 RF 신호의 최저 값을 검출하기 위해 동작한다.

노드(N2)의 전위는 제 1 전류원(I1)과 캐패시터(C1)의 크기에 따라 차지 업 시간(charging up time)이 결정되는데, 캐패시터(C1)의 시정수(time constant)는 RF 신호의 발진 주기보다 짧아야 한다.

입력된 RF 신호의 포지티브 하프(positive half) 구간에서는 노드(N1)의 전위가 램프 업(ramp up)되고, 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)는 턴 오프 상태에 있다. 한편 입력된 RF 신호의 네거티브 하프(negative half) 구간이 시작되어 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 온 되는 전위에 도달하면 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)와 전류 미러(current mirror)를 구성하는 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)가 턴 온 되어 노드(N2)에서 로우 펄스가 발생된다.

이때 전류 제어부(30)로부터 출력된 활성화 신호(EN)에 의해 프리셋(preset)되어 있는 플립플롭(41)에 로우 레벨의 입력 값이 인가되어 플립플롭(41)으로부터 출력된 신호(CON)는 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하는 폴링에지(falling edge)가 발생되어 스위치(50)를 턴 오프 시킴으로써 저장된 에너지를 공진회로(10)에 공급한다.

따라서 공진회로(10)는 공진 발진의 쇠퇴(decay)를 감소시켜 안정된 동작을 유지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 RF 트랜스폰더는 간단한 보상회로를 추가하여 공진 회로에 주기적으로 에너지를 보상하기 때문에 안정된 발진을 유지할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 트랜스폰더를 나타낸 회로도.

도 2는 도 1에 도시된 제어신호 발생부의 상세 회로를 나타낸 회로도.

Claims (2)

1. 판독기(reader)로부터 전송된 사인파 발진 RF 신호를 이용하여 미리 설정된 주파수로 발진하는 공진 수단;

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 직류 전압으로 정류하는 정류 수단;

   상기 정류 수단에 의해 정류된 직류 전압을 저장하는 제 1 캐패시터;

   상기 제 1 캐패시터에 저장된 전압을 상기 공진 수단으로 제공하는 스위치;

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 제어신호 발생수단; 및

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 소정 주기마다 활성화시키는 신호를 발생하는 전류 제어 수단을 포함하며,

   상기 제어신호 발생수단은

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호의 레벨을 검출하여 펄스 신호를 발생하는 레벨 검출 수단; 및

   상기 전류 제어수단으로부터 출력된 신호에 의해 제어되고, 상기 레벨 검출 수단으로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 스위치를 제어하는 신호를 발생하는 플립플롭을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 트랜스폰더.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레벨 검출 수단은

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호가 일 단자에 인가된 다이오드 접속된 제 1 트랜지스터;

   상기 제 1 트랜지스터의 다른 단자와 공급전원 사이에 연결된 제 2 캐패시터;

   상기 공진 수단으로부터 출력된 신호가 일 단자에 인가되고, 제어단자가 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 캐패시터의 공통 노드에 연결된 제 2 트랜지스터;

   상기 제 1 트랜지스터의 일 단자와 상기 공급전원 사이에 연결된 제 1 전류원; 및

   상기 제 2 트랜지스터의 다른 단자와 상기 공급전원 사이에 연결된 제 2 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 트랜스폰더.