KR100769540B1 - Double structured loop-antenna of rfid tag and reader & near field communication system using the same - Google Patents

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Abstract

A dual structure loop antenna of an RFID tag and a reader, and an NFC system using the same are provided to support an active/passive NFC mode and an RFID reader/tag mode in a state receiving power, and support the RFID tag mode in an operation condition not receiving the power. A dual antenna structure is used from the RFID tag and the reader. A switch is connected to a tag antenna. The NFC system is operated in the active/passive NFC mode and the RFID reader mode by using the external power according to the switching result, and is operated in the RFID tag mode by generating the power from an RF signal received from the tag antenna. The switch enables the tag antenna to be used as a blocking film of a reader antenna by connecting the tag antenna to ground potential. The switch enables the tag antenna to be used as the antenna of the RFID tag by releasing connection with the ground potential of the tag antenna.

Description

무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나 및 그를 이용한 근거리통신 송수신 시스템 {Double structured loop-antenna of RFID tag and reader ＆ near field communication system using the same}Double structured loop-antenna of RFID tag and reader & near field communication system using the same}

도 1 은 일반적인 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서의 통신 모드 설정 과정을 나타낸 흐름도, 1 is a flowchart illustrating a communication mode setting process in a general near field communication (NFC) transmission and reception system;

도 2 는 일반적인 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서의 능동 모드 통신 방식을 보여주는 설명도, 2 is an explanatory diagram showing an active mode communication method in a general near field communication (NFC) transmission and reception system;

도 3 은 일반적인 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서의 수동 모드 통신 방식을 보여주는 설명도, 3 is an explanatory diagram showing a passive mode communication method in a general near field communication (NFC) transmission and reception system,

도 4 는 일반적인 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서의 RFID 리더와 태그 모드 통신 방식을 보여주는 설명도, 4 is an explanatory diagram showing an RFID reader and a tag mode communication scheme in a general near field communication (NFC) transmission and reception system;

도 5 는 종래의 근거리통신(NFC) 송수신 시스템의 구성도,5 is a block diagram of a conventional near field communication (NFC) transmission and reception system,

도 6 은 종래의 근거리통신(NFC) 송수신 시스템의 상세 구성도, 6 is a detailed block diagram of a conventional near field communication (NFC) transmission and reception system,

도 7 은 종래의 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서 안테나의 구성도, 7 is a configuration diagram of an antenna in a conventional near field communication (NFC) transmission and reception system,

도 8 은 본 발명에 따른 근거리통신(NFC) 송수신 시스템의 일실시예 구성도, 8 is a configuration diagram of an embodiment of a near field communication (NFC) transmission and reception system according to the present invention;

도 9 는 본 발명의 근거리통신(NFC) 송수신 시스템의 일실시예 상세 구성도, 9 is a detailed configuration diagram of an embodiment of a near field communication (NFC) transmission and reception system according to the present invention;

도 10 은 본 발명에 따른 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나의 일실시예 구성도, 10 is a configuration diagram of an embodiment of a loop type antenna having a dual structure of a radio identification tag and a reader according to the present invention;

도 11 은 본 발명에 따른 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나의 안테나 스위칭 소자를 나타낸 일실시예 설명도이다. FIG. 11 is an exemplary view illustrating an antenna switching element of a loop antenna having a dual structure of a radio identification tag and a reader according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

51 : NFC 송수신 칩셋 52 : 디지탈부51: NFC transmit and receive chipset 52: Digital part

53 : 아날로그 전단부 81 : 리더/라이터부53: analog front end 81: reader / writer

82 : 태그부 83 : R/W부 안테나 매칭 회로82: tag portion 83: R / W portion antenna matching circuit

84 : 태그부 안테나 매칭 회로 85 : R/W부 루프형 안테나84: tag antenna matching circuit 85: R / W loop loop antenna

86 : 태그부 루프형 안테나86 tag loop antenna

본 발명은 무선식별(RFID : Radio Frequency IDentification) 태그(Tag)와 리더(Reader)의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나 및 그를 이용한 근거리통신(NFC : Near Field Communication) 송수신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RFID 태그와 리더가 모두 내장되어 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서, 별도 외부 전원의 공급 없이도 RFID 태그 모드 동작을 지원할 수 있는, RFID 태그와 리더의 이중 안테나 구조를 갖는 루프형 안테나 및 그를 이용한 근거리통신 송수신 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a loop-type antenna having a dual structure of a radio frequency identification (RFID) tag and a reader and a near field communication (NFC) transmission / reception system using the same. Is a loop type antenna having a dual antenna structure of an RFID tag and a reader that can support RFID tag mode operation without supplying external power in a near field communication (NFC) transmitting / receiving system in which both an RFID tag and a reader are embedded. It relates to a short-range communication transmission and reception system.

RFID란, 무선 라디오 전파를 이용하여 사물을 자동으로 식별하기 위하여, 식별대상 사물에는 RFID 태그(Tag)를 부착하고 라디오 주파수를 이용한 송수신을 통해 RFID 태그 리더(RFID Tag Reader)와 통신을 하는 비접촉식 자동 식별 방식을 제공하는 기술로서, 종래의 자동 식별 기술인 바코드 및 광학 문자 인식 기술의 단점을 보완할 수 있다. 따라서, RFID 도입자들은 제품(휴대폰, 휴대용 멀티미디어 기기 등)에 태그를 부착하고 RFID 데이터를 사용하여 유통망 설계와 처리 공정의 발전을 기대하고 있다. RFID is a contactless automatic device that attaches an RFID tag to an object to be identified and communicates with an RFID tag reader by transmitting and receiving using a radio frequency in order to automatically identify the object using wireless radio waves. As a technique for providing an identification scheme, it is possible to compensate for the disadvantages of the conventional automatic identification technique of barcode and optical character recognition technique. Therefore, RFID adopters are looking forward to the development of distribution network design and processing processes by tagging products (mobile phones, portable multimedia devices, etc.) and using RFID data.

특히, NFC(Near Field Communication)는 새롭게 제시되고 있는 근거리통신 규약으로, 13.56MHz의 주파수의 RFID 프로토콜을 사용하는 단말기 간의 보안 통신을 말한다. In particular, NFC (Near Field Communication) is a new short-range communication protocol, and refers to secure communication between terminals using an RFID protocol of 13.56 MHz frequency.

NFC는 RFID 기술이 진보되어 수십 센티미터 이내에서 리더(Reader)와 태그(Tag) 간 무선식별 및 보안 데이터 전송 기술이 융합된 형태로서, 유럽의 EMCA(European Computer Manufacturer's Association)를 중심으로 휴대폰 및 휴대용 멀티미디어 기기에 장착할 목적으로 개발되기 시작하였다. 현재 EMCA에서 발표한 NFCIP-1, NFCIP-2 두 가지 프로토콜이 있으며, 국제 표준화기구(ISO)가 ECMA의 표준안을 국제표준으로 받아들여서 ISO/IEC-18092를 국제 NFC 표준으로 제정하였다. NFC is a form of convergence of wireless identification and secure data transmission technology between reader and tag within tens of centimeters due to the advancement of RFID technology.It is based on European Computer Manufacturer's Association (EMCA) in Europe. It was developed for the purpose of mounting on equipment. There are currently two protocols announced by EMCA: NFCIP-1 and NFCIP-2. The International Organization for Standardization (ISO) has adopted ISO / IEC-18092 as its international NFC standard, accepting ECMA's draft as an international standard.

NFC는 능동 모드(ISO 18092 Active NFC mode), 수동 모드(ISO 18092 Passive NFC mode)와 RFID 모드(RFID Reader mode, RFID Tag mode)의 세 가지 방식을 지원하도록 규정되어 있다. 따라서, NFC 디바이스의 통신 모드는, 도 1에 도시된 바와 같이 NFC 모드(ISO 18092 Active NFC mode, ISO 18092 Passive NFC mode)와 RFID 모드(RFID Reader mode, RFID Tag mode)로 선택 가능하다. NFC is defined to support three modes: active mode (ISO 18092 Active NFC mode), passive mode (ISO 18092 Passive NFC mode) and RFID mode (RFID Reader mode, RFID Tag mode). Accordingly, the communication mode of the NFC device may be selected as the NFC mode (ISO 18092 Active NFC mode, ISO 18092 Passive NFC mode) and the RFID mode (RFID Reader mode, RFID Tag mode) as shown in FIG.

여기서, NFC 능동 모드(ISO 18092 Active NFC mode) 통신 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 NFC 단말기가 각각 이니시에이터(Initiator)와 타겟(Target) 디바이스가 되어 13.56MHz의 RF 신호로 신호를 전송하는 방식이다. Here, in the NFC active mode (ISO 18092 Active NFC mode) communication method, as shown in FIG. It is a transmission method.

또한, NFC 수동 모드(ISO 18092 Passive NFC mode) 통신 방식은, 도 3에 도시된 바와 같이, 이니시에이터(Initiator)가 RF 필드(Field)를 이용하여 명령어와 데이터를 타겟(Target)으로 송신하고, 타겟(Target)이 이니시에이터(Initiator)의 RF 필드(Field)에 부하변조(Load Modulation) 방식으로 응답 데이터(Data)를 이니시에이터(Initiator)로 송신한다. In addition, in the NFC passive mode (ISO 18092 Passive NFC mode) communication method, as shown in FIG. 3, an initiator transmits commands and data to a target by using an RF field. (Target) transmits the response data (Data) to the initiator (Initiator) in a load modulation (RF) field of the initiator (Initiator).

NFC 수동 모드 통신 방식은, 종래의 RFID 리더와 태그 간의 동작방식과 매우 유사하지만, 타겟(Target)이 이니시에이터(Initiator)가 전송하는 RF 신호로부터 동작에 필요한 전압을 발생시키지 않는 점이 상이하다. NFC 디바이스는 정상 동작시에는 배터리가 장착되어 있으므로 타겟(Target) 디바이스의 동작에 필요한 전력은 배터리 전력을 사용하면 된다. The NFC passive mode communication method is very similar to the operation method between a conventional RFID reader and a tag, except that a target does not generate a voltage required for operation from an RF signal transmitted by an initiator. Since the NFC device is equipped with a battery in normal operation, the power required for the operation of the target device may use battery power.

한편, RFID 모드(RFID Reader mode, RFID Tag mode) 통신 방식은, 도 4에 도시된 바와 같이, NFC 디바이스를 장착한 단말기가 RFID 리더로 동작되어 RFID 태그를 읽을 수 있는 경우와, NFC 디바이스가 RFID 태그처럼 동작되어 RFID 리더의 명 령어에 응답할 수도 있다. On the other hand, the RFID mode (RFID Reader mode, RFID Tag mode) communication method, as shown in Figure 4, when the terminal equipped with the NFC device is operated as an RFID reader to read the RFID tag, the NFC device is RFID It can act as a tag and respond to commands from an RFID reader.

RFID와 NFC의 응용 분야를 비교하면, NFC는 RFID와 매우 유사한 프로토콜을 갖기 때문에 응용분야도 중복되는 경향이 있는데, RFID는 사물의 인식과 이를 통한 접근 제어가 주요한 응용인 반면에, NFC는 RFID의 기능을 모두 포함하며, 개체 간 파일(File) 공유와 초단거리 보안 통신 링크까지 확대한 것이다. 예를 들어, NFC가 장착된 휴대폰끼리 서로 간단하게 터치 동작만으로 명함 등의 정보를 주고받는 단순한 동작뿐만 아니라, 전자거래시에는 간단한 NFC 디바이스 간에 터치 동작만으로 전자화폐(e-cash) 등을 주고받는 시스템의 구성이 가능하게 된다.Comparing the applications of RFID and NFC, NFC has a very similar protocol to RFID, so the applications tend to overlap, while NFC is the main application of object recognition and access control through NFC. It includes all the features and extends to file sharing and short-range secure communication links between objects. For example, mobile phones equipped with NFC exchange e-cash with e-cash only with a simple touch operation between NFC devices as well as a simple operation of exchanging information such as business cards by simply touching each other. The configuration of the system becomes possible.

그럼, 도 1 및 도 5 내지 도 7을 참조하여, 종래의 NFC 송수신 시스템(NFC 트랜스시버)의 문제점을 보다 상세하게 살펴보기로 한다. Then, referring to Figures 1 and 5 to 7, the problem of the conventional NFC transceiver (NFC transceiver) will be described in more detail.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 NFC 송수신 시스템(NFC 트랜스시버)은 디지탈부(52)와 아날로그 전단부(53)로 구성된 NFC 송수신 칩셋(51)에 안테나 매칭회로(54)를 통하여 1개의 루프(Loop)형 안테나(단일 루프형 안테나)(55)를 사용하고 있다. As shown in FIG. 5, the conventional NFC transceiver system (NFC transceiver) has one loop through an antenna matching circuit 54 on an NFC transceiver chipset 51 including a digital part 52 and an analog front end part 53. A loop antenna (single loop antenna) 55 is used.

현재, 널리 사용되고 있는 NFC 송수신 칩셋(51), 안테나 매칭회로(54), 단일 루프형 안테나(55)의 상세한 연결 구성은 도 6에 도시된 바와 같다. Currently, a detailed connection configuration of the NFC transceiver chipset 51, the antenna matching circuit 54, and the single loop antenna 55, which are widely used, are illustrated in FIG.

도 5 및 도 6의 단일 루프형 안테나(55)는 일반적으로 4층 또는 2층의 금속 배선층을 갖는 기판위에 제작된다. The single loop antenna 55 of FIGS. 5 and 6 is generally fabricated on a substrate having four or two layers of metal wiring layers.

도 7을 참조하여, 4층 배선을 이용하는 경우의 RFID 리더 또는 NFC 트랜스 시버 시스템의 단일 루프형 안테나(55)의 구성을 살펴보면, 배선층 2층과 3층은 안 테나의 신호선에 연결하는 루프 안테나로 사용되고, 1층과 4층은 차폐 접지층으로 사용된다. Referring to FIG. 7, referring to the configuration of the single loop antenna 55 of the RFID reader or the NFC transceiver system when using the four-layer wiring, the wiring layers 2 and 3 are loop antennas connected to the signal lines of the antenna. The first and fourth layers are used as shield ground layers.

그러나, RFID 태그는 외부로부터 직류 전원을 공급받지 않아도 리더 안테나가 무선으로 보내주는 RF 전파 신호로부터 동작에 필요한 전원을 발생시켜서 동작되어야 한다. However, the RFID tag should be operated by generating power required for operation from an RF radio signal transmitted wirelessly by the reader antenna without receiving DC power from the outside.

그럼에도 불구하고, 종래의 단일 루프형 안테나(55)는 1개의 루프 안테나만을 사용하므로, NFC 능동 모드와 수동 모드, RFID 리더 모드의 지원은 가능하나, 외부 전원이 없는 상태에서는 RFID 태그 모드의 동작은 불가능하다.Nevertheless, since the conventional single loop antenna 55 uses only one loop antenna, it is possible to support the NFC active mode, the passive mode, and the RFID reader mode, but in the absence of external power, the operation of the RFID tag mode is not possible. impossible.

따라서, 종래의 NFC 송수신 시스템은 외부에서 DC 전원을 공급받는 조건에서는 RFID 태그 프로토콜을 지원하지만, 외부 전원이 없는 경우에는 RFID 태그 모드의 동작은 불가능하다. 그러므로, 실제 응용분야에서 NFC 디바이스가 휴대전화기에 장착된 경우를 고려해본다면, 휴대전화기의 전원이 완전 방전된 상태에서는 RFID 태그가 동작하지 못하는 문제점이 발생하게 된다. Therefore, the conventional NFC transmission and reception system supports the RFID tag protocol under the condition that the DC power is supplied from the outside, but the operation of the RFID tag mode is impossible when there is no external power. Therefore, if the NFC device is mounted on the mobile phone in a practical application field, there is a problem that the RFID tag does not operate when the power of the mobile phone is completely discharged.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, RFID 태그와 리더가 모두 내장되어 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에서, 전원을 공급받는 상태에서는 NFC 능동 및 수동 모드, RFID 리더 및 태그 모드를 지원하고, 전원을 공급받지 못하지 동작조건에서도 RFID 태그 모드를 지원할 수 있는, RFID 태그와 리더의 이중 안테나 구조를 갖는 루프형 안테나 및 그를 이용한 근거리통신 송수신 시 스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and in a near field communication (NFC) transmission and reception system in which both RFID tags and readers are embedded, NFC active and passive modes, RFID readers and tag modes are supported in a power-on state. In addition, the present invention provides a loop antenna having a dual antenna structure of an RFID tag and a reader and a short-range communication transmission / reception system using the same, which can support an RFID tag mode even under unpowered operation conditions.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects which are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선식별(RFID) 태그와 리더를 내장하고 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에 있어서, RFID 리더와 태그의 이중 안테나 구조; 태그 안테나에 연결된 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자의 스위칭 결과에 따라, NFC 능동 및 수동 모드, RFID 리더 모드에서는 외부 공급 전원을 사용하여 구동되고, RFID 태그 모드에서는 상기 태그 안테나로부터 수신되는 무선주파수(RF) 신호로부터 전력을 발생하여 구동되는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a near field communication (NFC) transmission / reception system including a radio frequency identification (RFID) tag and a reader, comprising: a dual antenna structure of an RFID reader and a tag; A switching element connected to the tag antenna; And in accordance with a switching result of the switching element, is driven using an external power supply in an NFC active and passive mode, an RFID reader mode, and generates power from a radio frequency (RF) signal received from the tag antenna in an RFID tag mode. It is characterized by being driven.

특히, 본 발명은, 이중 구조의 루프형 안테나에 있어서, 적어도 두 개의 배선층을 사용하되, 제1 안테나를 제1 배선층으로 형성하고, 상기 제1 안테나의 상부 배선층 혹은 하부 배선층, 또는 상하부 배선층 중 하나인 제2 배선층을 이용하여 제2 안테나를 형성하며, 상기 제2 안테나를 접지 전위에 연결함에 따라 상기 제2 안테나 층이 상기 제1 안테나의 차폐층으로 사용되도록 하고, 상기 제2 안테나의 접지 전위 연결을 해제함에 따라 상기 제2 안테나 층이 안테나로 사용되도록 한다. Particularly, in the dual antenna loop type, at least two wiring layers are used, and the first antenna is formed as a first wiring layer, and either the upper wiring layer or the lower wiring layer, or the upper and lower wiring layers of the first antenna. A second antenna is formed using a second wiring layer, and the second antenna layer is used as a shielding layer of the first antenna by connecting the second antenna to a ground potential, and a ground potential of the second antenna is formed. Disconnecting allows the second antenna layer to be used as an antenna.

또한, 본 발명은, 상기 제2 안테나의 접지 전위 연결/해제를 위한 스위칭 소자를 더 포함한다. In addition, the present invention further includes a switching element for connecting / disconnecting the ground potential of the second antenna.

즉, 본 발명은 RFID 태그와 리더가 모두 내장되어 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템(NFC Transceiver)에서 NFC 능동 및 수동 모드, RFID 리더 및 태그 모드를 전원을 공급받는 상태에서 지원하고, 전원을 공급받지 못하는 동작조건에서도 RFID 태그 모드를 지원한다. That is, the present invention supports NFC active and passive modes, RFID reader and tag mode in a state where power is supplied and supplies power in a near field communication (NFC) transceiver system (NFC Transceiver) in which both an RFID tag and a reader are embedded. RFID tag mode is supported even in unacceptable operating conditions.

이를 위해, 본 발명에서는 외부 전원의 공급이 없이도 RFID 태그 모드 동작을 지원할 수 있도록, 리더부와 태그부는 서로 별개의 안테나 구조(이중 루프형 안테나 구조)를 가지고 있다.To this end, in the present invention, the reader unit and the tag unit have a separate antenna structure (double loop antenna structure) so as to support the RFID tag mode operation without supplying external power.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms, and the present embodiments are merely provided to make the disclosure of the present invention complete and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8 은 본 발명에 따른 근거리통신(NFC) 송수신 시스템의 일실시예 구성도이다. 8 is a configuration diagram of an embodiment of a near field communication (NFC) transmission and reception system according to the present invention.

NFC 송수신 칩셋(51)은 디지털부(52)와 아날로그 전단부(53)로 구성되고, 아날로그 전단부는 리더(Reader)/라이터(Writer) 부(81)와 태그부(82)로 구성된다. 따라서, NFC 송수신 칩셋(51)의 리더(Reader)/라이터(Writer) 부(81)에 R/W부 안테나 매칭 회로(83)를 통하여 R/W부 루프형 안테나(85)가 연결되고, 태그부(82)에 태그부 안테나 매칭 회로(84)를 통하여 태그부 루프형 안테나(86)가 연결된 이중 안테나 구조를 갖는다. The NFC transceiver chipset 51 includes a digital unit 52 and an analog front end 53, and the analog front end is composed of a reader / writer unit 81 and a tag 82. Therefore, the R / W section loop type antenna 85 is connected to the reader / writer section 81 of the NFC transceiver chipset 51 through the R / W section antenna matching circuit 83, and the tag The tag 82 has a dual antenna structure in which the tag loop antenna 86 is connected to the tag 82 through a tag antenna matching circuit 84.

즉, 본 발명에 따른 NFC 시스템은 디지털부(52)와 아날로그 전단부(Analog Front End)(53)로 구성된 NFC 송수신 칩셋(51)과, 리더용 안테나(85) 및 태그용 안테나(86)와, 각각 안테나의 매칭 회로(83,84)로 구성된다. That is, the NFC system according to the present invention includes an NFC transmit / receive chipset 51 consisting of a digital unit 52 and an analog front end 53, a reader antenna 85, and a tag antenna 86; And matching circuits 83 and 84 of the antenna, respectively.

여기서, 아날로그 전단부(53)는 리더(Reader)/라이터(Writer) 부(81)와 태그부(82)로 구성되고, 각 통신 모드(NFC 능동 모드, NFC 수동 모드, RFID 리더 모드, RFID 태그 모드)에 맞게 디지털부(52)에 의해 선택적으로 동작된다.Here, the analog front end 53 is composed of a reader / writer 81 and a tag 82, each communication mode (NFC active mode, NFC passive mode, RFID reader mode, RFID tag) Mode is selectively operated by the digital unit 52.

즉, 리더/라이터 부(81)는 NFC 능동 모드, NFC 수동 모드, RFID 리더 모드 통신 방식일 때 디지털부(52)의 선택에 의해 사용되며, 태그부(82)는 NFC 능동 모드, NFC 수동 모드, RFID 태그 모드 통신 방식일 때 디지털부(52)의 선택에 의해 사용된다. That is, the reader / writer unit 81 is used by selection of the digital unit 52 in the NFC active mode, the NFC passive mode, and the RFID reader mode communication method, and the tag unit 82 is the NFC active mode and the NFC passive mode. In the RFID tag mode communication method, the digital unit 52 is used.

본 발명에 따른 무선식별(RFID) 태그와 리더를 내장하고 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템은, RFID 리더와 태그의 이중 안테나 구조(85,86)와, 태그 안테나에 연결된 스위칭 소자(하기의 도 11 참조)와, 스위칭 소자의 스위칭 결과에 따라, NFC 능동 및 수동 모드, RFID 리더 모드에서는 외부 공급 전원을 사용하여 구동되고, RFID 태그 모드에서는 태그 안테나로부터 수신되는 무선주파수(RF) 신호로부터 전력을 발생하여 구동된다. A near field communication (NFC) transmission / reception system including a radio frequency identification (RFID) tag and a reader according to the present invention includes a dual antenna structure (85,86) of an RFID reader and a tag, and a switching element connected to a tag antenna (a diagram of the following). 11) and according to the switching result of the switching element, it is driven by external supply power in the NFC active and passive mode, the RFID reader mode, and in the RFID tag mode, power is transmitted from the radio frequency (RF) signal received from the tag antenna. Generated and driven.

여기서, 스위칭 소자는, 태그 안테나를 접지 전위에 연결하여, 태그 안테나가 리더 안테나의 차폐막으로 사용되도록 하고, 태그 안테나의 접지 전위 연결을 해제하여, 태그 안테나가 RFID 태그의 안테나로 사용되도록 한다. Here, the switching element connects the tag antenna to the ground potential, so that the tag antenna is used as the shielding film of the reader antenna, and releases the connection of the ground potential of the tag antenna, so that the tag antenna is used as the antenna of the RFID tag.

이때, 이중 안테나 구조를 적층 구조로 집적한 통합형 이중 안테나 구조를 설계함에 있어서, 적어도 두 개의 배선층을 사용하되, 리더 안테나를 제1 배선층으로 형성하고, 리더 안테나의 상부 배선층 혹은 하부 배선층, 또는 상하부 배선층 중 하나인 제2 배선층을 이용하여 태그 안테나를 형성할 수 있다. In this case, in designing an integrated dual antenna structure in which a dual antenna structure is integrated into a stacked structure, at least two wiring layers are used, and the leader antenna is formed as the first wiring layer, and the upper wiring layer or the lower wiring layer, or the upper and lower wiring layers of the reader antenna are formed. The tag antenna may be formed using one of the second wiring layers.

따라서, 이중 안테나 구조(85,86)는, NFC 능동 및 수동 모드에서는 각각 이니시에이터(Initiator) 및 타겟(Target) 안테나로 동작하고, RFID 리더 및 태그 모드에서는 각각 리더 및 태그 안테나로 동작한다. Accordingly, dual antenna structures 85 and 86 operate as initiator and target antennas in NFC active and passive modes, respectively, and as reader and tag antennas in RFID reader and tag modes, respectively.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 NFC 송수신 시스템의 NFC 송수신 칩셋(51), R/W부 및 태그부 안테나 매칭회로(83,84), R/W부 및 태그부 루프형 안테나(85,86)의 상세한 연결 구성은 도 9에 도시된 바와 같다.NFC transceiver chipset 51, R / W unit and tag antenna matching circuit (83, 84), R / W unit and tag loop loop antenna (85, 86) of the NFC transmission and reception system according to the present invention having such a configuration Detailed connection configuration of) is as shown in FIG.

그럼, 이하에서는 본 발명에 따른 이중 루프형 안테나의 구조에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. Then, the structure of the double loop antenna according to the present invention will be described in more detail.

비록, 도 8 또는 도 9에서 리더와 태그의 안테나(85,86)가 각각 독립적으로 구성된 이중 구조로 되어 있으나, R/W부와 태그부의 2개의 안테나(85,86)를 도 10과 같이 리더 안테나(/이니시에이터(Initiator) 안테나)(85)와 태그 안테나(/타 겟(Target) 안테나)(86)를 적층구조로 집적한 통합형 이중 안테나 구조로 설계함으로써, 실제 제작된 안테나의 면적은 안테나 1개에 해당하는 실효 면적만을 갖도록 할 수 있다. Although the antennas 85 and 86 of the reader and the tag have a dual structure independently of each other in FIG. 8 or 9, the two antennas 85 and 86 of the R / W part and the tag part are the readers as shown in FIG. 10. By designing an integrated dual antenna structure in which the antenna (/ initiator antenna) 85 and the tag antenna (/ target antenna) 86 are integrated in a stacked structure, the area of the actually produced antenna is antenna 1 Only the effective area corresponding to the dog can be made.

도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 이중 구조의 루프형 안테나 구조를 살펴보면, 적어도 두 개의 배선층을 사용하되, 제1 안테나(리더 안테나 또는 이니시에이터 안테나)를 제1 배선층으로 형성하고, 제1 안테나(리더 안테나 또는 이니시에이터 안테나)의 상부 배선층 혹은 하부 배선층, 또는 상하부 배선층 중 하나인 제2 배선층을 이용하여 제2 안테나(태그 안테나 혹은 타겟 안테나)를 형성하며, 제2 안테나(태그 안테나 혹은 타겟 안테나)를 접지 전위에 연결함에 따라 제2 안테나 층이 제1 안테나(리더 안테나 또는 이니시에이터 안테나)의 차폐층으로 사용되도록 하고, 제2 안테나(태그 안테나 혹은 타겟 안테나)의 접지 전위 연결을 해제함에 따라 제2 안테나 층이 안테나(태그 안테나 혹은 타겟 안테나)로 사용되도록 한다. Referring to FIG. 10, a loop-type antenna structure having a dual structure according to the present invention will be described, wherein at least two wiring layers are used, and a first antenna (leader antenna or initiator antenna) is formed as a first wiring layer, and a first antenna ( A second antenna (tag antenna or target antenna) is formed by using a second wiring layer, which is one of an upper wiring layer or a lower wiring layer of the reader antenna or the initiator antenna, or an upper and lower wiring layer, and the second antenna (tag antenna or target antenna) is formed. By connecting to the ground potential, the second antenna layer is used as a shielding layer of the first antenna (leader antenna or initiator antenna) and the second antenna by disconnecting the ground potential of the second antenna (tag antenna or target antenna). Allow the layer to be used as an antenna (tag antenna or target antenna).

이와 같이 제2 안테나 층을 선택적으로 사용할 수 있는 것은, 제2 안테나의 접지 전위 연결/해제를 위한 스위칭 소자(도 11 참조)를 통해 선택적 스위칭이 가능하기 때문이다. The reason why the second antenna layer can be selectively used is that selective switching is possible through a switching element (see FIG. 11) for connecting / disconnecting the ground potential of the second antenna.

즉, 스위칭 소자는, 태그 안테나(/타겟 안테나)를 접지 전위에 연결시켜, 태그 안테나(/타겟 안테나)가 리더 안테나(/이니시에이터 안테나)의 차폐막으로 사용되도록 하고, 태그 안테나(/타겟 안테나)의 접지 전위 연결을 해제하여, 태그 안테나(/타겟 안테나)가 무선식별(RFID) 태그의 안테나(혹은 타겟 안테나)로 사용되도록 한다. That is, the switching element connects the tag antenna (/ target antenna) to the ground potential so that the tag antenna (/ target antenna) is used as a shielding film of the reader antenna (/ initiator antenna), and the tag antenna (/ target antenna) By disconnecting the ground potential connection, the tag antenna (/ target antenna) is used as the antenna (or target antenna) of the RFID tag.

일예로, 이중 안테나(85,86)는 4층 배선층을 갖는 PCB에서 1,4층 배선은 접지 차폐층 혹은 태그 안테나(/타겟 안테나)로, 2,3층 배선은 리더 안테나(/이니시에이터 안테나)로 설계할 수 있다. 따라서, 도 10의 구성을 위해서는, 3층 이상의 배선층을 갖는 기판이 필요하다. For example, the dual antennas 85 and 86 may be a ground shield layer or a tag antenna (/ target antenna) in a PCB having a four-layer wiring layer, and the second and third layer wiring may be a reader antenna (/ initiator antenna). Can be designed as Therefore, for the structure of FIG. 10, the board | substrate which has three or more wiring layers is required.

PCB의 안테나 설계는 PCB의 배선층의 개수에 따라서 다르다. 적층형 안테나의 모양과 구조는 배선층의 개수에 따라서 적정한 형태로 설계 변경할 수 있으므로, 본 발명의 범위는 도 10에서 보여주는 4층 배선 기판을 사용하여 설계한 적층형 안테나의 실시예로 한정되지 않지 않음에 유의해야 한다.The antenna design of the PCB depends on the number of wiring layers on the PCB. Since the shape and structure of the stacked antenna can be changed to an appropriate form according to the number of wiring layers, the scope of the present invention is not limited to the embodiment of the stacked antenna designed using the four-layer wiring board shown in FIG. Should be.

통합형 이중 안테나(85,86)는, RFID 리더 모드, NFC 능동 및 수동 모드로 동작될 때는 차폐층이 접지로 연결되어 태그 안테나(/타겟 안테나)가 리더 안테나(/이니시에이터 안테나)의 접지 차폐막으로 사용된다. 반면, 태그 모드부가 동작할 때는 /TME 신호가 low가 되어서 태그 안테나(/타겟 안테나)가 접지되지 않으며 C7과 공진회로를 구성하여 13.56MHz의 태그 안테나(/타겟 안테나)로 사용된다. 즉, 무전원 조건에서는 태그 안테나(/타겟 안테나)의 접지가 해제되어 태그 안테나(/타겟 안테나)가 RFID 태그의 안테나(/타겟 안테나)로 동작되고, 태그부(82)는 태그 안테나(86)로부터 수신된 전력을 사용하여 동작된다. Integrated dual antennas 85 and 86 have a shielded layer connected to ground when operating in RFID reader mode, NFC active and passive modes so that the tag antenna (/ target antenna) is used as the ground shield for the reader antenna (/ initiator antenna) do. On the other hand, when the tag mode unit operates, the / TME signal goes low so that the tag antenna (/ target antenna) is not grounded, and it is used as a tag antenna (/ target antenna) of 13.56 MHz by forming a resonance circuit with C7. That is, in the no power condition, the ground of the tag antenna (/ target antenna) is released so that the tag antenna (/ target antenna) is operated as the antenna (/ target antenna) of the RFID tag, and the tag unit 82 from the tag antenna 86 It is operated using the received power.

따라서, 무전원 조건이 아닌 경우에는 태그부(82)가 외부 공급 전원을 사용하여 동작되고, 무전원 조건에서는 태그 안테나(86)로부터 수신되는 RF 신호로부터 전력을 발생해서 동작되므로 NFC 송수신 시스템(트랜스시버)은 공급 전원과 관계없이 RFID 태그 모드를 지원할 수 있다.Therefore, when the power supply is not in a non-power condition, the tag unit 82 is operated by using an external supply power, and in the non-power supply condition, the NFC transceiver system (transceiver) is operated by generating power from an RF signal received from the tag antenna 86. RFID tag mode can be supported regardless of the power supply.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

상기와 같은 본 발명은, 통합형 이중 안테나를 사용함으로써, RFID 리더와 태그가 하나의 시스템이 집적되어 있는 NFC 송수신 시스템에서 무전원 조건이 아닌 경우에는 태그부 회로가 외부 공급 전원을 사용하여 동작되고, 무전원 조건에서는 태그 안테나로 수신되는 RF 신호로부터 전력을 발생해서 동작되므로, 공급 전원과 관계없이 RFID 태그 모드를 지원할 수 있는 효과가 있다. The present invention as described above, by using the integrated dual antenna, when the RFID reader and the tag is a non-power supply condition in the NFC transceiver system in which one system is integrated, the tag unit circuit is operated using an external supply power, In the condition, since power is generated from the RF signal received by the tag antenna, the RFID tag mode can be supported regardless of the power supply.

Claims (9)

무선식별(RFID) 태그와 리더를 내장하고 있는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에 있어서, In a near field communication (NFC) transmission / reception system incorporating a radio frequency identification (RFID) tag and a reader, RFID 리더와 태그의 이중 안테나 구조; Dual antenna structure of RFID reader and tag; 태그 안테나에 연결된 스위칭 소자; 및 A switching element connected to the tag antenna; And 상기 스위칭 소자의 스위칭 결과에 따라, NFC 능동 및 수동 모드, RFID 리더 모드에서는 외부 공급 전원을 사용하여 구동되고, RFID 태그 모드에서는 상기 태그 안테나로부터 수신되는 무선주파수(RF) 신호로부터 전력을 발생하여 구동되는 것을 특징으로 하는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템. According to the switching result of the switching element, the driving is driven using an external power supply in the NFC active and passive mode, RFID reader mode, and generates power from the radio frequency (RF) signal received from the tag antenna in the RFID tag mode Near field communication (NFC) transmission and reception system, characterized in that. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는, The switching device, 상기 태그 안테나를 접지 전위에 연결하여, 상기 태그 안테나가 상기 리더 안테나의 차폐막으로 사용되도록 하고, Connect the tag antenna to a ground potential so that the tag antenna is used as a shield for the reader antenna, 상기 태그 안테나의 접지 전위 연결을 해제하여, 상기 태그 안테나가 RFID 태그의 안테나로 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템.Near field communication (NFC) transmission and reception system, characterized in that to release the ground potential connection of the tag antenna, so that the tag antenna is used as the antenna of the RFID tag. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 이중 안테나 구조를 적층 구조로 집적한 통합형 이중 안테나 구조를 설계함에 있어서, In designing an integrated dual antenna structure in which the dual antenna structure is integrated into a stacked structure, 적어도 두 개의 배선층을 사용하되, 상기 리더 안테나를 제1 배선층으로 형성하고, 상기 리더 안테나의 상부 배선층 혹은 하부 배선층, 또는 상하부 배선층 중 하나인 제2 배선층을 이용하여 상기 태그 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템.At least two wiring layers are used, and the reader antenna is formed as a first wiring layer, and the tag antenna is formed using a second wiring layer which is one of an upper wiring layer, a lower wiring layer, or an upper and lower wiring layers of the reader antenna. Near Field Communication (NFC) transmission and reception system. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 이중 안테나 구조는, The dual antenna structure, 상기 NFC 능동 및 수동 모드에서, 각각 이니시에이터 안테나 및 타겟 안테나로 동작하며, In the NFC active and passive mode, each operates as an initiator antenna and a target antenna, 상기 RFID 리더 및 태그 모드에서, 각각 리더 및 태그 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템.Local area communication (NFC) transmission and reception system, characterized in that for operating in the RFID reader and tag mode, each reader and tag antenna. 이중 구조의 루프형 안테나에 있어서, In the loop-type antenna of the dual structure, 적어도 두 개의 배선층을 사용하되, Use at least two wiring layers, 제1 안테나를 제1 배선층으로 형성하고, 상기 제1 안테나의 상부 배선층 혹은 하부 배선층, 또는 상하부 배선층 중 하나인 제2 배선층을 이용하여 제2 안테나를 형성하며, A first antenna is formed as a first wiring layer, and a second antenna is formed using a second wiring layer, which is one of an upper wiring layer, a lower wiring layer, or an upper and lower wiring layer of the first antenna. 상기 제2 안테나를 접지 전위에 연결함에 따라 상기 제2 안테나 층이 상기 제1 안테나의 차폐층으로 사용되도록 하고, 상기 제2 안테나의 접지 전위 연결을 해제함에 따라 상기 제2 안테나 층이 안테나로 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나. The second antenna layer is used as the shielding layer of the first antenna by connecting the second antenna to ground potential, and the second antenna layer is used as the antenna by disconnecting the ground potential connection of the second antenna. Loop-type antenna having a dual structure of a radio identification tag and a reader, characterized in that to make. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 제2 안테나의 접지 전위 연결/해제를 위한 스위칭 소자Switching element for connecting / disconnecting ground potential of the second antenna 를 더 포함하는 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나. Loop type antenna having a dual structure of a radio identification tag and a reader further comprising. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 스위칭 소자는, The switching device, 태그 안테나(/타겟 안테나)를 접지 전위에 연결시켜, 상기 태그 안테나(/타겟 안테나)가 리더 안테나(/이니시에이터 안테나)의 차폐막으로 사용되도록 하고, A tag antenna (/ target antenna) is connected to a ground potential so that the tag antenna (/ target antenna) is used as a shield for the reader antenna (/ initiator antenna), 상기 태그 안테나(/타겟 안테나)의 접지 전위 연결을 해제하여, 상기 태그 안테나(/타겟 안테나)가 무선식별(RFID) 태그의 안테나(혹은 타겟 안테나)로 사용 되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나. By disconnecting the ground potential connection of the tag antenna (/ target antenna), the tag antenna (/ target antenna) to be used as an antenna (or target antenna) of the radio frequency identification tag (RFID) tag and Loop type antenna with reader dual structure. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 5 to 7, 상기 이중 구조를 갖는 루프형 안테나는, The loop antenna having the dual structure, 4층 배선층을 갖는 기판(PCB)에서, 1,4층 배선은 접지 차폐층 혹은 태그 안테나(/타겟 안테나)로, 2,3층 배선은 리더 안테나(/이니시에이터 안테나)로 설계하는 것을 특징으로 하는 무선식별 태그와 리더의 이중 구조를 갖는 루프형 안테나. In a PCB having a four-layer wiring layer, the first and fourth layer wiring is designed as a ground shielding layer or a tag antenna (/ target antenna), and the second and third layer wiring is designed as a reader antenna (/ initiator antenna). Loop type antenna with dual structure of RFID tag and reader. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 이중 구조의 루프형 안테나를 구비한 근거리통신(NFC) 송수신 시스템에 있어서, In the near field communication (NFC) transmitting and receiving system having a dual-type loop antenna of any one of claims 5 to 7, 무전원 조건이 아닌 경우에는 태그부 회로가 외부 공급 전원을 사용하여 구동하고, 무전원 조건에서는 상기 태그부 회로가 태그 안테나로부터 수신되는 무선주파수(RF) 신호로부터 전력을 발생하여 구동함으로써, 공급 전원에 관계없이 RFID 태그 모드를 지원할 수 있는 것을 특징으로 하는 근거리통신(NFC) 송수신 시스템. In the case of no power supply condition, the tag circuit is driven using an external supply power, and in the no power supply condition, the tag circuit generates power from a radio frequency (RF) signal received from a tag antenna to drive the power supply. Near field communication (NFC) transmission and reception system, characterized in that capable of supporting the RFID tag mode.
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