JP4589883B2

JP4589883B2 - 整流装置及び無線認証用タグ

Info

Publication number: JP4589883B2
Application number: JP2006042919A
Authority: JP
Inventors: 滋南具; 英 ▲薫▼ 閔; 壹鐘宋; 東 ▲玄▼ 李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: US20060187062A1; JP2006228233A; KR100747659B1; KR20060092556A; US7339485B2

Description

本発明は、整流装置及びこれを適用した無線認証用タグに関し、さらに詳細には、倍電圧を印加できる整流装置及びこれを適用した無線認証用タグに関する。

無線技術が発達した現在、簡単には、先払いバスカードから駐車場出入証や研究所の出入カードに至るまで、種々の無線認証（Radio Frequency Identification、以下、「ＲＦＩＤ」と記す。）システムが用いられている。

ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤリーダー（Reader）とＲＦＩＤタグ（Tag）とから構成され、ＲＦＩＤタグは、ユーザの便宜及び使用用途によって、カードやステッカーなどの形態で多様に製造できる。無線認証手順は、基本的にＲＦＩＤリーダーとＲＦＩＤタグとの間のＲＦ（Radio Frequency）信号交換により行われる。すなわち、ＲＦＩＤタグに装着されたメモリに格納された認証に必要な情報をＲＦ信号形態で出力すれば、ＲＦＩＤリーダーがこれを受信して確認する手順からなる。

ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダーから受信したＲＦ信号を利用して、必要な電源を充当しなければならない。一方、ＲＦ信号により誘起される電源は、交流電源であるため、これを直流電源に変換する整流装置がＲＦＩＤタグに装着されなければならない。

ＲＦＩＤタグに装着される整流装置は、以下の事項を充たさなければならない。
まず、整流装置は、ＲＦＩＤタグに受信されるＲＦ信号の大きさが小さくて、誘起される交流電源の大きさが小さな場合であっても、比較的大きな大きさの直流電源をＲＦＩＤタグに装着された他の電気素子に提供できなければならない。

また、整流装置は、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤリーダーに極めて近く位置して、大きさが極めて大きなＲＦ信号が受信されることによって、誘起される交流電源の大きさが極めて大きい場合、ＲＦＩＤタグに設けられた素子を破損させないための対策を講じておく必要があるである。
なお、整流装置は、ＲＦＩＤタグに装着された電気素子のうち、駆動クロックを必要とする素子に、より優れた駆動クロックを提供できなければならない。
これらの条件を充たす整流装置の開発及び提供が熱望されている。

本発明は、前記の従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、倍電圧を印加でき、過電圧による過電流が素子に流入するのを防止でき、より優れた駆動クロックを提供する整流装置及びこれを適用した無線認証用タグを提供することにある。

前記の目的を達成する、本発明に係る整流装置は、受信されたＲＦ信号により入力端に誘起される入力電圧を充電する、第１キャパシタを備える充電部と、前記入力端に誘起された前記入力電圧と前記充電部に充電された充電電圧との和に該当する和電圧を電源電圧に充電し、充電した前記電源電圧を放電しながら、外部電気素子に直流電源を提供する、第２キャパシタを備える電源提供部と、前記和電圧を利用して駆動クロックを生成し、生成された前記駆動クロックを前記外部電気素子に提供する、第３キャパシタを備える駆動クロック提供部と、所定の第１のインターバルの間には、前記入力端に誘起される前記入力電圧が前記充電部に印加されるようにスイッチング動作を行い、所定の第２のインターバルの間には、前記和電圧が前記電源提供部及び前記駆動クロック提供部に印加されるようにスイッチング動作を行うスイッチング部と、を備える整流装置であって、前記第１キャパシタは、前記入力端を構成する入力端子のうちのいずれか一つの端子に一方の端部が接続し、前記スイッチング部に他方の端部が接続し、前記第３キャパシタよりも容量が大きい前記第２キャパシタは、前記スイッチング部と電源出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、前記第３キャパシタは、前記スイッチング部と駆動クロック出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、前記スイッチング部は、前記入力端子のうち、他の一つに一方の端部が接続し、前記充電部に他方の端部が接続した第１ショットキーダイオードと、前記充電部と前記第１ショットキーダイオードとの他方の端部に一方の端部が接続し、前記電源提供部と前記電源出力端子とに他方の端部が接続した第２ショットキーダイオードと、前記充電部、前記第１ショットキーダイオードの他方の端部、及び前記第２ショットキーダイオードの一方の端部に一方の端部が接続し、前記駆動クロック提供部に他方の端部が接続した第３ショットキーダイオードとを備える。

そして、本発明に係る整流装置は、前記入力端に誘起された前記入力電圧が、所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記充電部に印加されないように、スイッチング動作を行う第１の保護部と、前記入力端に誘起された前記入力電圧が、所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記スイッチング部に印加されないように、スイッチング動作を行う第２の保護部と、をさらに備えることが好ましい。

また、前記第１の保護部は、一方の端部が接地され、前記入力端を構成する入力端子のうち、いずれかの端子と前記充電部とに他方の端部が接続した第４ショットキーダイオードを備え、前記第２の保護部は、一方の端部が接地され、前記入力端を構成する入力端子のうち、他の一つと前記スイッチング部とに他方の端部が接続した第５ショットキーダイオードを備えることができる。

一方、本発明に係る無線認証用リーダーとＲＦ（Radio Frequency）信号を送受信する無線認証用タグにおいて、無線認証用リーダーとＲＦ信号を送受信する無線認証用タグにおいて、前記無線認証用リーダーから受信したＲＦ信号により、入力端に誘起される入力電圧を充電する、第１キャパシタを備える充電部と、前記入力端に誘起された前記入力電圧と前記充電部に充電された充電電圧との和に該当する和電圧を、電源電圧に充電し、充電された前記電源電圧を放電しながら、外部電気素子に直流電源を提供する、第２キャパシタを備える電源提供部と、前記和電圧を利用して駆動クロックを生成し、生成された前記駆動クロックを前記外部電気素子に提供する、第３キャパシタを備える駆動クロック提供部と、所定の第１のインターバルの間には、前記入力端に誘起される前記入力電圧が前記充電部に印加されるようにスイッチング動作を行い、所定の第２のインターバルの間には、前記和電圧が前記電源提供部及び前記駆動クロック提供部に印加されるようにスイッチング動作を行うスイッチング部と、を備える無線認証用タグであって、前記第１キャパシタは、前記入力端を構成する入力端子のうちのいずれか一つの端子に一方の端部が接続し、前記スイッチング部に他方の端部が接続し、前記第３キャパシタよりも容量が大きい前記第２キャパシタは、前記スイッチング部と電源出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、前記第３キャパシタは、前記スイッチング部と駆動クロック出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、前記スイッチング部は、前記入力端子のうち、他の一つに一方の端部が接続し、前記充電部に他方の端部が接続した第１ショットキーダイオードと、前記充電部と前記第１ショットキーダイオードとの他方の端部に一方の端部が接続し、前記電源提供部と前記電源出力端子とに他方の端部が接続した第２ショットキーダイオードと、前記充電部、前記第１ショットキーダイオードの他方の端部、及び前記第２ショットキーダイオードの一方の端部に一方の端部が接続し、前記駆動クロック提供部に他方の端部が接続した第３ショットキーダイオードと、を備える。

そして、本発明に係る無線認証用タグは、前記入力端に誘起された前記入力電圧が所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記充電部に印加されないようにスイッチング動作を行う第１の保護部と、前記入力端に誘起された前記入力電圧が所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記スイッチング部に印加されないようにスイッチング動作を行う第２の保護部と、をさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、ＲＦＩＤタグに受信されるＲＦ信号の大きさが弱くて、誘起される交流電源の大きさが小さな場合にも、比較的大きな直流電源をＲＦＩＤタグに装着された他の電気素子に提供できるという効果がある。
また、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤリーダーと極めて近く位置して、大きさが極めて大きなＲＦ信号が受信されることによって、誘起される交流電源の大きさが極めて大きい場合であっても、ＲＦＩＤタグに設けられた素子を破損させないという効果がある。
また、ＲＦＩＤタグに装着された電気素子のうち、駆動クロックを必要とする素子には、より優れた駆動クロックが提供されるという効果がある。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る整流装置のブロック図である。
本発明に係る整流装置は、無線認証用（Radio Frequency Identification：以下、「ＲＦＩＤ」と記す。）タグに装着され、ＲＦＩＤタグに設けられた他の電気素子に直流電源を提供する。電源提供時、本発明に係る整流装置は、ＲＦＩＤリーダー（Reader）から受信したＲＦ（Radio Frequency）信号により、誘起される入力電圧の倍電圧（double voltage）を提供できる。

また、本発明に係る整流装置は、入力電圧として過電圧が誘起された場合、その過電圧による過電流が素子に流入するのを防止できる。それだけでなく、本発明に係る整流装置は倍電圧を利用してより優れた駆動クロックを生成することができる。

図１に示すように、本発明に係る整流装置は、第１の保護部１１０、第２の保護部１２０、充電部１３０、スイッチング部１４０、駆動クロック提供部１５０、及び電源提供部１６０を備える。
本発明に係る整流装置の入力端Ｉ_１‐Ｉ_２には、ＲＦＩＤリーダーから受信したＲＦ信号により入力電圧が誘起される。そして、駆動クロック出力端子Ｏ_Ｃでは、駆動クロックが出力され、電源出力端子Ｏ_Ｐでは、直流電源が出力される。出力される駆動クロックと直流電源は、それぞれ異なる電気素子に印加される。

第１の保護部１１０は、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に過電圧が誘起されれば、その過電圧が後述する充電部１３０に印加されないようスイッチング動作を行う。そして、第２の保護部１２０は、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に過電圧が誘起されると、その過電圧が後述するスイッチング部１４０に印加されないようにスイッチング動作を行う。

第１の保護部１１０と第２の保護部１２０とは、入力電圧として過電圧が誘起された場合、過電圧による過電流が他の素子に流入しないようにすることで他の素子を保護する。

充電部１３０は、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に誘起された入力電圧を充電する。そして、充電部１３０は、充電電圧をスイッチング部１４０を介して後述する駆動クロック提供部１５０と電源提供部１６０に提供する。

駆動クロック提供部１５０は、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に誘起された入力電圧と充電部１３０に充電された充電電圧との和に該当する電圧（以下、「和電圧」と記す。）（入力電圧＋充電電圧）を利用して、駆動クロックを生成する。
充電部１３０の充電電圧が入力電圧と同一である場合、駆動クロックの電圧は、入力電圧の２倍となる。そして、駆動クロック提供部１５０は、生成される駆動クロックを駆動クロック出力端子Ｏ_Ｃを介して外部電気素子に提供する。

電源提供部１６０は、和電圧を電源電圧に充電する。そして、電源提供部１６０は、充電した電源電圧を放電しながら、電源出力端子Ｏ_Ｐを介して外部電気素子に直流電源を提供する。

スイッチング部１４０は、「第１のインターバル」との間では、入力電圧が充電部１３０に印加されるようスイッチング動作を行い、「第２のインターバル」との間では、和電圧が駆動クロック提供部１５０と電源提供部１６０とに印加されるようスイッチング動作を行う。
ここで、「第１のインターバル」とは、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に負の入力電圧が誘起される区間を意味し、「第２のインターバル」とは、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に正の入力電圧が誘起される区間を意味する。

以下、本発明に係る整流装置の回路的構成に対して、図２に基づいて詳細に説明する。なお、図２は、図１に示した整流装置の回路図である。
図２に示すように、第１の保護部１１０は、一方の端部が接地され、第１入力端子Ｉ_１とキャパシタＣ_３０に他方の端部が接続したショットキーダイオード（Schottky diode）Ｄ_１０で具現される。そして、第２の保護部１２０は、一方の端部が接地され、第２入力端子Ｉ_２とショットキーダイオードＤ_４１とに他方の端部が接続したショットキーダイオードＤ_２０で具現される。本発明で用いるショットキーダイオードは、金属と半導体の接合面で生じる整流作用（ショットキー効果）を利用したダイオードであればどのようなものでも好適に用いることができる。なお、図２に示す第１入力端子Ｉ_１と第２入力端子Ｉ_２が入力端Ｉ_１‐Ｉ_２を構成する。

充電部１３０は、第１入力端子Ｉ_１とショットキーダイオードＤ_１０とに一方の端部が接続し、ショットキーダイオードＤ_４１に他方の端部が接続したキャパシタＣ_３０で具現される。

スイッチング部１４０は、３つのショットキーダイオードＤ_４１、ショットキーダイオードＤ_４２、ショットキーダイオードＤ_４３で具現される。
ショットキーダイオードＤ_４１は、Ｉ_２とショットキーダイオードＤ_２０とに一方の端部が接続し、キャパシタＣ_３０、ショットキーダイオードＤ_４２、ショットキーダイオードＤ_４３に他方の端部が接続している。
そして、ショットキーダイオードＤ_４２は、キャパシタＣ_３０、ショットキーダイオードＤ_４１、ショットキーダイオードＤ_４３に一方の端部が接続し、キャパシタＣ_６０と電源出力端子Ｏ_Ｐとに他方の端部が接続している。
また、ショットキーダイオードＤ_４３は、キャパシタＣ_３０、ショットキーダイオードＤ_４１、ショットキーダイオードＤ_４２に一方の端部が接続し、キャパシタＣ_５０と駆動クロック出力端子Ｏ_Ｃとに他方の端部が接続している。

駆動クロック提供部１５０は、ショットキーダイオードＤ_４３と駆動クロック出力端子Ｏ_Ｃとに一方の端部が接続し、他方の端部が接地されたキャパシタＣ_５０で具現される。
そして、電源提供部１６０は、ショットキーダイオードＤ_４２と電源出力端子Ｏ_Ｐとに一方の端部が接続し、他方の端部が接地されたキャパシタＣ_６０で具現される。

以下、本発明に係る整流装置の回路的動作に対して図２に基づいて詳細に説明するが、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２には、図３に示したような交流の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起されると仮定する。なお、図３は、本整流装置に誘起される入力電圧の一例を示した図である。

まず、負の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起される第１のインターバルＴ_１の間には、ショットキーダイオードＤ_４１がオン（ＯＮ）となって、キャパシタＣ_３０には、入力電圧Ｖ_Ｐが充電される。

一方、正の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起される第２のインターバルＴ_２の間には、ショットキーダイオードＤ_４１は、オフ（ＯＦＦ）となり、ショットキーダイオードＤ_４２とショットキーダイオードＤ_４３とは、オンとなる。したがって、和電圧（入力電圧Ｖ_Ｐ＋キャパシタＣ_３０に充電された入力電圧Ｖ_Ｐ＝２Ｖ_Ｐ）が、キャパシタＣ_５０とキャパシタＣ_６０とに提供される。したがって、キャパシタＣ_５０には、和電圧２Ｖ_Ｐが充電され、キャパシタＣ_６０にも和電圧２Ｖ_Ｐが充電される。

また、負の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起される第１のインターバルＴ_１になれば、ショットキーダイオードＤ_４１がオンとなるので、充電した入力電圧Ｖ_ＰがキャパシタＣ_３０に再び充電される。このとき、キャパシタＣ_５０は、充電された和電圧２Ｖ_Ｐを放電し、キャパシタＣ_６０もまた充電された和電圧２Ｖ_Ｐを放電する。

キャパシタＣ_５０が和電圧２Ｖ_Ｐの充電と放電を繰り返すと、駆動クロック出力端子Ｏ_Ｃでは、駆動クロックが出力されるようになり、駆動クロックの電圧は、和電圧２Ｖ_Ｐである。駆動クロックの電圧が和電圧２Ｖ_Ｐで入力電圧Ｖ_Ｐの２倍であるため、雑音により駆動クロックが損傷されるのを減少できる。

一方、キャパシタＣ_６０は、キャパシタＣ_５０に比べて容量の大きなキャパシタで具現することが好ましい。すると、キャパシタＣ_６０が和電圧２Ｖ_Ｐの充電と放電を繰り返す場合において、電源出力端子Ｏ_Ｐから直流電源が出力されるためである。出力される直流電源の電圧は、和電圧２Ｖ_Ｐである。これにより、本発明に係る整流装置が提供する直流電源の電圧は、本発明に係る整流装置に誘起された入力電圧Ｖ_Ｐの２倍となる。

仮に、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に極めて高い正の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起された場合、それにより発生される過電流は、ショットキーダイオードＤ_１０を介して接地端に向かうようになる。また、入力端Ｉ_１‐Ｉ_２に極めて高い負の入力電圧Ｖ_Ｉが誘起される場合、それにより発生される過電流は、ショットキーダイオードＤ_２０を介して接地端に向かうようになる。すなわち、ショットキーダイオードＤ_１０とショットキーダイオードＤ_２０とは、静電気放電（ＥＳＤ：Electro-Static Discharge）の保護機能を行うものである。

本発明は前記した特定の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、前記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。

本発明の一実施形態に係る倍電圧を印加できる整流装置のブロック図である。図１に示した整流装置の回路図である。本整流装置に誘起される入力電圧の一例を示した図である。

符号の説明

Ｉ_１‐Ｉ_２入力端
Ｉ_１第１入力端子
Ｉ_２第２入力端子
１１０第１の保護部
１２０第２の保護部
１３０充電部
１４０スイッチング部
１５０駆動クロック提供部
１６０電源提供部
Ｃ_３０，Ｃ_５０，Ｃ_６０キャパシタ
Ｄ_１０，Ｄ_２０，Ｄ_４１，Ｄ_４２，Ｄ_４３ショットキーダイオード
Ｏ_Ｃ駆動クロック出力端子
Ｏ_Ｐ電源出力端子
Ｖ_Ｉ負の入力電圧
Ｖ_Ｐ入力電圧

Claims

受信されたＲＦ信号により入力端に誘起される入力電圧を充電する、第１キャパシタを備える充電部と、
前記入力端に誘起された前記入力電圧と前記充電部に充電された充電電圧との和に該当する和電圧を電源電圧に充電し、充電した前記電源電圧を放電しながら、外部電気素子に直流電源を提供する、第２キャパシタを備える電源提供部と、
前記和電圧を利用して駆動クロックを生成し、生成された前記駆動クロックを前記外部電気素子に提供する、第３キャパシタを備える駆動クロック提供部と、
所定の第１のインターバルの間には、前記入力端に誘起される前記入力電圧が前記充電部に印加されるようにスイッチング動作を行い、所定の第２のインターバルの間には、前記和電圧が前記電源提供部及び前記駆動クロック提供部に印加されるようにスイッチング動作を行うスイッチング部と、を備える整流装置であって、
前記第１キャパシタは、前記入力端を構成する入力端子のうちのいずれか一つの端子に一方の端部が接続し、前記スイッチング部に他方の端部が接続し、
前記第３キャパシタよりも容量が大きい前記第２キャパシタは、前記スイッチング部と電源出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、
前記第３キャパシタは、前記スイッチング部と駆動クロック出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、
前記スイッチング部は、
前記入力端子のうち、他の一つに一方の端部が接続し、前記充電部に他方の端部が接続した第１ショットキーダイオードと、
前記充電部と前記第１ショットキーダイオードとの他方の端部に一方の端部が接続し、前記電源提供部と前記電源出力端子とに他方の端部が接続した第２ショットキーダイオードと、
前記充電部、前記第１ショットキーダイオードの他方の端部、及び前記第２ショットキーダイオードの一方の端部に一方の端部が接続し、前記駆動クロック提供部に他方の端部が接続した第３ショットキーダイオードと、
を備えることを特徴とする整流装置。
前記入力端に誘起された前記入力電圧が、所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記充電部に印加されないように、スイッチング動作を行う第１の保護部と、
前記入力端に誘起された前記入力電圧が、所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記スイッチング部に印加されないように、スイッチング動作を行う第２の保護部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
前記第１の保護部は、
一方の端部が接地され、前記入力端を構成する入力端子のうち、いずれかの端子と前記充電部とに他方の端部が接続した第４ショットキーダイオードを備え、
前記第２の保護部は、
一方の端部が接地され、前記入力端を構成する入力端子のうち、他の一つと前記スイッチング部とに他方の端部が接続した第５ショットキーダイオードを備えることを特徴とする請求項２に記載の整流装置。
無線認証用リーダーとＲＦ信号を送受信する無線認証用タグにおいて、
前記無線認証用リーダーから受信したＲＦ信号により、入力端に誘起される入力電圧を充電する、第１キャパシタを備える充電部と、
前記入力端に誘起された前記入力電圧と前記充電部に充電された充電電圧との和に該当する和電圧を、電源電圧に充電し、充電された前記電源電圧を放電しながら、外部電気素子に直流電源を提供する、第２キャパシタを備える電源提供部と、
前記和電圧を利用して駆動クロックを生成し、生成された前記駆動クロックを前記外部電気素子に提供する、第３キャパシタを備える駆動クロック提供部と、
所定の第１のインターバルの間には、前記入力端に誘起される前記入力電圧が前記充電部に印加されるようにスイッチング動作を行い、所定の第２のインターバルの間には、前記和電圧が前記電源提供部及び前記駆動クロック提供部に印加されるようにスイッチング動作を行うスイッチング部と、を備える無線認証用タグであって、
前記第１キャパシタは、前記入力端を構成する入力端子のうちのいずれか一つの端子に一方の端部が接続し、前記スイッチング部に他方の端部が接続し、
前記第３キャパシタよりも容量が大きい前記第２キャパシタは、前記スイッチング部と電源出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、
前記第３キャパシタは、前記スイッチング部と駆動クロック出力端子と、に一方の端部が接続し、他方の端部が接地され、
前記スイッチング部は、
前記入力端子のうち、他の一つに一方の端部が接続し、前記充電部に他方の端部が接続した第１ショットキーダイオードと、
前記充電部と前記第１ショットキーダイオードとの他方の端部に一方の端部が接続し、前記電源提供部と前記電源出力端子とに他方の端部が接続した第２ショットキーダイオードと、
前記充電部、前記第１ショットキーダイオードの他方の端部、及び前記第２ショットキーダイオードの一方の端部に一方の端部が接続し、前記駆動クロック提供部に他方の端部が接続した第３ショットキーダイオードと、
を備えることを特徴とする無線認証用タグ。
前記入力端に誘起された前記入力電圧が所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記充電部に印加されないようにスイッチング動作を行う第１の保護部と、
前記入力端に誘起された前記入力電圧が所定レベルを超過したときに、前記入力電圧が前記スイッチング部に印加されないようにスイッチング動作を行う第２の保護部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の無線認証用タグ。