KR100596005B1 - 복조 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에서 태그에 사용되는 복조기에 관한 것으로, 제 1 및 제 2 입력단자를 통해 진폭변조신호를 각각 입력받으며, 서로 다른 포락선 재생 속도를 가지는 제 1 및 제 2 신호 검출기, 제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 신호 검출기 및 상기 제 2 신호 검출기의 출력신호를 입력받는 제 1 차동증폭기, 제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 차동증폭기의 제 1 출력신호 및 제 2 출력신호를 입력받는 제 2 차동증폭기, 상기 제 2 차동증폭기의 출력신호를 논리신호로 만들기 위한 논리수단을 포함한다. 낮은 전원전압으로 구동이 가능하여 저전력 시스템에 적합하고, 구조가 간단하여 배터리를 사용하지 않는 UHF 대역 수동형 RFID 시스템의 태그 회로에 응용이 가능하다.
태그, 진폭변조신호, 신호 검출기, 포락선 검출, 복조 회로
Description
도 1은 본 발명에 따른 복조 회로를 설명하기 위한 회로도.
도 2는 태그에 입력되는 진폭변조신호의 파형도.
도 3은 도 2의 신호가 입력되는 경우 도 1의 출력노드 A 및 B에서의 신호 파형도.
도 4는 도 2의 신호가 입력되는 경우 도 1의 출력노드 C에서의 신호 파형도.
도 5는 도 2의 신호가 입력되는 경우 도 1의 출력노드 D에서의 신호 파형도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
101: 제 1 신호 검출기
102: 제 2 신호 검출기
103: 제 1 차동증폭기
104: 제 2 차동증폭기
본 발명은 수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에서 태그에 사용되는 복조기(Demodulator)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작은 변조 깊이를 가지는 진폭변조신호에 대해서 레벨 구분이 뚜렷한 출력신호를 생성할 수 있는 복조 회로에 관한 것이다.
수동형 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템에서는 판독기 (Reader)에서 진폭변조신호를 출력하면 태그에서 이 신호를 직류(DC) 신호로 변환하여 태그 내 전체 회로의 구동전력으로 사용함과 동시에 이 신호를 복조하여 명령어 정보를 해독한다. 큰 구동전력을 얻기 위해서는 진폭변조신호의 변조 깊이(Modulation Depth)가 작은 것이 유리하며, 복조 시 용이한 포락선(Envelope) 검출을 위해서는 변조 깊이가 큰 것이 유리하다. 여기서, 변조 깊이는 하기의 수학식 1과 같이 나타내진다.
이러한 이유로 수동형 RFID 시스템에서는 진폭변조신호의 '하이(High)' 레벨의 지속시간을 '로우(Low)' 레벨의 지속시간보다 길게 하는 부호화(Encoding) 방식을 채택하여 상대적으로 짧은 '로우' 레벨의 지속시간 동안의 변조 깊이를 100% 이용하게 된다. 이 경우 종래의 복조기는 포락선 검출기를 통과한 신호를 비교기를 통해 비교하여 '하이' 및 '로우' 레벨의 구분이 가능한 출력신호로 만들어낸다. 하지만 수동형 RFID 시스템의 인식거리가 멀어지면 100%의 변조 깊이를 사용하기 곤란하게 되며 10% 또는 30% 의 변조 깊이를 사용하는 경우도 생기게 된다. 이렇게 되면 종래의 단일 포락선 검출기를 사용해서는 기준전압을 설정할 때, 그리고 진폭 잡음 등의 영향에 의해 기준전압을 중심으로 포락선에 리플이 발생할 가능성이 높 기 때문에 효과적인 복조를 이룰 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 수동형 RFID 시스템의 태그에서 수신된 진폭변조신호를 효율적으로 복조함으로써 판독기에서 명령어 정보를 정확히 해독할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 작은 변조 깊이를 가지는 진폭변조신호에 대해서 레벨 구분이 뚜렷한 출력신호를 생성하는 복조 회로를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복조 회로는 제 1 및 제 2 입력단자를 통해 진폭변조신호를 각각 입력받으며, 서로 다른 포락선 재생 속도를 가지는 제 1 및 제 2 신호 검출기, 제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 신호 검출기 및 상기 제 2 신호 검출기의 출력신호를 입력받는 제 1 차동증폭기, 제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 차동증폭기의 제 1 출력신호 및 제 2 출력신호를 입력받는 제 2 차동증폭기, 상기 제 2 차동증폭기의 출력신호를 논리신호로 만들기 위한 논리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 신호 검출기는 상기 제 1 입력단자 및 출력노드 간에 직렬 접속된 제 1 캐패시터 및 다이오드와 상기 출력노드 및 상기 제 2 입력단자 간에 접속된 제 2 캐패시터로 구성되고, 상기 제 2 신호 검출기는 상기 제 1 입력단자 및 출력노드 간에 직렬 접속된 제 1 캐패시터 및 다이오드와 상기 출력노드 및 상기 제 2 입력단자 간에 접속된 제 2 캐패시터로 구성되며, 상기 제 1 신호 검출기의 제 1 캐패시터와 상기 제 2 신호 검출기의 제 1 캐패시터의 크기가 서로 다른 것을 특징 으로 한다.
상기 제 1 차동증폭기는 전원전압 및 노드 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압을 입력받는 제 1 트랜지스터, 상기 노드 및 제 1 출력노드 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 신호 검출기의 출력노드에 연결된 제 2 트랜지스터, 상기 제 1 출력노드 및 접지 간에 접속된 제 3 트랜지스터, 상기 노드 및 제 2 출력노드 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 신호 검출기의 출력노드에 연결된 제 4 트랜지스터, 상기 제 2 출력노드 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 출력노드 및 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 연결된 제 5 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 차동증폭기는 전원전압 및 제 1 노드 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압을 입력받는 제 1 트랜지스터, 상기 제 1 노드 및 출력노드 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차동증폭기의 출력노드에 연결된 제 2 트랜지스터, 상기 출력노드 및 접지 간에 접속된 제 3 트랜지스터, 상기 제 1 노드 및 제 2 노드 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차동증폭기의 다른 출력노드에 연결된 제 4 트랜지스터, 상기 제 2 노드 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 노드 및 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 연결된 제 5 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 한다.
수동형 RFID 시스템에서 미약한 진폭변조신호가 태그에 입력되면 '하이' 및 '로우' 레벨의 정보를 가지는 진폭변조신호의 진폭 차이가 매우 작기 때문에 이 신 호로부터 효율적으로 포락선을 검출하고 '하이' 및 '로우' 레벨의 구분이 가능한 출력신호를 만들기 어렵다.
RFID 시스템에 사용되는 진폭변조신호는 '하이' 및 '로우' 레벨만 구별되면 되기 때문에 포락선의 모양은 중요하지 않다. 따라서 복조 회로는 '하이' 및 '로우' 레벨의 구별이 뚜렷한 신호만을 출력하면 된다.
본 발명은 서로 병렬 접속된 신호 검출기의 캐패시터의 크기를 서로 다르게 설정하여 포락선을 재생하는 속도가 서로 다르게 만든다. 따라서 미약한 진폭변조신호가 입력되면 포락선 재생이 빠른 회로와 포락선 재생이 느린 회로 간의 신호차가 발생되고, 이 신호차가 차동 증폭되어 '하이' 및 '로우' 레벨의 구분이 뚜렷한 출력신호가 만들어진다.
그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복조 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
제 1 및 제 2 입력단자(Input 1 및 Input 2)를 통해 안테나로부터 수신된 진폭변조신호가 입력된다. 이 때 상기 제 2 입력단자(Input 2)는 접지에 연결된다.
제 1 및 제 2 신호 검출기(101 및 102)는 상기 제 1 및 제 2 입력단자(Input 1 및 Input 2)를 통해 수신된 신호를 각각 입력받는다. 상기 제 1 신호 검출기(101) 및 제 2 신호 검출기(102)의 출력신호는 제 1 차동증폭기(103)의 입력노드로 각각 제공되고, 상기 제 1 차동증폭기(103)의 출력신호들은 제 2 차동증폭기(104)의 입력노드로 각각 제공된다. 그리고 상기 제 2 차동증폭기(104)의 출력신호는 직렬 연결된 인버터(I1 및 I2)를 통해 출력단자(Output)로 제공된다.
상기 제 1 신호 검출기(101)는 상기 제 1 입력단자(Input 1) 및 출력노드(A) 간에 직렬 접속된 캐패시터(C1) 및 다이오드(D1)와, 상기 출력노드(A) 및 상기 제 2 입력단자(Input 2) 간에 접속된 캐패시터(C2)로 구성된다.
상기 제 2 신호 검출기(102)는 상기 제 1 입력단자(Input 1) 및 출력노드(B) 간에 직렬 접속된 캐패시터(C3) 및 다이오드(D2)와, 상기 출력노드(B) 및 상기 제 2 입력단자(Input 2) 간에 접속된 캐패시터(C4)로 구성된다.
상기 제 1 차동증폭기(103)는 전원전압 및 노드(N1) 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압(Vref)을 입력받는 트랜지스터(M1), 상기 노드(N1) 및 출력노드(N2) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 신호 검출기(101)의 출력노드(A)에 연결된 트랜지스터(M2), 상기 출력노드(N2) 및 접지 간에 접속된 트랜지스터(M4), 상기 노드(N1) 및 출력노드(N3) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 신호 검출기(102)의 출력노드(B)에 연결된 트랜지스터(M3), 그리고 상기 출력노드(N3) 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 출력노드(N3) 및 상기 트랜지스터(M4)의 게이트에 연결된 트랜지스터(M5)로 구성된다.
상기 제 2 차동증폭기(104)는 전원전압 및 노드(N1) 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압(Vref)을 입력받는 트랜지스터(M1), 상기 노드(N1) 및 출력노드(N2) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차동증폭기(103)의 출력노드(N2)에 연결된 트랜 지스터(M2), 상기 출력노드(N2) 및 접지 간에 접속된 트랜지스터(M4), 상기 노드(N1) 및 노드(N3) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차동증폭기(103)의 출력노드(N3)에 연결된 트랜지스터(M3), 그리고 상기 노드(N3) 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 노드(N3) 및 상기 트랜지스터(M4)의 게이트에 연결된 트랜지스터(M5)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 복조 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1 및 제 2 신호 검출기(101 및 102)는 입력되는 진폭변조신호에 따라 빠르게 그리고 느리게 포락선을 재생한다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 신호 검출기(101 및 102)에서 상기 캐패시터(C1 및 C3)의 크기를 서로 다르게 조절하면 체배 및 방전이 다르게 일어나므로 입력되는 진폭변조신호의 포락선을 따라가는 정도가 달라지게 된다. 그러므로 상기 제 1 및 제 2 신호 검출기(101 및 102)의 출력신호를 제공받는 상기 제 1 및 제 2 차동증폭기(103 및 104)는 두개의 출력신호가 서로 교차할 때 출력신호를 발생시킨다. 따라서 상기 제 1 및 제 2 신호 검출기(101 및 102)의 출력신호들의 차이가 매우 작은 경우에도 상기 제 1 및 제 2 차동증폭기(103 및 104)가 동작하게 되므로 쇼트키 다이오드를 동작시킬 수 있는 정도의 저전력 신호도 검출이 가능하다.
도 2는 상기 제 1 및 제 2 입력단자(Input 1 및 Input 2)를 통해 입력되는 상기 진폭변조신호의 파형도이며, 도 3은 상기 진폭변조신호가 입력될 때 상기 제 1 신호 검출기(101)의 출력노드(A)와 상기 제 2 신호 검출기(102)의 출력노드(B)에 서의 파형을 각각 나타낸다.
상기 캐패시터(C1 및 C3)의 크기 차이에 의해 포락선을 재생하는 과정에서 속도 차이가 발생하여 상기 제 1 및 제 2 신호 검출기(10 및 102)의 출력신호가 차이를 갖게 되면 출력신호 간의 차이는 명백히 '하이' 레벨에서 '로우' 레벨로 변화될 때, 그리고 '로우' 레벨에서 '하이' 레벨로 변화될 때에만 발생된다. 따라서 상기 출력신호 간의 차이를 상기 제 1 및 제 2 차동증폭기(103 및 104)를 통해 차동 증폭시키므로써 '하이' 레벨에서 '로우' 레벨로의 구분이 뚜렷하게 나타난다. 본 실시예에서는 증폭도의 차이 때문에 두 개의 차동증폭기(103 및 104)를 직렬(Cascade)로 연결하였다.
도 4는 상기 진폭변조신호가 입력될 때 상기 제 1 차동증폭기(103)의 출력노드(C)에서의 파형을 나타내며, 도 5는 상기 진폭변조신호가 입력될 때 상기 제 2 차동증폭기(104)의 출력노드(D)에서의 파형을 나타낸다.
상기 인버터(I1 및 I2)는 상기 제 2 차동증폭기(104)의 출력신호를 태그 로직회로에 입력될 수 있는 디지털 논리신호로 만드는 역할을 한다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이 다.
상술한 바와 같이 본 발명은 다양한 변조 깊이를 갖는 진폭변조신호의 포락선 검출이 가능하도록 한다. 특히 두 신호 검출기의 다이오드를 쇼트기 다이오드로 구성할 경우 입력 진폭이 0.2 ~ 0.3V 정도로 매우 작고, 변조 깊이가 10% 정도인 신호에 대해서도 차동증폭기가 동작하게 되므로 판독기에서 900MHz 대역의 36dBm의 송신전력을 사용할 경우 5m 이상의 통신거리에서도 복조가 가능하게 된다. 따라서 낮은 전원전압으로 구동이 가능하여 저전력 시스템에 적합하고, 구조가 간단하여 배터리를 사용하지 않는 UHF 대역 수동형 RFID 시스템의 태그 회로에 응용이 가능하다.
Claims (6)
- 제 1 및 제 2 입력단자를 통해 진폭변조신호를 각각 입력받으며, 서로 다른 포락선 재생 속도를 가지는 제 1 및 제 2 신호 검출기,제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 신호 검출기 및 상기 제 2 신호 검출기의 출력신호를 입력받는 제 1 차동증폭기,제 1 및 제 2 입력노드를 통해 상기 제 1 차동증폭기의 제 1 출력신호 및 제 2 출력신호를 입력받는 제 2 차동증폭기,상기 제 2 차동증폭기의 출력신호를 논리신호로 만들기 위한 논리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복조 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 입력단자가 접지에 연결된 것을 특징으로 하는 복조 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호 검출기는 상기 제 1 입력단자 및 출력노드 간에 직렬 접속된 제 1 캐패시터 및 다이오드와,상기 출력노드 및 상기 제 2 입력단자 간에 접속된 제 2 캐패시터로 구성되고,상기 제 2 신호 검출기는 상기 제 1 입력단자 및 출력노드 간에 직렬 접속된 제 1 캐패시터 및 다이오드와,상기 출력노드 및 상기 제 2 입력단자 간에 접속된 제 2 캐패시터로 구성되며,서로 다른 포락선 재생 속도를 가지도록 상기 제 1 신호 검출기의 제 1 캐패시터와 상기 제 2 신호 검출기의 제 1 캐패시터의 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 복조 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 차동증폭기는 전원전압 및 노드(N1) 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압을 입력받는 제 1 트랜지스터,상기 노드(N1) 및 제 1 출력노드(N2) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 신호 검출기의 출력노드에 연결된 제 2 트랜지스터,상기 제 1 출력노드(N2) 및 접지 간에 접속된 제 3 트랜지스터,상기 노드(N1) 및 제 2 출력노드(N3) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 신호 검출기의 출력노드에 연결된 제 4 트랜지스터,상기 제 2 출력노드(N3) 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 출력노드(N3) 및 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 연결된 제 5 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 복조 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 차동증폭기는 전원전압 및 제 1 노드(N1) 간에 접속되며 게이트를 통해 기준전압을 입력받는 제 1 트랜지스터,상기 제 1 노드(N1) 및 출력노드(N2) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차 동증폭기의 출력노드에 연결된 제 2 트랜지스터,상기 출력노드(N2) 및 접지 간에 접속된 제 3 트랜지스터,상기 제 1 노드(N1) 및 제 2 노드(N3) 간에 접속되며 게이트가 상기 제 1 차동증폭기의 다른 출력노드에 연결된 제 4 트랜지스터,상기 제 2 노드(N3) 및 접지 간에 접속되며 게이트가 상기 제 2 노드(N3) 및 상기 제 3 트랜지스터의 게이트에 연결된 제 5 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 복조 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 논리수단은 직렬 접속된 두 개의 인버터로 구성된 것을 특징으로 하는 복조 회로.
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