KR100662615B1

KR100662615B1 - 신호 변환 장치, 이를 구비한 ｒｆｉｄ 태그 및 ｒｆｉｄ태그의 구동 방법

Info

Publication number: KR100662615B1
Application number: KR1020060004091A
Authority: KR
Inventors: 송일종; 민영훈; 김청월
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-01-02
Also published as: US7593690B2; US20070176809A1

Abstract

동작 마진을 확장시켜 입력 신호의 변환을 안정적으로 수행할 수 있는 신호 변환 장치, 이를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 구동 방법이 개시된다. 신호 변환 장치는 제1 신호 변환부, 제2 신호 변환부, 신호 증폭부 및 논리 신호 생성부를 포함한다. 제1 신호 변환부는 입력되는 아날로그 신호를 전원 신호로 변환한다. 제2 신호 변환부는 아날로그 신호를 제1 복조 신호로 변환한다. 신호 증폭부는 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭한다. 논리 신호 생성부는 전원 신호에 응답하여 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환한다. 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위가 확장되어 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 시 동작 마진을 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 입력 신호의 안정적인 변환이 가능하며 RFID 태그의 인식률을 향상시킬 수 있다.

RFID, 태그(TAG), 디모듈레이터(demodulator), 전류 미러

Description

신호 변환 장치, 이를 구비한 ＲＦＩＤ 태그 및 ＲＦＩＤ 태그의 구동 방법{APPARATUS FOR TRANSFORMING OF A SIGNAL AND APPARATUS FOR RFID TAG HAVING THE SAME AND METHOD OF DRIVING THE RFID TAG}

도 1은 본 발명에 의한 정보 인식 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 4는 도 3에 도시된 신호 변환 장치의 일 실시예를 도시한 회로도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치와 비교예에 의한 신호 변환 장치의 출력 파형을 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그의 구동 방법을 도시한 순서도이다.

도 7은 비교예에 의한 신호 변환 장치를 도시한 회로도이다.

도 8은 도 7에 도시된 신호 변환 장치의 출력 파형을 도시한 그래프이다.

도 9는 비교예에 의한 신호 변환 장치의 출력 파형을 도시한 다른 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : RFID 리더 200 : RFID 태그

210 : 제1 변환 회로부 211 : 제1 신호 변환부

212 : 제2 신호 변환부 213 : 신호 검출부

214 : 신호 증폭부 215 : 논리 신호 생성부

220 : 메모리부 230 : 제2 변환 회로부

240 : 제어부 300 : 호스트 컴퓨터

본 발명은 신호 변환 장치, 이를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동작 마진을 확장시켜 입력 신호의 변환을 안정적으로 수행할 수 있는 신호 변환 장치, 이를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그의 구동 방법에 관한 것이다.

컴퓨터 기술의 발전이나 화상 인식 기술의 진보에 따라 바코드(bar-code) 등의 매체를 이용한 정보 인식이 널리 보급되어 상품의 데이터 정보 인식에 사용되고 있다. 이러한 바코드 등에 의한 정보 인식은 정보 판독 등을 위해서 바코드 리더(bar-code reader)와 바코드의 접촉을 필요로 하고, 또한 바코드가 포함된 정보는 제한적인 정보만을 포함할 수 있기 때문에 그 적용에 있어 제한된 범위를 갖는 문제점이 있다.

따라서, 보다 광범위한 범위에서 정보 인식을 가능하기 위해서는 비접촉식의 정보 인식 기능을 갖으면서도 다양한 정보를 저장할 수 있는 고용량의 메모리를 갖는 정보 인식 장치가 요구되고 있다.

현재 이러한 정보 인식 장치로 널리 사용되며, 개발되고 있는 장치 중 RF(Radio Frequency)를 이용한 ID(identification) 태그(TAG)가 주목받고 있다.

일반적으로, RFID 태그는 RFID 리더와 한 조를 이루어 사용되며, RFID 태그는 전원의 종류에 따라 액티브(active) 방식과 패시브(passive) 방식으로 구분된다. 액티브 방식은 배터리에 의해 RFID 태그가 구동되어 저장된 태그 데이터를 출력하는 방식이고, 패시브 방식은 RFID 리더에서 출력되는 전력 에너지에 의해 형성되는 자기장을 이용하여 유도 전류를 발생시키고, 이로 인해 형성된 전압을 구동 전원으로 이용하여 저장된 태그 데이터를 출력하는 방식이다.

이러한 RFID 태그는 RFID 리더와 안테나를 통해 상호 데이터를 송수신한다. 이를 위해, RFID 태그는 RFID 리더에서 아날로그 형태로 변조된 데이터 신호를 입력받아 디지털 형태로 복조하는 신호 변환 장치를 필요로 한다.

이때, 신호 변환 장치는 RFID 리더에서 출력되는 데이터 신호를 어느 정도로 정확히 복원할 수 있느냐에 따라 그 성능이 좌우된다. 또한, 정확한 복원 기능과 더불어 저 전력 소모를 도모할 수 있는 기능 또한 필요로 하는 추세이다.

도 7은 일반적인 RFID 태그를 개략적으로 도시한 회로도이다. 도 7에 도시된 RFID 태그는 ISSCC97 SESSION17/PAPER17.5의 논문에서 "A Low-Power CMOS Integrated Circuit for Field-Powered Radio Frequency Identification Tags"로 개재된 회로도이며, 특히, RFID 태그 중 복조 회로를 포함하는 신호 변환 장치를 중심으로 도시되었다.

도 7을 참조하면, RFID 리더(도시되지 않음)에서 출력되는 리더 데이터(R_data) 및 리더 클록(R_clk)은 아날로그 신호로 안테나(antenna)에 인가되고, 안테나에서 교류 신호로 유도된다. 유도된 교류 신호는 안테나와 연결된 RFID 태그의 패드(PAD)로 인가된다. 패드에 인가된 교류 신호는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2) 및 제1 커패시터(C1)로 구성된 제1 신호 변환부에 의해 정류 및 평활되어 직류 성분의 전원 신호(VDD)으로 변환된다.

또한, 패드에 인가된 교류 신호는 제3 다이오드(D3), 제4 다이오드(D4) 및 제2 커패시터(C2)로 구성된 제2 신호 변환부에서 정류 및 평활되어 직류 성분의 제1 복조 신호(V_sig1)로 변환된다.

이때, 제1 커패시터(C1)는 제2 커패시터(C2)에 비해 상대적으로 큰 정전 용량을 갖고, 이에 따라 전원 신호(VDD)는 제1 복조 신호(V_sig1)에 비해 평활 정도가 크게 형성된다.

제1 트랜지스터(Tr1)는 바이어싱(biasing) 또는 전류 제한을 위해 형성한다.

제1 노드(N1)에 인가된 제1 복조 신호(V_sig1)는 시리얼(serial)로 연결된 인버터(inverter) 등을 포함하는 버퍼(Buf)를 통해 디지털 신호로 변환하여 출력되도록 구성될 수 있다. 또한, 저주파의 RF를 사용하는 경우 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스가 증가하는데 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스가 증가하면 제1 트랜지스터(Tr1)을 통해 접지 단자(GND)로 접지되는 방전 전류가 증가하게 된다. 이 경우, 제 2 내지 제5 트랜지스터(Tr2 ~ Tr5) 및 제3 커패시터(C3)로 구성된 신호 검출부를 더 포함함으로써 제1 노드(N1)에 인가된 제1 복조 신호(V_sig1)를 검출 및 증폭하여 제2 복조 신호(V_sig2)로 변환한 후 제2 복조 신호(V_sig2)가 버퍼(Buf)에 인가되도록 구성될 수도 있다.

이와 같은 구조를 갖는 일반적인 RFID 태그는 도 8에 도시된 바와 같이, 버퍼(Buf)에 인가되는 제1 복조 신호(V_sig1) 또는 제2 복조 신호(V_sig2)와 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref1)를 비교하여 논리값 "0"과 "1"의 디지털 신호(D_sig)를 생성한다.

예를 들어, 버퍼(Buf)에 인가되는 제1 복조 신호(V_sig1) 또는 제2 복조 신호(V_sig2)가 기준 신호(V_ref1)보다 큰 전위 레벨을 갖는 경우 논리값 "1"을 생성하고, 제1 복조 신호(V_sig1) 또는 제2 복조 신호(V_sig2)가 기준 신호(V_ref1)보다 작은 전위 레벨을 갖는 경우 논리값 "0"을 생성함으로써, 입력되는 아날로그 신호 특히, 아날로그 형태로 입력되는 리더 데이터(R_data)를 디지털 신호(D_sig)로 변환하여 출력한다.

그러나, 상술한 바와 같은 방식을 이용하여 데이터 신호를 변환하는 경우 도 9에 도시된 바와 같이 제1 또는 제2 복조 신호(V_sig1, V_sig2)가 기준 신호(V_ref1)를 사이에 두고 피크 대 피크(peak-to-peak)가 형성될 때에는 논리값 "0"과 "1"을 산출하여 디지털 신호(D_sig)로 변환할 수 있으나, 도 10에 도시된 바와 같이 제1 또는 제2 복조 신호(V_sig1, V_sig2)가 기준 신호(V_ref1)의 전위 레벨을 이상 또는 이하에서 피크 대 피크가 형성될 때에는 기준 신호(V_ref1)를 이용하여 안테나에서 인가되는 아날로그 신호 즉, 리더 데이터(R_data)를 디지털 신호(D_sig)로 정확하게 변환하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 동작 마진을 확장시켜 입력 신호를 안정적으로 변환할 수 있는 신호 변환 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 신호 변환 장치를 구비한 RFID 태그를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 RFID 태그의 구동 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치는 제1 신호 변환부, 제2 신호 변환부, 신호 증폭부 및 논리 신호 생성부를 포함한다. 제1 신호 변환부는 입력되는 아날로그 신호를 전원 신호로 변환한다. 제2 신호 변환부는 아날로그 신호를 제1 복조 신호로 변환한다. 신호 증폭부는 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭한다. 논리 신호 생성부는 전원 신호에 응답하여 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환한다.

여기서, 신호 증폭부는 차동 증폭기로 형성될 수 있다. 또한, 신호 증폭부는 차동 증폭기의 출력 이득을 증가시키는 2차 증폭기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치는 제1 복조 신호의 피크 대 피크 범위가 작은 경우 제1 복조 신호를 증폭하여 검출하는 신호 검출부를 더 포함할 수 있다. 이때, 신호 증폭부는 신호 검출부에서 증폭된 제1 복조 신호를 제2 복조 신호로 출력할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치는 제2 신호 변환부에서 출력되는 제1 복조 신호가 소정 레벨 이상의 과전압인 경우 제1 복조 신호를 접지 단자(GND)로 방전시키는 과전압 방지부를 더 포함할 수 있고, 입력되는 아날로그 신호의 출력 소스와 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부를 더 포함할 수도 있다.

제1 신호 변환부는 아날로그 신호를 정류하는 제1 정류부 및 정류된 아날로그 신호를 평활하여 전원 신호로 변환하는 제1 평활 회로부를 포함할 수 있다.

제2 신호 변환부는 아날로그 신호를 정류하는 제2 정류부 및 정류된 아날로그 신호를 평활하여 제1 복조 신호로 변환하는 제2 평활 회로부를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 평활 회로부는 제2 평활 회로부에 비해 상대적으로 정전 용량이 큰 커패시터를 포함할 수 있다.

논리 신호 생성부는 복수개의 인버터가 직렬 연결된 버퍼들을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그는 제1 변환 회로부, 메모리부, 제2 변환 회로부 및 제어부를 포함한다. 제1 변환 회로부는 입력되는 제1 아날로그 신호를 전원 신호와 복조 신호로 변환하고, 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 소정 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하며, 증폭된 복조 신호를 이용하여 디지털 신호를 출력한다. 메모리부는 태그 데이터를 저장한다. 제2 변환 회로부는 태그 데이터를 제2 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 제어부는 디지털 신호에 응답하여 메모리부로부터 태그 데이터를 독출하고, 독출된 태그 데이터에 응답하여 제2 변환 회로부의 동작을 제어한다.

이때, 제1 변환 회로부는 제1 신호 변환부, 제2 신호 변환부, 신호 증폭부 및 논리 신호 생성부를 포함하는 복조 회로로 형성된다. 제1 신호 변환부는 제1 아날로그 신호를 전원 신호로 변환한다. 제2 신호 변환부는 제1 아날로그 신호를 제1 복조 신호로 변환한다. 신호 증폭부는 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭한다. 논리 신호 생성부는 전원 신호에 응답하여 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환한다.

제2 신호 변환부는 데이터 신호를 제2 아날로그 신호로 변조하는 변조 회로로 형성된다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그 구동 방법은 입력되는 제1 아날로그 신호를 정류 및 평활하여 전원 신호 및 제1 복조 신호를 생성하는 단계, 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하는 단계 및 전원 신호에 응답하여 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함한다.

또한, 디지털 신호에 응답하여 기 저장된 태그 데이터를 디코딩하여 독출하는 단계, 독출된 태그 데이터를 인코딩하는 단계 및 인코딩된 태그 데이터를 변조하여 제2 아날로그 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이러한 신호 변환 장치, 이를 구비한 RFID 태그 및 RFID 태그 구동 방법에 의하면, 변환된 신호의 피크 대 피크 범위가 작은 경우에도 기준 신호가 변환된 신호의 피크 대 피크(peak-to-peak) 범위 내에 포함되도록 변환 신호를 증폭시킴으로써 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 안정적으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 신호 변환 장치의 동작 마진이 향상되며, RFID 태그의 인식률을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 정보 인식 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 또한, 도 1에는 정보 인식 시스템 중 RFID 시스템이 도시된다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 RFID(Radio frequency identification) 시스템(10)은 RFID 리더(READER)(100) 및 RFID 태그(TAG)(200)를 포함한다.

구체적으로, RFID 리더(100)는 아날로그 신호를 송신 및 수신하는 안테나(도시되지 않음)를 구비하고, RF(Radio frequency)를 이용하여 RFID 태그(200)와 데이터를 송수신한다.

RFID 태그(200)는 각 RFID 태그들을 식별하기 위해 각 RFID 태그별로 부여된 식별자(identifier : 이하, ID) 및 소정의 태그 데이터를 저장한다.

RFID 태그(200)는 RFID 리더(100)에서 출력되는 에너지에 의해 형성된 자기장(Magnetic field)을 인식할 수 있는 인식 범위(read range) 즉, RFID 리더(100)가 RFID 태그(200)를 인식할 수 있는 인식 범위 내에 위치하면, RFID 리더(100)로부터 송신된 아날로그 신호를 수신한다.

RFID 태그(200)는 RFID 리더(100)로부터 아날로그 신호가 수신되면, ID 및 저장된 태그 데이터를 RFID 리더(100)로 전송한다. 이때, RFID 리더(100)는 RFID 태그(200)로부터 수신된 ID 및 태그 데이터를 호스트 컴퓨터(300)에 전송하고, 호스트 컴퓨터(300)는 이를 저장한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그(200)를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그(200)는 제1 변환 회로부(210), 메모리부(220), 제2 변환 회로부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

구체적으로, 제1 변환 회로부(210)는 RFID 리더(100)에서 송신된 제1 아날로그 신호(S_anl1)를 수신하는 안테나(도시되지 않음)와 패드(PAD)를 통해 연결되어 RFID 리더(100)에서 출력되는 제1 아날로그 신호(S_anl1)를 입력받는다. 이때, 제1 아날로그 신호(S_anl1)에는 리더 클록(R_clk)과 리더 데이터(R_data)에 관한 정보가 포함되어 있다.

먼저, 안테나에서는 RFID 리더(100)에서 송신되는 제1 아날로그 신호(S_anl1)에 응답하여 교류 신호를 유도하고, 유도된 교류 신호는 제1 변환 회로부 (210)로 인가되어 RFID 태그(200)를 구동하기 위한 전원 신호(VDD)를 형성한다.

또한, 유도된 교류 신호는 제1 변환 회로부(210)로 인가되어 일정 전위 범위에서 진동하는 제1 복조 신호(V_sig1)를 형성한다. 이러한 제1 복조 신호(V_sig1)에는 리더 데이터(R_data)에 대한 정보를 포함하고 있다.

이때, 제1 변환 회로부(210)는 제1 복조 신호(V_sig1)를 소정 레벨로 증폭하도록 구성된다.

또한, 제1 변환 회로부(210)는 전원 신호(VDD) 또는 제1 복조 신호(V_sig1)가 다수의 리플(ripple) 전압을 포함하고 있기 때문에 리플 전압을 제거하기 위한 전압 안정화부(도시되지 않음)를 더 포함할 수도 있다.

또한, 제1 변환 회로부(210)는 제1 복조 신호(V_sig1) 또는 증폭된 제1 복조 신호(V_sig1)와 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref)를 비교하여 제1 복조 신호(V_sig1)를 디지털 신호(D_sig)로 변환하여 출력하는 복조 회로를 포함한다.

이러한, 제1 변환 회로부(210)에 관한 보다 구체적인 사항은 도 3 내지 도 4를 통해 상세히 설명하기로 한다.

메모리부(220)는 각 태그별 ID와 각 태그별 태그 데이터(T_data)를 저장한다. 이때, 메모리부(220)는 일례로, 그 저장 내용을 자유롭게 변경 가능한 이이피롬(EEPROM)으로 구성할 수 있다.

제2 변환 회로부(230)는 메모리부(220)에서 저장된 각 태그별 ID 및 태그 데이터(T_data)를 제2 아날로그 신호(S_anl2)로 변환하여 안테나로 출력하는 변조 회로로 구성된다.

제어부(240)는 제1 변환 회로부(210)에서 출력되는 디지털 신호(D_sig)를 입력받고, 디지털 신호(D_sig)의 내용을 판단하여, 제1 제어 신호(S_CNT1)를 출력한다.

이때, 메모리부(220)는 제1 제어 신호(S_CNT1)에 응답하여 제어부(240)로 저장된 ID 및 태그 데이터(T_data)를 디코딩하여 독출하며, 제어부(240)는 메모리부(220)에서 디코딩(decoding)되어 출력되는 ID 및 태그 데이터(T_data)를 인코딩(encoding)하여 제2 변환 회로부(230)로 출력한다.

또한, 제어부(240)는 제2 변환 회로부(230)의 구동을 제어하는 제2 제어 신호(S_CNT2)를 출력한다.

따라서, 제2 변환 회로부(230)는 제2 제어 신호(S_CNT2)에 응답하여 구동되고 인코딩된 ID 및 태그 데이터(T_data)를 변조하여 제2 아날로그 신호(S_anl2)로 안테나를 통해 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 여기서, 도 3에 도시된 신호 변환 장치는 도 2에 도시된 제1 변환 회로부(210)를 의미하고, 이하 동일한 도면 부호를 사용하여 설명하기로 한다.

또한, 도 4는 도 3에 도시된 신호 변환 장치의 일 실시예를 도시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치와 비교예에 의한 신호 변환 장치의 출력 파형을 도시한 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치(210)는 제1 신호 변환부(211), 제2 신호 변환부(212), 신호 검출부(213), 신호 증폭부 (214) 및 논리 신호 생성부(215)를 포함한다.

구체적으로, 제1 신호 변환부(211)는 도 2에서 설명한 바와 같이 교류 신호를 인가받아 정류 및 평활하여 전원 신호(VDD)로 변환한다. 이를 위해, 제1 신호 변환부(211)는 교류 신호를 인가받아 정류하는 제1 정류부(211a) 및 제1 평활 회로부(211b)를 포함한다.

이때, 제1 정류부(211a)는 교류 신호를 정류하는 제1 및 제2 다이오드들(D1, D2)로 구성될 수 있고, 제1 평활 회로부(211b)는 정류된 신호를 평활하여 전원 신호(VDD)로 변환하는 소정 정전 용량을 갖는 제1 커패시터(C1)로 구성될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 다이오드들(D1, D2)은 쇼트키 다이오드(schottky diode)들로 구성될 수 있다.

제2 신호 변환부(212)는 도 2에서 설명한 바와 같이 교류 신호를 인가받아 정류 및 평활하여 소정 전위 범위 내에서 진동하는 제1 복조 신호(V_sig1)로 변환한다. 이를 위해, 제2 신호 변환부(212)는 교류 신호를 인가받아 정류하는 제2 정류부(212a) 및 제2 평활 회로부(212b)를 포함한다.

이때, 제2 정류부(212a)는 교류 신호를 정류하는 제1 및 제3 다이오드들(D1, D3)로 구성될 수 있고, 제2 평활 회로부(212b)는 정류된 신호를 평활하여 제1 복조 신호(V_sig1)로 변환하는 소정 정전 용량을 갖는 제2 커패시터(C2)로 구성될 수 있다. 일례로, 제3 다이오드(D3)는 쇼트키 다이오드(schottky diode)로 구성될 수 있다.

여기서, 제2 평활 회로부(212b)에 포함된 제2 커패시터(C2)는 제1 평활 회로 부(211b)에 포함된 제1 커패시터(C1)에 비해 상대적으로 작은 정전 용량을 갖는 커패시터로 구성된다.

따라서, 동일한 교류 신호에 의해 형성되는 전원 신호(VDD)와 제1 복조 신호(V_sig1)는 평활 정도의 차이가 발생하며 피크 대 피크 범위가 서로 다르게 형성된다. 이에 따라, 평활 정도가 상대적으로 큰 제1 신호 변환부(211)의 출력은 전원 신호(VDD)로 사용되고, 평활 정도가 상대적으로 작은 제2 신호 변환부(212)의 출력은 리더 데이터(R_data)의 복원에 사용된다.

신호 검출부(213)는 저주파의 RF를 사용하는 경우, 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스가 증가되어야 하는데 이는, 바이어싱(biasing) 또는 전류 제한을 위해 형성하는 제1 트랜지스터(Tr1)를 통해 누설되는 방전 전류를 증가시키게 되고, 제1 노드(N1)에 인가되는 제1 복조 신호(V_sig1)의 피크 대 피크 범위가 작게 형성되는 문제점을 해결하기 위해 형성한다.

즉, 저주파 RF를 사용하는 경우 제1 트랜지스터(Tr1)를 통해 접지 단자(GND)로 누설되는 방전 전류가 증가되어 제1 노드(N1)의 전위 레벨이 낮아지는 경우에도 제1 노드(N1)에 인가되는 제1 복조 신호(V_sig1)를 검출 및 증폭하기 위해 형성한다.

이를 위해, 신호 검출부(213)는 제2 내지 제5 트랜지스터(Tr2 ~ Tr5) 및 제3 커패시터(C3)로 구성될 수 있다. 이때, 제2 및 제4 트랜지스터(Tr2, Tr4), 제3 및 제5 트랜지스터(Tr3, Tr5)는 직렬 연결한다. 또한, 제2 트랜지스터(Tr2)를 다이오드 커넥션(diode connection) 구조로 형성하고, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트 단 자와 제4 트랜지스터(Tr4)의 게이트 단자를 상호 연결하여 전류 미러(current mirror) 형태로 형성한다.

먼저, 제3 커패시터(C3)에 충전된 전하에 의해 제2 노드(N2)는 일정한 전위를 갖게 되고, 제1 노드(N1)에 인가되는 제1 복조 신호(V_sig1)의 전위 변동에 따라 제2 및 제4 트랜지스터(Tr2, Tr4)의 게이트-소스 전압(Vgs)이 변동하게 된다.

제2 및 제4 트랜지스터(Tr2, Tr4)가 게이트-소스 전압(Vgs) 변동에 따라 활성화되는 경우 전류 미러 형태로 형성된 신호 검출부(213)의 구조에 의해 제2 트랜지스터(Tr2)를 경유한 전류(Ids1)에 비해 소정 레벨로 증폭된 전류(Ids2)가 제3 노드(N3)에 흐르게 된다.

이는 전류 미러로 형태로 형성된 증폭기의 일반적인 동작으로 제4 트랜지스터(Tr4)의 폭을 조절함으로써 제3 노드에서(N3) 임의의 증폭된 정전류를 얻을 수 있다.

예를 들어, 제4 트랜지스터(Tr4)의 W/L을 제2 트랜지스터(Tr2)의 2배로 형성한 경우, 제3 노드(N3)의 출력 전류(Ids2)는 제2 트랜지스터(Tr2)에 흐르는 전류(Ids1)의 2배로 형성될 수 있다.

따라서, 제3 노드(N3)에서는 증폭된 정전류(Ids2)에 의해 제1 복조 신호(V_sig1)에 비해 소정 레벨로 증폭된 제2 복조 신호(V_sig2)가 출력된다.

신호 증폭부(214)는 신호 검출부(213)에서 출력되는 제2 복조 신호(V_sig2)를 인가받고, 소정 레벨로 제2 복조 신호(V_sig2)를 증폭하여 출력한다. 이를 위해, 신호 증폭부(214)는 제6 내지 제9 트랜지스터(Tr6 ~ Tr9)로 구성된 전류 미러 차동 증폭기(current mirror differential amplifier)로 형성될 수 있다.

또한, 신호 증폭부(214)는 전류 미러 차동 증폭기의 출력 이득을 더욱 증가시키기 위해 제11 내지 제14 트랜지스터(Tr11 ~ Tr14)로 형성된 2차 증폭기를 더 포함할 수 있다.

이때, 제6 및 제7 트랜지스터(Tr6, Tr7)와 제9 및 제10 트랜지스터(Tr9, Tr10)은 각각 직렬 연결되고, 직렬 연결된 제6 및 제7 트랜지스터(Tr6, Tr7)와 제9 및 제10 트랜지스터(Tr9, Tr10)는 제8 트랜지스터(Tr8)에 대해 병렬 연결된다. 제7 트랜지스터(Tr7)의 게이트 단자는 제3 노드(N3)에 연결되어 신호 검출부(213)에서 출력되는 제2 복조 신호(V_sig2)가 인가되고, 제10 트랜지스터(Tr10)의 게이트 단자는 제2 노드(N2)와 연결된다.

또한, 제6 트랜지스터(Tr6)는 다이오드 커넥션 구조로 형성되고, 제6 트랜지스터(Tr6)의 게이트 단자는 제13 트랜지스터(Tr13)의 게이트 단자와 연결된 전류 미러 형태로 형성되며, 제9 트랜지스터(Tr9)는 다이오드 커넥션 구조로 형성되고, 제9 트랜지스터(Tr9)의 게이트 단자는 제11 트랜지스터(Tr11)의 게이트 단자와 연결되어 전류 미러 형태로 형성된다.

먼저, 제3 노드(N3)에서 출력되는 제2 복조 신호(V_sig2)의 전위 변동에 따라 제7 트랜지스터(Tr7)의 턴-온(turn-on) 정도가 달라진다. 제2 복조 신호(V_sig2)의 전위 레벨이 제10 트랜지스터(Tr10)의 게이트 단자가 연결된 제2 노드(N2)의 전위 레벨보다 큰 경우, 제7 트랜지스터(Tr7)에 흐르는 전류(Ids3)는 정상 상태보다 증가한다. 또한, 제7 트랜지스터(Tr7)에 흐르는 전류(Ids3)가 증가함에 따라 하나의 정전류원 즉, 제8 트랜지스터(Tr8)에 일정한 전류가 흐르기 위해서 제10 트랜지스터에 흐르는 전류(Ids4)는 정상 상태보다 감소하게 된다. 이에 따라, 제4 노드(N4)에 출력되는 전압은 정상 상태에 비해 증가하게 된다.

이때, 제6 트랜지스터(Tr6)와 전류 미러 형태로 연결된 제13 트랜지스터(Tr13)에 흐르는 전류(Ids5)는 신호 검출부(213)에서 설명한 바와 같이 제6 트랜지스터(Tr6)에 흐르는 전류(Ids3)에 비례하여 증가하게 된다. 따라서, 제14 트랜지스터(Tr14)와 전류 미러 형태로 형성된 제12 트랜지스터(Tr12)에 흐르는 전류는 증가하게 되어 제5 노드(N5)의 출력 전압은 증가하게 된다.

마찬가지 원리로, 제4 노드(N4)에서 출력되는 전압이 상승함에 따라 제9 트랜지스터(Tr9)와 전류 미러 형태로 연결된 제11 트랜지스터(Tr11)에 흐르는 전류(Ids6)를 증가시키게 되어 제5 노드(N5)의 전위를 더욱 상승시키게 된다. 이는 도 5를 참조하면 더욱 명확해진다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치(210)의 출력 전압은 제1 노드(N1)에 제1 복조 신호(V_sig1)가 대략 2.0~2.2V 정도의 피크 대 피크 범위로 인가되는 경우, 이를 증폭하여 제5 노드(N5)에서 대략 0~2.2V 정도의 피크 대 피크 범위를 갖는 제2 복조 신호(NV_sig2)로 출력된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치(210)는 도 7에 도시된 바와 같은 신호 변환 장치가 대략 1~2.2V 정도의 피크 대 피크 범위를 갖는 제2 복조 신호(OV_sig2)를 출력하는 것에 비해 보다 큰 피크 대 피크 범위를 갖는 제2 복조 신호(NV_sig2)를 출력한다.

이는, 기준 신호(V_ref1)의 전위 레벨의 선택 폭을 비교에에 의한 신호 변환 장치보다 확장시킬 수 있음을 의미하고, 동일한 기준 신호(V_ref1)에 대해 보다 넓은 구동 마진을 갖게됨을 의미한다.

즉, 증폭된 피크 대 피크 범위를 갖는 제2 복조 신호(V_sig2)를 하나의 기준 신호(V_ref1)와 비교 시, 기준 신호(V_ref1) 보다 큰 전위 레벨을 갖는지 아니면 기준 신호(V_ref1) 보다 작은 전위 레벨을 갖는지에 대한 보다 명확한 판별이 가능함을 의미한다.

여기서, 제2 복조 신호를 나타낸 도면 부호 NV_sig2와 OV_sig2는 본 발명과 비교예에 의한 제2 복조 신호(V_sig2)를 구분하기 위해 사용한 도면 부호이며, 본 발명과 비교예에 의한 제2 복조 신호(V_sig2)와 각각 동일함을 밝혀둔다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 논리 신호 생성부(215)는 제1 신호 변환부(211)에서 출력되는 전원 신호(VDD)에 응답하여 구동하고, 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref1)을 기초로 신호 증폭부(214)에서 증폭되어 제5 노드(N5)에서 출력되는 제2 복조 신호(V_sig2)를 디지털 신호(D_sig)로 변환한다.

예를 들어, 증폭된 제2 복조 신호(V_sig2)가 기준 신호(V_ref1) 이상의 값을 갖는 경우, 논리값 "1"의 디지털 신호를 생성하고, 이와 반대로 증폭된 제2 복조 신호(V_sig2)가 기준 신호(V_ref1) 이하의 값을 갖는 경우, 논리값 "0"의 디지털 신호를 생성한다. 이에 따라, 안테나로부터 제공되는 교류 신호는 디지털 신호로 변환되어 도 2에 도시된 제어부(240)로 인가된다. 이를 위해, 논리 신호 생성부(215)는 복수개의 인버터(inverter)들이 직렬 연결된 버퍼(Buffer)로 형성될 수 있 다.

이때, 신호 증폭부(214)에서 출력되는 제2 복조 신호(V_sig2)의 피크 대 피크는 신호의 증폭 이전의 제2 복조 신호(V_sig2)의 피크 대 피크 범위보다 상대적으로 큰 범위를 갖게 된다. 따라서, 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref1)가 피크 대 피크 내부의 범위에 포함될 확률을 증가시킴으로써 논리 신호 생성부(215)에서 논리값 "0" 또는 논리값 "1"을 인식할 수 있는 확률이 증가되어 신호 변환 장치의 구동 마진을 향상시키게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치(210)는 정류된 제1 복조 신호(V_sig1)가 과전압으로 RFID 태그(200) 내부에 인가되는 경우, RFID 태그(200) 내부의 소자 보호를 위해 논리 신호 생성부(215)에서 출력되는 제어 신호(CNT)와 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref1)에 응답하여 구동하는 제15 내지 제18 트랜지스터(Tr15 ~ Tr18)로 구성된 과전압 방지부(216)를 더 포함할 수 있고, RFID 리더(100)와 임피던스를 매칭시키기 위해 제19 트랜지스터(Tr19)로 형성된 임피던스 매칭부(217)를 더 포함할 수 있다.

이때, 과전압 방지부(216)는 제1 복조 신호(V_sig1)가 소정 전위 레벨 이상의 과전압으로 인가되는 경우 활성화되어 제1 복조 신호(V_sig1)를 접지 단자( GND)로 방전시킨다.

여기서, 미 설명된 기준 신호(V_ref2)는 트랜지스터들의 바이어싱을 위한 신호이며, 기준 신호들(V_ref1, Vref2)는 도 2에 도시된 제어부(240)에서 출력될 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그의 구동 방법은 입력되는 제1 아날로그 신호를 정류 및 평활하여 전원 신호 및 제1 복조 신호를 생성하는 단계(S100), 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하는 단계(S110), 전원 신호에 응답하여 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계(S120)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 RFID 태그의 구동 방법은 디지털 신호에 응답하여 기 저장된 태그 데이터를 디코딩하여 독출하는 단계(S130), 독출된 태그 데이터를 인코딩하는 단계(S140) 및 인코딩된 태그 데이터를 변조하여 제2 아날로그 신호를 출력하는 단계(S150)를 더 포함한다.

단계 S100에서는 제1 신호 변환부(211)에서 입력되는 제1 아날로그 신호(S_anl1)를 전원 신호(VDD)로 변환하고, 제2 신호 변환부(212)에서 입력되는 제1 아날로그 신호(S_anl1)를 제1 복조 신호(V_sig1)로 변환한다.

단계 S110에서는 제2 신호 변환부(212)에서 출력되는 제1 복조 신호(V_sig1)를 신호 검출부(213)에서 검출 및 증폭하여 제2 복조 신호(V_sig2)로 변환하여 출력한다. 또한, 출력된 제2 복조 신호(V_sig2)는 신호 증폭부(214)에서 다시 증폭되고, 증폭된 제2 복조 신호(V_sig2) 전위의 피크 대 피크(peak-to-peak) 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호(V_ref1)의 전위가 포함되도록 증폭하여 출력한다.

단계 S120에서는 논리 신호 생성부(215)가 기준 신호(V_ref1)와 증폭된 제2 복조 신호(V_sig2)의 전위를 비교하여 기준 신호(V_ref1)의 전위 레벨에 비해 제2 복조 신호(V_sig2)의 전위 레벨이 큰 경우 논리값 "1"을 출력하고, 이와 반대의 경우 논리값 "0"을 출력하여 제2 복조 신호(V_sig) 즉, 도 1에 도시된 RFID 리더(100)에서 입력되는 제1 아날로그 신호(S_anl1)를 디지털 신호(D_sig)로 변환하여 출력한다.

단계 S130에서는 논리 신호 생성부(215)에서 출력되는 디지털 신호(D_sig)에 응답하여 제어부(240)는 제1 제어 신호(S_CNT1)를 메모리부(220)에 전송하여 메모리부(220)에 저장된 ID 또는 태그 데이터(T_data)를 디코딩하여 독출한다.

단계 S140에서는 제어부(240)에서 디코딩된 태그 데이터(T_data)를 인코딩하여 제2 변환 회로부(230)에 전송하고, 인코딩된 태그 데이터(T_data)를 도 1에 도시된 RFID 리더(100)로 전송하기 위한 제2 제어 신호(S_CNT2)를 출력한다.

단계 S150에서는 제2 변환 회로부(230)에서 제2 제어 신호(S_CNT2)에 응답하여 인코딩된 태그 데이터(T_data)를 변조하여 제2 아날로그 신호(S_anl2)로 RFID 리더(100)로 전송한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 아날로그 신호의 복조 시 정류 및 평활된 아날로그 신호를 증폭하여, 디지털 신호로 변환하기 위한 기준 신호가 정류 및 평활된 아날로그 신호의 피크 대 피크 범위 내에 형성할 수 있는 마진을 향상시킴으로써 신호 변환 장치의 동작 마진이 향상된다. 이는 아날로그 신호를 디지털 신호로 안정적으로 변환시킬 수 있음을 의미하고, 또한 RFID 태그의 인식률이 향상됨을 의미 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 아날로그 신호를 디지털 신호로 복조하는 경우, 정류 및 평활된 아날로그 신호를 증폭하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 기준 신호가 정류 및 평활된 아날로그 신호의 피크 대 피크 범위 내에 위치할 수 있는 범위를 확장시킴으로써, 입력되는 아날로그 신호의 진폭에 영향 없이 큰 동작 마진으로 신호 변환을 수행할 수 있다.

이에 따라, 신호 변환 장치의 동작 마진이 향상되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 안정적으로 변환할 수 있으며, RFID 태그의 인식률을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

입력되는 아날로그 신호를 전원 신호로 변환하는 제1 신호 변환부;

상기 아날로그 신호를 제1 복조 신호로 변환하는 제2 신호 변환부;

상기 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 상기 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하는 신호 증폭부; 및

상기 전원 신호에 응답하여 상기 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환하는 논리 신호 생성부를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 증폭부는 차동 증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제2항에 있어서, 상기 신호 증폭부는 상기 차동 증폭기의 출력 이득을 증가시키는 2차 증폭기를 더 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 복조 신호의 피크 대 피크 범위가 작은 경우 상기 제1 복조 신호를 검출 및 증폭하는 신호 검출부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제4항에 있어서, 상기 신호 증폭부는 상기 신호 검출부에서 증폭된 제1 복조 신호를 상기 제2 복조 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 신호 변환부에서 출력되는 제1 복조 신호가 소정 레벨 이상의 과전압인 경우 제1 복조 신호를 접지 단자로 방전시키는 과전압 방지부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 신호의 출력 소스와 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호 변환부는

상기 아날로그 신호를 정류하는 제1 정류부; 및

상기 정류된 아날로그 신호를 평활하여 상기 전원 신호로 변환하는 제1 평활 회로부를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제8항에 있어서, 상기 제2 신호 변환부는

상기 아날로그 신호를 정류하는 제2 정류부; 및

상기 정류된 아날로그 신호를 평활하여 상기 제1 복조 신호로 변환하는 제2 평활 회로부를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제9항에 있어서, 상기 제1 평활 회로부는 상기 제2 평활 회로부에 비해 상대적으로 정전 용량이 큰 커패시터를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 논리 신호 생성부는 복수개의 인버터가 직렬 연결된 버퍼들을 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
입력되는 제1 아날로그 신호를 전원 신호와 복조 신호로 변환하고, 상기 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 소정 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하며, 증폭된 복조 신호를 이용하여 디지털 신호를 출력하는 제1 변환 회로부;

태그 데이터를 저장하는 메모리부;

상기 태그 데이터를 제2 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 제2 변환 회로부; 및

상기 디지털 신호에 응답하여 상기 메모리부로부터 상기 태그 데이터를 독출하고, 상기 독출된 태그 데이터에 응답하여 상기 제2 변환 회로부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제12항에 있어서, 상기 제1 변환 회로부는

상기 제1 아날로그 신호를 전원 신호로 변환하는 제1 신호 변환부;

상기 제1 아날로그 신호를 제1 복조 신호로 변환하는 제2 신호 변환부;

상기 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 상기 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하는 신호 증폭부; 및

상기 전원 신호에 응답하여 상기 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환하는 논리 신호 생성부를 포함한 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제12항에 있어서, 상기 제2 신호 변환부는 상기 데이터 신호를 제2 아날로그 신호로 변조하는 변조 회로인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
입력되는 제1 아날로그 신호를 정류 및 평활하여 전원 신호 및 제1 복조 신호를 생성하는 단계;

상기 제1 복조 신호를 증폭하여 제2 복조 신호를 출력하며, 상기 제2 복조 신호의 피크 대 피크 범위 내에 외부로부터 인가되는 기준 신호의 전위가 포함되도록 증폭하는 단계; 및

상기 전원 신호에 응답하여 상기 제2 복조 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 RFID 태그 구동 방법.
제15항에 있어서,

상기 디지털 신호에 응답하여 기 저장된 태그 데이터를 디코딩하여 독출하는 단계;

상기 독출된 태그 데이터를 인코딩하는 단계; 및

상기 인코딩된 태그 데이터를 변조하여 제2 아날로그 신호를 출력하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 RFID 태그 구동 방법.