KR100792256B1 - Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나 - Google Patents

Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나 Download PDF

Info

Publication number
KR100792256B1
KR100792256B1 KR1020070001120A KR20070001120A KR100792256B1 KR 100792256 B1 KR100792256 B1 KR 100792256B1 KR 1020070001120 A KR1020070001120 A KR 1020070001120A KR 20070001120 A KR20070001120 A KR 20070001120A KR 100792256 B1 KR100792256 B1 KR 100792256B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
rectenna
capacitor
transponder
circuitry
Prior art date
Application number
KR1020070001120A
Other languages
English (en)
Inventor
유리 티코프
민영훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070001120A priority Critical patent/KR100792256B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100792256B1 publication Critical patent/KR100792256B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/0775Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card arrangements for connecting the integrated circuit to the antenna
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0701Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management
    • G06K19/0702Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management the arrangement including a battery
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0701Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management
    • G06K19/0707Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management the arrangement being capable of collecting energy from external energy sources, e.g. thermocouples, vibration, electromagnetic radiation
    • G06K19/0708Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising an arrangement for power management the arrangement being capable of collecting energy from external energy sources, e.g. thermocouples, vibration, electromagnetic radiation the source being electromagnetic or magnetic
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 개시된다. RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나는, 안테나 단자를 포함하는 안테나, 상기 안테나 단자를 통해 상기 안테나와 연결되는 반도체 칩, 상기 반도체 칩 내부에 형성되며 적어도 하나의 다이오드 및 평활 소자를 포함하는 정류회로 및 상기 안테나 단자와 한쪽 극판이 직접 연결되고 다른 쪽 극판은 상기 평활 소자의 극판에 직접 연결되는 방식으로 상기 반도체 칩 내부에 형성되는 커런트 차단 소자를 포함한다. 상기 커런트 차단 소자는 차단 커패시터로, 평활 소자의 경우 평활 커패시터로 표현할 수 있으며, 다수의 커패시터가 직렬 또는 병렬 방식으로 연결되는 용량성 소자로 표현할 수 있다.
RFID 트랜스폰더, 렉테나, 커런트 차단 소자, 평활 소자, 커패시터

Description

RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나{RECTENNA FOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION TRANSPONDER}
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 루프 안테나를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 다이폴 안테나를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 렉테나를 갖는 RFID 트랜스폰더의 등가회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, ASIC 칩의 RF 임피던스를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 루프 안테나
104: 차단 커패시터
107: 평활 커패시터
201: 다이폴 안테나
301: 안테나 내부 임피던스
303: 정류회로의 복소 임피던스
404: 차단 커패시터의 직렬 리액턴스
본 발명은 안테나 단자와 커런트 블록킹 소자(current blocking circuitry)가 직렬로 연결된 트랜스폰더를 위한 렉테나에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification)시스템은 고유 정보를 저장하는 RFID 태그(트랜스폰더), 판독 및 해독 기능을 수행하는 RFID 리더(interrogator), 트랜스폰더로부터 읽어 들인 데이터를 처리할 수 있는 호스트 컴퓨터(서버), 응용 소프트웨어 및 네트워크로 구성된다. RFID 트랜스폰더(transponder)는 RFID에 내장된(embedded) 메모리의 컨텐츠를 백스캐터(backscatter) 통신 방법에 의해 리더기(호출 장치(interrogator))로 송신함으로써 응답할 수 있는 태그(tag) 장치이다. RFID 시스템에서 리더는 수신기와 송신기가 분리 구성되어 리더의 송신기에서 트랜스폰더 방향을 업링크, 트랜스폰더에서 리더의 수신기 방향을 다운링크라고 한다.
일반적으로, 트랜스폰더는 송신기/응답기의 합성어(transponder)로 부르는데, 이는 TRANSmitter/resPONDER에서 유래된 말이며 IC 칩과 안테나 회로로 구성되어 트랜스폰더와 리더 사이의 안테나와 RF 모듈에 의해 무선 접속으로 통신이 이루어진다.
동작 원리를 구체적으로 살펴보면, 리더 안테나 코일(1차 측)과 트랜스폰더 안테나 코일(2차 측) 사이에 형성된 자기장은 리더에서 트랜스폰더에 전원을 공급 한다. 이 에너지로 트랜스폰더 내부의 메모리에 저장된 데이터를 트랜스폰더의 안테나를 통하여 리더로 전송한다. 그러면 리더는 트랜스폰더로부터 입력되는 데이터를 수신한 후 데이터가 처리되면 리더 내에 있는 마이크로 컨트롤러가 수신된 신호가 타당한가를 검사한다. 여기서 타당하다고 판단된 신호는 데이터 신호로 변환하여 호스트 컴퓨터에 전송하고 호스트 컴퓨터는 미리 저장된 데이터베이스와 비교하여 필요한 서비스를 제공한다. 이와 같이 RFID 시스템은 여러 형태의 리더 및 트랜스폰더로 구성되어 무선 송. 수신 방식에 기반을 두고 있다.
트랜스폰더 내부에 전원 공급 장치의 존재 여부에 따라 능동형 트랜스폰더와 수동형 트랜스폰더로 구분된다. 능동형 트랜스폰더의 경우 자기 자신의 전원 공급 장치를 사용하여 데이터를 송. 수신하고, 수동형 트랜스폰더의 경우 리더의 유도 전류에 의해서 전원을 공급받아서 데이터를 송. 수신한다. 수동형 트랜스폰더는 베터리를 가지고 있지 않는 대신에 그 리더기의 호출되는 신호로부터 필요한 모든 에너지를 얻는다. 다시 말해서, 트랜스폰더를 위해 공급되는 DC 전력은 RF 캐리어(carrier)의 정류기에 의해 제공된다. 따라서 능동형 트랜스폰더는 수동형 트랜스폰더에 비해 훨씬 먼 거리에서도 인식이 가능하다. 수동형 트랜스폰더는 능동형 트랜스폰더보다 가볍고 비용이 저렴하며, 동작 수명이 길다.
일반적으로, 트랜스폰더는 안테나에 연결된 주문형 반도체(ASIC: Application-specific integrated circuit)로 구성된다. 정류회로(rectifier circuits)는 주문형 반도체의 일부분이고 쇼트키 다이오드(Schottky diodes)와 같은 다이오드들과 평활 소자 (smoothing circuitry), 커런트 블록킹 소자 (current blocking circuitry) 등으로 구성된다. 평활 소자나 커런트 블록킹 소자의 경우 일반적으로 커패시터가 많이 쓰이는 편이나 동일한 기능을 하는 다른 소자로 대체될 수도 있다. 안테나와 정류기로 구성되는 회로를 렉테나(Rectenna)라고 부른다.
일반적으로 렉테나에 대한 두 가지 형태의 기술로서, 첫 번째 형태로 루프(loop) 형태의 안테나가 있으며, 두 번째 형태로 다이폴(dipole) 안테나가 있다. 이 두 가지 경우에서 다이오드는 ASIC에 전력을 공급하는 데 쓰이는 DC 전압을 평활 커패시터(smoothing capacitor)에 충전하는 역할을 한다. 전력 소비는 부하에서 발생한다.
방사 패턴(radiation pattern), 이득(gain), 편극(polarization), 대역폭(bandwidth) 등의 동작 특성의 관점에서 보는 예전 안테나 분류와는 달리, 현재 안테나 분류는 안테나의 방사체(radiator)가 정류기에 의해 발생된 DC 전압에 얼마나 충격(impact)을 주는 지를 기준으로 한다.
다이폴 안테나와는 대조적으로 DC 전압의 측면에서 볼 때 루프 안테나는 안테나의 단자를 직접적으로 분류(shunt)한다. 그래서 현재의 안테나 분류에 의하면, 루프 안테나 형태는 종래의 루프 안테나뿐만 아니라 다양한 슬롯(slot) 형태의 안테나, 접힌(folded) 안테나, 그리고 DC 전압에 의해 안테나 단자를 단락시키는 방사체로 구성된 안테나들을 포함한다.
루프 안테나는 보통 이득(gain)과 주파수 대역폭(frequency bandwidth)에 영향을 끼치지 않는 훨씬 작게 디자인된 트랜스폰더를 제공한다. 그러므로 실제적으로 작은 트랜스폰더를 요구하는 많은 RFID 부품에서는 루프 안테나를 좀더 많이 선 호한다.
루프 안테나는 안테나의 단자에서 정류기의 입력단인 DC 전압에 의해 분류된다. 결과적으로 평활 커패시터는 부분적으로 RF 입력 파형의 반 주기 동안 부분적으로 방전된다. 왜냐하면, 안테나의 단자에 연결된 다이오드가 역방향일 때 작은 누설 전류(leakage current)가 있기 때문이다, 그러한 다이오드와 단락된 루프 안테나를 통해 방전되는 누설 전류는 결과적으로 ASIC에 공급되는 전력을 감소시킨다. 달리 표현하면, 감소된 전력은 전체 RFID 시스템의 판독 범위(read racge)를 심각하게 감소시킨다.
대조적으로 다이폴 안테나의 경우 안테나의 두 개의 극이 서로 떨어져 있기 때문에 안테나 양극은 서로 개방회로(open circuit)으로 볼 수 있어 결국 전류가 흐를 수 없으므로 DC전압 측면에서 상기에서 언급한 문제점과는 거리가 멀다는 것이 명백함을 알 수 있다.
종래기술에서 ASIC의 RF의 입력 단자 한쪽과 차단 커패시터가 직렬로 연결된 예가 있다. 이 때 다이오드 각각은 평활 커패시터를 보통 ASIC에 전력을 공급하는 데 이용되는 DC전압으로 충전시키는 역할을 한다. 전력 소비는 부하에서 다시 일어나며, 상기 차단 커패시터는 다이오드와 루프 안테나를 통해 상기 평활 커패시터로 방전되는 누설 DC 전압을 미리 차단한다.
그러나 상기 종래기술의 주요 문제점은 상기 차단 커패시터의 위치 때문에 원하지 않는 추가적 손실(additional loss)을 야기한다는 점이다. 이러한 문제점은 상기 종래기술에서 차단 커패시터 한쪽 극판이 정류기의 다이오드와 직접 연결 되기 때문에 발생한다. 그러므로 반도체 칩의 배치에 있어 이러한 회로의 실제적인 구현은 다이오드의 전극과 ASIC의 RF 단자 사이에 커패시터를 형성하기 위해 금속 배선을 하는데 많은 공간을 필요로 한다.
따라서 다이오드 각각이 ASIC의 RF 단자로부터 실질적으로 멀리 떨어져 있다. 그래서 RF 주파수에서 입력 단에서 분명하게 드러나는 손실은 RFID 트랜스폰더의 민감도(sensitivity)를 상당히 감소시키며, 결국 약한 민감도는 전체적인 RFID 시스템의 판독 범위(read range)를 감소시키는 결과를 초래한다.
따라서, RFID의 민감도가 손실되지 않고, 트랜스폰더 ASIC에 연결되는 안테나의 형태를 다양화하기 위해(안테나의 자유도를 증가하기 위함) 정류 회로가 존재하는 렉테나를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 민감도에 대한 손실이 없고 RFID 시스템에 연결되는 안테나의 형태를 다양화하기 위해 트랜스폰더 ASIC 내부에 정류회로가 포함된 렉테나에 관한 새로운 기술을 제시한다.
본 발명은 렉테나에 포함된 차단 커패시터의 한쪽 극판이 직접적으로 안테나의 한쪽 단자에 연결되고 다른 쪽 극판은 직접 정류기의 평활 커패시터의 극판에 연결되는 방식으로 구성되는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나를 제공한다.
본 발명은 안테나 자유도 및 커패시터 자유도를 증가시키는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나를 제공한다.
상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나는, 안테나 단자를 포함하는 안테나, 상기 안테나 단자를 통해 상기 안테나와 연결되는 반도체 칩, 상기 반도체 칩 내부에 형성되며, 적어도 하나의 다이오드 및 평활 소자를 포함하는 정류회로 및 상기 안테나 단자와 한쪽 극판이 직접 연결되고 다른 쪽 극판은 상기 평활 소자의 극판에 직접 연결되는 방식으로 상기 반도체 칩 내부에 형성되는 커런트 차단 소자를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 평활 소자는 평활 커패시터를 포함하고, 상기 커런트 차단 소자는 차단 커패시터를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다 (이 경우 커패시터에 한정되지 않고, 동일한 기능을 하는 다른 소자로도 대체될 수 있다).
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 차단 커패시터는 다수의 커패시터가 병렬 또는 직렬 연결된 하나의 등가 용량성 소자인 것을 특징으로 하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 다이오드의 전극은 상기 한쪽 극판과 직접 연결되지 않는 다른 안테나 단자와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 루프 안테나를 포함하는 렉테나를 도시한 도면이다.
도 1을 구체적으로 살펴보면, RFID 트랜스폰더와 연결된 안테나의 ASIC 칩에 내장된 정류회로를 포함하고 있는 렉테나를 나타낸 것이다. 단자 A(102)와 단자 B(103)을 포함하는 루프 안테나(101)는 다이오드 D1(105)와 D2(106)로 구성된 반파 전압 배율기(doubler)와 평활 커패시터 C(107)와 부하(108)로 구성된 정류회로가 렉테나(rectenna)를 구성한다. 다이오드 D1(105)과 D2(106)는 평활 커패시터 C(107)를 보통 ASIC에 전력을 공급하는 데 사용되는 DC 전압으로 충전시키는 역할을 한다. 전력 소비는 부하(108)에서 다시 일어난다. 다이오드 D2(106)는 역시 클리퍼(clipper)기능도 수행한다. 다행히도 입력부의 차단 커패시터 C1(104)는 다이오드 D1(105)와 루프 안테나(101)를 통해 평활 커패시터 C(107)로 방전되는 누설 DC 전압을 미리 차단한다.
역방향의 다이오드 D1(105)과 루프 안테나(101)를 통해 평활 커패시터 C(107)로 방전되는 누설 DC전압을 막기 위하여 직렬로 연결된 차단 커패시터 C1(104)은 ASIC의 RF 입력 단자에 위치한다. 커패시터 C1(104)은 RF에 대해서는 전도성을 가지지만, DC 전압에 대해서는 비전도성을 나타내기 때문에 누설되는 DC 전압을 차단할 수 있는 것이다.
직렬로 연결되는 차단 커패시터 C1(104)의 한쪽 극판은 안테나의 단자 B(103)에 직접적으로 연결되고, 다른 쪽 극판은 정류기의 평활 커패시터 C(106)의 한쪽 극과 직접 연결되는 것을 특징으로 한다. 다시 말해서 도 1에서는 특별히 C1(104)의 위치가 DC전압이 평활 커패시터 C(107)로 방전되면서 누설되는 것을 완전하게 막기 위해 로프 안테나(101)의 단자 B(103)와 직렬로 연결되면서 그라운드(ground)에 위치하는 것을 특징으로 한다. 그리고 동시에 그것은 반도체 ASIC 칩 내부에 있는 다이오드 D1(105)과 D2(106)의 물리적인 위치에 영향을 주지 않는다.
다이오드 D1(105)과 D2(106)는 둘 다 RF 단자 A(102)에 매우 가까이 위치하고 있기 때문에 반도체 내부에 위치하는 안테나의 단자 A(102)와 다이오드 들의 전극 간에 금속 선로에서 발생되는 손실이 최소가 된다. 그것 때문에 본 발명에서의 정류 안테나는 RFID 트랜스폰더의 충분한 민감도(sensitivity)를 유지하게 해준다.그러므로 전체적인 RFID 시스템의 판독 범위(read range)가 감소되지 않는다.
참고로, 도 1에서 제시되어 있는 정류 회로는 다른 방식의 정류 회로로 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 다이폴 안테나를 포함하는 렉테나를 도시한 도면이다.
단자 A(202)와 단자 B(203)을 포함하는 다이폴 안테나(201)는 다이오드 D1(205)와 D2(206)로 구성된 반파 전압 배율기(doubler)와 평활 커패시터 C(207)와 부하(208)로 구성된 정류회로와 함께 렉테나를 구성한다. 다이오드 D1(205)과 D2(206)는 평활 커패시터 C(207)를 보통 ASIC에 전력을 공급하는 데 사용되는 DC 전압으로 충전시키는 역할을 한다. 전력 소비는 부하(208)에서 다시 일어난다.
여기서 다이폴 안테나(201)는 DC전압 측면에서 루프 안테나(101)가 가지고 있는 단점과 거리가 멀다는 것이 명백하다. 왜냐하면, 다이폴 안테나(201)에서는 안테나의 두 개의 극이 서로 떨어져 있기 때문에 양 극이 단락되어 있지 않아 다이오드 D1(205)가 역방향일 때 발생되는 작은 누설 전류(leakage current)의 영향이 크지 않기 때문이다.
따라서 루프 안테나(101)와는 달리 차단 커패시터 C1(204)의 존재에 따른 영향이 크지 않다. 하지만, 렉테나를 구성하는 안테나의 형태가 루프 안테나(101) 뿐만 아니라 다이폴 안테나(201) 형태도 적용될 수 있다는 것을 도 2가 나타내고 있다. 다시 말해서, 커패시터 C1(204)이 안테나의 B단자(203)와 직렬로 연결되면서 그라운드에 위치하는 경우 안테나의 자유도가 증가하여 어떤 형태의 안테나이던지 누설 전류의 영향을 크게 받지 않고 적용할 수 있다는 것을 나타낸다.
참고로, 도 2에서 제시되어 있는 정류 회로는 다른 방식의 정류 회로로 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 렉테나를 갖는 RFID 트랜스폰더의 등가 회로를 도시한 도면이다.
모든 형태의 안테나를 고려할 때, RFID 트랜스폰더는 대부분 간단하게 등가 회로로 표현될 수 있다. 단자 A(304)와 단자 B(305)를 기준으로 좌측에는 여러 형태의 안테나가 내부 임피던스 Za(301)와 전압원 Ea(302)으로 표현되고, 우측에는 ASIC 칩 내부에 장착된 정류회로를 표현한 복소 임피던스 Zc(303)으로 표현할 수 있다.
구체적으로, Za=Ra+jXa는 안테나의 복소 임피던스(301)이고, Zc=Rc+jXc는 ASIC 칩의 입력 임피던스(303)이다. 전압원 Ea(302)는 안테나에 의해 유발되는 개방회로 RF 전압원을 나타낸다. Za(301)와 Zc(303) 둘 다 주파수에 종속적이며, Zc(303)는 ASIC에 의해 수락된 전력 P에 종속한다.
일반적으로 임피던스의 부정합(mismatch) 때문에 이용할 수 있는 전력의 일부분이 안테나 뒤로 반사(reflected)된다. 안테나로부터 최대로 이용 가능한 RF 전력은 오직
Figure 112007001023018-pat00001
(복소 공액 임피던스) 일 때 ASIC로 전달될 수 있다. 안테나는 되도록이면 ASIC에 전달되기에 충분한 최소 전력과 입력 단자 A(304), 단자 B(305)에서 RF 전압값의 최소 피크값과 같은 한계 동작 조건에서 ASIC와 매칭(matching)되어야 한다. 입력 단자 A(304)와 B(305)에서 전압 V(306)의 피크치는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007001023018-pat00002
상기 수학식 1에서 볼 수 있듯이 전압 V(306)는 ASIC 칩의 입력 임피던스 Zc(303)의 실수부인 Rc와 허수부인 리액턴스 Xc로 구성되어 있기 때문에 ASIC의 복소 RF 임피던스 Zc(303)는 중요하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, ASIC 칩의 RF 임피던스를 도시한 도 면이다.
R-jX(403)는 차단 커패시터 C1(104)가 존재하지 않는 경우에 로드된(loaded) 정류기의 복소 임피던스이고, -jX1 =
Figure 112007001023018-pat00003
(404)는 차단 커패시터 C1(104,204)의 직렬 리액턴스(reactance)이다. 직렬 리액턴스 때문에 차단 커패시터 C1(104,204)은 ASIC의 전체 리액턴스 jXc의 값을 손쉽게 향상시키게 해준다. 직렬로 연결되는 차단 커패시터 C1(104,204)의 값은 주어지는 모든 리더기를 고려해서 RFID 시스템의 판독 범위를 최대한으로 할 수 있는 ASIC의 임피던스 Zc=Rc+jXc (303)으로 조정할 수 있도록 선택되어야 한다.
여기서 -jX1(404)의 경우 차단 커패시터 C1(104,204)의 직렬 리액턴스이므로 다른 관점에서 보면 다수의 커패시터를 직렬이나 병렬 방식으로 연결하여 하나의 유사 용량성 등가 소자로 바라보고 하나의 차단 커패시터 C1(104,204)을 대체하는 것도 가능하므로 커패시터의 자유도가 증가되는 것을 알 수 있다.
참고로, 적어도 2개 이상의 정류기를 직렬 또는 병렬로 연결하여 하나의 정류기로 대체하는 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.
본 발명에 따르면, RFID 시스템에 손실을 가하지 않으면서 연결되는 안테나의 형태를 다양화하기 위한 트랜스폰더 ASIC를 포함하는 정류회로를 갖는 렉테나에 관한 새로운 기술이 제시된다.
본 발명에 따르면, 렉테나에 포함된 차단 커패시터의 한쪽 극판이 직접적으로 안테나의 한쪽 단자에 연결되고 다른 쪽 극판은 직접 정류기의 평활 커패시터의 극판에 연결되는 방식으로 구성되는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다.
본 발명에 따르면, 렉테나에 포함된 차단 커패시터가 그라운드에 위치하는 경우 평활 커패시터로 방전되는 누설 DC 전압을 미리 차단하여 선로에서 발생되는 손실이 최소가 된다. 이 때문에 본 발명에서의 정류 안테나는 RFID 트랜스폰더의 충분한 민감도를 유지하게 해주고 결과적으로 전체적인 RFID 시스템의 판독 범위가 감소되지 않는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다.
본 발명에 따르면, 차단 커패시터가 그라운드에 위치하여 안테나의 형태에 관계없이 누설되는 DC 전압의 영향이 거의 없기 때문에 안테나 자유도 (degree of freedom)가 증가하는 렉테나가 제공된다.
본 발명에 따르면, 차단 커패시터의 경우 다수의 커패시터가 직렬이나 병렬 형식으로 연결되어 하나의 복소 임피던스를 갖는 커패시터로 대체할 수 있기 때문에 커패시터 자유도를 증가시키는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나가 제공된다.

Claims (8)

  1. 안테나 단자를 포함하는 안테나;
    상기 안테나 단자를 통해 상기 안테나와 연결되는 반도체 칩;
    상기 반도체 칩 내부에 형성되며, 적어도 하나의 다이오드 및 평활 소자를 포함하는 정류회로; 및
    상기 안테나 단자와 한쪽 극판이 직접 연결되고 다른 쪽 극판은 상기 평활 소자의 극판에 직접 연결되는 방식으로 상기 반도체 칩 내부의 그라운드에 위치하는 커런트 차단 소자
    를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평활 소자는 평활 커패시터를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커런트 차단 소자는 차단 커패시터를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단 커패시터는 다수의 커패시터가 병렬 연결되는 용량성 소자를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 차단 커패시터는 다수의 커패시터가 직렬 연결되는 용량성 소자를 포함하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정류회로는 상기 반도체 칩 내부에 적어도 2개 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다이오드의 전극은, 상기 한쪽 극판과 직접 연결되지 않는 다른 안테나 단자와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다이오드는 2개의 다이오드를 포함하고,
    상기 2개의 다이오드 사이에 위치한 노드가, 상기 한쪽 극판과 직접 연결되지 않는 다른 안테나 단자와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 RFID 트랜스폰더를 위한 렉테나.
KR1020070001120A 2007-01-04 2007-01-04 Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나 KR100792256B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070001120A KR100792256B1 (ko) 2007-01-04 2007-01-04 Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070001120A KR100792256B1 (ko) 2007-01-04 2007-01-04 Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100792256B1 true KR100792256B1 (ko) 2008-01-07

Family

ID=39216930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070001120A KR100792256B1 (ko) 2007-01-04 2007-01-04 Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100792256B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140924A (en) 1998-02-07 2000-10-31 Nat'l. Univ. of Singapore Rectifying antenna circuit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140924A (en) 1998-02-07 2000-10-31 Nat'l. Univ. of Singapore Rectifying antenna circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7768406B1 (en) RFID tag circuit rectifier with controlled backflow reduction
US6963269B2 (en) Contactless IC card
KR100732681B1 (ko) Rfid 태그 및 이를 갖는 rfid 시스템
US20090140928A1 (en) Radio frequency identification tag and radio frequency identification tag antenna
US8654012B2 (en) Tag antenna using microstrip line, method of manufacturing the same and radio frequency identification tag
US7629929B2 (en) Antenna using proximity-coupled feed method, RFID tag having the same, and antenna impedance matching method thereof
EP2341603A1 (en) Charge pump stage of radio-frequency identification transponder
US20100148926A1 (en) Dual antenna rfid tag
US20040245858A1 (en) Rectifier utilizing a grounded antenna
US11734540B1 (en) Rectifier backflow reduction via biasing
KR20140094309A (ko) Hf/uhf rfid 다중 대역 태그 안테나
US9000835B1 (en) Hot RF rectifiers for RFID applications
US20070075147A1 (en) Circuits for preventing overvoltage conditions on antenna terminals and method
US20070139198A1 (en) RFID tag capable of limiting over-voltage and method for controlling over-voltage thereof
CN117875351A (zh) 增加rfid标签灵敏度的方法
EP1966618B1 (en) Circuit and data carrier with radio frequency interface
JP2005202721A (ja) 非接触データキャリア
KR100792256B1 (ko) Rfid 트랜스폰더를 위한 렉테나
KR100688093B1 (ko) 근접 결합 급전 방식을 이용한 안테나, rfⅰd 태그 및안테나 임피던스 정합 방법
KR100659273B1 (ko) Rfid 태그 및 이를 갖는 rfid 시스템
KR100932558B1 (ko) 전파 식별 태그 및 전파 식별 태그 안테나
US20060022041A1 (en) Semiconductor Integrated Circuit and Noncontact Information Medium
KR102112529B1 (ko) Rfid 리더용 안테나 장치, 이를 포함하는 rfid 리더 시스템 및 rfid 시스템
US20080290165A1 (en) Data Carrier with a Radio Frequency Interface
KR20120007945A (ko) 2단 급전 슬릿을 가진 마이크로스트립 안테나 및 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee