KR100861842B1 - 비접촉 카드의 전원 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉 카드의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 판독기에서 발생하는 자기장으로부터 전력을 공급받아 정류전압으로 바꿔서 비접촉 카드의 구동을 위한 전원전압을 생성하는 전압 정류부와, 전원전압의 변화와는 무관하게 일정한 안정적인 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와, 전원전압과 기준전압을 비교한 결과에 의거하여 전압 정류부에서 정류되어 나오는 전압을 일정한 전압으로 강압해주는 전압 강압 조정부를 포함하며, 판독기와의 거리 변화 또는 데이터 전송에 따른 자기장의 세기 변화 시에도 비접촉 카드의 동작을 위한 전원전압을 안정적으로 공급하여 비접촉 카드의 안정적인 동작 환경을 제공하는 이점이 있다.
비접촉 카드, RF Tag, RFID, 전원 공급
Description
도 1은 종래 기술에 따른 비접촉 카드의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 카드의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 전압 정류부
120 : 전압 강하 조정부
130 : 기준전압 생성부
본 발명은 비접촉(contactless) 카드의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉 카드인 RF Tag 또는 RFID(Radio Frequency Identification)의 전원 공급 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, RFID 방식에서는 전원 공급 장치가 판독기(reader)에서 발생하는 자기장(magnetic field)으로부터 전력을 공급받아 동작하며, 판독기와 트 랜스폰더 사이에 데이터 전송이 이루어진다.
RFID는 기존의 마그네틱 스트라이프(magnetic stripe) 방식이나 접촉식 ID 방식에 비해 주변 환경에 거의 영향을 받지 않고, 시스템의 유지 관리가 용이하며, 가격이 저렴하고, 복제가 어려우며, 속도가 빠른 장점이 있다.
또한 RFID 시스템은 현재 간단한 출입 통제와 같은 근거리 저속 시스템을 비롯하여 고속도로 통행료 자동 수납과 같은 장거리 고속 시스템에 적용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 비접촉 카드의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
전원 공급 장치(30)는 판독기(10)에서 발생하는 자기장(20)으로부터 전력을 공급받는 코일(31)과, 코일(31)에 공급된 전력을 정류하는 정류기(33)와, 정류된 전압(Vrec)을 충전하는 캐패시터(C1)와, 활성 또는 비활성 상태에 따라 정류기(33)에 의해 정류되어진 전압(Vrec)을 접지로 패스(path)시키는 모스 트랜지스터(P1)와, 접지로 패스되는 전압(Vrec)의 저항 어레이(R1, R2)에 의한 분기 전압과 정류된 전압(Vrec)의 저항 어레이(R3, R4)에 의한 분기 전압인 기준전압을 비교하여 모스 트랜지스터(P1)의 전압 패스량을 조정하도록 전류 소스(current source)를 출력하여 정류기(33)에 의해 정류되어진 전압(Vrec)이 원하는 전압보다 상승할 경우 접지로의 전압 패스량을 늘리고 비접촉 카드가 동작 시에 필요로 하는 전압보다 하강이 되었을 때 접지로의 전압 패스량을 줄이는 비교기(35)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 전원 공급 장치(30)는 코일(31)에 걸리는 자기장(20)을 이용하여 일정한 전압을 생성시키고 정류기(33)에 의해 원하는 전압 크기로 정류하여 전체 비접촉 카드에 전원을 공급한다. 즉 배터리를 사용하지 않는 비접촉 카드는 판독기(10)의 자기장(20) 영역에 들어가면 전원 공급 장치(30)가 자기장(20)을 이용하여 전체 비접촉 카드를 동작시키기 위한 전원을 생성한다.
하지만 이러한 구조에서 정류기(33)를 통해 생성된 전압은 안정되지 않은 특성을 갖는다. 특히 데이터 전송 시 10% 전압 강하(voltage drop)가 발생하고, 주위 환경, 즉 판독기(10)와 비접촉 카드 사이의 거리 변화에 따른 자기장(20)의 세기 또는 캐리어 데이터(carrier data) 전송에 따른 전원전압 리플(power voltage ripple) 현상 등에 의해 전원전압의 특성이 달라진다.
판독기(10)와 비접촉 카드의 데이터 전송을 위한 프로토콜(protocol)은 자기장(20)의 세기가 "하이(high)"일 때는 데이터 값이 "1"이고, 자기장(20)의 세기가 "하이"보다 10% 약할 때는 데이터 값을 "0"으로 인식하는 프로토콜로 정의된다.
이로 인해 데이터 전송 시 전원이 불안정하여 비접촉 카드를 판독기(10)에 가까이 위치시키지 않고 거리를 두었을 때 자기장의 세기가 약해짐에 따라 비접촉 카드에 전해지는 전원이 불안정하여 비접촉 카드가 동직하지 않거나 오동작을 할 수 있다. 데이터 전송 시에 비교기(35)에 입력되는 입력 전압 값들이 유동적으로 변화되면, 즉 비교기(35)의 기준전압 값이 변화되면 정확한 전압(Vrec)이 생성되지 않을 수 있으며, 비교기(35)의 정확하고 빠른 동작을 기대하기 어려워 비접촉 카드의 동작을 위한 전원 전압의 리플 현상이 발생하기에 빠르고 안정적인 전원 안정화를 취할 수 없다.
특히 배터리를 사용하지 않는 비접촉 카드는 전원의 전압, 전류에 매우 민감 하므로 안정된 특성을 갖지 않은 한정된 전원전압 및 전류에 의해 비접촉 카드의 동작 오류가 발생하고, 이로 인해 심각한 동작 오류가 발생할 수 있다. 비접촉 카드에 저장된 중요한 데이터가 삭제 또는 다른 값으로 변경되는 경우도 발생할 수 있으며, 특히 보안을 요하는 비접촉 카드일 경우에는 오동작을 유발하여 중요한 데이터를 손실하거나 데이터를 해킹(hacking)하는데 악용될 수도 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 판독기와의 거리 변화 또는 데이터 전송에 따른 자기장의 세기 변화 시에도 비접촉 카드의 동작을 위한 전원전압을 안정적으로 공급하는 전원 공급 장치를 제공함으로써, 비접촉 카드의 안정적인 동작 환경을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 카드의 전원 공급 장치는, 판독기에서 발생하는 자기장으로부터 전력을 공급받아 정류전압으로 바꿔서 비접촉 카드의 구동을 위한 전원전압을 생성하는 전압 정류부와, 전원전압의 변화와는 무관하게 일정한 안정적인 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와, 전원전압과 기준전압을 비교한 결과에 의거하여 전압 정류부에서 정류되어 나오는 전압을 일정한 전압으로 강압해주는 전압 강압 조정부를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명 을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 카드의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 전원 공급 장치는, 판독기에서 발생하는 자기장으로부터 전력을 공급받아 정류전압으로 바꿔서 비접촉 카드의 구동을 위한 전원전압을 공급하는 전압 정류부(110)와, 전원전압과 기준전압 생성부(130)로부터 제공되는 기준전압을 비교한 결과에 의거하여 전압 정류부(110)에서 정류되어 나오는 전압을 일정한 전압으로 강압해주는 전압 강압 조정부(120)를 포함하여 구성된다.
전압 정류부(110)는 코일(111)에서 판독기의 자기장을 받으며, 정류기(113)는 자기장을 일정한 DC 전압으로 바꾸고, 정류기(113)에서 출력되는 전압은 캐패시터(C1)에 충전된다.
전압 강하 조정부(120)는 활성 또는 비활성 상태에 따라 전압 정류부(110)에 의해 정류되어진 전압(Vrec)을 접지로 패스시키는 제 1 모스 트랜지스터(P1)와, 접지로 패스되는 전압(Vrec)의 저항 어레이(R1, R2)에 의한 분기 전압과 기준전압 생성부(130)로부터 제공되는 기준전압(Vreg)을 비교하여 제 1 모스 트랜지스터(P1)의 전압 패스량을 조정하도록 전류 소스를 출력함으로써 전압 정류부(110)에 의해 정류되어진 전압(Vrec)이 원하는 전압보다 상승할 경우 접지로의 패스량을 늘리고 비접촉 카드가 동작 시에 필요로 하는 전압보다 하강이 되었을 때 접지로의 전압 패스량을 줄이는 제 1 비교기(121)를 포함한다. 제 1 모스 트랜지스터(P1)에서 접지 사이에 직렬로 연결된 저항 어레이인 저항(R1)과 저항(R2)이 있으며, 저항(R1)과 저항(R2) 사이에서의 전압이 제 1 비교기(121)의 반전 입력단인 음(-) 단자에 연결되고, 기준전압 생성부(130)로부터 제공되는 기준전압(Vreg)이 제 1 비교기(121)의 비반전 입력단인 양(+) 단자에 연결된다.
기준전압 생성부(130)는 기준전압(Vreg)의 저항(R3)에 의한 분배 전압 및 기준전압(Vreg)이 저항(R5)을 거쳐 피드백된 전압을 일정하게 유지시키는 전압 유지 회로를 구성하는 제 1 바이폴라 트랜지스터(BJT1) 및 제 2 바이폴라 트랜지스터(BJT2)와, 기준전압(Vreg)의 저항(R3)에 의한 분배 전압과 기준전압(Vreg)이 저항(R5)을 거쳐 피드백된 전압을 비교하여 기준전압(Vreg)을 출력하는 제 2 비교기(131)를 포함한다. 제 2 비교기(131)의 출력이 저항(R5)을 거쳐 제 2 비교기(131)의 음(-) 단자와 저항(R4)에 연결되며, 제 2 비교기(131)의 출력에 연결된 저항(R3)은 제 1 바이폴라 트랜지스터(BJT1)의 에미터(emitter)와 제 2 비교기(131)의 양(+) 단자에 연결되며, 저항(R4)은 제 2 바이폴라 트랜지스터(BJT2)의 에미터에 연결되고, 제 1 바이폴라 트랜지스터(BJT1)와 제 2 바이폴라 트랜지스터(BJT2)의 베이스(base)는 서로 연결되며, 제 1 바이폴라 트랜지스터(BJT1)와 제 2 바이폴라 트랜지스터(BJT2)의 컬렉터(collector)는 접지에 연결된다. 제 1 바이폴라 트랜지스터(BJT1)는 기준전압(Vreg)의 저항(R3)에 의한 분배 전압을 일정하게 유지시켜 제 2 비교기(131)의 비반전 입력단으로 제공하며, 제 2 바이폴라 트랜지스터(BJT2)는 기준전압(Vreg)이 저항(R5)을 거쳐 피드백된 전압을 일정하게 유지시켜 제 2 비교기(131)의 반전 입력단으로 제공한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전원 공급 장치는, 비접촉 카드가 동작할 수 있는 전원전압을 전압 정류부(110)가 생성하고, 기준전압 생성부(130)가 판독기와의 거리 변화 또는 데이터 전송 시에 발생하는 유동전압, 온도, 노이즈에 관계없이 일정한 안정적인 기준전압을 출력하며, 이 기준전압을 가지고 제 1 모스 트랜지스터(P1)를 통해 저항(R1)을 거쳐 출력되는 제 1 비교기(121)의 다른 입력 전압과 비교하여 제 1 모스 트랜지스터(P1)를 제어한다.
즉 안정적인 기준전압이 있음으로 제 1 비교기(121)는 제 1 모스 트랜지스터(P1)를 흐르는 전압인 Vrec 전압이 상승 또는 하강을 하더라도 빠르게 제 1 모스 트랜지스터(P1)를 제어함으로써 안정적인 Vrec 전압을 비접촉 카드에 제공할 수 있다.
캐패시터(C1)는 Vrec의 리플 현상을 제거할 수 있도록 전압 정류부(110)의 코일(111)에 걸리는 RF 주파수를 고려해서 커패시턴스 용량을 결정한다.
지금까지 본 발명의 일 실시 예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명은 판독기와의 거리 변화 또는 데이터 전송에 따른 자기장의 세기 변화 시에도 비접촉 카드의 동작을 위한 전원전압을 안정적으로 공급함으로써, 비접촉 카드의 안정적인 동작 환경을 제공한다. 즉 전원전압의 안정화를 통해 리플 현상을 제거하여 안정적인 데이터 전송을 유지할 수 있도록 한다.
이는 판독기와 비접촉 카드와의 통신 오류로 인한 통신 초기화 및 재반복 횟수를 줄여 비접촉 카드의 신뢰성을 높여준다. 또한 대단위 물류 시스템에 사용되는 RF 태그 시스템에 적용되면 물류 인식 시 오류로 인한 작업 중단 및 인식의 재반복 회수를 줄여 빠른 처리를 통한 물류 비용의 절감을 가져온다.
Claims (4)
- 삭제
- 판독기에서 발생하는 자기장으로부터 전력을 공급받아 정류전압으로 바꿔서 비접촉 카드의 구동을 위한 전원전압을 생성하는 전압 정류부와,상기 전원전압의 변화와는 무관하게 일정한 안정적인 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와,상기 전원전압과 상기 기준전압을 비교한 결과에 의거하여 상기 전압 정류부에서 정류되어 나오는 전압을 일정한 전압으로 강압해주는 전압 강압 조정부를 포함하며,상기 전압 강압 조정부는,활성 또는 비활성 상태에 따라 상기 전원전압을 접지로 패스시키는 제 1 모스 트랜지스터와, 상기 접지로 패스되는 전원전압의 저항 어레이에 의한 분기 전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 제 1 모스 트랜지스터의 전압 패스량을 조정하도록 전류 소스를 출력하는 제 1 비교기를 포함하는 비접촉 카드의 전원 공급 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 기준전압 생성부는,상기 기준전압의 저항에 의한 분배 전압 및 상기 기준전압이 저항을 거쳐 피드백된 전압을 저항을 통해 일정하게 유지시키는 전압 유지 회로와,상기 분배 전압과 상기 피드백된 전압을 비교하여 상기 기준전압을 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 비접촉 카드의 전원 공급 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 전압 유지 회로는,상기 분배 전압을 일정하게 유지시켜 상기 제 2 비교기의 비반전 입력단으로 제공하는 제 1 트랜지스터와,상기 피드백된 전압을 일정하게 유지시켜 상기 제 2 비교기의 반전 입력단으로 제공하는 제 2 트랜지스터를 포함하는 비접촉 카드의 전원 공급 장치.
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