KR100867755B1 - 무선주파수인식 리더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선주파수를 이용하여 비접촉식으로 RFID 태그의 식별정보를 판독하거나 기록하는 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification) 시스템의 리더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 변환 방식을 사용하는 리더에 있어서 리더와 태그의 거리를 포함하는 환경 조건에 따라 다이나믹(dynamic)하게 발생하는 디씨 오프셋을 제거하고 복조 신호의 이득을 제어하여 태그로부터 공급되는 식별 정보를 정확하게 판독할 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템의 리더에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무선주파수인식 리더는 태그로부터 수신한 태그의 응답 신호를 처리하는 무선주파수인식 리더에 있어서, 상기 태그의 응답 신호를 복조한 복조 신호에 포함된 디씨 오프셋 성분을 제거하고 상기 복조 신호의 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부를 포함하되, 상기 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부는, 상기 복조 신호에서 디씨 오프셋 성분을 추출하는 디씨 오프셋 추출부와, 상기 복조 신호에서 상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 성분을 제거하면서 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거부를 포함하며, 상기 디씨 오프셋 제거부는, 상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제1 트랜지스터, 상기 복조 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제2 트랜지스터, 전원 전압과 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 부하, 상기 전원 전압과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제2 부하, 접지 전원에 연결되는 전류원, 상기 제1 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제3 부하, 및 상기 제2 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제4 부하를 포함한다.

Description

무선주파수인식 리더{RFID READER}

도 1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 구성도.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 RFID 시스템에 적용될 수 있는 리더(10)의 구조를 보다 구체적으로 보여주는 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수인식 리더를 나타내는 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수인식 리더의 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부를 나타내는 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

130 : 디씨 오프셋 추출부

140 : 디씨 오프셋 제거부

T1 : 제1 트랜지스터

T2 : 제2 트랜지스터

R1 : 제1 부하

R2 : 제2 부하

IS : 전류원

R3 : 제3 부하

R4 : 제4 부하

본 발명은 무선주파수를 이용하여 비접촉식으로 RFID 태그의 식별정보를 판독하거나 기록하는 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification) 시스템의 리더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 변환 방식을 사용하는 리더에 있어서 리더와 태그의 거리를 포함하는 환경 조건에 따라 다이나믹(dynamic)하게 발생하는 디씨 오프셋을 제거하고 복조 신호의 이득을 제어하여 태그로부터 공급되는 식별 정보를 정확하게 판독할 수 있도록 한 무선 주파수 인식 시스템의 리더에 관한 것이다.

일반적으로 무선주파수인식(RFID, Radio Frequency IDentification)은 최소형 IC 칩에 고유한 식별정보를 입력하고 무선 주파수(RF)를 이용하여 이 칩이 부착된 물체나 동물 등을 인식·추적·관리할 수 있는 기술을 말한다. 이러한 RFID 시스템은 고유한 식별정보가 입력되고 물체나 동물 등에 부착되는 RFID 태그(Tag 또는 Transponder)와, 이 태그가 가지고 있는 식별정보를 비접촉식으로 읽거나 또는 쓰기 위한 리더(Reader 또는 Interrogator)로 이루어진다. 그리고 상기 리더에는 컴퓨터 등 정보처리장치가 연결되어 태그로부터 수집된 데이터를 처리한다.

도 1은 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 구성도이다. 상기 RFID 시스템은 리더(10)와 태그(20)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 태 그(20)는 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그로서, 소형 반도체 IC 칩과 안테나로 이루어지고, 상기 IC 칩에는 RF회로, 로직 및 메모리가 내장되어 있다. 이러한 태그(20)는 다양한 크기와 형태를 갖는다. 그리고 리더(10)는 특정 주파수대역의 RF신호를 태그(20)로 전송하는 전송부와 태그(20)에서 보내주는 신호를 수신하는 수신부 및 이를 송수신하기 위한 안테나를 포함하여 구성된다.

도 2는 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 기본적인 작용을 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 리더(10)는 고주파 캐리어 신호와 소정의 질문 신호를 포함하는 소정 주파수대역의 RF신호를 전송한다. 상기 RF신호에 의해 형성되는 리더(10)의 전자기장 내에 태그(20)가 위치되면, 태그(20)는 IC 칩을 동작시키는데 필요한 동작 전원을 리더(10)의 고주파 캐리어 신호로부터 공급받는다. 즉, 리더(10)에서 전송되는 고주파 캐리어 신호는 태그의 안테나에 교류를 발생시키고 발생된 교류는 정류된 후 IC 칩을 위한 전기에너지로 사용되는 것이다. 또한 태그(20)는 수신된 RF신호를 변조하고 이를 근거로 태그(20)에 저장된 데이터를 반사 변조하여 응답 신호로서 리더(10)로 전송한다. 이와 같이 종래의 RFID 시스템은 리더(10)와 태그(20) 사이에 정보전송은 물론 수동형 태그를 활성화 시키기 위한 전력 전송이 함께 수행된다.

일반적으로 자체적으로 전원을 갖지 않는 수동형 태그(Passive tag)는 인식거리가 1m 이하로 짧기 때문에 저주파(125kHz, 12.56MHz)의 근거리용 RFID 시스템이 주로 사용되고 있다. 이들 근거리용 RFID 시스템은 리더의 다 권선 코일에 의하여 전원 및 신호를 송신하고 태그는 리더의 코일에 흐르는 교류 전류의 자계에 의 한 자계결합(magnetic coupling) 방식에 의하여 전원 에너지 생성 및 신호를 수신한다. 따라서 수동형 태그를 사용하는 종래의 저주파 RFID 시스템은 태그의 인식거리가 짧기 때문에 출입관리 및 교통카드 등 한정된 목적으로 사용되었다.

한편, 읽기/쓰기가 가능하고 센서가 결합되어 이력관리 및 환경정보센싱이 가능하며 인식거리가 긴 능동형 태그(Active tag)는 전력 소모가 크기 때문에 자체적으로 배터리가 내장되어야 한다. 따라서 이러한 능동형 태그는 소형화가 어렵고 가격이 고가이며 전원 수명에 따라 사용 기간이 제한받는 단점이 있다.

최근에는 UHF(860∼960MHz,2.4GHz) 대역에서 전자기파와 반사 변조(Backscattered Modulation) 방식을 이용한 수동형 RFID 기술의 표준화가 진행되고 있다. 이에 따라 수동형 태그(Passive tag)의 인식거리가 5m 이상으로 늘어날 것으로 전망된다. 또한 이론적으로 리더의 송신출력을 크게 하고 태그의 안테나를 크게 하면 태그와 리더 간의 통신거리는 더욱 늘릴 수 있다.

더욱이 앞으로는 RFID는 태그가, 리더의 요구에 따라 단순히 식별(ID)정보만을 전달하는 수동형에서 센싱 기능이 추가되어 주변의 환경정보(온도, 습도, 오염정보, 균열정보 등)까지 스스로 탐지(Sensor)하여 능동적으로 네트워크에 전달하는 유비쿼터스 센서(u센서)로 발전할 것으로 전망된다. 또한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN; Ubiquitous Sensor Network)는 길거리의 전신주나 보도, 빌딩의 벽이나 바닥 등 사물뿐만 아니라 동물에게 초소형 태그를 부착하고(Ubiquitous), 곳곳에 설치된 무선리더나 사용자가 휴대하고 있는 이동형 무선리더를 이용하여 정보를 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 네트워크(Network)로 전달하는 것이다.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 RFID 시스템에 적용될 수 있는 리더(10)의 구조를 보다 구체적으로 보여주는 구성도이다.

도 3을 참조하면, 태그(20)로 데이터를 송신하는 경우, 디지털 처리부(30)에서 출력된 데이터를 송신부(40)에서 주파수 합성부(50)에서 출력된 소정의 반송파와 혼합한 후 소정 레벨로 증폭하여 커플러(60) 및 RF용 안테나(70)를 통해 태그(20)로 전송한다.

태그(20)로부터 데이터를 수신하는 경우, 수신부(80)에서 RF용 안테나(70) 및 커플러(60)를 통해 수신된 태그(20)의 응답 신호에 주파수 합성부(50)에서 출력된 소정의 반송파와 혼합하여 복조 신호를 생성한 후 디지털 처리부(30)로 출력한다.

종래의 수신부(80)는 수신 신호를 중간 주파수로 변환한 후 다시 기저대역 신호로 변환하는 방식을 사용하였으나, 이 방식에서는 많은 필터와 믹서(Mixer)가 필요하여 수신 장치를 소형화하여 집적회로로 만들기 어려운 단점이 있었다. 이러한 단점을 개선하기 위해 중간 주파수를 사용하지 않는 직접 변환(Direct Conversion) 방식이 제시되었으나 이 방식은 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 외부 환경 조건에 따라 다이나믹하게 디씨 오프셋(DC Offset)이 발생하여 태그의 RF 신호의 손실로 RFID 시스템의 응답성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술에 따른 RFID 시스템의 리더가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 직접 변환 방식을 사용하는 리더에 있어서 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 외부 환경 조건에 따라 다이나믹하게 발생하는 디씨 오프셋을 제거하고 복조 신호의 이득을 제어하여 RFID 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 무선주파수인식 시스템의 리더를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 무선주파수인식 리더는 태그로부터 수신한 태그의 응답 신호를 처리하는 무선주파수인식 리더에 있어서, 상기 태그의 응답 신호를 복조한 복조 신호에 포함된 디씨 오프셋 성분을 제거하고 상기 복조 신호의 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부를 포함하되, 상기 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부는, 상기 복조 신호에서 디씨 오프셋 성분을 추출하는 디씨 오프셋 추출부와, 상기 복조 신호에서 상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 성분을 제거하면서 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거부를 포함하며, 상기 디씨 오프셋 제거부는, 상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제1 트랜지스터, 상기 복조 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제2 트랜지스터, 전원 전압과 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 부하, 상기 전원 전압과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제2 부하, 접지 전원에 연결되는 전류원, 상기 제1 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제3 부하, 및 상기 제2 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제4 부하를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수인식 리더를 나타내는 구성도이다.

도 4의 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부(120)는 태그(20)의 응답 신호를 복조한 복조 신호에서 디씨 오프셋 성분을 추출하는 디씨 오프셋 추출부(130)와, 상기 복조 신호에서 디씨 오프셋 추출부(130)의 출력 성분을 제거하면서 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거부(140)로 구성된다.

디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부(120)는 피드 포워드(Feed Forward) 방식으로 구성될 수 있다.

디씨 오프셋 추출부(130)는 직접 변환 수신부(DCR; Direct Converion Receiver)로 인해 발생하는 디씨 오프셋 성분을 추출하는 것으로 저대역 통과 필터(Low Pass Filter)로 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수인식 리더의 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부(120)를 나타내는 구성도이다.

도 5를 참조하면, 디씨 오프셋 추출부(130)는 저항(R5)과 커패시터(C1)로 구성된 저대역 통과 필터로 이루어져 있다.

디씨 오프셋 제거부(140)는 디씨 오프셋 추출부(130)의 출력 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제1 트랜지스터(T1)와, 복조 신호(IN)를 게이트 입력 신호로 하는 제2 트랜지스터(T2)와, 전원 전압(VDD)과 제1 트랜지스터(T1)의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 부하(R1), 전원 전압(VDD)과 제2 트랜지스터(T2)의 드레인 단자 사이에 연결되는 제2 부하(R2), 접지 전원(GND)에 연결되는 전류원(IS), 제1 트랜지스터(T1)의 소오스 단자와 전류원(IS) 사이에 연결되는 제3 부하(R3), 제2 트랜지스터(T2)의 소오스 단자와 전류원(IS) 사이에 연결되는 제4 부하(R4)로 구성된다.

디씨 오프셋 제거부(140)의 출력신호(OUT)는 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2)의 드레인 단자에 연결된다.

일반적으로 제1 부하(R1)와 제2 부하(R2)의 저항값은 동일하며, 제3 부하(R3)와 제4 부하(R4)의 저항값은 동일하다. 제1, 제2 트랜지스터 상단의 부하(R1, R2)와 제1, 제2 트랜지스터 하단의 부하(R3, R4)의 부하 비에 따라 디씨 오프셋 제거부(140)의 출력신호(OUT)의 이득이 조절될 수 있고, 디씨 오프셋 제거 부(140)의 출력신호(OUT)는 디씨 오프셋 성분이 제거되고 신호의 이득이 조절되어 출력된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선주파수인식 시스템의 리더는 리더와 태그 간의 거리를 포함하는 외부 통신 환경에 따라 다이나믹하게 발생하는 디씨 오프셋 성분을 제거한 후 복조 신호의 이득을 제어함으로써, 태그로부터 공급되는 RF 신호의 손실로 인해 발생되는 저하된 RFID 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 태그로부터 수신한 태그의 응답 신호를 처리하는 무선주파수인식 리더에 있어서,

   상기 태그의 응답 신호를 복조한 복조 신호에 포함된 디씨 오프셋 성분을 제거하고 상기 복조 신호의 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부를 포함하되,

   상기 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부는,

   상기 복조 신호에서 디씨 오프셋 성분을 추출하는 디씨 오프셋 추출부와,

   상기 복조 신호에서 상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 성분을 제거하면서 이득을 제어하는 디씨 오프셋 제거부를 포함하며,

   상기 디씨 오프셋 제거부는,

   상기 디씨 오프셋 추출부의 출력 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제1 트랜지스터,

   상기 복조 신호를 게이트 입력 신호로 하는 제2 트랜지스터,

   전원 전압과 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 부하,

   상기 전원 전압과 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제2 부하,

   접지 전원에 연결되는 전류원,

   상기 제1 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제3 부하, 및

   상기 제2 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 전류원 사이에 연결되는 제4 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 리더.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디씨 오프셋 제거 및 이득 제어부는 피드 포워드 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 리더.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 디씨 오프셋 추출부는 저대역 통과 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선주파수인식 리더.
5. 삭제

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