KR100928612B1 - 트랜스폰더 장치 및 차량용 타이어 압력 감시 시스템 - Google Patents

트랜스폰더 장치 및 차량용 타이어 압력 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

트랜스폰더 장치는 반도체 기판과 집적된 CMOS 회로를 포함한다. CMOS 회로의 기판 다이오드에 의해 제1 정류 다이오드(DS)가 형성된다. 제1 MOS 트랜지스터 구조체(DR1) 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체(DR1)는 채널들이 직렬로 접속되어 제2 정류 다이오드(DR)로서 기능하고, 제1 정류 다이오드(DS)의 음극은 제2 정류 다이오드(DR)의 양극에 접속된다. 제1 MOS 트랜지스터 구조체(DR1) 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체(DR2)는, 이들 두 구조체들 간의 간격이 제1 MOS 트랜지스터 구조체 및 상기 제2 MOS 트랜지스터 구조체에 의해 기판 내에 형성된 기생 npn형 구조체가 무시할 수 있는 전류 이득을 갖기에 충분히 클 정도로 서로 이격되어 있다.
트랜스폰더 장치, 정류 다이오드, MOS 트랜지스터 구조체, 기판 다이오드, 질의기 유닛, RF 송신기

Description

트랜스폰더 장치 및 차량용 타이어 압력 감시 시스템{TRANSPONDER DEVICE}
본 발명은 특히 LC 발진기 회로, 에너지 저장 캐패시터 및 에너지 저장 캐패시터로부터의 에너지에 의해 전력을 공급받는 집적된 트랜스폰더 회로를 갖는 트랜스폰더 장치에 관한 것이다.
송수신 모드에서의 이런 트랜스폰더의 동작 에너지는 수신된 질의 RF 신호를 정류함으로써 질의기 송신기로부터 획득된다. 이 에너지는 전하 캐패시터에 저장된다. HDX(Half Duplex) CMOS 집적된 트랜스폰더 회로에서는, 고유 기판 다이오드(반도체 p형-기판과 함께 안테나 RF 단자에 연결된 n형-확산 영역들 중 임의의 것으로 형성됨)를 정류기 다이오드로서 사용한다. 이런 정류기 다이오드에서는, 단지 수신된 RF 신호의 네거티브 반파만이 사용되어, 전하 캐패시터에 저장된 최종 DC 전압은 RF 신호의 피크 전압으로 제한된다.
비교적 광범위한 트랜스폰더 송신기를 필요로 하는 응용의 경우, 반파 정류기에서 획득할 수 있는 것보다 더 높은 공급 전압을 필요로 한다. 전파 정류기에서는 반파 정류기에서 획득할 수 있는 것의 두 배의 전압을 획득할 수 있을 것이다.
전파 정류기는 기존의 기판 다이오드 이외에 제2 정류기 다이오드를 필요로 할 것이다. 기판 내에서의 추가 다이오드의 집적은 분리된 p형-웰 영역에 대해 웰 프로세스를 필요로 할 것이다. 저가로 트랜스폰더 장치를 제조하기 위해 이용가능한 CMOS 프로세스는 이런 옵션을 갖지 않는다.
다이오드로서 접속될 수 있는 고전압 PMOS 트랜지스터 또한 이런 기술에 의해 이용가능하지 않다.
제2 정류 다이오드는 다이오드 접속된 NMOS 트랜지스터로 형성될 수 있다. 그러나, p형-기판과 함께 필요한 n형-확산 영역들은 불가피하게 바이폴라 트랜지스터로서 동작하는 기생 npn형-구조체를 생성한다. 기생 npn형-구조체는 기판 다이오드가 도통일 때 네거티브 반파 동안 NMOS 트랜지스터로 형성된 정류기 다이오드의 역 절연성을 파괴한다.
본 발명은 다이오드 접속된 MOS 트랜지스터 구성을 제2 정류기 다이오드로서 사용하고 기생 npn형-구조체의 효과를 무시할 수 있는 트랜스폰더 장치를 제공한다.
기술된 실시예에서, 본 발명의 트랜스폰더 장치는 반도체 기판과 집적된 CMOS 회로를 포함한다. CMOS 회로의 기판 다이오드에 의해 제1 정류 다이오드가 형성된다. 제1 MOS 트랜지스터 구조체 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체의 채널들이 직렬로 접속되어 이들이 제2 정류 다이오드로서 기능한다. 제1 정류 다이오드의 음극은 제2 정류 다이오드의 양극에 접속된다. 제1 MOS 트랜지스터 구조체 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체는 서로 이격되어 있는 데, 이들 두 MOS 트랜지스터 구조체 간의 간격은 제1 MOS 트랜지스터 구조체와 제2 MOS 트랜지스터 구조체에 의해 기판 내에 형성된 기생 npn형-구조체가 무시할 수 있는 전류 이득을 가질 정도로 충분히 크다.
제2 정류기 다이오드의 일 구현예에서 사용된 NMOS 트랜지스터를 독립된 직렬 접속된 NMOS 트랜지스터 구조체로 분할하여 기판 내에서 서로 간격을 크게 두고 독립된 NMOS 구조체를 배치함으로써, 베이스 폭이 커져 전류 이득이 낮아짐으로써 기생 효과가 무시될 수 있는 기생 npn형 구조체가 형성된다.
다른 실시예에서는 두 MOS 트랜지스터 구조체 간의 간격을 100㎛보다 크게 한다.
또 다른 실시예에서는 p형 기판 전도성을 제공한다. 선택적으로, 제1 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체 각각은 NMOS 트랜지스터이다.
다른 실시예에서는 제1 정류기 다이오드의 음극 및 제2 정류기 다이오드의 양극에 접속된 제1 단자를 더 포함하는 트랜스폰더를 나타낸다. 제2 단자는 제1 정류기 다이오드의 양극에 접속되고, 제3 단자는 제2 정류기 다이오드의 음극에 접속된다.
또한, 트랜스폰더는 제1 단자와 제2 단자 사이에 제1 전하 캐패시터가 직렬로 접속된 LC 공진 회로를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서는, 제3 단자와 제2 단자 간에 제2 전하 캐패시터가 접속된다.
제1 정류기 다이오드 및 제2 정류기 다이오드 각각은 반파 정류기로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는 트랜스폰더 응용의 일부로서 트랜스폰더 장치를 제공한다.
또 다른 실시예에서는 트랜스폰더 장치는 차량용 타이어 압력 감시 시스템에 사용된다.
일례의 구현에서, 각 타이어를 감시하도록 제안된 트랜스폰더 장치를 포함하는 차량용 타이어 압력 감시 시스템이 제공되며, 이 트랜스폰더 장치는 집적된 RF 송신기를 가지며 감시해야 할 휠/타이어에 물리적으로 연관되어 있다. 또한, 각 타이어를 감시하고 대응하는 트랜스폰더 장치의 회로에 연결되는 압력 센서가 제공된다. 또한, 차량용 타이어 압력 감시 시스템은 각 트랜스폰더 장치에 연관되고 휠-이 위에 감시해야 할 타이어가 장착됨-에 근접하여 차량에 물리적으로 장착되는 질의기 유닛을 포함한다. 또한, 모든 트랜스폰더 장치마다 중앙 RF 수신기가 제공되며, 여기서 각 트랜스폰더 장치는 연관된 질의기 유닛에 유도적으로 결합되고 제1 동작 모드 시에 연관된 질의기 유닛으로부터 유도적으로 공급되는 에너지에 의해 충전되도록 구성된 전기 전하 축적 소자를 포함한다. 전하 축적 소자는 제2 동작 모드 시에 트랜스폰더 장치의 RF 송신기에 전력을 공급한다.
질의기 유닛의 기능은 제1 동작 모드 시의 연관된 트랜스폰더 장치에 에너지를 순차로 공급하고, 제2 동작 모드 시의 트랜스폰더 장치가 트랜스폰더 장치로부터의 데이터가 차량 내의 중앙 RF 수신기에 송신되도록 RF 송신기를 동작시키기 위한 것이다. 데이터 처리는 중앙 수신기에 연관된 적당한 제어기에서 발생할 수 있다. 따라서, 질의기 유닛은 데이터를 처리할 능력을 필요로 하지 않으며, 또한 데이터 송신을 위해 배선될 필요도 없다. 그러므로, 질의기에서의 데이터 처리 능력 및 복잡한 배선의 대가를 치르더라도 무배터리 개념으로부터의 명백한 이익은 달성되지 않는다.
바람직한 실시예에서는 전기 에너지의 축적 소자로서 캐패시터를 제안한다.
다른 실시예에서는 트랜스폰더 장치로부터 수신된 데이터를 처리하고 차량 내의 디스플레이 장치를 구동시키기 위한 부가 기능이 구비된 원격 조정 제어기에 연결되고 원격 제어 시스템의 일부로서 차량에 설치되는 중앙 RF 수신기를 제공한다.
다른 실시예에서는, 질의기 유닛은 원격 조정 제어기에 연결되어 이에 의해 제어된다.
또한, 원격 제어 시스템은 원격 키리스(keyless) 입력 시스템일 수 있다.
또 다른 실시예에서는 질의기 유닛은 차량의 해당 휠 하우징에 장착된다. 전하 축적 소자, 특히 캐패시터는 해당 휠의 회전 중에 충전된다.
또한, 질의기 유닛은 플라스틱 재료의 라이너 상에 장착될 수 있고 차량 회전에 대해 라이너의 주변 연장부의 대부분(major part)을 따라 연장하는 안테나를 포함한다.
또한, 일 실시예에서는, 질의기 유닛으로부터 트랜스폰더 장치로 전달되는 에너지는 LF 범위 내의 반송파 주파수의 전자기파이다.
또한, 캐패시터는 수 ㎌ 내지 수 십 ㎌ 범위의 용량을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 1은 기판 다이오드를 갖는 반파 정류 회로를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 회로에 따른 입력 전압 및 출력 전압 VCL을 도시한 도면.
도 3은 충전 단계 동안의 입력 전압 및 충전된 출력 전압 VCL 및 VCF를 도시한 도면.
도 4는 정류기 및 VCF-스위치의 회로도.
도 5는 두 개의 다이오드 DS 및 DR를 포함하는 회로도로서, 제2 다이오드 DR은 MOS 트랜지스터 구조체로서 실현되는 회로도.
도 6은 도 5의 다이오드들 및 기생 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 기판을 도시한 도면.
도 7A는 직렬 접속된 두 개의 MOS 트랜지스터 구조체를 도시한 도면.
도 7B는 하나의 MOS 트랜지스터 구조체를 포함하는 도 7A의 등가도.
도 8은 다이오드 DR로서 작용하는 두 개의 MOS 트랜지스터 구조체를 포함한, 도 5에 따른 회로도.
도 9는 도 8의 (기능) 다이오드 및 기생 바이폴라 트랜지스터를 포함한 기판을 도시한 도면.
도 10은 차량용 타이어 압력 감시 시스템에 대한 블록도.
도 11은 차량 휠 상에 장착되는 차량용 타이어 압력 감시 시스템 소자의 블 록도.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하면서 이하에서 도시 및 설명하기로 한다.
제한적이지 않은 단지 예시의 목적으로, 본 발명의 일례의 실시예에서는 타이어 압력 측정 시스템(TPMS) 트랜스폰더에 응용하는 것에 관련하여 기술된다. 이런 TPMS-트랜스폰더는 상향 링크(응답) 단계 동안 높은 진폭의 안테나 신호를 달성하기 위해 RF 안테나 신호의 피크 대 피크 전압 범위 내의 공급 전압을 필요로 한다.
도 1은 기판 다이오드로서 정류기 다이오드를 사용한 집적된 CMOS 트랜스폰더 회로 내의 반파 정류기를 도시한 것이다. LC 공진 회로는 병렬 접속된 인덕터 LRES 및 캐패시터 CRES를 포함한다. LC 공진 회로의 한 측은 단자 RF에 접속되고, 다른 측은 단자 VCL에 접속된다. 단자 VCL과 접지 단자 GND 사이에 충전 캐패시터 CL이 접속된다. 또한, 음극이 단자 RF에 접속되고 양극이 접지 단자 GND에 접속되는 기판 다이오드 DS가 접속된다. 이런 구성에서는, 단지 수신된 RF 신호의 네거티브 반파만이 사용된다.
도 2는 캐패시터 CL의 충전 단계 동안의 입력 전압 및 동일 기간 동안의 단자 VCL에서의 신호를 도시한 것이다.
도 1에 따른 반파 정류는 안테나 전압의 네거티브 반파 동안 단자 RF에 연결 된 임의 n형 확산 영역들의 기판 다이오드 DS에 의해 이루어진다. 이에 따라, 공급 전압은 안테나 정현파의 중심을 구축한다. 이는 상향 링크(송신, 응답) 단계 뿐 아니라, 하향 링크(수신, 질의) 단계에도 적용된다. 시스템이 반 이중 모드(half duplex mode)로 동작하면, 송신기는 응답 단계 동안 계속해서 침묵을 지켜야 한다. 따라서, 안테나 전압에서의 발진은 플럭킹(plucking)의 도움으로 태그에 의해 유지시켜야 한다. 플럭 기능은 공급 전압을 안테나 전압의 중심이 되도록 할 필요가 있다.
예를 들어, 타이어 압력 측정(감시) 시스템에서와 같은 응용의 경우, 증가된 공급 전압에 의해 트랜스폰더의 응답(상향 링크) 단계 동안 원하는 범위가 더 넓어지게 될 것이다. 반 이중 플럭 기능은 전압을 정현파의 거의 중간이 되도록 할 필요가 있다. 상향 링크 단계 동안 배가된(doubled) 공급 전압 VCF(피크 대 피크 전압)는 반파 정류기에 의해 발생된 단일 공급 전압 VCL로 전환될 것이다. 여기서, 배가된 공급 전압 VCF에 관해 플럭킹함으로써, 전압 VCF의 거의 두 배에 달하는 안테나 전압의 진폭을 달성할 것이다(도 3의 충전 기간 동안의 입력 전압(301) 및 출력 전압 VCL 및 VCF를 참조바람).
도 4에 VCF-스위치와 함께 대응하는 회로가 도시된다. 이 회로는 도 1에 따른 캐패시터 CL과 함께 LC 공진 회로를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 음극이 단자 RF에 접속되고 양극이 접지 단자 GND에 접속된 기판 다이오드 DS와 함께 단자 RF, VCL 및 접지 GND가 제공되어 있다. 도 4에서, 단자 VCL과 단자 VCF 사이에 스위치(402)가 접속된다. 단자 RF 또한 다이오드 DR의 양극에 접속되고, 다이오드 DR의 음극은 스위치(401)에 접속된다. 스위치(401)의 다른 측은 단자 VCF에 접속된다. 단자 VCF와 접지 GND 사이에 캐패시터 CCF가 접속된다.
VCF 스위치(401)를 단락시키면 트랜스폰더 장치의 상향 링크 단계 동안 바람직하게 사용되는 공급 전압 VCF가 두 배로 된다.
제2 정류기 다이오드 DR은 NMOS 트랜지스터로서 구현될 수 있다.
이런 접근법의 결과로서, 기생 바이폴라 npn형 트랜지스터 구조체 Q1(도 6 참조)이 불가피하게 만들어진다. 네거티브 반파 동안, RF 단자에서의 전위는 강제로 -0.7V에 달하는 접지 전위 GND 아래로 된다(다이오드 DS 상에서의 전압 강하). 여기서는 다이오드 DS에 의해 정류가 행해지고, 다이오드 DS는 순방향으로 구동되는 베이스-에미터 다이오드이므로, 기생 트랜지스터 Q1이 도통된다. 기생 트랜지스터 Q1의 콜렉터는 6V까지의 하이 레벨로 충전된 단자 VCF에 있다. 따라서, 단자 VCF로부터 단자 RF로 전하가 다시 흐르게 되어, 단자 VCF에서의 전압이 낮아진다. 이처럼, 기판 다이오드 DS의 사용은 MOS 다이오드 DR의 절연 효과를 파괴시킨다.
도 5는 기술된 MOS 트랜지스터에 의한 구현예의 등가 회로도이다. 이 회로는 도 4에 대응하지만, 다이오드 DR은 MOS 트랜지스터로 구현된다. 또한, 기생 npn형 트랜지스터 Q1이 도시된다.
원리 상, 트랜지스터 길이는 기생 트랜지스터 Q1의 베이스 폭 및 따라서 전 류 이득 β를 결정한다. 따라서, 전류 이득 β를 감소시킴으로써 기생 트랜지스터 Q1의 기생 현상을 최소화시킬 수 있다. 이는 베이스를 크게함으로써 달성할 수 있다.
따라서, 다이오드 DR을 구현하는 MOS 트랜지스터 구조체는 도 7A에 따른 두 개의 MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 DR2로 분할된다. 이에 의해, MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 MOS 트랜지스터 구조체 DR2가 기판 상에서 서로 이격된 위치로 배치됨으로써 기생 npn형 트랜지스터 Q1의 유효 베이스 폭이 증가하게 된다. 예를 들어, MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 MOS 트랜지스터 구조체 DR2 간의 거리가 1㎜에 달하면, 기생 npn형 트랜지스터 Q1의 베이스 폭은 2.5㎛에서 1㎜로 증가된다. 이로써, 결과적으로 전류 이득 β가 급격히 감소된다. 도 7B는 도 7A에 따른 두 개의 MOS 트랜지스터 구조체의 등가도이다. MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 DR2는 그들 게이트가 직렬 접속(직렬 접속 채널)으로 접속되어 있으므로, 채널 폭 W가 배가된 MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 DR2는 다이오드 DR과 등가이다.
도 8은 두 개의 독립된 MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 DR2를 갖는 트랜스폰더-IC를 포함한 회로를 도시한 것으로, 이들 구조체의 게이트 모두는 함께 접속되어 MOS 트랜지스터 구조체 DR1의 드레인에 접속되고, MOS 트랜지스터 구조체 DR1의 소스는 MOS 트랜지스터 구조체 DR1의 드레인 및 MOS 트랜지스터 구조체 DR2의 소스에 접속되고, MOS 트랜지스터 구조체 DR2의 소스는 또한 단지 VCF에서 캐패시터 CCF에 접속된다. 기생 npn형 트랜지스터 Q1은 MOS 트랜지스터 구조체 DR1의 드레인과 MOS 트랜지스터 구조체 DR2의 소스 사이에 위치된다.
도 8의 회로도의 물리적 구현에 대한 예시적인 부분을 도 9에 도시하였다. 도 9에서는 기판과, MOS 트랜지스터 구조체 DR1 및 DR2, 다이오드 DS 및 기생 트랜지스터 Q1을 포함한 상이한 도핑 영역들을 도시한다.
도 9에서, 기판은 p-형 도핑으로 이루어지고, 접지 확산 영역은 p+형으로 이루어지고, 두 개의 MOS 트랜지스터 구조체는 각각이 두 개의 N+형 도핑 영역을 포함한 NMOS 트랜지스터 구조체이다. 소스 및 드레인 단자는 각 NMOS 트랜지스터 구조체 내에서 서로 2.5㎛ 이격되어 있다. MOS 트랜지스터 구조체 DR1을 MOS 트랜지스터 구조체 DR2와 약 1㎜의 간격만큼 분리시키면, 기생 트랜지스터 Q1의 베이스 폭의 치수는 기생 트랜지스터 Q1의 전류 이득 β가 급격히 감소하여 이 기생 트랜지스터 Q1의 치명적인 현상이 무시될 정도가 된다.
도 10의 블록도는 차체 내에 중심 부품들을 갖는, 차량(1) 내에서의 완전한 감시 시스템을 도시한다. 차량(1)은 제어기(2) 및 중앙 RF 수신기(4)가 도시된 원격 키리스 입력 시스템을 갖추고 있다. 제어기(2) 및 중앙 RF 수신기(4)는 차량용 타이어 압력 감시 시스템에도 사용된다. 제어기(2)는 중앙 RF 수신기(4)로부터 입력을 수신하여, 디스플레이 장치(6) 및 감시해야 할 4 개의 휠(9)에 연관된 4 개의 휠 하우징(8)에 장착된 4 개의 질의기 유닛(7)에 출력한다.
질의기 유닛(7)은 플라스틱 진흙 보호 장치 뒤에 장착 도는 그 내에 집적되거나 또는 플라스틱 재료의 라이너 상에 장착되는 것이 바람직하다. 각 휠(9) 내에는, 해당 타이어에 물리적으로 연관된 트랜스폰더 장치(10)가 있다. 트랜스폰더 장치(10)는 바람직하게는 휠의 림(rim)에 장착되므로, 타이어 교체 후 재사용가능하다. 각 트랜스폰더 장치(10)는 연관된 안테나를 갖는 RF 송신기(12) 및 해당 질의기 유닛(7)에 유도적으로 결합된 LF 공진 회로(14)를 포함한다. 각 질의기 유닛(7)은 2-선식(two-wire) 연결 및 버스 시스템을 통해 중앙 제어기(2)에 연결된다. 질의기 유닛(7)은 트랜스폰더 장치(10)에 전력을 공급하는 데 사용되고, 또한 트랜스폰더 장치(10)에 명령 및 데이터를 전송하는 데 사용될 수 있다. 이런 차량용 타이어 압력 감시 시스템은 순차적 시스템이다. 제1 동작 모드에서는, 유도성 결합을 통해 질의기 유닛(7)으로부터 트랜스폰더 장치로 전력이 공급되고, 제2 동작 모드에서는, 질의기 유닛(7)은 측정 데이터가 중앙 RF 수신기(14)에 전달되도록 RF 송신기(12)를 구동시킨다.
도 11을 참조하면서, 트랜스폰더 장치의 기능에 대해 상세히 기술하기로 한다. 도 11은 도 10에 도시된 하나의 트랜스폰더 장치(10)를 상세히 나타낸 것이다. 점선으로 도시한 블록(18)은 집적 회로 상에 집적된 트랜스폰더 장치(10)의 부분을 한정한 것이다. 이 집적 회로(18)에는 RF 송신기(12), LF 공진 회로(14), 충전 축적 캐패시터(24) 및 압력 센서(26)가 연결되어 있다.
RF 송신기(12)는 출력 단자에 연결된다. 인덕터 안테나(20) 및 캐패시터(22)로 형성된 LF 공진 회로(14)는 집적 회로(18)의 LF 입력 단자에 연결된다. 캐패시터(24)는 전력 단자에 연결 및 충전되어, RF 송신기(12) 및 측정 회로에 에너지를 공급한다. 타이어 압력을 측정하는 압력 센서(26)는 아날로그 입력 단자에 연결된다.
집적 회로(18) 자체는 측정 데이터를 처리하고, 질의기 유닛(7)으로부터의 요청을 검출하여, 전압 공급을 제어하기 위한 회로를 포함한다.
공진 회로(14)에 의해 수신된 에너지는 LF 입력 단자를 통해 공진 회로(14)에 연결되는 집적 회로(18) 상의 정류기 블록(28)에서 정류된다. 정류기 블록(28)은 전력 단자를 통해 전압 조정기(32) 뿐 아니라 외부 캐패시터(24)에도 정류된 전압을 출력한다.
정류기 블록(28)은 상술된 전파 정류기로서, 캐패시터(24)는 LF 공진 회로(14)에서 수신된 RF 신호의 피크 대 피크 전압으로 충전되는 것에 유의할 필요가 있다.
캐패시터(24)로부터의 공급 전압은 또한 데이터 버퍼(34) 및 다른 전압 조정기(36)에 전달된다. 정류기 블록(28)은 또한 그 입력에서 수신된 신호를 복조기(30)의 입력에 접속된 출력에 전달한다. 집적 회로(18)의 주요 구성소자는 전압 조정기(32)로부터 전압 공급을 수신하는 프로그래머블 제어 유닛(38)이다. 프로그래머블 제어 유닛(38)은 데이터의 측정을 제어하고 측정된 데이터를 처리한다. 복조기(30)는 질의기 유닛(7)으로부터의 질의기 신호를 정류기 블록(28)을 통해 수신한다. 복조 후, 복조기(30)는 개시 신호를 프로그래머블 제어 유닛(38)에 출력한다. 프로그래머블 제어 유닛(38)은 아날로그-디지털 변환기(40)의 입력에 연결된 출력을 가지며, 이 아날로그-디지털 변환기(40)의 다른 두 입력은 아날로그 입력 단자를 통해 압력 센서(26)에 연결된다. 집적 회로(18) 상에 집적된 온도 센서(42)는 아날로그-디지털 변환기(40)의 또 다른 입력에 연결된 출력을 갖는다. 아날로그-디지털 변환기(40)는 변환된 측정 데이터를 프로그래머블 제어 유닛(38)의 입력에 출력한다. 프로그래머블 제어 유닛(38)은 클록 단자(44)를 통해 클록을 수신한다. 인에이블 단자(46)를 통해 프로그래머블 제어 유닛(38)은 인에이블될 수 있다. 이 인에이블 단자는 또한 데이터 버퍼(34)에 연결된다. 데이터 버퍼(34)를 통해 데이터 입력 단자(48)로부터 프로그래머블 제어 유닛(38)에 프로그램 데이터를 로딩시킬 수 있으며, EEPROM(50)이 또한 제공되어 프로그래머블 제어 유닛(38)에 연결된다. EEPROM(50) 및 데이터 버퍼(34)는 프로그램 데이터를 프로그래머블 제어 유닛(38)에 로딩하고, 예를 들어, 센서 곡선을 실제로 사용된 압력 센서에 적응시키기는 데 사용된다. 프로그래머블 제어 유닛(38)은 인코더(52)의 입력에 연결된 출력을 갖는다. 측정 데이터의 처리 후에, 프로그래머블 제어 유닛(38)은 인코더(52)로 전송될 데이터를 출력한다. 인코더(52)는 집적 회로(18)의 출력 단자를 통해 RF 송신기(12)의 입력에 연결된 출력을 갖는다. 인코더(52)는 데이터를 인코딩하여 인코딩된 데이터를 RF 송신기(12)에 출력한다. 사용될 코드는 멘체스터 코드(Menchester Code)일 수 있다.
수 초간 지속될 수 있는 제1 동작 모드에서, 캐패시터(24)가 충전된다. 질의기 유닛(7)은 125㎑ 또는 134.2㎑의 LF 주파수에서 동작하는 LF 송신기를 포함한다. LF 송신기는 LF 주파수를 갖는 전자기파를 전송한다. 공진 회로(14)는 이 LF 주파수에 동조되며, 휠과 함께 회전하는 트랜스폰더 장치(10)가 휠 하우징(8)에 장착된 질의기 유닛(7)의 정면을 통과할 때마다 에너지를 수신한다. 공진 회로(14)에 의해 수신되어 정류기 블록(28) 내의 정류기에 의해 정류된 에너지는 캐패시 터(24)에 저장된다. 에너지를 효과적으로 전달하기 위해, 질의기 유닛(7) 각각은 차량 회전에 대해 플라스틱 재료의 라이너의 주변 연장부의 대부분을 따라 연장하는 안테나를 포함한다.
캐패시터(24)는 에너지를 충분히 저장하기 위해 수 F 내지 수 십 ㎌ 범위의 용량을 갖는다.
제2 동작 모드 시에는, 질의기 유닛(7)은 측정 데이터의 송신 요청을 전송한다. 단지 수 밀리초 동안 지속되는 이런 동작 모드 동안, 에너지는 캐패시터(24)에서 RF 송신기(12)로 공급된다.
측정 요청은 복조기 유닛(30)에 의해 복조되어 프로그래머블 제어 유닛(38)에 출력된다. 그러면, 프로그래머블 제어 유닛(38)은 아날로그-디지털 변환기(40)로부터 온도 및 압력 특정 데이터를 취득한다. 취득된 측정 데이터는 프로그래머블 제어 유닛(38)에서 처리되어 인코더(52)에 전송된다. 인코더(52)는 수신된 데이터를 인코딩하여, 출력 단자를 통해 이들 데이터를 응답 전문(telegram)을 전송하는 RF 송신기(12)에 출력한다. 64비트 길이의 전문을 9.6킬로비트/초의 비트율로 전송하다고 가정하면, 중앙 수신기(4)로의 측정 데이터의 송신은 단지 수 밀리초간 지속된다. 측정 데이터를 갖는 응답 전문이 RF 송신기(12)에 의해 전송되면, 제2 동작 모드가 종료되고 제1 동작 모드가 재개된다.
충전 기간의 끝에서 트랜스폰더 장치(10)에 요청을 전송하는 질의기 유닛(7)에 대한 대안으로서, 트랜스폰더 장치(10)는 캐패시터(24)의 완전 충전을 검출하여 소정의 충전 전압에 도달할 경우 송신 모드로 전환할 수 있다.
각 질의기 유닛(7)에서의 LF 송신기는 연속적으로 동작할 수 있다. 또 다른 대안으로서, LF 송신기는 불연속적으로 동작하고, 각 LF 송신 주기의 종료는 연관된 트랜스폰더 장치에 의해 검출되어 데이터 송신 모드로의 자동 전환이 이루어진다.

Claims (11)

  1. 트랜스폰더 장치로서,
    반도체 기판 내에 집적된 CMOS 회로,
    상기 CMOS 회로의 기판 다이오드에 의해 형성된 제1 정류 다이오드(DS),
    채널들이 직렬 접속되어 있는 제1 MOS 트랜지스터 구조체(DR1) 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체(DR2)-이들 구조체는 제2 정류 다이오드(DR)로서 기능하고, 제1 정류 다이오드(DS)의 음극은 제2 정류 다이오드(DR)의 양극에 접속됨-
    을 포함하며,
    상기 제1 MOS 트랜지스터 구조체 및 상기 제2 MOS 트랜지스터 구조체는, 이들 두 구조체들 간의 간격이 상기 제1 MOS 트랜지스터 구조체 및 상기 제2 MOS 트랜지스터 구조체(DR1, DR2)에 의해 상기 기판 내에 형성된 기생 npn형 구조체가 무시할 수 있는 전류 이득을 갖기에 충분히 클 정도로 서로 이격되어 있는 트랜스폰더 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 MOS 트랜지스터 구조체들 간의 간격은 100㎛보다 큰 트랜스폰더 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 전도성은 p-형이며, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터 구조체 각각은 NMOS 트랜지스터인 트랜스폰더 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 정류 다이오드(DS)의 음극 및 상기 제2 정류 다이오드(DR)의 양극에 접속된 제1 단자(RF),
    상기 제1 정류 다이오드(DS)의 양극에 접속된 제2 단자(GND),
    상기 제2 정류 다이오드(DR)의 음극에 접속된 제3 단자(VCF),
    상기 제1 단자(RF)와 상기 제2 단자(GND) 사이에서 제1 충전 캐패시터(CL)와 직렬 접속된 LC 공진 회로 및
    상기 제3 단자(VCF)와 상기 제2 단자(GND) 사이에 접속된 제2 충전 캐패시터(CCF)
    를 더 포함하는 트랜스폰더 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 정류 다이오드 및 상기 제2 정류 다이오드 각각은 반파 정류기로서 사용되는 트랜스폰더 장치.
  6. 차량용 타이어 압력 감시 시스템으로서,
    각 타이어를 감시하며, 집적된 RF 송신기(12)를 가지며 감시해야 할 휠/타이어에 물리적으로 연관되어 있는 제1항 또는 제2항에 따른 트랜스폰더 장치(10),
    각 타이어를 감시하고 대응하는 트랜스폰더 장치(10) 내의 회로에 연결되는 압력 센서(26),
    각 트랜스폰더 장치(10)에 연관되고 휠(9)-이 휠 위에 감시해야 할 타이어가 장착됨-에 근접하여 차량(1)에 물리적으로 장착되는 질의기 유닛(7) 및
    모든 트랜스폰더 장치(10)에 대한 중앙 RF 수신기(4)
    를 포함하며,
    각 트랜스폰더 장치(10)는 연관된 질의기 유닛(7)에 유도적으로 결합되고 제1 동작 모드 시에는 상기 연관된 질의기 유닛(7)으로부터 유도적으로 공급된 에너지에 의해 충전되고, 제2 동작 모드 시에는 트랜스폰더 장치(10)의 RF 송신기(12)에 전력을 공급하도록 구성된 전기 전하 축적 소자(24)를 포함하는 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중앙 RF 수신기(4)는 원격 제어 시스템의 일부로서 상기 차량(1)에 설치되고 상기 트랜스폰더 장치(10)로부터 수신된 데이터를 처리하고 상기 차량(1) 내의 디스플레이 장치(6)를 구동시키기 위한 부가 기능을 구비한 원격 조정 제어기에 연결된 것인 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 질의기 유닛(7)은 또한 상기 원격 조정 제어기에 연결되고 상기 원격 조정 제어기에 의해 제어되는 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 원격 제어 시스템은 원격 키리스(keyless) 입력 시스템인 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 질의기 유닛(7)은 상기 차량(1)의 해당 휠 하우징(8)에 장착되고, 상기 충전 축적 소자(24)는 해당 휠의 회전 중에 충전되는 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 질의기 유닛(7)은 플라스틱 재료의 라이너 상에 장착되고 차량의 회전에 대해 상기 라이너의 주변 연장부의 대부분을 따라 연장하는 안테나를 포함하는 차량용 타이어 압력 감시 시스템.
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