KR101068308B1 - Ｒｆｉｄ 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RFID 장치에 관한 것으로서, RFID의 원거리 인식 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 안테나를 통해 인가되는 무선신호의 레벨을 증폭하여 증폭신호를 출력하는 증폭수단, 증폭신호를 정류 및 증폭하여 동작전압을 생성하고, 동작전압을 복조하여 명령 신호를 생성하는 복조부, 및 명령 신호에 대응하는 응답신호를 안테나로 출력하는 변조부를 포함한다.

Description

ＲＦＩＤ 장치{RFID device}
본 발명은 RFID 장치에 관한 것으로서, 무선 신호를 송수신하여 외부의 리더기와 통신을 수행하여 사물을 자동으로 식별할 수 있도록 하는 기술이다.
RFID(Radio Frequency IDentification Tag Chip)란 무선 신호를 이용하여 사물을 자동으로 식별하기 위해 식별 대상이 되는 사물에는 RFID 태그를 부착하고 무선 신호를 이용한 송수신을 통해 RFID 리더와 통신을 수행하는 비접촉식 자동 식별 방식을 제공하는 기술이다. 이러한 RFID가 사용되면서 종래의 자동 식별 기술인 바코드 및 광학 문자 인식 기술의 단점을 보완할 수 있게 되었다.
최근에 들어, RFID 태그는 물류 관리 시스템, 사용자 인증 시스템, 전자 화폐 시스템, 교통 시스템 등의 여러 가지 경우에 이용되고 있다.
예를 들어, 물류 관리 시스템에서는 배달 전표 또는 태그(Tag) 대신에 데이터가 기록된 IC(Integrated Circuit) 태그를 이용하여 화물의 분류 또는 재고 관리 등이 행해지고 있다. 또한, 사용자 인증 시스템에서는 개인 정보 등을 기록한 IC 카드를 이용하여 입실 관리 등을 행하고 있다.
한편, RFID 태그에 사용되는 메모리로 불휘발성 강유전체 메모리가 사용될 수 있다.
일반적으로 불휘발성 강유전체 메모리 즉, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이터가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다.
이러한 FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 갖는 소자로서, 기억 소자로 강유전체 커패시터를 사용한다. 강유전체는 높은 잔류 분극 특성을 가지는데, 그 결과 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다.
도 1은 일반적인 RFID 장치의 전체 구성도이다.
종래 기술에 따른 RFID 장치는 크게 안테나부(1), 아날로그부(10), 디지털부(20) 및 메모리부(30)를 포함한다.
여기서, 안테나부(1)는 외부의 RFID 리더로부터 송신된 무선 신호를 수신하는 역할을 한다. 안테나부(1)를 통해 수신된 무선 신호는 안테나 패드(11,12)를 통해 아날로그부(10)로 입력된다.
아날로그부(10)는 입력된 무선 신호를 증폭하여, RFID 태그의 구동전압인 전원전압 VDD을 생성한다. 그리고, 입력된 무선 신호에서 동작 명령 신호를 검출하여 명령 신호 CMD를 디지털부(20)에 출력한다. 그 외에, 아날로그부(10)는 출력 전압 VDD을 감지하여 리셋 동작을 제어하기 위한 파워 온 리셋신호 POR와 클록 CLK을 디지털부(20)로 출력한다.
디지털부(20)는 아날로그부(10)로부터 전원전압 VDD, 파워 온 리셋신호 POR, 클록 CLK 및 명령 신호 CMD를 입력받아, 아날로그부(10)에 응답신호 RP를 출력한다. 또한, 디지털부(20)는 어드레스 ADD, 입/출력 데이터 I/O, 제어 신호 CTR 및 클록 CLK을 메모리부(30)에 출력한다.
또한, 메모리부(30)는 메모리 소자를 이용하여 데이터를 리드/라이트하고, 데이터를 저장한다.
여기서, RFID 장치는 여러 대역의 주파수를 사용하는데, 주파수 대역에 따라 그 특성이 달라진다. 일반적으로 RFID 장치는 주파수 대역이 낮을수록 인식 속도가 느리고 짧은 거리에서 동작하며, 환경의 영향을 적게 받는다. 반대로, 주파수 대역이 높을수록 인식 속도가 빠르고 긴 거리에서 동작하며, 환경의 영향을 많이 받는다.
그런데, 종래의 RFID 장치는 외부의 리더기와 RFID 장치와의 거리가 먼 경우 무선신호가 미세하게 RFID 장치에 입력된다. 이러한 경우 미세하게 입력되는 무선신호가 복조부의 내부에 포함된 쇼트키 다이오드 등을 구동할 수 있는 레벨에 도달하지 못한다. 이러한 경우 RFID 장치의 원거리 인식 성능이 감소하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 RFID 장치에 수신된 무선신호를 LNA(Low Noise Amplifier)를 증폭하여 복조부에 출력함으로써, 미세한 입력 신호를 감지하여 RFID의 원거리 인식 성능을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RFID 장치는, 안테나를 통해 인가되는 무선신호의 레벨을 증폭하여 증폭신호를 출력하는 증폭수단; 증폭신호를 정류 및 증폭하여 동작전압을 생성하고, 동작전압을 복조하여 명령 신호를 생성하는 복조부; 및 명령 신호에 대응하는 응답신호를 안테나로 출력하는 변조부를 포함하고, 증폭수단은 무선신호의 전압 레벨을 상승시켜 제 1노드에 출력하는 커플링 커패시터부; 제 1노드에 일정한 바이어스 전압을 공급하는 제 1바이어스부; 일정한 바이어스 전압 레벨을 갖는 제 1기준전압을 생성하는 제 1레퍼런스 바이어스부; 및 제 1기준전압을 기준으로 하여 제 1노드의 전압을 증폭하여 증폭신호를 출력하는 제 1증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 RFID 장치에 수신된 무선신호를 LNA(Low Noise Amplifier)를 증폭하여 복조부에 출력함으로써, 미세한 입력 신호를 감지하여 RFID의 원거리 인식 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 구성 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 RFID(Radio Frequency Identification) 장치의 구성도이다.
본 발명의 RFID 장치(100)는 안테나 ANT, LNA(Low Noise Amplifier)(110), 변조부(Modulator;120), 복조부(Demodulator;130), 파워 온 리셋부(Power On Reset unit;150), 클록 발생부(Clock Generator;160), 디지털부(170), 구동 제어기(180), 메모리부(190), 및 복수개의 패드 PAD1~PADn를 포함한다. 여기서, 복수개의 패드 PAD1~PADn는 외부의 구동장치(200)와 연결된다.
먼저, 안테나 ANT는 외부의 RFID 리더로부터 송신된 무선신호(RF_EXT)를 수신한다. 안테나 ANT를 통해 RFID 장치(100)에 수신된 무선신호(RF_EXT)는 안테나 패드를 통해 LNA(110)에 입력된다.
그리고, 안테나 ANT는 RFID 장치(100)로부터 수신된 무선신호를 외부의 RFID 리더로 송신한다. 변조부(120)로부터 안테나 ANT에 인가된 무선신호는 안테나 패드를 통해 외부의 RFID 리더로 전송된다.
그리고, LNA(110)는 수신된 신호를 최소의 노이즈로 증폭한다. 즉, LNA(110)는 안테나 ANT를 통해 인가되는 무선신호(RF_EXT)에 대해서 부가되는 잡음을 최소화하면서 신호를 증폭하여 증폭신호 RF_LNA를 복조부(130)에 출력한다.
그리고, 변조부(120)는 디지털부(170)로부터 인가되는 응답 신호 RP를 변조하여 생성된 무선신호를 안테나 ANT에 출력한다.
복조부(130)는 LNA(110)로부터 인가되는 증폭신호 RF_LNA를 복조하여 생성된 명령신호 DEMOD를 디지털부(170)로 출력한다.
또한, 파워 온 리셋부(150)는 전원전압 패드 P1에서 생성된 전원전압 VDD을 감지하여 리셋 동작을 제어하기 위한 파워 온 리셋 신호 POR를 디지털부(170)에 출력한다.
여기서, 파워 온 리셋 신호 POR는 전원전압이 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하는 동안 전원전압과 같이 상승하다가, 전원전압이 전원전압 레벨 VDD로 공급되는 순간 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하여 RFID 장치(100)의 내부 회로를 리셋시키는 신호를 의미한다.
클록 발생부(160)는 전원전압 패드 P1에서 생성된 전원전압 VDD에 따라 디지털부(170)의 동작을 제어하기 위한 클록 CLK을 디지털부(170)에 공급한다.
본 발명에서 RFID 장치(100)는 외부의 전원전압 패드 P1 및 그라운드 전압 패드 P2에 의해 구동된다. RFID 태그가 RFID 리더와 통신을 하여 무선 신호를 수신하는 경우에는 RFID 태그 내부의 전압 증폭 수단을 통해 전원전압을 공급한다.
하지만, 본 발명에서는 RFID 장치(100)가 외부의 구동 장치(200)와 연결되므로, 전력이 많이 소모된다. 이에 따라, 본 발명은 별도의 외부 전원전압 패드 P1 및 그라운드 전압 패드 P2를 통해 RFID 장치(100)에 전원전압 VDD 및 그라운드 전압 GND을 공급하게 된다.
또한, 디지털부(170)는 전원 전압 VDD, 파워 온 리셋 신호 POR, 클록 CLK 및 명령 신호 DEMOD를 입력받아, 명령 신호 DEMOD를 해석하고 제어 신호 및 처리신호 들을 생성한다. 그리고, 디지털부(170)는 제어 신호 및 처리신호들에 대응하는 응답 신호 RP를 변조부(120)로 출력한다. 또한, 디지털부(170)는 어드레스 ADD, 데이터 I/O, 제어신호 CTR, 및 클록 CLK을 메모리부(190)에 출력한다.
구동 제어기(180)는 디지털부(170)와 복수개의 패드 PAD1~PADn 사이에 연결된다. 그리고, 구동 제어기(180)는 디지털부(170)로부터 인가되는 명령신호에 따라 RFID 장치(100) 외부의 구동장치(200)의 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 복수개의 패드 PAD1~PADn로 출력한다. 구동장치(200)는 복수개의 패드 PAD1~PADn를 통해 RFID 장치(100)의 구동 제어기(180)와 연결된다.
여기서, 복수개의 패드 PAD1~PADn는 연결 핀을 통해 외부의 구동 장치(200)와 연결되며, RFID 장치(100)과 구동 장치(200)를 서로 연결하는 연결부에 해당한다. 그리고, 구동 장치(200)는 LED(light Emitting diode), 모터(Motor), 또는 스피커(Speaker) 등의 동작을 제어하기 위한 구동 제어 장치에 해당한다.
또한, 메모리부(190)는 복수 개의 메모리 셀을 포함하고, 각각의 메모리 셀은 데이터를 저장 소자에 라이트하고, 저장 소자에 저장된 데이터를 리드하는 역할을 한다.
여기서, 메모리부(190)는 불휘발성 강유전체 메모리(FeRAM)가 사용될 수 있다. FeRAM은 디램 정도의 데이터 처리 속도를 갖는다. 또한, FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 가지고, 커패시터의 재료로 강유전체를 사용하여 강유전체의 특성인 높은 잔류 분극을 가진다. 이와 같은 잔류 분극 특성으로 인하여 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다.
도 3은 도 2의 LNA(110)에 관한 상세 회로도이다.
LNA(110)는 커플링 커패시터부 CC, 바이어스부 RF_B, 레퍼런스 바이어스부 REF_B, 및 증폭기 A1를 포함한다.
여기서, 커플링 커패시터부 CC는 안테나 ANT로부터 인가되는 무선신호(RE_EXT)의 전압 레벨을 상승시켜 노드 vrfin에 출력한다. 이러한 커플링 커패시터부 CC는 무선신호(RE_EXT)의 입력단과 노드 vrfin 사이에 연결된 강유전체 커패시터 소자를 포함한다.
그리고, 바이어스부 RF_B는 노드 vrfin의 바이어스 전압을 제어한다. 여기서, 바이어스부 RF_B는 바이어스 저항 Rb1,Rb2를 포함한다. 바이어스 저항 Rb1은 전원전압 VDD 인가단과 노드 vrfin 사이에 연결되고, 바이어스 저항 Rb2은 노드 vrfin와 접지전압단 사이에 연결된다.
또한, 레퍼런스 바이어스부 REF_B는 기준전압 vref1 노드의 바이어스 전압을 제어한다. 여기서, 레퍼런스 바이어스부 REF_B는 레퍼런스 저항 Rref1,Rref2를 포함한다. 레퍼런스 저항 Rref1은 전원전압 VDD 인가단과 기준전압 vref1 노드 사이에 연결되고, 레퍼런스 저항 Rref2은 기준전압 vref1 노드와 접지전압단 사이에 연결된다.
증폭기 A1는 기준전압 vref1을 기준으로 하여 노드 vrfin의 전압 레벨을 증폭하여 생성된 증폭신호 RF_LNA를 복조부(130)로 출력한다. 여기서, 증폭기 A1는 포지티브(+) 단자에 노드 vrfin가 연결되고, 네가티브(-) 단자를 통해 기준전압 vref1이 인가된다.
도 4는 도 3의 LNA(110)의 동작을 설명하기 위한 동작 파형도이다.
먼저, 안테나 ANT를 통해 무선신호(RF_EXT)가 수신된다. 그리고, 안테나 ANT를 통해 RFID 장치(100)에 수신된 무선신호(RF_EXT)는 LNA(110)에 인가된다.
이후에, LNA(110)는 안테나 ANT를 통해 인가되는 무선신호(RF_EXT)를 증폭하여 증폭신호 RF_LNA를 복조부(130)에 출력한다. 이때, 증폭신호 RF_LNA는 무선신호(RF_EXT)와 주파수는 동일하되, 그 전압 레벨이 증폭된 신호를 나타낸다.
안테나 ANT를 통해 인가되는 무선신호(RF_EXT)는 그 신호가 너무 미약하다. 이러한 경우, 복조부(130)에 포함된 쇼트키 다이오드(Schottky Diod) 등을 구동하는 것이 불가능하다. 이에 따라, LNA(110)를 이용하여 무선신호(RF_EXT)를 증폭하여, 복조부(130)의 쇼트키 다이오드를 구동할 수 있는 정도의 전압 레벨로 증폭신호 RF_LNA를 생성하게 된다.
그러면, 복조부(130)는 LNA(110)로부터 인가되는 증폭신호 RF_LNA를 복조하여 생성된 명령신호 DEMOD를 디지털부(170)로 출력한다. 즉, 복조부(130)는 쇼트키 다이오드로 구성된 인벨롭 검출기(Envelop detector)를 이용하여 명령신호 DEMOD를 검출하게 된다.
도 5는 도 2의 복조부(130)에 관한 상세 회로도이다.
복조부(130)는 신호 정류부(Signal rectifier; 131), 바이어스부(132), 레퍼런스 바이어스부(133), 메인 증폭기 A2, 및 인벨롭 레벨(Envelope level) 조정부(134)를 포함한다.
신호 정류부(131)는 복수개의 강유전체 커패시터 FC2~FC5 및 복수개의 다이 오드 D1~D4를 포함하여 명령신호 DEMOD의 전압을 검출한다. 여기서, 복수개의 다이오드 D1~D4는 쇼트키(Schottky) 다이오드로 이루어진 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 신호 정류부(131)는 LNA(110)를 통해 증폭신호 RF_LNA가 인가될 경우, 복수개의 다이오드 D1~D4의 정류작용과 복수개의 강유전체 커패시터 FC2~FC5의 차지 펌핑 동작에 의해 RFID 칩의 동작 전압 Venv를 생성한다.
즉, 다이오드 D1,D2의 정류작용에 의해 강유전체 커패시터 FC4에 차지를 저장하고, 다이오드 D3,D4의 정류작용에 의해 강유전체 커패시터 FC4에 저장된 차지를 펌핑하여 불휘발성 강유전체 캐패시터 FC5에 저장한다. 그리고, 이러한 정류동작과 펌핑 동작을 순차적으로 수행하여 최종 단의 다이오드 D4를 통해 동작전압 Venv을 생성하게 된다.
그리고, 바이어스부(132)는 동작전압 Venv의 출력단에 일정한 바이어스 전압을 공급한다. 여기서, 바이어스부(312)는 바이어스 저항 Rb3,Rb4를 포함한다. 바이어스 저항 Rb3은 전원전압 VDD 인가단과 동작전압 Venv 인가단 사이에 연결되고, 바이어스 저항 Rb4은 동작전압 Venv 인가단과 접지전압단 사이에 연결된다.
또한, 레퍼런스 바이어스부(133)는 기준전압 vref2 노드에 일정한 바이어스 전압을 공급한다. 여기서, 레퍼런스 바이어스부(133)는 레퍼런스 저항 Rref3,Rref4를 포함한다. 레퍼런스 저항 Rref3은 전원전압 VDD 인가단과 기준전압 vref2 노드 사이에 연결되고, 레퍼런스 저항 Rref4은 기준전압 vref2 노드와 접지전압단 사이에 연결된다.
메인 증폭기 A2는 기준전압 vref2을 기준으로 하여 동작전압 Venv의 레벨을 증폭하여 생성된 명령신호 DEMOD를 디지털부(170)로 출력한다. 여기서, 메인 증폭기 A2는 포지티브(+) 단자를 통해 동작전압 Venv이 인가되고, 네가티브(-) 단자를 통해 기준전압 vref2이 인가된다.
또한, 인벨롭 레벨(Envelope level) 조정부(134)는 풀다운 조정부(135), 레퍼런스 바이어스부(136) 및 인벨롭 증폭기 A3를 포함하여, 동작전압 Venv의 전압 레벨을 조정한다.
여기서, 풀다운 조정부(135)는 NMOS트랜지스터 N1를 포함한다. NMOS트랜지스터 N1는 동작전압 Venv과 접지전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 전압 feed1가 인가된다. 풀다운 조정부(135)는 전압 feed1이 하이 레벨로 인가될 경우 NMOS트랜지스터 N1가 턴 온 되어 동작전압 Venv을 접지전압 레벨로 풀 다운시킨다.
그리고, 레퍼런스 바이어스부(136)는 기준전압 vref3 노드에 일정한 바이어스 전압을 공급한다. 여기서, 레퍼런스 바이어스부(136)는 레퍼런스 저항 Rref5,Rref6를 포함한다. 레퍼런스 저항 Rref5은 전원전압 VDD 인가단과 기준전압 vref3 노드 사이에 연결되고, 레퍼런스 저항 Rref6은 기준전압 vref3 노드와 접지전압단 사이에 연결된다.
인벨롭 증폭기 A3는 기준전압 vref3을 기준으로 하여 동작전압 Venv의 레벨을 증폭하여 생성된 전압 feed1을 풀다운 조정부(135)에 출력한다. 여기서, 인벨롭 증폭기 A3는 포지티브(+) 단자를 통해 동작전압 Venv이 인가되고, 네가티브(-) 단자를 통해 기준전압 vref3이 인가된다. 이때, 기준전압 vref3는 기준전압 vref2 보다 일정 전압 만큼 높은 레벨로 설정되는 것이 바람직하다.
도 6은 도 5의 메인 증폭기 A2에 관한 상세 회로도이다.
메인 증폭기 A2는 증폭부(137), 버퍼부(138)를 포함한다.
여기서, 증폭부(137)는 저항 R1,R2, PMOS트랜지스터 P1,P2 및 NMOS트랜지스터 N2,N3를 포함한다.
저항 R1은 전원전압단과 PMOS트랜지스터 P1,P2 사이에 연결된다. 저항 R2는 NMOS트랜지스터 N2,N3와 접지전압단 사이에 연결된다.
PMOS트랜지스터 P1,P2는 저항 R1과 NMOS트랜지스터 N2,N3 사이에 연결되어 게이트 단자가 공통 연결된다. NMOS트랜지스터 N2는 PMOS트랜지스터 P1와 저항 R2 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 기준전압 Vref2이 인가된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N3는 PMOS트랜지스터 P2와 저항 R2 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 동작전압 Venv이 인가된다.
그리고, 버퍼부(138)는 저항 R3,R4, PMOS트랜지스터 P3 및 NMOS트랜지스터 N4를 포함한다. 저항 R3,R4, PMOS트랜지스터 P3 및 NMOS트랜지스터 N4는 전원전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결된다.
PMOS트랜지스터 P3과 NMOS트랜지스터 N4는 공통 게이트 단자가 증폭부(137)와 연결되고, 공통 드레인 단자를 통해 명령신호 DEMOD를 출력한다.
여기서, 저항 R1~R4는 저항값이 큰 저항소자를 사용하여 구동 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항 소자 역할을 수행하며, 버퍼부(138)에 작은 전류(예를 들면, 1㎂ 이하)가 흐르도록 한다.
도 7은 도 5의 인벨롭 증폭기 A3에 관한 상세 회로도이다.
인벨롭 증폭기 A3는 증폭부(140), 버퍼부(141)를 포함한다.
여기서, 증폭부(140)는 저항 R5,R6, PMOS트랜지스터 P4,P5 및 NMOS트랜지스터 N5,N6를 포함한다.
저항 R5은 전원전압단과 PMOS트랜지스터 P4,P5 사이에 연결된다. 저항 R6는 NMOS트랜지스터 N5,N6와 접지전압단 사이에 연결된다.
PMOS트랜지스터 P4,P5는 저항 R5과 NMOS트랜지스터 N5,N6 사이에 연결되어 게이트 단자가 공통 연결된다. NMOS트랜지스터 N5는 PMOS트랜지스터 P4와 저항 R6 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 기준전압 Vref3이 인가된다. 그리고, NMOS트랜지스터 N6는 PMOS트랜지스터 P5와 저항 R6 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 동작전압 Venv이 인가된다.
그리고, 버퍼부(141)는 저항 R7,R8, PMOS트랜지스터 P6 및 NMOS트랜지스터 N7를 포함한다. 저항 R7,R8, PMOS트랜지스터 P6 및 NMOS트랜지스터 N7는 전원전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결된다.
PMOS트랜지스터 P6과 NMOS트랜지스터 N7는 공통 게이트 단자가 증폭부(140)와 연결되고, 공통 드레인 단자를 통해 전압 feed1을 출력한다.
여기서, 저항 R5~R8는 저항값이 큰 저항소자를 사용하여 전류 제한 저항 소자 역할을 수행하며, 버퍼부(141)에 작은 전류(예를 들면, 1㎂ 이하)가 흐르도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 동작 과정을 도 8의 동작 파형도를 참조하여 설명하고자 한다.
먼저, (A)에서와 같이, 안테나 ANT는 외부의 RFID 리더로부터 송신된 무선신호(RF_EXT)를 수신한다. 안테나 ANT를 통해 RFID 장치(100)에 수신된 무선신호(RF_EXT)는 안테나 패드를 통해 LNA(110)에 입력된다.
그러면, LNA(110)는 커플링 커패시터부 CC를 통해 무선신호(RF_EXT)를 노드 vrfin에 전달한다. 증폭기 A1는 바이어스부 RF_B를 통해 인가된 전압과 레퍼런스 바이어스부 REF_B를 통해 인가된 기준전압 Vref1을 비교 및 증폭하여 증폭신호 RF_LNA를 복조부(130)에 출력한다.
이때, RFID 장치(100)와 외부의 리더기가 먼 거리에 있을 경우, RFID 장치(100)에 입력된 무선신호(RF_EXT)는 그 전압 레벨이 매우 미세하다. 이러한 경우 작은 신호의 레벨을 크게 증폭하기 위해서는 노이즈가 거의 없는 증폭기를 사용해야 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 노이즈가 적은 LNA(110)를 사용하여 무선신호(RF_EXT)를 증폭하게 된다.
이후에, 증폭기 A1에서 출력된 증폭신호 RF_LNA는 신호 정류부(131)에 인가된다. 신호 정류부(131)는 증폭신호 RF_LNA를 정류 및 차지 펌핑하여 (B)에서와 같은 파형을 갖는 동작 전압 Venv을 출력한다.
이때, 메인 증폭기 A2는 기준전압 vref2과 동작전압 Venv을 비교 및 증폭하여 (E)와 같은 파형을 갖는 명령신호 DEMOD를 출력하게 된다. 여기서, 메인 증폭기 A2는 기준전압 vref2과 동작전압 Venv이 증폭부(137)의 차동 입력으로 사용된다.
인벨롭 증폭기 A3는 동작전압 Venv과 기준전압 vref3을 비교 및 증폭하여 (D)에서와 같은 파형을 갖는 전압 feed1을 생성한다. 여기서, 인벨롭 증폭기 A3는 동작전압 Venv과 기준전압 vref3이 증폭부(140)의 차동 입력으로 사용된다. 이때, 기준전압 vref3는 기준전압 vref2 보다 일정 전압 만큼 높은 레벨로 설정되는 것이 바람직하다.
즉, 인벨롭 증폭기 A3는 동작전압 Venv의 전압 레벨이 상승하여 기준전압 vref3 보다 높아지게 될 경우 전압 feed1을 하이 레벨로 출력하게 된다. 그러면, 풀다운 조정부(135)가 턴 온 되어 동작전압 Venv을 접지전압 레벨로 풀다운 시키게 된다. 이에 따라, 동작전압 Venv은 전압 feed1에 의해 제어되어 어느 일정 전압 이상으로 상승하지 않게 된다.
반면에, 인벨롭 증폭기 A3는 동작전압 Venv의 전압 레벨이 기준전압 vref3 보다 낮아지게 될 경우 전압 feed1을 로우 레벨로 출력하게 된다. 그러면, 풀다운 조정부(135)가 턴 오프 상태가 되므로 동작전압 Venv의 전압 레벨이 다시 상승하게 된다.
인벨롭 레벨 조정부(134)는 전압 feed1에 따라 동작전압 Venv의 인벨롭(Envelop) 전압 레벨을 검출하여, (C)에서와 같은 파형을 갖는 동작전압 Venv을 생성하게 된다. 동작전압 Venv은 기준전압 vref3을 기준으로 하여 계속해서 그 레벨이 조정된다.
이에 따라, 동작전압 Venv의 전압 레벨을 기준전압 vref3의 범위에 한정함으로써 메인 증폭기 A2의 반응 속도를 빠르게 제어할 수 있으므로 고주파 신호를 처리할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 LNA(110)를 통해 RFID 장치(100)에 인가된 무선신호를 증폭하게 된다. 따라서, RFID 장치와 외부의 리더기의 거리에 상관없이 RFID 장치가 미세한 무선신호를 감지할 수 있게 되므로, RFID 인식 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
외부로부터 안테나 ANT에 무선신호(RF_EXT)가 입력되면 명령신호 DEMOD가 하이 데이터를 출력하게 된다. 반면에, 외부로부터 안테나 ANT에 무선신호(RF_EXT)가 입력되지 않으면 명령신호 DEMOD가 로우 데이터를 출력하게 된다.
근래에 들어, 건물 등에 설치된 조명등이 다수의 LED 소자를 포함하여 이루어지는 경우가 많다. 이러한 경우 다수의 LED 소자를 개별적으로 온/오프 제어하여 특수한 형태의 무늬를 빛을 통해 나타낼 수 있도록 한다. 또한, 다수의 조명등 중 사용자가 원하는 밝기로 조명등을 제어하거나 원하는 위치에 있는 조명등을 별도로 제어할 수 있게 된다.
본 발명은 상술 된 조명등을 제어하는 방식에 있어서, RFID 장치를 통해 조명등을 원격으로 제어할 수 있게 된다. 즉, LED 장치에 RFID 태그를 부착하고, 외부의 리더기를 통해 원하는 신호를 무선 주파수로 전송하면, LED 장치에 부착된 RFID 태그가 이를 인식하여 고유 ID에 따라 별도의 코멘트를 입력받음으로써 각각의 LED를 원하는 개수 및 밝기 등으로 조절할 수 있도록 한다.
이러한 RFID 태그는 일반적인 무선 리모트 컨트롤러에 비해 상대적으로 가격이 저렴하기 때문에 조명등 장치에 RFID 태그가 적용될 경우 구현 비용을 줄일 수 있으며 사용자에게 편리함을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 RFID 장치에 관한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 RFID 장치의 구성도.
도 3은 도 2의 LNA에 관한 상세 회로도.
도 4는 도 3의 LNA에 관한 동작 파형도.
도 5는 도 2의 복조기에 관한 상세 회로도.
도 6은 도 5의 메인 증폭기에 관한 상세 회로도.
도 7은 도 5의 인벨롭 증폭기에 관한 상세 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 RFID 장치의 동작을 설명하기 위한 동작 파형도.

Claims (19)

  1. 안테나를 통해 인가되는 무선신호의 레벨을 증폭하여 증폭신호를 출력하는 증폭수단;
    상기 증폭신호를 정류 및 증폭하여 동작전압을 생성하고, 상기 동작전압을 복조하여 명령 신호를 생성하는 복조부; 및
    상기 명령 신호에 대응하는 응답신호를 상기 안테나로 출력하는 변조부를 포함하고,
    상기 증폭수단은
    상기 무선신호의 전압 레벨을 상승시켜 제 1노드에 출력하는 커플링 커패시터부;
    상기 제 1노드에 일정한 바이어스 전압을 공급하는 제 1바이어스부;
    일정한 바이어스 전압 레벨을 갖는 제 1기준전압을 생성하는 제 1레퍼런스 바이어스부; 및
    상기 제 1기준전압을 기준으로 하여 상기 제 1노드의 전압을 증폭하여 상기 증폭신호를 출력하는 제 1증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 증폭수단은 LNA(Low Noise Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 커플링 커패시터부는 강유전체 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 증폭신호는 상기 무선신호와 주파수는 동일하며, 전압 레벨이 증폭된 신호인 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 복조부는
    상기 증폭신호를 정류 및 증폭하여 동작전압을 생성하는 신호 정류부;
    상기 동작전압의 인가단에 일정한 바이어스 전압을 공급하는 제 2바이어스부;
    일정한 바이어스 전압 레벨을 갖는 제 2기준전압을 생성하는 제 2레퍼런스 바이어스부;
    상기 제 2기준전압을 기준으로 하여 상기 동작전압을 증폭하여 상기 명령신호를 출력하는 메인 증폭기; 및
    제 3기준전압에 따라 상기 동작전압의 레벨을 제어하는 인벨롭 레벨 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 3기준전압은 상기 제 2기준전압 보다 높은 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 메인 증폭기는
    상기 제 2기준전압과 상기 동작전압을 비교 및 증폭하는 제 1증폭부; 및
    상기 제 1증폭부의 출력을 버퍼링하여 상기 명령신호를 출력하는 제 1버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 메인 증폭기는 구동 전류를 제한하는 전류 제한 저항 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 인벨롭 레벨 조정부는
    상기 제 3기준전압의 출력단에 일정 바이어스 전압을 공급하는 제 3레퍼런스 바이어스부;
    상기 제 3기준전압과 상기 동작전압을 비교 및 증폭하는 인벨롭 증폭기; 및
    상기 인벨롭 증폭기의 출력 전압에 따라 상기 동작전압을 선택적으로 풀다운시키는 풀다운 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 인벨롭 증폭기는
    상기 제 3기준전압과 상기 동작전압을 비교 및 증폭하는 제 2증폭부; 및
    상기 제 2증폭부의 출력을 버퍼링하는 제 2버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 인벨롭 레벨 조정부는 상기 동작전압이 상기 제 3기준전압 이상이 될 경우 상기 동작전압을 풀다운시키고, 상기 동작 전압이 상기 제 3기준전압 이하가 될 경우 상기 동작전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  13. 제 6항에 있어서, 상기 신호 정류부는 복수개의 강유전체 커패시터와 복수개의 쇼트키 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 RFID 장치에 전원전압을 공급하는 전원전압 패드; 및
    상기 RFID 장치에 그라운드 전압을 공급하는 그라운드 전압 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 명령 신호에 따라 제어신호 및 상기 응답신호를 생성하는 디지털부;
    상기 RFID 장치 외부의 구동 장치와 연결되는 연결부; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 구동 장치의 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 상기 연결부로 출력하는 구동 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 연결부는 상기 구동 장치와 상기 구동 제어기 사이에 연결된 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 디지털부로부터 인가되는 처리신호들에 따라 데이터의 리드 또는 라이트 동작이 이루어지는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 메모리부는 불휘발성 강유전체 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
  19. 제 15항에 있어서,
    파워 온 리셋 신호를 생성하여 상기 디지털부에 출력하는 파워 온 리셋부; 및
    클록신호를 생성하여 상기 디지털부에 출력하는 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 장치.
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