KR101402784B1 - 능동형 스핀 rfid 태그 - Google Patents

능동형 스핀 rfid 태그 Download PDF

Info

Publication number
KR101402784B1
KR101402784B1 KR1020130030978A KR20130030978A KR101402784B1 KR 101402784 B1 KR101402784 B1 KR 101402784B1 KR 1020130030978 A KR1020130030978 A KR 1020130030978A KR 20130030978 A KR20130030978 A KR 20130030978A KR 101402784 B1 KR101402784 B1 KR 101402784B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spin
rfid tag
active
oscillator
signal
Prior art date
Application number
KR1020130030978A
Other languages
English (en)
Inventor
오인열
박철순
신민철
민병철
한석희
박승영
Original Assignee
한국과학기술원
한국기초과학지원연구원
한국과학기술연구원
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 한국과학기술원, 한국기초과학지원연구원, 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020130030978A priority Critical patent/KR101402784B1/ko
Priority to PCT/KR2013/009850 priority patent/WO2014148719A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101402784B1 publication Critical patent/KR101402784B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record 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
    • G06K19/067—Record 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
    • G06K19/07—Record 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
    • G06K19/0701—Record 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
    • G06K19/0707—Record 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record 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
    • G06K19/067—Record 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
    • G06K19/07—Record 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record 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
    • G06K19/067—Record 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
    • G06K19/07—Record 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
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 초전력 소모의 스핀 발진기를 활용하여 별도의 축전지를 탑재하지 않고도 능동형 RFID 태그를 구현한 발명으로서, 주변의 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 수단; 별도의 축전지를 구비하지 않고도 상기 에너지 하베스팅 수단에서 생산된 전력을 공급받아 소정 주파수의 발진 신호를 출력하는 적어도 하나의 스핀 발진기; 및 상기 스핀 발진기로부터 출력된 발진 신호를 사용하여 RFID 데이터를 변조하여 RF 신호로 출력하는 스핀 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그에 관한 것이다.

Description

능동형 스핀 RFID 태그{Active spin RFID tag}
본 발명은 능동형 스핀 RFID(radio frequency identificatcion) 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초저전력 특성의 스핀 발진기로 사용하여 능동형 RFID 태그를 제조함으로써 에너지 하베스팅에 의해 생산된 소량의 전력을 활용할 수 있고, 작고 휴대성이 쉬우며 어느 물건에도 부착할 수 있는 능동형 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID(radio frequency identification) 기술은 무선으로 데이터 읽기/쓰기가 가능하여 직접 접촉을 하거나 스캐닝을 할 필요가 없으며, 동시에 여러 개의 자료 인식이 가능하고, 어느 방향으로 놓아도 자료 인식이 가능하며, 태그의 수명에 있어 반영구적인 많은 장점이 있다.
최근 RFID의 표준화, 단가 하락 및 판독거리의 확대로 산업계에서의 사용이 점차 증가하고 있다. RFID 시스템은 안테나와 집적회로로 구성된 태그(tag) 및 RFID 리더기로 구성된다. 수동형 RFID 태그는 리더기에 의해 무선으로 전력을 전달받아 활성화된다. 활성화된 RFID 태그는 리더기로부터 명령어를 기다린 후, 올바른 명령어가 수신되면 그에 대한 응답을 리더기로 다시 보낸다. 리더기는 명령어를 보내고 표준에서 규정하는 지연 시간이 지난 후에도 RFID 태그로부터 아무런 응답이 없으면 더 이상의 통신은 이루어지지 않는다. 리더기로부터 전력을 공급받는 수동형 RFID 시스템은 송수신 신호의 에러율이 높고 인식거리가 짧은 문제가 있다.
이에, 전원부를 탑재한 능동형 RFID 시스템의 필요성이 부각되고 있으나, 능동형 RFID 시스템에서는 전원으로 사용되는 건전지 등에서 발생하는 유지 관리 또는 환경 오염 등에 대한 문제가 여전히 남아 있다.
도 1은 특허문헌 1에 도시된 능동형 비접촉 식별 장치의 블록도로서, 안테나(210), 아날로그 신호처리부(220), 디지털 신호처리부(230), 논리 연산부(240) 및 각 구성들에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(250)로 구성된다. 상기 능동형 비접촉 식별 장치는 건전지나 축전지로 구성된 전원 공급부(250)를 독립적으로 구비하고 있기 때문에 수동형과 같이 리더기로부터 전력을 전달받지 않더라도 동작이 가능하다. 각 구성 회로들의 동작을 위해서 전원 공급부(250)를 구성하는 건전지나 축전지를 주기적으로 충전해야 하는데 충전에 많은 시간을 소모하게 되어 동작 시간이 제한되며, 축전지에 의한 가격 상승 및 환경 오염이 발생할 수 있다.
특허문헌 2는 복수의 안테나들을 통해 적어도 하나의 대표 RFID 태그로부터 태그 수신 신호의 수신 전력을 감지하는 단계, 상기 복수의 안테나들을 통해 인식 대상 RFID 태그로부터의 태그 수신 신호의 수신 전력을 감지하는 단계 및 상기 대표 RFID 태그의 수신 전력과 상기 인식 대상 RFID 태그의 수신 전력에 기초하여, 상기 인식 대상 RFID 태그의 위치를 판별하는 단계를 포함하는 RFID 태그 인식 방법에 관한 기술이다.
1. 한국공개특허 제2004-0040846호(2002년 11월 08일 공개) 2. 한국공개특허 제2010-0077489호(2010년 08월 11일 공개)
본 발명은 별도의 축전지를 구비하지 않고도 에너지 하베스팅에 의해 생산한 소량의 전력으로도 능동형 RFID 태그 동작이 가능할 정도로 전력 소모가 적고 소형화, 대량 생산, 집적화 및 휴대성이 향상된 능동형 스핀 RFID 태그를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 능동형 스핀 RFID 태그는 주변의 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 수단; 별도의 전원을 구비하지 않고도 상기 에너지 하베스팅 수단에서 생산된 전력을 공급받아 소정 주파수의 발진 신호를 출력하는 스핀 발진기 및 상기 발진 신호에 RFID 데이터를 변조하여 RF 신호로 출력하는 스핀 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 에너지 하베스팅 수단, 상기 스핀 발진기 내지 상기 스핀 변조기 중 적어도 하나를 초기화시키기 위한 리셋부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 리셋부는 상기 스핀 발진기를 평형 상태 또는 반평형 상태의 자기 포화 상태까지 이르도록 하기 위한 전기 또는 자기 신호를 발생시키는 상기 RFID 태그 내부에 형성된 리셋용 코일인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 리셋부는 상기 RFID 태그 외부에 형성된 리셋용 홀더이고, 상기 리셋용 홀더는 상기 스핀 발진기의 자기적 리셋을 목적으로 하는 자기장 발생부가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 외부의 자기장 또는 전자파를 차폐하기 위해 상기 스핀 발진기의 외측에 형성된 쉴드부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 스핀 변조기는 온오프키잉(on-off keying: OOK) 변조, 진폭쉬프트키잉(amplitude-shift keying: ASK) 변조, 주파수쉬프트키잉(frequency shift keying: FSK) 변조 및 위상쉬프트키잉(phase shift keying: PSK) 변조 중 적어도 하나의 변조 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 스핀 발진기의 출력 또는 상기 스핀 변조기의 출력 중 적어도 하나의 출력 신호의 세기를 증폭시켜 출력하는 증폭부를 선택사항으로 포함할 수 있음을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 주변 환경을 감지하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 센서가 감지한 감지 신호를 입력 신호로 받아 일정 레벨에 도달하면 상기 스핀 변조기로 전송하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 센서가 감지한 감지 신호를 주기적으로 상기 스핀 변조기로 출력하는 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 센서가 감지한 감지 신호를 일정 시간 동안 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 본 발명에 따른 능동형 스핀 RFID 집적회로칩은 기판에 상기 스핀 발진기 및 상기 스핀 변조기를 집적시키고, 상기 에너지 하베스팅 수단은 광전 소자, 열전 소자, 무선 소자 또는 압전 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 본 발명에 따른 전자 도어락 시스템은 스핀 발진기에 의해 출력된 발진 신호를 캐리어 신호로 사용하여 변조한 RF 신호를 출력하는 능동형 스핀 RFID 태그 및 상기 RF 신호를 수신하고 복조하여 출입문 개방을 제어하는 리더기가 포함된 도어락 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 본 발명에 따른 능동형 스핀 RFID 태그는 주변의 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 수단, 별도의 축전지를 구비하지 않고도 상기 에너지 하베스팅 수단에서 생산된 전력을 공급받아 소정 주파수의 발진 신호를 발생시키고 RFID 데이터를 변조시켜 RF 신호를 출력하는 스핀 변조기 및 상기 스핀 변조기를 초기화시키기 위한 전기 또는 자기 신호를 발생시키는 리셋부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기존의 인덕터와 캐패시터로 구성된 전자회로 기반의 VCO(voltage controlled oscillator) 대신 전력 소모가 극히 적은 스핀 발진기를 오실레이터로 사용하기 때문에 별도의 축전지 없이도 에너지 하베스팅 수단을 활용하여 적은 전기를 공급받아도 능동형 RFID 태그 동작 구현이 가능하고, 스핀 발진기 특성상 소형화와 집적화가 용이하여 제조 비용 절감과 대량 생산할 수 있다.
기존의 수동 RFID 태그의 성능이 500㎼ 정도의 전력 소모, 100kbps급의 통신 속도, 크기는 2.5x1mm 이상인데 비하여, 본 발명은 능동형이면서도 기존의 수동 RFID 태그 전력 소모 1/3 수준, 통신 속도 200배 이상, 태그 크기는 1/100배 이하로 구현이 가능하여 특히 휴대용으로 능동형 RFID 태그를 경쟁력 있게 구현할 수 있다.
본 발명은 별도의 축전지 없이도 RFID 태그에 에너지 하베스팅으로 전원을 공급하는 능동형 RFID 태그로서 영구적으로 사용할 수 있으므로 친환경적이다.
도 1은 종래 기술에 따른 능동형 RFID(Radio Frequency Identification) 태그
도 2는 스핀 발진기의 일반적인 단면 구조도와 입력 전류에 따른 주파수 특성 그래프
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 능동형 스핀 RFID 태그
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 11은 본 발명의 제9 실시예에 의한 능동형 스핀 RFID 태그
도 12는 본 발명의 능동형 스핀 RFID 태그에 형성된 쉴드부
도 13은 능동형 스핀 RFID 태그가 적용된 전자 도어락 시스템을 도시한 도면
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.
본 발명은 스핀트로닉스(spintronics) 기술과 RF 기술이 접목된 스핀 발진기를 적용한 RFID 태그 기술에 관한 것이다. 본 발명은 저전력 소모의 스핀 전달 토크(Spin Transfer Torque, 이하 'STT'라 함) 소자를 RFID 태그 내 발진기 및 변조기에 사용함으로써 별도의 축전지 없이도 주변의 에너지를 모아 재활용하여 전기로 변환시키는 에너지 하베스팅 수단으로만 능동형 RFID 태그를 구현한 발명이다.
에너지 하베스팅이란 일상 생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술로서, 진동, 사람의 움직임, 빛, 열 및 전자기파 등을 수확하여 전력을 생산한다. 에너지 하베스팅에 의해 만들어지는 전기 에너지의 변환량은 매우 적다. 에너지 하베스팅에 의한 전력 생산량은 마이크로 와트(μW) 수준이며 많게는 밀리 와트(mW) 수준인데, 사실상 에너지 하베스팅에 의해 생산된 전력만으로 RFID 태그 내 집적 회로들을 원활하게 구동시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 저전력 특성을 가지면서 전기 신호를 인가하면 소정 주파수의 발진 신호를 출력하는 스핀 발진기를 통신용 발진기 및 변조기로 구현함으로써 종래의 VCO(voltage controlled oscillator: 이하 'VCO'라 칭함)와 변조기를 사용하는 경우 전력 소모가 커서 에너지 하베스팅만으로 동작시킬 수 없던 문제점을 해결하고 에너지 하베스팅으로 생산되는 전력만으로도 동작이 가능한 능동형 스핀 RFID 태그를 제공한다.
본 발명의 일 실시예로서 도 3에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 에너지 하베스팅 수단(1)은 태양광, 전파, 열, 진동 및 무선 신호와 같은 주변의 광 에너지, 열에너지, 기계 에너지, 무선 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 상기 RFID 태그의 각 구성들(예를 들면, 도 3의 스핀 발진기 및 스핀 변조기)에 전원을 공급한다. 상기 에너지 하베스팅 수단(1)은 광전 소자, 압전 소자, 열전 소자 및 무선 소자가 될 수 있다.
상기 스핀 발진기(2)는 상기 에너지 하베스팅 수단(1)이 생산한 소량의 전기를 전력으로 공급받아 별도의 전원 없이도 구동하여 일정한 주파수를 갖는 발진 신호(carrier wave)를 출력한다. 상기 스핀 발진기(2)는 종래의 VCO에 비해 집적화가 가능하고, 전력 소모가 적어 에너지 하베스팅 수단(1)과 결합 시 스핀 발진기(2)의 효과는 극대화된다. 또한, 상기 스핀 발진기(2)는 복수의 스핀 발진기들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 스핀 발진기들의 어레이 구조를 형성하면 각 스핀 발진기의 출력 신호들이 동기화(synchronization) 또는 위상 동조하여 각 출력 신호들이 합해져 더욱 높은 출력을 갖기 때문에 단거리 무선 통신뿐만 아니라 중장거리 무선 통신에도 적용할 수 있다. 또한 어레이(Array) 구조를 활용하여 스핀 기술로 직접 변조를 구현하여 발진 기능뿐 아니라 변조 기능 구현을 함께 할 수 있다. 또한 상기 스핀 발진기(2)는 적어도 하나 이상의 발진기로 구성되어 각 스핀 발진기마다 인가 전류 또는 전압을 조절하면 변조에 사용되는 다양한 주파수를 갖는 스핀 발진 신호의 파형을 출력할 수 있다.
상기 스핀 발진기(2)는 도 2와 같이, 고정자성층/비자성층/자유자성층의 다층박막구조로 구현할 수 있다. 또는 상기 스핀 발진기(2)는 비자성층을 절연층으로 구성한 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance : TMR) 소자, 비자성층을 도전층으로 구성한 거대자기저항(giant magnetoresistance : GMR) 소자로 구현할 수 있다. 스핀 발진기(2)는 상기 구조에서 스핀 전달 토크 (spin transfer torque)를 이용하여 자유자성층의 자화방향을 세차운동시킴으로서 발진 신호를 출력할 수 있다. 스핀 발진기(2)는 다양한 스핀 전달 토크형 소자, 예를 들어, 나노 콘택 (nano contact), 나노 필러(nano pillar) 또는 자기소용돌이(magnetic vortex) 구조 등으로 구현할 수 있으며, 특정한 소자형태에 제한되지 않는다. 상기 스핀 발진기(2)는 도 2(b)와 도 2(c)와 같이, 입력되는 전류에 따라 변화하는 주파수를 갖는 발진 신호를 출력하므로 발진기에 입력되는 전류를 제어함으로써 주파수를 제어할 수 있다.
상기 스핀 변조기(3)는 상기 스핀 발진기(2)로부터 출력된 상기 발진 신호를 통해 고유 ID 또는 센서(도 8에 도시)가 감지한 정보(RFID 데이터)를 변조하여 RF 신호로 출력한다.
상기 스핀 변조기(3)는 스핀 전달 토크형 소자를 어레이 구조로 형성하여 입력되는 RFID 데이터를 변조시켜 변조 신호를 출력할 수 있다. 상기 스핀 변조기(3)는 스핀트로닉스(spintronics) 기술에 의해 구현된 변조기를 포함한다. 이하 본 발명에서 스핀 발진기(2)와 스핀 변조기(3)의 구성을 분리하여 설명하였지만, 스핀 변조기(3)에 스핀 발진기(2)가 포함되는 구조로도 구현할 수 있다.
상기 스핀 변조기(3)는 온오프키잉(on-off keying:OOK) 변조, 진폭쉬프트키잉(amplitude-shift keying : ASK) 변조, 주파수쉬프트키잉(frequency shift keying : FSK) 변조 또는 위상쉬프트키잉(phase shift keying : PSK) 변조 중 하나 또는 2개 이상의 변조 기능을 결합할 수 있다.
상기 안테나(5) 반사기(reflector)와 도파기(director)를 구비한 지향성이 강한 안테나로 구현하는 것이 바람직하며, 이 경우 전파에 대한 감도가 높아지고 지향성이 높아지므로 상기 스핀 발진기(2)에 의한 발진 신호의 출력 레벨이 작더라도 외부의 RFID 리더기의 수신 감도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예로서 도 4에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 리셋부(14) 및 안테나(5)를 포함한다. 전술한 구성과 동일한 구성은 동일한 원리와 기능을 구비하므로 설명은 생략한다.
상기 리셋부(14)는 RFID 태그의 출력 RF 신호의 이상이나 RFID 태그의 오작동 발생시 또는 사용자의 필요성에 의해 능동형 스핀 RFID 태그 내부의 회로들(예를 들면, 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 에너지 하베스팅 수단(1))을 초기화시킨다. 상기 스핀 발진기(2)는 평형(parallel) 상태 또는 반평형(anti-parallel) 상태로 자기 포화 상태에 이르도록 하면 초기화될 수 있는 특성이 있으므로, 상기 리셋부(14)는 리셋용 코일에 상기 스핀 발진기(2)의 리셋에 필요한 자기장을 얻기에 충분한 세기의 전류를 인가함으로써 상기 스핀 발진기(2)는 초기화될 수 있다. 또는 상기 리셋부(14)는 상기 능동형 RFID 태그와 별도로 리셋용 홀더(holder)로 구성할 수 있다. 리셋용 홀더(holder)는 카드와 같은 판재를 넣고 빼고 할 수 있는 슬롯(slot)이 형성되어 있고 아래 위로는 영구자석이 배치되어 있어 자기장이 형성된다. 리셋용 홀더(holder)에 스핀 발진기(2)가 부착된 RFID 태그를 집어넣으면 자기장에 의하여 내부 회로에 저장된 정보를 초기화시킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시예로서 도 5에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 전원 제어부(11), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 전원 제어부(11)는 상기 에너지 하베스팅 수단(1)에서 생산된 일정하지 않은 전기 신호를 일정하고 안정된 전류 또는 전압으로 출력한다. 상기 스핀 발진기(2)는 인가되는 전류에 민감하게 주파수 특성이 변동되므로, 상기 전원 제어부(11)는 일정한 크기의 안정된 전류를 발생시켜 상기 스핀 발진기(2)에 인가하므로 스핀 발진기(2)로부터 출력되는 발진 신호의 주파수가 변동되지 않고 일정한 주파수로 고정될 수 있다. 또한, 상기 전원 제어부(11)는 상기 에너지 하베스팅 수단(1)으로부터 전기를 입력 신호로 받아 전압 레벨을 일정하게 하여 안정된 전원을 상기 스핀 변조기(3)에 공급할 수도 있어 RFID 태그의 오작동을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제4 실시예로서 도 6에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 증폭부(10) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 증폭부(10)는 상기 스핀 발진기(2)의 출력 전력 또는 상기 스핀 변조기(3)의 출력 전력을 증폭시킴으로써 상기 스핀 발진기(2)의 출력 신호의 전력 세기가 작은 점을 보완할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예로서 도 7에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 축전지(9), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3) 및 안테나(5)를 포함한다.
본 발명은 별도의 축전지(9)를 구비하지 않고, 에너지 하베스팅 수단(1)만으로도 전기를 생산하여도, 스핀 발진기(2)의 특성상 전력 소모가 적기 때문에 작동가능하다. 그러나 능동형 RFID 태그 내에 전력 소모가 큰 증폭기와 같은 회로를 추가로 포함될 경우 또는 안테나(5)를 통해 공중파로 큰 전력 레벨을 출력할 경우에는 에너지 하베스팅 수단(1)만으로 전력이 발생하므로 축전지(9)를 추가하여 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 제6 실시예로서 도 8에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 센서(7) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 센서(7)는 가스, 온도, 빛, 압력, wave, 질량, 농도, 맥박, 뇌파, 혈당 또는 위치 정보 등을 감지하여 감지 신호를 출력한다. 각종 센서(7)에 따라 본 발명에 의한 능동형 스핀 RFID 태그를 환경 센싱, 인체 센싱, 동식물 센싱 또는 기기 동작 센싱 등의 다양한 분야에 응용할 수 있다. 상기 센서(7)로부터의 감지 신호의 정보를 담은 RF 신호를 안테나(5)를 통해 송신하면, 외부 RFID 리더기는 상기 RFID 태그의 용도에 해당하는 정보를 얻는다. 상기 센서(7)가 감지한 신호를 RFID 데이터로 상기 스핀 변조기(3)에 전송하면, 상기 스핀 변조기(3)는 RFID 데이터를 변조하여 RF 신호로 전송하고, 외부 RFID 리더기는 상기 센서(7)가 감지한 신호를 알 수 있게 된다.
본 발명의 제7 실시예로서 도 9에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 메모리(8), 센서(7) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 메모리(8)는 상기 센서(7)가 감지한 감지 신호를 일정 시간 동안 저장하며, 기준 이상의 값에서는 저장된 값을 스핀 발진기(2)와 스핀 변조기(3)를 통해서 전송할 수 도 있다. 상기 메모리(8)는 메모리칩, 레지스터 또는 플립플롭(flip-flop) 등이 있다.
본 발명의 제8 실시예로서 도 10에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 센서(7), 메모리(8), 컨트롤러(4) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 컨트롤러(4)는 상기 메모리(8)에 저장된 정보를 읽어 상기 스핀 변조기(3)로 RFID 데이터를 출력한다. 상기 컨트롤러(4)는 판단 동작을 수행한다. 상기 컨트롤러(4)는 1 비트부터 32 비트 컨트롤러를 사용할 수 있는데, 저비트 컨트롤러일수록 저전력 동작에 유리하므로 판단 동작의 용량에 따라 최소한의 적정 비트의 컨트롤러를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 컨트롤러(4)는 추가로 카운터, 입출력 인터페이스부, 메모리, 아날로그 디지털 컨버터 및 디지털 아날로그 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(4)는 응용 동작에서 요구되는 최소의 구조를 갖도록 설계하는 것이 전력 소모, 면적 및 제조 비용 측면 등에서 바람직하다.
상기 센서(7)는 제6 실시예에서 설명하였듯이 다양한 정보를 감지(sensing)할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서(7)가 가스 농도를 감지하는 센서이면, 상기 컨트롤러(4)에서 상기 센서(7)가 감지한 가스 농도를 입력받아 상기 가스 농도가 기준 농도 이상이 되는지 판단하여, 기준 농도 이상으로 판단되면 상기 스핀 변조기(3)로 감지 신호를 RFID 데이터로 상기 스핀 변조기(3)로 전송한다. 상기 스핀 변조기(3)는 스핀 발진기(2)로부터의 발진 신호를 사용하여 상기 RFID 데이터를 변조하여 안테나(5)로 출력한다. 변조된 신호는 사용자의 RFID 리더기로 전송되고, 가스 농도의 이상 및 가스 상태 정보를 즉시 알 수 있게 된다.
본 발명의 제9 실시예로서 도 11에 도시된 능동형 스핀 RFID 태그는 에너지 하베스팅 수단(1), 스핀 발진기(2), 스핀 변조기(3), 센서(7), 카운터(6), 메모리(8) 및 안테나(5)를 포함한다.
상기 카운터(6)는 주기적 동작 또는 외부 명령에 의한 동작을 수행한다. 상기 카운터(6)의 동작에 의해서 미리 설정한 일정 주기로 상기 메모리(8)의 출력 또는 센서(7)로부터 출력되는 감지 신호를 무선으로 전송 할 수 있다. 상기 카운터(6)는 순차적인 동작 플로우를 수행한다.
도 3 내지 도 11에 도시되어 있지 않지만 상기 에너지 하베스팅 수단(1)에서 생산된 전기는 스핀 발진기(2)뿐 만 아니라 스핀 변조기(3), 카운터(6), 센서(7), 증폭부(10), 전원 제어부(11), 리셋부(14), 메모리(8) 및 컨트롤러(4)에도 공급되어 별도의 축전지(9)를 구비하지 않을 수 있다.
도 12는 본 발명의 능동형 스핀 RFID 태그에 형성된 쉴드부(15)를 도시한 도면이다.
상기 쉴드부(15)는 쉴드층을 스핀 발진기(2)의 외측에 형성함으로써 외부로부터 유입되는 원치 않는 자기장 또는 전자파에 의해 상기 스핀 발진기(2)의 발진 신호에 영향을 미치지 않도록 차폐하여 능동형 스핀 RFID 태그의 비정상적인 동작을 예방할 수 있다. 상기 쉴드층의 재료로서, 투자율(permeability)이 낮은 비자성 금속을 사용할 경우 전자파에 대한 상기 스핀 발진기(2)의 동작 방해를 예방할 수 있다. 이와 대조적으로 투자율(permeability)이 높은 강자성 금속을 사용할 경우 전자파는 물론이고, 원치 않는 자기장에 의한 차폐도 가능하여 가급적이면 강자성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 물질의 투자율은 페라이트가 16, 철이 100, 니켈이 100 ~ 600, 철 니켈 합금(NiFe)이 8,000이다. 철 니켈 합금(NiFe)이 저렴하고 성능이 좋으므로 상기 쉴드부(15)의 재료로서 철 니켈 합금(NiFe)이 바람직하다. 또한 상기 쉴드부(15)의 투자율은 바람직하게는 10 이상으로 하면 상기 스핀 발진기(2)의 동작은 외부 영향으로부터 안전하다. 상기 쉴드부(15)는 도시되어 있지 않지만, 상기 쉴드부(15)에 형성된 접지 기구와 상기 쉴드부(15)와 상기 접지 기구 사이에 구비될 수 있는 전자 필터를 포함하여 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명은 도 12에 도시된 바와 같이, 기판에 상기 에너지 하베스팅 수단(1), 상기 스핀 발진기(2) 및 상기 스핀 변조기(3)를 집적화시켜 능동형 스핀 RFID 집적회로칩을 구현할 수 있다. 특히, 스핀 발진기와 스핀 변조기는 CMOS 공정과 호환가능성이 있어 메모리, 증폭기, 카운터, 컨트롤러, 센서 등과 같이 집적화할 수 있다. 에너지 하베스팅 수단(1)으로 압전소자나 열전소자, 광전소자 및 무선전기 변환소자를 사용하여 하나의 기판에 집적화시키거나 하이브리드로 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서 능동형 스핀 RFID 태그(20)를 전자 도어락 시스템에 활용할 수 있으며, 도 13과 같이, 출입문 개방을 위해 고유식별 정보가 기록된 능동형 RFID 태그(20)를 도어락 장치(30)에 인접시키면 상기 도어락 장치(30)는 전력을 무선으로 전달하거나 전력을 전송하지 않더라도 RFID 태그 내의 에너지 하베스팅 수단(1)에 의해 생산된 전기로 스핀 발진기가 작동하여 RFID 태그로(20)부터 RF 신호가 출력되면, 도어락 장치(30)에 내장된 리더기가 RF 신호를 읽어들여 출입문을 개방하도록 한다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 에너지 하베스팅 수단 2 : 스핀 발진기
3 : 스핀 변조기 4 : 리셋부
5 : 안테나 6 : 카운터
7 : 센서 8 : 메모리
9 : 축전지 10 : 증폭부
11 : 전원 제어부 14 : 컨트롤러
15 : 쉴드부 210 : 안테나
220 : 아날로그 신호처리부 230 : 디지털 신호처리부
240 : 논리 연산부 250 : 전원 공급부

Claims (16)

  1. 능동형 RFID 태그에 있어서,
    주변의 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 수단;
    별도의 축전지를 구비하지 않고도 상기 에너지 하베스팅 수단에서 생산된 전력을 공급받아 소정 주파수의 발진 신호를 출력하는 적어도 하나의 스핀 발진기 및
    상기 스핀 발진기로부터 출력된 발진 신호를 사용하여 RFID 데이터를 변조하여 RF 신호로 출력하는 스핀 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 수단은 광전소자, 열전소자, 압전소자 및 무선전기 변환소자 중 어느 하나 또는 그 조합인 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 수단, 상기 스핀 발진기 또는 상기 스핀 변조기를 초기화시키기 위한 리셋부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리셋부는 상기 RFID 태그 외부에 형성되고, 상기 스핀 발진기를 평형 상태 또는 반평형 상태의 자기 포화 상태로 만드는 리셋용 코일인 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  5. 제1항에 있어서,
    외부의 자기장 또는 전자파를 차폐하기 위해 상기 스핀 발진기에 미치지 않도록 상기 스핀 발진기의 외측에 형성된 쉴드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스핀 변조기는 온오프키잉(on-off keying:OOK) 변조, 진폭쉬프트키잉(amplitude-shift keying : ASK) 변조, 주파수쉬프트키잉(frequency shift keying : FSK) 변조 및 위상쉬프트키잉(phase shift keying : PSK) 변조 중 적어도 하나의 변조 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스핀 발진기의 출력 또는 상기 스핀 변조기의 출력 중 적어도 하나의 출력 신호의 세기를 증폭시켜 출력하는 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    주변 환경을 감지하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센서가 감지한 감지 신호를 입력 신호로 받아 일정 레벨에 도달하면 상기 스핀 변조기로 전송하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 센서가 감지한 감지 신호를 주기적으로 상기 스핀 변조기로 출력하는 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 센서가 감지한 감지 신호를 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 능동형 스핀 RFID 태그를 하나의 기판에 집적한 능동형 스핀 RFID 집적회로칩.
  13. 삭제
  14. 능동형 RFID 태그에 있어서,
    주변의 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 수단;
    별도의 축전지를 구비하지 않고도 상기 에너지 하베스팅 수단에서 생산된 전력을 공급받아 소정 주파수의 발진 신호를 발생시키고 RFID 데이터를 변조하여 RF 신호로 출력하는 스핀 변조기 및
    상기 스핀 변조기를 초기화시키기 위한 전기 또는 자기 신호를 발생시키는 리셋부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 스핀 RFID 태그.
  15. 제1항 또는 제14항의 능동형 스핀 RFID 태그를 초기화하기 위하여,
    카드 형태의 상기 능동형 스핀 RFID 태그를 넣고 빼고 할 수 있는 슬롯(slot)이 형성되어 있고, 아래 위로는 영구자석이 배치되어 있어 자기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 리셋용 홀더.
  16. 제1항 또는 제14항의 능동형 스핀 RFID 태그를 사용한 전자 도어락 시스템.
KR1020130030978A 2013-03-22 2013-03-22 능동형 스핀 rfid 태그 KR101402784B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130030978A KR101402784B1 (ko) 2013-03-22 2013-03-22 능동형 스핀 rfid 태그
PCT/KR2013/009850 WO2014148719A1 (ko) 2013-03-22 2013-11-01 능동형 스핀 rfid 태그

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130030978A KR101402784B1 (ko) 2013-03-22 2013-03-22 능동형 스핀 rfid 태그

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101402784B1 true KR101402784B1 (ko) 2014-06-11

Family

ID=51131600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130030978A KR101402784B1 (ko) 2013-03-22 2013-03-22 능동형 스핀 rfid 태그

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101402784B1 (ko)
WO (1) WO2014148719A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108242858A (zh) * 2016-12-27 2018-07-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置
KR101928966B1 (ko) 2018-05-28 2018-12-13 주식회사 썬에이치에스티 다중 에너지 하베스팅 입력을 이용한 멀티 스마트 센서 장치
WO2019208843A1 (ko) * 2018-04-24 2019-10-31 엘지전자 주식회사 무선 전력의 송수신을 수행하는 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003506948A (ja) 1999-07-29 2003-02-18 マルコニ データ システムズ リミテッド 圧電タグ
KR20070020876A (ko) * 2005-08-17 2007-02-22 박순필 압전체를 이용한 무선주파수인식시스템
KR101031482B1 (ko) 2009-12-23 2011-04-26 주식회사 하이닉스반도체 Ｒｆｉｄ 시스템
KR101080813B1 (ko) * 2009-10-01 2011-11-07 한국과학기술연구원 저전력, 광대역, 고분해력을 갖춘 스핀 디지털 제어 발진기

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058716A (ko) * 2009-11-24 2011-06-01 경희대학교 산학협력단 모바일 단말기 결합형 스마트키 시스템과 차량 제어 장치, 그리고 스마트키 동작 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003506948A (ja) 1999-07-29 2003-02-18 マルコニ データ システムズ リミテッド 圧電タグ
KR20070020876A (ko) * 2005-08-17 2007-02-22 박순필 압전체를 이용한 무선주파수인식시스템
KR101080813B1 (ko) * 2009-10-01 2011-11-07 한국과학기술연구원 저전력, 광대역, 고분해력을 갖춘 스핀 디지털 제어 발진기
KR101031482B1 (ko) 2009-12-23 2011-04-26 주식회사 하이닉스반도체 Ｒｆｉｄ 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108242858A (zh) * 2016-12-27 2018-07-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种基于电子自旋属性的新型射频微波能量采集装置
WO2019208843A1 (ko) * 2018-04-24 2019-10-31 엘지전자 주식회사 무선 전력의 송수신을 수행하는 장치 및 방법
US11245290B2 (en) 2018-04-24 2022-02-08 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for performing transmission and reception of wireless power
KR101928966B1 (ko) 2018-05-28 2018-12-13 주식회사 썬에이치에스티 다중 에너지 하베스팅 입력을 이용한 멀티 스마트 센서 장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014148719A1 (ko) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9231665B2 (en) Portable electronic device capable of expanding transmission distance for near field communication functions
US7317382B2 (en) Remote communications devices, wireless communications systems, and wireless communications methods
KR100278792B1 (ko) 정보카드장치
EP1084423B1 (en) Radio frequency identification tag device with sensor input
US8622312B2 (en) Method and apparatus for interfacing with a smartcard
KR102071396B1 (ko) 측정 센서
TWI596546B (zh) 感應卡學習裝置、穿戴式產品及其操作方法
JP4685046B2 (ja) 追加情報の確認可能なｒｆ−ｉｄシステムおよび方法
US20150140927A1 (en) Wireless communication module and portable electronic device using the same
US20090291635A1 (en) Radio-frequency communication device, system and method
JP3649374B2 (ja) アンテナ装置及びカード状記憶媒体
US20150083796A1 (en) Nfc or rfid based sensor measurement device and measuring method using the same
RU2011120434A (ru) Самоустанавливающийся датчик/передатчик для оснащения процесса
JP2007122600A (ja) 集積回路チップ及びｒｆｉｄシステム
JP2006195502A (ja) センサ入力機能付きバッテリーレス型ｒｆｉｄセンサ
ES2354969T3 (es) Dispositivo conmutador accionado por un transpondedor.
KR101402784B1 (ko) 능동형 스핀 rfid 태그
CN102663456A (zh) 一种近距离有源射频识别系统
US20140232207A1 (en) Core Module for Wireless Sensing System
Dongsheng et al. A high sensitivity analog front-end circuit for semi-passive HF RFID tag applied to implantable devices
JP4880263B2 (ja) アンテナ回路
KR100741353B1 (ko) Ｕｓｎ/ｒｆｉｄ 태그 통합모듈
CN109506705A (zh) 一种基于nfc技术的无源温湿度传感磁贴实现方法
KR20010075050A (ko) 비접촉형 용량성 데이터 전송 시스템 및 방법
CN111667036A (zh) 电子标签远程空中无线充电的方法及充电系统和电子标签

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180525

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190826

Year of fee payment: 6