KR101831871B1 - 무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨 - Google Patents

무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨 Download PDF

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Abstract

무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 에너지 수집 장치는, 무선 전파를 수집하여 직류 전압을 발생시키는 것으로서, 안테나 및 수집 회로를 포함한다. 안테나는 무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압을 발생시킨다. 수집 회로는, 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키되, 이 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.

Description

무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨{Wireless energy collection apparatus and wireless electronic label adopting the same}
본 발명은, 무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 전파를 수집하여 직류 전압을 발생시키는 무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨에 관한 것이다.
현재 무선 통신 및 이동 통신 시스템의 발전에 따라 저전력으로 구동될 수 있는 무선 전자 제품들이 늘어나고 있다. 이와 같은 무선 전자 제품들은, 매우 작은 크기를 가지고, 사용자의 휴대용으로 사용되거나, 이동 수단에 부착되어 사용된다.
무선 에너지를 수집하여 직류 전압을 발생시키는 무선 에너지 수집 장치는, 상기와 같은 무선 전자 제품들에 채용되어 해당 무선 전자 제품의 동작 전원을 공급한다.
무선 에너지를 수집하는 방식에 따라, 무선 전자 제품들은, 송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 유형과, 공중파 주파수의 에너지를 수집하는 유형으로 구분될 수 있다.
송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들이 송신기와 멀어졌을 경우에 수신 전력이 부족해지는 문제점이 있다.
공중파 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들의 위치에 구애받지 않고 전력을 공급받을 수 있지만, 전파와 관련된 법에 의하여 공중파 에너지의 크기가 제한되므로 수신 전력이 충분하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은, 무선 에너지를 효율적으로 수집하여 상대적으로 큰 직류 전력을 발생시킬 수 있는 무선 에너지 수집 장치 및 이를 채용한 무선 전자 라벨을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 전파를 수집하여 직류 전압을 발생시키는 무선 에너지 수집 장치에 있어서, 안테나 및 수집 회로를 포함할 수 있다.
상기 안테나는 무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압을 발생시킨다.
상기 수집 회로는, 상기 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키되, 상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.
또한, 상기 수집 회로는 정류부, 임피던스 변환부, 검출부, 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 정류부는 상기 안테나로부터의 교류 전압(VAC)을 정류하여 직류 전압(VDC)을 발생시킨다.
상기 임피던스 변환부는, 상기 안테나와 상기 정류부 사이에 연결되어, 입력되는 제어 신호(Scon)에 따라 자신의 임피던스가 변한다.
상기 검출부는 상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 검출하여 검출 직류 전압(VDCD)을 출력한다.
상기 제어부는, 상기 검출부로부터의 검출 직류 전압(VDCD)이 설정 전압보다 낮으면, 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시킨다.
또한, 상기 수집 회로가, 상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 충전하면서 충전 전압(VDC1)을 출력하는 충전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시킴에 있어서, 상기 임피던스 변환부의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변화되게 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 에너지 수집 장치 및 주 회로를 구비하여, 상기 무선 에너지 수집 장치로부터의 직류 전원에 의하여 상기 주 회로가 동작하는 무선 전자 라벨에 있어서, 상기 무선 에너지 수집 장치가 안테나 및 수집 회로를 포함할 수 있다.
상기 안테나는 무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압을 발생시킨다.
상기 수집 회로는, 상기 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키되, 상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 수집 회로는, 상기 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키되, 상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.
여기에서, 상기 수집 회로의 내부 임피던스와 상기 수집 회로의 출력측의 임피던스의 합성 임피던스가 상기 안테나측의 임피던스와 동일한 정합(matching) 상태일 때, 상기 안테나측으로부터 상기 수집 회로측으로 가장 많은 전력 에너지가 이동한다. 물론, 상기 수집 회로의 출력측의 임피던스는, 본 발명의 실시예의 무선 에너지 수집 장치를 채용한 무선 전자 제품 예를 들어, 무선 전자 라벨의 주 회로의 임피던스를 의미한다.
그런데, 상기 안테나에서 검출되는 무선 전파의 주파수는 수시로 변하므로, 상기 안테나측의 임피던스 및 상기 수집 회로의 임피던스도 수시로 변한다.
이에 따라 임피던스 부정합(mismatching)으로 인하여 상기 수집 회로에서 상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮아지면, 상기 수집 회로의 내부 임피던스가 변화된다. 즉, 상기 직류 전압이 설정 전압과 같거나 보다 높아질 때까지 상기 수집 회로의 내부 임피던스가 변화된다.
따라서, 종래의 단순한 수집 및 정류 기능의 무선 에너지 수집 장치에 비하여, 높은 무선 전파 신호가 존재하는 대역에서 최적 전력 변환 효율을 가지도록 임피던스 정합이 이루어지므로, 무선 에너지가 효율적으로 수집되어 상대적으로 큰 직류 전력이 발생될 수 있다.
더 나아가, 송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들이 송신기와 멀어지더라도, 공중파 주파수의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
이와 마찬가지로, 공중파 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 공중파 에너지의 크기가 약하더라도, 주위의 송신기로부터 방사되는 특정 대역의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 무선 에너지 수집 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 임피던스 변환부의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 정류부가 더블러(Doubler) 정류기인 경우와 차동 정류기인 경우의 효율을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 무선 전자 라벨로서의 알에프아이디(RFID) 태그의 내부 구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 4의 집적회로 소자의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 무선 에너지 수집 장치의 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 무선 에너지 수집 장치는, 무선 전파를 수집하여 직류 전압(VDC1)을 발생시키는 것으로서, 안테나(12) 및 수집 회로(11)를 포함한다.
안테나(12)는 무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압(VAC)을 발생시킨다. 수집 회로(11)는, 안테나(12)로부터의 교류 전압(VAC)을 정류하여 직류 전압(VDC1)을 발생시키되, 이 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.
여기에서, 수집 회로(11)와 주 회로의 합성 임피던스가 안테나(12)측의 임피던스와 복소 공액 정합(complex conjugate matching) 상태일 때, 안테나(12)측으로부터 수집 회로(11)측으로 가장 많은 전력 에너지가 이동한다. 물론, 수집 회로(11)의 출력측의 임피던스는, 본 발명의 실시예의 무선 에너지 수집 장치를 채용한 무선 전자 제품 예를 들어, 알에프아이디(RFID : Radio-Frequency IDentification)와 같은 무선 전자 라벨의 주 회로의 임피던스를 의미한다.
그런데, 안테나(12)에서 검출되는 무선 전파의 주파수는 수시로 변하므로, 안테나(12)측의 임피던스 및 수집 회로(11)의 임피던스도 수시로 변한다.
이에 따라 임피던스 부정합(mismatching)으로 인하여 수집 회로(11)에서 직류 전압(VDC)이 설정 전압보다 낮아지면, 수집 회로(11)의 내부 임피던스가 변화된다. 즉, 직류 전압(VDC)이 설정 전압과 같거나 보다 높아질 때까지 수집 회로(11)의 내부 임피던스가 변화된다.
따라서, 종래의 단순한 수집 및 정류 기능의 무선 에너지 수집 장치에 비하여, 높은 무선 전파 신호가 존재하는 대역에서 최적 전력 변환 효율을 가지도록 임피던스 정합이 이루어지므로, 무선 에너지가 효율적으로 수집되어 상대적으로 큰 직류 전력이 발생될 수 있다.
더 나아가, 송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들이 송신기와 멀어지더라도, 공중파 주파수의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
이와 마찬가지로, 공중파 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 공중파 에너지의 크기가 약하더라도, 주위의 송신기로부터 방사되는 특정 대역의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
수집 회로(11)는 정류부(11b), 임피던스 변환부(11a), 검출부(11d), 및 제어부(11e)를 포함한다.
정류부(11b)는 안테나(12)로부터의 교류 전압(VAC)을 정류하여 직류 전압(VDC)을 발생시킨다.
임피던스 변환부(11a)는, 안테나(12)와 정류부(11b) 사이에 연결되어, 입력되는 제어 신호(Scon)에 따라 자신의 임피던스가 변한다.
검출부(11d)는 정류부(11b)로부터의 직류 전압(VDC)을 검출하여 검출 직류 전압(VDCD)을 출력한다.
제어부(11e)는, 검출부(11d)로부터의 검출 직류 전압(VDCD)이 설정 전압보다 낮으면, 제어 신호(Scon)에 의하여 임피던스 변환부(11a)의 임피던스를 변환시킨다.
본 실시예의 경우, 수집 회로(11)는 정류부(11b)로부터의 직류 전압(VDC)을 충전하면서 충전 전압(VDC1)을 출력하는 충전부(11c)를 더 포함한다.
제어부(11e)가 제어 신호(Scon)에 의하여 임피던스 변환부(11a)의 임피던스를 변환시킴에 있어서, 임피던스 변환부(11a)의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변화되게 한다.
도 2는 도 1의 임피던스 변환부(11a)의 내부 구성을 보여준다.
도 2를 참조하면, 임피던스 변환부(11a)는 가변 저항(R), 가변 캐패시터(C) 및 인덕터(L)가 수집 회로(11)의 출력측의 임피던스에 대하여 병렬로 연결된다. 물론, 수집 회로(11)의 출력측의 임피던스는, 본 발명의 실시예의 무선 에너지 수집 장치를 채용한 무선 전자 제품 예를 들어, 무선 전자 라벨의 주 회로의 임피던스를 의미한다.
제어부(11e)는 제어 신호(Scon)에 의하여 가변 저항(R) 및 가변 캐패시터(C)의 저항값과 캐패시턴스 값을 조정함에 의하여, 임피던스 변환부(11a)의 임피던스를 변환시킨다. 여기에서, 제어부(11e)는 임피던스 변환부(11a)의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변화되게 한다.
가변 저항(R), 가변 캐패시터(C) 및 인덕터(L)는, 잘 알려져 있는 바와 같이, 집중 소자 및 분포 소자로 형성되거나, 또는 스위치, 다이오드 및 트랜지스터로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1의 정류부(11b)가 더블러(Doubler) 정류기인 경우와 차동 정류기인 경우의 효율을 비교한 그래프이다. 여기에서, 더블러(Doubler) 정류기는 안테나로부터의 교류 전압을 정류하는 것으로서 잘 알려져 있다. 전계 효과 트랜지스터들(FETs)의 스위치에 의하여 교류 전압을 정류하는 차동 정류기는, 일반적인 정류기로서 잘 알려져 있지만, 본 발명의 실험을 위하여 적용되었다.
도 3에서 효율(%)은, 도 1의 정류부(11b)에서 입력 교류 전력에 대한 출력 직류 전력의 비율을 가리킨다. 도 3에서 제1 특성 곡선(C1)은 더블러(Doubler) 정류기의 것을, 그리고 제2 특성 곡선(C2)은 차동 정류기의 것을 각각 가리킨다.
도 3을 참조하면, 입력 교류 전력이 대략 -7 밀리-데시벨(dBm)보다 높은 영역에서는 더블러(Doubler) 정류기의 효율이 보다 높지만, 입력 교류 전력이 대략 -7 밀리-데시벨(dBm)보다 낮은 영역에서는 차동 정류기의 효율이 보다 높음을 알 수 있다.
따라서, 입력 교류 전력이 낮은 경우에 무선 전자 제품의 동작에 문제가 되므로, 무선 전자 라벨과 같이 무선 전력을 공급받는 무선 전자 제품은 차동 정류기를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
하지만, 잘 알려져 있는 바와 같이, 차동 정류기는 입력 교류 전압의 주파수에 따라 상기 효율에 큰 차이를 가진다. 따라서, 주파수 대역 변화에 따라 최대 전력 변환 효율을 가지도록 하기 위하여 임피던스 매칭이 필요하다. 아래의 표 1은 입력 교류 전압의 주파수 대역에 따라 최적 임피던스의 매칭이 수행된 후에 얻어진 차동 정류기의 효율 특성을 보여준다.
주파수 임피던스 효율
450 MHz 150 - j933.05 Ω 64.81 %
900 MHz 70 - j452.39 Ω 73.79 %
1800 MHz 19 - j237.50 Ω 71.36 %
2300 MHz 13.5 - j192.20Ω 70.52 %
상기 표 1을 참조하면, 도 1의 정류부(11b)로서 바람직한 차동 정류기의 경우, 이를 채용한 무선 전자 제품이 고효율의 1800 메가헤르쯔(MHz)의 수신 주파수에 부합되도록 설계되어있다 하더라도 수신 주파수가 변동될 경우에 임피던스 부정합이 발생하므로, 임피던스 매칭에 의하여 정류부(11b)의 효율이 유지될 수 있음을 알 수 있다.
하지만, 이와 같이 임피던스 부정합(mismatching)으로 인하여 검출부(도 1의 11d)로부터의 검출 직류 전압(VDCD)이 설정 전압보다 낮아지면, 제어부(도 1의 11e)는 제어 신호(Scon)에 의하여 임피던스 변환부(11a)의 임피던스를 변환시킨다. 즉, 임피던스 변환부(11a)의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변한다.
따라서, 종래의 단순한 수집 및 정류 기능의 무선 에너지 수집 장치에 비하여, 높은 무선 전파 신호가 존재하는 대역에서 최적 전력 변환 효율을 가지도록 임피던스 정합이 이루어지므로, 무선 에너지가 효율적으로 수집되어 상대적으로 큰 직류 전력이 발생될 수 있다.
더 나아가, 송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들이 송신기와 멀어지더라도, 공중파 주파수의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
이와 마찬가지로, 공중파 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 공중파 에너지의 크기가 약하더라도, 주위의 송신기로부터 방사되는 특정 대역의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 무선 전자 라벨로서의 알에프아이디(RFID) 태그의 내부 구조를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 무선 전자 라벨로서의 알에프아이디(RFID) 태그(4)에 있어서, 기판(44) 위에 집적회로 소자(41) 및 안테나(12)가 형성된다. 안테나(12)는 집적회로 소자(41)를 통하여 단일 폐루프를 형성한다. 즉, 연결 단자들(43a,43b) 사이의 연결 영역(CN)에 도체가 연결된다.
도 5는 도 4의 집적회로 소자(41)의 내부 구성을 보여준다.
도 5를 참조하면, 도 4의 알에프아이디(RFID) 태그(4)는 무선 에너지 수집 장치(1) 및 그 나머지인 주 회로를 구비하여, 무선 에너지 수집 장치(1)로부터의 직류 전원에 의하여 주 회로가 동작한다.
무선 에너지 수집 장치(1)의 구성, 동작 및 효과에 대해서는 도 1 내지 3을 참조하여 설명된 바와 같다. 따라서, 무선 에너지 수집 장치(1)의 나머지인 주 회로에 대해서만 설명하기로 한다.
주 회로는 제어부(5119), 전압 조정부(51), 클럭 펄스 발생부(5115), 리셋 신호 발생부(5111), 신호 지연부(5113), 복조부(5107), 변조부(5109), 메모리(5121), 승압부(5117), 및 플래그 발생부(5123)를 포함한다.
전압 조정부(51)는 수집 회로(11)로부터의 직류 전압(VDC1)을 설정 직류 전압(VDC2)으로 변환하여 제어부(5119)에 제공한다. 클럭 펄스 발생부(5115)는 전압 조정부(51)로부터의 직류 전압(VDC2)이 정격 레벨보다 낮은 제1 레벨 이상으로 상승하는 동안에 클럭 펄스들(SCK)을 제어부(5119)에 제공한다. 리셋 신호 발생부(5111)는, 전압 조정부(51)로부터의 직류 전압이 정격 레벨 이상으로 상승하는 동안에 높은 논리 상태의 리셋 신호(SRS1)를 발생시켜서, 제어부(5119)에 제공한다.
전압 조정부(51)로부터의 설정 직류 전압(VDC2)은 신호 지연부(5113)에도 제공된다.
신호 지연부(5113)는 리셋 신호 발생부(5111)로부터의 리셋 신호(SRS1)를 약 20 마이크로-초(μs) 동안 지연시켜서 지연된 리셋 신호(SRS2)를 플래그 발생부(5123)에 전원으로서 제공한다. 즉, 플래그 발생부(5123)는 제어부(1119)보다 늦게 동작을 개시한다.
따라서, 본 실시예의 알에프아이디(RFID) 태그(도 4의 4)가 리더로부터의 플래그 신호를 재생하여 반송하기 직전에 공급 전원의 순간적인 불안정으로 인하여 오프(off) 상태로 전환되었다가, 짧은 시간 동안에 다시 온(on) 상태로 복원되는 경우, 플래그 발생부(5123)는 제어부(5119)보다 늦게 동작을 개시한다.
따라서, 제어부(5119)가 동작을 다시 초기화한 직후에 알 수 없는 논리 상태의 플래그 신호를 플래그 발생부(5123)에 입력하더라도, 플래그 발생부(5123)는 이에 반응하지 않는다. 또한, 플래그 발생부(5123)는 오프(off) 상태 직전에 재생하여 저장하였던 논리 상태의 플래그 신호를 제어부(5119)에 출력한다. 즉, 오프(off) 상태 직전에 재생하여 저장하였던 논리 상태의 플래그 신호가 제어부(5119)를 통하여 리더에 반송될 수 있다. 이에 따라, 자신이 전송하였던 논리 상태의 플래그 신호를 리더가 반송받아 통신이 재개될 수 있다.
결과적으로, 전원 공급의 순간적인 불안정으로 인하여 어느 한 무선 전자 라벨과 리더 사이의 통신이 비효율적으로 지연되는 문제점이 개선될 수 있다.
한편, 복조부(5107)는 안테나(12)로부터의 입력 신호(SIN1)를 복조하여, 복조된 입력 신호(SIN2)를 제어부(5119)에 제공한다. 또한, 변조부(5109)는 제어부(5119)로부터의 출력 신호(SOUT1)를 변조하여, 변조된 출력 신호(SOUT2)를 안테나(12)에 제공한다.
메모리(5121) 예를 들어, 비휘발성 메모리로서의 이이피롬(EEPROM: Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)에는 식별 정보가 저장된다.
전압 조정부(51)로부터의 약 1.7 볼트(V)의 설정 직류 전압(VDC2)은 메모리(5121)에 제공된다. 하지만, 복조부(5107)로부터의 데이터를 메모리(5121)에 기록하기 위하여 보다 높은 전압 예를 들어, 3.3 볼트(V)의 전압이 필요하다. 이에 따라, 승압부(5117) 예를 들어, 전하 펌프(Charge pump)는 전압 조정부(51)로부터의 설정 직류 전압(VDC2)을 승압하여 메모리(5121)의 기록 동작 전압(VDC3)을 메모리(5121)에 제공한다.
한편, 전압 조정부(51)는 전압 제한부(5105) 및 강압부(5103)를 포함한다.
전압 제한부(5105)는 무선 에너지 수집 장치(1)로부터의 제1 직류 전압(VDC1)의 레벨이 상한 레벨 예를 들어, 약 3.6 볼트(V)를 초과하지 않도록 제한한다.
강압부(5103)는 무선 에너지 수집 장치(1)로부터의 제1 직류 전압(VDC1)을 강압하여 약 1.7 볼트(V)의 설정 직류 전압(VDC2)을 제어부(5119)에 제공한다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들에 의하면, 수집 회로는, 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키되, 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면 자체적으로 내부 임피던스를 변화시킨다.
여기에서, 수집 회로의 내부 임피던스와 수집 회로의 출력측의 임피던스의 합성 임피던스가 안테나측의 임피던스와 동일한 정합(matching) 상태일 때, 안테나측으로부터 수집 회로측으로 가장 많은 전력 에너지가 이동한다. 물론, 수집 회로의 출력측의 임피던스는, 본 발명의 실시예의 무선 에너지 수집 장치를 채용한 무선 전자 라벨의 주 회로의 임피던스를 의미한다.
그런데, 안테나에서 검출되는 무선 전파의 주파수는 수시로 변하므로, 안테나측의 임피던스도 수시로 변한다.
이에 따라 임피던스 부정합(mismatching)으로 인하여 수집 회로에서 직류 전압이 설정 전압보다 낮아지면, 수집 회로의 내부 임피던스가 변화된다. 즉, 직류 전압이 설정 전압과 같거나 보다 높아질 때까지 수집 회로의 내부 임피던스가 변화된다.
따라서, 종래의 단순한 수집 및 정류 기능의 무선 에너지 수집 장치에 비하여, 높은 무선 전파 신호가 존재하는 대역에서 최적 전력 변환 효율을 가지도록 임피던스 정합이 이루어지므로, 무선 에너지가 효율적으로 수집되어 상대적으로 큰 직류 전력이 발생될 수 있다.
더 나아가, 송신기의 특정 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 무선 전자 제품들이 송신기와 멀어지더라도, 공중파 주파수의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
이와 마찬가지로, 공중파 주파수의 에너지를 수집하는 무선 전자 제품들의 경우, 공중파 에너지의 크기가 약하더라도, 주위의 송신기로부터 방사되는 특정 대역의 에너지를 부수적으로 수집할 수 있는 가능성이 높아진다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
무선 통신에서의 에너지 수집 뿐만이 아니라 유선 통신에서의 에너지 수집에도 이용될 가능성이 있다.
1...무선 에너지 수집 장치, 11...수집 회로,
12...안테나, 11a...임피던스 변환부,
11b...정류부, 11c...충전부,
11d...검출부, 11e...제어부,
4...알에프아이디(RFID) 태그, 41...집적회로 소자,
51...전압 조정부, 5103...강압부,
5105...전압 제한부, 5107...복조부,
5109...변조부, 5111...리셋 신호 발생부,
5113...신호 지연부, 5115...클럭 펄스 발생부,
5117...승압부, 5119...제어부,
5121...메모리, 5123...플래그 발생부.

Claims (9)

  1. 무선 전파를 수집하여 직류 전압을 발생시키는 무선 에너지 수집 장치에 있어서,
    무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압을 발생시키는 안테나; 및
    상기 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키는 수집 회로를 포함하되,
    상기 수집 회로는,
    상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면, 입력되는 제어 신호(Scon)에 따라 상기 직류 전압이 상기 설정 전압과 같아지거나 상기 설정 전압보다 높아질 때까지 자체적으로 상기 수집 회로의 내부 임피던스를 변화시켜 상기 수집 회로의 내부 입피던스와 출력측의 임피던스의 합성 임피던스를 상기 안테나의 임피던스와 정합시키는 무선 에너지 수집 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수집 회로가,
    상기 안테나로부터의 교류 전압(VAC)을 정류하여 직류 전압(VDC)을 발생시키는 정류부;
    상기 안테나와 상기 정류부 사이에 연결되어, 상기 제어 신호(Scon)에 따라 자신의 임피던스가 변하는 임피던스 변환부;
    상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 검출하여 검출 직류 전압(VDCD)을 출력하는 검출부; 및
    상기 검출부로부터의 검출 직류 전압(VDCD)이 설정 전압보다 낮으면, 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시키는 제어부를 포함한 무선 에너지 수집 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수집 회로가,
    상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 충전하면서 충전 전압(VDC1)을 출력하는 충전부를 더 포함한 무선 에너지 수집 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부가 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시킴에 있어서,
    상기 임피던스 변환부의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변화되게 하는 무선 에너지 수집 장치.
  5. 무선 에너지 수집 장치 및 주 회로를 구비하여, 상기 무선 에너지 수집 장치로부터의 직류 전원에 의하여 상기 주 회로가 동작하는 무선 전자 라벨에 있어서,
    상기 무선 에너지 수집 장치가,
    무선 전파를 검출하여 유선상의 교류 전압을 발생시키는 안테나; 및
    상기 안테나로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 발생시키는 수집 회로를 포함하되,
    상기 수집 회로는,
    상기 직류 전압이 설정 전압보다 낮으면, 입력되는 제어 신호(Scon)에 따라 상기 직류 전압이 상기 설정 전압과 같아지거나 상기 설정 전압보다 높아질 때까지 자체적으로 내부 임피던스를 변화시켜 상기 수집 회로의 내부 임피던스와 출력측의 임피던스의 합성 임피던스를 상기 안테나의 임피던스와 정합시키는 무선 전자 라벨.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수집 회로가,
    상기 안테나로부터의 교류 전압(VAC)을 정류하여 직류 전압(VDC)을 발생시키는 정류부;
    상기 안테나와 상기 정류부 사이에 연결되어, 상기 제어 신호(Scon)에 따라 자신의 임피던스가 변하는 임피던스 변환부;
    상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 검출하여 검출 직류 전압(VDCD)을 출력하는 검출부; 및
    상기 검출부로부터의 검출 직류 전압(VDCD)이 설정 전압보다 낮으면, 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시키는 제어부를 포함한 무선 전자 라벨.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수집 회로가,
    상기 정류부로부터의 직류 전압(VDC)을 충전하면서 충전 전압(VDC1)을 출력하는 충전부를 더 포함한 무선 전자 라벨.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부가 상기 제어 신호(Scon)에 의하여 상기 임피던스 변환부의 임피던스를 변환시킴에 있어서,
    상기 임피던스 변환부의 임피던스가 변화 가능한 범위에서 단계적 및 순차적으로 변화되게 하는 무선 전자 라벨.
  9. 제5항에 있어서, 상기 주 회로가,
    제어부;
    상기 수집 회로로부터의 직류 전압을 설정 직류 전압으로 변환하여 상기 제어부에 제공하는 전압 조정부;
    상기 전압 조정부로부터의 직류 전압이 정격 레벨 이상으로 상승하는 동안에 리셋 신호를 발생시켜서 상기 제어부에 제공하는 리셋 신호 발생부;
    상기 제어부로부터의 플래그(flag) 신호를 재생하여 상기 제어부에 반송하는 플래그 발생부; 및
    상기 리셋 신호 발생부로부터의 리셋 신호를 지연시켜서, 지연된 리셋 신호를 상기 플래그 발생부의 전원 전압으로서 출력하는 신호 지연부를 포함한 무선 전자 라벨.
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