KR102359628B1 - Ｒｆｉｄ 리더용 송수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 RFID 리더용 송수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적인 TX 누설 신호 제거할 수 있는 UHF RFID 리더용 송수신기에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기는, 커플러; 상기 커플러에 연결된 안테나; 상기 커플러에 연결된 송신단; 상기 커플러에 연결된 수신단; 및 상기 커플러와 상기 수신단 사이의 일 단자에 연결된 누설 신호 제거부를 포함하고, 상기 누설 신호 제거부는, 아날로그 단과 디지털 단을 포함하고, 상기 아날로그 단은, 상기 일 단자를 통해 수신되는 아날로그 신호를 주파수 하향 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 단으로 출력하고, 상기 디지털 단으로부터 수신되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환하여 상기 일 단자로 출력하고, 상기 디지털 단은, 상기 아날로그 단으로부터 수신되는 상기 디지털 신호의 이득을 조절하는 이득 조절기, 이득 조절된 상기 디지털 신호를 적분하는 적분기, 입력되는 신호의 위상을 변환하기 위한 소정의 변환 각도가 설정된 로테이터, 및 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 아날로그 단의 시간 지연에 의한 각도 변화를 연산하여 상기 로테이터의 변환 각도를 설정한 후, 상기 적분기로부터 출력되는 디지털 신호를 상기 로테이터 전달한다.

Description

ＲＦＩＤ 리더용 송수신기{RFID READER TRANSCEIVER}
본 발명의 RFID 리더용 송수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적인 TX 누설 신호를 제거할 수 있는 RFID 리더용 송수신기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 RFID 리더용 송수신기의 예시 회로도들이다.
도 1의 우측 도면을 참조하면, 종래의 RFID 리더용 송수신기는, 수신단(RX), 송신단(TX), 커플러(COUPLER), 신호 감쇄기(11), 위상 변위기(13) 및 덧셈기(15)로 구성된다.
이러한 종래의 RFID 리더용 송수신기는 TX 누설 신호와 동일한 신호를 만들어서 상쇄시킨다.
그러나, 종래의 RFID 리더용 송수신기는 집적회로로 구현했을 때, 복제된 신호의 크기와 위상을 선형적으로 조절하기 어렵다. 또한, 누설신호가 변화하면 연속적으로 상쇄시키는 것이 용이하지 않다.
J. Lee et al., "A UHF Mobile RFID Reader IC with Self-Leakage Canceller," 2007 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, Honolulu, HI, 2007, pp. 273-276. M. Kim et al., "Adaptive TX Leakage Canceler for the UHF RFID Reader Front End Using a Direct Leaky Coupling Method," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 4, pp. 2081-2087, April 2014.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연속적인 TX 누설 신호 제거할 수 있는 RFID 리더용 송수신기를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기는, 커플러; 상기 커플러에 연결된 안테나; 상기 커플러에 연결된 송신단; 상기 커플러에 연결된 수신단; 및 상기 커플러와 상기 수신단 사이의 일 단자에 연결된 누설 신호 제거부를 포함하고, 상기 누설 신호 제거부는 아날로그 단과 디지털 단을 포함하고, 상기 아날로그 단은 상기 일 단자를 통해 수신되는 누설 신호를 주파수 하향 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 단으로 출력하고, 상기 디지털 단으로부터 수신되는 위상 조절된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환하여 상기 일 단자로 출력하고, 상기 디지털 단은 상기 아날로그 단으로부터 수신되는 상기 디지털 신호의 이득을 조절하고, 이득 조절된 상기 디지털 신호를 적분하고, 적분된 상기 디지털 신호의 위상을 조절하여 상기 아날로그 단으로 출력한다.
여기서, 상기 디지털 단은, 상기 아날로그 단으로부터 수신되는 상기 디지털 신호의 부호를 바꿔 출력하는 이득 조절기; 상기 이득 조절기로부터 출력되는 상기 디지털 신호를 적분하는 적분기; 상기 적분기로부터 출력되는 상기 디지털 신호의 위상을 미리 설정된 변환 각도에 기초하여 변환하는 로테이터; 및 상기 적분기와 상기 로테이터 사이에 연결되어 상기 적분기로부터 출력되는 상기 디지털 신호를 상기 로테이터로 전달하는 제어기;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어기는 상기 로테이터로 상기 변환 각도를 설정하기 위한 초기 디지털 I 신호를 생성하여 출력하고, 상기 초기 디지털 I 신호가 상기 아날로그 단을 거쳐 수신된 디지털 I 신호와 Q 신호를 측정하여 상기 아날로그 단의 지연에 의한 각도 변화를 연산하고, 변화된 상기 각도의 부호를 바꿔 상기 변환 각도를 설정할 수 있다.
상기 아날로그 단은, 상기 일 단자를 통해 수신되는 누설 신호를 주파수 하향 변환하는 하향 믹서; 상기 주파수 하향 변환된 누설 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 단으로 출력하는 아날로그 디지털 변환기; 상기 디지털 단으로부터 수신되는 각도 변환된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기; 상기 디지털 아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 신호를 주파수 상향 변환하여 상기 일 단자로 출력하는 상향 믹서; 상기 상향 믹서와 상기 일 단자 사이에 연결된 구동 증폭기; 및 상기 상향 믹서와 상기 하향 믹서로 국부 주파수 신호를 출력하는 국부 발진기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 RFID 리더용 송수신기를 사용하면, 집적회로를 통해 복제 신호를 구현할 수 있으며, 복제 신호를 선형적으로 조절이 가능한 이점이 있다.
또한, TX 누설 신호가 변화하여도 연속적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 RFID 리더용 송수신기의 예시 회로도들이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 누설 신호 제거부(200)를 상세히 도시된 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 누설 신호 제거 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 신호 지연 보상 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기는, 수신단(RX, 210), 송신단(TX, 230), 안테나(ANT, 270) 및 커플러(Coupler, 250), 수신단(RX, 210)와 커플러(250) 사이의 일 단자(A)에 연결된 누설 신호 제거부(200)를 포함한다.
커플러(250)에 수신단(210), 송신단(230), 안테나(270) 및 접지(Ground)가 각각 연결된다. 송신단(230)에서 TX 신호가 커플러(250)로 입력되어 안테나(270)로 전달되는 과정에서 TX 신호가 수신단(210)으로 입력될 수 있다. 이렇게 수신단(210)으로 누설되는 TX 신호를 누설 신호라 한다. 상기 누설 신호는 누설 신호 제거부(300)를 통해 제거될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 누설 신호 제거부(300)를 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 누설 신호 제거부(200)를 상세히 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 누설 신호 제거부(200)는 아날로그(Analog) 단(end)(2100)과 디지털(Digital) 단(end) (2500)을 포함한다.
아날로그 단(2100)은, 디지털 아날로그 변환기(DAC, 2110) 및 아날로그 디지털 변환기(ADC, 2130)를 포함한다.
또한, 아날로그 단(2100)은, 상기 일 단자(A)와 디지털 아날로그 변환기(2110) 사이에 연결된 상향 믹서(Up-conversion mixer, 2140)와 구동 증폭기(Drive amplifier, 2160)를 포함한다. 여기서, 상향 믹서(2140)가 구동 증폭기(2160)과 디지털 아날로그 변환기(2110) 사이에 배치된다.
또한, 아날로그 단(2100)은, 상기 일 단자(A)와 아날로그 디지털 변환기(2130) 사이에 연결된 하향 믹서(Down-coversion mixer, 2150)를 포함한다.
또한, 아날로그 단(2100)은, 상향 믹서(2140)와 하향 믹서(2150) 각각 연결된 국부 발진기(LO, 2120)를 포함한다.
상향 믹서(2140)는 디지털 아날로그 변환기(2110)로부터의 출력신호(I', Q')와 국부 발진기(2120)으로부터의 국부 발진 신호를 입력받아 주파수 상향 변환된 신호를 출력한다. 주파수 상향 변환된 신호는 구동 증폭기(2160)에서 증폭된다.
하향 믹서(2130)는 상기 일 단자(A)로부터의 수신 신호와 국부 발진기(2120)으로부터의 국부 발진 신호를 입력받아 주파수 하향 변환된 신호(I, Q)를 출력한다. 주파수 하향 변환된 신호(I, Q)는 아날로그 디지털 변환기(2130)으로 입력된다.
디지털 단(2500)은 이득 조절기(Gain controller, 310), 적분기(320), 제어기(330) 및 로테이터(340)을 포함한다.
이득 조절기(310)는 아날로그 디지털 변환기(ADC, 2130)에 연결되어 아날로그 디지털 변환기(2130)으로부터의 출력 신호인 디지털 I 신호와 디지털 Q 신호를 수신한다. 이득 조절기(310)는 수신된 디지털 I, Q 신호의 이득을 조절하여 출력하는데, 이득 조절기(310)는 수신된 디지털 I, Q 신호의 부호를 바꿔 출력할 수 있고, 부호 뿐만 아니라 이득 값도 조절하여 출력할 수 있다.
적분기(320)는 이득 조절기(310)에 연결되며, 이득 조절기(310)로부터 출력되는 디지털 I, Q 신호를 적분하여 출력한다.
이득 조절기(310)와 적분기(320)는 아날로그 디지털 변환기(2130)과 제어기(330) 사이에 연결될 수 있다.
로테이터(340)는 디지털 아날로그 변환기(DAC, 2110)와 제어기(330) 사이에 연결된다. 로테이터(340)는 제어기(330)로부터의 제어 신호에 기초하여 수신되는 디지털 I 신호와 디지털 Q 신호의 각도(또는 위상)를 변환하고, 각도 변환된 디지털 I 신호와 디지털 Q 신호를 디지털 아날로그 변환기(2110)로 출력한다.
제어기(330)는 로테이터(340)와 적분기(320) 사이에 연결된다. 제어기(330)는 누설 신호 제거 동작을 수행하기 위해서, 적분기(320)로부터 출력되는 디지털 I, Q 신호를 로테이터(340)로 전달할 수 있다.
또한, 제어기(330)는 신호 지연 보상 동작을 수행하기 위해서, 아날로그 디지털 변환기(2130)으로부터 출력되는 디지털 I 신호와 디지털 Q 신호를 수신하여, 아날로그 단(2100)에서의 신호의 시간 지연을 보상하기 위한 각도를 연산하여 로테이터(340)의 변환 각도를 설정할 수 있다. 로테이터(340)의 변환 각도 설정에 대한 구체적인 방법은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 누설 신호 제거 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 신호 지연 보상 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 일 단자(A)로 누설 신호가 입력되면, 하향 믹서(2130)에 누설신호가 입력되고, 하향 믹서(2130)는 입력되는 누설 신호와 국부 발진기(2120)으로부터의 국부 발진 신호에 기초하여 주파수 하향 변환된 아날로그 I 신호(I)와 아날로그 Q 신호(Q)를 출력한다. 출력되는 아날로그 I, Q 신호(I, Q)를 아날로그 디지털 변환기(2130)로 출력된다. 여기서 상기 아날로그 신호(I, Q)는 상기 일 단자(A)로 입력되는 누설 신호의 크기(amplitude)과 위상(phase)에 해당하는 신호를 포함한다.
아날로그 디지털 변환기(2130)는 하향 믹서(2150)에서 출력되는 아날로그 I, Q 신호(I, Q)를 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)로 변환한다. 변환된 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)는 이득 조절기(310)로 출력된다.
이득 조절기(310)는 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)의 부호를 바꿔 적분기(320)로 출력한다. 여기서, 이득 조절기(310)는 부호 뿐만 아니라 이득 값도 조절할 수 있다.
적분기(320)는 이득 조절기(310)로부터 부호가 바뀐 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)를 수신하고, 수신된 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)를 적분하여 출력한다. 여기서, 도 4에서는 생략되었지만, 제어기(330)는 적분기(320)으로부터 출력되는 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)를 로테이터(340)으로 전달할 수 있다.
로테이터(340)는 수신되는 디지털 I, Q 신호(I_D, Q_D)의 위상을 미리 설정된 변환 각도에 기초하여 변환한다. 여기서, 로테이터(340)에 미리 설정된 변환 각도는 신호 지연 보상 동작을 통해 설정될 수 있다.
디지털 아날로그 변환기(2110)에서 출력되는 아날로그 I 신호(I')와 아날로그 Q 신호(Q')가 상향 믹서(2140) 및 구동 증폭기(2160)를 지나서 하향 믹서(2130)에서 I 및 Q 신호로 출력 때까지는 소정의 시간 지연이 발생한다. 이러한 시간 지연을 보상하기 위해는 도 4에 도시된 누설 신호 보상 동작 전에 신호 지연 보상 동작을 수행한다. 상기 신호 지연 보상 동작은 로테이터(340)가 입력되는 신호를 얼마의 각도(또는 위상)로 변환하는지, 즉 변환 각도를 설정하는 동작일 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 누설 신호 보상 동작 전에 수행되는 신호 지연 보상 동작을 구체적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 앞서 상술한 바와 같이, 아날로그 단(2100)에서 신호의 시간 지연이 생기므로, 누설 신호의 제거 루프를 형성하기 전에 신호의 시간 지연을 보상하기 위한 변환 각도(또는 변환 위상)를 미리 연산하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(330)는 초기에 로테이터(340)에 소정의 디지털 I 신호(I_D')만 인가하고, 디지털 Q 신호(Q_D')는 인가하지 않는다. 그러면, 로테이터(340)는 입력된 소정의 디지털 I 신호(I_D')의 각도를 변환하여 출력하는데, 이 경우에 로테이터(340)에 설정된 초기 변환 각도는 0도로 설정된다. 이후, 제어기(330)는 로테이터(340)에서 출력되어 아날로그 디지털 변환기(2110), 상향 믹서(2140), 구동 증폭기(2160), 하향 믹서(2150) 및 아날로그 디지털 변환기(2130)를 통해 출력되는 디지털 I 신호(I_D)와 디지털 Q 신호(Q_D)를 수신한다. 제어기(330)는 수신된 디지털 I 신호(I_D)와 디지털 Q 신호(Q_D)를 측정하여 아날로그 단(2100)의 시간 지연에 의한 각도 변화를 연산한다. 그리고 연산된 각도의 부호를 바꾸어 로테이터(340)의 변환 각도를 설정한다. 여기서, 각도 변환 및 계산은 CORDIC 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 RFID 리더용 송수신기의 누설 신호 제거부(200)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 카테시안(Cartesian) 피드백 루프를 이용하여, 일 단자(A)의 누설 신호와 크기는 같고 위상이 반대인 복제 신호를 생성하므로, 상기 누설 신호를 상쇄시킬 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 누설 신호 제거부
210: 수신단
230: 송신단
250: 커플러
270: 안테나

Claims (4)

  1. 커플러; 상기 커플러에 연결된 안테나; 상기 커플러에 연결된 송신단; 상기 커플러에 연결된 수신단; 및 상기 커플러와 상기 수신단 사이의 일 단자에 연결된 누설 신호 제거부를 포함하고,
    상기 누설 신호 제거부는, 아날로그 단과 디지털 단을 포함하고,
    상기 아날로그 단은, 상기 일 단자를 통해 수신되는 아날로그 신호를 주파수 하향 변환한 후 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 단으로 출력하고, 상기 디지털 단으로부터 수신되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 후 주파수 상향 변환하여 상기 일 단자로 출력하고,
    상기 디지털 단은, 상기 아날로그 단으로부터 수신되는 상기 디지털 신호의 이득을 조절하는 이득 조절기, 이득 조절된 상기 디지털 신호를 적분하는 적분기, 입력되는 신호의 위상을 변환하기 위한 소정의 변환 각도가 설정된 로테이터, 및 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 아날로그 단의 시간 지연에 의한 각도 변화를 연산하여 상기 로테이터의 변환 각도를 설정한 후, 상기 적분기로부터 출력되는 디지털 신호를 상기 로테이터로 전달하는,
    RFID 리더용 송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 조절기는 상기 아날로그 단으로부터 수신되는 상기 디지털 신호의 부호를 바꿔 출력하고,
    상기 제어기는 상기 적분기와 상기 로테이터 사이에 연결된, RFID 리더용 송수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 로테이터로 상기 변환 각도를 설정하기 위한 초기 디지털 I 신호를 생성하여 출력하고, 상기 초기 디지털 I 신호가 상기 아날로그 단을 거쳐 수신된 디지털 I 신호와 Q 신호를 측정하여 상기 아날로그 단의 시간 지연에 의한 각도 변화를 연산하고, 변화된 상기 각도의 부호를 바꿔 상기 변환 각도를 설정하는, RFID 리더용 송수신기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 아날로그 단은,
    상기 일 단자를 통해 수신되는 누설 신호를 주파수 하향 변환하는 하향 믹서;
    상기 주파수 하향 변환된 누설 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 디지털 단으로 출력하는 아날로그 디지털 변환기;
    상기 디지털 단으로부터 수신되는 각도 변환된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기;
    상기 디지털 아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 신호를 주파수 상향 변환하여 상기 일 단자로 출력하는 상향 믹서;
    상기 상향 믹서와 상기 일 단자 사이에 연결된 구동 증폭기; 및
    상기 상향 믹서와 상기 하향 믹서로 국부 주파수 신호를 출력하는 국부 발진기;를 포함하는, RFID 리더용 송수신기.
KR1020200158392A 2019-11-29 2020-11-24 Ｒｆｉｄ 리더용 송수신기 KR102359628B1 (ko)

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