KR19990029024A - 트랜스폰더용 무선 주파수 인터페이스 디바이스 - Google Patents

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볼프강 뷔서
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맨프래드 메이어
이엠. 마이크로일레크트로닉-마린 쏘시에떼 아노님
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Abstract

트랜스폰더용 무선주파수 인터페이스(1)는 트랜스폰더 안테나를 형성하는 코일(2)과 상기 코일(2)의 터미날(5, 6) 및 트랜스폰더의 집적된 논리회로(7)의 DC전압 공급 터미날(Vdd, Vss)에 연결된 전압 변환기 회로(4)를 포함한다. 상기 코일(2)의 터미날은 트랜스폰더 기질에 대해 부동하는 전위에 연결되어서 코일(2) 터미날(5, 6)의 전위가 기질 전위(Vss)미만으로 떨어지지 않는다.

Description

트랜스폰더용 무선 주파수 인터페이스 디바이스
이러한 종류의 장치는 전압 전환회로를 통해 집적회로에 입/출력으로서 연결되며 집적회로의 연속 전압을 공급하는 초소형 유도코일 형태로 전자기 안테나를 포함한다.
이러한 종류의 트랜스폰더는 전지를 가지지 않으며 무선방식으로 연결된 질의 장치 또는 식별장치와 정보를 교환한다. 트랜스폰더가 기능을 하는데 필요한 전압공급은 결과적으로 질의장치에서 방출된 무선 주파수 활성화신호로 부터 획득된다. 이러한 무선 주파수 신호는 트랜스폰더에서 정류되고 발생된 전압은 에너지 비축수단을 형성하는 축전기를 충전하는데 사용된다. 비축된 에너지는 논리회로, 특히 메모리에 정보를 기록하고 트랜스폰더를 판독하고 있을 때 질의장치용 응답 무선주파수 신호를 변조하기 위해 트랜스폰더 회로에 의해 사용된다.
이러한 트랜스폰더는 다양한 응용분야, 특히 원거리에 있는 물체식별에 사용될 수 있다.
문제점은 트랜스폰더 인터페이스의 입력전압이 기능거리, 즉 소스와 트랜스폰더간에 정보교환을 허용하기 위해 트랜스폰더와 전자기 신호 수신기 또는 방출기간의 최대거리의 한계를 결정한다는 사실이다. 이 때문에 작동거리를 증가시키기 위해서 당해분야에서는 정류회로의 출력에 배전압 회로(Voltage doubler)를 사용하지만 이러한 경우에 인터페이스의 정류 다이오드는 배전압 회로에 의해 야기된 너무 큰 역전압 때문에 파괴될 수 있다.
본 발명은 트랜스폰더용 무선 주파수 인터페이스 디바이스, 특히 이러한 인터페이스의 전압 전환 회로에 관계한다.
본 발명은 무선 식별장치로서 사용되는 트랜스폰더의 무선 주파수 인터페이스용으로 특히 적합하다.
도 1 은 트랜스폰더의 주작동 블록을 나타내는 개략적 블록 다이아그램이다.
도 2 는 Graetz-브리지 정류기를 사용하는 당해분야의 트랜스폰더의 입/출력 인터페이스의 블록 다이아그램이다.
도 3 은 전압 배가 정류 스테이지를 사용하는 당해분야의 트랜스폰더의 입/출력 인터페이스의 블록 다이아그램이다.
도 4 는 트랜스폰더에 사용되는 본 발명에 따른 무선주파수 인터페이스의 제 1 구체예의 블록 다이아그램이다.
도 5 는 본 발명에 따른 무선 주파수의 제 2 구체예의 블록 다이아그램이다.
도 6 은 본 발명에 따른 입/출력 인터페이스의 제 3 구체예의 블록 다이아그램이다.
도 7 은 도 4 내지 도 6 의 인터페이스의 입력에 이용가능한 사인파 입력 신호의 시간 종속표현이다.
도 8 은 도 4 내지 도 6 의 인터페이스의 출력에 이용가능한 정류된 전압의 시간종속 표현이다.
* 부호 설명
1...무선주파수 인터페이스 2...코일
3...축전기 4...전압 변환 스테이지
5,6...터미날 7...논리회로
8...복조블록 9...변조블록
10...클록 복귀 블록 11...Graetz-브리지
12...트랜지스터 13...저항
14...전압 2배기 15...점선
D1,C1,D2,C2,D3,C3...정류 스테이지
D...드레인 S...소스
G...그리드 C4...축전기
본 발명은 이러한 불편함을 치유하고, 인터페이스의 정류 다이오드에 역전된 장력이 적용되는 것을 방지하면서 작동거리를 증가시킬 수 있는 인터페이스 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 게다가, 본 발명은 표준 보호회로를 포함시킬 수 있는 디바이스 제시를 목적으로 하는데, 이것은 종래의 배전압 회로로는 불가능하다.
본 발명의 또다른 목적은 트랜스폰더가 마이크로프로세서나 비휘발성 메모리와 같은 비교적 높은 전류를 소모하는 기타 집적회로를 수용하도록 충분한 전류를 발생할 수 있는 트랜스폰더용 인터페이스를 제시하는 것이다.
따라서, 본 발명은 트랜스폰더의 안테나 형성 코일과 상기 코일의 터미날과 트랜스폰더의 집적된 논리회로의 연속전압공급 터미날에 연결된 전압변환회로를 포함하는 트랜스폰더용 무선주파수 인터페이스를 목적으로 하는데, 코일의 터미날이 기질 전위 미만의 전위를 가지지 않도록 코일의 터미날이 트랜스폰더 기질에 대해서 부동전위(floating potential)에 연결되며 상기 전압변환회로가 교대하는 입력전압의 진폭에 비해서 우월한 진폭을 가진 연속전압을 출력에서 제공할 수 있는 전압 다중화기로서 연결된 정류 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 다른 특징은 다음과 같다:
- 상기 전압 변환기는 코일의 터미날에 연결되며 제 1 축전기와 직렬로 연결된 제 1 다이오드로 구성된 제 1 정류기, 제 1 다이오드의 터미날에 연결되며 제 2 축전기와 직렬로 연결된 제 2 다이오드로 구성된 제 2 정류기, 및 제 1 축전기의 터미날에 연결되며 제 3 축전기와 직렬연결된 제 3 다이오드로 구성된 제 3 정류기를 포함하는 전압 3배기이다.
- 인터페이스는 드레인 및 소스가 코일의 터미날에 연결되며 그리드가 트랜스폰더의 집적회로에서 나오는 변조신호의 공급을 받는 변조회로를 포함한다.
- 상기 코일의 전류가 빠르게 변화하여 무선 주파수 필드의 변조를 야기시키도록 상기 변조 트랜지스터는 저항과 직렬연결된다.
- 기록전압강하를 약 0.7볼트만큼 감소시키기 위해서 기질 다이오드가 상기 제 1 및 제 2 다이오드에 병렬로 코일의 터미날과 트랜스폰더의 기질 사이에 연결된다.
- 축전기가 코일의 터미날에 연결되어서 트랜스폰더와 외부 판독기간의 에너지 전달을 향상시키는 공명회로를 형성한다.
본 발명은 또한 상기 특징을 가지는 인터페이스 디바이스를 포함하는 트랜스폰더 디바이스에도 관계한다.
도 1 에서 트랜스폰더, 특히 무선 주파수 인터페이스(1)의 주요 작동블록을 보여주는 주 블록 다이아그램이 나타난다. 이러한 인터페이스는 축전기(3)에 병렬로 연결되며 코일(2)의 터미날(5, 6)에서 이용가능한 교대하는 입력전압을 메모리나 마이크로프로세서로 구성된 트랜스폰더의 논리회로(7)블록에 공급할 수 있는 연속 전압(Vdd-Vss)으로 변환시킬 수 있는 전압 변환 스테이지(4)의 입력에 연결된 소형 코일(2)형태의 안테나를 포함한다. 코일(2)의 터미날에서 이용가능한 입력신호는 트랜스폰더의 집적회로(7) 쪽으로 데이타 정보를 기록하기 위해서 복조블록(8)에 의해 기록방향으로 복조된다. 트랜스폰더로 부터 판독될 데이타는 변조 블록(9)에 의해 변조되어 무선 식별장치(도시 안된)에 의해 트랜스폰더로 부터 데이타의 판독을 위해 코일(2)에 이송된다.
마지막으로, 트랜스폰더를 향해 기록된 신호는 클록 복귀 블록(10)에 의해 사용되어 트랜스폰더의 논리회로(7)용 클록신호를 발생시키며, 이것은 외부 식별장치의 클록신호와 동기식이다.
본 발명은 트랜스폰더의 무선 주파수 인터페이스(1)의 전압 변환기(4)에 특히 관계한다.
도 2 는 공지기술에 따른 입/출력 인터페이스의 블록 다이아그램으로서 도 1 와 동일 또는 유사한 요소는 동일 부호로 주어진다. 도 2 의 블록다이아그램은 입력으로서 코일(2)의 터미날(5, 6)에 연결되어 출력에서 연속 전압(Vdd-Vss)을 발생하는 Graetz-브리지(11)를 사용한다.
이 도면에서도 트랜지스터(12)가 나타나는데 트랜스폰더로 부터 판독되어 트랜지스터의 그리드(G)에 옮겨지는 이진 정보의 도움으로 코일(2)의 전류를 변조함으로써 무선주파수 필드를 변조한다. 트랜지스터(12)는 저항(13)과 직렬연결된다.
고저항성 전하를 사용할 경우에 인터페이스(1)에서 Graetz-브리지(11)의 어셈블리는 그다지 효과적이지 않다. 사실상, 브리지의 출력 전압(Vdd-Vss)은 코일(2)의 입력전압 진폭에 비해서 적어도 다이오드 전압 강하(0.7볼트)만큼 열등하다. 그러나, 변조동안 연속전압은 꽤 낮으므로 변조 트랜지스터(12)는 낮은 필드에서 고 저항성이다. 이 때문에 저항(13)을 트랜지스터(12)와 직렬로 첨가하는 것은 추천되지 않는다. 따라서 낮은 필드 변조 저항이 높아서 부정확한 클록 펄스를 야기할 수 있는 코일(2)전류의 느린 감소를 일으킨다. 이러한 효과는 변조가 코일 전압의 반파장 동안에만 일어나기 때문에 훨씬 더 중요해진다. 이것은 클록 복귀 회로(10)의 작동 순간을 이동시킨다.
도 3 은 공지기술에 따른 입/출력 인터페이스의 또다른 블록다이아그램을 나타내는데, 전압 배가 정류 스테이지(14)를 사용하며, 코일(2)의 터미날은 트랜스폰더의 논리회로 기질에 연결된다. 전압 2배기(14)는 낮은 코일 전압에서는 도 2 의 어셈블리보다 더욱 효율적이어서 복조와 관련된 문제가 덜하다. 따라서 증가된 변조전압 덕택에 작동거리가 더 크다.
그러나, 코일(2) 터미날의 전압이 기질전위(Vss)에 비해서 더 열등해질 수 있으므로 인터페이스는 복잡한 변조회로를 필요로 하며 파괴위험이 있다. 동일한 이유로 코일(2)의 제 2 터미날(5)에 표준 보호회로를 첨가할 수 없다.
게다가, 기록동안 필요한 고전류를 발생시키도록 다이오드(D3)가 첨가되어야 한다. 이 다이오드는 전압 2배기(14)가 낮은 전하(도시 안된)에 연결될 때 코일 입력전압의 진폭의 약 3배인 매우 높은 역전 전압에 노출된다. 이것은 비교적 낮은 파괴전압을 제시하는 폴리다이오드를 사용하는 개념에 주요 문제를 구성한다.
본 발명에 따른 무선 주파수 인터페이스(1)가 도 4 에 개략적으로 도시된다. 이전과 같이 인터페이스(1)는 점선(15)으로 경계가 된 코일(2)과 전압변환기(4)를 포함한다. 본 발명에 따르면 변환기(4)는 전압 다중화기(예컨대 전압 3배기)로 어셈블링되지만 다른 전압 배가비율이 필요에 따라 사용될 수 있다. 전압 다중화기는 정류후 연속 출력전압의 진폭 Vs = Vdd - Vss 이 교대하는 입력전압(Ve) 진폭의 정수배임을 의미한다. 나타난 실시예에서 전압 변환기(4)는 입력전압의 진폭과 동일한 진폭을 가지는 전압을 축전기(C1)에 충전하는 제 1 정류기(D1, C1)를 포함한다. 정류 스테이지(D1, C1) 이후에 축전기(C2) 터미날에서 제 2 정류기의 출력전압이 입력전압(Ve)의 두배의 진폭을 가지도록 제 1 정류기의 출력 전압을 정류하는 제 2 정류 스테이지(D2, C2)가 뒤따른다. 마지막으로 제 2 정류 스테이지(D2, C2) 다음에 축전기(C3)의 터미날에서 출력전압 Vs = Vdd - Vss 을 가지며 교류 입력 전압의 3배의 진폭을 가지는 연속전압을 가지는 제 3 정류 스테이지(D3, C3)가 뒤따른다.
도 7 및 도 8 은 각각 실제 입력신호(Ve)와 출력신호(Vs)를 나타낸다. 트랜스폰더용 무선주파수 인터페이스의 입력전압은 1 내지 20볼트의 진폭을 가지며 125㎑ 내지 수 ㎒의 주파수를 가지며 필요한 연속 출력전압의 진폭은 1 내지 5볼트이다. 도시된 실시예에서 입력전압은 약 1.3볼트의 진폭을 가진다. 연속출력전압(Vs)은 용이하게 구매가능한 성분 (C1 = C2 = 560 pF; C3 = 1 nF)을 써서 획득된 3볼트의 진폭을 가지며 이것은 이상적인 성분사용시 획득되는 이론치 3.9볼트에 가까우며 Graetz - 브리지 변환기(도 2) 또는 전압 2배기(도 3)를 사용하여 획득된 연속전압보다 훨씬 크다. 따라서 도 4 에 따른 무선주파수 인터페이스는 동일한 입력전압에 장치의 작동거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따라서, 코일(2) 터미날(5, 6)이 기질 전위(Vss)에 대해 부동 전위를 가지도록 전압 변환기(4)의 어셈블리가 획득된다. 공지 기술의 어셈블리(도 2)와는 다르게 코일(2)의 터미날은 전위(Vss) 미만으로 떨어지는 전위를 가지지 않아서 정류스테이지의 다이오드가 입력전압 진폭의 2배보다 큰 역전된 전압진폭에 노출되지 않으며 폴리다이오드를 사용할 때조차도 정류기 스테이지의 다이오드 파괴 전압에 도달하는 위험이 감소된다.
도 5 는 도 4 인터페이스(1)의 변형예를 보여주는데, 전압 변환기의 변조 트랜지스터(12)와 트랜지스터와 직렬연결된 저항(13)이 나타난다. 이러한 단순한 변조 배치는 인터페이스(1)의 정상 작동동안 코일(2)의 터미날(5, 6)이 Vss - 0.7 볼트 내지 Vdd + 0.7 볼트로 구성된 범위밖에 위치되는 가능성이 없기 때문에 가능하다.
동일한 이유로 정전기 방전 보호장치가 코일(2)의 두 터미날에 연결될 수 있다.
게다가, 연속 출력전압(Vs)이 도 2 의 인터페이스 전압보다 크다는 사실 때문에 변조 트랜지스터(12)는 전도상태동안 더 낮은 저항을 제시하므로 모든 작동 상태동안 코일(2)의 전류의 신속한 감소를 위해서 저항(13)이 사용될 수 있다. 이러한 신속한 감소는 양호한 상태하에서 클록 신호를 추출하기 위해 코일의 터미날(5, 6) 사이에 항상 충분한 전압 진폭이 있기 때문에 인터페이스(1)에서 잘못된 클록 신호의 위험을 감소시키면서 외부 판독장치에서 쉽게 탐지가능한 신호를 가져온다.
도 5 는 전자기장과 동일한 공명 주파수를 가지며 커플링 인자를 증가시켜서 트랜스폰더와 외부 판독장치간에 정보를 전달하는데 더 적은 에너지를 사용할 수 있게 하는 공명회로를 코일과 축전기(C4)사이에 형성하기 위해서 코일(2)의 터미날에 연결된 축전기(C4)를 더욱 나타낸다. 게다가, 다이오드(D1, D2, D3)의 극성이 도 4 의 극성과 역전되는데, 이러한 역전은 n형보다는 p형 연결기술 때문이다.
도 6 은 본 발명에 따른 인터페이스의 또다른 변형예를 나타내는데, 단순함을 위해서 변조 트랜지스터(12)가 도시되지 않았다. 도시된 구체예에서 코일(2)과 인터페이스(1) 출력 사이의 기질상에 존재하는 기생 다이오드(D4)가 설명된다. 본 발명에 따르면 다이오드(D4)는 트랜스폰더 쪽으로 기록하는 동안 전압강하를 0.7볼트만큼 감소시킬 수 있는 단순한 교류 정류기로서 사용된다. 사실상, 이 경우에, D1, D2, D3를 직렬로 연결되게 하지 않고 연속하는 출력 전압(Vs)이 도 5 의 경우보다 훨씬 더 커지도록 단지 D3와 D4만이 있다. 게다가, D4형 기질 다이오드는 트랜스폰더의 기질에 비해서 부동 전압을 가지는 폴리다이오드보다 훨씬 더 큰 파괴전압을 가지므로 파괴위험이 없다.
본 발명은 공지의 Graetz-브리지와 전압 2배기의 장점을 조합시키며 동시에 이들의 문제가 없다. 특히 인터페이스의 정류 스테이지의 다이오드는 입/출력 코일의 터미날 전압 두배보다 우월한 역전전압에 노출되지 않는다. 따라서 폴리다이오드를 사용할 때조차도 전압 배가 인터페이스를 사용할 때보다도 파괴 위험이 덜하다.
게다가, 코일에서 동일한 입력전압을 가질 때 연속하는 출력전압이 더 높다. 따라서 트랜스폰더의 작동거리가 수 센티미터에서 수 미터로 크게 증가된다. 게다가, 트랜스폰더에 이용가능한 전류가 더 높아서 트랜스폰더는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.

Claims (8)

  1. 트랜스폰더의 안테나를 형성하는 코일(2)과 상기 코일 및 트랜스폰더의 집적된 논리회로의 연속 전압 공급 터미날(Vdd, Vss)에 연결된 전압 변환회로(4)를 포함하는 트랜스폰더용 무선주파수 인터페이스(1)에 있어서, 코일(2) 터미날(5, 6)이 기질의 전위(Vss)미만인 전위를 가지지 않도록 트랜스폰더 기질에 대해서 코일(2)의 터미날이 부동전위에 연결되며 상기 전압 변환 회로(4)가 교류 입력전압 진폭보다 큰 진폭을 가지는 연속 전압을 출력에 제공할 수 있는 전압 승압기로서 연결된 정류 스테이지(D1, C1, D2, C2, D3, C3)를 포함함을 특징으로 하는 인터페이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 변환 회로(4)가 코일의 터미날(5, 6)에 연결되며 제 1 축전기(C1)와 직렬연결된 제 1 다이오드(D1)로 구성된 제 1 정류기(D1, C1), 제 1 다이오드(D1)의 터미날에 연결되며 제 2 축전기(C2)와 직렬연결된 제 2 다이오드(D2)로 구성된 제 2 정류기(D2, C2), 제 1 축전기(C1)의 터미날에 연결되며 제 3 축전기(C3)와 직렬연결된 제 3 다이오드(D3)로 구성된 제 3 정류기(D3, C3)를 포함하는 전압 3배기임을 특징으로 하는 인터페이스.
  3. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 드레인(D)과 소스(S)가 코일(2)의 터미날(5, 6)에 연결되며 그리드(G)에 트랜스폰더의 집적회로(7)에서 나오는 변조신호가 공급되는 변조 트랜지스터(12)를 더욱 포함함을 특징으로 하는 인터페이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 코일(2)의 전류가 빠르게 변해서 무선 주파수 필드를 변조시키도록 상기 변조 트랜지스터(12)가 저항(13)과 직렬연결됨을 특징으로 하는 인터페이스.
  5. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 기록 전압 강하를 0.7볼트만큼 감소시키도록 기질 다이오드(D4)가 코일 터미날(6)과 트랜스폰더 기질사이에서 상기 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)에 병렬 연결됨을 특징으로 하는 인터페이스.
  6. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 트랜스폰더와 외부 판독기간의 에너지 전달을 향상시키는 공명회로를 형성시키도록 축전기(C4)가 코일(2)의 터미날(5, 6)에 연결됨을 특징으로 하는 인터페이스.
  7. 앞선 청구항중 한 항에 따른 인터페이스(1)를 포함하는 트랜스폰더.
  8. 제 7 항에 있어서, 마이크로프로세서를 포함함을 특징으로 하는 트랜스폰더.
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