KR200302586Y1

KR200302586Y1 - 트랜스폰더

Info

Publication number: KR200302586Y1
Application number: KR20-2002-0029952U
Authority: KR
Inventors: 강신민
Original assignee: 주식회사 민택기술
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2003-01-30

Abstract

본 고안은 트랜스폰더에 관한 것으로 하나의 트랜스폰더에 의하여 다수개의 리더와 정보교환이 가능하도록 하기 위한 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 고안에 따른 트랜스폰더는, 일정한 인덕턴스(L)를 가지는 하나의 안테나코일과 상기 안테나코일과 공진회로를 구성하는 커패시터A를 각각 포함하는 n(ｎ

Description

트랜스폰더{Transponder}

본 고안은 트랜스폰더(Transponder)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 트랜스폰더에 복수개의 RFID칩(Radio Frequency Identification Chip)을 구성시킴으로서 하나의 트랜스폰더가 다수개의 리더(Reader)와 정보교환을 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로 자동 인식(Automatic identification)에는 접촉식 방법과 비접촉식 방법이 있는데 비접촉식 인식 방법인 RFID방식은 트랜스폰더와 리더 사이에 상호유도에 의해서 정보의 교환이 이루어진다. 이러한 RFID방식의 자동 인식 방법을 도1을 참조하여 설명한다.

리더(10)는 인덕턴스 L₁인 리더코일(101)과 커패시턴스 C₁인 커패시터(102)가 직렬로 연결된 LC회로를 포함하여 구성되고, 트랜스폰더(20)는 인덕턴스 L₂인 안테나코일(103)과 커패시턴스 C₂인 커패시터(104)로 구성된 병렬LC회로와 이에 병렬 연결된 집적회로(IC, 105)로 구성된다.

상기와 같은 구성을 가지는 RFID방식에 대한 동작은 다음과 같다. 먼저, 트렌스폰더(20)를 상기 리더(10)에 가까이 가져가면, 상기 리더(10)에 흐르는 교류 전류(I₁)에 의해 상기 트랜스폰더(20)의 안테나코일(103)은 상기 리더코일(101)에 의해 유도되는 유도기전력을 발생시킨다. 즉, 상기 트랜스폰더(20)에는 유도기전력에 의한 전류가 흐르게 되는 것이고 이러한 전류는 상기 트랜스폰더(20)가 동작하기 위한 동작전류가 된다. 또한 상기 트랜스폰더(20)의 안테나코일(103)과 커패시턴스 C₂인 커패시터(104)는 병렬LC회로를 이루게 된다. 이 때, 상기 트랜스폰더(20)의 안테나코일(103)과 커패시턴스 C₂인 커패시터(104)가 이루는 병렬LC회로는 유도기전력의 발생으로 인해 전기적인 진동을 하게 되는데 이러한 전기적인 진동이 공진상태가 되는 경우에 상기 집적회로(105)로 흐르는 전류(I₂)가 최대가 되므로 상기 집적회로(105)가 동작하기에 충분한 동작전류가 상기 집적회로(105)에 인가 될 수 있다. 즉, 상기 트랜스폰더(20)는 자체 전력이 아닌 리더(10)에 의해 유도된 전력에 의해 동작하게 되는데 이러한 타입(Type)을 패시브(Passive) 타입이라고 한다.

한편, 상기 리더(10)를 통해서는 전력 이외에 정보 또한 전달되는데 이러한 정보의 전달 형태로서 가장 간단한 경우를 도시한 도2를 참조하여 리더(10)로부터 트랜스폰더(20)에 전달되는 정보에 대해 설명한다. 리더(10)의 직렬공진회로는 순차적으로 일정한 시간(clock)을 간격으로 공진하는 경우(10clock)와 공진이 이루어지지 않는 경우(5clock)가 반복함으로서 정보를 상기 트랜스폰더(20)에 전달하게 된다. 이러한 경우 도3에 도시된 트랜스폰더의 상세 블록도에 도시된 바와 같이 정보 및 전력은 상기 트랜스폰더(20)의 집적회로에 전달되고 이에 따라 집적회로가 동작하게 됨은 물론이고, 상기 클락(clock)을 체크하여 정보를 추출(clock 추출) 함으로서 상기 리더(10)가 주는 정보 또한 얻게 된다. 이와 같이 전달된 정보에 의해 집적회로에 포함된 메모리(Memory) 또는 CPU(301)는 모듈레이터(302)를 통해 상기 리더(10)에서 전달된 정보(clock)에 따라 스위치(303)를 단속한다. 한편 리더(10)의 직렬공진회로는 상기 트랜스폰더(20)에 정보를 전달한 뒤에는 상기 트랜스폰더(20)로부터 정보를 전달받기 위해서 계속적인 공진 상태를 가지게 된다. 이 때 상기 집적회로의 스위치(303)가 개방된 경우에는 도4에 도시되어진 바와 같이 진폭A로 진동하게 되고 상기 스위치(303)가 연결된 경우에는 상기 리더코일(101)과 안테나코일(103)의 상호작용에 의해 감소된 진폭B로 진동하게 되어 진폭의 변화(D)가 생기게 된다. 이에 의해 리더(10)는 상기 트랜스폰더(20)가 전달하는 정보를 읽게 되는 것이다. 도5는 카드 등에 장착되는 종래의 트랜스폰더를 도시하고 있는데, 안테나코일(103)과 RFID칩(502)으로 구성되어 있다. 물론 상기 RFID칩(502)은 상기 안테나 코일(103)과 병렬공진회로를 이루는 커패시터(104)와 집적회로(105)로 구성되어 있다.

한편, 위와 같은 트랜스폰더를 배포하는 회사는 주로 카드에 의한 현금결재를 필요로 하는 은행이나 신용카드회사를 들 수 있으며, 상기 트랜스폰더는 카드에 장착되는 형태나 휴대용 기기 등에 장착되는 형태로 배포 및 사용되어 지는데, 특히 교통카드로 이용되는 카드에 주로 장착되어 사용되어지고 있다.

그런데 트랜스폰더를 배포하는 다수개의 회사에 따라 트랜스폰더와 리더가 반응하여 추출할 수 있는 정보와 이러한 추출정보에 대응하는 정보를 산출하기 위한 집적회로가 상호 다르고, 한편, 현재 리더와 정보교류를 위해 사용되는 공진주파수는 주로 13.56MHz인데 상기 RFID칩에 포함된 커패시터는 생산하는 회사에 따라 주로 20pF~100pF 사이의 커패시턴스 값을 임의적으로 가지므로 이에 따라 트랜스폰더를 배포하는 회사 또한 임의적인 커패시턴스 값을 가지는 RFID칩을 가지는 트랜스폰더를 사용하기 때문에 트랜스폰더의 LC회로가 공진을 하기 위해서는 상기 커패시터의 임의적인 커패시턴스에 맞는 안테나 코일이 필요하다. 따라서, 거래하는 회사가 다수개인 사용자는 RFID방식에 의한 현금결제 등을 위해서는 상대하는 다수개의 회사가 배포하는 트랜스폰더를 모두 소지하여야 하는 불편함이 있었다. 또한, 사용자가 정보교류를 원하지 않는 리더와 근접한 거리를 유지하게 됐을 때는 사용을 원하지 않는 트랜스폰더가 사용될 수 있는 문제점도 있었다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 하나의 트랜스폰더에 의해서 다수개의 리더와 정보를 교류할 수 있는 트랜스폰더를 제공함있다.

도1은 일반적인 RFID방식에 대한 블록도이다.

도2는 리더로부터 트랜스폰더에 전력 및 정보를 송출하는 경우의 신호에 대한 그래프이다.

도3은 일반적인 트랜스폰더에 대한 상세블록도이다.

도4는 트랜스폰더로부터 리더에 입력되는 정보에 대한 그래프이다.

도5는 종래의 트랜스폰더에 대한 개략도이다.

도6은 본 고안의 실시례에 따른 트랜스폰더에 대한 블록도이다.

도7은 본 고안의 또 다른 실시례에 따른 트랜스폰더에 대한 블록도이다.

도8은 도7의 트랜스폰더에 대한 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

600:트랜스폰더 601: 안테나코일

602a 내지 602n: RFID칩 603: 스위칭수단

60a 내지 60n: 커패시터A 61a 내지 61n: 집적회로

62a 내지 62n: 커패시터B

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 트랜스폰더는, 일정한 인덕턴스(L)를 가지는 하나의 안테나코일과 상기 안테나코일과 공진회로를 구성하는 커패시터A를 각각 포함하는 n(ｎ2)개의 RFID칩 및 상기 n개의 RFID칩이 상기 안테나코일에 선택적으로 전환될 수 있도록 하는 스위칭수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기에서 더 나아가, 본 고안에 따른 휴대전화 단말기, PDA단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피쓰리 플레이어, 신용카드, 현금카드, 교통카드, 신분증은 상기의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 중복되는 구성에 대하여는 같은 부호로 표기하기로 하고 종래기술과 중복되는 구성 및 작용에 대해서는 가급적 압축하거나 생략하기로 하며 본 고안에 따른 바람직한 실시례를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도6은 본 고안의 제1실시례에 따른 트랜스폰더를 도시한 블록도이다.

본 실시례에 따른 트랜스폰더(600)는 리더코일과 상호 작용하여 RFID칩의 작동을 위한 전력을 생산하는 한편 리더로부터 송출되는 정보를 수신하는 인덕턴스 L인 안테나코일(601)과 상기 안테나코일(601)과 병렬로 연결되는 n(ｎ2)개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n)이 마련되고, 이러한 n개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n) 또한 각자는 상호 병렬로 연결되어 있다. 한편 상기 n개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n)을 상기 안테나코일(601)에 선택적으로 전환될 수 있게 하는 스위칭수단(603)이 마련된다. 다른 한편으로 상기 n개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n)은 각자 커패시턴스가 C인 커패시터A(60a, 60b, ..., 60n)와 집적회로(IC, 61a, 61b, ...., 61n)를 포함하고 있는데, 상기 커패시터A(60a, 60b, ..., 60n)는 상기 안테나코일(601)과 병렬LC회로를 이룬다. 이러한 LC회로는 상기 리더에 구성되는 직렬LC공진회로가 가지는 특정의 공진주파수와 일치하는 공진주파수를 가지도록 구성된다. 일반적으로 리더의 직렬LC공진회로의 공진주파수는 125KHz, 13.56MHz, 2.4GHz 중 어느 하나의 값을 가지게 되므로 상기의안테나코일(601)이 특정의 인덕턴스 L값을 가지는 경우 상기 커패시터(60a, 60b, ..., 60n)의 커패시턴스 C는 공진주파수(f₀)에 관한 공식에 의해 상기 직렬LC회로의 공진주파수와 일치하도록 마련되어진다. 이러한 구성은 다양한 리더로부터 송출된 정보를 수용하고 그에 대응되는 정보를 산출해내는 집적회로(61a, 61b, ..., 61n)가 동작하기 위한 충분한 동작전류를 확보하기 위함이다. 이 때, 상기 n개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n) 각각에 구성되는 커패시터A는 커패시턴스가 C로 모두 동일하다. 물론 상기의 스위칭수단은 사용자가 상기 n개의 RFID칩(602a, 602b, ....., 602n) 중 사용하고자 하는 RFID칩을 임의적으로 선택하기 위해 수동으로 전환되는 수동식전환스위치로 마련되거나 상기 트랜스폰더(600)가 장착되는 기기(휴대전화 단말기, 엠피쓰리 플레이어, 휴대용 컴퓨터)의 키입력에 따라 자동으로 전환되는 자동식전환스위치로 마련되거나에 관계없이 어느 것이건 바람직하다.

이상의 구성에 따른 트랜스폰더의 사용례로 먼저 수동식전환스위치가 마련되는 트랜스폰더(600)가 교통카드에 장착된 경우를 살펴본다. 사용자는 교통수단을 이용하기 위해 현금결제 대신 교통카드에 의한 결제를 이용하게 되는데, 이러한 교통카드는 교통수단을 제공하는 다수개의 회사마다 각각 다른 정보를 송출하는 리더를 갖추고 있고 이렇게 다양한 리더와 반응할 수 있는 n개의 RFID칩이 장착된 트랜스폰더가 상기 교통카드에 마련되어 있다. 사용자는 이러한 n개의 RFID칩 중 추후 결제의 편리함을 위해서나 또는 자기가 이용하고자 하는 교통수단을 제공하는 회사가 설치한 리더로부터 송출되는 정보를 수용하고 이에 대응되는 정보를 산출할 수 있는 RFID칩을 스위칭수단(603)을 조작함으로서 상기 안테나코일(601)에 연결시키게 된다. 이에 의해 상기 교통카드는 리더와 상호 정보의 교환을 하게 되고 이에 따른 카드결제가 이루어지게 된다. 다음 트랜스폰더(600)가 장착되는 기기의 키입력에 의해 자동으로 전환되는 자동식전환스위치가 마련되는 트랜스폰더(600)가 휴대전화 단말기에 장착된 경우를 살펴본다. 사용자가 특정의 회사가 제공하는 교통수단의 이용을 원할 경우 상기 회사가 설치한 리더에 의해 반응될 수 있는 RFID칩을 선택하기 위해서 자신의 휴대전화 단말기의 버튼부에서 자기가 선택하고자 하는 RFID칩을 표기하는 버튼을 선택하여 누르면 상기 안테나코일과 자기가 선택하고자 하는 RFID칩이 연결되고 이에 따라 상기 휴대폰에 장착된 트랜스폰더와 리더가 반응하여 현금결제를 대신할 수 있게 되는 것이다. 물론 휴대전화 단말기에도 사용자의 임의적인 수동식 선택에 의해 전환되는 수동식전환스위치를 가지는 트랜스폰더가 장착될 수 있음은 당연하다.

그런데 상기와 같은 구성을 가지는 제1실시례에서는 종래기술에서 설명한 바와 같이 RFID칩에 포함되는 커패시터A의 커패시턴스가 RFID칩을 생산하는 회사마다 20pF 내지 100pF 범위내의 값을 가지게 되는 이유로 하여 리더의 직렬LC회로의 공진주파수와 트랜스폰더의 병렬LC회로의 공진주파수가 일치하지 않게 되는 경우가 발생할 수 있어 보다 더 다양한 각종의 리더와 반응할 수 트랜스폰더를 제공하기에는 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도7에 도시된 바와 같은 제2실시례를 제안하게 되었다.

도7에서 트랜스폰더(600)에 마련되는 n개의 RFID칩이 각각 포함하고 있는 커패시터A(60a, 60b, 60c, ..., 60n)는 커패시턴스가 C₁, C₂, C_3,......,C_n으로 모두 다르다. 만일 이러한 경우 하나의 안테나코일(601)에 직접 n개의 RFID칩이 스위칭수단에 의해 전환되어 연결된다면, 각각의 RFID칩에 포함된 커패시터A(60a, 60b, 60c, ..., 60n)와 상기 안테나코일(601)에 의한 공진주파수는 공식에 의해 모두 다른 공진주파수값을 가지게 될 것이다. 일반적으로 리더의 직렬공진회로와 트랜스폰더의 병렬공진회로는 공진주파수가 13.56MHz로 맞추어져 사용되고 있는데 이러한 경우 상기 안테나코일(601)와의 공진주파수가 13.56MHz에 맞는 커패시터를 가진 RFID칩 이외의 RFID칩은 필요하지 않게 된다. 따라서, 도7에 도시된 바와 같이 상기의 f₀에 관한 공식에 의해 특정의 공진주파수(f_0,예를 들면 13.56MHz) 보다 큰 공진주파수 값을 가지는 커패시터A₁(60a), 커패시터A₂(60b), 커패시터A_n(60n)에는 상기 특정의 공진주파수(f₀) 값을 가지도록 하기 위해 커패시터B₁(62a), 커패시터B₂(62a), 커패시터B₃(62a)을 병렬연결하고, 특정의 공진주파수(f₀) 보다 작은 공진주파수 값을 가지는 커패시터A₃(60c)에는 상기 특정의 공진주파수(f₀) 값을 가지도록 하기 위해 커패시터B₃(62a)을 직렬 연결한다. 이러한 경우 트랜스폰더에 마련된 상기 n개의 RFID칩(602a, 602b, 602c, ...., 602n)은 특정의 공진주파수(f₀)를 가지는 다수개의 다양한 리더와 모두 반응하여 정보교환을 이룰 수 있게 된다. 물론 상기에서 커패시터B_Y는 반드시 필요한 것은 아니며 만일 RFID칩의 커패시터A_X와 상기 안테나(601)에 의한 LC회로가 특정의 공진주파수(f₀)를 가지도록 구성되어진 RFID칩에는 커패시터B_Y가 직렬 또는 병렬 연결된 필요가 없게 된다. 도8은 도7의 트랜프폰더를 개략적으로 도시하고 있다.

이상에서 설명한 본 고안에 따른 트랜스폰더는 비접촉식 정보교환을 위해 사용될 수 있는 모든 물품, 특히 휴대가 간편한 물품에 장착될 수 있다. 즉, 바람직한 예로는 휴대전화 단말기, PDA단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피쓰리 플레이어, 신용카드, 현금카드, 교통카드, 신분증 등을 들 수 있다.

이상에서 설명한 것 외에도 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 고안의 설명만으로도 쉽게 상기와 동일 범주내의 다른 형태의 본 고안을 실시할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 따르는 트랜스폰더는 다수개의 리더와 정보교류를 위한 반응이 가능하므로, 이러한 트랜스폰더가 각종 카드에 장착되는 경우 하나의 카드에 의해 여러 종류의 카드를 대신할 수 있어 카드 소지의 편리성이 증대하고, 카드의 발급비용 또한 감소한다. 한편 본 고안에 따르는 트랜스폰더가 각종 휴대용 기기에 장착되는 경우에도 하나의 휴대용 기기를 소유함에 의해 교통서비스, 은행서비스 등 다양한 각종의 서비스를 현금결제 대용으로 서비스의 종류 및 서비스를 제공하는 회사에 관계없이 언제든지 사용할 수 있는 편리함이 있다.

다른 한편으로, 사용을 원하지 않는 RFID칩은 스위칭수단에 의해 개방되어 있으므로 리더와의 근접한 거리에 위치하여도 사용자가 원하지 아니하는 RFID칩의 의도하지 않는 사용을 배제시킬 수 있는 효과 또한 있다.

Claims

특정한 인덕턴스(L)를 가지는 하나의 안테나코일과 상기 안테나코일과 LC회로를 구성하는 커패시터A를 각각 포함하는 n(ｎ2)개의 RFID칩 및 상기 n개의 RFID칩이 상기 안테나코일에 선택적으로 전환될 수 있도록 하는 스위칭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,

상기 n개의 RFID칩에 각각 포함되는 n개의 커패시터A가 각자 가지는 커패시턴스(C) 값은 상호 동일함으로서, 상기 n개의 RFID칩이 상기 스위칭수단에 의해 상기 안테나코일에 선택적으로 전환되는 경우에도 특정한 공진주파수(f₀)를 가지는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,

상기 n개의 RFID칩에 각각 포함되는 n개의 커패시터A 중 어느 하나 이상의 커패시터A_X의 커패시턴스(C)가 상이하고 이 커패시터A_X를 포함하는 RFID칩에는 커패시터B_Y가 연결됨으로서, 상기 n개의 커패시터A가 상기 스위칭수단에 의해 상기 안테나코일에 선택적으로 전환되는 모든 경우에도 공식에 의해 상기 안테나코일과 커패시터A_X및 커패시터B_Y에 의한 LC회로가 특정한 공진주파수(f₀)를 가지는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제4항에 있어서,

상기 커패시터B_Y는, 상기 안테나코일과 RFID칩의 커패시터A_X가 이루는 공진회로의 공진주파수가 특정한 공진주파수(f₀) 값보다 작은 경우에는 상기 커패시터A_X에 직렬로 연결되고, 상기 안테나코일과 RFID칩의 커패시터A_X가 이루는 공진회로의 공진주파수가 특정한 공진주파수(f₀) 값보다 큰 경우에는 상기 커패시터A_X에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제2항 또는 제4항에 있어서,

상기 특정한 공진주파수(f₀)는 125KHz, 13.56MHz, 2.4GHz 중 어느 하나의 값인 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,

상기 스위칭수단은, 수동식전환스위치인 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,

상기 스위칭수단은, 상기 트랜스폰더가 장착되는 기기의 키입력수단에 의해 입력된 명령에 의해 자동으로 전환되는 자동식전환스위치인 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대전화 단말기 또는 PDA단말기.
제1항의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터.
제1항의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 하는 엠피쓰리 플레이어
제1항의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 하는 신용카드 또는 현금카드 또는 교통카드.
제1항의 트랜스폰더가 장착되는 것을 특징으로 하는 신분증.