KR20040098665A - 커플링이 강화된 집적 회로 - Google Patents

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KR20040098665A
KR20040098665A KR10-2004-7014965A KR20047014965A KR20040098665A KR 20040098665 A KR20040098665 A KR 20040098665A KR 20047014965 A KR20047014965 A KR 20047014965A KR 20040098665 A KR20040098665 A KR 20040098665A
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Abstract

기지국으로부터 분리된 집적회로(IC)로 무선 주파수(RF) 신호를 전달하는 시스템은 중간 공진 회로 및 IC를 구비한다. 중간 공진 회로는 기지국으로부터 RF 신호에 응답하여 공진하여 RF 신호를 재생하도록 구성된다. IC는 재생된 RF 신호에 응답하여 공진하도록 구성된 집적 공진 회로를 구비한다. IC 및 중간 공진 회로는 서로 인접하여 부착된다. 이 둘은 기지국 및 서로에 대해 분리된다. 중간 공진 회로 및 집적 공진 회로 모두 또는 이들중 하나는 고 투자율층에 접촉한다. 중간 공진 회로는 도전 잉크로 형성된다.

Description

커플링이 강화된 집적 회로{INTEGRATED CIRCUIT WITH ENHANCED COUPLING}
RFID(Radio frequency identification) 트랜스폰더(tags')는 일반적으로 재고 제어, 보안, 액세스 카드 및 개인 식별등의 애플리케이션에서 RFID 기지국과 함께 사용된다. RFID 태그가 기지국의 판독 범위 내에 들어오면 기지국은 회로에 전원을 인가하는 RFID 태그의 캐리어 신호를 송신한다. 태그와 기지국 사이의 데이터 통신은 캐리어 신호의 진폭을 바이너리 데이터 패턴으로 변조하는 것에 의해, 통상적으로는 진폭 시프트 키잉(amplitude shift keying)에 의해 달성된다. 이러한 목적으로, RFID 태그는 통상적으로 집적 회로로서, 다른 구성요소들 중, 방사된 필드를 결합하기 위한 안테나 소자, AC 캐리어 신호를 dc 전원으로 변환하는 정류기 및 캐리어 신호의 엔빌로프로부터 데이터 패턴을 추출하는 복조기 등을 포함한다.
저비용으로 제조되는 경우, RFID 태그는 예를 들어 제품 평가(product pricing), 수하물 추적, 소하물 추적, 자산 확인, 수표 인증, 및 동물 식별 등의 비용에 민감한 애플리케이션에도 유용할 것이다. RFID 태그는 이러한 애플리케이션에 대해 종래에 사용된 바 코드 시스템 등의 시스템에 비하여 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, RFID 태그가 마킹된 아이템들로 가득찬 바스켓은 각각의 아이템을 조작하지 않고도 신속하게 판독될 수 있는 한편, 바 코드 시스템을 사용하여 개별적으로 조작될 수 있다. 바 코드에 비하여 RFID 태그의 다른 장점으로는 보다 빠른 판독 속도, 코드 일부의 오염 등에 의한 문제점에 대한 덜 민감한 점, 레이블과의 정확한 정합을 요구하지 않는다는 점, 및 시야 라인을 요구하지 않는 다는 점등을 포함한다. 바 코드와는 달리, RFID 태그는 태그 상의 정보를 업데이트할 수 있는 능력을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 종래의 RFID 기술은 이러한 애플리케이션에 널리 사용되기에는 너무 비싸다.
RFID 태그는 능동이거나 또는 수동일 것이다. 능동 RFID 태그가 자신의 전원을 포함하는 한편, 수동 RFID 태그는 자신의 전원을 기지국에 의해 방사되는 RF 필드로부터 취득한다. 수동 RFID 태그는 능동 RFID 태그에 비해 상당히 저렴하여, 저비용 애플리케이션에 대하여는 수동 RFID 태그가 우수하다. 그러나, 수동 필드 전원인가된(powered) RFID 태그는 능동 RFID 태그에 비하여 기지국으로부터의 질의 신호에 적어도 보다 큰 정도 크기와 전원을 요구한다.
종래의 수동 RFID 태그도 오늘날 바 코드에 의해 지배되는 어플리케이션에 널리 사용되기에는 너무 비싸다. RFID 태그의 제조 비용을 상승시키는 주요 인자는 태그를 구성하는 실리콘 집적 회로의 사이즈이다. 수동 RFID 태그는 일반적으로 방사된 필드를 커플링하기 위한 외부 안테나 소자를 구비한다. 종래에는, 외부 안테나 소자가 RFID 태그에 물리적으로 접합되었다. 종래의 RFID 태그는 외부 안테나 코일의 부착을 위해 배선을 접합시키기에 충분히 큰 적어도 2개의 패드를 요구한다. RFID 태그 칩들은 일반적으로 접합 패드의 사이즈에 비해 상당히 작기 때문에, 이들 접합 패드는 종래 RFID 태그의 집적 회로 영역의 상당한 백분율을 소비한다.
수동 RFID 태그 칩 상의 접합 패드 갯수를 감소시키기 위한 종래의 해결책으로는 집적 회로 상에 포함되는 박막 안테나가 있다. 이러한 방법은 접합 패드의 필요성을 제거하여, 실리콘 표면 영역을 감소시켜 결과적으로 제조 비용을 저감시킨다. 배선 접합 프로세스를 제거하는 것 또한 제조 비용을 감소시킨다. 그러나, 이러한 집적된 안테나는 형식적-인자(form-factor)에 제한되는 것으로 반드시 작게 되고, 방사된 필드에 대한 커플링 효율을 내부 안테나에 의해 RFID 태그에서 상당히 감소된다. 결과적으로, 이러한 방법은 기지국으로부터 과도하게 짧은 동작 판독 거리를 초래하게 된다.
기지국에 의해 방사된 필드의 송신 전력이 증가되면, 동작 판독 거리가 증가할 수 있다. 그러나, 최대 인정가능한 레벨은 정부 규칙에 의해 제한된다.
본 발명은 신호 커플링 강화에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신호를 집적 회로로 중계하기 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
본 발명에 따르면, 집적 회로(IC)와 기지국 사이의 커플링 효율을 향상시키는 시스템으로서 2개의 공진 회로를 포함한다. 제1 공진 회로는 집적 회로 제조 프로세스의 집적 부분으로서 IC에 형성된다. 제2 공진 회로는 제1 공진 회로에 전기적으로 접속되지는 않지만, 2개의 공진 회로 사이에서 방사된 필드의 커플링을 최적화하도록 배치된다. 제2 공진 회로는 또한 기지국으로부터 방사된 필드를 커플링하기 위해 최적화된다. 따라서, 기지국으로부터 방사된 필드는 제2 공진 회로를 커플링하고, 이는 제1 공진 회로를 커플링한다.
본 발명의 주요 원리에 따르면, 기지국으로부터의 RF(radio frequency) 신호를 분리된 집적 회로(IC)에 전달하기 위한 시스템이 중간 공진 회로 및 IC를 포함한다. 중간 공진 회로는 기지국으로부터의 RF 신호에 응답하여 공진하여, RF 신호를 재생하도록 구성된다. IC는 재생된 RF 신호에 응답하여 공진하도록 구성되는 집적 공진 회로를 갖는다. IC 및 중간 공진 회로는 상호 인접하여 부착된다. 이들 모두는 기지국으로부터 및 상호로부터 분리된다. 중간 공진 회로 및 집적 공진 회로 중 어느 하나 또는 양자 모두가 고 투자율 층에 접촉할 수 있다. 중간 공진 회로는 도전성 잉크로 형성될 수 있다.
도 1은 RF(radio frequency) 신호를 집적 회로(IC)에 전달하기 위한 본 발명 시스템의 일 실시예를 나타낸다. 일 실시예에서, RF 신호는 기지국(도시되지 않음)에 의해 생성된다. 대안적으로는, RF 신호가 IC와 통신하기 위한 임의의 디바이스에 의해 생성된다.
시스템은 IC(2) 및 중간 공진 회로(4)를 포함한다. IC(2) 및 중간 공진 회로는 상호 인접하여 부착된다. 인접도는 IC(2), 중간 공진 회로(4) 및 RF 신호의 특징에 기초하여 선택된다.
IC(2)는 임의의 원하는 기능을 수행하기 위한 집적 회로 장치이다. IC(2)는집적 공진 회로(6) 및 소망하는 기능을 수행하기 위해 필요한 집적 회로(도시되지 않음)를 포함한다.
집적 공진 회로(6)는 RF 신호에 응답하여 공진하고 IC(2)의 집적 회로에 전기 신호를 제공하도록 구성된 임의의 소자 또는 소자들의 조합이다. 일 실시예에서, 집적 공진 회로(6)는 RF 신호에 응답하여 함께 공진하는 집적 유도성 안테나 소자(8) 및 집적 용량성 소자(10)를 포함하는 수동 회로이다.
집적 유도성 안테나 소자(8)는 유도성 안테나 코일로서 동작하는 IC(2)에 필수적인 임의의 소자이다. 집적 용량성 소자(10)는 커패시턴스를 갖는 IC(2)에 필수적인 임의의 소자이다. 집적 유도성 안테나 소자(8) 및 집적 용량성 소자(10)의 인덕턴스 및 커패시턴스는 RF 신호의 주파수에 기초하여 선택된다.
중간 공진 회로(4)는 RF 신호에 응답하고 RF 신호를 재생하도록 구성된 임의의 소자 또는 소자들의 조합이다. RF 신호가 본 발명을 실행하도록 정확하게 재생될 필요는 없다. 일 실시예에서, RF 신호는 중간 공진 회로에서 본래 RF 신호의 진폭보다 큰 진폭으로 재생된다. 일 실시예에서, 중간 공진 회로(4)는 RF 신호에 응답하여 함께 공진하는 중간 유도성 안테나 소자(12) 및 중간 용량성 소자(14)를 포함하는 수동 회로이다.
중간 유도성 안테나 소자(12)는 유도성 안테나 코일로서 동작하는 임의의 소자이다. 중간 용량성 소자(14)는 커패시턴스를 갖는 임의의 소자이다. 중간 유도성 안테나 소자(12) 및 중간 용량성 소자(14)의 인덕턴스 및 커패시턴스는 RF 신호의 주파수에 기초하여 선택된다.
일 실시예에서, 유도성 안테나 소자(12) 및 중간 용량성 소자(14)는 분산 소자들이다. 대안적인 실시예에서, 유도성 안테나 소자(12) 및 중간 용량성 소자(14는 분산 소자로서, 도전성 잉크로 인쇄되거나, 도전성 금속박(foil)으로 에칭 또는 스탬프되거나, 또는 종이, 얇은 플라스틱 또는 폴리프로필렌 시트 등의 가요성이고 구부러질 수 있는 기판 상에 형성된다. IC(2)는 압력 감응성 접착제 또는 기타 접착제를 사용하여 유도성 안테나 소자(12) 및 중간 용량성 소자(14)의 근처에 접착된다.
본 발명의 시스템이 RF 캐리어 신호를 방사하는 기지국의 판독 거리 이내로 들어오면, 중간 공진 회로(4)가 공진할 것이다. 이러한 공진 주파수는 IC(2) 상의 집적 공진 회로에 커플링될 것이다. 기지국으로부터 IC(2)로 방사되는 캐리어 신호의 효과적인 커플링 효율은 중간 공진 회로(4)의 존재로 인하여 상당히 개선된다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 개요도이다. 도 2는 집적 공진 회로(6), 중 간 공진 회로(4) 및 RF 신호 발생 회로(16)를 도시한다. IC(2)가 중간 공진 회로(4)와 가깝기 때문에, 집적 공진 회로(6)와 중간 공진 회로(4) 사이의 커플링은 최대 커플링 효율을 위한 폐쇄되고 일정한 최적의 조건을 갖는다. 이런 커플링 효율은 IC 상에서 고 투자율층을 활용하거나 고 투자율 물질로 케이스화함에 의해 더욱 강화될 수 있다.
RF 신호 발생 회로(16)와 중간 공진 회로(4) 사이의 커플링 효율은 RF 신호 발생 회로(16)와 중간 공진 회로(4) 사이의 거리가 변할 수 있기 때문에, 덜 예측 가능하며 효율적이 된다. 그러나, RF 신호 발생 회로(16)와 중간 공진 회로(4)를구성하는 컴포넌트는 집적 공진 회로(6)의 집적 회로 환경의 팩터 제한에 의해 제한되지 않는다. 따라서, RF 신호 발생 회로(16)와 중간 공진 회로(4)를 구성하는 컴포넌트는 필요하다면 그리고 바람직하게는 크게 구성된다.
본 발명의 하나의 이점은 집적 공진 회로(6)의 모든 컴포넌트가 집적 회로 프로세스의 집적 부분으로서 형성되는 IC(2)를 활용하여, 어떠한 와이어 본드 패드도 활용하지 않으면서 판독 거리를 연장하는데 있다.
전술한 설명은 본 발명의 단지 예로서, 다양한 대안 및 수정이 본 기술 분야의 전문가에게는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 특히, 한 디바이스가 다른 디바이스에 접속 또는 커플링되는 곳이면 어디서나, 부가 디바이스는 2개의 접속된 디바이스들 사이에 존재한다. 따라서, 본 발명은 이런 모든 대안, 수정, 및 첨부된 청구범위내에 있는 변형들을 포함한다.

Claims (24)

  1. 무선 주파수(RF) 신호를 집적 회로에 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    (a) 상기 RF 신호에 응답하여 공진하여 상기 RF 신호를 재생하도록 구성되는 중간 공진 회로와,
    (b) 상기 중간 공진 회로에 가깝게 부착되는 집적 회로(IC)를 포함하며,
    상기 IC는 상기 중간 공진 회로로부터 분리되고, 상기 재생된 RF 신호에 응답하여 공진하도록 구성된 집적 공진 회로를 구비하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 포함하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 도전성 잉크로 형성되는 적어도 하나의 회로 컴포넌트를 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 더 포함하는 시스템.
  9. 무선 주파수(RF) 신호를 집적 회로에 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    (a) 상기 RF신호에 응답하여 공진하며 상기 RF 신호를 제공하도록 구성되는 집적 공진 회로를 구비한 집적 회로(IC)와,
    (b) 상기 IC 외부에 그리고 이로부터 분리된 상기 집적 공진 회로에 가깝게 부착되며, 상기 RF 신호에 응답하여 공진하여 상기 RF 신호를 재생하도록 구성되는 중간 공진 회로를 포함하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  11. 제9에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 포함하는 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 도전성 잉크로 형성되는 적어도 하나의 회로 컴포넌트를 포함하는 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 더 포함하는 시스템.
  17. 무선 주파수(RF) 신호를 기지국으로부터 분리된 집적 회로에 전달하기 위한 시스템에 있어서,
    (a) 상기 RF 신호에 응답하여 상기 기지국으로부터 공진하여 상기 RF 신호를 재생하도록 구성되는 중간 공진 회로와,
    (b) 상기 중간 공진 회로에 가깝게 부착되며, 상기 중간 공진 회로 및 상기 기지국으로부터 분리되고, 상기 재생된 RF 신호에 응답하여 공진하도록 구성되는집적 공진 회로를 구비하는 집적 회로(IC)를 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 포함하는 시스템.
  21. 제17항에 있어서, 상기 중간 공진 회로는 도전성 잉크로 형성되는 적어도 하나의 회로 컴포넌트를 포함하는 시스템.
  22. 제17항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 수동소자인 시스템.
  23. 제17항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 유도성 안테나 소자 및 용량성 소자를 포함하는 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 집적 공진 회로는 상기 유도성 안테나 소자에 접촉하는 고 투자율층을 더 포함하는 시스템.
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