KR20060011241A - Afe circuit and rfid interrogator using the same - Google Patents
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Abstract
RFID 리더기의 AFE 회로기 및 그것을 이용한 RFID 리더기가 개시된다. 본 발명에 따른 RFID 리더기의 AFE 회로기는 100% ASK 또는 10% ASK 모드를 선택하는 선택신호에 대응하여 입력데이터를 100% ASK 또는 10% ASK로 변조하는 변조기, 변조기에 의해 변조된 입력데이터를 트랜스폰더로 송신하기 위한 안테나 구동부, 및 트랜스폰더로부터 수신된 데이터를 복조하는 수신기를 포함한다.
An AFE circuit of an RFID reader and an RFID reader using the same are disclosed. The AFE circuit of the RFID reader according to the present invention is a modulator for modulating the input data into 100% ASK or 10% ASK in response to a selection signal for selecting 100% ASK or 10% ASK mode. An antenna driver for transmitting to the fender, and a receiver for demodulating data received from the transponder.
RFID 리더기, AFE, ASK, 트랜스폰더, 변조, 복조, 클록RFID Reader, AFE, ASK, Transponder, Modulation, Demodulation, Clock
Description
도 1은 본 발명에 따른 RFID 리더기를 개략적으로 도시한 블록도, 1 is a block diagram schematically showing an RFID reader according to the present invention;
도 2는 도 1의 RFID 리더기의 변조기와 안테나 구동부의 일 예를 나타낸 도면,FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a modulator and an antenna driver of the RFID reader of FIG. 1;
도 3은 클록신호의 듀티를 변조하기 위한 회로의 예와 변조된 듀티 파형을 나타낸 도면, 3 shows an example of a circuit for modulating the duty of a clock signal and a modulated duty waveform;
도 4는 100% ASK 모드 및 10% ASK 모드에서의 입력데이터 및 출력전압의 시뮬레이터된 파장을 나타낸 도면, 그리고4 shows the simulated wavelengths of input data and output voltage in 100% ASK mode and 10% ASK mode, and
도 5는 도 1의 RFID 리더기의 수신기를 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a view schematically showing a receiver of the RFID reader of FIG. 1.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 디지털 컨트롤러 20 : AFE 회로기10: digital controller 20: AFE circuit
21 : 변조기 23 : 안테나 구동부21
25 : 복조기 26 : 레벨 천이기25: Demodulator 26: Level Shifter
27 : 로우패스필터 28 : 증폭기27: low pass filter 28: amplifier
본 발명은 RFID(Radio Frequency Identification) 리더기를 위한 싱글 칩셋의 AFE(Analog Front-End) 회로기 및 그것을 이용한 RFID 리더기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, ISO/IEC 14443의 타입A와 타입B, ISO15693, 및 ISO18000-3의 모드 1을 모두 지원하는 RFID 리더기를 위한 싱글 칩셋의 AFE 회로기 및 그것을 이용한 RFID 리더기에 관한 것이다.The present invention relates to an analog front-end (AFE) circuit of a single chipset for a radio frequency identification (RFID) reader and an RFID reader using the same. More specifically, the present invention relates to Type A and Type B of ISO / IEC 14443, ISO15693. The present invention relates to an AFE circuit of a single chipset for an RFID reader supporting both
현재 비접촉식 IC 카드에 적용된느 RFID 기술은 전자상거래, 신용카드, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), ID 태그, 및 교통카드 등을 비롯한 다양한 응용분야에서 많은 관심을 끌고 있다.RFID technology currently applied to contactless IC cards has attracted much attention in a variety of applications, including e-commerce, credit cards, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), ID tags, and transportation cards.
RFID는 물체나 동물 또는 사람 등을 식별하기 위해 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수 내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 기술이다. RFID는 바코드를 대체할 기술로서 산업계에서의 사용이 점차 늘고 있다. RFID의 장점은 직접 접촉을 하거나 가시대역 상에 스캐닝을 할 필요가 없다는 점이다. RFID 시스템은 세 가지 요소로 구성되는데, 안테나, 트랜시버(transceiver)(흔히, 리더기에 통합된다), 그리고 트랜스폰더(transponder)라고도 불리는 태그가 그것이다. RFID is a technology that incorporates the use of electromagnetic or electrostatic coupling within the radio frequencies of the electromagnetic spectrum to identify objects, animals or humans. RFID is increasingly being used in the industry as a technology to replace barcodes. The advantage of RFID is that there is no need for direct contact or scanning over the visible band. An RFID system consists of three elements: an antenna, a transceiver (commonly integrated into a reader), and a tag, also called a transponder.
안테나는 트랜스폰더를 활성화시키기 위한 신호를 전달하기 위해 무선 주파수 전파를 사용한다. 트랜스폰더가 활성화되면, 트랜스폰더는 가지고 있던 데이터를 안테나로 전송한다. 이 데이터는 대개 어떠한 처리가 일어나는 PLC(Programmable Logic Controller : 프로그램 가능 로직 제어기)로 넘겨지는데, 이러한 처리에는 문을 통과하는 정도의 단순한 것에서부터, 데이터베이스가 연동된 판매 거래 행위처럼 복잡한 것에 이르기까지 다양한 것들이 포함된다. 저주파 RFID 시스템(30kHz ~ 500kHz)은 약 1.8m 이하의 짧은 전송 영역에서 사용되며, 고주파 RFID 시스템(850MHz ~ 950MHz 및 2.4GHz ~ 2.5GHz)은 27m 이상의 먼 거리의 전송 능력을 제공한다. The antenna uses radio frequency propagation to carry a signal to activate the transponder. When the transponder is activated, the transponder transmits the data it has to the antenna. This data is usually passed to a programmable logic controller (PLC) where some processing takes place, ranging from something as simple as passing through a statement to something as complex as a database-driven sales transaction. Included. Low frequency RFID systems (30 kHz to 500 kHz) are used in short transmission ranges of about 1.8 m or less, while high frequency RFID systems (850 MHz to 950 MHz and 2.4 GHz to 2.5 GHz) provide long range transmission capability of 27 m or more.
13.56MHz RFID를 위한 국제 규격으로는 ISO14443의 타입A 및 타입B, ISO15693, 및 ISO18000-3이 있다. 표 1은 이 규격들의 13.56MHz RFID용 리더기와 트랜스폰더 사이의 키 파라미터를 비교한 것이다. International standards for 13.56 MHz RFID include Type A and Type B of ISO14443, ISO15693, and ISO18000-3. Table 1 compares the key parameters between the 13.56 MHz RFID reader and transponder of these standards.
ISO14443은 인식거리가 10cm 이내의 근접거리에서 RFID 트랜스폰더와 리더기 간의 인터페이스 규격이다. 리더기는 전력과 데이터를 송신하기 위하여 ISM(Industrial Scientific Medical) 주파수 밴드인 13.56MHz의 전송 주파수를 사용하는데, 타입 A 인터페이스에서는 리더기가 수정 밀러 방식에 의해 인코딩된 100% ASK(Amplitude Shift Keying) 변조 데이터를 송신하며, 타입 B 인터페이스에서는 NRZ 부호화 비트들의 10% ASK 변조 신호가 트랜스폰더로 송신된다. 트랜스폰더는 FC/16인 847KHz의 부전송 주파수를 사용한다. 송수신 비트 전송율은 106Kbps 로서 FC/128이다. 타입 A 인터페이스에서는 트랜스폰더가 맨체스터 코딩으로 데이터를 변조하는 반면, 타입 B 인터페이스에서는 서브캐리어를 BPSK 변조를 한다.ISO14443 is an interface standard between RFID transponders and readers in proximity of within 10cm. The reader uses a transmission frequency of 13.56 MHz, the Industrial Scientific Medical (ISM) frequency band, to transmit power and data. On a Type A interface, the reader uses 100% Amplitude Shift Keying (ASK) modulated data encoded by a modified Miller method. In a type B interface, a 10% ASK modulated signal of NRZ coded bits is sent to the transponder. The transponder uses a sub transmission frequency of 847 KHz, which is FC / 16. The transmit and receive bit rate is 106 Kbps, which is FC / 128. In the Type A interface, the transponder modulates data with Manchester coding, while in the Type B interface, BPSK modulation is performed on the subcarriers.
ISO15693은 근접 카드를 위한 것으로서 1미터 거리까지 동작이 가능하며, ISO18000-3은 새로운 규격으로서 물리계층은 ISO15693과 호환성을 갖는다. ISO15693과 ISO18000-3 모드 1에서, 태그는 하나의 서브캐리어 혹은 두개의 서브캐리어 모드를 사용하여 서브캐리어 변조 맨체스터 코드로 리더기에 응답한다. ISO15693 is intended for proximity cards and can be operated up to 1 meter away. ISO18000-3 is a new standard and the physical layer is compatible with ISO15693. In ISO15693 and ISO18000-3
리더기와 트랜스폰더의 유도결합 루프 안테나는 변압기를 형성하며, 트랜스폰더는 부전송 주파수로 그것의 부하를 스위칭하는 부하 변조 방식에 의해 데이터를 전송할 수 있다. The inductively coupled loop antennas of the reader and transponder form a transformer, which can transmit data by a load modulation scheme that switches its load at a sub-transmission frequency.
그런데, 상기한 바와 같이 13.56MHz RFID를 위한 국제 규격이 세분화되기 때문에, RFID 리더기는 각각의 규격 조건에 따라 대응하는 AFE(Analog Front-End) 회로를 구비하여야 하며, ISO14443 타입 A 및 타입 B, ISO15693, 및 ISO18000-3 모드 1에 모두 부합할 수 없다는 문제점이 있다.However, since the international standard for 13.56 MHz RFID is subdivided as described above, the RFID reader should be provided with corresponding Analog Front-End (AFE) circuits according to the respective specification conditions, and ISO14443 Type A and Type B, ISO15693 There is a problem in that both, and ISO18000-3
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 13.56MHz RFID를 위한 국제 규격인 ISO/IEC 14443 타입 A 및 타입 B, ISO 15693, 및 ISO 18000-3 모드 1을 모두 지원하는 RFID 리더기를 위한 싱글 칩셋의 AFE 회로기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, RFID reader supporting both ISO / IEC 14443 Type A and Type B, ISO 15693, and ISO 18000-3
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RFID 리더기의 AFE 회로기는, 제1 퍼센트의 ASK(Amplitude Shift Keying) 또는 제2 퍼센트의 ASK 모드를 선택하는 선택신호에 대응하여 입력데이터를 상기 제1 퍼센트의 ASK 또는 상기 제2 퍼센트의 ASK로 변조하는 변조기, 상기 변조기에 의해 변조된 상기 입력데이터를 트랜스폰더(transponder)로 송신하기 위한 안테나 구동부, 및 상기 트랜스폰더로부터 수신된 데이터를 복조하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The AFE circuit of the RFID reader according to the present invention for achieving the above object, the input data corresponding to the selection signal for selecting the first ASK (Amplitude Shift Keying) or the second ASK mode of the first percent A modulator for modulating with an ASK or a second percentage of ASK, an antenna driver for transmitting the input data modulated by the modulator to a transponder, and a receiver for demodulating data received from the transponder Characterized in that.
바람직하게는, 상기 변조기는 100% ASK 또는 10% ASK 모드를 선택하는 선택신호에 대응하여 입력데이터를 100% ASK 또는 10% ASK로 변조한다.Preferably, the modulator modulates the input data to 100% ASK or 10% ASK in response to the selection signal for selecting the 100% ASK or 10% ASK mode.
바람직하게는, 상기 변조기는, 상기 선택신호가 하이(high)이면 50%의 듀티(duty)를 가지는 클록신호와, 적어도 하나의 논리 게이트 및 먹스(MUX)의 동작에 의해서 상기 입력데이터를 100% ASK로 변조한다.Preferably, the modulator is 100% of the input data by the operation of the clock signal having a duty of 50% and at least one logic gate and MUX if the selection signal is high (high) Modulate with ASK.
바람직하게는, 상기 변조기는 상기 선택신호가 로우(low)이면 상기 입력데이터 값이 로우일 경우에 클록머드 신호를 선택하고, 상기 입력데이터 값이 하이일 경우에 상기 클록신호를 선택한다. Preferably, the modulator selects a clock mud signal when the input data value is low when the selection signal is low, and selects the clock signal when the input data value is high.
바람직하게는, 상기 클록머드 신호는 상기 클록신호를 소정시간 지연시키고, 상기 지연된 클록신호와 원래의 상기 클록신호를 AND 연산하여 생성한다.Preferably, the clock mud signal delays the clock signal by a predetermined time and generates an AND operation on the delayed clock signal and the original clock signal.
한편, 본 발명에 따른 RFID 리더기의 AFE 회로기는, 제1 퍼센트의 ASK 또는 제2 퍼센트의 ASK 모드를 선택하는 선택신호에 대응하여 입력데이터를 상기 제1 퍼센트의 ASK 또는 상기 제2 퍼센트의 ASK로 변조하는 변조기, 상기 변조기에 의해 변조된 상기 입력데이터를 트랜스폰더로 송신하기 위한 안테나 구동부, 및 상기 트랜스폰더로부터 수신된 데이터를 복조하는 수신기를 구비한 AFE 회로기; 및 상기 AFE 회로기에 상기 선택신호, 상기 입력데이터, 및 클록신호를 제공하며, 상기 수신기로부터 복조된 상기 데이터를 수신하는 디지털 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 리더기를 제공한다.On the other hand, the AFE circuit of the RFID reader according to the present invention, the input data to the first percent ASK or the second percent ASK in response to the selection signal for selecting the first percent ASK or the second percent ASK mode. An AFE circuitry comprising a modulator to modulate, an antenna driver to transmit the input data modulated by the modulator to a transponder, and a receiver to demodulate data received from the transponder; And a digital controller providing the selection signal, the input data, and the clock signal to the AFE circuit, and receiving the demodulated data from the receiver.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 RFID 리더기의 AFE 회로기 및 그것을 이용한 RFID 리더기를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the AFE circuit and RFID reader using the RFID reader according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 RFID 리더기를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면을 참조하면, RFID 리더기는 크게 디지털 컨트롤러(10) 및 AFE(Analog Front-End) 회로기(20)로 구성된다. 여기서, AFE 회로기(20)는 변조기(21), 안테나 구동부(23), 수신기를 포함한다. 도면에는 수신기를 복조기(25), LPF(Low Pass Filter)(26), 레벨 천이기(27), 증폭기(28)로 세분하여 도시하였다.1 is a block diagram schematically showing an RFID reader according to the present invention. Referring to the drawings, the RFID reader is largely composed of a
디지털 컨트롤러(10)는 RFID 리더기를 전반적으로 제어하며, AFE 회로기(20)에 100% ASK 또는 10% ASK 모드를 선택하는 선택신호, 입력데이터(DIN), 및 13.56MHz의 클록신호(CLK)를 제공한다. 여기서, 입력데이터(DIN)는 트랜스폰더로 송신될 데이터로서 타입 A에서는 수정 밀러 코드 데이터이며, 타입 B에서는 NRZ(Non Return to Zero) 코드 데이터이다.The
변조기(21)는 100% ASK 또는 10% ASK 모드를 선택하는 선택신호에 대응하여 입력데이터(DIN)를 100% ASK 또는 10% ASK로 변조한다.The
또한, 안테나 구동부(23)는 변조기(21)에 의해 변조된 입력데이터(DIN)를 트랜스폰더로 송신하기 위해 캐리어에 얹는 작업을 수행한다. 변조기(21) 및 안테나 구동부(23)는 도 2에 도시한 바와 같이, AND 게이트, NOR 게이트, OR 게이트, 및 먹스(MUX)와, MP 및 MN에 의해 형성된 인버터의 조합으로 구현될 수 있다.In addition, the
예를 들어, 디지털 컨트롤러(10)로부터 전송된 선택신호가 하이(high)이면, 변조기(21)는 50%의 듀티(duty)를 가지는 클록신호와, AND 게이트, OR 게이트, NOR 게이트, 및 먹스의 동작에 의해서 입력데이터(DIN)를 100% ASK로 변조한다. MP와 MN에 의해 형성된 인버터는 Tx노드를 100% ASK 변조 펄스로 드라이브한다. 이때, Tx노드 구형 펄스의 고주파 하모닉(harmonics)은 외부 안테나 부분에 있는 EMC필터(30)에 의해 제거된다.For example, if the selection signal transmitted from the
디지털 컨트롤러(10)로부터 전송된 선택신호가 로우이면, 변조기(20)는 입력데이터(DIN) 값이 로우일 경우에 클록머드(CLK_MOD) 신호를 선택하고, 입력데이터(DIN) 값이 하이일 경우에 클록신호를 선택한다. 여기서, 클록머드(CLK_MOD) 신호는 도 3에 도시한 바와 같이, 클록신호를 소정시간 지연시키고, 지연된 클록신호와 원래의 클록신호를 AND 연산하여 생성할 수 있다. 이때, 클록신호(CLK)는 지연회로(Delay Line circuit)에 의해 지연되며, 지연시간은 신호 S에 의해 제어된다.When the selection signal transmitted from the
여기서, 13.56MHz 주파수 성분의 푸리에(Fourier) 계수는 Tx에 인가되는 클록의 듀티를 변경함으로써 선택되어질 수 있다. SPICE 시뮬레이션에 따르면, 듀티 사이클을 각각 28%, 20%, 및 14%로 하였을 때, 안테나의 출력은 각각 10%, 20%, 및 30%의 변조된 ASK 값이 출력되었음을 확인하였다. 100% ASK 모드 및 10% ASK 모드에 대한 안테나에서의 입력데이터 및 출력전압의 시뮬레이터된 파장을 도 4에 도시하였다. Here, the Fourier coefficients of the 13.56 MHz frequency component can be selected by changing the duty of the clock applied to Tx. According to the SPICE simulation, when the duty cycle was set at 28%, 20%, and 14%, respectively, it was confirmed that the antenna outputs a modulated ASK value of 10%, 20%, and 30%, respectively. The simulated wavelengths of input data and output voltage at the antenna for the 100% ASK mode and the 10% ASK mode are shown in FIG. 4.
도 5는 AFE 회로기의 수신기의 회로를 나타낸다. 수신회로의 기본적인 기능은 트랜스폰더로부터 수신되어 Rx 입력신호의 부하 변조된 데이터를 복조하는 것으로서 복조기(25)에 의해 수행되며, 서브 캐리어 변조 펄스 신호인 Rx_out을 재생성하여 디지털 컨트롤러(10)로 전달하여 준다. 완전한 이진 데이터는 디지털 컨틀로러(10)에서 생성되어 진다. Rx 입력의 전압 레벨은 RXL1과 RXL2에 의해 형성된 전압 분배기에 의해 조정되고 네가티브 레벨의 신호를 0V로 이동시키기 위하여 오프셋 전압이 클램프 회로에 의해서 더해지게 된다. 안테나 신호의 최대 진폭은 30V 보다 크게 나타나는데, 전압 분배기의 주목적은 안테나로부터 오는 고전압 신호로부터 믹서를 보호하기 위한 것이다. 전압 분배기의 비율은 대략 1/5 정도로 한다. 이 회로에서는 하나의 전압원 VDD만 사용하기 때문에, 네가티브 입력 신호는 회로내에서 받아들여지지 않는다. CMOS 트랜스미션 게이트로 구성된 믹서는 클록신호와 입력된 RF 신호를 곱함으로써 Rx 신호의 캐리어를 클록신호에 동기시킨다. 믹서 출력의 DC 오프셋 레벨은 필터와 비교기로 전달되기 전에 레벨 조정 회로(26)에서 VDD/2로 조정된다. 5 shows a circuit of a receiver of an AFE circuit. The basic function of the reception circuit is to demodulate the load modulated data received from the transponder by the
수신부의 저역통과필터(27)는 고주파 노이즈를 제거하는데, 컷오프 주파수는 대략 800KHz로 한다. C5, R10과 R11에 의해 형성된 약 1.6MHz의 컷오프 주파수를 가진 고역통과필터는 저주파 노이즈를 제거하는데 사용된다. 저역통과필터(27)의 중간대역 이득은 약 10 정도이고 R11과 R12로 구성된 반전 증폭기(28)의 이득이 10 정도이므로 수신회로의 전체 이득은 대략 100정도이다. 비교기(28)를 위해서는 슈 미트트리거가 사용되었다. The
본 발명에 따르면, RFID 리더기의 AFE 회로기 및 그것을 이용한 RFID 리더기는 13.56MHz RFID를 위한 국제 규격인 ISO/IEC 14443 타입 A 및 타입 B, ISO 15693, 및 ISO 18000-3 모드 1을 모두 지원할 수 있게 되어, 사용자의 편의성을 증대시키며 각각의 RFID 리더기를 구비하여야 했던 종래의 번거로움을 해소할 수 있게 된다.According to the present invention, the AFE circuit of the RFID reader and the RFID reader using the RFID reader can support all of the international standards ISO / IEC 14443 Type A and Type B, ISO 15693, and ISO 18000-3
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone of ordinary skill in the art can make various modifications, as well as such changes are within the scope of the claims.
Claims (10)
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