KR20080042770A - 개선된 전압 제한 회로를 포함하는 트랜스폰더 및 그 작동방법과 프로그램 요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 트랜스폰더(400)는 안테나(401)와, 안테나 전압을 트랜스폰더(400)가 제1 동작 모드(504)일 때 제1 전압 한도(VPEAK1)로, 제2 동작 모드(505)일 때 제2 전압 한도(VPEAK2)로 제한하는 적합화된 안테나 전압 제한 회로(404)를 포함하며, 여기서 상기 제1 동작 모드(504)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 수신하는 모드이며, 상기 제2 동작 모드(505)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 송신하는 모드이다.
트랜스폰더, 안테나, 전압 한도, 수신, 송신

Description

개선된 전압 제한 회로를 포함하는 트랜스폰더 및 그 작동 방법과 프로그램 요소{TRANSPONDER WITH AN IMPROVED VOLTAGE LIMITER CIRCUIT}
본 발명은 트랜스폰더, 트랜스폰더 동작 방법 및 프로그램 요소에 관한 것이다.
자동 확인 시스템(automatic identification system)의 중요성이, 특히 서비스 부문에서 그리고 병참, 상업 및 공업 생산의 분야에서 증가하고 있다. 따라서 자동 확인 시스템은 이러한 분야들 및 다른 분야에서 점점 더 많이 구현되고 있으며, 아마도 장래에 바코드 시스템을 대체할 것이다. 확인 시스템에 대한 다른 응용들은 인간들 그리고 동물들의 확인과 관계가 있다. 또한 확인 시스템을 사용함으로써, 음식, 특히 부패하기 쉬운 음식의 냉각 이력을 모니터링하고 제어할 가능성을 갖는다는 것은 매우 흥미로운 일이다.
특히, 트랜스폰더(transponder) 시스템들과 같은 비접촉(contactless) 확인 시스템들은 교란을 받을 수 있는, 빠른 방식으로 케이블 연결없이 데이터를 무선 전송하는 데 적합하다. 이러한 시스템들은 특히 고주파수 도메인에서 전자기파의 방출 및 흡수를 이용한다. 트랜스폰더는 RFID 태그("radio frequency identification tag") 또는 스마트 카드로서 실현될 수 있다.
종래 기술에 따른 트랜스폰더에서, 코일 공급 전압은 판독기 스테이션과 트랜스폰더 사이에서의 상이한 전계 강도를 보완하는 일정한 값으로 제한될 것이다. 적합한 성능을 위해서는, 특히 최대 판독 거리에서 이 값은 트랜스폰더의 복조기가 적합하게 동작하기 시작하는 최소 한도로 설정될 것이다.
종래 기술에 따르면, 비접촉 RFID 태그들은 전자기 고주파 전계를 통한 코일 통신을 포함하며, 코일 전압은 병렬의 전압 제한 회로에 의해 특정 값으로 제한될 것이다. 이러한 전압 제한은 RFID 태그가 판독/기록 장치로부터 명령들 또는 데이터들을 수신할 때, 그리고 부하 변조를 위해, 즉 RFID 태그가 데이터를 판독/기록 장치로 송신할 때 사용된다.
종래 기술에 따른 RFID 태그는 도1을 참조하여 이후에 설명될 것이다.
엄밀히 말하자면, 도1은 RFID 태그의 프론트-엔드(front-end) 회로를 보여주는 것으로, RFID 태그의 다른 부분들은 생략되었다. 그러나 이하에서는 “RFID 태그의 프론트-엔드 회로”대신해 간단한 형태의 “RFID 태그”라는 용어를 사용할 수도 있다. 프론트-엔드 회로는 도1에서 파선 박스로 지시된다.
RFID 태그(100)는 특히 고주파수 도메인에서 판독/기록 장치(도시 안됨)에 의해 방출된 전자기파들을 수신하기 위해 적합화된 안테나 코일(101)을 포함한다. 안테나 코일(101)이 전자기 방사를 흡수하면 제1 코일 연결부(111)와 제2 코일 연결부(112) 사이에서 접압이 발생된다. 커패시터(113)와 함께 안테나 코일(101)은 RFID 태그(100)가 흡수할 수 있는 전자기 방사의 파장 범위를 정의한다.
4개의 정류 다이오드(102)들이 안테나 코일(101)과 안테나 전압 제한 회로(104) 사이에 제공되며, 안테나 코일(101)의 전압을 정류하기 위해 연결된다. 정류 다이오드(102)들 중의 2개는 기준 또는 접지 전위(103)에 연결되며, 반면에 다른 두개의 정류 다이오드(102)들은 안테나 전압 제한 회로(104)에 대한 공급부를 형성한다.
정류된 전압이 현재 유용한 값으로서 조절 유닛(105)의 입력에 공급된다. 조절 유닛(105)은 다른 입력으로서, 기준 전압 유닛(106)으로부터 일정한 기준 전압을 수신하며, 전류값과 기준 전압 유닛(106)으로부터 제공된 일정한 목표값의 비교를 기초로 조절 신호 Vreg를 발생시킨다.
이러한 조절 신호 Vreg는 수신된 신호를 복조하기 위한 수신 복조 유닛(107)으로 공급되며, 제1 MOSFET(108)의 게이트로 공급된다. 제1 MOSFET(108)의 소스는 접지 전위(103)에 연결되며, 반면에 제1 MOSFET(108)의 드레인은 안테나 전압 제한 회로(104)의 공급부에 연결된다. 조절 유닛(105)과 제2 MOSFET(110)의 드레인 모두가 공급부에 연결된다. 제2 MOSFET(110)의 소스는 접지 전위(103)에 연결된다. MOSFET들은 N-채널형으로 가정됨을 알려둔다. 따라서 P-채널형이 사용될 때는 식별자(identifier)가 바뀐다.
조절 신호 Vreg의 각 값은 안테나 전압 제한 회로(104)의 공급 전압 및 따라서 RFID 태그(100)(도1에서 생략된 RFID 태그의 “다른 부분들”을 포함하여)의 공급 전압을 교대로 증가 또는 감소시키는 제1 MOSFET(108)의 일정한 컨덕턴스를 야 기한다. 컨덕턴스가 높을수록 공급 전압은 낮아진다.
제2 MOSFET(110)은 제1 MOSFET(108)에 병렬적으로 전환된다. 변조 유닛(109)이 제2 MOSFET(110)의 게이트에 결합되며, 테이터를 보내기 위해 안테나 코일 신호를 변조하기 위하여 펄스 방식으로 안테나 코일(101)을 특징적으로 단락("short-circuit")시키는 제어 신호들을 제2 MOSFET(110)에 제공한다. 이러한 변조에 기인한 전자기장의 변경은 판독/기록 장치에 의해 인식되어질 것이며, 따라서 보내어진 데이터는 변경된 전자기장으로부터 검색(retrieve)될 수 있을 것이다.
도2는 안테나 전압, 환언하면 고주파수 신호의 포락선(envelope, 203)을 보여주는 다이어그램(200)이다. 다이어그램(200)은 시간(t)이 도시된 가로 좌표(201)를 갖는다. 전압 VLA/LB가 다이어그램(200)의 세로 좌표(202) 상에 도시되며, LA 및 LB는 각기 제1 코일 연결부(111) 및 제2 코일 연결부(112)를 나타낸다. 다이어그램(200)은 명령-수신 모드에 대응하는 제1 영역(204)과 역-변조(back-modulation) 동작 모드에 대응하는 제2 영역(205)을 보여준다.
도1 및 도2를 참조하여 설명된 시스템에서, 안테나 전압 제한 회로(104)의 동작 전압 VPEAK1은 전압-제한 조절 신호 Vreg를 사용하여 낮은 전자기 전계 강도에서 조차 명령-수신 회로(복조기, 107)가 작동하기 시작하는 값으로 고정된다. 이러한 수준이 RFID 태그(100)의 반응 동안에서도 유지되기 때문에 부하 변조 동안에 코일 연결부들에서 그리고 따라서 판독/기록 장치의 수신기에서도 상대적으로 작은 전압 스윙(swing)이 발생한다. 이것은 판독기에 의한 RFID 태그(100) 반응의 인식이 상대적으로 실패하기 쉽다는 결과를 가져온다.
본 발명의 목적은 트랜스폰더의 동작을 효과적인 방식으로 향상시키는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 독립 청구항들에서 정의된 바와 같은 트랜스폰더, 트랜스폰더 동작 방법 및 프로그램 요소가 제공된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 트랜스폰더는 안테나(401) 및 트랜스폰더가 제1 동작 모드일 때 제1 전압 한도로, 제2 동작 모드일 때 제2 전압 한도로 안테나 전압을 제한하기 위해 적합화된 안테나 전압 제한 회로를 포함하며, 제1 동작 모드는 트랜스폰더가 데이터를 수신하는 모드이며, 제2 동작 모드는 트랜스폰더가 데이터를 송신하는 모드이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 안테나를 포함하는 트랜스폰더를 동작하는 방법은 트랜스폰더가 제1 동작 모드일 때 제1 전압 한도로, 제2 동작 모드일 때 제2 전압 한도로 안테나 전압을 제한하는 단계를 포함하며, 제1 동작 모드는 트랜스폰더가 데이터를 수신하는 모드이며, 제2 동작 모드는 트랜스폰더가 데이터를 송신하는 모드이다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 안테나를 포함하는 트랜스폰더를 동작하는 프로그램 요소에 있어서, 프로세서에 의해 수행되어질 때 상기 프로그램 요소는, 전술한 방법 단계들을 제어하거나 또는 수행하도록 적합화된다.
본 발명의 실시예에 따른 동적인 전압 제한은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의하거나 또는 하나 또는 그 이상의의 특별한 전자 최적화 회로 즉 하드웨어에서, 또는 하이브리드 형태, 즉 소프트웨어와 하드웨어 성분에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 특징적 모습은, 안테나 코일 전압 한도값이 동적으로 조절될 수 있는 트랜스폰더가 제공된다는 이점을 가진다. 환언하면, 안테나 전압 제한은 트랜스폰더의 다른 동작 모드들에서 안테나 전압을 다른 전압 한도들로 제한하기 위해 실현될 수 있다. 각기 현재의 동작 모드에 최대한으로 허용된 안테나 코일의 전압값을 선택적으로 그리고 동적으로 적합화함으로써, 전압 한도를 효과적으로 그리고 탄력적으로 조절하는 것이 가능하며, 따라서 각 동작 모드에서 트랜스폰더의 성능이 향상되거나 최적화될 수 있다.
종래 기술에 비하여, 본 발명에 따른 시스템은, 판독을 위해 사용될 수 있는 비교적 낮은 값 또는 한도가 또한 전송을 위해 사용되어져야 하는 것은 아니라는 이점이 있다. 전송을 위해서는 전압 한도가 독립적으로 조절될 수 있으며, 예를 들어 판독에 비하여 높은 값으로 될 수 있다. 따라서 부하 변조(즉, 데이터를 판독기로 역으로 전송)를 위한 전송 범위가 증가된다.
어떤 경우에는, 이러한 전압 한도는 고전압 또는 고전압의 결과로서 가열에 의해 손상될 수 있는 트랜스폰더의 구성요소들에 대한 부정적 영향을 방지하기 위해 상측 한도를 초과하지 말아야 한다. 예를 들어, 트랜스폰더의 일부일 수 있는 집적회로의 구성요소들이 높은 전압에 의해 쉽게 파괴될 수 있다.
바람직하게는, 제1 전압 한도는 제2 전압 한도보다 낮을 수 있다. 따라서 판독/기록 장치가 트랜스폰더로부터 아주 멀리 떨어져 있을 때조차도 판독/기록 장치와 통신을 허용할 수 있도록 큰 전압 스윙이 활용될 수 있다. 이러한 수단들을 취함으로써, 증가된 공간적인 동작 범위를 얻을 수 있다. 즉, 증가된 변조 깊이의 결과로서 특히 트랜스폰더가 데이터를 판독/기록 스테이션으로 전송하는 동작 모드에서 트랜스폰더와 판독/기록 장치 사이에서 통신할 수 있는 최대 거리가 증가될 수 있다. 나아가 신호대 잡음비(signal-to noise ratio)가 또한 증가될 수 있다.
상기 안테나 전압 제한 회로는, 트랜스폰더가 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이에서 변화할 때 제1 전압 한도와 제2 전압 한도 사이에서 안테나 전압을 연속적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 전압 한도를 연속적으로 변화시킴으로서, 트랜스폰더의 동작이 급격한 변환에 의해 방해받는 것을 방지할 수 있는 순조로운 변환이 얻어질 수 있다. 특히 동작 모드가 수신 모드에서 송신 모드로 변화될 때, 전압이 연속적으로 증가될 수 있으며, 그리고 전압 한도는 송신 모드로부터 수신 모드로의 변환에서 순조롭게 감소될 수 있다.
상기 안테나 전압 제한 회로는, 트랜스폰더가 제3 동작 모드일 때 안테나 전압을 제3 전압 한도로 제한하기 위해 적합화될 수 있다. 환언하면, 안테나 전압 제한 회로는 두개의 동작 모드들 사이에서 구별될 수 있을 뿐만 아니라 세개 또는 그 이상의 동작 모드들 사이에서도 구별될 수 있다. 이러한 제3 동작 모드는 예를 들어, 트랜스폰더의 저에너지 소비 대기 모드일 수 있다. 이러한 대기(standby) 또는 취침(sleeping) 모드에서 안테나 전압은 다른 적절한 값, 예를 들어 에너지를 절약하기 위해 상대적으로 낮은 값으로 제한될 수 있다.
상기 트랜스폰더는 안테나 전압 제한 회로와 안테나 사이에 연결되며, 안테나 전압을 정류하기 위해 적합화된 정류기 유닛을 포함할 수 있다. 안테나 코일이 전자기 방사를 수신할 때, 이것은 교류 전압을 초래할 수 있다. 예를 들어, 다이오드 회로로서 실현될 수 있는 정류기 유닛을 통하여 이러한 교류 전자 신호를 유도함으로써, 교류 전압이 직류 전압을 형성하기 위해 정류될 수 있다. 이러한 직류 전압은 트랜스폰더의 전자 요소들을 위한 전압 공급으로서 요구될 수 있다.
상기 안테나 전압 제한 회로는 동작 모드-종속 목표값을 현재 안테나 전압과 비교함으로써, 안테나 전압을 가변성 동작 모드-종속 목표값으로서 제1 전압 한도 또는 제2 전압 한도로 제한하도록 적합화될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면 안테나 전압 제한 회로에 의해 정의될 수 있는 전압 한도의 목표값은 일정한 값으로 고정되지 않고, 예를 들어 동작 모드의 변화에 따라서 가변될 수 있다. 트랜스폰더의 현재 동작 모드에 따른 이러한 가변성 동작 모드-종속 목표값은, 안테나 전압의 현재 값이 비교될 수 있는 기준 전압으로서 사용될 수 있다. 이러한 비교는, 예를 들어 차등 단계(differential stage)를 사용함으로써 수행될 수 있다. 이어서 이러한 차등 단계의 출력은, 안테나 전압을 동작 모드-종속 목표값에 따라 원하는 값으로 조정하기 위한 조정 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
특히, 안테나 전압 제한 회로는 전압 분할기를 사용하여 동작 모드-종속 목표값을 발생시키기 위해 적합화될 수 있다. 안테나 코일의 현재 전압은 전압 분할기의 입력에 공급될 수 있다. 전압 분할기는 전환가능한 태핑(switchable tapping)을 갖는 전압 분할기로서 실현될 수 있다. 즉, 전압 분할기에 인가된 제어 신호는 전압이 전압 분할기에 의해 분할되는 방식을 제어할 수 있다. 예를 들어, 트랜스폰더의 변조기 유닛은 송신 동작 모드 속으로 갈 수 있으며, 새로운 동작 모드에 따라 전압을 분할하기 위해 전압 분할기를 제어하기 위한 제어 신호를 초기화할 수 있다.
상기 트랜스폰더는 데이터를 송신하기 위한 안테나 전압을 변조하기 위해 적합화되며, 동작 모드-종속 목표값을 위한 기초로서 안테나 전압 제한 회로에 제공될 수 있는 제어 신호를 발생시키도록 적합화된 변조기 유닛을 포함할 수 있다. 환언하면, 이러한 변조기 유닛이 이 변조에 따라 전달되어질 신호들을 부호화하기 위해 안테나 전압을 변조할 때, 변조기는 안테나 코일에 이러한 변조 신호들을 공급할 뿐만 아니라, 부가적으로 동작 모드가 현재 송신 모드로 전환하도록 전압 분할기를 지시하기 위하여 전압 분할기에 대응하는 제어 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 전압 분할기는 이 송신되는 동작 모드에 따라 가변 목표값의 조절을 초기화할 수 있다.
상기 트랜스폰더는 예를 들어, 라디오 주파수 확인 태그 또는 스마트 카드로서 실현될 수 있다.
RFID 태그는 데이터가 프로그램되거나 재작성될 수 있는 (집적회로를 갖는)반도체 칩과, 사용된 동작 주파수대(예를 들어, 13.56 MHz 또는 미국에서 902 MHz 내지 928 MHz의 주파수대, 유럽에서 863 MHz 내지 868 MHz의 주파수대, 또는 다른 ISM-대(“industrial scientific medical"-band, 예를 들어 2.4 GHz 내지 2.83 GHz)에 정합된 고주파수 안테나를 포함할 수 있다. RFID 태그 이외에, RFID 시스템은 판독/기록 장치와, RFID 태그와 판독/기록 장치 사이의 양방향 무선 데이터 통신을 가능하게 하는 시스템 안테나를 포함한다. 부가적으로, 입력/출력 장치(예를 들어 컴퓨터)가 판독/기록 장치를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 다른 형태의 RFID 시스템들, 즉 능동 RFID-시스템들(예를 들어, 밧데리를 포함하여 자신의 전원 공급 장치를 갖는) 및 수동 RFID-시스템들(여기서 전원 공급은 각기 코일 및 안테나에 의해 흡수된 전자기파에 근거하여 실현되며, 안테나에서 야기되어지는 교류 전류는 직류 전류를 발생시키기 위해 RFID-시스템내에 포함된 서브-회로를 정류함으로써 정류될 수 있다)이 구별된다. 더구나, 수동적으로 활성화되고, 밧데리가 필요에 따라 사용되는(예를 들어, 데이터 전송을 위해) 반-능동(반-수동) 시스템들이 이용될 수 있다.
스마트 카드 또는 칩 카드는 신용 카드의 형태를 갖는 카드 또는 GSM 카드와 같은 보다 작은 카드에 내장된 작고 안전한 비밀 프로세서일 수 있다. 스마트 카드는 항상 밧데리를 포함하는 것은 아니며, 카드 판독/기록 장치, 즉 이 카드로부터 데이터를 읽고 이 카드에 데이터를 씀으로써 스마트 카드의 기능성을 제어하기 위한 판독 및/또는 기록 장치에 의해 전원이 공급된다. 스마트 카드는 금융, 안전 접근 및 교통의 영역에 주로 사용된다. 스마트 카드들은 카드소지자의 데이터(예를 들어, 성명, 계좌번호, 수집된 로얄티 점수)와 같은 데이터의 안전한 저장 수단으로서 기능하는 안전성이 높은 프로세서들을 포함할 수 있다. 이러한 데이터에 대한 접근은 단지 이 카드가 판독/기록 단말기 속으로 삽입될 때 가능하게 될 수 있다.
트랜스폰더는 ISO 15693 또는 ISO 14443에 따라 판독/기록 장치와 통신할 수 있도록 설계될 수 있다. 이 표준은 트랜스폰더와, 트랜스폰더로부터 또는 트랜스폰더에 데이터를 판독/기록을 허용하는 제어 장치 사이에서 무선 통신을 위한 통신 프로토콜을 정의한다. ISO 15693 시스템은 13.56 MHz 주파수에서 동작할 수 있으며, 1 m 내지 1.5 m 및 그 이상의 최대 판독 거리를 제공할 수 있다. ISO 14443은 13.56 MHz에서 동작하는 내장 칩(접근 카드) 및 자기 루프 안테나(magnetic loop antenna)를 갖는 확인 카드들을 정의한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 형태들이 이하에서 설명되는 실시예들에 대한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 종래 기술에 따른 RFID 태그를 도시한 도면.
도2는 도1의 RFID 태그의 상이한 동작 모드들을 도시한 다이어그램.
도3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 트랜스폰더 시스템을 도시한 도면.
도4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 도면.
도5는 도4의 RFID 태그의 상이한 동작 모드들을 도시한 도면.
도6A는 도4의 RFID 태그를 실현하기 위한 예로서 회로 다이어그램의 제1 파트를 도시한 도면.
도6B는 도4의 RFID 태그를 실현하기 위한 예로서 회로 다이어그램의 제2 파트를 도시한 도면.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 도면.
도8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 도면.
도면들에서의 표시는 개략적이다. 이러한 도면들에서 유사하거나 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호를 갖는다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 트랜스폰더 시스템(300)이 도3을 참조하여 설명될 것이다. 트랜스폰더 시스템(300)은 트랜스폰더(301)와 판독/기록 장치(302)를 포함한다. 트랜스폰더(301)와 판독/기록 장치(302)는 무선 방식으로 통신 가능하게 결합된다. 환언하면, 트랜스폰더(301)와 판독/기록 장치(302) 사이에서의 통신은 고주파수 또는 라디오-주파수 도메인에서 전자기 방사의 전송에 기초한다.
상기 판독/기록 장치(302)는 고주파수 도메인에서 전송기/수신기 코일(306)을 사용하여 전자기 방사를 방출하도록 구성된다. 나아가, 판독/기록 장치(302)의 전송기/수신기 코일(306)은 전자기 방사를 수신 또는 검색하도록 구성된다. 트랜스폰더(301)가 이러한 전자기장으로부터 에너지를 흡수하거나 또는 어떤 특징적 방식으로 이러한 전자기장을 수정할 때, 전송기/수신기 코일(306)은 이러한 결과를 검지할 수 있다. 트랜스폰더(300)에 의해 수행된, 전송기/수신기 코일(306)에 의해 발생된 전자기장의 성질들에 대한 이러한 수정은 데이터를 표시하거나 또는 트랜스폰더(300)로부터 판독/기록 장치(302)로 송신되도록 데이터를 인코드화 할 수 있다.
판독/기록 장치(302)는 전송기/수신기 코일(306)을 제어하고 데이터를 트랜스폰더(301)로 송신할 수 있거나 또는 트랜스폰더(301)로부터 송신된 데이터를 검지할 수 있는 제어 유닛(305)을 더 포함한다. 트랜스폰더(301)는 고주파수 범위에서 전자기 방사를 수신 및/또는 방출할 수 있는 안테나 코일(308)을 포함한다. 특히, 안테나 코일(308)은 판독/기록 장치(302)의 전송기/수신기 코일(306)에 의해 방출된 전자기 방사를 수신할 수 있다. 안테나 코일(308)은 전형적인 코일 또는 인덕터로서 실현될 수 있다. 이것은 또한 집적회로 요소로서 실현될 수 있다.
나아가, 트랜스폰더(301)는, 트랜스폰더(301)가 전송기/수신기 코일(306)로부터 전자기 방사 신호들 속에서 디코드화된 데이터를 수신할 때 안테나 코일(308)의 안테나 전압을 제1 전압 한도로 제한하도록 적합화된 안테나 전압 제한 회로(303)를 포함한다. 안테나 전압 제한 회로(303)는, 트랜스폰더(301)가 데이터를 판독/기록 장치(302)로 송신하는 동작 모드일 때, 제1 전압 한도 보다 큰 제2 전압 한도로 안테나 코일(308)의 안테나 전압을 제한하도록 더 적합화된다.
상기 트랜스폰더(301)로부터 판독/기록 장치(302)로 데이터를 “송신한다(sending)”라는 것은, 전자기 방사가 안테나 코일(308)에 의해 활성적으로 방출되고 그리고 판독/기록 장치(302)로 전송된다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니며, 송신된 데이터는 전자기 방사에서 인코드된다. 이것에 대비하여, 트랜스폰더(301)는 안테나 코일(308)이 판독/기록 장치(302)의 전송기/수신기 코일(306)에 의해 방출된 전자기파의 전자기장 에너지를 추출 또는 소비함에 따라서 방식을 특징적으로 수정할 수도 있다. 이러한 수정은 전자기장의 성질의 변화로서 검지될 수 있기 때문에, 전송기/수신기 코일(306)은 이러한 수정으로부터 데이터를 유도할 수 있다.
또한 도3에 도시된 바와 같이, 안테나 코일(308)은 안테나 전압 제한 회로(303) 뿐만 아니라 데이터-처리 유닛(304)에도 결합된다. 데이터-처리 유닛(304)은 수신된 전자기 방사로부터 송신된 데이터를 결정할 수 있다. 나아가 데이터-처리 유닛(304)은, 데이터를 판독/기록 장치(302)로 보내어지도록 하기 위해 전자기장의 변조를 제어할 수도 있다. 전자기 방사는 판독/기록 장치(302)로부터의 정보 예를 들어, 제어 정보를 포함할 수 있다. 데이터-처리 유닛(304)은 이러한 명령들 또는 요청들을 처리하도록 적합화될 수 있으며, 요청 또는 명령에 대한 응답으로서 판독/기록 장치(302)로 역으로 송신되어야 할 신호들을 생성할 수 있다.
구성 요소들(303, 304, 308)은 플라스틱 기판(309) 상에 및/또는 내에 제공될 수 있다. 게다가 구성 요소들(303, 304) 중의 어느 하나는 집적 회로로서 더 실현될 수 있다. 이러한 집적 회로는 예를 들어 실리콘 기술 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체들에 기초하여 제조된 반도체 칩으로서 실현될 수 있다. 실리콘 칩은 실리콘 웨이퍼로 만들어진 전자 칩이며, 내부에 모놀리식으로 구현된 집적 회로를 갖는다. 대안적으로, 구성 요소들(303, 304) 중의 어느 하나는 내부 배선 또는 결선된 전자 부재들의 기초 상에 실현될 수 있다. 대안적으로, 구성 요소들(303, 304) 중의 어느 하나의 기능성은 적절한 하드웨어적 구성 요소들에 부가하여 하나 또는 그 이상의 소프트웨어적 구성 요소들을 사용함으로써 실현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 RFID 태그(400)에 대하여 도4를 참조하여 설명한다. 엄격히 말하면, 도7 및 도8 뿐만 아니라 도4도 단지 RFID 태그의 프론트-엔드(front-end) 회로만을 보여주며, 본 발명의 설명된 실시예들에 대하여 중요하지 않은 RFID 태그의 다른 부분들은 생략된다. 그러나, “RFID 태그”라는 용어는 이후 “RFID 태그의 프론트-엔드 회로”에 대한 간단한 형태로서 사용될 것이다. 전단 회로는 도4, 도7, 및 도8에서 파선으로 된 박스에 의해 지시된다.
상기 RFID 태그(400)는 고주파수 범위, 특히 13.56 MHz의 주파수에서 전자기 방사를 흡수하도록 적합화된 전자기 방사 수신용 안테나 코일(401)을 포함한다. 안테나 코일(401)에 병렬적으로 제1 커패시터(413)가 연결되며, 안테나 코일(401)의 인덕턴스 값(L)과 제1 커패시터(413)의 커패시티 값(C)이, RFID 태그(400)가 예를 들어, 13.56 MHz의 특정 캐리어 주파수에서 공진되는 방식으로 조정될 수 있다.
정류 서브 회로가 제1 정류 다이오드(402a), 제2 정류 다이오드(402b), 제3 정류 다이오드(402c) 및 제4 정류 다이오드(402d)에 의해 형성된다. 정류 다이오드들(402a-402d)은 한편으로는 안테나 코일(401)과, 다른 한편으로는 안테나 전압 제한 회로(404)와 제1 커패시터(413)의 배열 사이에 연결된다. 제1 정류 다이오드(402a)는 제1 코일 연결부(411, 또한 LA로 표시됨)와 접지 전위(403) 사이에 연결된다. 제2 정류 다이오드(402b)는 제1 코일 연결부(411)와 안테나 전압 제한 회로(404) 사이에 연결된다. 제3 정류 다이오드(402c)는 제2 코일 연결부(412, 또한 LB로 표시됨)와 안테나 전압 제한 회로(404)의 공급부 사이에 연결된다. 제4 정류 다이오드(402d)는 제2 코일 연결부(412)와 접지 전위(403) 사이에 연결된다. 정류 다이오드들(402a-402d)은 다이오드 모드에 연결된 또는 다이오드 모드로 동작되는 MOSFET들로서 실현될 수 있다. 또한 정류 다이오드들(402a-402d)은 MOSFET 스위치들로서 실현될 수 있다.
이제 안테나 전압 제한 회로(404)의 구조를 보다 상세히 설명한다. 전압 분할기(415)가 전환가능한 태핑(switchable tapping), 즉 전환될 수 있는 전압 분할 기능을 구비하며 제공된다. 현재 안테나 코일(401)에 있는 정류된 전압이 전압 분할기(415)의 입력 및 패스트(fast) 조정기 유닛(405b)에 공급된다. 환언하면, 현재 전압값(416)이 패스트 조정기(405b)의 입력으로 공급된다.
전압 분할기(415)의 출력은 슬로우(slow) 조정기 유닛(405a)의 입력으로 연결된다. 슬로우 조정기 유닛(405a)의 출력은 슬로우 조정기(405a)에 의해 생성되었던 가변성 목표 전압값 신호(417)를 수신한다. 기준 전압 유닛(406)이 슬로우 조정기 유닛(405a)의 입력에 결합되며, 기준 전압을 제공한다.
제2 커패시터(414)가 두 개의 상이한 전압 한도들(또한 도5의 VPEAK1 및 VPEAK2를 보라) 사이에 경사를 제공할 수 있도록 접지 전위(403)와 슬로우 조정기(405a)의 출력 사이에 연결된다. 슬로우 조정기 유닛(405a)의 출력이 단지 일정한 전류를 공급한다고 가정하면, 출력의 어떤 단계는 패스트 조정기(405b)용 입력 전압의 상승(ramp)을 유도한다.
상기 슬로우 조정기(405a)의 출력에 공급된 가변성 목표 전압값(417)은 이제 패스트 조정기 유닛(405b)의 입력에 공급된다. 가변성 목표 전압값(417)과 현재 전압값(416)에 기초하여, 보다 구체적으로 이러한 두개의 신호들의 비교에 기초하 여, 패스트 조정기 유닛(405b)은 그 출력에서 조정 신호 Vreg를 발생시킨다. 이 신호는 판독/기록 장치(도시 안됨)로부터 RFID 태그(400)로 전달된 데이터를 검색할 수 있는, 환언하면 RFID 태그(400)로 전달된 신호를 해독(decoding)할 수 있는 수신 복조 유닛(407)에 적합화될 수 있다.
나아가, 조정 신호 Vreg는 제1 MOSFET(408)의 게이트에 공급될 수 있다. 제1 MOSFET(408)의 소스는 접지 전위(403)에 연결되며, 이에 반하여 그 드레인은 안테나 전압 제한 회로(404)의 공급부에 연결된다. 전압 분할기(415)의 입력 및 제2 조정기(405b)의 입력 모두 공급부에 연결된다.
상기 조정 신호 Vreg의 각 값은 안테나 전압 제한 회로(404)의 공급 전압 및 따라서 RFID 태그(400)의 공급 전압을 교대로 증가 또는 감소시키는 제1 MOSFET(408)의 일정한 컨덕턴스를 야기한다. 컨덕턴스가 높아질수록 공급 전압은 낮아진다. 나아가, 제2 MOSFET(410)는 전자기장을 변조하기 위해 제1 MOSFET(408)에 병렬적으로 전환(개폐)된다.
이러한 목적을 위해, 변조기 유닛(409)이 제공되며, 이것은 신호를 판독/기록 장치(도시 안됨)로 역으로 송신하기 위하여 안테나 코일(401)에 존재하는 신호를 부하-변조(load-modulating)할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 변조기 유닛(409)은 제2 MOSFET(410)의 게이트에 결합된다. 제2 MOSFET(410)의 소스는 접지 전위(403)에 결합된다. 제2 MOSFET(410)의 드레인은 안테나 전압 제한 회로(404)의 공급부에 결합된다. MOSFET들(408,410)은 N-채널형으로 가정되었음을 유념하기 바라며, 따라서 P-채널형을 사용할 때는 식별자(identifier)가 변경된다. 나아가 발명적인 RFID 태그(400)에서 사용된 트랜지스터들은 반드시 MOSFET형으로 되어져야 할 필요는 없다는 것도 유념하기 바란다. 원래, 어떤 형태의 트랜지스터도 실행가능하지만, MOSFET형이 집적회로에 바람직하다.
역변조(back-modulation)로 전환하거나 또는 화살표(418)로 표시된 바와 같이 동작 상태를 송신할 때, 이러한 전환의 표시하는 신호는, 동작 상태가 지금 변경된다는 것과, 이것이 안테나 코일(401)에 최대한 허용되는 전압 한도를 조절하기에 적절할 수 있다는 것을 전압 분할기(415)에 알려주기 위해 전압 분할기(415)(예를 들어, 변조기 유닛(409)에 의해)에 인가될 수 있다. 이러한 신호에 대응하여, 전압 분할기(415)는 슬로우 조정기 유닛(405a)으로 대응하는 수정된 신호를 적용함으로써 수정된 가변성 목표 전압값(417)이 제공된다. 결과적으로, 조정 신호 Vreg는 대응하여 수정되며, 전송 모드용 전압 한도는 이전의 수신 모드용 전압 한도와 비교하여 증가될 수 있다.
상기 RFID 태그(400)는, ISO 15693에서 정의된 통신 프로토콜에 따라서 판독/기록 장치와 통신하기 위해 적용될 수 있다. 도4에 도시하지 않았지만, 안전 기능이 RFID 태그(400) 내에 실현될 수 있으며, 예를 들어 사용자는 RFID 태그(400) 또는 그 내에 저장된 데이터를 제어하기 위해 비밀번호를 요구할 수 있다. 환언하면, RFID 태그(400)를 제어 또는 접근하기 위해 인증이 필요할 수 있다. 13.56 MHz의 주파수에서 RFID 태그(400)는 판독/기록 장치와 70 cm 내지 80 cm 및 그 이상의 통신 범위를 더 가질 수 있다. 전계 강도 범위(H)는 40 mA/m와 12 A/m 사이가 될 수 있다.
상기 안테나 전압 제한 회로(404)에 의해 실현된 전압 제한에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이러한 전압의 제한은 특히 두 가지 이유로 요구될 것이다. 한편으로는, RFID 태그(400) 또는 그 구성요소들이 RFID 태그(400)를 파괴할 수 있는 온도까지 가열되는 것이 방지되어야 한다. 다른 한편으로는, 도4에서 도시된 집적 회로의 구성요소들이 너무 높은 전압값에 의해 파괴되는 것을 방지하기 위해 전압이 감소되어야 한다.
도5에 도시된 다이어그램(500)은 RFID 태그(400)를 위한 전압 한도의 동적인 조절에 관련된 상세한 것을 설명한다. 다이어그램(500)은 시간(t)이 도시된 가로 좌표(501)를 보여준다. 고주파수 신호(즉, 전압 VLA/LB)의 인벨로프(503, envelope)가 세로 좌표(502)에 도시된다. 도5는 다이어그램(500)의 제1 부분(504)과 제2 부분(505)에 관련된 두개의 상이한 동작 상태들을 보여준다.
제1 부분(504)은 RFID 태그(400)가 판독/기록 장치로부터의 데이터를 포함하는 전자기파들을 수신하는 동작 상태에 관련된다. 이러한 명령-수신 모드에서는, 안테나 코일(401)의 전압은 상대적으로 낮은 VPEAK1의 전압 한도값으로 제한된다.
이것에 비하여, 제2 부분(505)에 관련된 제2 동작 모드에서는 RFID 태그(400)는 송신 모드에 있으며, 즉 이것은 부하 변조에 의해 데이터를 판독/기록 장치로 송신한다. 도5의 제2 부분(505)에 나타낸 딥(dip)들은 변조 패턴에 포함된 전송되어져야 할 정보를 상징화한다. 송신 모드에서는 안테나 코일(401)의 전압이 상대적으로 높은 VPEAK2의 전압 한도값으로 제한된다.
도5는 경사(506), 즉 제1 부분(504)에 따른 동작 모드로부터 제2 부분(505) 에 따른 동작 모드로의 순조로운 이행을 더 보여준다. t1으로 표시된 경사 부분은 이러한 상승 경사 동안의 시간이 예를 들어, 100 ㎲일 수 있다는 것을 지시한다. 그러나 제2 부분(505)에 관계된 동작 모드로부터 제1 부분(504)에 관계된 동작 모드로 역 이행하는 동안 t2로 표시된 경사는 300 ㎲일 수 있다.
역-변조(즉, 판독/기록 장치를 향한 방향으로) 동안 최적화된 고전압 스윙(swing)을 얻기 위하여, 코일 전압 한도의 쓰레시홀드가 데이터 역-변조를 시작하기 전에 조정되며, 연속적으로 낮은 값 VPEAK1으로부터 높은 값 VPEAK2로 증가(충분히 늦은 증가 속도로)된다. VPEAK2는 특정 기술의 프레임에서 최대한으로 허용된 값일 수 있다(예를 들어, 두배의 VPEAK1). 역-변조 동안에, 전압 한도는 본질적으로 VPEAK2에서 일정하게 유지될 수 있다. 나중에, 즉 수신 모드로 돌아가면, 코일 전압 한도를 위한 쓰레시홀드가 연속적으로 감소하거나 정상 수준(즉, VPEAK1, 수신 동작 모드를 위해 최적화될 수 있는)으로 감소될 수 있다.
따라서, 역-변조 동안에, 이미 약한(그러나 특히 중간에서) 고주파수 전계 강도(예를 들어, RFID 태그(400)가 여전히 판독/기록 장치의 안테나로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있을 때)에서, 최대로 가능한 코일 전압 스윙(제공된 고주파수 에너지에 종속하여)이 사용될 수 있다(즉, 특히 판독/기록 장치의 수신기가 충분히 큰 신호대 잡음비를 얻기 위해 아주 강한 역-변조 신호를 필요로 할 때).
상기 RFID 태그(400)를 도4의 기능적 또는 블록 유사한 구성의 기초하에 설명하였다. 각 블록의 몇 개의 실체적인 실현이 가능하다. 그러나, RFID 태그(400)를 실현하는 하나의 특별한 예가 이하에서 주어진다. 도4에 도시된 바와 같은 블록 아키텍처(architecture)를 실현하는 상세한 회로 다이어그램의 제1 부분(600)과 제2 부분(650)이 도6A 및 6B를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도6A는 시스템 클럭(clock)을 회복하기 위한 클럭 회복 연결부(602)를 보여준다. 더구나 큰 ESD 전압에 대하여 클럭 회복 연결부(602)에 연결된 회로를 보호할 수 있는 보호 장치(601)가 도시되어 있다. 나아가, 주파수 응답 보상 커패시터(603)가 도시되어 있다. 참조번호 ‘604’는 잔존하는 RFID 태그 회로를 위한 공급 전압을 나타낸다.
도6B는 연결부(605)와 전압 분할기(415) 사이에 배치된 레벨 시프터(651)를 보여준다. 스위칭 신호(418)가 연결부(605)에 공급될 수 있다. 나아가, 제2 커패시터(414)의 값과 결합하여 연결부(607)에 공급된 현재의 신호가, 동작 모드들 변화시킬 때 전압 한도의 순조로운 상승 또는 하락을 지지할 수 있다. 마지막으로, 자기장을 부하-변조하기 위하여 제2 MOSFET(410)를 제어하기 위한 연결부(606)에 신호가 공급된다.
비록 안테나 전압 한도의 실현이 특정 회로에 대하여 도4, 5, 6A 및 6B를 참조하여 설명되었지만, 전압 한도의 동적인 조절을 실현하기 위한 많은 대안이 가능하다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 RFID 태그(700)가 도7을 참조하여 설명될 것이다. RFID 태그(700)는 전압 한도의 동적인 조절의 대안적인 실현의 예이다.
RFID 태그(700)의 경우에서, 기준 전압 유닛(406)은 제어 신호(418)를 수신한다. 도1에 비하여, 기준 전압 유닛(406)은, 신호(418)로부터 유래될 수 있는, 현재 수행되어질 동작 상태에 종속하여 기준 전압의 상이한 값을 제공하기 위해 적합화된다. 본 실시예는 명시적 기준이 이루어진, 도1에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 도1과 비교하여, 기준 전압 유닛(406)에 의해 제공된 목표값은 일정하지 않고 가변적이며, 이러한 변화는 신호(418)에 의해 제어될 수 있다. 기준 전압 유닛(406)은 RFID 태그(700)가 수신 모드에서 동작할 때 제1 기준 전압값을 제공하기 위해, RFID 태그(700)가 송신 모드에서 동작할 때 제2 기준 전압갑을 제공하기 위해 적합화될 것이다. 현재의 모드 또는 모드의 변화가 신호(418)에 의해 지시될 수 있다.
도7의 실시예는 단지 하나의 패스트 조정기(405b)를 포함하며, 반면에 도4에 도시된 슬로우 조정기(405a)는 제공되지 않는다. 결과적으로, 안테나 전압의 상대적으로 급격한 이행이 될 것이다. 그러나, 대응하는 판독/기록 장치는, 코일 전압의 급격한 변화로부터 결과되는 교란 신호가 무시되거나 또는 판독/기록 장치에 의해 억제되는 방식으로 적합화될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 코일 전압은 직접적으로 탭(tap)될 수 있으며, 이것은 두 기준 전압들 사이에서 토글(toggle)될 수 있다. 이 경우 전환가능한 전압 분할기가 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 RFID 태그(800)가 도8을 참조하여 설명될 것이다. RFID 태그(800)는 전압 한도의 동적인 조절의 대안적인 실현의 다른 예이다.
RFID 태그(800)는 특히 두개의 관점에서 RFID 태그(400)와 다르다. 첫째로, 전환가능한 전압 분할기(415)가 없이도 지낼 수 있으며, 따라서 생략된다. 둘째 로, RFID 태그(800)의 현재 동작 모드에 기초하여, 기준 전압의 상이한 값들, 예를 들어, 수신 모드에서의 낮은 값과 송신 모드에서의 높은 값을 슬로우 조정 유닛(405a)에 제공하는 기준 전압 유닛(406)에 제어 신호(418)가 공급된다.
동사 “포함하다(comprise)" 및 그 동사 변형의 사용은 청구항들에서 언급된 것들 외의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 ”a", "an"의 사용은 복수개의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다는 것을 알려둔다. 또한 다른 실시예들과 관련하여 설명된 요소들이 결합될 수 있다.
또한, 괄호들 사이에 놓이는 어떠한 참조 부호도 청구항의 사상을 제한하는 것으로 해석되는 것은 아니다라는 것을 알려둔다.
본 발명은 서비스 부문, 병참, 상업 및 공업 생산의 분야에서 비접촉 확인 시스템에 널리 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 트랜스폰더(400)로서,
    안테나(401)와,
    상기 트랜스폰더(400)가 제1 동작 모드(504)일 때 제1 전압 한도(VPEAK1)로, 트랜스폰더(400)가 제2 동작 모드(505)일 때 제2 전압 한도(VPEAK2)로 안테나 전압을 제한하는 안테나 전압 제한 회로(404)를 포함하되,
    상기 제1 동작 모드(504)는 트랜스폰더(400)가 데이터를 수신하는 모드이며, 상기 제2 동작 모드(505)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 송신하는 모드인
    트랜스폰더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 한도(VPEAK1)는 상기 제2 전압 한도(VPEAK2) 보다 낮은
    트랜스폰더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전압 제한 회로(404)는, 상기 트랜스폰더(400)가 상기 제1 동작 모드(504)와 상기 제2 동작 모드(505) 사이에서 변화할 때 상기 제1 전압 한도(VPEAK1)와 상기 제2 전압 한도(VPEAK2) 사이에서 상기 안테나 전압을 연속적으로 변화시키는
    트랜스폰더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전압 제한 회로(404)는 상기 트랜스폰더(400)가 제3 동작 모드일 때, 상기 안테나 전압을 제3 전압 한도로 제한하는
    트랜스폰더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전압 제한 회로(400)는, 동작 모드-종속 목표값(417)을 현재의 안테나 전압(416)과 비교함으로써 가변적 동작 모드-종속 목표값(417)에 의해 정의된 제1 전압 한도(VPEAK1) 또는 상기 제2 전압 한도(VPEAK2)로 상기 안테나 전압을 제한하는
    트랜스폰더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안테나 전압 제한 회로(404)는, 전환가능한 탭핑(tapping)을 갖는 전압 분할기(415)를 사용하여 상기 동작 모드-종속 목표값(417)을 발생시키는
    트랜스폰더.
  7. 제5항에 있어서,
    데이터를 송신하기 위하여 상기 안테나 전압을 변조하고, 상기 동작 모드-종속 목표값(417)을 위한 기초로 상기 안테나 전압 제한 회로(404)에 적용가능한 제어 신호(418)를 발생시키는 변조기 유닛(409)을 더 포함하는
    트랜스폰더.
  8. 제1항에 있어서,
    ISO 15693 또는 ISO 14443에 따른 판독/기록 장치와 통신하기 위해 설계된
    트랜스폰더.
  9. 안테나(401)를 포함하는 트랜스폰더(400)를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 방법은 상기 트랜스폰더(400)가 제1 동작 모드(504)일 때 제1 전압 한도(VPEAK1)로, 상기 트랜스폰더(400)가 제2 동작 모드(505)일 때 제2 전압 한도(VPEAK2)로 안테나 전압을 제한하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 동작 모드(504)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 수신하는 모드이고, 상기 제2 동작 모드(505)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 송신하는 모드인
    트랜스폰더(400) 작동 방법.
  10. 안테나(401)를 포함하는 트랜스폰더(400)를 작동시키는 프로그램 요소에 있어서,
    처리 유닛(304)에 의해 수행되어질 때 상기 프로그램 요소는, 상기 트랜스폰더(400)가 제1 동작 모드(504)일 때 제1 전압 한도(VPEAK1)로, 상기 트랜스폰더(400)가 제2 동작 모드(505)일 때 제2 전압 한도(VPEAK2)로 안테나 전압을 제한하는 방법 단계를 제어하거나 또는 수행하되,
    상기 제1 동작 모드(504)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 수신하는 모드이고, 상기 제2 동작 모드(505)는 상기 트랜스폰더(400)가 데이터를 송신하는 모드인
    프로그램 요소.
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