KR20080106111A - 멀티 모드 알에프아이디 리더 구조 - Google Patents

Abstract

멀티 모드 RFID는 파 필드(far field) 및 니어 필드(near field) 모드에서 동작한다. 상기 멀티 모드 RFID 리더는 송신기 섹션, 수신기 섹션, 송신 멀티플렉서 및 수신 멀티플렉서를 포함한다. 상기 송신 멀티플렉서 및 상기 수신 멀티플렉서는 파 필드 안테나 구조 및 니어 필드 코일 구조에 구조적으로 결합된다. 파 필드 동작의 경우, 상기 송신 멀티플렉서는 파 필드 안테나 구조에 상향 변환된 아웃바운드 신호를 송신하고, 상기 수신 멀티플렉서는 수신기 섹션에 인바운드 신호를 제공한다. 니어 필드 동작의 경우, 상기 송신 멀티플렉서는 상기 니어 필드 코일 구조에 상향 변환된 아웃바운드 신호를 제공하고, 상기 수신 멀티플렉서는 상기 수신기 섹션에 인바운드 신호를 제공한다.

Description

멀티 모드 알에프아이디 리더 구조{MULTI-MODE RFID READER ARCHITECTURE}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RFID 시스템에 관한 것이다.

무선 주파수 식별(radio frequency identification : RFID) 시스템은 일반적으로 리더(reader)(또한 인테로게이터(interrogator)로 알려짐), 원격 태그(또한 트랜스폰더(transponder)로 알려짐)를 포함한다. 각 태그는 직원, 물품, 팔레트(pallet) 또는 다른 객체를 확인하는데 사용하기 위한 식별 또는 다른 데이터, 또는 직원, 물품, 팔레트 또는 다른 객체의 특성과 관련된 데이터를 저장한다. RFID 시스템은 배터리와 같은 내부 전력원을 포함하는 능동 태그들, 및/또는 내부 전력원을 포함하지 않고 대신에 상기 리더에 의해 원격으로 전력이 공급되는 수동 태그들을 이용할 수 도 있다.

상기 리더와 상기 원격 태그 사이에서의 통신은 무선 주파수(RF) 신호들에 의해 가능하게 된다. 일반적으로, RFID 태그에 저장된 상기 식별 데이터에 접근하기 위해서, 상기 RFID 리더는 태그로부터의 변조된 RF 응답을 불러내도록 설계된 변조된 RF 질의(interrogation) 신호를 생성한다. 상기 태그로부터의 상기 RF 응답 은 상기 RFID 태그내에 저장된 코딩된 데이터를 포함한다. 상기 RFID 리더는 상기 코딩된 데이터를 디코딩하여 상기 RFID 태그에 관련된 직원, 물품, 팔레트 또는 다른 객체의 특성들을 식별하거나 결정한다. 수동 태그의 경우, 상기 RFID 리더는 또한 데이터 전송동안 상기 태그를 활성화시키고 전력을 공급하기 위한 비변조된, 연속파(continuous wave : CW) 신호를 생성한다.

RFID 시스템들은 전형적으로 파 필드(far field) 또는 니어 필드(near field) 기술을 채용한다. 파 필드 기술에서, 상기 RFID 리더와 상기 태그 사이의 거리는 캐리어 신호의 파장에 비하여 크다. 전형적으로, 파 필드 기술은 극초단파(ultra high frequency) 또는 마이크로파(microwave frequency) 범위들의 캐리어 신호들을 이용한다. 파 필드 어플리케이션에서, 상기 RFID 리더는 RF 신호를 생성하여 안테나를 통해 상기 안테나의 범위내에 있는 모든 태그들에 전송한다. 상기 RF 신호를 수신하는 하나 또는 그 이상의 태그들은 백스캐터링(backscattering) 기술을 이용하여 상기 리더에 응답한다. 상기 태그들은 백스캐더링 기술로 상기 수신된 RF 신호들을 변조하고 반영한다.

니어 필드 기술의 경우, 동작 거리는 보통 캐리어 신호의 한 파장보다 작다. 따라서, 리딩 범위(reading range)는 상기 주파수에 따라 대략 20cm 또는 그 이하로 제한된다. 니어 필드 어플리케이션들에서, 상기 RFID 리더 및 태그는 전자기적 또는 유도 결합을 통해 해당 리더 및 태그 코일 안테나들 사이에서 통신한다. 전형적으로, 상기 니어 필드 기술은 저주파 범위의 캐리어 신호들을 이용한다.

ISO(International Organization for Standardization)는 ISO 18000 시리즈 라고 불리는 RFID 표준을 개발해왔다. 상기 ISO 18000 시리즈는 공급 체인(supply chain)내의 아이템들을 추적하기 위해 사용되는 어플리케이션들에서 특별히 RFID 시스템들을 위한 공중 인터페이스 프로토콜을 설명한다. 상기 ISO 18000 시리즈는 전세계적으로 RFID시스템들에서 사용되고 있는 주요 주파수들(major frequencies)을 담당하기 위한 7 파트(part)들을 가지고 있다. 상기 7 파트들은 아래와 같다.

18000-1 : 세계적으로 허용되는 주파수들을 위한 공중 인터페이스를

위한 일반 파라메터들;

18000-2 : 135 ㎑ 아래를 위한 공중 인터페이스;

18000-3 : 13.56 ㎒ 를 위한 공중 인터페이스;

18000-4 : 2.45 ㎓ 를 위한 공중 인터페이스;

18000-5 : 5.8 ㎓ 를 위한 공중 인터페이스;

18000-6 : 860 ㎒ 내지 930 ㎒ 를 위한 공중 인터페이스;

18000-7 : 433.92 ㎒ 에서의 공중 인터페이스;

상기 ISO 18000 시리즈의 ISO 18000-2 및 18000-3 파트들에 따라서, 자기/유도 결합(magnetic/inductive coupling)을 가지는 니어 필드 기술은 135 ㎑ 이하의 낮은 주파수(low frequency : LF)에서의 또는 13.56 ㎒의 높은 주파수(high frequency : HF)에서의 공중 인터페이스를 가진다. 상기 리더와 상기 태그에 의해 사용되는 통신 프로토콜은 전형적으로 부하 변조 기법(load modulation technique)이다.

RF 결합을 가지는 파 필드 기술은, ISO 18000-5에 따른 2.45 ㎓ 마이크로 파(microwave frequency)에서의 공중 인터페이스, IS0 18000-6에 따른 860 ㎒ 내지 930 ㎒ 극초단파(ultra high frequency : UHF), 및 ISO 18000-7에 따른 433.92 ㎒ UHF에서 공중 인터페이스들을 정의하고 있는 3 개의 ISO를 가진다. 860 - 930 ㎒에서의 UHF의 경우, 상기 ISO 18000-6은 리더를 이용하여 33kbps 또는 40kbps 데이터 레이트, ASK 변조, 및 데이터의 바이페이즈-스페이스(biphase-space)(FM0)인코딩중 어느 하나를 포함하는 것으로 정의되는 링크를 태깅하기 위한 두개의 태그 타입들, 타입 A 및 타입 B를 정의하고 있다.

더욱이, 2세대 표준인 EPC 글로벌 클래스 1은 40 내지 640kps의 리더 링크에 대한 태그, ASK 또는 PSK 변조 및 바이페이즈 스페이스(FM0) 또는 밀러 변조된 서브 캐리어의 데이터 인코딩을 가지고 UHF를 이용하는 태그 표준을 정의한다.

일반적으로, LF 또는 HF에서 동작하는 니어 필드 기술을 채용하고 있는 RFID 리더들은 공급 체인 관리에서 재고 제어를 위한 리딩 아이템 레벨 태깅을 포함하는 어플리케이션들, 또는 예를 들어 접근 제어 또는 금융 사용, 여권들, 금전 청구서 인증, 은행 문서 등을 위한 스마트 카드 또는 유사 신용카드(vicinity credit card)들과 같은 작은 반경(short range) 리드(read)들을 포함하는 어플리케이션들에서 사용될 수 있다. 그러한 어플리케이션들은 태그들을 큰 반경(long range)에서 읽는 것을 필요로 하지 않고, 니어 필드 기술에 의해 제공되는 더 나은 안전성을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 니어 필드 기술은 유체 투약물(fluid medication)과 같은 유체 근처의 태그들을 읽는 것에 대한 더 나은 실행력으로 알려져 있다. 여기에서, 파 필드 RF 결합은 상기 유체들로부터 간섭을 초래하는 추세이다.

마이크로파 또는 UHF에서 파 필드 기술 RF 결합을 채용한 RFID 리더들은 팔레트 또는 케이톤 레벨 추적과 같은 선적 유닛들을 포함하는 어플리케이션들, 또는 먼 거리에서 읽는 것을 필요로 하는 다른 어플리케이션에서 태그들을 읽는데 사용되어 왔다.

요즘, RFID 리더는 CMOSi 집적 회로상에 구현된 제어기 또는 마이크로프로세서 및 특정 기술(예를 들어 니어 필드 또는 파 필드)에서(단 양쪽 모두는 제외) 최적의 신호 처리를 위해 독특하게 설계되는, 하나 또는 그 이상의 분리된 CMOS, BiCMOS 또는 GaAs 집적 회로들상에 구현된 무선장치로 구성될 수 도 있다. 이들 다른 형태들의 기술 및 다른 RFID 표준들(각각은 상기 리더와 상기 태그 사이에서 통신을 가능케 하는 다른 프로토콜을 정의하고 있음)의 수는 다수의 어플리케이션들을 위한 RFID 리더들의 광확산 사용을 억제해 왔다.

따라서, 고집적도의, 저렴한 RFID 리더에 대한 필요가 존재한다. 아울러, 멀티-표준, 멀티-기술 RFID 리더에 대한 필요가 존재한다.

본 발명은 후술될 도면의 간단한 설명, 발명의 상세한 설명, 및 청구범위에서 좀더 상세하게 설명될 동작의 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일측면에 의하면, 멀티 모드 무선 주파수 식별(radio frequency identification) 리더는,

아웃바운드 데이터를 아웃바운드 변조 정보로 변환하고; 및 인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하도록 결합된 기저대역 처리 모듈;

상기 아웃바운드 변조 정보를 상향 변환된 아웃바운드 신호로 변환하도록 결합된 송신기;

파 필드 안테나 구조;

니어 필드 안테나 구조;

상기 멀티 모드 RFID 리더가 니어 필드 모드에 있는 경우 상기 니어 필드 코일 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 출력하고, 상기 멀티 모드 RFID 리더가 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 출력하도록 결합된 송신 멀티플렉서;

상기 멀티 모드 RFID 리더가 상기 코일 구조로부터 인바운드 신호를 입력받고, 상기 멀티 모드 RFID 리더가 상기 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조로부터 상기 인바운드 신호를 입력받도록 결합된 수신 멀티플렉서; 및

상기 인바운드 신호를 상기 인코딩된 인바운드 신호를 하향 변환시키도록 결합된 수신기 섹션을 포함한다.

바람직하게는, 상기 파 필드 안테나 구조는 안테나; 상기 안테나에 결합된 트랜스포머 밸룬(transformer balun)을 포함한다.

바람직하게는, 상기 니어 필드 코일 구조는 복수개의 코일들; 상기 복수개의 코일들에 결합된 복수개의 커패시터들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 송신기 섹션은 상기 아웃바운드 변조 정보에 기반하여 변조된 전류원; 및 상기 전류원에 결합된 입력 트랜지스터들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 송신 멀티플렉서는 상기 입력 트랜지스터들을 상기 니어 필드 모드에서는 상기 니어 필드 코일 구조에 결합하고, 상기 파 필드 모드에서는 상기 파 필드 안테나 구조에 결합하도록 동작가능한 멀티플렉서 트랜지스터들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 멀티플렉서 트랜지스터는 상기 입력 트랜지스터들 및 상기 니어 필드 코일 구조에 결합되는 제1 세트의 트랜지스터들(상기 제1 세트의 트랜지스터들의 각각은 활성화 입력 단자를 포함함); 및

상기 입력 트랜지스터들 및 상기 파 필드 안테나 구조에 결합되는 제2 세트의 트랜지스터들(상기 제2 세트의 트랜지스터들의 각각은 활성화 입력단자를 포함함)을 포함한다.

바람직하게는, 상기 송신기 섹션은 상기 니어 필드 모드에서 송신하기 위한 상기 제1 세트의 트랜지스터들을 활성화시키도록 상기 송신 멀티플렉서에 신호하고, 상기 파 필드 모드에서 송신하기 위한 상기 제2 세트의 트랜지스터들을 활성화시키도록 상기 송신 멀티플렉서에 신호하는 동작이 가능하다.

바람직하게는, 상기 송신기 섹션은 송신기 드라이버 회로를 포함하는데, 상기 송신기 드라이버 회로는 상기 입력 트랜지스터들의 입력단자들에 결합되는 출력 단자들을 가지는 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기의 상기 출력 단자들 및 상기 입력 트랜지스터들의 상기 입력단자들에 구조적으로 결합된 복수개의 커패시터들; 및 상기 전력 증폭기의 상기 출력 단자들 및 상기 입력 트랜지스터들의 입력 단자들에 결합되는 복수개의 인덕터들을 구비한다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은

상기 니어 필드 모드에서 제1 인코딩 프로토콜을 사용하고, 상기 파 필드 모드에서는 제2 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 아웃바운드 데이터를 인코딩하도록 더 기능한다.

바람직하게는, 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호 및 인바운드 신호는 UHF 범위에 있다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은 상기 송신기 섹션에 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 송신하도록 더 기능하며, 상기 송신기 섹션은 상기 하나 또는 그 이상의 신호들에 대응하여 상기 파 필드 모드에서 동작하거나 또는 상기 니어 필드 모드에서 동작한다.

바람직하게는, 상기 송신기 섹션은

상기 하나 또는 그 이상의 제어 신호들이 상기 니어 필드 모드를 지시하는 경우, 상기 니어 필드 코일 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합시키도록 상기 송신 멀티플렉서에 신호하고; 및

상기 하나 또는 그 이상의 제어 신호들이 상기 파 필드 모드를 지시하는 경우, 상기 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합시키도록 상기 송신 멀티플렉서에 신호하도록 더 기능한다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은 상기 송신기 섹션이 상기 파 필드 모드 또는 상기 니어 필드 모드에서 송신해야하는지 여부를 지시하는 신호를 상기 송신기 섹션에 송신하도록 더 기능한다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은,

하나 또는 그 이상의 태그들로부터의 수신 신호 세기 표시에 대응하여, 이 상기 니어 필드 모드에서 동작하도록, 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 파 필드 모드에서의 상기 송신기 섹션에 의한 송신을 위한 데이터 신호 명령을 인코딩하고;

상기 하나 또는 그 이상의 태그들로부터 상기 명령의 수신확인을 가지는 디코딩된 데이터 신호의 수신에 따라, 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 니어 필드 모드에서 송신하기 위하여 상기 송신기 섹션에 상기 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 송신하도록 동작가능하다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은,

하나 또는 그 이상의 태그들로부터의 수신 신호 세기 표시 또는 상기 기저대역 처리 모듈이 디코딩할 수 없는 인바운드 인코딩된 신호에 대응하여, 상기 파 필드 모드에서 동작하도록 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 니어 필드 모드에서의 상기 송신기 섹션에 의한 송신을 위한 데이터 신호 명령을 인코딩하고; 및

상기 하나 또는 그 이상의 태그들로부터의 상기 명령의 수신확인을 가지는 디코딩된 데이터 신호의 수신에 따라, 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 파 필드 모드에서 송신하기 위해 상기 송신기 섹션에 상기 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 송신하도록 동작가능하다.

바람직하게는, 상기 멀티 모드 RFID 리더는 초기 모드로서 상기 파 필드 모드에서 동작한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 무선 주파수 식별 리더는,

아웃바운드 데이터를 아웃바운드 인코딩된 데이터로 변환하고; 및

상기 아웃바운드 인코딩된 데이터를 아웃바운드 변조 정보로 변환하도록 동작가능한 기저대역 처리 모듈;

상기 아웃바운드 변조 정보를 상향 변환된 아웃바운드 신호로 변환하도록 동작가능한 송신기 섹션; 및

니어 필드 모드에서 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 유도성 결합을 위해 니어 필드 코일 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합하고; 및 상기 파 필드 모드에서 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 RF 결합을 위해 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합하도록 동작가능한 송신 멀티플렉서를 포함한다.

바람직하게는, 상기 RFID 리더는, 수신 멀티플렉서를 더 포함하는데, 상기 수신 멀티플렉서는

상기 RFID 리더가 상기 니어 필드 모드에서 동작할 때 상기 니어 필드 코일 안테나 구조로부터 인바운드 신호를 수신하고; 상기 리더가 상기 파 필드 모드에서 동작할 때 상기 파 필드 안테나 구조로부터 상기 인바운드 신호를 수신하고; 및 수신기 섹션에 상기 수신된 인바운드 신호를 송신하는 동작이 가능하다.

바람직하게는, 상기 수신기 섹션은 상기 UHF 인바운드 신호를 인코딩된 인바 운드 신호로 변환하는 것이 동작가능하다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은,

니어 필드 모드에서는 제1 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하고;

상기 파 필드 모드에서는 제2 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하도록 동작 가능하다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은

상기 니어 필드 모드에서는 제1 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 아웃바운드 데이터를 아웃바운드 인코딩된 데이터로 변환하고;

상기 파 필드 모드에서는 제2 인코딩 프로토콜을 이용하여 상기 아웃바운드 데이터를 아웃바운드 인코딩된 데이터로 변환하도록 동작 가능하다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은

상기 RFID 리더가 상기 파 필드 모드에서 동작할 때, 상기 니어 필드 모드에서 동작하기 위하여 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 파 필드 모드에서 송신을 위한 데이터 신호 명령을 인코딩하고; 및

상기 하나 또는 그 이상의 태그로부터의 상기 명령의 수신확인을 가지는 디코딩된 인바운드 데이터의 수신에 따라, 상기 니어 필드 모드에서 상기 RFID 리더를 동작시키도록 동작가능하다.

바람직하게는, 상기 기저대역 처리 모듈은

상기 RFID 리더가 상기 니어 필드 모드에서 동작할 때, 상기 니어 필드 모드 에서 동작하기 위해 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 상기 니어 필드에서의 송신을 위한 데이터 신호 명령을 인코딩하고; 및

상기 하나 또는 그 이상의 태그들로부터의 상기 명령의 수신확인을 가지는 디코딩된 인바운드 데이터의 수신에 따라, 상기 파 필드 모드에서 상기 RFID 리더를 동작시키도록 동작가능하다.

바람직하게는 , 상기 송신 멀티플렉서는,

상기 니어 필드 모드에서 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 유도성 결합을 위해 니어 필드 코일 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합시키도록 동작가능한, 입력 트랜지스터들 및 상기 니어 필드 안테나 코일 구조에 결합된 제1 세트의 트랜지스터들; 및

상기 파 필드 모드에서 상기 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 RF 결합을 위해 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합시키도록 동작가능한, 상기 입력 트랜지스터들 및 상기 파 필드 안테나 구조에 결합된 제2 세트의 트랜지스터들을 포함하되,

상기 송신기 섹션은 상기 니어 필드 모드에서 송신하기 위해 상기 제1 세트의 트랜지스터들을 활성화시키기 위해 상기 송신 멀티플렉서에 신호하고, 상기 파 필드 모드에서 동작하기 위해 상기 제2 세트의 트랜지스터들을 활성화시키도록 상기 송신 멀티플렉서에 신호하도록 동작가능하다.

바람직하게는, 상기 상향 변환 아웃바운드 신호는 상기 니어 필드 모드 및 상기 파 필드 모드에서 UHF 범위에 있다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부되는 도면들을 참조하여 이루어지는 다음의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면, 고집적도의, 저렴한 RFID 리더와 아울러, 멀티-표준, 멀티-기술 RFID 리더를 제공할 수 있다.

도 1은 컴퓨터/서버(12), 복수개의 RFID 리더들(14-18) 및 복수개의 RFID 태그들(20-30)을 포함하는 RFID(radio frequency identification) 시스템의 개략적인 블록도이다. RFID 태그들(20-30)은 재고추적, 상태 추적, 위치 결정, 조립 진행 등등을 포함하는(그렇지만 이에 한정되지 않는) 다양한 목적을 위해 특정 객체와 각각 관련되어 있다. 상기 RFID 태그들은 내부 전력원들을 포함하는 능동 장치들, 또는 RFID 리더들(14-18)로부터 전력을 공급받는 수동 장치들일 수 도 있다.

각 RFID 리더들(14-18)은 자신들의 동작 영역내에서 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)과 무선으로 통신한다. 예를 들어, RFID 태그들(20 및 22)은 RFID 리더(14)의 동작 영역내에 있을 수 있으며, RFID 태그들(24 및 26)은 RFID 리더(16)의 동작 영역내에 있을 수 있으며, RFID 태그들(28 및 30)은 RFID 리더(18)의 동작 영역내에 있을 수 있다. 파 필드 모드의 동작에서, RFID 리더들(14-18)과 RFID 태그들(20-30) 사이에서의 RF 통신 방안은 파 필드 기술을 사용하는 백스캐터 결합 기술인데, 이에 의해 RFID 리더들(14-18)은 RF 신호를 통해 RFID 태그들(20-30)로부터 데이터를 요청하고, RFID 태그들(20-30)은 RFID 리더들(14-18)에 의해 제공된 상기 RF 신호를 변조하고 백스캐터링함으로써 상기 요청된 데이터로 응답한다. 니어 필드 모드의 동작에서, RFID 리더들(14-18) 및 RFID 태그들(20-30) 사이에서의 RF 통신 방안은 자기적 또는 유도성 결합 기술인데, 이에 의해 RFID 리더들(14-18)은 RFID 태그들(20-30)에 자기적으로 또는 유도적으로 결합하여 RFID 태그들(20-30)에 있는 데이터를 접근한다. 따라서, 본 발명의 일실시예로, RFID 리더들(14-18)은 파 필드 모드에서는 파 필드 모드 기능들을 가지는 RFID 태그(20-30)에, 니어 필드 모드에서는 니어 필드 모드 기능들을 가지는 RFID 태그(20-30)에 통신할 수 도 있다.

RFID 리더들(14-18)은 컴퓨터/서버(12)로부터의 요청될 수 있는 바와 같이 자신의 작동 영역내에 있는 RFID 태그들(20-30)의 각각으로부터 데이터를 수집한다. 상기 수집된 데이터는 유선 또는 무선 연결(32) 및/또는 피어-투-피어 통신(34)을 통해 컴퓨터/서버(12)에 전달된다. 게다가 및/또는 선택적으로, 컴퓨터/서버(12)는 연관된 RFID 리더(14-18)를 통해 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)에 데이터를 제공할 수 있다. 그러한 다운로드 정보는 어플리케이션 의존적이며 매우 가변적이다. 상기 다운로드된 데이터를 수신하자 마자, RFID 태그(20-30)는 자신의 비휘발성 메모리에 상기 데이터를 저장한다.

위에서 나타낸 바와 같이, RFID 리더(14-18)는 각 RFID 리더가 컴퓨터/서버(12)로의 유선 또는 무선 연결(32)을 분리할 필요가 없도록 피어-투-피어 기반으로 선택적으로 통신할 수 있다. 예를 들어, RFID 리더(14) 및 RFID 리더(16)는 백 스캐터 기법, 무선 랜 기술 및/또는 다른 무선 통신 기법을 사용하여 피어-투-피어 기반으로 통신할 수 있다. 이러한 경우, RFID 리더(16)는 컴퓨터/서버(12)로의 유선 또는 무선 연결(32)을 포함하지 않을 수 있다. RFID 리더(16) 및 컴퓨터/서버(12) 사이에서의 통신들이 유선 또는 무선 연결(32)을 통해 전달되는 실시예들의 경우, 상기 유선 또는 무선 연결(32)은 복수개의 유선 표준들(예: 이더넷, 파이어 와이어 등등) 및/또는 무선 통신 표준들(예: IEEE 802.11x, 블루투스, 등등)의 어느 하나를 이용할 수 있다.

다른 실시예들의 경우, 도 1의 RFID 시스템은 원하는 지점(예를 들어, 건물, 사무실 현장 등등)(여기에서, RFID 태그들(20-30)은 액세스 카드들, 스마트 카드들, 휴대폰들, PDA들, 휴대용 컴퓨터들, 개인용 컴퓨터들, 재고 항목들, 팔레트, 상자들, 장비, 직원 등등과 연관될 수 있음)에 걸쳐서 배분된 다수의 RFID 리더들(14-18)을 포함하는 것까지 확장될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터/서버(12)가 넓은 영역의 네트워크 범위를 제공하기 위하여 다른 서버 및/또는 네트워크 연결에 결합될 수 있음을 주목되어야 할 것이다.

도 2는 도 1에서 RFID 리더들(14-18)중의 하나로서 사용될 수 있는 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더(40)의 일실시예의 개략적인 블록도이다. 멀티 모드 RFID 리더(40)는 파 필드 모드에서는 파 필드 기능을 구비한 RFID 태그(20-30)에, 및/또는 니어 필드 모드에서는 니어 필드 기능을 구비한 RFID 태그(20-30)에 통신하도록 동작가능하다. 멀티 모드 RFID 리더(40)는 송신기 섹션(transmitter section)(42), 수신기 섹션(receiver section)(44) 및 기저대역 처리 모듈(46)을 포함한다. 멀티 모드 RFID 리더(40)는 또한 송신 멀티플렉서(48) 및 수신 멀티플렉서(50)를 포함한 다. 송신 멀티플렉서(48) 및 수신 멀티플렉서(50) 모두는 파 필드 안테나 구조(52) 및 니어 필드 코일 구조(54)에 결합된다.

기저대역 처리 모듈(46), 송신기 섹션(42) 및 수신기 섹션(44)은 단일 처리 장치 또는 복수개의 처리 장치들일 수 있다. 그러한 처리 장치는 마이크로프로세서, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 프로그래머블 논리 장치, 상태 머신(state machine), 논리 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 회로의 하드 코딩 및/또는 동작가능한 명령들에 근거하여 신호들(아날로그 및/또는 디지털)을 만들어내는 다른 어떠한 장치일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 모듈들은 단일 메모리 장치, 복수개의 메모리 장치들, 및/또는 임베디드된 회로의 모듈들일 수 있는, 연관된 메모리 요소를 구비할 수 있다. 그러한 메모리 장치는 ROM, RAM, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 어떠한 장치일 수 있다. 상기 모듈이 상태 머신, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 통해 하나 또는 그 이상의 자신의 기능들을 구현할 때, 해당 동작가능한 명령들을 저장하는 상기 메모리 요소는 상기 상태 머신, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 포함하는 회로내에 또는 외부에 임베디드될 수 있다. 더욱이, 상기 메모리 요소는 도 1-6에 설명된 단계들 및/또는 기능들의 적어도 몇몇에 해당하는 하드 코딩된 및/또는 동작가능한 명령들을 저장하고, 상기 모듈은 실행한다는 것을 주목하라.

동작에 있어서, 기저대역 처리 모듈(46)은 아웃바운드 데이터를 아웃바운드 변조 정보(56)로 변환하고, 송신기 섹션(42)에 상기 아웃바운드 변조 정보(56)를 송신한다. 송신기 섹션(42)은 상기 아웃바운드 변조 정보(56)를 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)로 변환하도록 동작가능하다. 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)는 RF 대역 및/또는 마이크로파 대역내의 캐리어 주파수를 가진다. 일 실시예의 경우, 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)는 UHF 범위에 있으며, 상세한 일실시예에서, 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)는 860MHz 내지 930MHz UHF 범위에 있다. 송신기 섹션(42)은 송신 멀티플렉서(48)에 결합된다. 송신 멀티플렉서(48)는 송신기 섹션(42)으로부터 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)를 수신하며, 상기 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드에 있는 경우 니어 필드 코일 구조(54)에 상기 변환된 아웃바운드 신호(58)를 결합하고, 상기 RFID 리더(40)가 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조(52)에 결합하도록 동작가능하다.

신호들을 수신하기 위해, 인바운드 UHF 신호(60)는 파 필드 안테나 구조(52) 또는 니어 필드 코일 구조(54)중의 어느 하나에서 검출된다. 수신 멀티플렉서(50)는 상기 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드에 있는 경우 수신기 섹션(44)에 니어 필드 코일 구조(54)로부터의 인바운드 신호(60)를 출력하고, 상기 RFID 리더(40)가 파 필드 모드에 있는 경우 수신기 섹션(50)에 파 필드 안테나 구조(52)로부터의 인바운드 신호(60)를 출력하도록 결합된다. 인바운드 신호(60)는 RF 대역 및/또는 마이크로파 대역내의 캐리어 주파수를 가진다. 일실시예에서, 인바운드 신호(60)는 UHF 범위에 있으며, 일실시예에서 상세하게는 인바운드 신호(60)는 860MHz 내지 930MHz UHF 범위에 있다. 수신기 섹션(44)은 인바운드 신호(60)를 인코딩된 인바운 드 신호(62)로 하향 변환하도록 동작가능하다. 기저대역 처리 모듈(46)은 인코딩된 신호(62)를 인바운드 데이터로 변환하도록 동작가능하다.

도 3은 좀더 상세한 멀티 모드 RFID 리더(40)의 일실시예를 보여준다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 기저대역 처리 모듈(46)은 처리 모듈(66), 인코딩 모듈(68), 변조 모듈(70) 및 디코딩 모듈(72)을 포함한다. 기저대역 처리 모듈(46)은 또한 호스트 인터페이스(74)에 결합되어 있다. 호스트 인터페이스 모듈(74)은 컴퓨터 서버(12)와 같은 호스트 장치로의 통신 인터페이스(USB 동글, 컴팩트 플래시 또는 PCMCIA)를 포함한다. 더욱이, 멀티모드 RFID 리더(40)는 송신기 섹션(42)의 부분으로서 상향 변환 모듈(76) 및 수신기 섹션(44)의 부분으로서 프리디코딩(predecoding) 모듈(80) 및 디지털화 모듈(82)을 포함한다. 디지털화 모듈(82)은 아날로그-디지털 변환기 또는 리미터(limiter)일 수 있으며, 반면에 프리디코딩 모듈(80)은 하나 또는 그 이상의 디지털 필터들을 포함한다.

동작에 있어서, 처리 모듈(66)은 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)로의 데이터의 통신을 요청하는, 호스트 인터페이스 모듈(74)로부터의 데이터에 대한 하나 또는 그 이상의 명령들 또는 요청들을 수신할 수 있다. 이와 달리, 또는 추가적으로, 처리 모듈(66)은 멀티 모드 RFID 리더(40)에 의해 생성되어야 하는 응답을 요구하는, RFID 태그(20-30)로부터의 데이터를 수신할 수 있다. 이와는 또 달리, 또는 추가적으로, 처리 모듈(66)은 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)로의 명령 또는 다른 통신이 필요한지 여부를 자신이 결정할 수 도 있다. 상기 요청된 통신에 응답하여, 처리 모듈(66)은 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)로의 통신을 위한 아웃바운드 데이터(76)를 생성하고, 인코딩 모듈(68)에 그 아웃바운드 데이터(76)를 송신한다.

인코딩 모듈(68)은 특정 RFID 표준 프로토콜에 따라 아웃바운드 데이터(76)를 아웃바운드 인코딩된 데이터(78)로 변환하도록 동작가능하다. 일실시예에서, 기저대역 처리 모듈(46)은 다수의 RFID 표준 및/또는 특정 인코딩 프로토콜들로 프로그래밍되어 있어 멀티 모드 RFID 리더(40)가 다른 표준 및/또는 특정 인코딩 프로토콜들에 따라 동작하는 RFID 태그들(20-30)과의 통신을 가능하게 한다. 일예로서, 그렇지만 이에 한정되지 않고, 상기 인코딩 프로토콜들은 맨체스터(Manchester) 인코딩, FM0 인코딩, FM1 인코딩 등과 같은 하나 또는 그 이상의 인코딩 방안들을 포함할 수 있다. 상세하게는, 상기 사용된 인코딩 프로토콜은 RFID 리더(40)의 동작 모드에 의존할 수 도 있다. 다른 인코딩 프로토콜들은 니어 필드 모드 및 파 필드 모드에서 송신을 위한 데이터를 인코딩하기 위해 정의될 수 도 있다. 예를 들어, 니어 필드 모드에서, 제1 데이터 인코딩 프로토콜은 데이터를 인코딩하기 위해 기저대역 처리 모듈(46)에 의해 사용될 수 있으며, 반면에 제2 데이터 인코딩 프로토콜은 파 필드 모드에서 데이터를 인코딩하기 위해 기저대역 처리 모듈(46)에 의해 사용될 수 있다. 니어 필드 모드에서의 전형적인 인코딩 프로토콜은 여타 인코딩 프로토콜이 사용될 수 도 있지만, 맨체스터 코딩을 포함한다. 또한 파 필드 모드에서의 전형적인 인코딩 프로토콜들은 여타 인코딩 프로토콜들이 사용될 수 있지만, 밀러 변조 서브캐리어(Miller-modulated subcarrier) 코딩 및 바이페이즈 스페이스(biphase-space) 인코딩 중에서 적어도 하나를 포함한다. 더욱이, 니어 필드 모 드에서 아웃바운드 데이터(76)를 인코딩하기 위한 상기 제1 데이터 인코딩 프로토콜은, 파 필드 모드에서 아웃바운드 데이터(76)를 인코딩하기 위한 상기 제2 데이터 인코딩 프로토콜과 동일할 수 있다.

일단 상기 특정 인코딩 프로토콜이 하나 또는 그 이상의 RFID 태그들(20-30)과의 통신을 위해 선택되면, 처리 모듈(66)은 RFID 태그(20-30)에 통신되어야 할 아웃바운드 데이터(76)를 생성하여 인코딩 모듈(68)에 제공한다. 처리 모듈(66)은 선택된 인코딩 프로토콜을 통신하고, 인코딩 모듈(68)은 상기 선택된 인코딩 프로토콜에 따라 아웃바운드 데이터(76)를 인코딩하여 아웃바운드 데이터(76)를 아웃바운드 인코딩된 데이터(78)로 변환한다.

그 이후에, 아웃바운드 인코딩된 데이터(78)는 아웃바운드 인코딩된 데이터(78)를 아웃바운드 변조 정보(56)(예: 위상, 주파수, 및/또는 진폭 변조 정보)로 변환하는 변조 모듈(70)에 제공된다. 일실시예에서, 아웃바운드 변조 정보(56)는 하나 또는 그 이상의 BPSK(binary phase shift keying), QPSK(quadrature phase shift keying), QAM(quadrature amplitude modulation), ASK(amplitude shift keying)변조 정보, PSK(phase shift keying), 부하 변조(load modulation), FSK(frequency shift keying), MSK(minimum shift keying)등 이다.

아웃바운드 변조 정보(56)는 상향 변환 모듈(76)에 전달되는데, 상향 변환 모듈(76)은 이 아웃바운드 변조 정보(56)를 이용하여 RF 대역 또는 마이크로파 대역의 캐리어 주파수로 상향 변환된 신호(58)를 생성한다. 일실시예에서, 상기 캐리어 주파수는 대략 300MHz 내지 3GHz인 UHF 범위에 있다. 일실시예에서, 멀티 모드 리더(40)에 의해 사용된 특정 캐리어 주파수는 ISO 18000 시리즈 860-930MHz UHF 범위와 같은 UHF 범위내의, 또는 EPC 글로벌 표준 또는 다른 표준들에 따른 표준 캐리어 주파수이다. 그러나, 상기 멀티 모드 RFID 리더는 RF 대역 또는 마이크로파 대역내, 그리고 UHF 범위에서의 일실시예에서의 어떠한 주파수라도 그 동작을 위해 최적화될 수 도 있다.

송신 멀티플렉서(48)는 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드에 있는 경우 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)가 니어 필드 코일 구조(54)에 의해 송신되게 하고, RFID 리더(40)가 파 필드 모드에 있는 경우 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)가 파 필드 안테나 구조(52)에 의해 송신되게 하도록 동작가능하다. 일실시예에서, RFID 리더(40)는 니어 필드 모드 및 파 필드 모드에서, UHF 범위, 예를 들어 ISO 18000 시리즈 860-930MHz UHF 범위에서 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)를 생성한다. 그러한 실시예에서, 상향 변환된 신호(58)는 유도성 또는 자기적 결합을 이용하는 니어 필드 모드에서 니어 필드 코일 구조(54)를 통해 송신할 때조차 UHF 범위에 있다.

인바운드 신호(60)를 수신하기 위한 동작에서, 수신 멀티플렉서(50)는 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드에 있는 경우 니어 필드 코일 구조(54)로부터의 인바운드 신호(60)를 수신기 섹션(44)에 출력하고, RFID 리더(40)가 파 필드 모드에 있는 경우 파 필드 안테나 구조(52)로부터의 인바운드 신호(60)를 수신기 섹션(44)에 출력하도록 결합된다. 일실시예에서, 인바운드 신호(60)는 니어 필드 및 파 필드 모드에서 UHF 범위, 예를 들어 ISO 18000 시리즈 860-930 MHz UHF 범위에 있다. 그러 한 실시예에서, 인바운드 신호(60)는 유도성 또는 자기적 결합을 사용하는 니어 필드 모드에서 니어 필드 코일 구조(54)를 통해 인바운드 신호(60)를 수신할 때 조차 UHF 범위에 있다. 수신기 섹션(44)내의 디지털화 모듈(82) 및 프리디코딩 모듈(80)은 아날로그 인바운드 신호(60)를 디지털 인코딩된 인바운드 신호(62)로 변환한다. 수신기 섹션(44)은 기저대역 처리 모듈(46)에 인코딩된 인바운드 신호(62)를 송신하도록 동작가능하다. 기저대역 처리 모듈(46)내의 디코딩 모듈(72)은 인코딩된 인바운드 신호(62)를 디코딩한다. 실시예에서 상술된 바와 같이, 기저대역 처리 모듈(46)은 디코딩 모듈(72)이 하나 또는 그 이상의 인코딩 프로토콜들을 사용하여, 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)를 디코딩하게 동작가능하도록 다수의 RFID 표준 프로토콜들로 프로그래밍된다. 일예로서, 그렇지만 이에 한정되지 않고, 상기 인코딩 프로토콜들은 멘체스터 인코딩, FM0 인코딩, FM1 인코딩 등과 같은 하나 또는 그 이상의 인코딩 방안들을 포함할 수 도 있다. 상세하게는, 사용된 인코딩 방안은 RFID 리더(40)의 동작 모드에 의존할 수 도 있다. 니어 필드 모드 및 파 필드 모드에서 데이터를 디코딩하기 위해 다른 데이터 인코딩 프로토콜들이 정의될 수 도 있다. 니어 필드 모드에서 동작할 때, 디코딩 모듈(72)은 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)를 멘체스터 코딩과 같은 니어 필드 동작들에서의 전형적인 제1 프로토콜을 사용하여 디코딩하려 시도할 수 도 있다. 그러한 디코딩이 성공하지 못한다면, 디코딩 모듈(72)은 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)가 디코딩될 때까지, 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)를 다음 프로토콜 유닛을 이용하여 디코딩하려 시도할 수 도 있다. 마찬가지로, 파 필드에서 동작할 때, 디코딩 모듈(72)은 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)를, 밀러 변조 서브캐리어 인코딩 및 바이페이즈 스페이스 인코딩과 같은 파 필드 동작들에서의 전형적인 제2 프로토콜을 사용하여 디코딩하려 시도할 수 있다. 만약 그러한 인코딩이 성공하지 못한다면, 디코딩 모듈(72)은 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)가 디코딩될 때까지 상기 인코딩된 인바운드 신호(62)를 다음 프로토콜을 이용하여 디코딩하는 것을 시도하도록 동작가능하다. 일단 상기 특정 인코딩 프로토콜이 인코딩된 인바운드 신호(62)를 디코딩하기 위해 결정되면, 디코딩 모듈(72)은 처리 모듈(66)에 통신될 인바운드 데이터(84)를 디코딩하고 생성한다.

처리 모듈(66)은 인코딩 모듈(66), 변조 모듈(70), 송신기 섹션(42) 및/또는 송신 멀티플렉서(48), 수신기 섹션(44) 및/또는 수신 멀티플렉서(50)와 같은 RFID 리더(40)의 다른 모듈들에게 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드 또는 파 필드 모드에 있음을 신호해준다. 다양한 인자들이 RFID 리더(40)가 니어 필드 모드 또는 파 필드 모드에서 동작할 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, RFID 리더(40)가 파 필드 모드를 초기설정으로 하거나, 또는 동작의 모드를 결정할 수 도 있는 호스트 인터페이스 모듈(74)을 통해 수신된 동작 모드 또는 명령을 결정할 수 도 있는 RFID 리더(40)에 대한 사용자 입력을 초기설정으로 할 수 있다. 또 다르게는, RFID 리더(40)는 파 필드 안테나 구조(52)를 통해 RF 결합을 이용하는 파 필드 모드에 있는 하나 또는 그 이상의 태그들(20-30)에 질의 신호를 송신하고, 그 다음 상기 니어 필드 안테나 구조를 통해 유도성 또는 자기적 결합을 사용하는 니어 필드 모드에 있는 하나 또는 그 이상의 태그들(20-30)에 질의 신호를 송신할 수 도 있다. 그 다음 RFID 리더(40)는 각각의 태그(20-30)와 통신하기 위한 동작 모드를 결정하기 위해 입력 신호 세기 표시, 송신 전력 레벨들, 신호대잡음비, 인바운드 신호를 디코딩하기 위한 능력(예: 에러율), 및/또는 다른 표시자들을 비교할 수 도 있다.

더욱이, 몇몇 태그들(20-30)(이하, 멀티 모드 태그들이라 함)은 니어 필드 모드 및 파 필드 모드에서 통신하도록 동작가능할 수 도 있다. 그러한 멀티 모드 태그를 구비하여 양쪽 모드들에서 통신하는 것이 유리하다. 예를 들어, 그러한 멀티 모드 태그가 파 필드 범위에서와 같이 멀어졌을 때, RFID 리더(40)는 상기 멀티 모드 태그와 통신하기 위해 파 필드 모드에서 동작한다. 상기 태그가 좀더 가까운 니어 필드 범위에 있는 경우, RFID 리더 상기 멀티 모드 태그와 통신하기 위해 니어 필드 모드에서 동작한다. 다른 방법의 동작에서, RFID 리더는 멀티 모드 RFID 태그들으로의 일반 문의 신호들을 위해 파 필드 모드에서 동작할 수 도 있으며, 그러나, 그 다음 특정 멀티 모드 태그로의 대외비적이고, 민감하거나 또는 개인적인 정보를 포함하는 좀더 안전한 통신을 위해 니어 필드 모드에서 동작한다. 멀티 모드 태그와 통신하는 동안, 하나의 동작 모드로부터 다른 동작 모드로 스위칭하기 위해, 기저대역 처리 모듈(46)은 니어 필드 모드에서 동작하기 위해 하나 또는 그 이상의 멀티 모드 태그들로의 파 필드 모드에서의 통신을 위한 데이터 신호 명령을 인코딩하며, 상기 명령의 수신확인을 가지는 하나 또는 그 이상의 멀티 모드 태그들로부터 디코딩된 인바운드 데이터(84)가 수신되면, 기저대역 처리 모듈(46)은 하나 또는 그 이상의 멀티 모드 태그들과 통신하기 위해 니어 필드 모드에서 동작하기 위해 RFID 리더(46)에 있는 다른 모듈들로 신호한다. 상기 동일한 절차는 니어 필드 모드에서 파 필드 모드로 스위칭하는데 사용될 수 있다.

도 4a는 니어 필드 코일 구조(54) 및 파 필드 안테나 구조(52)의 일실시예를 좀더 상세하게 보여준다. 우선, 파 필드 안테나 구조(52)와 관련하여, 일반적으로 태그에 대한 RFID 리더 거리들이 λ/2π보다 큰 것이 RF 결합을 가지는 파 필드 모드에 최적이다. 따라서, 파 필드 안테나 구조(52)는 파 필드 범위에서 송신을 위한 어떠한 형태의 안테나 구조일 수 도 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 일실시예에서, 파 필드 안테나 구조(52)는 적어도 하나의 안테나(90) 및 적어도 하나의 트랜스포머 밸룬(92)을 포함한다. 안테나(90) 및 트랜스포머 밸룬(92)은 파 필드 모드에서 RF 결합을 이용하여 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)를 송신하는데 최적일 수 있으며, 파 필드 모드에서 RF 결합을 이용하여 인바운드 신호(60)의 수신을 위해 최적일 수 있다. 안테나(90)는 원하는 동작 및 어플리케이션의 주파수에 대하여 최적화된 하나 또는 그 이상의 몇몇 타입의 안테나들일 수 있다. 안테나(90)는 다이폴 타입 안테나, 접이식 다이폴, 반파장 다이폴, 모노폴, 차동 안테나 및/또는 다른 타입의 안테나일 수 있다. 일실시예에서, 안테나(90)는 용량성 팁 부하(capacitive tip-loading) 또는 보타이(bowtie)식 광대역 구조를 구비하여 휘거나(bent) 구불구불(meandered)할 수 있다. 트랜스포머 밸룬(92)은 안테나(90)에 대한 임피던스 정합을 제공한다. 안테나(90)에 대하여 필요한 필요 임피던스 정합을 제공하기 위하여 다른 형태들의 트랜스포머들 또는 임피던스 회로들이 상기 트랜스포머 밸룬(92)과 함께 또는 대체하여 사용될 수 있다. 도 4a에서, 수신 멀티플렉서(50)는 단일 종단 안테나(90)에 연결된다. 그러나, 안테나(90)는 차동 안테나 일 수 있으며, 및/또는 수신 멀티플렉서(50)는 또한 송신 멀티플렉서(48)와 같이 트랜스포머 밸룬(92)의 출력단자에 연결될 수 있다.

파 필드 안테나 구조의 또 다른 실시예가 도 4 b에 나타나 있다. 파 필드 안테나 구조(52)는 제1 안테나(91a) 및 제2 안테나(91b)를 포함한다. 상기 안테나들(91a, 91b)은 차동 안테나들이다. 상기 파 필드 안테나 구조는 또한 제1 안테나(91a) 및 제2 안테나(91b)에 연결된 최선 와인딩(93a)을 구비한 트랜스포머 밸룬(92)을 포함한다. 상기 차선 와인딩(93b,c)은 4개의 차동 입력단자를 가지는데, 여기에서 상기 차선 와인딩(93b)은 상기 수신 멀티플렉서(44)에 연결되는 입력단자들 사이에서 더 많은 권선들을 가진다. 상기 송신 멀티플렉서에 연결되는 차선 와인딩(93c)은 보다 적은 수의 권선들을 가진다. 트랜스포머의 상기 차선 와인딩 권선들에 대한 상기 최선 와인딩 권선들의 비는 전압 이득에 비례하기 때문에, 따라서, 상기 수신 입력단자는 더 큰 전압 이득을 가진다. 파 필드 모드에서, 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호들(58)은 태그(20-30)상의 RF 안테나 구조에 대한 RF 결합에 의해 파 필드 안테나 구조(52)로부터 송신되고, 상기 인바운드 신호들(60)은 태그(20-30)상의 RF 안테나 구조에 대한 RF 결합에 의해, 파 필드 안테나 구조(52)에 의해 수신된다.

니어 필드 코일 구조(54)는 코일 안테나(96)로서 동작하는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 임피던스 결합 회로(94)를 포함한다. 상기 임피던스 결합 회로(94)는 하나 또는 그 이상의 인덕터들(L1, L2)과 함께 하나 또는 그 이상의 커패시터들(C1-C3)을 포함한다. 상기 인덕터들(L1, L2) 및 커패시터들(C1-C3)은 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)의 주파수에 동조된 코일 안테나(96)와 공진 회로를 형성한다. 상기 병렬 공진 회로에 기인하여, 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)는 상기 코일 안테나(96)를 통과하여 코일 안테나(96)의 주변에 강한 자기장을 생성한다. 상기 코일 안테나(96)에 의해 생성된 상기 자기장은 상기 코일 안테나(96)의 니어 필드내에 있는 태그(20-30)의 코일 안테나와 유도성 또는 자기적 결합을 만들어낸다. 만약 상기 코일 안테나(96)가 와인딩들을 가지는 라운드 또는 U-형상의 페라이트 코아라면, 니어 필드 모드에서 태그와의 자기적 결합이 일어난다. 일반적으로 자기적 결합을 가지는 상기 태그(20-30)는, 스마트 카드 어플리케이션에 대하여 자기적 결합이 이상적이 되도록 RFID 리더(40)내로 삽입되어야 한다. 일반적으로, λ/2π보다 작은 태그에 대한 RFID 리더의 거리가 유도성 또는 자기적 결합을 가지는 니어 필드 모드에 대하여 바람직하다. 상기 태그는 응답 신호를 생성하여 같은 방식으로 유도성 또는 자기적 결합을 통해 상기 RFID 리더에 전송한다.

상기 RFID 리더(40)는 파 필드 모드 또는 니어 필드 모드중 하나에서 동작한다. 파 필드 모드에서, 상기 송신 멀티플렉서(48)는 상기 파 필드 안테나 구조(52)에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호 또는 신호들(58)을 제공하고, 상기 수신 멀티플렉서(50)는 상기 수신기 섹션(44)에 인바운드 UHF 신호 또는 신호들(60)을 제공한다. 파 필드 모드에서, 상기 니어 필드 코일 구조(54)는 활성화되지 않는다. 니어 필드 동작의 경우, 상기 송신 멀티플렉서(48)는 상기 니어 필드 코일 구조(54)에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호 또는 신호들(58)을 제공하고, 상기 수 신 멀티플렉서(50)는 상기 수신기 섹션(44)에 인바운드 신호 또는 신호들(60)을 제공한다. 니어 필드 모드에서, 상기 파 필드 안테나 구조(52)는 활성화되지 않는다.

도 5는 RFID 리더(40)의 송신 멀티플렉서 및 송신기 섹션의 일실시예를 상세하게 나타낸다. 상기 송신기 섹션(42)은 전류원(100) 및 입력 트랜지스터들(102, 104)을 포함한다. 상기 송신 멀티플렉서(48)는 멀티플렉서 트랜지스터들(106, 108, 110, 112)을 포함한다. 상기 멀티플렉서 트랜지스터들(106, 108)은 입력 트랜지스터들(102, 104) 및 RFID 파 필드 안테나 구조(52)에 결합된다. 상기 멀티플렉서 트랜지스터들(110, 112)은 입력 트랜지스터들(102, 104) 및 RFID 니어 필드 안테나 구조(54)에 결합된다. 상기 멀티플렉서 트랜지스터들(106, 108, 110 및 112)의 각각은 활성화 단자(예를 들면, 게이트)A₁ 내지A₄를 각각 포함한다.

동작에서, 상기 전류원(100)은 기저대역 처리 모듈(46)로부터의 상기 아웃바운드 변조 정보에 기반하여 변조된다. 실시예에서, 상기 전류원(100)은 UHF 범위에 있다. 입력 트랜지스터들(102, 104)은 상기 변조된 발진 신호(114)를 수신하기 위하여 상기 전류원(100)에 결합된다. 결합에서, 상기 전류원(100) 및 입력 트랜지스터들(102, 104)은 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)를 만들어 낸다.

파 필드 모드에서, 상기 송신기 섹션(42)은 멀티플렉서 트랜지스터(106)의 활성화 입력단자(A1) 및 멀티플렉서 트랜지스터(108)의 활성화 입력단자(A2)를 활성화시키기 위한 신호를 송신하도록 동작가능하다. 그 다음 상기 멀티플렉서 트랜지스터들(106, 108)은 상기 파 필드 코일 구조(52)에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 출력하도록 동작가능하다. 니어 필드 모드에서, 상기 송신기 섹션(42)은 멀티플렉서 트랜지스터(110)의 활성화 입력단자(A3) 및 멀티플렉서 트랜지스터(112)의 활성화 입력단자(A4)를 활성화시키기 위한 신호를 송신하도록 동작가능하다. 그 다음 상기 멀티플렉서 트랜지스터들(110, 112)은 상기 니어 필드 코일 구조(54)에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)를 출력하도록 동작가능하다. 따라서, 상기 송신기 섹션(42)은 파 필드 모드에서 송신하기 위해 제1 세트의 트랜지스터들(106 및 108)을 활성화시키고, 니어 필드 모드에서 동작하기 위해 제2 세트의 트랜지스터들(110 및 112)을 활성화시키기 위해 상기 송신 멀티플렉서(48)에 신호하도록 동작가능하다. 이와 달리, 상기 기저대역 처리 모듈(46) 또는 상기 처리 모듈(66)은 상기 송신기 섹션(42)보다 상기 송신 멀티플렉서(48)에 신호할 수도 있다.

도 6은 상기 멀티 모드 RFID 리더(40)의 송신기 섹션(42)에 있는 송신기 드라이버 회로 모듈(120)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 상기 송신기 드라이버 회로 모듈(120)은 상기 입력 트랜지스터들(102, 104)의 게이트들에 결합되는 출력단자들을 가지는 전력 증폭기(122)를 포함한다. 복수개의 커패시터들(124a 내지 124n)이 상기 전력 증폭기의 상기 출력단자들 및 상기 입력 트랜지스터들(102, 104)의 게이트들에 구조적으로 결합된다. 복수개의 인덕터들(126a, 126b, 126c 및 126d)이 상기 전력 증폭기(122)의 출력단자들 및 상기 입력 트랜지스터들(102, 104)의 게이트들에 구조적으로 결합된다.

동작에서, 상기 전력 증폭기(122) 및 커패시터들(124a 내지 124n) 및 인덕터들(126a 내지 126d)은 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호(58)의 원하는 주파수에 동조될 수 있는 공진 출력을 형성한다. 상기 커패시터들(124a 내지 124n) 및 인덕터들(126a 내지 126d)은 상기 공진 출력이 상기 원하는 주파수에 동조될 수 도 있도록 상기 전력 증폭기의 출력단자들 및 상기 입력 트랜지스터들(102, 104)의 게이트들에 구조적으로 결합된다. 종종 집적회로 또는 칩상의 커패시터들은 프로세스 변형들 때문에 커다란 톨런런스(tolerance)를 가지며, 그래서 상기 구조적으로 결합된 커패시터들(124a 내지 124n)은 이러한 사안들을 극복하도록 동조될 수 있다.

따라서, 상기 멀티 모드 RFID 리더(40)는 니어 필드 및 파 필드 모드 동작을 제공한다. 니어 필드 및 파 필드 모드의 모두에서 동작함에 의해, 다수의 어플리케이션들에서 사용하기 위한 상기 RFID 리더(40)MS 멀티 표준, 멀티 기술 옵션을 제공한다. 그와 같이, 상기 RFID 리더들은 단지 니어 리드 또는 파 리드 어플리케이션들에 한정하지 않고, 양쪽 타입의 어플리케이션들에서 사용될 수 있으며, 다른 타입들의 RFID 태그들 및 상기 멀티 모드 RFID 리더 및 RFID 태그 사이의 다른 거리들에 적합하게 하기 위해 니어 필드로부터 파 필드 모드로 스위칭되거나, 또는 파 필드 모드로부터 니어 필드 모드로 스위칭되도록 동작가능하다. 일실시예에서, 상기 니어 필드 및 파 필드 모드 동작은 모두 UHF 범위에 있다. 비록 좀더 낮은 주파수들( HF 및 LF과 같이)에 비하여 UHF 신호들을 사용하는 니어 필드 모드에서 통신의 범위가 더 작지만(예를 들면, <5mm), UHF 니어 필드 RFID 통신은 재고 물품들, 감시 서류 승인(monitory paper authentication), 여권들, 신용카드 등과 같은 니어 리드 어플리케이션들에 적합하다. 상기 RFID 리더(40)의 상기 니어 필드 UHF 동작들은 또한 유체 투약물병들과 같은 유체들 근처에서 좀더 효과적인 동작을 가 진다.

본 발명의 당해 기술 분야에 숙련된 자에게 본원에서 사용될 수 있는 용어 "실질적으로", 또는 "대략적으로"가 대응하는 용어 및/또는 항목들 사이의 관련성에 대해 산업적으로 용납되는 허용성을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 산업적으로 용납되는 허용성은 적어도 1 퍼센트로부터 20 퍼센트까지 범위를 갖고, 제한하기 위한 것이 아닌 구성요소 값들, 집적 회로 처리 변형들, 온도 변형들, 상승 및 하강 시간들, 및/또는 열적(thermal) 잡음에 대응한다. 항목들 사이의 이러한 관련성은 작은 차이로부터 큰 차이들까지의 범위를 갖는다. 당해 기술의 숙련자에게 본원에서 사용된 용어 "결합된" 및/또는 "결합하는"은 다른 구성요소, 소자, 회로, 또는 모듈을 통한 직접 결합 또는 간접 결합을 포함하고, 간접 결합에 대해, 변환 구성요소, 소자, 회로, 또는 모듈은 신호의 정보를 변경하지 않고, 그것들의 전류 레벨, 전압 레벨, 및/또는 전력 레벨을 조정할 수 있다는 것을 더 이해할 것이다. 또한, 당해 기술의 숙련자들에게, 추단되는 결합은(즉, 하나의 요소가 추단에 의해 다른 요소에 결합되는 것에 있어서), "결합된"과 같은 방식으로 두 요소들 사이의 직접 및 간접 결합을 포함한다. 본원에서 사용될 수 있는 용어 "하도록 동작가능하다"는 구성요소가 하나 또는 그 이상의 해당 기능들을 수행하기 위해 하나 또는 그 이상의 전력 연결들, 입력(들), 출력(들), 등등을 포함하며, 그리고 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소들에 추단되는 결합을 더 포함하는 것을 나타낸다. 본원에서 사용될 수 있는 용어 "과 연관된"은 분리된 구성요소들 및/또는 다른 구성요소내에 임베디드되어 있는 구성요소의 직접 및/또는 간접 결합을 포함한다. 본 원에서 사용될 수 있는 용어 "적절하게 비교하다"는 두개 또는 그 이상의 구성요소들, 신호들 등등 사이에서의 비교가 원하는 관련성을 제공하는 것을 나타낸다. 예를 들어, 상기 원하는 관련성이 신호 1이 신호 2보다 더 큰 크기를 가지는 것인 경우, 적절한 비교는 신호 1의 크기가 신호 2의 크기보다 클때, 또는 신호 2의 크기가 신호 1의 크기보다 작을 때 달성될 수 있다.

상기 도시된 도면(들)에서 트랜지스터들은 해당 기술분야에서 일반적인 기술의 하나로서 FET(field effect transistors)들로 도시되어 있지만, 상기 트랜지스터들은 바이폴라, MOSFET, N-well 트랜지스터들, P-well 트랜지스터들, 증가형 모드, 공핍형 모드, 및 VT(zero voltage threshold) 트랜지스터들을 포함하는(그러나, 이에 한정되지 않음) 어떠한 타입의 트랜지스터라도 사용하여 구현될 수 도 있다.

본 발명은 위에서 특정 기능들 및 그의 관련성의 실행을 도시하는 방법 단계들의 도움을 받아 설명되었다. 이들 기능 빌딩 블록들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 여기에서 설명의 편의상 임의적으로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관련성들이 대략적으로 실행될 수 있는 한 다른 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 따라서 그러한 다른 경계들 또는 순서들중의 어떠한 것이라도 청구되는 발명의 범주 및 사상내에 있다.

본 발명은 위에서 몇몇 주요한 기능들의 수행을 도시하는 기능 빌딩 블록들의 도움을 받아 설명되었다. 이들 기능 빌딩 블록들의 경계들은 설명의 편의상 임의로 정의된 것이다. 상기 몇몇 주요한 기능들이 대략적으로 실행될 수 있는 한 다 른 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 여기에서 몇몇 주요한 기능을 도시하기 위해 임의로 정의되었다. 사용된 확장에 대하여, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 다르게 정의될 수 있으며, 여전히 상기 몇몇 주요한 기능을 수행한다. 따라서, 기능 빌딩 블록들 및 흐름도 블록들의 그러한 다른 정의들은 청구되는 발명의 범주 및 사상내에 있다. 해당 기술분야에서 일반적인 기술을 가진 자는 여기에서의 상기 기능 빌딩 블록들, 및 다른 도시된 블록들, 모듈들 및 구성요소가 도시된 바와 같이 또는 적절한 소프트웨어를 실행하는 분리 구성요소들, 어플리케이션 전용 집적회로들, 프로세서들 또는 그것들의 조합에 의해 구현될 수 있음을 인식할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 시스템의 일실시예의 개략적인 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 일실시예의 개략적인 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 또 다른 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 니어 필드 코일 구조 및 파 필드 안테나 구조의 일실시예의 개략적인 블록도이다.

도 4b는 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 니어 필드 코일 구조 및 파 필드 안테나 구조의 또 다른 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 5는 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 송신 멀티플렉서 및 송신기 섹션의 일실시예의 개략적인 블록도이다.

도 6은 본 발명에 따른 멀티 모드(multi-mode) RFID 리더의 송신기 섹션에 있는 송신기 드라이버 회로의 일실시예의 개략적인 블록도이다.

Claims (10)

1. 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더로서,

   아웃바운드 데이터를 아웃바운드 변조정보로 변환하고;

   인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하도록;

   결합된 기저대역 처리 모듈;

   상기 아웃바운드 변조 정보를 상향 변환된 아웃바운드 신호로 변환하도록 결합된 송신기 섹션;

   파 필드(far field) 안테나 구조;

   니어 필드(near field) 코일 구조;

   상기 멀티 모드 RFID 리더가 니어 필드 모드에 있는 경우 상기 니어 필드 코일 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 출력하고, 상기 멀티 모드 RFID 리터가 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 출력하도록 결합된 송신 멀티플렉서;

   상기 멀티 모드 RFID 리더가 상기 니어 필드 모드에 있는 경우 상기 니어 필드 코일 구조로부터 인바운드 신호를 입력받고, 상기 멀티 모드 RFID 리더가 상기 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조로부터 상기 인바운드 신호를 입력받도록 결합된 수신 멀티플렉서; 및

   상기 인바운드 신호를 상기 인코딩된 인바운드 신호로 하향 변환하는 수신기 섹션을 포함하는 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 파 필드 안테나 구조는,

   안테나;

   상기 안테나에 결합된 트랜스포머 밸룬(transformer balun)을 포함하는 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 니어 필드 코일 구조는,

   복수개의 코일들;

   상기 복수개의 코일들에 결합된 복수개의 커패시터들을 포함하는 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 송신기 섹션은,

   상기 아웃바운드 변조 정보에 근거하여 변조되는 전류원; 및

   상기 전류원에 결합되는 입력 트랜지스터들을 포함하는 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 송신 멀티플렉서는,

   상기 니어 필드 모드에 있는 경우 상기 니어 필드 코일 구조에, 그리고 상기 파 필드 모드에 있는 경우 상기 파 필드 안테나 구조에 상기 입력 트랜지스터들을 결합하도록 동작가능한 멀티플렉서 트랜지스터들을 포함하는 멀티 모드 무선 주파 수 식별(RFID) 리더.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 멀티플렉서 트랜지스터들은,

   상기 입력 트랜지스터들 및 상기 니어 필드 코일 구조에 결합된 제1 세트의 트랜지스터들(상기 제1 세트의 트랜지스터들의 각각은 활성화 입력단자를 포함함); 및

   상기 입력 트랜지스터들 및 상기 파 필드 안테나 구조에 결합된 제2 세트의 트랜지스터들(상기 제2 세트의 트랜지스터들의 각각은 활성화 입력단자를 포함함)을 포함하는 멀티 모드 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
7. 무선 주파수 식별(RFID) 리더로서,

   아웃바운드 데이터를 아웃바운드 인코딩된 데이터로 변환하고; 및

   상기 아웃바운드 인코딩된 데이터를 아웃바운드 변조 정보로 변환하도록 동작가능한 기저대역 처리 모듈;

   상기 아웃바운드 변조 정보를 상향 변환된 아웃바운드 신호로 변환하도록 동작가능한 송신기 섹션; 및

   니어 필드 모드에 있는 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 유도성 결합을 위해 니어 필드 코일 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합하고; 및

   파 필드 모드에 있는 하나 또는 그 이상의 태그들에 대하여 무선 주파수(RF) 결합을 위해 파 필드 안테나 구조에 상기 상향 변환된 아웃바운드 신호를 결합하도록;

   동작가능한 송신 멀티플렉서를 포함하는 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 RFID 리더가 상기 니어 필드 모드에서 동작할 때 상기 니어 필드 코일 안테나 구조로부터 인바운드 신호를 수신하고;

   상기 리더가 상기 파 필드 모드에서 동작할 때 상기 파 필드 안테나 구조로부터 상기 인바운드 신호를 수신하고; 및

   상기 수신된 인바운드 신호를 수신기 섹션에 송신하도록

   동작가능한 수신 멀티플렉서를 더 포함하는 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 수신기 섹션은 상기 UHF 인바운드 신호를 인코딩된 인바운드 신호로 변환하도록 동작가능한 무선 주파수 식별(RFID) 리더.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 기저대역 처리 모듈은,

    상기 니어 필드 모드에 있는 경우 제1 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하고; 및

    상기 파 필드 모드에 있는 경우 제2 인코딩 프로토콜을 사용하여 상기 인코딩된 인바운드 신호를 인바운드 데이터로 변환하도록 동작가능한 무선 주파수 식 별(RFID) 리더.

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