KR20140068063A

KR20140068063A - 판독 거리를 향상시키기 위한 전하-펌프 회로

Info

Publication number: KR20140068063A
Application number: KR1020147006613A
Authority: KR
Inventors: 파이로테 시리나마라타나; 카른 오파스줌루스키트
Original assignee: 실리콘 크래프트 테크놀로지 씨오., 엘티디.
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2014-06-05
Also published as: JP2014531643A; US20140354413A1; AU2011376884A1; CN103858350A; NZ621699A; GB201402511D0; WO2013038226A1; GB2507907A

Abstract

트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 이러한 트랜스폰더는, 질의 신호로부터 에너지를 수신하는 안테나, 동조 회로를 형성하기 위해 안테나와 결합하는 공진 커패시터, 동조 회로로부터 획득된 전압을 증배시키기 위한 전하-펌프 회로, 그리고 전하-펌프 회로에 의해 증배된 전압을 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함한다.

Description

판독 거리를 향상시키기 위한 전하-펌프 회로{CHARGE-PUMP CIRCUIT FOR IMPROVING READ DISTANCE}

본 발명은 일반적으로, 통신 시스템에서 통신을 하기 위한 회로, 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 몇 년 동안, RFID(radio frequency identification) 기술이 많은 애플리케이션들에서 광범위하게 사용되고 있다. 이것은 다양한 주파수들을 통해 구현된다. 초고주파(Ultra High Frequency, UHF)는 868 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz 및 5.8 GHz에서 구현된다. 고주파(High Frequency, HF) 기술은 13.56 MHz에서 구현된다. 저주파(Low Frequency, LF) 기술은 대략 100 kHz - 150 kHz에서 구현된다. LF RFID에 대해서, 가장 광범위하게 채택되는 RFID 표준은 풀-듀플렉스(Full-Duplex, FDX) 시스템과 하프-듀플렉스(Half-Duplex, HDX) 시스템이다.

종래의 HDX 시스템은 적어도 하나의 RFID 판독기 및 하나의 RFID 트랜스폰더(transponder)를 포함한다. 대부분의 트랜스폰더는 배터리를 사용하지 않은 "수동형 통신 장치(passive communication devices)"이다. 이들은 자신들을 활성화시키기 위해 근처의 RFID 판독기로부터 나오는 충분한 에너지를 수신한다. 이것의 이점은 장치의 크기를 더 작게 할 수 있다는 것과 배터리 충전을 할 필요가 없다는 것 혹은 배터리를 교체할 필요가 없다는 것이다. 그러나, 이것은 단점은 짧은 통신 범위, 즉, 통신 범위가 전형적으로 1.5 미터보다 작다는 것이다. 따라서, 트랜스폰더의 크기 혹은 비용을 증가시키지 않으면서 더 긴 통신 범위 혹은 판독 범위를 갖는 HDX 시스템에 대한 필요성이 존재한다.

종래의 충전 회로들은 저장 커패시터(storage capacitor)를 충전하기 위해 동조 회로(tuned circuit)로부터의 전압을 사용하고, RFID 판독기로부터 질의 신호(interrogation signal)가 보내진 이후 동조 회로의 발진(oscillation)을 유지시키기 위해 저장 커패시터 내의 그 저장된 전압을 사용한다. 저장 커패시터 내의 이러한 저장된 전압은 응답 신호의 진폭을 통제하고, 따라서, 전송 전력이 제한된다.

본 발명은 충전 전압을 동조 회로가 단독으로 통상적으로 충전하는 레벨보다 높게 증가시키기 위해 트랜스폰더의 마이크로칩(microchip) 내에 전하-펌프 회로(charge-pump circuit)를 포함함으로써 판독기와 트랜스폰더 간의 통신 범위를 확장시킨다. 이러한 것은 트랜스폰더 비용, 트랜스폰더 크기 혹은 전체 통신 시스템 비용을 증가시킴 없이 트랜스폰더에 비교적 작은 회로를 추가함으로써 달성된다.

더욱이, 만약 제 1 충전 국면(charging phase)이 충분한 에너지를 회수(retrieve)하지 못한다면, 트랜스폰더는 전송을 하지 않고 더 많은 에너지를 충전하기 위해 에너지가 충분한 레벨에 도달할 때까지 다음 충전 국면을 기다릴 것을 결정할 수 있다. 일반적으로 트랜스폰더는 일 싸이클(one-cycle) 내에 정상 상태 레벨(steady state level)에 매우 근접한 레벨로 충전되도록 최적으로 설계되지만, 전하-펌프 회로는 충전이 계속 일어나도록 할 수 있고, 이에 따라 몇 개의 추가 싸이클 내에 그 저장된 전압은 충분히 증가하게 된다.

본 개시내용의 앞서의 특징 및 다른 특징은 첨부되는 도면과 연계되어 설명되는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더 전체적으로 명백하게 될 것이다. 이러한 도면들은 본 개시내용에 따른 단지 몇 개의 실시예들만을 제시하는 것이며, 이에 따라 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 고려돼서는 안 됨을 이해해야 하는바, 본 개시내용은 첨부되는 도면을 사용함으로써 더 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 충전 회로의 예시적 실시예를 제시한다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 충전 회로 내의 컴포넌트들의 예시적인 실시예들을 제시하며, 아울러 예시적인 충전 회로의 예시적인 파형들을 또한 제시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전하-펌프 회로를 구비한 경우 혹은 구비하지 않은 경우에 대한 저장 커패시터 양단의 전압을 비교한 시뮬레이션된 파형들을 제시한다.
도 4는 다중-싸이클 전하-펌프 방식의 개념을 예시하는 도면을 제시한다.
도 5는 4개의 충전 싸이클 이후, 예시적인 전하-펌프 회로를 구비한 경우 혹은 구비하지 않은 경우에 대한 저장 커패시터 양단의 전압을 비교한 시뮬레이션된 파형들을 제시한다.

충전 회로들은 일반적으로 판독기와 트랜스폰더로 이루어진다. 판독기가 전자기 에너지를 공급하는 경우, 트랜스폰더의 LC 탱크(tank)는 에너지를 수신하고 이 에너지를 저장 커패시터에 충전한다. LC 탱크는 공진 커패시터(resonance capacitor)(C₁)와 병렬로 연결된 안테나 코일(antenna coil)(L₁)을 포함하는바, 선택적 주파수(f_c)와 L₁ 및 C₁의 관계는 다음과 같다.

안테나 코일(L₁)은 판독기로부터 전자기 에너지를 수신하고 전자기 데이터를 판독기 혹은 또 다른 RFID 수신기로 전송하기 위해 사용된다. 공진 커패시터(C₁)는 선택적 주파수에서의 최적의 전자기 에너지 수신 및 전송을 위해 주파수에 있어 안테나 코일(L₁)과 정합(match)돼야만 한다.

HDX 전송에서, 트랜스폰더 전송 전력은 반송파(carrier wave)의 진폭에 크게 의존하고 있는바, 여기서 반송파의 진폭은 저장 커패시터 상에 저장된 전압에 비례한다. 저장 커패시터 상의 전압이 높으면 높을수록, 생성된 반송파의 진폭은 더 커지게 되는바, 이에 따라 수신기 상의 전압은 더 커지게 된다. 따라서, 더 큰 전압으로 전송을 행하는 트랜스폰더는 더 긴 판독 범위를 가질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적 실시예를 제시한다. 제시된 바와 같이, HDX 트랜스폰더(100)는 안테나(102)와, 공진 커패시터(104)를 포함하는바, 여기서 안테나(102)는 RFID 판독기(150)로부터 질의 신호(interrogation signal)를 수신하고, 공진 커패시터(104)는 안테나(102)에 의해 수신된 에너지를 저장하고, 안테나(102)와 커패시터(104)는 병렬로 결합되어 동조 회로를 형성하게 된다. 추가적으로, 정류 장치(rectifying device)(106)(이러한 정류 장치는 반파 정류기(half-wave rectifier) 혹은 전파 정류기(full-wave rectifier)로 구성될 수 있지만 이러한 것으로만 한정되는 것은 아님)는 동조 회로 양단의 AC 신호로부터 사용가능한 양의 전압(usable positive voltage)을 추출하기 위해 동조 회로에 결합될 수 있다. 이러한 양의 전압은 또한 전하-펌프 회로(108)에 의해 증배(multiply)되고, 이후 평활화(smoothen)되며 저장 커패시터(110)에 의해 저장된다.

대안적 실시예에서, 정류 장치(106)는 생략될 수 있으며, 전하-펌프 회로(108)는 동조 회로로부터 직접적으로 획득된 전압을 증배시킬 수 있다. 증배된 전압은 고르게 평활화되고 저장 커패시터(110)에 의해 저장된다. 저장 커패시터(110)는 충전 국면(charging phase) 동안 판독기(150)로부터 수신된 에너지를 저장한다. 이러한 에너지 충전 시간은 일반적으로 대략 20 ms 내지 150 ms이다. 응답 국면(response phase)에서, 판독기(150)는 자신의 RF 에너지 전송을 멈추고 트랜스폰더(100)로부터의 응답을 기다린다.

트랜스폰더(100)는, 134.2 kHz 근방에서 비트 '0'을 가지며 124.2 kHz 근방에서 비트 '1'을 갖는 FSK(Frequency-Shift Keying) 변조를 통해 자신의 고유 ID(unique ID)(바이너리 데이터(binary data))를 판독기(150)에 전송함으로써 응답할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 비트 '0'과 '1'을 나타내는 주파수들의 다른 선택방식이 대신 사용될 수 있다. 마찬가지로, 다른 실시예들에서, 트랜스폰더는 FSK 변조에만 한정되지 않고, ASK(Amplitude-Shift Keying) 및 PSK(Phase-Shift Keying) 변조를 통해 판독기에 응답할 수도 있다.

트랜스폰더(100)는 또한, RFID 판독기가 질의 신호를 멈추고 응답 국면을 개시하는 순간을 검출하는 버스트의끝 검출기(end-of-burst detector)(112)를 포함할 수 있다. 응답 국면에서, 트랜스폰더(100)는 식별 데이터를 나타내는 RF 응답 신호를 발생시키기 위해, 저장 커패시터(110)에 이전에 저장된 에너지를 사용하여 발진기(oscillator)(114), 변조 제어 회로(116), 및 메모리(118)에 에너지를 공급하게 된다.

RFID 판독기(150)가 자신의 질의 신호를 멈춘 이후, 동조 회로 상의 발진은 일반적으로 전력 손실로 인해 점진적으로 약해질 것이다. 본 발명에서, 발진기(114)는 저장 커패시터(110)로부터 그 저장된 전력을 끌어와 이것을 동조 회로에 더해줌으로써 이러한 손실을 보상하여 발진이 유지되도록 한다. 발진의 최대 진폭은 저장된 전압에 정비례한다. 따라서, 저장된 전압이 높으면 높을수록, 발진의 진폭은 더 커질 것이고, 이에 따라 전송 거리는 더 좋아지게 된다.

발진을 유지시키는 것에 추가하여, 발진기(114)는 또한, 변조 제어 회로(116)로부터의 입력 데이터에 따라 자신의 진폭, 위상 혹은 주파수를 조정하여 ASK, PSK 혹은 FSK 방식으로 인코딩된 RF 신호를 각각 발생시킬 수 있다. 변조 제어 회로(116)는 메모리(118) 내에 저장된 식별 데이터를 판독하고 이러한 데이터를 RF 전송에 적합하도록 인코딩한다.

도 2a는 정류 장치(106)가 전파 정류기를 포함하는 예를 제시한다. 제시된 바와 같이, 동조 회로의 제 1 단자(RF1)는 상보형 트랜지스터 쌍(MN1과 MP1)의 드레인 단자에 연결된다. 제 2 단자(RF2)는 또 다른 트랜지스터 쌍(MN2와 MP2)의 드레인 단자에 연결된다. 트랜지스터들(MN1과 MP1)의 게이트 단자는 트랜지스터들(MN2와 MP2)의 드레인 단자에 연결되고, 트랜지스터들(MN2와 MP2)의 게이트 단자는 트랜지스터들(MN1과 MP1)의 드레인 단자에 연결된다.

도 2b는 RF1 전압과 RF2 전압을 입력으로서 사용하는 (도 1에서 제시되는 바와 같은) 전하-펌프 회로(108)의 예시적 실시예를 나타낸다. 신호(RF1)가 신호(RF2)보다 더 높은 전압을 갖는 경우, 전하는 제 1 다이오드(D1)를 통해 이동하고, 이에 따라 제 1 펌프 커패시터(CPMP1) 양단에 양의 전압 강하가 생성된다. 이러한 기간 동안, 만약 커패시터(CPMP1) 양단의 전압이 커패시터(CHV2) 양단의 전압보다 더 크다면, 전하는 또한, 제 2 다이오드(D2)를 통해 커패시터(CPMP1)로부터 커패시터(CHV2)로 이동한다. 신호(RF1)가 제 1 다이오드(D1)에 순방향 바이어스를 가하기에 충분히 높지 않을 때(특히 감소하는 경우) 전하 이동은 멈추고, 어떤 포인트에서 커패시터(CPMP1)와 커패시터(CHV2) 간의 전하 공유(charge sharing)는 평형상태(equilibrium)에 도달한다.

신호(RF2)가 신호(RF1)보다 더 높은 전압을 갖는 경우, 제 1 다이오드(D1)에는 역방향 바이어스가 가해진다. 그러나, 제 2 다이오드(D2)의 애노드(anode)에서의 전압은 더 증가하게 되는데, 그 이유는 신호(RF2)가 커패시터(CPMP1)의 하위 단자를 전압 상승하도록 하기 때문이다. 상승된 전압은 더 많은 전하를 커패시터(CHV2)로 (평형상태에 도달할 때까지) 이동시킨다. 신호(RF2)가 감소하는 경우, 제 2 다이오드(D2)에는 전류 흐름 없이 역방향 바이어스가 가해지며, 이에 따라 그 이동된 전하는 커패시터(CHV2) 상에서 유지된다. 신호들(RF1 및 RF2)이 계속 교번적으로 하이(high) 상태 및 로우(low) 상태가 됨에 따라, 커패시터(CHV2) 상의 전하는 계속 증가할 것이다.

트랜지스터들(MN1 및 MN2)의 공통 소스 단자를 접지 기준(ground reference)으로서 사용하는 경우, 전압들(RF1, RF2)의 파형은 도 2c에서 제시되는 바와 같다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, RF1과 RF2가 하이 상태 및 로우 상태를 교번하는 경우, 커패시터 양단의 전압은 지속적으로 하이 상태로 유지된다. 이러한 전압은 종래 회로와 비교해 더 큰 진폭을 갖는 응답 신호를 발생시키기 위해 발진기(114)에 의해 사용되고, 이에 따라 트랜스폰더의 더 좋은 판독 거리가 보장되게 되는바, 판독 거리가 대략 10% 내지 30% 범위로 향상되게 된다. 커패시터(CPMP1) 양단의 최대 전압과 신호(RF2)의 최대 전압과의 합에서 제 2 다이오드(D2) 양단의 전압 강하를 뺀 값과 커패시터(CHV2) 양단의 전압이 같아질 때, 커패시터(CHV2) 양단의 전압은 정상 상태(steady state)에 도달하게 된다. 커패시터(CPMP1) 양단의 전압은 신호(RF1)의 최대 전압에서 제 1 다이오드(D1) 양단의 전압 강하를 뺀 값과 동일하다.

도 3에서 제시되는 바와 같은 도면은, 예시적인 전하 펌프 회로를 구비한 경우와 구비하지 않은 경우에 대해 전압(CHV2)의 파형을 비교한 것이다. 좋은 효율을 획득하기 위해, 모든 다이오드 양단의 전압 강하는 최소화돼야만 한다. 전하 펌프 회로(108)의 효율을 향상시키기 위해 쇼트키 다이오드(Schottky diode)들이 사용될 수 있다. 도 2b를 다시 참조하면, 전하-펌프 회로(108)의 우측 절반은 신호(RF1)와 신호(RF2)가 서로 바뀌었다는 것을 제외하고는, 좌측 절반과 동일하다. 다이오드들(D3, D4)과 커패시터(CPMP2) 각각은, 다이오드들(D1, D2)과 커패시터(CPMP1) 각각과 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 전하-펌프 회로의 좌측 절반과 우측 절반은 서로 반대 위상으로 동작한다.

따라서, 도 3에서 제시되는 바와 같이, 동일한 시뮬레이션 조건에서(즉, 판독기와 트랜스폰더 양쪽 모두가 동일한 코일 인덕턴스 및 결합 계수(coupling factor)를 갖는 경우), 저장 커패시터(C_HV2)에서의 전압(이것은 예를 들어, 대략 8V임)은 C_HV1에서의 전압(이것은 예를 들어, 대략 4V임)보다 대략 2배 더 높은 레벨까지 상승할 수 있고, 반면에, 신호들(VRF1 및 VRF2)의 최대 전압은 예를 들어, 대략 4V에 있다. 이처럼, 임의의 주어진 전압(VRF1 및 VRF2)에 대해 VHV2는 대략 2배 더 높아질 것이다. 이러한 시뮬레이션에서 사용된 주파수는 134.2 kHz이고, CPMP1, CPMP2, 및 CHV2의 커패시턴스는 각각, 20 pF, 20 pF, 및 15 nF와 동일하다. 다른 실시예들에서, CPMP1 및 CPMP2의 커패시턴스는 전하-펌프 회로의 성능에 영향을 미침이 없이 다른 값들로 조정될 수 있다.

전형적으로, RFID 판독기(150)의 질의 기간(interrogation period)의 길이는 HDX 트랜스폰더(100)에서의 저장 커패시터(110)의 최적의 충전 시간과 일치하도록 선택된다. 이것이 의미하는 것은, 질의 필드(interrogation field)의 끝에서, 저장 커패시터(110)가 동조 회로의 정상 상태 도달시 달성가능한 최대 값의 약 80% 내지 90%까지 충전됨을 의미한다. 그러나, 트랜스폰더는 전체 응답 데이터의 전송이 가능하도록 하기 위해 적절한 양의 에너지를 요구한다. 따라서, 저장 커패시터(110) 상의 전압의 임계 레벨은, 질의 기간의 끝에서의 저장된 전압(VHV)이 미리-정의된 전압 임계 레벨보다 더 커질 때만 트랜스폰더(100)가 응답하도록 정의된다.

이러한 전압 임계 레벨은 또한, 고전압 준비 레벨(high-voltage ready level)로 지칭된다. 만약 저장된 전압의 정상 상태 값이 전압 임계 레벨보다 더 낮다면(이것은 트랜스폰더가 RFID 판독기로부터 너무 멀리 있을 때 일어날 수 있음), 트랜스폰더(100)는 RFID 판독기(150)의 질의 기간의 길이에 상관없이 RFID 판독기(150)에 응답할 수 없다. 이와 같은 것이 일어나는 이유는, 트랜스폰더가 이러한 거리에 있는 동안, 저장된 전압은 적절한 전력으로 전송을 행하기에 충분하지 않기 때문인바, 전송은 완전하게 끝나지 못할 것이기 때문이다. 그러나, 아래에서 설명되는 바와 같이, 전하-펌프 회로(108)를 사용함으로써 아울러 다중-싸이클 충전을 사용함으로써, 더 많은 에너지가 저장 커패시터(110)에 충전될 수 있게 되고, 이에 따라, 저장된 전압(VHV)의 정상 상태 레벨은 상승하게 된다.

도 4는 저장된 전압(VHV)이 제 1 질의 기간 이후 고전압 준비 임계치 아래에 있을 때, 그 저장된 전압(VHV)을 증가시키기 위해 전하-펌프 회로(108)가 어떻게 사용될 수 있는지에 관한 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 저장된 전압(VHV2)을 보존하기 위해, 트랜스폰더(100)는 전하-펌프 회로가 활성화되는 때인 다음 질의 기간까지는 응답의 전송을 시작하지 않을 것이다. 만약 저장 커패시터 상의 저장된 전압이 미리-정의된 임계치보다 크지 않다면 트랜스폰더에게 전송을 하지 말도록 명령하기 위해, 고전압 임계치 검출기(미도시)가 사용될 수 있다.

제 2 질의 기간 이후, 저장된 전압(VHV2)이 임계 레벨보다 더 커지게 되는 경우, 트랜스폰더(100)는 전송을 시작할 것이다. 본질적으로, 트랜스폰더(100)는 RFID 판독기(150)에 응답하기 전에, 에너지를 저장하기 위해 적어도 두 개의 질의 싸이클을 기다릴 수 있다. 전송 이후, 저장된 에너지는 소모될 것이며, 전하-펌프 회로(108)는 턴오프(turn off)될 것이다. 트랜스폰더(100)는 다음 질의 기간에 전하-펌프 회로(108)의 도움없이 충전을 다시 시작할 것이고, 질의 기간의 끝에서, 저장된 전압을 미리-정의된 전압 임계치와 비교함으로써, 저장된 전압이 고전압 준비 임계치보다 더 큰지 아니면 작은지를 점검할 것이다.

만약 저장된 값이 고전압 준비 임계치보다 더 낮다면, 트랜스폰더는 전하-펌프 회로(108)를 활성화시키기 전에 또 다른 질의 기간을 기다릴 것이다. 이것은 저장된 전압(VHV2)이 후속 질의 기간에서 증가하도록 할 것이다. 후속 질의 기간의 끝에서, 저장된 전압(VHV2)은 고전압 준비 임계치보다 더 커질 수 있고, 이러한 경우 트랜스폰더(100)는 전송을 시작할 것이다.

턴온(turn on)된 전하-펌프 회로를 통해, 미리-정해진 개수의 연속하는 질의 싸이클로 충전을 행함으로써 훨씬 더 높은 전압 레벨을 달성하는 것이 또한 가능하다. 이러한 방법에 있어서, RFID 판독기(150)가 짧은 질의 기간을 갖는지는 중요하지 않는데, 왜냐하면 트랜스폰더(100)는 도 4에서 제시되는 바와 같이 복수의 싸이클을 기다릴 수 있고 이러한 복수의 싸이클에 걸쳐 에너지를 수집할 수 있기 때문이다. 저장된 전압을 고전압 준비 임계치와 비교함으로써 아울러 저장된 전압이 임계 레벨을 넘게 되는 싸이클 직후에 응답을 전송함으로써, 충전 싸이클의 개수는 상황에 맞게 조정될 수 있다.

도 2b에서의 예시적인 전하-펌프 회로는 이상적으로는 입력 전압을 두 배 증배시킬 수 있고, 이것은 단일 스테이지 전하-펌프 회로(single stage charge-pump circuit)로 지칭된다. 저장 커패시터에 대해 더 높은 전압을 달성하기 위해, 이전 스테이지(previous stage)의 출력을 다음 스테이지(next stage)에 대한 입력으로서 연결시킴으로써, 전하-펌프 회로의 하나 이상의 스테이지들이 캐스캐이딩(cascading)될 수 있다. 이러한 방식으로, 입력 전압은 스테이지들의 개수에 1을 더한 값만큼 증배된다. 예를 들어, 3-스테이지 전하-펌프 회로에 있어서, 입력 전압은 4배만큼 증배될 것이다. 그러나, 실험을 통해, 대부분의 경우에 있어서, 단일-스테이지 전하-펌프 회로를 사용함으로써, 판독 거리가 약 10% 내지 30%만큼 증가될 수 있을 정도로 충분한 저장 전압이 제공될 것이다. 이처럼, 특정 상황에서는, 너무 긴 충전 시간이 필요할 수 있기 때문에 3-스테이지 전하-펌프는 필요하지 않을 수 있다.

도 5는 4개의 충전 싸이클 이후, 예시적인 전하-펌프 회로를 구비한 경우 혹은 구비하지 않은 경우에 대한 저장 커패시터 양단의 전압을 비교한 시뮬레이션된 파형들을 제시한다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 전하-펌프 회로를 사용함으로써, 트랜스폰더의 저장된 전압은 각각의 싸이클에 따라 증가할 수 있고, 이에 따라 판독 거리는 증가하게 된다. 단지 4개의 충전 싸이클만이 제시되고 있지만, 추가적인 충전 싸이클 및/또는 추가적인 전하-펌프 스테이지가 판독 거리를 더 증진시키기 위해 사용될 수 있다.

본 발명은 그 본질적인 특징 및 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 특정된 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 앞서의 실시예들은 본 명세서에서 설명되는 발명을 한정하는 것이 아닌 모든 측면에서 예시적인 설명으로서 고려돼야 한다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 앞서의 설명으로 나타내지기보다는 오히려 본 명세서에 첨부되는 특허청구범위에 의해 나타내지는바, 이러한 특허청구범위와 등가적 의미 및 범위 내에 있는 모든 변형들은 본원의 특허청구범위 내에 포함되도록 의도되었다.

Claims

판독 범위가 향상된 트랜스폰더(transponder)로서,
질의 신호(interrogation signal)로부터 에너지를 수신하기 위한 안테나와;
동조 회로(tuned circuit)를 형성하기 위해 상기 안테나와 결합하는 공진 커패시터(resonant capacitor)와;
상기 동조 회로로부터 사용가능한 양의 전압(usable positive voltage)을 추출하기 위한 정류 장치(rectifying device)와;
상기 정류 장치의 출력으로부터 획득된 상기 사용가능한 양의 전압을 증배(multiplying)시키기 위한 전하 펌프 회로(charge-pump circuit)와; 그리고
상기 전하 펌프 회로에 의해 증배된 전압으로부터의 에너지를 저장하기 위한 저장 커패시터(storage capacitor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,
질의 기간(interrogation period)이 끝나는 시간을 검출하는 버스트의끝 검출기(end-of-burst detector)와;
상기 질의 기간이 끝나는 경우 역으로 판독기에게 데이터 전송을 행하기 위한 반송 주파수(carrier frequency)를 발생시키는 발진기(oscillator)와;
전송될 데이터를 인코딩함과 아울러 상기 발진기가 응답 신호를 어떻게 변조할지를 제어하는 변조 제어 회로와; 그리고
식별 데이터(identification data)를 보유하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,
상기 정류 장치는 상보형 트랜지스터들(complementary transistors)의 두 개의 쌍들로 구성되는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,
상기 전하 펌프 회로는 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 포함하고, 상기 전하 펌프 회로의 입력에는 상기 제 1 다이오드의 애노드(anode)가 연결되고 출력에는 상기 입력에 대해 반대 위상의 구동 신호를 갖는 펌프 커패시터(pump capacitor)가 연결되며, 상기 제 2 다이오드는 상기 제 1 다이오드와 직렬로 연결되고 상기 제 2 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 저장 커패시터에 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제4항에 있어서,
상기 전하 펌프 회로에서의 상기 다이오드들은 쇼트키형 다이오드들(Schottky type diodes)을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제1항에 있어서,
상기 전하 펌프 회로는 단일 스테이지 전하 펌프 회로(single stage charge-pump circuit)이거나 다중 스테이지 전하 펌프 회로(multiple stage charge-pump circuit)인 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제2항에 있어서,
만약 상기 저장 커패시터 상의 저장된 전압이 사전에 정의된 임계치보다 크지 않다면 상기 트랜스폰더에게 상기 전송을 생략(skip)하도록 명령하는 고전압 임계치 검출기(high-voltage threshold detector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제2항에 있어서,
상기 트랜스폰더는 상기 RFID 판독기에 응답하기 전에 에너지를 저장하기 위해 적어도 두 개의 질의 싸이클(interrogation cycles) 동안 대기(wait)하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
트랜스폰더로서,
질의 신호로부터 에너지를 수신하기 위한 안테나와;
동조 회로를 형성하기 위해 상기 안테나와 결합하는 공진 커패시터와;
상기 동조 회로로부터 직접적으로 획득된 전압을 증배시키기 위한 전하 펌프 회로와; 그리고
상기 전하 펌프 회로에 의해 증배된 전압으로부터의 에너지를 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제9항에 있어서,
상기 동조 회로로부터 사용가능한 양의 전압을 추출하기 위한 정류 장치를 더 포함하고, 상기 전하 펌프 회로는 상기 정류 장치의 출력으로부터 획득된 상기 사용가능한 양의 전압을 증배시키는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제9항에 있어서,
상기 정류 장치는 상보형 트랜지스터들의 두 개의 쌍들로 구성되는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제9항에 있어서,
상기 전하 펌프 회로는 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 포함하고, 상기 전하 펌프 회로의 입력에는 상기 제 1 다이오드의 애노드가 연결되고 출력에는 상기 입력에 대해 반대 위상의 구동 신호를 갖는 펌프 커패시터가 연결되며, 상기 제 2 다이오드는 상기 제 1 다이오드와 직렬로 연결되고 상기 제 2 다이오드의 캐소드는 상기 저장 커패시터에 연결되는 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
제9항에 있어서,
상기 전하 펌프 회로는 단일 스테이지 전하 펌프 회로이거나 다중 스테이지 전하 펌프 회로인 것을 특징으로 하는 트랜스폰더.
HDX 트랜스폰더(Half-Duplex transponder)의 판독 거리를 향상시키는 방법으로서,
안테나에 의해 질의 신호를 수신하는 단계와;
상기 안테나로부터 수신된 상기 질의 신호를 전하 펌프 회로로 증배시키는 단계와;
상기 증배된 전압을 저장 커패시터에 저장하는 단계와;
상기 질의 신호의 끝을 검출하는 단계와; 그리고
상기 저장된 증배된 전압에 의해 전력을 공급받는 발진기를 사용하여 데이터를 상기 판독기에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제14항에 있어서,
상기 질의 신호를 증배시키는 단계는 또한, 상기 질의 신호를 사용가능한 양의 전압으로 정류하는 단계와, 그리고 상기 사용가능한 양의 전압을 상기 전하 펌프 회로로 증배시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제14항에 있어서,
전송 전력을 크게 하기 위해 상기 저장 커패시터에서의 전압이 커지도록 상기 제 1 질의 신호가 끝난 이후 적어도 1 싸이클 동안 상기 데이터의 전송을 생략하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제14항에 있어서,
상기 질의 신호가 끝난 이후 상기 저장된 증배된 전압을 사전에 정의된 전압 임계치와 비교하는 단계와; 그리고
상기 저장된 증배된 전압이 상기 사전에 정의된 전압 임계치보다 낮은 경우 상기 데이터의 전송을 생략하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제15항에 있어서,
전송 전력을 크게 하기 위해 상기 저장 커패시터에서의 전압이 커지도록 상기 제 1 질의 신호가 끝난 이후 적어도 1 싸이클 동안 상기 데이터의 전송을 생략하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제15항에 있어서,
상기 질의 신호가 끝난 이후 상기 저장된 증배된 전압을 사전에 정의된 전압 임계치와 비교하는 단계와; 그리고
상기 저장된 증배된 전압이 상기 사전에 정의된 전압 임계치보다 낮은 경우 상기 데이터의 전송을 생략하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.
제14항에 있어서,
상기 판독기에 데이터를 전송하기 전에 적어도 두 개의 질의 싸이클 동안 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 HDX 트랜스폰더의 판독 거리를 향상시키는 방법.