KR20200018437A - 압전 rfid 안테나 - Google Patents

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KR20200018437A
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알리 루지르
루페시 쿠마르
필립 길버튼
장-이비스 르 나우르
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인터디지털 씨이 페이튼트 홀딩스
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Abstract

집적 회로 및 압전 기판을 포함하는 센서가 기술된다. 압전 기판은 집적 회로의 안테나로서 구성된다. 안테나는 RFID 안테나일 수 있고, 집적 회로는 RFID 집적 회로일 수 있다.

Description

압전 RFID 안테나
본 장치는 초고주파 대역(ultra-high frequency band)에서 동작하는 무선 주파수 식별 디바이스(radio-frequency identification devices; RFID)에 관한 것이다.
본 섹션은 이하에 기술되는 실시예들과 관련될 수 있는 본 기술 분야의 다양한 양태를 독자에게 소개하기 위한 것이다. 이러한 설명은 본 개시 내용의 다양한 양태를 보다 잘 이해하도록 하는 배경 정보를 독자에게 제공하는데 있어 도움이 될 것으로 여겨진다. 따라서, 이러한 설명은 이러한 관점에서 읽어져야 함을 이해해야 한다.
무선 주파수 식별(radio-frequency identification; RFID)은 라디오파(radio waves)를 이용하여 사람 또는 물체를 자동으로 식별하는 기술에 대한 일반적인 용어이다. RFID 시스템은 태그(tag), 또는 식별될 물체에 부착된 라벨(label)을 이용한다. 인터로게이터(interrogator) 또는 판독기(reader)라고 지칭되는 양방향 라디오 송신기-수신기(two-way radio transmitter-receiver)는 신호를 태그에 송신하고, 그 응답을 판독한다. 범위, 크기, 비용 및 기본 기술에 따라, 몇 가지 타입의 RFID 태그가 존재한다.
RFID 태그는 수동형(passive), 능동형(active) 또는 배터리 보조(battery-assisted) (또는 반(semi)) 수동형일 수 있다. 능동형 태그는 온보드(on-board) 배터리를 가지며, ID 신호를 주기적으로 송신한다. BAP(battery-assisted passive) 태그는 보드 상에 소형 배터리를 가지며, RFID 판독기가 존재할 때에 활성화된다. 수동형 태그는 배터리를 갖지 않기 때문에 보다 저렴하고, 보다 소형이지만, 그 대신에, 태그는 판독기에 의해 송신된 라디오 에너지를 전력원으로서 이용한다. 그러나, 수동형 태그를 동작시키기 위해, 그것은 신호 송신을 위한 것보다 대략 천배는 더 강력한 전력 레벨로 조명되어야 한다. 그것은 방사에 대한 노출 및 간섭에 있어서의 차이를 발생시킨다. 에너지 변환은, RFID 판독기로부터 수신된 파들(waves)에 튜닝된 안테나 및 정류기(rectifier)/체배기(multiplier)를 일반적으로 포함하는 RF 에너지 하베스터(energy harvester)에 의해 수행된다.
태그는 데이터베이스 내로의 키(key)로서 이용되는 공장에서 할당된 시리얼 번호(factory-assigned serial number)를 갖는 판독 전용이거나, 시스템 사용자에 의해 물체 특정적 데이터가 태그 내로 기입될 수 있는 판독/기입일 수 있다. 필드 프로그래밍가능 태그는 1회 기입(write-once), 다수 판독(read-multiple)일 수 있고, "블랭크(blank)" 태그는 사용자에 의해 전자 제품 코드로 기입될 수 있다.
RFID 태그는 적어도 2개의 부분, 즉, 정보를 저장 및 처리하고, RF(radio-frequency) 신호를 변조 및 복조하고, 입사 판독기 신호로부터 DC 전력을 수집하고, 다른 특수 기능들을 위한 집적 회로(IC)(마이크로칩 또는 칩); 및 신호를 수신 및 송신하기 위한 안테나를 포함한다. 태그 정보는 비휘발성 메모리에 저장된다. RFID 태그들은 송신 및 센서 데이터를 처리하기 위한 고정된 또는 프로그래밍가능 로직을 포함한다.
RFID 판독기는 인코딩된 라디오 신호를 송신하여 태그를 조사(interrogate)한다. RFID 태그는 메시지를 수신한 후, 그의 식별 및/또는 다른 정보로 응답한다. 이것은 단지 고유의 태그 시리얼 번호이거나, 또는 재고 번호(stock number), 로트 또는 배치 번호(lot or batch number), 생산일(production date), 또는 다른 특정 정보와 같은 제품 관련 정보일 수 있다. 태그는 개별적인 시리얼 번호를 가지므로, RFID 시스템 설계는 RFID 판독기의 범위 내에 존재할 수 있는 수 개의 태그들 중에서 분별하고, 그것들을 동시에 판독할 수 있다.
RFID 시스템은 상이한 주파수 대역들에서 동작하는 2개의 주된 클래스로 분류될 수 있다. 2개의 클래스 사이의 차이점은, 자기(유도성 결합) 또는 전자기(방사성 결합)일 수 있는, 판독기와 태그 사이의 물리적인 결합의 타입에 기초한다. 유도성 또는 자기 결합(MC)은 가변 자기장이 전형적으로 파장보다 작게 떨어져 있는 2개의 병렬 도체 사이에 존재할 때 발생하여, 수신 도체를 따른 전압의 변화를 유발한다. 그것은 전형적으로 약 100MHz인 VHF(Very High Frequency) 범위까지의 주파수에 적용된다. 유도성 결합에 기초한 RFID 시스템에서, 태그는 가까이 결합된 자기장으로부터 그 에너지를 얻고, 그 자신의 안테나를 상이한 임피던스들로 로딩함으로써 응답한다.
방사성 또는 전자기 결합은 소스 및 타겟(또는 희생물)이, 전형적으로 파장보다 큰, 긴 거리만큼 분리되는 때에 발생된다. 소스 및 타겟은 라디오 안테나들로서 작용하는데, 소스는 그 사이의 공간을 통해 전파되는 전자기파를 방출 또는 방사하고, 타겟에 의해 픽업(picked up)되거나 또는 수신된다. 일반적으로, 방사성 결합은 100MHz보다 높은 주파수에 적용된다. 방사성 결합 기반의 RFID 시스템에서, 태그는 판독기에 의해 방사된 전자기장으로부터 에너지를 얻고 그것을 되돌려 반사하여, 그 자신의 임피던스들로 변조하여 상이한 레이더 단면적(Radar Cross Section; RCS)을 제시한다. RCS는 타겟이 레이더 수신기의 방향에서 레이더 신호들을 반사하는 능력의 척도이다.
제1 클래스(유도성 결합)의 결합 속성은 판독 범위를 판독기 또는 태그 안테나의 크기의 규모 정도(일반적으로 수 센티미터)로 제한하는 반면, 제2 클래스(방사성 결합)의 범위는 태그의 속성(수동형 및 능동형) 및 그것의 감도에 따라 수십 미터까지 도달할 수 있다. 수동형 태그를 이용하여 UHF(Ultra High Frequency) 대역 또는 마이크로파 대역에서 동작하는 장거리 RFID 시스템의 경우, (원격 RFID 판독기로부터 발생되고, 태그 안테나를 통해 결합되는) 입력되는 RF 신호의 일부가 칩으로의 공급을 위해 DC로 변환된다. 칩이 활성화되면, 수신된 신호는 인터페이스에 의해 복조되고 칩 메모리에 저장된 정보에 의해 변조되면서 되돌려 반사된다(후방 산란된다). 칩 활성화는 수동형 태그를 이용하는 RFID 시스템의 달성가능한 범위에 대한 제한 요인이다. 10 미터의 전형적인 범위가 현재 최신의 수동형 태그 및 판독기를 이용하여 가시선(Line of Sight; LOS) 조건에서 달성가능하다.
전자 제품 코드(Electronic Product Code)(EPC™) 2세대(Gen2) 에어 인터페이스 프로토콜은, 860MHz - 960MHz UHF (또는 900MHz 라고도 지칭됨) 대역에서 동작하는 인터로게이터 및 수동형 태그로 된 RFID 시스템에 대한 물리적 및 논리적 요건들을 정의한다. 지난 10년간, EPC Gen2는 그 자신을 다수의 섹터에 걸쳐서 UHF 구현에 대한 표준으로서 확립하였으며, 점점 더 많은 RFID 구현들의 중심에 있다.
최근, 무선 센서들의 폭발적인 증가로, EPC Gen2 표준을 준수하는, 동전 크기 배터리에 접속될 전원 입력을 갖는 새로운 세대의 RFID 칩들이 출현하게 되어, 디바이스 범위가 수 십 미터로 증가되었다. 새로운 디바이스는 엄격하게는 수동형이 아니지만, 반수동형(semi-passive) 디바이스로서 간주될 수 있다. 그러나, 배터리 수명은 불편을 일으킬 뿐만 아니라, 배터리를 대체하는 것의 복잡성 및 비용으로 인해 이들 새로운 세대의 디바이스의 상업적인 성공에도 치명적일 수 있다.
RFID 태그는 이제 물체 식별 및 추적을 위한 표준 기술로서 확립되지만, 일부 연구는 식별 기능(identification function)을 넘어서는 수동형 태그(ID를 넘어서는 RFID)를 포함하여 RFID 태그의 능력을 확장시키는 것을 목표로 하고 있다. 구체적으로, RFID 태그 및 시스템은 식별 기능을 물리적 또는 생체 신호의 감지와 결합하고 있다. 많은 그러한 시스템의 경우, 감지 모듈(예를 들면, 온도, 압력 등)은 보조 유선 인터페이스를 통해 RFID 칩에 결합되어, 감지된 데이터를 칩의 메모리에 저장/업데이트한다.
제안된 장치는 무선 시스템에서 이용하기 위한 감지 능력으로 증강되는 안테나에 관한 것이다. 제안된 장치는 임의의 특정 타입의 디바이스로 제한되지 않으며, 예를 들면, 무선 주파수 식별 디바이스(RFID)와 같은 임의의 무선 통신 디바이스에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 개시 내용의 제1 양태에 따르면, 집적 회로 및 압전 기판을 포함하고, 압전 기판이 집적 회로의 안테나로서 구성되는 센서가 제공된다.
다른 실시예에서, 안테나는 RFID 안테나이고, 집적 회로는 RFID 집적 회로이다.
다른 실시예에서, 압전 기판은 가요성(flexible)이다.
다른 실시예에서, 압전 기판은 금속화된다.
다른 실시예에서, 압전 기판은 PVDF(polyvinylidiene fluoride) 및 PVDF의 공중합체들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된다.
다른 실시예에서, 안테나는 진동 에너지(vibrational energy), 음향 에너지(acoustic energy) 및 충격 에너지(impact energy) 중 적어도 하나를 감지한다.
다른 실시예에서, 압전 기판은 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 감지된 적어도 하나를 전기 에너지로 변환한다.
다른 실시예에서, 변환된 전기 에너지의 적어도 일부분은 집적 회로에 전력을 공급하는 것 및 검출된 신호 정보를 집적 회로의 메모리에 저장하는 것 중 적어도 하나를 위해 이용된다.
본 개시 내용의 제2 양태에 따르면, 그 위에 배치된 안테나를 갖는 압전 기판을 이용하여, 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 적어도 하나를 감지하고; 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 감지된 적어도 하나가 전기 에너지로 변환되는 방법이 개시된다.
다른 실시예에서, 방법은 안테나에 결합된 집적 회로에 전력을 공급하는 것 및 감지된 신호 정보를 집적 회로의 메모리에 저장하는 것 중 적어도 하나를 위해 변환된 전기 에너지의 적어도 일부분을 이용하는 것을 더 포함한다.
본 개시 내용의 요소들에 의해 구현된 일부 프로세스들은 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 그러한 요소들은 전적으로 하드웨어 실시예, (펌웨어, 상주형 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함하는) 전적으로 소프트웨어 실시예, 또는 본 명세서에서 전부 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 시스템으로서 지칭될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 조합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 더욱이, 그러한 요소들은 매체 내에 구현된 컴퓨터 이용가능 프로그램 코드를 갖는 임의의 유형의 표현 매체로 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
본 개시 내용의 요소들은 소프트웨어로 구현될 수 있기 때문에, 본 개시 내용은 임의의 적절한 운반 매체 상의 프로그래밍가능 장치의 제공을 위한 컴퓨터 판독가능 코드로서 구현될 수 있다. 유형의 운반 매체는 플로피 디스크, CD-ROM, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프 디바이스 또는 고체 상태 메모리 디바이스 등과 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 일시적 운반 매체는 전기 신호, 광학 신호, 음향 신호, 자기 신호 또는 전자기 신호, 예를 들면, 마이크로파 또는 RF 신호와 같은 신호를 포함할 수 있다.
이제, 본 개시 내용의 실시예들이, 단지 예로써, 이하의 도면들을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 RFID 시스템의 간략화된 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 RFID 태그 디바이스의 간략화된 블록도를 도시한다.
도 3은 그 위에 배치된 금속층을 갖는 예시적인 가요성 압전막을 도시한다.
도 4a는 도 3에 도시된 금속화된 압전막의 평면도를 도시한다.
도 4b는 도 3에 도시된 금속화된 압전막의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 5는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도면들은 본 개시 내용의 개념들을 도시하기 위한 것이며, 본 개시 내용을 도시하기 위한 유일하게 가능한 구성일 필요는 없음을 이해해야 한다.
본 개시 내용은 기계적인 충격, 진동 에너지 및/또는 음향 신호를 감지할 수 있는 무선 주파수 식별 디바이스(RFID)에 관한 것이다.
기본적으로, 수동형 RFID 디바이스는 에너지 하베스터로서 작용한다. RF 에너지 하베스팅은 RFID 판독기로부터 수신된 파들(waves)에 튜닝된 안테나 및 정류기/체배기에 의해 수행될 수 있다. 실제로, RFID 판독기에 의해 송신되고, RFID 안테나를 통해 결합되는, 입력되는 RF 신호의 에너지의 일부분은 RFID 칩에의 공급을 위해 정류기/체배기에 의해 DC로 변환될 수 있고, 따라서 무선 통신 링크를 위해 이용되지 않는다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 RFID 시스템(100)의 간략화된 블록도를 도시한다. RFID 시스템(100)은 RFID 판독기 디바이스(110) 및 RFID 태그 디바이스(150)를 포함한다. RFID 판독기 디바이스(110)는 RFID 판독기 안테나(130)에 결합된 RFID 판독기 회로(120)를 포함한다. RFID 태그 디바이스(150)는 RFID 태그 안테나(170)에 결합된 RFID 태그 회로(160)를 포함한다. RFID 태그 디바이스(150)는, 예를 들면, 접착 필름(adhesive film)을 이용하여, 감지될 물체에 부착될 수 있다.
RFID 판독기 디바이스(110)는 RFID 판독기 회로(120)에서 요청 메시지를 생성 및 변조하여 송신기 신호를 생성하고, 안테나(130)를 통해 전자기파를 경유하여 송신기 신호를 방사한다. RFID 태그 안테나(170)는 RFID 판독기 안테나(130)로부터 방사된 파들을 수신하도록 튜닝된다. 안테나는 RF 필드를 AC(Alternating Current)로 변환하거나, 또는 그 반대로 변환하는 특수한 트랜스듀서 또는 변환기이다. RFID 태그 안테나(170)는 수신된 파들의 전자기장을 전기 신호로 변환한다.
RFID 태그 디바이스(150)는 전기 신호로부터 전력을 얻고(draws), 그것을 이용하여 RFID 태그 회로(160)를 파워업한다. 전기 신호는 수동형 RFID 태그에서 RFID 태그 회로(160)를 완전히 파워업하거나, 반수동형 RFID 태그의 경우에는 RFID 태그 회로(160)를 부분적으로 파워업한다. 또한, RFID 태그 회로(160)는 전기 신호를 수신 및 복조하여, 요청 메시지를 검색한다. 그 다음, RFID 회로(160)는 그의 식별 번호(들) 및/또는 다른 정보를 이용하여 응답 메시지를 생성 및 변조한다. 변조된 응답 메시지는 RFID 태그 안테나(170)를 통해 전자기파를 경유하여 방사된다.
수동형 및 반수동형 RFID 태그들의 양태들 중 하나는 후방 산란을 통해 RFID 판독기 전자기파를 재변조(remodulating)하는 방법이다. RFID 태그는 일반적으로 리액티브 (예를 들면, 용량성) 임피던스를 갖도록 설계되므로, 임의의 입력되는 전자기파는 안테나에 의해 그의 소스로 반사(재방사)된다. 따라서, RFID 판독기 디바이스(110)가 전자기파를 RFID 태그 디바이스(150)에게 송신할 때, 파는 RFID 태그 디바이스(150)에 의해 RFID 판독기 디바이스(110) 쪽으로 되돌려 반사된다. 이러한 반사 특성으로 인해, RFID 태그 디바이스(150)는 재방사되는 전자기파를 변조함으로써 메시지를 인코딩할 수 있다. 파의 실제 변조는 2개의 개별적인 임피던스 상태 사이에서 신속하게 스위칭하는 RFID 태그 회로(160)에서의 트랜지스터로부터 발생된다. 각각의 임피던스 상태는 저항성 및 용량성 특성(실수(real) 및 허수 (imaginary) 임피던스) 둘다를 가질 수 있으므로, RFID 태그 디바이스(150)는 재방사되는 신호의 위상 및 진폭 변조 둘다를 수행할 수 있다.
RFID 판독기 디바이스(110)는 RFID 판독기 안테나(130)를 통해 재방사된 파들을 수신하고, 그러한 파들을 응답 메시지를 포함하는 디지털 데이터로 변환할 수 있다. RFID 판독기 회로(120)는 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 임의의 RFID 판독기 회로 또는 IC일 수 있음을 이해할 것이다. 마찬가지로, RFID 판독기 안테나(130)는 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 임의의 안테나, 예를 들면, 다이폴 안테나(dipole antenna), 루프 안테나(loop antenna), 역F 안테나(inverted-F antenna), 모노폴 안테나(monopole antenna), 패치 또는 마이크로-스트립 안테나(patch or micro-strip) 안테나 등일 수 있다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예에 따른 예시적인 RFID 태그 디바이스(200)의 간략화된 블록도를 도시한다. RFID 태그 디바이스(200)는 RFID 태그 디바이스(150)와 유사할 수 있다. RFID 태그 디바이스(200)는 RFID 안테나(210)를 포함한다. RFID 태그 디바이스(200)는, 함께 모여서 RFID 태그 회로(160)와 유사하게 되는, 아날로그 전단(analog front end; AFE)(220), 디지털 프로세서(270) 및 메모리(280)를 또한 포함한다.
안테나(210)는 바람직하게 UHF 대역에서 동작한다. 안테나(210)는 임의의 기계적인 충격, 진동 또는 음향 신호를 감지하는 능력으로 증강된다. 본 개시 내용의 하나의 양태에서, 안테나(210)는 압전막 상에 형성된다. 도 3은 그 위에 배치된 금속층(315)을 갖는 예시적인 가요성 압전막(305)을 도시한다.
도 4a는 도 3에 도시된 금속화된 압전막의 평면도를 도시한다. 도 4a에서, 금속층(315)이 압전막(305) 상에 배치된다. 도 4b는 도 3에 도시된 금속화된 압전막의 개략적인 측면도를 도시한다. 도 4b에서, 압전막(305)의 양 측면은 그 위에 배치된 금속층(315)을 갖는다. 도 4a 및 4b에 도시되는 금속층은 사각 형상을 갖는다. 그러나, 안테나에 대해 몇 가지의 토폴로지 및 형상이 고려되며, 설계 선택상의 문제이다.
전형적으로, 압전막은 12-13 범위의 비유전율(relative permittivity)을 갖는다. 그러한 비유전율은 종래의 기판 상에 배치된 안테나에 비해 보다 작은 안테나 크기를 허용한다. 종래의 기판의 비유전율은 전형적으로 2-4의 범위에 있다. 따라서, 예를 들어, 종래의 기판보다 약 4배 높은 비유전율을 갖는 기판은 동일한 성능을 갖는 종래의 기판 상에 배치된 안테나보다 약 2배 작은 크기를 갖는 안테나를 가질 수 있다.
UHF 주파수 대역에서 동작하는 안테나(210) 외에도, 안테나는 또한 압전막 상에서의 그것의 배치로 인해 충격, 진동 또는 음향 신호의 검출 및/또는 획득을 위한 효율적인 기계-전기 트랜스듀서(mechanical to electrical transducer)이다. 압전막에 대한 적절한 예들은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PVDF의 공중합체들을 포함한다.
AFE(220)는 안테나(210)에 결합되며, 정류기(230), 레귤레이터(240), 복조기(250), 변조기(260) 및 진동/충격/음향 신호 집적 회로(290)를 포함한다. 정류기(230)는 수신된 전기 신호의 정류/체배 기능을 수행하여, DC(Direct Current) 전력을 레귤레이터(240)에 제공한다. RF 에너지 하베스터는 캐패시터 및 다이오드의 네트워크를 이용하여 RF 전력을 저전압으로부터 고 DC 전압으로 변환하는 전기 회로인 RF 정류기의 주변에 구축된다. RFID 안테나(210) 입력은 정합망(matching network)을 통해 다이오드 정류기에 접속되며, 주어진 다이오드 특성 및 고정된 RF 입력 전력에 대해, 부하는 최대 RF-DC 변환기(RF to DC converter) 효율성을 위해 최적화된다. 예로서, AvagoTM으로부터의 RF 검출기 다이오드의 HSMS-286 패밀리는 900MHz로부터 5.8GHz 주파수 범위까지의 에너지 하베스팅에 이용하기에 아주 적합하다.
레귤레이터(240)는 정류기(230)에 결합되어, 레귤레이터(240)에 결합되는 RFID 태그 디바이스(200)의 나머지 구성요소들이 원하는 레벨로 입력 전력을 조정한다. 복조기(250)는 레귤레이터(240) 및 안테나(210)에 결합되어, 입력 전기 신호를 수신 및 복조함으로써, 요청 메시지 및 가능하게는 RFID 판독기(예를 들면, RF 판독기 디바이스(110))로부터의 제어 신호들을 수신한다. 변조기(260)는 레귤레이터(240) 및 안테나(210)에 결합되어, 그의 식별 번호(들) 및/또는 다른 정보, 및 가능하게는 제어 신호들을 포함하는 응답 메시지를 변조한다. 변조된 응답 메시지는 RFID 태그 안테나(210)를 통해 전자기파를 경유하여 방사된다.
진동/충격/음향 신호 집적 회로(IC)(290)는 안테나(210)에 결합되고, 그것으로부터, 감지된 기계적 충격, 진동, 또는 음향 신호들을 수신한다. 진동/충격/음향 신호 IC(290)는 기계적, 진동 또는 음향 신호들을 전기 에너지로 변환하고, 전기 에너지의 일부분은 전력 공급을 위해 신호 정보를 검출하기 위해, 검출된 신호 정보를 칩의 메모리(280)에 저장하기 위해 이용될 수 있다. 바람직하게, 진동/충격/음향 신호 IC(290)는 디지털 프로세서(270)로부터의 신호들을 후처리하거나 또는 정보를 메모리(280)에 저장하는데 이용되는 증폭기 및 아날로그-디지털 회로(Analog-to-Digital circuit)(도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들어, 충격 검출의 경우, 진동/충격/음향 신호 집적 회로(290)는, 프로그래밍가능 임계값에 비교된 아날로그 입력 신호의 레벨에 좌우되어 2개의 출력 상태를 제공하는 단순한 상태 머신 기반 IC일 수 있다. 대안적으로, 배터리(도시되지 않음)가, 필요할 경우, 고속 ADC(Analog-to-Digital converter) 또는 마이크로제어기에의 전력 공급을 위해 이용될 수 있으며, 안테나(210)는 저장될 충격, 진동 또는 음향 신호 정보만을 제공한다.
디지털 프로세서(270)는 레귤레이터(240), 복조기(250) 및 변조기(260)에 결합된다. 디지털 프로세서(270)는 복조기(250)로부터의 디지털 요청 메시지 및 제어 신호들을 수신 및 해석하고, 식별 번호(들) 및/또는 다른 정보를 요청한다. 메모리(280)는 ROM(read-only memory) 또는 판독-기입 메모리를 포함하는 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리(280)는 요청시에, 필요한 정보를 디지털 프로세서(270)에게 제공한다. 디지털 프로세서(270)는 클록 관리, 데이터 인코딩(예를 들면, 오류 정정 인코딩(error correction encoding)), 데이터 디코딩(예를 들면, 오류 정정 디코딩), 데이터 암호화, 데이터 암호해독, 공모 방지(anti-collusion) 등의 동작들을 또한 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(270)는, 예를 들면, 유한 상태 머신(finite state machine; FSM) 및 레지스터를 포함하는 디지털 논리 회로를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(270)는 RFID 태그 디바이스(200)의 동작을 제어하는 제어기 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 디지털 프로세서(270)는 적절한 제어 신호를 생성하고, 식별 번호(들) 및/또는 다른 정보, 및 가능하게는 제어 신호들을 포함하는 응답 메시지를 변조기(260)에게 전송할 수 있다.
RFID 태그 디바이스(200)의 다양한 구성요소들은 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 회로일 수 있으며, 상세히 기술되지 않음을 이해해야 한다. 다른 잘 알려진 구성요소들, 예를 들면, 주파수 발진기가 RFID 태그 디바이스(200)에 제공될 수 있음을 이해할 것이다. RFID 태그 디바이스(200) 및 대응하는 RF 판독기(예를 들면, RFID 판독기 디바이스(110))는 적어도 하나의 RFID 표준, 예를 들면, EPC Gen2, ISO(International Standards Organization) 18000 시리즈 표준들 등을 준수할 수 있다.
본 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따르면, 하나보다 많은 정류기/체배기 회로 또는 RF 하베스터가 RFID 태그 디바이스(200)에 포함될 수 있으며(도시되지 않음), 복수의 정류기/체배기가 복수의 주파수 대역으로부터의 에너지를 하베스팅한다.
도 5는 본 개시 내용의 다른 양태에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다. 단계(405)에서, 압전 기판 상에 배치된 안테나를 이용하여, 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 적어도 하나가 감지된다. 바람직하게 UHF 주파수 대역에서 동작하는 안테나는, 압전막 상에서의 그것의 배치로 인해 충격, 진동 또는 음향 신호의 검출 및/또는 획득을 위한 효율적인 기계-전기 트랜스듀서이다. 압전막에 대한 적절한 예들은 PVDF 및 PVDF의 공중합체들을 포함한다.
그 다음, 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 감지된 적어도 하나는, 단계(415)에서 도시된 바와 같이, 전기 에너지로 변환된다. 진동/충격/음향 신호 IC는 단계(405) 동안에 감지된 기계적, 진동 또는 음향 신호들을 전기 에너지로 변환한다. 변환된 에너지의 일부분은 전력을 공급하고, 신호를 검출하고, 검출된 신호 정보를 메모리에 저장하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 배터리(도시되지 않음)가, 필요할 경우, 고속 ADC 또는 마이크로제어기의 전력 공급을 위해 이용될 수 있으며, 안테나는 저장될 충격, 진동 또는 음향 신호 정보만을 제공한다.
도면들에서 도시된 요소들은 다양한 형태의 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 조합으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 바람직하게, 이들 요소들은 프로세서, 메모리 및 입/출력 인터페이스들을 포함할 수 있는 하나 이상의 적절하게 프로그래밍된 범용 디바이스 상에서 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현된다. 본 명세서에서, "결합된(coupled)" 이라는 문구는, 직접적으로 접속되거나, 또는 하나 이상의 중간 구성요소들을 통해, 간접적으로 접속됨을 의미하도록 정의된다. 그러한 중간 구성요소들은 하드웨어 및 소프트웨어 기반 구성요소들 둘다를 포함할 수 있다.
본 명세서에서의 설명은 본 개시 내용의 원리를 기술한다. 따라서, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에서 명시적으로 기술되거나 도시되지는 않았지만, 본 개시 내용의 원리를 구현하고, 그 영역 내에 포함되는 다양한 배열들을 고안할 수 있음을 이해할 것이다.
본 명세서에서 인용된 모든 예들 및 조건적인 표현은, 독자로 하여금 본 개시 내용의 원리 및 본 기술 분야를 진전시키기 위해 발명자가 기여하는 개념을 이해하는데 도움을 주기 위한 교육적인 목적을 의도한 것이며, 그러한 구체적으로 인용된 예들 및 조건들로 제한되지는 않는 것으로 해석되어야 한다.
더욱이, 본 개시 내용의 원리, 양태 및 실시예를 기재하는 모든 진술들 뿐만 아니라 그것들의 특정한 예들은, 그것의 구조적인 및 기능적인 등가물들을 모두 포함하도록 의도된다. 추가적으로, 그러한 등가물들은 현재 알려져 있는 등가물들 뿐만 아니라 미래에 개발되는 등가물들, 즉, 구조와는 상관없이 동일한 기능을 수행하는 임의의 개발되는 요소들 모두를 포함하도록 의도된다.
따라서, 예를 들어, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에서 제공된 블록도는 본 개시 내용의 원리를 구현하는 예시적인 회로의 개념도를 나타냄을 이해할 것이다. 유사하게, 임의의 흐름도, 흐름 도면, 상태 전이도, 의사 코드(pseudocode) 등은 컴퓨터 판독가능 매체에서 실질적으로 표현될 수 있고, 컴퓨터 또는 프로세서에 의해, 그러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되는지의 여부와는 관계없이, 그렇게 실행되는 다양한 프로세스들을 나타냄을 이해할 것이다.
도면들에서 도시된 다양한 요소들의 기능은 전용 하드웨어 뿐만 아니라, 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능들은 단일의 전용 프로세서에 의해, 단일의 공유 프로세서에 의해, 또는 그 일부가 공유되는 복수의 개별적인 프로세서에 의해 제공될 수 있다. 더욱이, "프로세서" 또는 "제어기"라는 용어의 명시적인 사용이, 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되어서는 안되며, 제한적인 것은 아니지만, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 ROM, RAM(random access memory) 및 비휘발성 스토리지를 암시적으로 포함할 수 있다.
종래의 및/또는 관습적인(custom) 다른 하드웨어가 또한 포함될 수 있다. 유사하게, 도면들에 도시된 임의의 스위치들은 단지 개념적인 것이다. 그들의 기능은 프로그램 로직의 동작을 통해서, 전용 로직을 통해서, 프로그램 제어 및 전용 로직의 상호작용을 통해서, 또는 심지어 수동으로 수행될 수 있고, 특정한 기술이 구현자에 의해 맥락으로부터 보다 구체적으로 이해되는 것으로서 선택가능하다.
본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하는 수단으로서 표현된 임의의 요소는, 예를 들면, a) 해당 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합 또는 b) 그 기능을 수행하는 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 조합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트웨어를 포함하는, 해당 기능을 수행하는 임의의 방식을 포함하도록 의도된다. 그러한 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 개시 내용은, 다양하게 인용된 수단에 의해 제공된 기능들이 청구항들이 요구하는 방식으로 결합되어 합쳐진다는 사실에 있다. 따라서, 그러한 기능들을 제공할 수 있는 임의의 수단은 본 명세서에서 보여진 것들과 등가인 것으로 간주된다.

Claims (14)

  1. 센서로서,
    집적 회로(220); 및
    압전 기판(305)을 포함하고,
    상기 압전 기판은 상기 집적 회로(210)의 안테나로서 구성되는
    센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 RFID 안테나이고, 상기 집적 회로는 RFID 집적 회로인 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 기판은 가요성인 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 기판은 금속화되는 센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 기판은 PVDF(polyvinylidiene fluoride) 및 PVDF의 공중합체들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 센서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나는 진동 에너지(vibrational energy), 음향 에너지(acoustic energy) 및 충격 에너지(impact energy) 중 적어도 하나를 감지하는 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압전 기판은 상기 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 감지된 적어도 하나를 전기 에너지로 변환하는 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변환된 전기 에너지의 적어도 일부분은 상기 집적 회로에 전력을 공급하는 것 및 검출된 신호 정보를 상기 집적 회로의 메모리에 저장하는 것 중 적어도 하나를 위해 이용되는 센서.
  9. 방법으로서,
    그 위에 배치된 안테나를 갖는 압전 기판을 이용하여, 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 적어도 하나를 감지하는 단계(405); 및
    상기 진동 에너지, 음향 에너지 및 충격 에너지 중 감지된 적어도 하나를 전기 에너지로 변환하는 단계(415)를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안테나에 결합된 집적 회로에 전력을 공급하는 것 및 검출된 신호 정보를 상기 집적 회로의 메모리에 저장하는 것 중 적어도 하나를 위해 상기 변환된 전기 에너지의 적어도 일부분을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안테나는 RFID 안테나이고, 상기 집적 회로는 RFID 집적 회로인 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 기판은 PVDF(polyvinylidiene fluoride) 및 PVDF의 공중합체들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 방법.
  13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 디바이스.
  14. 프로그래밍가능 장치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 프로그래밍 장치에 로딩되어 상기 프로그래밍 장치에 의해 실행될 때, 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 명령어들의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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