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KR20120100136A - 무칩 태그용 ｒｆｉｄ 리더 - Google Patents

무칩 태그용 ｒｆｉｄ 리더 Download PDF

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KR20120100136A
KR20120100136A KR1020110018827A KR20110018827A KR20120100136A KR 20120100136 A KR20120100136 A KR 20120100136A KR 1020110018827 A KR1020110018827 A KR 1020110018827A KR 20110018827 A KR20110018827 A KR 20110018827A KR 20120100136 A KR20120100136 A KR 20120100136A
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KR
South Korea
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KR1020110018827A
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전기용
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 안테나의 공진 패턴으로 태그 아이디(ID)가 부여된 무칩 태그를 인식하기 위한 무칩 태그용 RFID 리더에 관한 것이다. 본 발명의 리더는, 주파수제어신호(Freq_Ctrl)에 따라 PLL이 소정의 주파수 대역의 송신신호를 발진하고, 상기 송신신호를 전력증폭기에서 증폭한 후 대역통과필터를 거쳐 송신안테나를 통하여 태그로 송신하는 송신부; 상기 송신부를 통해 송신된 고주파 무선신호에 대한 태그의 반응신호를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부의 현재 송신 주파수(Fcur)가 스윕 시작 주파수(Fstart)가 되도록 상기 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 설정한 후 상기 수신부로부터 수신된 데이터를 메모리에 저장하고, 소정 주파수 간격(ΔF)으로 송신 주파수를 증가 혹은 감소시키다가 현재 송신 RF 주파수(Fcur)가 스윕 종료 주파수(Fend)에 도달하여 전 주파수 대역의 스윕(Sweep)을 완료하면, 저장된 전체 수신신호 데이터로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛로 구성된다.

Description

무칩 태그용 ＲＦＩＤ 리더{RFID READER FOR CHIPLESS TAG}
본 발명은 RFID 시스템에서 태그를 인식하기 위한 리더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나의 공진 패턴으로 태그 아이디(ID)가 부여된 무칩 태그를 인식하기 위한 무칩 태그용 RFID 리더에 관한 것이다.
일반적으로, RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 마이크로칩을 내장한 태그, 레이블, 카드 등에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용한 리더에서 자동 인식하는 기술이다. RFID 시스템에서 RFID 태그와 RFID 리더 사이의 통신 주파수는 125KHz, 13.56MHz, 860-960MHz, 2.45GHz 등이 사용되는데, 이들 주파수에 대한 무선 접속 프로토콜이 ISO/IEC 18000 규격으로 정의되어 있다.
RFID 태그와 RFID 리더의 무선접속방식은 상호유도 방식과 전자기파 방식으로 나눌 수 있는데, 상호유도 방식은 코일 안테나를 이용하여 근거리용으로 주로 사용하고, 전자기파 방식은 고주파 안테나를 이용해서 주로 중장거리용으로 사용된다. 상호유도 방식의 RFID 태그는 태그의 IC칩을 동작시키는데 필요한 에너지를 RFID 리더로부터 공급받는 수동형이 대부분이고, 능동형 태그는 배터리 등 자체 전원을 사용한다.
한편, RFID 태그는 수동형 태그에 의하여 가격을 많이 낮출 수 있지만, 기본적으로 태그 칩을 사용함으로써 가격을 50원 이하로 낮추는 데에는 한계가 있다. 예컨대, 기업의 물류시스템이나 아이템 레벨의 태그(ITEM LEVEL TAGGING)를 추진하는 경우 수억 개 또는 수십억 개의 물품에 태그를 부착해야 하므로 기본적으로 수백억 원 이상의 비용이 소요된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 태그 가격에서 가장 큰 비중을 차지하는 태그 칩을 사용하지 않는 무칩(chipless) 태그를 위한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 무칩 태그를 구현하기 위한 기술로는 표면탄성파방식(SAW:Surface Acoustic Wave), 다이오드 방식(Diode Harmonic), 마그네틱 방식(Mignetic Harmonic), 자기공진방식(Mignetic Resonant), LC 공진방식(LC Resonators) 등이 알려져 있다.
도 1은 안테나의 공진 주파수 패턴으로 태그 ID를 구현한 인쇄된 안테나 패턴(Printed antenna pattern) 방식의 무칩 태그 예이고, 도 2는 도 1에 도시된 무칩 태그를 인식하기 위한 종래의 리더를 도시한 도면이며, 도 3은 리더 수신신호의 예를 도시한 도면이다.
무칩 태그(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 박막 필름에 인쇄된 안테나의 패턴(12)이 서로 다르게 되어 있어 그에 따라 공진 주파수 패턴도 달라져 고유의 태그 아이디를 표현하도록 되어 있다. 이러한 방식의 무칩 태그(10)는 UHF 대역의 수동형 태그에 비해 10원 이하의 매우 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.
무칩 태그(10)를 인식하기 위한 RFID 리더(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 송신안테나(22)와 수신안테나(24)를 구비하여 주파수를 가변시키면서 RF 신호를 송신 안테나(22)를 통해 태그(10)로 송출한다. 송신 안테나(22)와 수신 안테나(24) 사이에 놓여있는 무칩 태그(10)는 송신 안테나(22)에서 송신하는 신호가 태그의 안테나 패턴(12)에 부합하는 공진 주파수에 해당하는 경우 전자계장(EM field)에 변화를 일으키고, 태그의 안테나 패턴(12)에 부합하지 않는 신호에 대하여는 그대로 투과시키게 된다. 따라서 수신 안테나(24)를 통해 수신되는 태그의 응답신호는 도 3과 같은 고유 공진 패턴을 나타내고, 이를 통해 리더(20)가 태그 아이디(ID)를 인식하게 된다.
이와 같이 무칩(Chipless) 태그(10)로부터 태그 ID 정보를 수신하기 위한 리더(20)는 기존 UHF 대역 리더와 다르게, 태그의 복수 안테나 패턴 공진 주파수에 맞추어 광대역의 주파수를 스윕(sweep)하는 기능이 요구된다.
또한, UHF 대역 RFID 시스템은 리더가 태그로 특정 명령을 송부하면 태그 칩에서 명령을 수신 및 처리한 후 리더에 응답하는 방식으로 동작하지만, 무칩(chipless) 태그는 태그 ID 정보를 복수 안테나 패턴의 형태로 가지고 있기 때문에 리더로부터 명령의 송수신은 발생하지 않고, 도 3에서 도시한 바와 같이 리더에서 전송하는 RF 주파수가 태그의 안테나 패턴에 따른 공진 주파수와 다른 경우에는 리더 송신 신호를 그대로 투과시키고, 일치하면 해당 주파수의 응답신호가 약하게 나타나게 되어 고유의 공진 패턴으로 태그 ID를 표출한다.
본 발명은 안테나의 공진 패턴으로 태그 아이디가 구현된 저가의 무칩 태그를 신속하고 정확하게 인식할 수 있는 무칩 태그용 RFID 리더를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 주파수제어신호(Freq_Ctrl)에 따라 PLL이 소정의 주파수 대역의 송신신호를 발진하고, 상기 송신신호를 전력증폭기에서 증폭한 후 대역통과필터를 거쳐 송신안테나를 통하여 태그로 송신하는 송신부; 상기 송신부를 통해 송신된 고주파 무선신호에 대한 태그의 반응신호를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부의 현재 송신 주파수(Fcur)가 스윕 시작 주파수(Fstart)가 되도록 상기 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 설정한 후 상기 수신부로부터 수신된 데이터를 메모리에 저장하고, 소정 주파수 간격(ΔF)으로 송신 주파수를 증가 혹은 감소시키다가 현재 송신 RF 주파수(Fcur)가 스윕 종료 주파수(Fend)에 도달하여 전 주파수 대역의 스윕(Sweep)을 완료하면, 저장된 전체 수신신호 데이터로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수신부는 수신 안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터와, 대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬과, 상기 바룬의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서와, 상기 바룬의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서와, 상기 I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기와, 상기 Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기와, 상기 I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터와, 상기 Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터와, 상기 I저역필터의 출력을 표준화하는 I표준화기와, 상기 Q저역필터의 출력을 표준화하는 Q표준화기와, 상기 I표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력하는 I검출기와, 상기 Q표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력하는 Q검출기로 구성된다.
또한 상기 수신부는 수신 안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터와, 대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬과, 상기 바룬의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서와, 상기 바룬의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서와, 상기 I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기와, 상기 Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기와, 상기 I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터와, 상기 Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터와, 상기 I저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 I아날로그 디지털 변환기와, 상기 Q저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 Q아날로그 디지털 변환기로 구성되고, 상기 마이크로컨트롤유닛(MCU)은 소프트웨어(S/W)적으로 자동이득제어(Automatic Gain control) 기능을 사용하여 태그 응답 신호를 판단할 수도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는, 각 블록 주파수제어신호에 따라 PLL이 제1 내지 제N 대역의 송신신호를 발진하고, 상기 각 송신신호를 전력증폭기에서 증폭한 후 대역통과필터링하여 각각 송신하는 제1 내지 제N 블록 송신부; 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 내지 제N 블록 송신부의 출력 중 하나를 선택하는 RF 스위치; 상기 RF 스위치를 통해 선택된 송신신호를 태그측으로 송출하는 하나의 송신 안테나; 하나의 수신 안테나; 상기 수신 안테나를 통해 수신된 제1 내지 제 N 대역의 태그 반응신호를 각각 검출하는 제1 내지 제N 블록 수신부; 및 각 블록 주파수제어신호(Freq_Ctrl_1~Freq_Ctrl_N)로 상기 제1 내지 제N 블록 송신부를 제어하고, 상기 스위칭 제어신호(SWcon)로 상기 RF 스위치를 제어하여 제1 내지 제 N 대역의 주파수를 순차 송신하게 하고, 상기 제1 내지 제N 블록 수신부로부터 수신된 전체 수신신호로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛을 포함하여 광대역의 주파수 영역을 N개의 협대역으로 구분하여 협대역의 부품으로 광대역의 주파수 영역을 스윕(sweep)할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리더는 UHF 대역의 수동형 태그에 비해 10원 이하의 매우 저렴한 비용의 무칩 태그를 사용할 수 있게 하고, MCU의 제어에 따라 광대역의 주파수를 신속하게 스윕하여 태그를 신속하고 정확하게 인식할 수 있다. 또한 표준화기(Normalizer)와 검출기(Detector)를 사용하여 응답 신호 레벨에 따른 태그 응답을 '0' 또는 '1'로 결정하거나 ADC를 사용한 후 MCU에서 소프트웨어(S/W)적으로 자동이득제어(Automatic Gain control) 기능을 처리하여 태그 응답 신호를 판단할 수 있다.
나아가 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대역에 따라 송신 블록을 N개, 수신 블록을 N개로 구분하면 각 대역이 좁아져 구현 가능한 대역의 부품을 보다 쉽게 확보할 수 있다.
도 1은 안테나의 공진 주파수 패턴으로 태그 ID를 구현한 인쇄된 안테나 패턴 방식의 무칩 태그 예,
도 2는 도 1에 도시된 무칩 태그를 인식하기 위한 종래의 RFID 리더를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 수신안테나에서 수신되는 태그 응답신호의 예,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도,
도 5는 도 4에 도시된 마이크로컨트롤유닛(MCU)의 동작 순서도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도,
도 8은 도 7에 도시된 마이크로컨트롤유닛(MCU)의 동작 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명에 따라 복수의 안테나 패턴을 이용하여 공진 패턴으로 태그 아이디를 부여할 경우에는 동작 주파수대역이 먼저 정의되어야 한다. 본 발명의 실시예들에서는 동작 주파수 대역을 1GHz~4GHz로 정의하고, 스윕(sweep) 시작 주파수 Fstart는 상향 스캔시에는 1GHz로, 하향 스캔시에는 4GHz로 정의하고, sweep 종료 주파수 Fend는 상향 스캔시는 4GHz로, 하향 스캔시는 1GHz로 정의한다. 또한 스윕시 주파수를 증감시키는 주파수 간격을 △F라 한다. 따라서 1GHz~4GHz 대역을 10MHz 간격으로 스윕(sweep)할 경우에는 총 300회의 주파수 조정이 필요하다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도이고, 도 5는 도 5에 도시된 마이크로컨트롤유닛(MCU)의 동작 절차를 도시한 순서도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, MCU부(110), PLL(122), 전력증폭기(PA;124), 송신 대역필터(BPF;126), 송신안테나(128), 수신안테나(131), 수신 대역필터(BPF;132), 바룬(BALUN;133), 믹서(134I,134Q), 증폭기(AMP; 135I,135Q), 저역필터(LPF;136I,136Q), 표준화기(Normalizer; 137I,137Q), 검출기(Detector; 138I,138Q)로 구성되어 태그(10)의 안테나 패턴에 따른 공진 패턴을 수신하여 태그 아이디를 인식한다.
도 4를 참조하면, 리더(100)는 크게 MCU부(110)와 송신부(120), 수신부(130)로 구분되고, 송신부(120)는 PLL(122), 전력증폭기(PA;124), 송신 대역필터(BPF;126), 송신안테나(128)로 구성되어 주파수제어신호(Freq_Ctrl)에 따라 PLL(122)이 소정의 주파수 대역의 송신신호를 발진하고, 송신신호를 전력증폭기(124)에서 증폭한 후 대역통과필터(126)를 거쳐 송신안테나(128)를 통하여 태그로 송신한다. 즉, 리더 송신부(120)에서는 태그의 주파수 대역(예를 들어, 1GHz~4GHz 주파수 대역)에 대하여 태그(10)에 송출하고자 하는 주파수 신호를 PLL(122)에 전달하여 송신 RF 주파수 신호를 만든다. 송신 신호는 전력증폭기(124)와 송신 대역통과필터(126)를 거쳐 송신안테나(128)를 통하여 태그(10)로 전송한다. 이와 같이, 송신 RF 신호는 MCU부(110)의 제어신호(Freq_Ctrl)에 맞추어 태그 안테나 주파수 대역의 주파수를 스윕(sweep)하도록 생성된다.
수신부(130)는 수신안테나(131), 수신 대역필터(BPF;132), 바룬(BALUN;133), I신호처리부(I), Q신호처리부(Q)를 포함한다. 그리고 수신부(130)의 I신호처리부(I)는 믹서(134I), 증폭기(AMP; 135I), 저역필터(LPF;136I), 표준화기(Normalizer; 137I), 검출기(Detector; 138I)로 이루어지고, Q신호처리부(Q)는 믹서(134Q), 증폭기(AMP; 135Q), 저역필터(LPF;136Q), 표준화기(Normalizer; 137Q), 검출기(Detector; 138Q)로 이루어진다.
도 4에서 대역통과필터(132)는 수신안테나(131)를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하고, 바룬(133)은 대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환한다. I믹서(134I)는 바룬(133)의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하고, Q믹서(134Q)는 바룬(133)의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅한다. I증폭기(135I)는 I믹서(134I)의 출력을 증폭하고, Q증폭기(135Q)는 Q믹서(134Q)의 출력을 증폭하며, I저역필터(136I)는 I증폭기의 출력을 저역 필터링하고, Q저역필터(136Q)는 Q증폭기의 출력을 저역 필터링한다. I표준화기(137I)는 I저역필터의 출력을 표준화하고, Q표준화기(137Q)는 Q저역필터의 출력을 표준화하며, I검출기(138I)는 I표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력하고, Q검출기(138Q)는 Q표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력한다.
이와 같이 리더 수신부(130)에서는 태그 안테나의 선택적 공진에 의하여 반송된 태그 응답신호를 복조기(demodulator)에 의하여 복조한 후 I/Q 채널 기저대역신호로 변환한다. 우선 수신안테나(131)를 통하여 들어온 RF 신호는 수신 대역통과 필터(132)를 통과한 후 바룬(BALUN:balance unbalance; 133)을 통하여 180도의 위상 차를 가지는 두 신호로 전환된다. 전환된 두 신호는 해당 믹서(134I,134Q)와 해당 저대역통과필터(136I,136Q)를 거쳐 90도의 위상 차를 가지고 서로 직교하는 두 개의 기저대역 신호(I신호와 Q신호)로 다시 전환되고, 응답 신호 세기를 표준화하는 표준화기(Normalizer; 137I,137Q)에서 처리된다. 이후 검출기(Detector;138I,139Q)에서 태그 응답신호를 신호 레벨에 따라 '0' 또는 '1'로 판단하여 태그 ID를 인식하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 리더 구조를 사용시, 무칩(chipless) RFID 태그의 태그 안테나 공진에 의하여 응답하는 태그 응답 신호를 처리할 수 있다. 또한, 리더 송신부(120)에서 PLL(122)을 사용하여 전체 주파수 대역을 스윕(sweep)하면서 태그(10)에 송신할 주파수를 결정할 수 있으며, 송신 지속 시간 또한 제어가 가능하다. 본 발명의 실시예에서 무칩(chipless) 태그 기능 테스트에 사용한 규격은 주파수 1GHz에서 4GHz의 광대역 주파수를 10MHz 주파수 간격으로 스윕(sweep)하였다.
다시 도 4를 참조하면, 표준화기(Normalizer; 137I, 137Q)는 태그 응답 신호의 주파수 대역 레벨 차이를 일정한 레벨로 유지시켜주기 위한 것이며, 채널별로 AGC(Automatic Gain Control) 기능을 수행하게 된다. 검출기(Detector; 138I, 138Q)는 응답 신호 레벨에 따른 태그 응답을 '0' 또는 '1'로 결정하여 MCU부(110)로 제공한다.
MCU부(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, PLL(122)에서 현재 발진되는 RF 주파수(Fcur)가 스윕 시작 주파수(Fstart)가 되도록 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 설정하고(S1), 이에 따라 송신부(120)는 스윕 시작 주파수부터 송신하게 되고, 수신부(130)는 이 송신신호에 대한 태그의 반응 신호를 수신하며, MCU부(110)는 수신부(130)로부터 수신된 I/Q신호 데이터를 메모리에 저장한다(S2~S4).
이후 MCU부(110)는 미리 정의된 주파수 간격(ΔF=10MHz)으로 송신주파수가 발진되도록 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 다시 설정하고, 이에 따라 송신부(120)는 스윕 시작 주파수부터 ΔF=10MHz 만큼 증가(혹은 감소)된 RF신호를 송신하게 되고, 수신부(130)는 이 송신신호에 대한 태그의 반응신호를 수신하며, MCU부(110)는 수신부(130)로부터 수신된 I/Q신호 데이터를 메모리에 저장한다(S5,S6).
이와 같은 과정을 반복하여 스윕 종료 주파수(Fend)까지 1GHz~4GHz까지 전대역을 Sweep하게 되면, MCU부(110)는 최종적으로 저장된 수신신호 데이터로 태그 아이디를 인식하게 된다(S7).
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도이다. 도 4와 도 6을 비교하여 제 2 실시예와 제 1 실시예의 차이점을 중심으로 살펴보면, 제 2 실시예에서는 태그 수신신호에 대한 저역통과처리후, 표준화기(Normalizer)와 검출기(Detector)를 별도로 구현하지 않고, 아날로그 디지털 변환기(ADC;237I,237Q)를 통하여 MCU부(210)에 디지탈 신호를 전달하여 MCU부(210)에서 태그 응답신호를 처리하도록 한 것이다. 이 경우, 표준화기(Normalizer)와 검출기(Detector) 기능을 MCU부(210)에서 처리할 수 있다. 즉, 표준화기(Normalizer)와 검출기(Detector) 대신에 ADC(237I,237Q)를 사용하여 신호를 디지탈(digital) 신호로 변환시킨 후, DSP 또는 MCU부(210)에서 소프트웨어(S/W)적으로 자동이득제어(Automatic Gain control) 기능을 처리하여 태그 응답 신호를 판단할 수 있다. 이때 태그 응답에 대한 좀더 정밀하고 실시간 신호처리를 위하여, MCU부(210)는 별도의 디지털신호처리(DSP) 블록과 MCU 코어로 나누어 구성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 리더(200)는 주파수제어신호(Freq_Ctrl)에 따라 PLL(222)이 소정의 주파수 대역의 송신신호를 발진하고, 송신신호를 전력증폭기(224)에서 증폭한 후 대역통과필터(226)를 거쳐 송신안테나(228)를 통하여 태그(10)로 송신하는 송신부(220)와, 송신부(220)를 통해 송신된 고주파 무선신호에 대한 태그(10)의 반응신호를 수신하는 수신부(230)와, 송신부(220)의 현재 송신 주파수(Fcur)가 스윕 시작 주파수(Fstart)가 되도록 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 설정한 후 수신부(230)로부터 수신된 데이터를 메모리에 저장하고, 소정 주파수 간격(ΔF)으로 송신 주파수를 증가 혹은 감소시키다가 현재 송신 RF 주파수(Fcur)가 스윕 종료 주파수(Fend)에 도달하여 전 주파수 대역의 스윕(Sweep)을 완료하면, 저장된 전체 수신신호 데이터로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛(MCU; 210)으로 구성된다.
또한 수신부(230)는 수신 안테나(231)와, 수신안테나(231)를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터(232)와, 대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬(233)과, 바룬(233)의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서(234I)와, 바룬(233)의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서(234Q)와, I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기(235I)와, Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기(235Q)와, I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터(236I)와, Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터(236Q)와, I저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 I아날로그 디지털 변환기(ADC;237I)와, Q저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 Q아날로그 디지털 변환기(ADC: 237Q)로 구성된다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더를 도시한 구성 블록도이고, 도 8은 도 7에 도시된 마이크로컨트롤유닛(MCU)의 동작 순서도이다.
일반적으로 1GHz~4GHz대역의 주파수는 매우 광대역이므로, 해당 대역에서 모두 동작할 수 있는 RF 부품을 선정하는 것은 매우 어려울 수 있다. 따라서, 제 3 실시예의 구조를 사용하면서 대역에 따라 송신 블록을 N개, 수신 블록을 N개로 구분하면 각 대역이 좁아져 구현 가능한 대역의 부품을 보다 쉽게 확보할 수 있다. 예컨대, 1GHz~4GHz 대역을 단일 부품으로 처리하기 위해서는 약 3GHz 대역의 광대역 부품이 요구되나 10개의 대역으로 구분할 경우에는 약 300MHz 대역의 협대역 부품을 사용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 무칩 태그용 RFID 리더(300)는 각 블록 주파수제어신호(Freq_Ctrl_1~Freq_Ctrl_N)에 따라 PLL(222)이 제1 내지 제N 대역의 송신신호를 발진하고, 각 송신신호를 전력증폭기(224)에서 증폭한 후 대역통과 필터링하여 각각 송신하는 제1 내지 제N 블록 송신부(320-1~320-N)와, 스위칭 제어신호(SWcon)에 따라 제1 내지 제N 블록 송신부(320-1~320-N)의 출력 중 하나를 선택하는 RF 스위치(322)와, RF 스위치(322)를 통해 선택된 송신신호를 태그 측으로 송출하는 하나의 송신 안테나(228)와, 하나의 수신 안테나(231)와, 수신 안테나(231)를 통해 수신된 제1 내지 제 N 대역의 태그 반응신호(I1,Q1~IN,QN)를 각각 검출하는 제1 내지 제N 블록 수신부(330-1~330-N)와, 각 블록 주파수제어신호(Freq_Ctrl_1~Freq_Ctrl_N)로 제1 내지 제N 블록 송신부(320-1~320-N)를 제어하고, 스위칭 제어신호(SWcon)로 RF 스위치(322)를 제어하여 제1 내지 제 N 대역의 주파수를 순차 송신하게 하고, 제1 내지 제N 블록 수신부(330-1~330-N)로부터 수신된 전체 수신신호로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛(310)으로 구성되어 광대역의 주파수 영역을 N개의 협대역으로 구분하여 협대역의 부품으로 광대역의 주파수 영역을 스윕(sweep)할 수 있도록 한 것이다.
각 블록 수신부(330-1~330-N)는 제 2 실시예와 같이, 수신안테나(231)를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터(232)와, 대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬(233)과, 바룬(233)의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서(234I)와, 바룬(233)의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서(234Q)와, I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기(235I)와, Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기(235Q)와, I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터(236I)와, Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터(236Q)와, I저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 I아날로그 디지털 변환기(ADC;237I)와, Q저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 Q아날로그 디지털 변환기(ADC: 237Q)로 구성된다.
또한 도면에는 도시하지 않았으나 각 블록 수신부(330-1~330-N)는 제 1 실시예와 같이 표준화기와 검출기를 이용하여 구현할 수도 있다.
MCU부(310)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1블록을 선택하여 선택된 블록에 대한 송수신을 도 5에 도시된 절차에 따라 수행하고, 해당 블록에 대한 처리가 완료되면 다음 블록에 대해서 동일한 절차를 반복하다가 전체 블록에 대한 처리가 완료되면 전체 수신신호의 패턴으로 태그 아이디를 인식한다(S21~S25).
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 무칩 태그 12: 안테나 패턴
100,200,200: 리더 110,210,310: MCU부
120,220,320-1~320-N: 송신부 130,230,330-1~330-N: 수신부
I: I신호처리부 Q: Q신호처리부

Claims (5)

  1. 주파수제어신호(Freq_Ctrl)에 따라 PLL이 소정의 주파수 대역의 송신신호를 발진하고, 상기 송신신호를 전력증폭기에서 증폭한 후 대역통과필터를 거쳐 송신안테나를 통하여 태그로 송신하는 송신부;
    상기 송신부를 통해 송신된 고주파 무선신호에 대한 태그의 반응신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부의 현재 송신 주파수(Fcur)가 스윕 시작 주파수(Fstart)가 되도록 상기 주파수제어신호(Freq_Ctrl)를 설정한 후 상기 수신부로부터 수신된 데이터를 메모리에 저장하고, 소정 주파수 간격(ΔF)으로 송신 주파수를 증가 혹은 감소시키다가 현재 송신 RF 주파수(Fcur)가 스윕 종료 주파수(Fend)에 도달하여 전 주파수 대역의 스윕(Sweep)을 완료하면, 저장된 전체 수신신호 데이터로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛을 포함하는 무칩 태그용 RFID 리더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신부는
    수신 안테나와,
    상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터와,
    대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬과,
    상기 바룬의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서와,
    상기 바룬의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서와,
    상기 I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기와,
    상기 Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기와,
    상기 I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터와,
    상기 Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터와,
    상기 I저역필터의 출력을 표준화하는 I표준화기와,
    상기 Q저역필터의 출력을 표준화하는 Q표준화기와,
    상기 I표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력하는 I검출기와,
    상기 Q표준화기의 출력을 신호레벨에 따라 바이너리 데이터로 출력하는 Q검출기로 구성된 것을 특징으로 하는 무칩 태그용 RFID 리더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 I표준화기와 상기 Q표준화기는
    태그 응답 신호의 주파수 대역 레벨 차이를 일정한 레벨로 유지시켜주기 위한 것으로서, 채널별로 AGC(Automatic Gain Control) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 무칩 태그용 RFID 리더.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신부는
    수신 안테나와,
    상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 대역 필터링하는 대역통과필터와,
    대역 필터링된 수신신호를 180도 위상차를 갖는 두 신호로 전환하는 바룬과,
    상기 바룬의 일 출력을 위상차가 90도인 I신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 I믹서와,
    상기 바룬의 타 출력을 위상차가 90도인 Q신호의 기저대역신호로 컨버팅하는 Q믹서와,
    상기 I믹서의 출력을 증폭하는 I증폭기와,
    상기 Q믹서의 출력을 증폭하는 Q증폭기와,
    상기 I증폭기의 출력을 저역 필터링하는 I저역필터와,
    상기 Q증폭기의 출력을 저역 필터링하는 Q저역필터와,
    상기 I저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 I아날로그 디지털 변환기와,
    상기 Q저역필터의 출력을 디지탈로 변환하는 Q아날로그 디지털 변환기로 구성되고,
    상기 마이크로컨트롤유닛(MCU)은 소프트웨어(S/W)적으로 자동이득제어(Automatic Gain control) 기능을 사용하여 태그 응답 신호를 판단하는 것을 특징으로 하는 무칩 태그용 RFID 리더.
  5. 각 블록 주파수제어신호(Freq_Ctrl_1~Freq_Ctrl_N))에 따라 PLL이 제1 내지 제N 대역의 송신신호를 발진하고, 상기 각 송신신호를 전력증폭기에서 증폭한 후 대역통과필터링하여 각각 송신하는 제1 내지 제N 블록 송신부;
    스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 내지 제N 블록 송신부의 출력 중 하나를 선택하는 RF 스위치;
    상기 RF 스위치를 통해 선택된 송신신호를 태그측으로 송출하는 하나의 송신 안테나;
    하나의 수신 안테나;
    상기 수신 안테나를 통해 수신된 제1 내지 제 N 대역의 태그 반응신호(I1,Q1~IN,QN)를 각각 검출하는 제1 내지 제N 블록 수신부; 및
    각 블록 주파수제어신호(Freq_Ctrl_1~Freq_Ctrl_N)로 상기 제1 내지 제N 블록 송신부를 제어하고, 상기 스위칭 제어신호(SWcon)로 상기 RF 스위치를 제어하여 제1 내지 제 N 대역의 주파수를 순차 송신하게 하고, 상기 제1 내지 제N 블록 수신부로부터 수신된 전체 수신신호로 태그 아이디를 인식하는 마이크로컨트롤유닛을 포함하여
    광대역의 주파수 영역을 N개의 협대역으로 구분하여 협대역의 부품으로 광대역의 주파수 영역을 스윕(sweep)할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 무칩 태그용 RFID 리더.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103218638A (zh) * 2013-04-16 2013-07-24 江苏中京智能科技有限公司 一种利用mcu和双界面cpu实现不同射频数据传输的方法

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