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KR20060130627A - 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스 - Google Patents

무선 주파수 식별 및 통신 디바이스 Download PDF

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KR20060130627A
KR20060130627A KR1020067015050A KR20067015050A KR20060130627A KR 20060130627 A KR20060130627 A KR 20060130627A KR 1020067015050 A KR1020067015050 A KR 1020067015050A KR 20067015050 A KR20067015050 A KR 20067015050A KR 20060130627 A KR20060130627 A KR 20060130627A
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여위간
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최영분
탐콕윈
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셩시 디아오
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도판 인사츠 가부시키가이샤
에이전시 포 사이언스, 테크놀로지 앤드 리서치
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Abstract

RF 신호를 디바이스 판독기로부터 수신하고 디바이스 판독기로 전송하며 디바이스 판독기에 의해 발생된 RF 신호로부터 데이터 및 전력을 추출하기 위한 RF 프론트 엔드, 데이터를 RF 프론트 엔드로부터 수신하고 RF 프론트 엔드에 전송하기 위한 컨트롤러, 및 데이터를 컨트롤러로부터 수신하고 컨트롤러에 전송하기 위한 메모리를 포함하는, 디바이스 판독기와 통신가능한 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스가 개시되었다. 메모리는 컨트롤러에 의해 판독가능 및 기입가능하고 기입 및 판독 동작 동안 각각 제1 및 제2 전압 서플라이를 이용하여 동작가능하고, 제1 및 제2 전압 서플라이는 상이한 전압 서플라이 레벨에 있게 된다.
Figure 112006053583992-PCT00001
RFID, RF 신호, 전압 서플라이, 모듈레이터, 정류기

Description

무선 주파수 식별 및 통신 디바이스{RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION AND COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 통신 디바이스에 관한 것으로 상세히는, 무선 주파수(RF) 식별 및 통신 디바이스에 관한 것이다.
태그, 트랜스폰더 또는 카드의 형태로 내장된 비접촉 또는 RF 식별 및 통신(RFID) 디바이스는 흔히 객체를 식별하기 위한 여러 응용분야에 사용된다. 이들 응용분야는 감시 제어, 액세스 제어, 재고 제어, 가축류 추적, 차량 원격측법등을 포함한다.
응용분야의 효율성을 위해, RFID 디바이스의 소형화가 바람직한데 이는 RFID 디바이스가 통상 객체의 식별을 위해 객체에 태그되거나 부착되기 때문이다. 디바이스 판독기는 디바이스와 디바이스 판독기간에 콘택트리스 또는 RF-기반 통신으로 이루어 진 인테로게이션(interrogation)을 통해 객체에 대한 식별 정보를 포함하는 디바이스를 식별한다. 최적의 최소화를 달성하기 위해, 수동 디바이스가 능동 디바이스 보다 바람직하고, 이들 디바이스는 내부 전원을 갖는다.
수동 디바이스는 한번 또는 일시 사용을 위해 디바이스 판독기에 의해 전송된 RF 신호로부터 전력을 발생시킨다. 이렇게 발생된 전력은 제한되고 후속 사용을 위해 저장될 수 없기 때문에, 그러한 수동 디바이스의 디자인은 저전력 내부 동작 을 달성하도록 되어야 하는 것이 매우 중요하다.
저전력 내부 동작 을 달성하기 위해, 수동 디바이스는 통상적으로 이들 디바이스내부의 상이한 회로 불록에 전력공급을 하기 위해 상이한 전압 공급 레벨을 상이한 동작 전압 서플라이에 공급할 것이 요구된다. 이러한 수동 디바이스는 또한 통상적으로 상이한 회로 불록의 작동을 위해 상이한 클록 주파수를 공급할 것이 요구된다. 수동 디바이스를 위한 일반적인 필요조건은 디바이스 판독기와의 통신 성능 및 판독/기록 메모리를 통합하는 것을 포함한다.
다수의 종래의 제안들은 RFID 디바이스에 관한 것들이고 RFID 디바이스에서의 저전력 동작에 필요한 상이한 동작 전압 서플라이 및 클록 주파수를 공급할 필요에 대해 제안설명하고 있지 않다.
Naguleswaran에게 허여된 미국특허 제6,104,290호에는, 트랜스폰더에서 두 개의 오실레이터가 사용되고 있는 콘택트리스 식별 및 통신시스템이 제안되어 있다. 트랜스폰더는 데이터를 디바이스 판독기로 전송하기 위한 전송 동작 동안 고속으로 동작하고 기타 동작 동안 저속으로 동작한다. 이렇게 함에 의해, 전력 절감 동작이 의도된대로 수행된다. 그러나, 이 제안은 디바이스의 비용 증가 및 디바이스의 크기가 확대되는 두 개의 오실레이터를 갖는 단점을 갖는다.
Yang등에게 허여된 미국 특허 제 6,211,786호에는, 저주파수 응용분야를 위해 RFID 태그를 위한 무배터리 회로가 제안되어 있고, Vega등에게 허여된 미국 특허 제 6,147,605호에는, 정전 RFID 디바이스를 위한 회로가 제안되어 있다. 이들 제안 중 어느 것도 각각의 RFID 디바이스에서 전력 절감을 위한 복수 전압 서플라이-복수 클록 주파수 동작에 대해 설명하고 있지 못하다.
그러므로 전력 절감 동작을 수행하기 위한 상이한 동작 전압 서플라이 및 클록 주파수를 갖는 저전력, 수동 RFID 디바이스(a low-power, passive RFID device)가 요구된다.
본 발명의 일실시예에 따라, RF 신호를 디바이스 판독기로부터 수신하고 디바이스 판독기로 전송하며 디바이스 판독기에 의해 발생된 RF 신호로부터 데이터 및 전력을 추출하기 위한 RF 프론트 엔드, 데이터를 RF 프론트 엔드로부터 수신하고 RF 프론트 엔드에 전송하기 위한 컨트롤러, 및 데이터를 컨트롤러로부터 수신하고 컨트롤러에 전송하기 위한 메모리를 포함하는, 디바이스 판독기와 통신가능한 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스가 개시된다. 메모리는 컨트롤러에 의해 판독가능 및 기입가능하고 기입 및 판독 동작 동안 각각 제1 및 제2 전압 서플라이를 이용하여 동작가능하고, 제1 및 제2 전압 서플라이는 상이한 전압 서플라이 레벨에 있게 된다.
본 발명의 추가 목적 및 장점은 하기의 설명에 나타나 있고 이 설명으로부터 명백하거나, 본 발명의 실시예로부터 알 수 있게 된다.
본 발명의 목적 및 장점은 하기 설명에서 특정하게 지적된 수단 및 이들의 조합에 의해 실현 및 획득된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 RFID 디바이스의 블록도.
도 2는 도 1의 RFID 디바이스의 RF 프론트 엔드 블록의 개략도.
도 3a 및 3b는 도 1의 RFID 디바이스의 디지털 블록에 구현된 순방향 연역 체계를 사용한 2-스테이지 디코딩 프로세스로 디코딩된 인코딩된 데이터를 예시하는 타이밍도.
도 4a 및 4b는 도 3a 및 3b의 디코딩 프로세스를 구현하는 흐름도.
도 5는 도 1의 RFID 디바이스의 DC-DC-컨버터의 회로도.
본원 명세서에 통합되고 본 발명의 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명의 원리를 설명하도록, 하기의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명과 상기 개괄적 설명과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한다.
본 발명의 실시예는 전력절감 동작 수행을 위해 상이한 동작 전압 서플라이 및 클록 주파수를 갖는 저전력, 수동 RFID 디바이스의 필요성에 대해 설명하기 위해 하기에 기술된다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력, 수동 RFID 디바이스(100)는 도 1 내지 5를 참조하여 하기에 설명된다. RFID 디바이스(100)는 RFID 시스템을 형성하기 위해 통상적으로 RFID 디바이스 판독기와 연계하여 사용되는 다수의 RFID 디바이스 중의 하나를 예시한다. 그러한 RFID 시템은 인테로게이션을 통해 근접해 있는 RFID 디바이스를 먼저 식별함에 의해 식별-기반 애플리케이션을 수행하고, 이것은 인테로게이션을 방송하고 RFID 디바이스로부터의 수신 신호에 응답하여 객체 및 기타 데이 터에 관한 식별 정보 함유되었는 지가 인테로게이팅되는 프로세스로 구성된다.
RFID 디바이스(100)의 전체 구조가 이하에서, RFID 디바이스(100)의 회로 불록을 도시하는 블록도인 도 1을 참조하여 설명된다. 각각의 회로 불록은 수동, 저전력 동작을 위해 블록들이 내부적으로 및 서로 마주보는 형태로 구성되고 RFID 디바이스(100)의 최적 소형화 구현을 용이하도록 구성되어 있다. RFID 디바이스(100)는 당업자에게 공지된 바와 같은 칩, 태그 또는 카드로 구현될 수 있다. 본 실시예에선 300MHz 내지 3GHz 범위의 RF 주파수가 사용된다.
RFID 디바이스(100)에서, 안테나(102)는 (도시되지 않은) RFID 디바이스 판독기에 의해 발생되고 방송된 인테로게이션 또는 다운링크 신호를 수신하고, 이들 신호는 요구되는 동작 전력을 캐리어, 예를들어 2.45-GHz 캐리어로부터 인테로게이션 또는 다운링크 신호에 발생시키기 위해 전력 발생 블록(104,106,108)에 전송된다. 전력 발생 블록(104,106,108)은 정류기(104), 조정기(106) 및 커패시터 뱅크(108)를 포함한다.
RFID 디바이스(100)와 같은 수동 디바이스에서, 그러한 불록들은 그들의 호스트 디바이스의 동작가능도에 매우 중요한 데 이는 발생된 동작 전력이 RFID 디바이스(100)내의 모든 기타 회로 블록에 공급되기 때문이다. 전압 레벨은 RFID 디바이스(100)와 디바이스 판독기간의 거리에 비례하고 이 거리가 매우 짧다면 초 고전압이 발생되어 RFID 디바이스(100)의 일부 블록을 파손시킨다. 정류기(104)는 정류된 전압을 공급하고 조정기(106)는 안전한 동작 한계치 이하로 유지시키고 따라서 발생된 동작 전압(Vdd)은 RFID 디바이스(100)내에서의 전력 소모를 최소화하기 위 해 통상적으로 낮게(~1V) 유지된다. 커패시터 뱅크(108)는 동작 전압(Vdd)을 태핑함에 의해 발생된 전력의 임시 또는 단기간 저장을 제공한다. 동작 전압(Vdd)은 고 동작 전압 서플라이에 의해 동작하는 메모리(110)를 제외하곤, 모든 회로 블록에 전력을 공급하기 위해 사용된다.
dc-dc 컨버터(112)는 동작 전압(Vdd)을 받아들이기 위해 전력 발생 블록(104,106,108)에 연결되고 이로부터 메모리 동작을 수행하기 위해 메모리(110)에 고 동작 전압 서플라이를 발생시킨다. dc-dc 컨버터(112)는 판독 및 기입 동작을 위해 고전압(Vdd-h)을 출력하고 이 동작을 통한 프로그래밍은 전압 레벨이 각각, 동작 전압(Vdd)의 전압 레벨 보다 두 배 또는 세배이다. 동일한 이유로, 로직 트랜스레이터(114)는 또한 dc-dc 컨버터(112)에 연결되고 메모리(110)와 RFID 디바이스(100)내의 기타 회로 블록간의 로직 레벨을 브리징하기 위한 인터페이스로서 사용된다. 로직 트랜스레이터(114)는 메모리(110)로부터 수신된 데이터의 로직 레벨을 판독 동작 동안 Vdd-h(예를들어, = 2 × Vdd)로부터 Vdd로 변환하고, 메모리(110)에 전송된 데이터의 로직 레벨을 기입 동작 동안 Vdd로부터 Vdd-h(예를들어, = 3 × Vdd)로 변환한다. 이것은 RFID 디바이스(100)의 전체 전력 소모가 최소로 되도록 기타 회로 블록들이, 최고 동작 전압 대신에 최저 이용가능 동작 전압 서플라이 즉, Vdd로 동작될 수 있게 한다.
모뎀(116)은 하기에서 데이터2bb로 참조되는, 다운링크 데이터를 구비한 유입(incoming) RF 캐리어를 포함하는 다운링크 신호를 복조하고, 하기에서 데이터2rf로 참조되는 업링크 데이터를 구비한 동일한 유입 RF 캐리어를 업링크 신호로 변조한다. 바람직하게, 사용된 통신 프로토콜은 다운링크 및 업링크를 위한 OOK/ASK 변조 및 맨체스터 코딩을 포함하는 반면에, 업링크 통신은 백스캐터링 기술을 통해 유입 RF 캐리어를 데이터2RF로 변조함에 의해 달성되고, 이것은 임피던스를 변경시킴에 의해 유입 캐리어를 반사시키는 것을 포함한다.
디지털 블록(118)은 RFID 디바이스(100)의 순시 전력 소모를 최소화하기 위해 RFID 디바이스(100)의 전력관리를 수행하고 로직 스위칭을 제어한다. 디지털 블록(118)내의 전력관리 로직 모듈(도시되지 않음)은 동작을 위한 각각의 스테이지를 위한 필요한 블록에 대해서만 파워업시킬 책임이 있다. 디지털 블록(118)은 또한 반충돌(ANTI-COLLISON) 로직, 명령어 제어 및 해석, 맨체스터 코딩-디코딩 및 메모리 제어 로직을 수행 및/또는 처리한다.
디지털 블록(118)은 제어 신호(nR_W)를 통해 dc-dc 컨버터(112)의 온/오프 스위칭 및 고전압(Vdd-h)의 전압 레벨을 제어함에 의해 전력관리를 수행하기 위해 dc-dc 컨버터(112)에 연결된다. 디지털 블록(118)은 또한 다운링크 및 업링크 데이터2bb 및 데이터2rf를 각각 처리하기 위해, 그리고 제어신호(Cont_mod)를 통해, 메모리(110)로부터 판독하고 메모리에 기입하기 위한 로직 트랜스레이터, 및 모뎀(116)의 온/오프 스위칭을 제어하기 위해, 모뎀(116)에 연결된다. 디지털 블록(118)은 또한 제어신호(Cont_clk)를 통해, 상이한 주파수를 갖춘 상이한 클록의 발생을 제어하기 위해 클록 발생기(122)에 연결된다.
RFID 디바이스(100)에서의 기타 회로 블록은 광범위한 전압 조건하에서 클록 발생기(122)와 디지털 블록(118)을 위한 리셋트 펄스를 발생시키는 파워-온 리셋트 회로(120)와, 클록 발생기(122)와 디지털블록(118)을 위한 바이어스 전류 nA를 발생시키는 저전력 전류 기준(124)을 포함한다. RFID 디바이스(100)는 또한 디지털 블록(118), 클록 발생기(122), 로직 트랜스레이터를 통한 메모리(110) 및 dc-dc 컨버터(112)를 위한 MHz 클록 f1, f2 및 f3 각각을 발생시키는 프로그램가능 저전력 오실레이터인, 클록 발생기(122)를 포함한다. RFID 디바이스 판독기와의 통신 동안 RFID 디바이스(100)는 판독 동작에서 메모리(110)를 액세스하고, 동일한 클록 주파수, 즉 f3=f1 가 디지털 블록(118) 및 dc-dc 컨버터(112)에 공급되고, 메모리(110)에 의해선 어떠한 클록도 요구되지 않는다, 즉 f2=0 이다. 메모리 기입 동작 동안, 동일한 클록 주파수, 즉 f2=f1 가 디지털 블록(112) 및 메모리(110)에 공급되고, 한편 예를들어 f1의 사분의 일인 분수배 주파수, 즉 f3=f1/4 이 dc-dc 컨버터(112)에 공급된다. 이러한 방법으로, 단 하나의 오실레이터가 f1 발생을 위해 클록 발생기(122)에 필요로 되고 한편 기타 클록 주파수는 f1에 좌우되고 그결과 메모리(110)에서 수행되는 판독 및 기입 동작과 같은 상이한 상황 동안 상이한 클록 주파수가 공급된다.
프로그램가능 dc-dc 컨버터(112) 및 로직 트랜스레이터(114)로, RFID 디바이스(100)는 상이한 동작 전압 서플라이하에서 동작하는 다양한 회로 블록간에 적절한 직 레벨을 보장하면서 전력 소모를 최소화할 수 있다. 프로그램가능 클록 발생기(122)로, RFID 디바이스(100)는 RFID 디바이스(100)에서의 상이한 회로 블록의 상이한 클록 필요조건을 충족시키면서 전력 소모를 최소화하고 컴포넌트 수를 감소시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFID 디바이스(100)의 RF 프론트 엔드는 3개의 주요 컴포넌트인 정류기(104), 디모듈레이터(204) 및 모듈레이터(208)로 이루어 진다. 디모듈레이터(204) 및 모듈레이터(208)는 모뎀(116)을 형성하고 정류기(104)는 다운링크 신호를 정류함에 의해 RFID 디바이스(100)를 파워업시키는 버추얼 배터리로서의 역할을 하는, 정류 디바이스(202)로서 구현된다. 디모듈레이터(204)는 디지털 블록(118)과 같은 베이스밴드 회로 블록에 의한 처리를 위해 OOK 모듈레이팅된 다운링크 신호의 엔벌로프를 검출한다. 모듈레이터(208)는 백스캐터링 방법을 이용하여 업링크 CW 파를 모듈레이팅시킨다.
종래의 전압 더블러가, 다이오드(D1 및 D2)로 이루어 진, 정류 디바이스(202)의 정류기 코어로서 채용되는 데, 여기서 D1의 캐쏘드는 정류 디바이스(202)의 정류기 코어로서 채용되는 전압 더블러를 제공하기 위해 D2의 아노드에 연결된다.
다운링크 신호는 D1과 D2간의 상호연결부에서 커패시터(Cx)를 통해 정류 디바이스(202)에 제공되고 바이패스-커패시터(C1)는 동작 전압(Vdd)을 공급하기 위해 출력부에서 전압을 평활시키기 위해 정류기 코어의 출력부에 연결된다.
디모듈레이터(204)는 다이오드(D3)의 아노드를 D1과 D2간의 상호연결부에 연결시킴에 의해 구성되고 이렇게하여 디모듈레이터(204)가 검출을 위해 다운링크 신호를 태핑(tap)할 수 있도록 한다. 병렬를 이루고 D3의 캐쏘드에 연결된 레지스터 (R2) 및 커패시터(C2)의 적절한 선택으로, 디모듈레이터(204)의 RC 시정수는, 디모듈레이터(204)가 유입 RF 캐리어를 필터링하고 OOK-기반 다운링크 신호의 엔벌로프를 추적하도록, 선택된다. R2는 D3와 R2와 C2간의 상호연결부에서 전류를 드레인시키기 위해 (도시되지 않은) 전류원으로 대체된다. 전류원은 유휴 시간에 누풀된 전류를 절약하기 위해 스위 오프된다.
본 실시예에 따라, 모든 다이오드는 다이오드로서 구성된 MOS 디바이스를 사용하여 구현된다.
검출된 베이스대역 신호는 내장된(built-in) 히스테리시스를 갖춘 저주파수 비교기(206)에 의해 이진 레벨로 더 변환된다. 비교기(206)의 입력 단자는 레지스터 디바이더로 발생될 수 있는, 기준 전압, ref(예를들어, =Vdd/2)에 연결되고 비교기(206)의 다른 입력 단자는 D3의 캐쏘드에 연결된다. 데이터 신호인 데이터2bb로서 제공된, 이진 코드 신호는 비교기(206)의 출력 단자에서 획득된다.
모듈레이터(208)는 업링크 신호로 RFID 디바이스 판독기에 전송되어지는 데이터2rf가 그것을 통해 전송되어지는 스위치(SW)와 레지스터(R1)로 이루어지고, 스위치(SW)는 R1과 직렬로 연결되고 R1의 프리엔드는 D3의 캐쏘드에 연결된다. 백스캐터링은 R1에서의 추가의 DC 부하의 스위칭 온/오프에 의해 달성된다.
오프-칩 프린티드 다이폴 안테나는 RF 프론트 엔드의 합성 입력 임피던스에 매칭하기 위해 디자인되어 안테나(102)로서 사용된다.
도 3a, 3b, 4a 및 4b를 참조하여, 디지털 블록(118)에 구현된 맨체스터 디코딩 체계가 하기에 설명된다.
현재 다양한 맨체스터 디코딩 체계가 있다. 이들 종래 체계들은 입력 데이터와 클록을 동기화하기 위한 클록 복구 회로의 사용을 포함한다. 이후엔 디코딩 체계로 간단히 참조되는, 맨체스터 디코딩 체계로, 데이터는 클록 복구 회로 또는 신호-에지 검출 수단없이 디코딩될 수 있다.
디코딩 체계는 2-스테이지 프로세스 즉, 펄스-폭 동기화를 위한 스테이지 1 및, 인코딩된 데이터의 예를 도시하는 타이밍 도인 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같은 데이터 디코딩을 위한 스테이지 2로 이루어지고, 도 4a 및 4b는 각각 스테이지 1 및 2의 구현을 예시하는 흐름도이다.
스테이지 1에서, 인코딩된 데이터에서의 동기화 비트들은 로우-펄스 및 하이-펄스 폭을 위한 기준을 제공하기 위해 검출된다. 스테이지 2에서, 그러한 기준은, 하기에서 데이터[0 ...(데이터사이즈-1)]로서 참조되는, 디코딩된 데이터를 획득하기 위해 인코딩된 데이터에서 데이터 비트를 디코딩하기 위해 사용된다. 데이터사이즈 값은 디코딩된 데이터에서 데이터 비트의 수를 반영하고, 그것의 맨처음 4개 비트는 본 실시예에서 동기화 비트로서 사용된다.
도 4a에 도시된 스테이지 1은, 데이터2bb내의 데이터 스트림의 시퀀스가 처리되는 스텝(402)으로 시작되고, 데이터2bb내의 인코딩된 데이터가 스텝(404)에서 1로부터 0으로 전이하기 위해 검출된 경우, 0으로 초기화된 카운터(Cntr)는 다음 스텝(406)에서 증가한다. 그후 스텝(408)에서 카운터 값(Cntr)은 정수 값 2와 비교되고, 미스매치가 있으면 카운터 값(Cntr)은 스텝(410)에서 정수 값 4와 다시 비교된다. 스텝(410)에서 미스매치가 있으면 스테이지 1은 종료하고 스테이지 2는 시작하고 미스매치가 있으면 프로세스는 스텝(404)으로 되돌아간다.
본 실시예에서, 정수 값 4가 스텝(410)에서 사용되는 데 이는 동기화 비트의 수가 4로 설정되어 있기 때문이다. 정수 값 2가 스텝(408)에서 사용되는 데 이는 동기화 비트가 기준을 제공하기 위해 측정된다면 로우-펄스 및 하이-펄스 폭이 의도되기 때문이다.
스텝(408)에서 미스매치가 있으면, 프로세스는 스텝(412)으로 들어가고 여기서 도 3a에 도시된 바와 같이, 제2 동기화 비트의 로우-펄스 폭(A)은 RFID 디바이스(100)의 내부 클록 또는 시스템에 대해 측정된다. 다음 스텝(414)에서 측정된 펄스 폭은 최대값으로 이루어 진, 최대폭(Max Width)으로 미리정의된 바와 같이 연장된 시간 동안 로우로 남아있는 지에 대해 검사되고, 여기서 그것이 참(true)이면 측정은 스텝(416)에서 붕괴 및 폐기된 것으로 간주되고, 그후 프로세스는 데이터2bb내의 데이터 스트림의 다음 시퀀스가 처리되는 스텝(402)로 되돌아간다.
스텝(414)에서 거짓(false)이면, 즉 측정된 펄스 폭이 연장된 시간 동안 로우로 남아있지 않으면, 프로세스는, 데이터2bb내의 인코딩된 데이터가 다음 스텝(420)에서 RFID 디바이스(100)의 클록에 대해 측정되는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제2 동기화 비트의 하이-펄스 폭(B)이 0으로부터 1로 전이하는 것에 대해 검출되는, 스텝(418)으로 들어간다. 이 측정은 그후 스텝(420)에서 검사되고 측정된 펄스 폭이 최대폭으로 미리정의된 바와 같이 연장된 시간 동안 하이로 남아있다면 그것은 스텝(424)에서 폐기되고, 그후 프로세스는 데이터2bb내의 데이터 스트림의 다음 시퀀스의 처리를 위해 스텝(402)으로 되돌아간다. 그렇지않으면 프로세스는 스텝(404)으로 되돌아간다.
도 4b에 도시되고 스텝(452)으로 시작하는 스테이지 2에서, 스테이지 2를 위한 초기화는, 디코딩된 데이터 데이터[0...(데이터사이즈-1)]가 값 0으로 설정되고 가변 샘플링 모드가 하이 샘플로 설정된 스텝(454)에서 발생한다. 데이터사이즈는 디코딩된 데이터에서의 비트의 수를 지시한다. 샘플링 모드가 하이 샘플로 설정된 경우 프로세스는 인코딩된 데이터 비트의 하이-펄스 폭을 측정하고 샘플링 모드가 로우 샘플로 설정된 경우 프로세스는 인코딩된 데이터 비트의 로우-펄스 폭을 측정한다.
스텝(456)에서 카운터 값(Cntr)은 데이터사이즈와 비교되고, 카운터 값(Cntr)이 더 작으면 프로세스는 다음 스텝(458)으로 들어간다. 그렇지않으면 프로세스는 종료한다.
스텝(458)에서 샘플링 모드가 검사되고 그것이 하이 샘플로 설정되었으면, 그리고 매치가 있으면 스텝(460)에서 프로세스는, 현재 인코딩된 데이터 비트의 로우에서 하이로의(low-to-high) 전이에서 시작하고 다음 하이에서 로우로의(high-to-low) 전이에서 종료하는, 현재 인코딩된 데이터 비트의 하이-펄스 폭을 포함하는 현재 하이-펄스 폭(C)을 측정한다. 이 측정은 그후 스텝(462)에서 (B+(A/2))와 비교되고 C가 (B+(A/2)) 보다 크다면, 현재 인코딩된 데이터 비트에는 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 스텝(464)에서 "1"이 할당된다. 그다음 스텝(466)에서 샘플링 모드는 로우 샘플로 설정되고, 이 뒤를 이어 카운터는 스텝(470)에서 증가된다. 측정은 그 다음에 스텝(470)에서 최대 폭내의 각각의 최대 값에 대해 테스트되고, 이것은 측정에 의해 초과된 경우 스텝(472)에서 폐기되고, 그후 프로세스는 데이터2bb내의 데이터 스트림의 다음 시퀀스를 처리하기 위해 스텝(402)으로 되돌아간다. 각각의 최대 값이 초과되지 않은 경우 프로세스는 스텝(456)으로 되돌아간다.
스텝(462)에서 C가 (B+(A/2)) 보다 크지 않다면, 현재 인코딩된 데이터 비트에는 스텝(472)에서 "0"이 할당되고 다음 스텝(462)에서 샘플링 모드는 하이 샘플로 설정된다. 이로부터 프로세스는 카운터가 증가하는 스텝(468)로 계속된다.
스텝(458)에서 매치가 없으면 스텝(476)에서 프로세스는, 현재 인코딩된 데이터 비트의 하이에서 로우로의(high-to-low) 전이에서 시작하고 다음 로우에서 하이로의(low-to-high) 전이에서 종료하는, 현재 인코딩된 데이터 비트의 로우-펄스 폭을 포함하는 현재 로우-펄스 폭(D)을 측정한다. 이 측정은 그후 스텝(478)에서 (A+(A/2))와 비교되고 D가 (A+(A/2)) 보다 크다면, 현재 인코딩된 데이터 비트에는 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 스텝(480)에서 "0"이 할당된다. 그다음 스텝(482)에서 샘플링 모드는 하이 샘플로 설정되고, 이 뒤를 이어 카운터는 스텝(486)에서 증가된다. 측정은 그 다음에 스텝(470)에서 최대 폭내의 각각의 최대 값에 대해 테스트되고, 이것은 측정에 의해 초과된 경우 스텝(472)에서 폐기되고, 그후 프로세스는 데이터2bb내의 데이터 스트림의 다음 시퀀스를 처리하기 위해 스텝(402)으로 되돌아간다. 각각의 최대 값이 초과되지 않은 경우 프로세스는 스텝(456)으로 되돌아간다.
스텝(478)에서 D가 (A+(A/2)) 보다 크지 않다면, 현재 인코딩된 데이터 비트에는 스텝(484)에서 "1"이 할당되고 다음 스텝(486)에서 샘플링 모드는 로우 샘플 로 설정된다. 이로부터 프로세스는 카운터가 증가하는 스텝(468)으로 계속된다.
디코딩 체계에서 스테이지 2의 프로세스는 현재 인코딩된 데이터 비트의 전이에서 시작하는 로우-펄스 또는 하이-펄스에 대한 측정을 포함하는 순방향 연역 기술을 포함하고, 따라서 스테이지 1 동안 측정된 로우-펄스 및 하이-펄스 모두의 기준을 이용하여 다음 인코딩된 데이터 비트를 결정하기 위해, 현재 인코딩된 데이터 비트의 비트 간격의 적어도 두번째 절반부(second-half)를 측정한다.
RFID 디바이스(100)에서 트랜지언트 정류 서지를 방지하기 위해 도 5를 참조하여 dc-dc컨버터(112)가 추가로 설명된다. 그것은 저전력 동작을 수행하기 위해 RFID 디바이스(100)와 같은 수동 디바이스에 대해 매우 중요한 사항이므로, 소비된 전체 평균 전류가 로우인 경우에도 RFID 디바이스(100)내의 회로 블록이 큰 동적 전류를 소비한다면 그것 또한 수용할 수 없는 사항이다. 이것은 파워온 동안 회로 블록이 턴온되고 큰 서지 전류가 이들 회로 블록내에서 내부 노드를 충전시키기 위해 사용되는 경우에도 통상 발생한다.
전력을 절감하기 위해 실제 동작 동안 회로 블록을 턴 온/턴 오프시키는 것을 통상적으로 포함하는 전력 관리 관점에서, 이것은 큰 전압 서플라이 딥으로 인해 디바이스가 오기능하게 하는 요인(factor)이될 수 있다.
dc-dc컨버터(112)는 전류-클램프 회로(502)와 전하-펌프 회로(504)로 구성된다. 전류-클램프 회로(502)는 정류 전압(Vdd)을 받아들이기 위해 정류기(104)의 출력과 전하-펌프 회로(504)사이에 위치된다. 전류-클램프 회로(502)는 전하-펌프 회로(504)의 동작 동안 전류 흐름을 제어하는 역할을 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전류-클램프 회로(502)는 그들의 출력 단자가 상호연결된 두 개의 PMOS 스위치를 채용하는 데, 그 하나는 하이 Ron(on-resistance;506)로 되는 PMOS 스위치이고 다른 하나는 로우 Ron(508)로 되는 PMOS 스위치이다. 이들 스위치는 로직 모듈(510)에 의해 제어되고 그에따라 스위치 오프/온 된다. 메모리(100)가 액세스되지 않은 경우, 이들 두 스위치는 모두 턴 오프된다.
로직 모듈(510)은 전류-클램프 회로(502)가 동작을 시작하는 경우 하이-Ron PMOS(506)만이 턴온되도록 스위칭을 수행한다. 이것은 정류기(104)로부터 유출될 수 있는 전류량을 제한한다. 로직 모듈(510)내에, 32 클록 사이클 동안 카운팅을 시작하는 내부 카운터(도시되지 않음)가 있고, 그러한 카운팅 후 로우-Ron PMOS(506)가 정상 동작 동안 턴온된다(EOC=1).
RFID 디바이스(100)의 이점은 다양하다.
RF 프론트 엔드와 연관된 이점은 다음과 같다:
(i) RF 프론트 엔드는, 베이스밴드 회로를 위한 메인스트림 기술과 양립할 수 있고, 단일 실리콘 칩에서 완전하게 집적된 솔루션을 제공하는, 저비용 표준 CMOS 공정을 이용하여 구현된다. 종래의 제안 해결책에서, RF 프론트 엔드는 고성능 외부 쇼츠키 다이오드로부터 구성되고 베이스밴드 회로는 CMOS 공정으로 구현된다. 쇼츠키 다이오드가 최고의 RF 성능을 제공하는 한편, 이들 디바이스는 표준 CMOS 공정에서 이용될 수 없다. 하이브리드 연구방법은, RFID 기술에 내재된 부가가치를 상쇄시키고 RFID가 대용량 집적배치되는 것을 방해하는, 벌키 구조로 인해 고비용이 되게 한다.
(ii) 외부 컴포넌트 및 연관된 어셈블리 비용을 제거함에 의해 비용 및 형태 요인이 감소된다.
(iii) 1)IC 기술이 이산 디바이스 보다 양호한 디바이스 매칭을 제공하고; 2)중요한 RF 부품의 어셈블리 오정렬을 방지하는 이유로 인해, 더욱 신뢰성있는 성능을 제공한다.
(iv) 전체 RFID 솔루션을 형성하도록 온-칩 안테나를 집적시키기 위한 잠재성이 있다.
전류 클램프 회로(502)와 연관된 이점은 다음과 같다:
(i) 전류 클램핑은 리파워링 동안 높은 서지 전류에 대한 염려없이 이들 모듈에 적절한 전력 관리가 행해질 수 있게 한다.
(ii) 부가적인 회로는 소형이고, 주로 두 개의 스위치 및 약간의 플립-플롭(현재 기술에서 디지털은 소형이다)이다.
(iii) 정상 작동 동안 어떠한 전류도 로직 블록으로부터 소모되지 않고(순수한 디지털), 그와같이 어떠한 추가의 전력낭비도 없다.
(iv) 추가의 회로는 사용되지 않고 있는 경우 전하-펌프로부터 차단된 클린 서플라이로서 작용한다.
상기와 같은 방식에서, 전력절감 동작을 수행하기 위해 상이한 동작 전압 서플라이 및 클록 주파수를 갖는 저전력, 수동 RFID 디바이스가 개시되었다. 단지 본 발명의 몇몇 실시예만이 개시되었을 지라도, 이러한 개시를 검토하면 당업자에 게는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않는 다양한 변경 및/또는 수정이 행해질 수 있음이 자명하게 된다. 예를들어, 맨체스터 디코딩 체계는 유입 데이터 듀티 사이클의 모든 범위에 적용가능하다. 또한 전류 클램핑 회로에서, 디지털 카운터 값은 그 구현에 좌우되어 가변적이다. 디지털 로직은, 지연이 스트롱 트랜지스터, 즉 로우-Ron PMOS를 턴온시키도록 달성되는 한, 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 디바이스 판독기와 통신가능한 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스에 있어서,
    RF 신호를 디바이스 판독기로부터 수신하고 디바이스 판독기로 전송하며 수신된 RF 신호로부터 데이터 및 전력을 추출하기 위한 RF 프론트 엔드,
    데이터를 RF 프론트 엔드로부터 수신하고 RF 프론트 엔드에 전송하기 위한 컨트롤러, 및
    데이터를 컨트롤러로부터 수신하고 컨트롤러에 전송하기 위한 메모리를 포함하고, 메모리는 컨트롤러에 의해 판독가능 및 기입가능하고 기입 및 판독 동작 동안 각각 제1 및 제2 전압 서플라이를 이용하여 동작가능하고, 제1 및 제2 전압 서플라이는 상이한 전압 서플라이 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서, RF 프론트 엔드는 수신된 RF 신호로부터 추출된 전력을 제1 및 제2 전압 서플라이를 공급하는 서플라이 컨버터에 전달하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서, 서플라이 컨버터는 제1 및 제2 전압을 공급하는 전하-펌프 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  4. 제3 항에 있어서, 서플라이 컨버터는 RF 프론트 엔드로부터 전하-펌프로의 전류 흐름을 제한하는 전류 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  5. 제4 항에 있어서, 전류 클램프는 메모리가 기입 및 판독 동작을 수행하지 않을 때 RF 프론트 엔드로부터 전하-펌프로의 전류 흐름을 끊도록 제어가능한 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  6. 제3 항에 있어서, 전하-펌프는 제1 및 제2 전압 서플라이를 제공하도록 제어가능한 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  7. 제1 항에 있어서, 제2 전압 서플라이의 전압 서플라이 레벨은 제1 전압 서플라이의 전압 서플라이 레벨 보다 큰 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  8. 제1 항에 있어서, 컨트롤러에 의해 판독가능 및 기입가능한 데이터를, 각각 메모리로부터 수신 및 메모리에 전송하기 위한 로직 레벨을 갖는 데이터로 변환하는 로직 트랜스레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  9. 제8 항에 있어서, 로직 트랜스레이터는 제1 및 제2 전압 서플라이를 이용하여 동작가능한 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서, RF 프론트 엔드는,
    수신된 RF 신호로부터 전력을 추출하는 정류기;
    수신된 RF 신호의 엔벌로프를 검출하는 디모듈레이터; 및
    디바이스 판독기로의 전송을 위해 수신된 RF 신호에 응답하여 컨트롤러에 의해 발생된 베이스밴드 신호를 모듈레이팅시키기 위한 모듈레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  11. 제10 항에 있어서, 정류기는 MOS 디바이스를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  12. 제1 항에 있어서, 컨트롤러는 RF 프론트 엔드로부터 수신된 데이터를 처리하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  13. 제12 항에 있어서, 컨트롤러는 RF 프론트 엔드로부터 수신된 데이터에 대해 2-스테이지 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  14. 제13 항에 있어서, 컨트롤러는 RF 프론트 엔드로부터 수신된 데이터에 대해 동기화 스테이지 및 디코딩 스테이지를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  15. 제14 항에 있어서, 컨트롤러는 순방향 연역 기술을 이용하여 디코딩 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  16. 제15 항에 있어서, 컨트롤러는 카운트를 이용하여 기준 로우-펄스 폭 및 기준 하이-펄스 폭을 식별하기 위해 펄스 폭을 측정함에 의해 동기화 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  17. 제16 항에 있어서, 컨트롤러는 현재 카운트에서 로우-펄스 폭 및 하이-펄스 폭중 하나를 식별하기 위해 펄스 폭을 측정함에 의해 디코딩 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  18. 제17 항에 있어서, 컨트롤러는 다음 카운트에서 "1" 또는 "0"을 결정하기 위해 식별된 로우-펄스 폭과 하이-펄스 폭중 하나와 기준 로우-펄스 폭과 기준 하이-펄스 폭을 비교함에 의해 디코딩 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  19. 제1 항에 있어서, 복수의 클록 주파수를 공급하기 위해 프로그램가능한 클록 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
  20. 제19 항에 있어서, 메모리는 컨트롤러에 의해 판독가능 및 기입가능하고 기입 및 판독 동작 동안 각각 복수의 클록 주파수 중 제1 및 제2 클록 주파수를 이용하여 동작가능하고, 제1 및 제2 클록 주파수는 상이한 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별 및 통신 디바이스.
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