A 13.56 MHz transceiver SoC supporting multi-standard RFID was proposed in this paper. Based on standard analysis, we obtained design requirements and specifications. Considering these matters, a multi-standard 13.56 MHz RFID transceiver SoC was designed. For supporting multi-standard, two structures are adopted in transmitter: ASK modulator with various modulation indexes and power control circuit which can control the recognition range between the reader and the tag.
In receiver part, each component has to achieve uniformed signal process technique regardless of outside surroundings. To do this, DC voltage of the response signal is removed internally generated DC voltage is added
Next, parameters of each component - for example, RC constant for envelope detector, gain of amplifier, cutoff frequency of the filter - are determined to support multi-standards. Control bits from digital part are added to change characteristics of the receiver part.
Finally, the comparator with hysteresis and controllable reference voltage is designed to tune the duty cycle of receiver output pulse for proper decoding in digital baseband.
Designed structure was fabricated using Chartered 0.18 $\mum$ CMOS technology. Using commercial tag and evaluation board, we can activate the tag and read the unique information of the commercial tag.
RFID (Radio Frequency Identification)는 무선(RF) 주파수와 전자 칩을 이용하여 대상물을 인식하고 획득하는 무선 인식 시스템으로서 비 접촉 기술 중 하나이다. RFID 시장은 USN(ubiquitous sensor network)으로의 발전 과정이며 유비쿼터스 산업의 요소가 될 것이기 때문에 향후 국내외 시장 규모가 지속적으로 증가될 것이며 사회 전체의 IT화, 자동화를 추진할 기술로 주목 받고 있다. 특히 앞으로 소형화가 될 RFID단말기를 제작하기 위해서는 다양한 표준을 만족하면서 다양한 기능을 하나의 칩 안에서 구현할 수 있는 transceiver SoC에 대한 연구가 필수적이다.
이 논문에서 제안한 transceiver SoC는 13.56 MHz RFID protocol 표준들을 모두 만족할 수 있도록 설계되었다. 가장 많이 사용하는 표준은 모두 4가지로 ISO 14443A/B, ISO 15693,18000-3 등이다. 표준 분석에 앞서 2장에서는 수동형 RFID system구조의 모델링을 통한 각 부분의 역할과 이들의 동작원리에 대해서 알아보았다. 3장에서는 표준 분석을 통해 다양한 표준을 만족하기 위해 필요한 조건들에 대해서 살펴보았고 이를 구현하기 위한 방법들을 소개하였다. 4장에서는 이러한 필요조건들을 감안하여 실제로 설계된 transceiver SoC의 transmitter와 receiver 각 블록의 회로 구조를 제안하였다.
다양한 표준을 만족시키기 위해서는 우선 transmitter에서 ASK 변조 지수를 다양하게 만들어낼 수 있어야 한다. 각 표준마다 10％ 또는 100％ 변주 지수를 요구하고 있기 때문에 하나의 회로에서 다양한 변조 지수를 구현해야 한다. 이를 위해 믹서구조의 ASK modulator에 추가적인 작은 크기의 트랜지스터를 사용함으로써 'Low' 상태일 때의 출력 전류크기를 조절하여 이에 따른 출력 전압의 크기도 바뀔 수 있게 설계하였다.
또한 각 표준에 따른 서로 다른 인식거리를 모두 수용하기 위해 transmitter의 파워의 크기를 조절하는 회로를 추가하였다. 트랜지스터를 저항으로 사용함으로써 전압 분배기 역할의 회로를 설계하였다.
그리고 리시버 쪽에서도 다양한 크기로 들어오는 태그의 응답 신호를 모두 수용하기 위해 각 블록의 특성을 디지털 비트로 조절할 수 있도록 설계되었다.
제작된 칩을 상용태그와 데모 보드를 이용하여 14443A 통신 실험을 한 결과, 실제 시중에서 사용하는 태그를 활성화시켰을 뿐만 아니라 그 태그가 전송한 응답 신호를 리시버에서 받고 또 베이스밴드에서 디코딩을 통해 태그의 고유 정보를 확인할 수 있었다.
