In this thesis, a HF RFID multi-standard transceiver is proposed. Before designing the system, an analysis of RFID standards is processed. The block level system is designed and verified via test board composed of commercial components. The designed system is also tested with a commercial tag. Based on test result analysis, each block of system is then designed. For maintaining multi-standard, the transmitter is composed of ASK modulator with varied modulation indexes and power control unit which can adjust the recognition range. The receiver consists of an envelope detector, variable gain amplifier (VGA), low pass filter (LFP), and a 1-bit ADC. The designed HF RFID transceiver was fabricated using Chartered 0.18 $\mum$ CMOS process. By using commercial tag, integrated chip and evaluation board, we could operate the tag and read the unique information of the commercial tag.
Next, the measurement of designed HF RFID transceiver is reviewed. We find the points to be revised. Based on these analysis results, the transmitter is made with a partial revision and the new architecture of receiver is proposed. This revised transceiver is more efficient and smaller than the pre-designed transceiver. The transmitter part is composed of an ASK modulator, a mode selector, and a power controller, like the pre-designed transmitter. In the receiver, many of the parts are revised. This consists of a half-wave rectifier, an envelope detector using a supply-independent biasing circuit, and an adjustable Schmitt trigger.
The new designed structure will be fabricated using TSMC 0.18 $\mum$ CMOS technology.
RFID (Radio Frequency Identification)는 최근 주목 받고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅을 가능하게 하는 핵심 기술이다. 강력한 무선 주파수를 발산하는 반도체 칩에 제품의 생산/유통/가격 등 각종 정보를 저장하고 이를 무선 리더기를 통해 읽어 들이는 방식이 적용된 RFID는 바코드 등의 고전 방식에 비해 많은 양의 정보를 저장할 수 있으며 인식거리 또한 다양하고 금속을 제외한 장애물의 투과도 가능하다. 지금까지 RFID 기술은 주로 산업적인 용도로만 고려되어 왔으나 2004년 NFC(Near Field Communication) 포럼이 등장하면서 휴대폰에 RFID 기술을 적용해 일반 사용자가 편리하게 정보 서비스를 받을 수 있는 환경이 열리게 되었다. 그 중 HF 대역 RFID 관련 기술은 물류/유통 관리, 보안, 출입통제, 인물/동물 추적, 요금 징수, 위조지폐 방지 등 매우 다양한 분야에서 사용되고 있어, 이에 대한 연구가 필수적이다.
이 논문에서 제안한 CMOS기반의 두 송수신기는 HF 대역의 RFID 프로토콜에 대한 표준들을 모두 만족할 수 있게 설계되었다. 관련 표준으로는 ISO 14443A/B, ISO 18092, ISO 15693, 그리고 18000-3 등이 있다. HF대역 표준에 대한 분석에 앞서 2장에서는 RFID 관련 시스템과 표준, 그리고 기본적인 동작원리에 대해서 소개하였다. 3장에서는 HF 대역 표준에 대한 분석과 다양한 표준을 수용하기 위한 조건들에 대해서 정리하였다. 4장에서는 이 내용들을 바탕으로 다중 표준을 만족하는 송수신기를 설계하고, 제안한 송신기와 수신기에 대한 각 블록 별 회로와 측정 결과에 대해 설명하였다. 5장에서는 4장에서 설계한 송수신기를 측정한 내용을 분석하여 수정되어야 할 사항에 대해서 알아보았고, 이를 바탕으로 고성능 초집적 HF RFID 송수신기를 제안하고, 시뮬레이션을 한 결과에 대해 설명하였다.
다중 표준을 만족시키기 위해 우선 송신기는 다양한 ASK 변조 지수를 만들어낼 수 있어야 한다. HF 대역 표준들이 10%, 100%의 변조 지수를 사용하는데, 10%의 경우 태그마다 반응하는 변조 지수가 조금씩 다르기 때문에 8% ~ 30% 사이에서 선형적으로 조절할 수 있는 것이 필요하다. 4장에서 만들어진 송신기를 측정한 결과 100% ASK 변조 지수를 갖는 태그들은 동작을 시켰는데, 10% ASK 변조 지수를 갖는 태그는 출력 파워가 적어서 동작시키지 못했다. 이는 5장에서 설계된 송신기에서 수정을 하였다. 그리고 5장에서 새롭게 제안된 송수신기는 4장에서 만든 송수신기보다 100배 이상 칩 면적을 작다. 이는 회로에 캐패시터를 제거하고, 필터를 쓰지 않는 구조를 제안함으로써 가능하게 되었다. 그리고 히스테리시스를 제어할 수 있는 슈미트 트리거를 제안함으로써 다양한 표준에 태그 응답 신호를 복조할 수 있게 하였다.
