RFID(Radio Frequency IDentification) is a short-ranged communication technology that exchange data between a reader and a tag attached to an object. It is used in authorization ID card, transportation card and management of books. And recently, its usage expands to payment by mobile phone, asset management, retail sales, product tracking and so on. With the recent increase of demand of RFID technology, there is a greater need to reduce the cost and size of RFID circuitry. The CMOS process is a one of the most promising solution for that need due to its low cost and scalability. However, a power amplifier is hard to be integrated in CMOS process because of its low power, low efficiency and high harmonics.
Otherwise, in recent researches, the possibility of CMOS power amplifier has been successfully demonstrated. Especially, the switching power amplifier shows high efficiency comparable with GaAs-based power amplifiers. Also, there has been some researches of polar transmitter using switching power amplifier with high efficiency. But, many of them suffers from poor linearity.
In this paper, multiple mode CMOS power amplifier for mobile RFID reader application is designed. The presented power amplifier can support all modulation schemes of RFID system, DSB-ASK, SSB-ASK and PR-ASK with multiple mode - linear mode and polar mode controlled by the feedback resistance of the driver stage. In linear mode, the power amplifier shows linear operation with relatively low efficiency with more feedback than polar mode. Otherwise in polar mode, the power amplifier operates more power-efficiently than linear mode with less feedback. Modulated RF signal is applied to the input port of power amplifier in linear mode. In polar mode, CW signal is applied to the input while pulse-shaped envelop signal is applied to the gate of Common Gate amplifier of power stage.
The presented power amplifier is fabricated on 0.18㎛ RF CMOS process with off-chip LC balun matching. It shows 23.02dBm modulated output power with PAE of 22.78% in linear mode and 23.01dBm modulated output power with PAE of 36.28% in polar mode at the center frequency of 860MHz. Also, both of the operation satisfies EPC global class -1 gen-2 transmit mask regulation. The designed power amplifier shows successful multiple operation with the control of driver feedback resistance.
RFID(Radio Frequency IDentification) 기술은 다양한 위치에 설치된 태그 및 센서노드를 통하여 사람/사물 및 환경 정보를 인식하고, 인식된 정보를 통합·가공하여 활용할 수 있는 H/W, S/W 및 서비스를 포괄하는 종합 기술이다. 이러한 RFID 기술은 기존의 바코드보다 고속으로 대용량의 데이터를 처리할 수 있으며, 바코드와 달리 태그가 시각적으로 직접 노출되지 않아도 통신이 가능하다는 점에서 그 활용 범위가 점차 넓어지고 있다. 기존에는 교통카드, 출입통제 ID 카드, 도서관 장서관리 등에 주로 사용되었으며, 근래에는 모바일 결제, 차량·선박 위치 추적, 보안, 안전, 환경관리 등에도 도입되고 있다. 이러한 RFID 기술의 발전으로 인한 수요의 증가로 RFID 칩, 태그 및 라벨기, 안테나, 리더 및 컨트롤러 제작에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서 낮은 생산 비용과 지속적인 소형화라는 장점으로 인해 CMOS 공정을 이용한 칩 집적화에 대한 노력이 지속적으로 이루어지고 있다. CMOS 수신단의 집적화에 대한 많은 연구가 성공적으로 이루어진데 반해 CMOS 송신단의 완전한 집적화는 상대적으로 그 결과가 미비한데, 이는 송신단에서 높은 출력을 내는 CMOS 전력 증폭기가 집적화를 어렵게 하기 때문이다. 현재 많은 송신단은 화합물 반도체를 이용한 전력 증폭기를 사용하고 있는데 이는 CMOS 전력 증폭기는 화합물 반도체를 이용한 전력 증폭기에 비해 작은 출력, 낮은 효율 그리고 높은 harmonics를 가지고 있다. 이에, CMOS 기술을 이용한 전력 증폭기의 성공적인 구현의 중요성이 대두되고 있다. 이 논문에서는 이동형 RFID 리더를 위한 다중모드 CMOS 전력 증폭기의 설계 기법과 이론적 배경, 연구 동기와 함께 실제 제작된 칩을 바탕으로 한 측정 결과를 목차의 순서와 같이 기술할 것이다.
