전자태그 기초회로 설계와 FUJITSU사의 연구개발 사례RFID시스템 회로설계 입문
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전자태그 기초회로 설계와 FUJITSU사의 연구개발 사례
RFID시스템 회로설계 입문
유비쿼터스(Ubiquitous)는 언제, 어디서나 네트워크에 접속되어 어떤 기기를 통해서라도 컴퓨팅을 할 수 있는 환경을 말한다.
그 동안, 정부의 e-코리아에 대한 적극적인 투자는 한국을 세계적 수준의 정보화 국가로 만들었고, IT 산업발전의 원동력이 되었다. 정부는 e-코리아를 넘어 새로운 정보화 시대를 대비하여 u-코리아를 구상하고 유비쿼터스 프로젝트를 시작하여, 다양한 유비쿼터스 사업이 정부 주도하에 추진되고 있다. 또한 여러 기업들이 차세대 핵심 사업으로 유비쿼터스 사업을 선정하고 전략적으로 육성하고 있다. 이러한 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심 기반기술 중 하나가 RFID(Radio Frequency Identification)라 불리는 비접촉 무선주파수 인식기술이며, IT 산업은 물론 국방, 조달, 건설, 교통, 의료 등 공공부분과 물류, 유통, 제조, 서비스 등 산업 전반에 걸쳐 가장 큰 영향을 미쳐, 기존의 산업 구조 및 인간의 생활 방식까지도 변화시킬 수 있는 중요한 산업으로 인식되고 있다. PC 진화의 견인차 역할을 한 것이 CPU였던 것처럼 유비쿼터스의 견인차는 RFID인 것이다.
RFID는 무선통신방식으로 데이터를 자동으로 인식/처리하는 시스템이다. 흔히 유사 기술인 바코드를 대체하는 기술로 인식되고 있지만 RFID만의 장점과 무궁한 응용 가능성을 감안할 때 RFID는 새로운 생활 방식을 여는 Disruptive Technology로서, 1985년 무렵에 등장했지만 주목을 받지 못하다가 2000년부터 ISO에서 표준화가 추진되기 시작하며 2003년 CEBIT에서 주목을 받기 시작하면서 짧은 기간에 급속히 확대되고 있다.
RFID 시스템은 무선 트랜시버와 안테나로 구성된 리더(Reader/Writer)와, IC칩과 안테나로 구성된 태그(Transponder)가 핵심이며, 태그에 고유한 정보를 내장하여 사람이나 사물, 동물에 부착하고 리더에 의해 이 정보를 읽고 처리하는 것이다. 이렇게 리더를 통해 읽은 정보는 네트워크, WiFi, 인공위성, 이동통신망 등과 연계하여 정보시스템으로 구성되어 사용된다. 이것이 유비쿼터스의 핵심이다.
현재, 대부분의 전문서나 문헌에서는 RFID 시스템의 활용면에 주안점을 두고 있지만, 본서는 RFID 시스템 회로 설계자와, 입문하려는 초급 엔지니어를 대상으로, 무선통신기기 설계와 RFID의 핵심기술인 초소형 안테나 설계 등, 고주파회로 설계를 RFID 시스템에 초점을 두고, 앰프렛사의 시제품을 예로 들어 해설해 나가고 있다.
특히, RFID 시스템의 고유의 특징인, 리더로부터의 질문에 대하여, 모든 사물에 정보가 기입된 초소형 RFID 칩이 부착되어 있는 태그는 그 정보를 반송함으로써 사물로부터 정보를 얻는 방법, 유비쿼터스 무선통신의 지근거리 통신을 위한 태그에는 소형 안테나 기술과 효율이 좋은 고주파회로 기술, 초소형이므로 전지 탑재 불가능으로 리더로부터 송신되는 전파를 이용하여 전원을 재생하는 기술 등, 초소형 RFID 칩 특유의 기술 과제, 그리고 리더와 태그가 좋은 효율로 통신을 하기 위한 쌍방의 안테나 설계 기술 등을 실제로 시험제작한 제품을 소개하면서 설계의 기본을 해설한다.
주요 내용
제1부: RFID 시스템 설계 입문
제1장: 유비쿼터스의 기초지식
■ 유비쿼터스를 이해하기 위한 기본 개념
■ 유비쿼터스를 실현하기 위한 관련 기술(네트워크 기술, 보안과 인증기술, 소프트웨어 어플리케이션 기술, 디바이스 기술)
■ 전파의 개념과 주파수 호칭
제2장: 고주파의 용어 해설과 기본지식
■ 데시벨(dB)의 정의와 이론 정리
■ 임피던스의 정의와 이론 정리
■ 스미스차트(Smith Chart), S 파라미터
제3장: 임피던스 정합회로의 설계
■ 집중정수회로에 의한 임피던스 정합(임피던스 정합이란, 저항성분의 임피던스 정합, 리액턴스 성분의 임피던스 정합)
■ 공식으로 정리한 임피던스 정합회로 설계
■ 스미스차트를 이용한 임피던스 정합회로 설계
■ 분포정수회로에 의한 임피던스 정합
■ 스타브 회로의 구성(오픈 스타브(open stub) 회로, 쇼트 스타브(short stub) 회로, 1/4 파장 스타브 회로
■ 저항성분의 임피던스 정합
제4장: RFID 시스템의 무선통신회로
■ 서큘레이터(circulator), 고주파 스위치(PIN 다이오드에 의한 스위치, FET 스위치)
■ 고주파 발진회로, 주파수 변환회로, 감쇠기(attenuator)
■ 전력합성과 분배회로(저항 전력합성과 분배회로, 윌킹슨형 전력합성과 분배회로, 브랜치드 하이브리드 전력합성과 분배회로, LC에 의한 전력합성과 분배회로, Q 매치섹션 전력합성과 분배회로, 커플러 회로)
■ 정전파괴 보호회로의 사례
제5장: RFID 시스템의 안테나 설계
■ RFID 시스템에 있어서 안테나의 고찰, 안테나의 형상에 의한 분류, 안테나의 편파에 의한 분류(태그의 안테나 편파면을 정할 수 있는 경우, 태그의 안테나 편파면을 정할 수 없는 경우, 멀티패스파의 영향을 억압하려는 경우)
■ 유비쿼터스 구상의 소형 안테나(소형 안테나에 관한 문제점, 소형 안테나의 이득, 안테나의 절대이득과 빔 폭의 관계, 실용 안테나의 전기길이와 이득의 관계)
■ 안테나를 연결하는 급전선의 종류와 구조(평행선로, 동축선로, 스트립 선로, 도파관)
■ 안테나의 설계(안테나의 임피던스 정합, 전압 정재파비(VSWR)와 반사손실(Return loss))
■ 패치 안테나의 기본 설계
□ 패치 안테나의 소형화, 고유전율 기판의 사용에 의한 소형화, 한쪽 단락형 패치 안테나에 의한 소형화
□ 패치 안테나의 주파수대역
□ 패치 안테나의 임피던스 정합법(배면 급전방식에 의한 임피던스 정합법, Q 매치섹션 급전방식에 의한 임피던스 정합법
□ 원편파 패치 안테나
■ 금후의 안테나 기술 94
제6장: RFID 시스템의 증폭기 설계
■ OP앰프에 의한 저주파 증폭기의 설계
■ 고주파 증폭기의 설계(모놀리딕 마이크로파 IC)
■ 트랜지스터에 의한 고주파 증폭기의 설계(트랜지스터의 선택, 트랜지스터의 기본적인 2가지 성질, 콘덴서 값의 결정, 바이어스 저항치의 결정, 입출력의 임피던스 정합 설계, 입력 임피던스 정합회로, 출력 임피던스 정합회로
제7장: 필터의 종류와 설계
■ 저주파 액티브 필터의 설계(로우패스 필터(Low-pass filter), 하이패스 필터(High-pass filter), 밴드패스 필터(Band-pass filter), 밴드 엘리미네이트 필터(band eliminate filter), 올패스 필터(All-pass filter)
■ 저주파 패시브 필터의 설계(로우패스 필터의 정수 설정, 하이패스 필터의 정수 설정)
■ 고주파 필터에 대하여
제8장: 변복조와 정보의 전송방식
■ 아날로그 변조와 디지털 변조
■ 디지털 변조방식의 종류와 해설(ASK(Amplitude Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying), MSK(Minimum Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying), UWB에 사용되는 변조방식), 다치 변조방식
■ 통신방식과 다중화 방식(단신통신과 복신통신)
■ 다중화 방식(공간분할 다중화 방식, 편파면 분할 다중화 방식, 주파수 분할 다중화 방식, 시분할 다중화 방식, 부호분할 다중화 방식(직접 확산 방식, 주파수 호핑 방식, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식)
제9장: 무선 주파수 인식(RFID) 시스템의 설계
■ 유비쿼터스의 산물 초소형 RFID 칩이란, RFID 시스템의 회선 설계
■ RFID의 요소 기술(전원 재생회로(렉테나: Rectenna), RFID 태그(Transponder)의 변조방식, 태그 내부의 메모리, 리더(Reader/Writer)의 변조방식)
■ 안테나의 설계 사상(외부 안테나 부착의 RFID, IC칩에 구성한 안테나)
■ 저가격의 리더(스캐너), 소프트웨어 무선을 의식한 리더/라이터의 고주파 회로
■ 안티콜리전(anti-collision: 충돌 방지), RFID 시스템의 공존, RFID 칩 내부의 클록 발진회로
제10장: RFID의 금후 동향과 문제점
■ 과대 평가되고 있는 RFID, RFID 도입에 따른 프라이버시 문제, 인체에 대한 영향, 가격적인 문제점, 환경문제와 리사이클
■ 기대되는 UHF대 RFID, 차세대의 RFID 시스템
■ 안티콜리전(anti-collision) 기능의 강화(비트 콜리전 방식, 슬롯 마커 방식, 타임 슬롯 방식, 마젤란 방식, 편파면 분할 다중화 방식, 직접확산 CDMA 방식)
■ 멀티프로토콜, 멀티주파수 RFID 시스템용 리더와 RFID 칩, 광대역 안테나
제2부: FUJITSU사의 연구개발 최전선
제1장: 유비쿼터스 기술의 전개와 금후의 동향
■ 유비쿼터스화의 의미
■ 유비쿼터스 기술과 그 효과(현실세계의 움직임을 검지하는 기술, 현실세계에 정보를 표현하는 기술, 현장의 정보환경을 통합하여 정보세계와 현실세계를 중개하는 기술, 유비쿼터스 정보를 처리하는 정보세계의 신기술)
■ 향후 유비쿼터스 사회의 발전
제2장: RFID 태그와 스마트카드용 LSI칩 기술동향
■ FRAM의 동작원리와 특징(FRAM의 동작원리, FRAM과 다른 비휘발성 메모리의 비교)
■ RFID 태그용 LSI(RFID의 무선 인터페이스, 안티콜리전(Anti-collision), RFID 태그용 LSI)
■ 스마트카드용 LSI(스마트카드의 분류와 용도, 스마트카드의 요소 기술, 스마트카드에 대한 연구)
제3장: 후지쯔의 RFID 미들웨어 RFIDCONNECT
■ 미들웨어 RFIDCONNECT의 개발 배경과 특징
■ 미들웨어 RFIDCONNECT의 기능(IC 태그의 가상화, 디바이스의 가상화, 유연한 디바이스 제어 기능, RFIDCONNECT의 데이터 암호화 기능, 필터링 기능, 세션 관리, 유틸리티 기능 소개)
■ RFID 네트워크 기반에 대한 대응
제4장: 후지쯔의 다용도 유선센서 네트워크 S-wire
■ 센서 네트워크의 개념과 요건(실용화를 위한 문제점, 실용화를 위한 요건), 후지쯔사의 센서 네트워크 개요
■ 유선식 센서 네트워크 모델(경로 검색, 센서 정보의 전송 방법, 네트워크의 전원용량 산출, 노드의 관리)
■ S-wire의 실장과 검증, S-wire의 어플리케이션
제5장: 유비쿼터스 지원의 RFID 태그 관련기기
■ 실용화하기 위한 요건(RFID 태그에 요구되는 요건, 리더 라이터에 요구되는 요건)
■ UHF대 RFID 태그의 소개(RFID 태그 칩, RFID 태그)
■ UHF대 RFID 태그용의 각종 기기(장거리 통신이 가능한 리더 라이터, 게이트 안테나, CF 리더 라이터, 라벨 프린터, 재기입이 가능한 시트 프린터)
■ RFID 태그 관계 기기의 시스템 적용 사례(린네르, 물류, 자산관리)
■ 금후의 과제(코스트, 메모리 용량, RFID 태그의 최적화)
제6장: RFID 시스템의 고속처리 기술
■ RFID 시스템의 고속처리 개요
■ RFID 시스템 및 태그 LSI 기술 동향(RFID 시스템의 개요, RFID의 기술 동향과 후지쯔사의 RFID 태그 LSI 개발, 고속 라이트 FRAM 탑재 RFID 태그 LS)
■ RFID 시스템의 고속처리 기술(통신속도의 고속화, 정보처리 시간의 단축, 고속의 안티콜리전(anti-collision) 방식의 적용, 판독 환경의 개선)
관련 자료 목록 발간예정 관련 자료 국제테크노정보연구소 기술자료 출판부
