RFID는 어떻게 동작할까?

RFID의 응용과 Reader와 tag의 신호를 주고받는 간단한 원리는 고등학교 과학지식 정도면 알 수 있습니다.

하지만 실제 내부적으로는 어떻게 동작할 까요?

응용분야나 관련 전자기적 특성에 대한 설명은 널리고 널렸으니 해당 포스팅에서는 빼도록 하겠습니다.

가장 기본적인 원리로는

Read기가 지속적으로 신호를 방출하면 근처의 RFID tag가 부착된 물건이 feedback signal을 보내게 됩니다.

 

이는 바코드와 원리가 흡사합니다만 바코드는 스캐너가 바코드와 라인을 맞춰야하기 때문에 불편한 점이 있습니다.

그런의미에서 signal을 수신하는 범위내에만 있다면 신호를 주고 받을 수 있으므로 좀 더 개선된 기술이라 할 수 있겠죠

 

그렇다면 RFID system은 실제로 어떻게 구성되는지 알아봅시다

 

reader와 RFID tag의 내부구성을 살펴보기에 앞서 tag의 종류를 알아봅시다

구별은 크게 어렵지 않습니다.

Active tag

-즉 내부에 자체전원을 가지고 있어서 내부회로구동과 feedback signal을 보내는 파워모두 스스로 충당할 수 있는 tag입니다.

 

Passive tag

-반대로 자체전원이 없습니다. Reader 신호에 내부회로구동과 feedback signal에 필요한 전원공급을 의존하고 있습니다.

-대신 가격이 싸서 많이 사용합니다. 뒤에 더 자세히 후술하겠습니다.

 

Semi active tag

-반반으로 내부회로는 자체적으로 구동하지만 feedback신호는 Reader 신호에 의존합니다.

 

흔히 볼수있는 RFID의 Reader들의 내부구조는 위와 같습니다.

크게 세가지 component로 나뉘는데요

Receiver/ Signal generator

-tag로 부터 들어오는 신호를 받아들입니다.

 

MCU

-tag로 부터 Antenna로 들어온 feedback 신호를 처리합니다.

-MCU가 아닌 컴퓨터로 처리되기도합니다.

 

RF signal generator

-RFID tag 로 신호를 보내는 단입니다.

 

RFID Reader의 경우 보내는 신호는 (passive)tag에 있어서 3가지 기능을 하게 됩니다.

1.tag에 파워를 유도한다.

2.tag의 controller가 동작할 clock을 동기화 시킨다.

3.tag로부터의 feedback signal의 carrier 역할을 한다.

보통 passive tag를 많이 사용하며 RFID tag의 내부모습은 다음과 같습니다.

 

Transponder

-Reader로 부터 Antenna로 신호를 받아들이고 feedback signal를 보내는 component입니다.

 

Rectifier Circuit

-Reader로 부터 들어온 신호의 Power를 Rectifier Circuit을 통해 condercer에 저장하게 됩니다. 이 에너지를 바탕으로 tag부의 contorller, memory까지 구동시키게 됩니다.

 

이제 간단한 내부회로의 block diagram을 확인했으니 RFID 동작방식을 알아보겠습니다.

Frequency에 따라 크게 세가지로 나뉘는데요

 

Low Frequency

-125khz~134kHz

-동작범위는 10cm까지

 

High Frequency

-13.56Mhz

-동작범위는 1m까지

 

Ultra HIgh Frequency

-860Mhz~960MHz

-동작범위는 10m~15m까지

 

 

Low Frequency, High Frequency시 Inductive Coupling(Near Field Coupling)으로 RFID가 구동하고

Ultra High Frequency일 경우 Electromagnetic Coupking(Far Field Coupling)으로 구동하게 됩니다.

(coupling 에 대한 내용은 해당링크를 참고 http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/coupler.php3)

 

Inductive Coupling을 하는 Passive RFID의 모습입니다.

특징은 거리가 매우가까우며 이에따라 Inductive coupling이 일어나게 되는데

이때 RFID tag단의 코일에 Reader가 보낸 주파수의 신호가 유도되게 됩니다.

 

이때 발생하는 전압은 평활을 시켜 직류전원으로 만들기 위해

Rectifier에 들어가고 이 때 만들어진 직류전원은 Contoroller나 memory로 들어가게 됩니다.

 

또한 유도되는 신호는 특정한 주파수는데

Controller의 Clock신호로도 들어가게 됩니다.

 

그럼 대체 tag는 어떻게 신호를 Reader로 보낼까요?

바로 Load단의 Load modulation을 통해서 신호를 보내게 됩니다.

 

앞서 Reader에서 송출하는 신호의 역할 중 feedback signal의 carrier역할을 한다고 했습니다.

 

즉 이 carrier신호를 와 memory에 저장된 정보를 바탕으로 Controller가 Load의 스위치를 켜고 끄는 식으로 modulation을 진행하게 됩니다. 이에 따라 전류가 흐르게 되고 tag단의 코일을 통해 Reader단의 코일로 신호를 전달하게 됩니다.

 

다음은 Ultra High Frequency에서의 RFID동작방식을 알아봅시다

보다시피 Reader와 Tag간의 거리가 수 미터로 떨어져 있는데요

이 거리를 극복하기 위해서 Reader는 우선 강한 신호를 보내줍니다.

그럼 이에 Tag의 코일이 반응해서 back scattered signal을 보내게 되는데요

이 back scattered signal을 Load에 따라 신호의 크기가 달라집니다. 적절한 Load를 설정하게 되면 강해지고 아니면 약해지는 특징이 있습니다.

이 Load의 설정은 memory 정보에 따라 controller가 담당하게 되고 결과적으로 back scattered 신호는 Reader에 신호를 전송하게 됩니다.

이런 전송방식을 backscatter Modulation이라고 합니다.

 

block diagram을 더 깊게 어떻게 회로적으로 구성하는지는 저도 앞으로 좀더 배우면서 추가하도록 하겠습니다.

 

출처:

문제시 삭제 및 비공개 처리 하겠습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=Ukfpq71BoMo