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대관 궉
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90년대무선기술의발전과함께저가격, 고기능의카드, 레이블, 코인등의다양한형태의태그가개발되었고, 2000년대무선인식기술의중요성이부각되면서다양한솔루션이개발되고전자화폐, 물류관리, 보안시스템등의핵심기술로발전되고있으며국방, 의료, 유통, 건설, 보안, 제조, 서비스, 행정등다양한분야로적용이가능하다.

1 특 집 RFID Tag 기술 손명식 ᆞ 조병록 1. 서론 RFID(radio frequency identification) 시스템이란마이크로칩을내장한태그 (tag) 에저장된데이터를무선주파수를이용하여리더 (reader) 에서자동인식처리하는기술이다. 비접촉식으로여러개의태그를동시에인식할수있고, 인식시간이짧고, 태그에대용량의데이터를저장할수있으며, 반영구적사용이가능한장점이있다. 그래서 RFID 는기존의바코드나자기인식장치의단점을보완하고사용의편리성을향상시켜줄차세대의핵심기술이다. 90년대무선기술의발전과함께저가격, 고기능의카드, 레이블, 코인등의다양한형태의태그가개발되었고, 2000년대무선인식기술의중요성이부각되면서다양한솔루션이개발되고전자화폐, 물류관리, 보안시스템등의핵심기술로발전되고있으며국방, 의료, 유통, 건설, 보안, 제조, 서비스, 행정등다양한분야로적용이가능하다. 이러한 RFID 태그는궁극적으로모든사물에 ID를부여하게되어사물의자동인식이가능해지며이들간의상호통신네트워크가형성됨으로써 USN(ubiquitous sensor network) 형태로발전해가고있다. 현재개발이고조되고있는 USN 환경뿐만아니라 RFID 시스템의핵심요소기술인 RFID 태그는전자기술이집적된핵심부품이다. 종래에는태그를구현하기위하여 125 KHz, MHz 대역용저주파칩 (chip) 에 GaAs 쇼트키 (schottky) 다이오드 (diode) 나 PIN 다이오드를안테나부하전환스위치로사용하였으나최근에는실리콘기반의 CMOS 를사용한원칩 (one chip) 이개발되었으며그기술이점차칩리스 (chipless) 태그형태로발전해가고있다. 또한그종류도다양해져근거리저주파용, UHF용, 원거리초고주파대역태그용으로모드, 유형 (type), 클래스 (class) 별다양한규격의칩개발이진행되고있다. UHF 및초고주파대역용태그는인식거리가긴 RFID 시스템수요측면에서국제표준화과정에서가장관심있게고려되고있으며, RF 요구사항이표준확정단계에있어인식거리관점에서최근가장유망한품목으로주목을끌고있다. RFID 태그는배터리의사용여부와동작방식에따라능동형 (active), 수 손명식 현재 조병록 현재 중앙대학교전자공학과 ( 학사 ) 중앙대학교전자공학과 ( 석사 ) 중앙대학교전자공학과 ( 박사 ) 세명대학교강의교수 동국대학교밀리미터파신기술연구센터연구교수순천대학교정보통신공학부전자공학과조교수 성균관대학교전자공학과 ( 학사 ) 성균관대학교전자공학과 ( 석사 ) 성균관대학교전자공학과 ( 박사 ) ( 주 ) 삼성전자연구원 ETRI 초빙연구원 UC, Davis 미국방문연구교수순천대학교정보통신공학부전자공학과교수 Technology of RFID Tag 순천대학교정보통신공학부전자공학과 (Myung-Sik Son, Byung-Lok Cho, Department of Electronic Engineering, School of Computer &Communication Engineering, Sunchon National University, 315 Maegok, Sunchon, Jeonnam , Korea) sonms@sunchon.ac.kr 4 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

RFID 태그기술 RFID 시스템은관리할사물에태그를부착하고전파를이용하여사물의 ID 정보및주변환경정보를인식하여각사물의정보를수집, 저장, 가공및추적함으로써사물에대한측위, 원격처리, 관리및사물간정보교환등다양한서비스를제공하는시스템을말한다.

2 동형 (passive) 태그로나뉘며, 리더의 RF 프론트 -엔 (front-end) 설계구조에따라각회사마다전송방식을달리하여태그의변조방식이바뀐다. 본기고에서는 RFID 태그기술을이해하기위하여 RFID 시스템을간략히설명하고, 핵심요소기술인 RFID 태그개요및분류, 태그회로구성, 태그의기본동작방법, 능동형및수동형 RFID 태그기술그리고 RFID 태그칩구조및칩리스태그기술에대하여개괄적인내용을설명한다. 2. RFID 태그기술 RFID 시스템은관리할사물에태그를부착하고전파를이용하여사물의 ID 정보및주변환경정보를인식하여각사물의정보를수집, 저장, 가공및추적함으로써사물에대한측위, 원격처리, 관리및사물간정보교환등다양한서비스를제공하는시스템을말한다. 그림 1에서나타낸바와같이 RFID 시스템은태그, 리더, 서버 ( 미들웨어및응용서비스플랫폼 ) 로구성되고, 유무선통신망과연동되어사용된다. 태그는객체상에위치하여객체를인식할수있는정보를가지고있으며, 리더는정보를수집, 처리하며송신및수신기능을가진다. 서버는리더에서수신된객체의정보를활용하여응용처리를수행한다. 기본적인동작원리는 RFID 태그의안테나와리더의안테나가전파를이용, 데이터를주고받는통신을수행하는것이며, RFID 태그안에내장된안테나가리더로부터전파를수신한다. RFID 태그안에내장된 IC 칩이기동하여칩안의정보를신호화하여태그의안테나로신호를발신하며, 리더는태그로부터발신된정보신호를안테나를통하여수신하여유무선통신방식에의해서버로전달한다. 리더는주어진주파수대역에맞게 RF 캐리어신호 와에너지를 RFID 태그에송신하고, 태그는 RF 신호가들어오면위상이나진폭등을변조 (modulation) 하여태그에저장된데이터를리더로되돌려준다. 되돌려받은변조신호는리더에서복조 (demodulation) 하여태그정보가해독하는것으로동작하게된다. 2.1 RFID 태그 RFID 시스템의요소기술영역으로서의핵심소자인 RFID 태그 ( 그림 2) 는 IC 칩, 안테나및패키징으로구성되고, 칩에는사물의식별코드나정보를저장하며, 리더의요청에의해또는상황에따라스스로외부에자신의정보를전송및수신하기위한안테나를보유한다. 패키징은적용분야에따라다양한형태및재질로만들어진다. 5센트이하의저가격, 초소형, 고기능의 RFID 태그구현을위해서는칩, 안테나및패키징등의가격이전반적으로내려가야하는데, 현재칩의가격이태그가격의약 40% 를차지하고있으며, 5센트이하태그실현을위해서칩을소형화하고패키징가격을줄이는새로운기술개발이필요하다. 1 현재는플립칩 (flip chip) 기술이사용되고있으나, 칩크기가 1 mm 보다작아짐에따라칩의소형화동시에적합한패키징기술이개발되어야한다. 태그가격을 50센트에서 5센트로줄이는단계에서는칩과패키지가격을 1/10 이하로줄이기위한기술과안테나및칩과안테타접합비용을최소화할수있는새로운기술이필요하다. 초저가형태그구현을위해서 1센트이하의단순기능칩, 초저가칩리스기술로발전될전망이다. 칩의소형화는반도체기술의발전에따라실현되고있으며, 궁극적으로초소형태그를실현하기위해서는안테나를웨이퍼상에직접구현하는 안테나온칩 (antenna on chip) 기술이요구되며, 안테나온-칩화에따른짧은인식거리를늘릴필요가대두된다. 2 RFID 태그용안테나는전기적요구성능뿐만아니라칩및패키징과결합이용이하고, 태그가부착되는물질및사용되는환경에영향을받지않아야한다 MHz 대역에서는부하 그림 1. RFID 시스템. 그림 2. RFID Tag. 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 5

3 변조기능을할수있도록칩의제어에따라임피던스를변경할수있는구조와 900 MHz 대역의수동형에서는전력변환효율을높일수있도록칩의입력임피던스와정합기술이필요하다. 태그의글로벌사용을위한 MHz 대역에서동작하는소형의광대역안테나가요구되며, 제작비용을줄이기위한단일층구조와소형으로 100 MHz 대역폭을만족시키는새로운안테나기술개발이필요하다. 현재다이폴안테나가주로사용되고있으나, 소형화를위해프랙털 (fractal) 및미앤더라인 (meander line) 안테나기술이개발되고있다. 안테나제작은현재의에칭공정을사용하지않고직접프린팅하는공정을사용하는기술이필요하다. RFID 기반의칩의가격, 크기, 성능등태그기술의발전에따라시장에서의적용이확산되면서태그, 리더, 네트워크연동및서비스분야별로단계적인발전이예상된다. 태그가소형화ᆞ지능화되는데비하여가격은수센트로저가화가실현되면서물류유통분야및환경, 재해예방, 의료관리, 식품관리등실생활에서활용이확대될것이다. 현재읽기전용칩가격은 5 20센트이며태그가격은약 10 50센트이다. 하지만태그가격은수년이내 5센트이하로하락할전망이며, 1센트이하로칩을구현하기위해서는칩리스 (chipless) 기술이불가피하며, 2007 년부터는칩리스태그의시장점유율이 10% 로높아질전망이다. 태그기술은현재의고정된개체인식코드획득수준에서 2007 년경다기능태그에의한상황인식처리수준으로진화하여, 2010년이후에는객체간통신기능을갖춘지능형 u센서네트워크로발전할전망이다 RFID 태그구분및주파수특성 RFID 태그는전원공급의유무에따라전원을필요로하는능동형과내부나외부로부터직접적인전원의 공급없이리더기의전자기장에의해작동되는수동형으로구분된다. 능동형은리더의필요전력을줄이고리더와의인식거리를멀리할수있는장점이있으나, 전원공급장치를필요로하기때문에작동시간의제한을받으며수동형에비해고가인단점이있다. 반면, 수동형은능동형에비해매우가볍고가격도저렴하면서반영구적으로사용이가능하지만, 인식거리가짧고리더에서더많은전력을소모한다는단점이있다. 최근 EPCglobal 에서 RFID 의다양한특징및용도를기준으로 RFID 를 Class 0, Class 1, Class 2, Class 3, Class 4, Class 5로구분하여각각의특성을밝히고있다 ( 표 1). 이에따르면 RFID 는태그의가격및성능에있어매우다양한특성을가지고있으며이에따라다양한분야에서적용가능할것으로보인다. RFID를표 2에정리한바와같이유사매체와비교해보면매체간특징을확연히알수있게된다. 현재사용중인인식매체별인식기술을비교해보면인식방법에서 RFID 비접촉식으로바코드에비해인식속도가빠른특징을가지고있다. 바코드의인식거리는최대 50 cm 인데비해 RFID 는최대 27 m까지확장이가능하며, 금속을제외한장애물의투과도가능하다. 인식률에있어서도자기카드나 IC 카드와마찬가지로 99.9% 이상으로높으며사용기간및데이터저장능력또한여타매체에비해탁월한특성을가지고있다. RFID 태그의가격이타인식매체에비해고가이기때문에빠른실용화를위해서는가격의인하가동반되어야한다. 또한 RFID 는무선자원을사용하기때문에주파수배분의문제도간과할수없다. RFID 의주수요처가될물류부문에있어서원활한유통을위해서세계적으로동일한주파수및기술표준을이용하는것이바람직하며해외의 RFID 관련동향을파악하는것또한중요 표 1. EPCglobal 의 RFI 태그구분 개요 Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Class 5 제조사입력 / 읽기전용 사용자입력 / 읽기전용 읽기쓰기기능 / 수동형 반수동형 / 읽기쓰기기능 능동형 / 읽기쓰기기능 능동 / 독립형 / 읽기쓰기기능 능동형 / 수동형 수동형 반수동형 능동형 읽기 / 쓰기 읽기전용 읽기쓰기기능 전송성공률 낮다 높다 베터리 없음 리튬 / 마그네슘전지 전원확장성용이 수명 길다 짧다 길다 도달거리 짧다 길다 중간 길다 무선망네트워크 기능없음 네트워크구성가능 6 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

4 표 2. 매체별인식기술비교 바코드 자기카드 IC 카드 RFID 인식방법 비접촉식 접촉식 비접촉식 인식거리 50 cm 리더기에삽입 27m 인식속도 4초 4초 1초 초 인식률 95% 이하 99.9% 이상 투과률 불가능 가능 ( 금속제외 ) 사용기간 - 1만번이내 (4년 ) 1만번 (5년 ) 10만번 (60 년 ) 데이터저장 byte byte Kbyte 64 Kbyte이하 Data Write 불가 가능 카드손상률 매우잦음 잦음 잦음 거의없음 태그비용 가장저렴 저렴 높음 ($10 이상 ) 보통 ($0.5 $1) 보안능력 거의없음 거의없음 복제불가 복제불가 재활용 불가능 가능 표 3. 주파수별 RFID 구분및특성 저주파고주파극초단파마이크로파주파수 125,135 KHz MHz 433 MHz MHz 2.45 GHz 인식거리 60 cm 미만 60 cm까지 m m 1 m 이내 일반특성 ᆞ 비교적고가 ᆞ 환경에의한성능저하거의없음 ᆞ 저주파보다저가 ᆞ 짧은인식거리와대중태그인식이필요한응용분야에적합 ᆞ 긴인식거리 ᆞ 실시간추적및컨테이너내부습도, 충격등환경센싱 ᆞIC 기술발달로가장저가로생산가능 ᆞ 다중태그인식거리와성능이가장뛰어남 ᆞ900 MHz 대역태그와유사한특성 ᆞ 환경에대한영향을가장많이받음 동작방식 수동형 수동형 능동형 능동 / 수동형 능동 / 수동형 ᆞ공정자동화 ᆞ수화물관리 ᆞ컨테이너관리 ᆞ공급망관리 ᆞ위조방지 ᆞ출입통제 / 보안 ᆞ대여물품관리 ᆞ실시간위치추적 ᆞ자동통행료징수적용분야 ᆞ동물관리 ᆞ교통카드 ᆞ출입통제 / 보안 인식속도 저속 < > 고속 환경영향 강인 < > 민감 태그크기 대형 < > 소형 하다. 사용주파수에따라태그의특성이매우상이하게나타나기때문에주파수를이용하여태그를구분하기도한다. 주로사용되는주파수대역은 125 KHz, 135 KHz, MHz, 433 MHz, MHz, 2.45 GHz대역이있으며. 주파수별태그의특징은표 3과같이요약할수있다 Air Interface 기술태그는그림 3과같이 RFID 시스템단말기인리더와의에너지결합방식에따라동작원리가전혀다르다. 그림 3의상호유도 (inductively coupled) 방식은현재대부분의저주파 RFID 에서적용되는원리로서전원에너지및데이터전송이코일루프안테나전류에의해형성되는자계에너지에의해전송된다. 즉구동전류에의해리더의안테나에서발생한전력에너지는자계장을형성하며자계장영역에위치한태그는자계장의변화에의한전류가유기되어이로인한전압이 발생한다. 이경우에태그는요구되는최소전력을리더에서수신하게된다. 수신된전력에의해동작하는태그는자체데이터송출을동일한원리에의해리더에전달하게되는데태그에흐르는전류는미약전류이므로리더에전송하는거리는매우근거리이다. 참고로대부분의현재의저주파 RFID 는이러한원리에의해동작하므로감지거리또는데이터전송거리는근거리로활용이제한적이며감지거리를증대하려면자속통과면적을크게해야하므로안테나가매우커야한다. 또한저주파 RFID 는 133 KHz 또는 MHz 로서주파수가낮기때문에데이터전송속도가느리며전송데이터양이제한적이다. 그림 3의전자기파 (electromagnetic wave) 방식은 RF 전파방식으로서전파통신, 레이더와같이전파전송원리를적용한것이다. 즉리더에서전송되는마이크로파전자계신호를태그가반사하며, 반사된신호를리더가수신하는레이 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 7

5 (a) 상호유도 (Inductively-coupled) 방식 (b) 전자기파 (electromagnetic-wave) 방식그림 3. RFID 시스템결합방식. 더의원리와유사하다. 이경우에태그에서반사하는신호는리더의반송파주파수신호를태그의 ID 데이터정보에의해변조하여백스캐터 (backscatter) 하게되며리더는변조되어수신된신호를복조하여태그의 ID 정보를해독한다. 이경우의 RF 주파수는 UHF 주파수이상의 RF 전파신호로서데이터전송속도가높고인식거리도저주파 RFID 와달리크게증가한다. 이경우에태그의동작전원은원거리에서수신된 RF전파를정류하여사용하므로인식거리를증대하려면리더의출력이크거나태그의전력소모가매우적어야한다 RFID 태그방식능동형태그는신호발진기존재여부에따라능동형태그또는반능동형 (semi-active) 태그로분류한다. 태그에신호발진기가있어리더의명령에의해태그의자체발진신호에자체 ID 정보를송신하면능동형태그이다. 반면에배터리가단지태그의구동전원만을공급하고자체발진기가없어정보전송을수동형태그와같이백스캐터방식으로하면반능동형태그로구분한다. 감지거리가긴 UHF 대역 RFID 시스템은보통감지거리가 2 m 이상이되며이경우에태그는저전력소모설계가요구된다. 전파의자유공간손실측면에서유리한 UHF 대역태그는 MHz 대역에서국제표준이확정될예정이며물류관리, 제조, 창 고관리, 콘테이너관리등산업전반에의활용이예상된다. 태그의기능은대략 3가지로분류되는데 read-only, write once read many(worm) 및 read/write (R/W) 태그로구별된다. read-only 태그는제조시기록되며정보내용변경이불가능하다. 그러나가격이저렴하여단순인식을요하는 RFID 분야에사용된다. WORM 태그는사용자가데이터를프로그램하며프로그램한후에는변경이불가하다. read/write 태그는몇번이고프로그램및데이터변경이가능한구조이다. (a) 백스캐터태그 (b) PIN 다이오드백스캐터 (c) 개폐다이오드백스캐터 수동형백스캐터-태그수동형백스캐터태그는가격대성능에서대부분의 RFID 시스템의최적방안으로대두되고있다. 이수동형백스캐터태그는코드발생, RF 신호수신, 변조, 재송신, DC전압발생등의주요기능을갖고있다. 수동형태그는리더로부터수신된 RF 신호로부터 DC 전압을추출해야하는데검파기다이오드또는쇼트키다이오드가감도, 효율면에서적합한정류기로서의기능을수행한다. 정류된 DC 전압은응답코드를발생하고변조회로에변조파형을공급하는전원으로사용된다. 백스캐터방식은태그안테나를스위칭에의해수신 RF신호를반사하는것이기본원리이다. 그림 4(a) 의백스캐터구조에서태그안테나는제어데이터비트 (bit) 가 1 이면수신 RF 신호를반사하며제어데이터비트가 0 이면수신 RF 에너지를흡수한다. 일반적으로안테나에인입된 RF 신호는안테나에흐르는 RF 전류를변화시켜변조될수가있는데, 이기법은종단된안테나의임피던스변화에의해가능하다. 요구되는변조패턴에따라안테나단자의저항또는리액턴스를변화시켜변조된전파반사가발생되도록다양한기법이사용될수있다. 디지털코드를송신하기위해서가장널리사용되는 PIN 다이오드스위칭방식에서다이오드는 2가지상태를갖게되는데, 즉 On 상태 ( 저저항, 수 Ω) 와 Off 상태 ( 고저항, 수 kω) 를갖는다. 즉다이오드단자의이상적인임피던스는그림 4(b) 의스미스차트와같이임피던스가개방상태에서단락상태로변화함을보여주며, 반사계수의크기는일정하게유지하면서위상만 180 변한다. 그러므로 PIN 다이오드의순방향바이어스전류를변화시켜 Bi-phase 위상변조 (PSK) 방식이가능하 8 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

6 며, 안테나는자체공진상태가되어방사저항을 On과 Off 저항사이의값으로유지한다. 즉, 안테나는다이오드임피던스가 2가지상태를갖는형태로임피던스변화를갖는다. 그러나 PIN 다이오드백스캐터방법은낮은저항을얻기위해서는비교적큰전류가인가되어야하는단점을갖는다. 산란신호를변조하는다른방법으로는그림 4(c) 와같은방법으로서정류기의부하전류 I L 이 FET(field-effect transistor) 스위치와저항의조합에의해변조된다. 정류기커패시터 C는공진주파수에서저임피던스시에는바이패스 (bypass), 변조할때는고임피던스가된다. PIN 다이오드경우와같이변조과정은안테나부하임피던스가되는다이오드임피던스의변화에근거한다. 즉안테나부하임피던스상태에따라수신 RF 신호를안테나로부터흡수하거나방사한다. RF에너지의흡수는안테나임피던스가다이오드임피던스와정합되는상태에서발생한다. 이과정을통하여수신된태그의리더입력신호는효과적으 (a) 백스캐터태그 로진폭변조되며, 디지털변조신호에의해진폭변조된다. 이회로에서쇼트키다이오드는태그의몇가지기능, 즉 RF- DC 정류기, 검파기및수신기기능을갖는다 하모닉 (Harmonic) 태그하모닉태그는그림 5와같은구조로서응신코드를고의로발생시킨태그자체의배수고조파에변조신호를송신한다. 이기술은다운링크 (down link) 와업링크 (up link) 간의분리도가매우우수하나주파수체배기 (frequency doubler) 의효율이낮으며태그에두개의안테나가요구된다. 더욱이두주파수대역에서동시에승인을요구되는주파수확보문제가있다 시퀀스증폭기 (Sequenced Amplifier) 태그시퀀스증폭기태그는 SAW(surface acoustic wave) 소자를 3 태그에사용하여지연시킨다음응답코드를삽입하여증폭한구조로서그림 6과같은구조로구현되며최근에 2.45 GHz 수동형태그에적용되고있다 능동형태그능동형태그는그림 7과같이태그안에배터리를저장하고있어배터리가유지되는동안데이터를리더로전달한다. 그러나배터리의전원소모를최소로하기위하여리더에서 wake-up 신호가들어왔을때만동작하도록되어있다. 현재원거리능동형태그국제표준은 433 MHz에서 10 Mw ERP를갖도록규정될전망이다. 그림 7에서나타난것처럼태그내부에각종센서를부착시킬수있으며, 전송거리가수십 m를초과한다. 또한읽기 / 쓰기가가능한메모리가있어 128 KB 이상의데이터를저장할수있다. 2.2 수동형태그의요소기술 정류회로 (b) PIN 다이오드백스캐터 그림 5. 하모닉태그. (c) 개폐다이오드백스캐터 그림 4. 수동형백스캐터방식태그. 그림 6. 시퀀스증폭기태그. 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 9

7 그림 7. 능동형태그. 그림 8. 렉테나회로구성도. 수동형태그는배터리가없는구조이므로태그칩이동작하기위해서는리더에서송출되는전파에의해태그칩이동작하기위한직류전원을생성해야한다. 이것은그림 8과같이안테나에정류회로가구성된렉테나 (rectenna) 로부터얻는다. 렉테나의설계는고주파측과직류측의양단간에임피던스가전력레벨에따라변화하는요소가있기때문에최적의설계가요구된다. 태그는렉테나가받는전력이작기때문에쇼트키다이오드의동작전류가작아 RF-DC 변환효율이낮다. 실제로 GaAs 소자는 20 30% 수준이며 Si CMOS 소자는이보다낮기때문에저전력소모회로설계가매우중요하다 변조방식수동형태그는배터리없이리더에서송출되는전파의일부를정류하여동작하기위해서필요한직류전원을재생한다. 따라서태그칩의전원저장커패시터는작고, 회로의소비전력은매우적게할필요가있다. 최근디지털회로는저소비전력화가진전되고있지만고주파회로에서는큰전력소비때문에저전력소모고주파회로구현이필요하다. 태그칩은자체발진기없이리더에서송출되는전파를이용하여칩의메모리에입력된정보를변조신호로사용하여리더의반사전파에정보를전송하는데이런방식을백스캐터변조방식이라한다. 이방식의한예로위상변조방식 (PSKphase shift keying) 의원리를그림 9에도시하였다. 그림 9에서와같이안테나로부터입력된반송파는 그림 9. 백스캐터변조방식. 그안테나와반사측의전송선로끝에전송선로와같은임피던스의부하로종단하면거기에서는반사는일어나지않는다. 그런데, 전송선로끝을개방하면거기에서는서로같고또단락하면서로반대이고전반사를일으킨다. 즉안테나의반대측전송선로종단에 RFID 칩의메모리에기억된정보신호레벨에의해단락 / 개방이되는스위치를설치하는것으로부터반송파는전송선로종단에서위상변조된다. 또스위치의단락혹은개방의어느쪽상태이든안테나가임피던스정합되면반사가일어나지않기때문에변조도 100% 의진폭변조 (ASK-amplitude shift keying) 도가능하다. 태그칩에서는그회로에서는전송선로가생략되어있어, 안테나와그급전점에스위치를설치한다고생각하면된다. 이같은원리를이용하여태그측에는특별한고주파회로없이간단한고주파스위치를설치하는것만으로그림 10과같은진폭변조나위상변조회로가구성될수있다. 진폭변조나위상변조방식은정보성분이변조하는것으로부터억압시킨반송파 f c 를좁히고양측파대를 10 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

8 수신출력 그림 10. 백스캐터위상변조회로. 넓히기때문에리더에서태그로의반송파와태그로부터리더로의변조파와의간섭은일어나지않기때문에통신시스템에는적합하다. 그러나다음과같은문제점도존재한다. 진폭변조는반송파의유무여부로정보의 0 과 1 을식별한다. 여기에서태그칩이정보 0 일때에반송파를반사하지않고, 1 일때에반송파를반사하는경우, 리더로부터보면, 그통신공간에태그칩이존재하지않는경우와 0 의정보를전송하고있는경우가구별되지않는다. 한편, 위상변조는정보의 0 인지, 1 인지를반송파의위상이 0도인지 180도인지로식별한다. 통신하고있는공간에태그가존재하지않을때는태그에서반사되는반송파도존재하지않기때문에이들의 3가지상태를식별할수있다. 그림 10의동작원리에서도알수있듯이응답하고싶은태그는안테나의급전점을접지와단락 / 개방하는것에따라위상변조를발생하며, 정보를리더로향해반사한다. 한편, 응답하고싶지않는태그는안테나의급전점을안테나의임피던스와같은저항식으로종단하여안테나에서의반사를억제할수있기때문에태그의제어가가능하다. 안테나의부하임피던스를변화시키기위하여트랜지스터가사용되며스위치의 on/off 신호는태그의디지털신호에의해스위칭된다. 즉바이폴라트랜지스터의베이스단자에 high 신호가인가되면스위칭회로가특성임피던스 50 Ω으로정합되어 RF 신호는무반사되고, low 신호가인가되면스위칭회로가부정합되어단말기로부터의 RF 신호는전반사된다. 이러한원리에의해진폭변조회로를구성할수있다 메모리 RFID 태그칩은메모리로 ROM 칩의경우에마스크 ROM 이사용되며 R/W 칩은 EEPROM 또는플래쉬 (flash) 메모리를구성하여태그를제작한다. 최근의기술추세는태그가단순한인식소자이상의데 이터저장기능 R/W 태그가본격적으로개발되고있다. 이러한고기능칩은 LSI 반도체기술발달로초소형사이즈칩에 Class 1, 2 수준의고용량정보저장수준메모리구조를채용한태그가활용될전망이다. 최근에 ISO 표준및 EPC 표준을만족하는고속메모리를채택한제품들이보고되고있다 안테나태그칩과안테나에변조회로와 DC전원재생회로로렉테나가구현된다. 전원재생회로에서는안테나와임피던스정합ᆞ부정합이요구된다. 입력전자파의공진주파수동작상태에서만일안테나단자가단락상태가되면안테나유효단면적은 4배가되는효과를발생한다. 이경우에는안테나전류 +i, -i 가 2배가되어백스캐터전반사에너지가 6 db 증가한다. 이원리는전송선로로연결된임피던스정합부하에인입되는전류가전송선로가단락되면부하전류가 2배가되는경우와동일하다. 개방안테나단자의경우에는안테나가 2개의반사기로분리되어제 2고조파에서공진한다. 이경우에기본파에서는 2개의전도체안테나를흐르는전류가매우작기때문에반사단면적이거의 0이된다. 결과적으로이와같은변조기다이오드에의한개방또는단락회로임피던스스위칭방식은안테나단자에나타나는부하임피던스 Z 를 72 Ω 또는 0 Ω으로스위칭하게되며, 이로인하여변조된백스캐터전반사에너지는 4 6 db의변화를발생한다. RFID 칩을제조함에있어서 IC 칩내에임피던스정합용의코일이나용량의큰콘덴서를내제하는것은어렵다. 그래서안테나측에서 IC 칩의입력임피던스에합쳐진설계를수행하는것이필요하게된다. 다이폴 (dipole) 안테나는그목적주파수의반파장보다길게하면유도적이고, 짧게하면캐패시티브의안테나리엑턴스성분을보인다. 이특성을이용해안테나와 IC 칩의입력임피던스를정합시킨다. 이안테나는그림 11에나타나듯이그전장을길게하는것으로부터 +jx 성분을안테나측으로만들어나올수있기때문에이특성을이용해 IC 칩내의리액턴스성분을상쇄하도록안테나를설계한다. 폴디드다이폴안테나는그급전점이직류로짧게하고있기때문에정전파괴보호대책도동시에수행할수있다. IC 칩내의변조회로와전원재생회로로리액턴스성분 (-jx) 의값이다르기때문에각각의폴디드다이폴안테나의길이가다르다. 태그용안테나는물체에부착하기때문에소형으로설계하는것이바람직하다. 그러나안테나의크기가작 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 11

9 그림 GHz RFID 태그회로. 그림 11. 안테나와 IC 칩정합접속. 아지면대역폭과효율등안테나성능이저하된다. 태그가물체에부착시에물체에따라서는안테나의특성이크게변할수있으므로이러한점을고려하여안테나의성능을그대로유지하기위한소형으로안테나를설계하는방법과금속에부착하여사용하는방법, 소형고효율안테나설계에대하여지속적으로연구되고있다 태그회로그림 12는 2.45 GHz RFID 태그회로를나타낸다. 수신용슬롯루프안테나에서수신된 RF신호는전력검출회로에의해검파되어태그를대기모드에서구동모드로전환시키게되고저장된고유 ID는진폭변조회로를거쳐송신용안테나로전송하는구조이다. 수신모드에서검파용으로사용되는쇼트키다이오드는 DC 전류를인가하지않는제로바이어스회로로사용되며리더에서송출되는 RF 신호를검파한다. 쇼트키다이오드가제로바이어스상태인경우에는용량성임피던스를가지며, 태그는리더로부터의변조반송파수신모드에서 L형임피던스정합회로에의해임피던스정합된다. 마이크로파대역에서는백스캐터스위칭소자로서주로 PIN 다이오드와 FET를이용하고 PIN 다이오드의경우는소모전류가크고고가이기때문에저가이고저전력소모를위한 RFID 태그용으로는 FET 나 BJT (bipolar junction transistor) 가사용된다 GHz 에서바이폴라트랜지스터를이용한스위칭회로를사용하면 FET 보다전송속도가우수하고진폭변조방식에서다이오드방식보다저전력을소모한다. 위회로에서칩의변조신호가바이폴라트랜지스터의베이스단자에 on 신호로인가되면백스캐터회로는특성임피던스 50 Ω에정합되고, 반대로 off 신호가인가되면백스캐터회로는전반사를하게된다. 이와같이백 그림 13. UHF RFID 태그 One-Chip 구조. 스캐터회로의임피던스를변화시켜진폭에의한위상변조디지털신호를발생시킬수있다. 그림 13은복조및변조방식을갖는 UHF 및 2.45 GHz RFID 원-칩의내부구조이다. 변조방식은백스캐터방식을이용한다. IC 칩의입력임피던스가변화함으로써백스캐터된신호를안테나를이용해변조한다. 태그출력은위상변조, 진폭변조백스캐터된신호에따라안테나단입력용량값이변화한다. 위상변조방식은진폭변조방식에비하여 SNR과 BER이더좋기때문에고효율과큰변조신호파워를갖는다. 따라서위상변조방식을많이사용하나리더의회로가복잡해지는이유로앞에서언급한것과같이조건에따라변조방식을선택하여야한다. 리더에서태그로 PWM (pulse width modulation) 방식을사용하여송신하는경우태그에서는 PWM 복조기를사용하게된다. Si CMOS 로현재생산중인칩을이용한 UHF 대역및 2.45 GHz 대역태그제품들이나오고있다. 2.3 칩리스 RFID 태그칩리스태그란 IC 칩을포함하지않는저가의 RFID 태그이다. 그러나칩태그는칩에많은데이터를저장할수있지만, 칩을제작하는공정및주재료인실리콘의가격때문에상대적으로고가이다. 백만개정도의수량으로는가격을개당 10센트이하로낮출수없지만, 칩리스태그는재료의가격에의해서만제약을받 12 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

10 으므로훨씬저렴하다. 십만개정도의수량으로도개당 1 20 센트대의가격을유지할수있다. 현재도수십억개의수량에인식거리가 mm인경우칩리스태그의가격은 0.1 1센트정도이다. 칩리스태그는쉽게부서지지않으며스파크, 전기적복사또는세탁과정에의하여변화되지않는장점을가지고있다. 매우춥거나매우뜨거운상황에서도동작하며, 견고하고, 칩태그보다훨씬얇고작으며, 일반적인인식거리는 3 cm 1 m이다. 그러나칩리스태그기술의단점은원격인식및기록을할수없으며, 표준이없고인식거리에제한이있다. 칩리스태그의기술구분은 remote magnetics, microwave reflector, transistorless circuits 및 flat transistor circuits 로분류할수있다. Remote magnetics 방식은물질기반의시스템으로전자회로를포함하지않는다. 이들은일반적으로포일 (foils) 과와이어 (wires) 의형태이며 magetostrictive, electromagnetic, barkhausen, microwave reflector 현상등을이용한다. Remote magnetic 방식은얇은마그네틱필름을기반으로한다. 전자기장과자기적으로간섭을일으켜, 정보를가지고있는물체를멀리떨어진곳에서확인하고데이터를인식한다. Barkhausen Electromagnetics는강자성체의 Magnetization reversal은외부자기장아래에서일련의불연속적이고갑작스런점프들로진행한다. 이런바크하우젠 (Barkhausen) 현상은코일내에위치한시료의자화가갑자기변하면서코일에유도되는전류에의해발생하는잡을 1919 년에바크하우젠이측정함으로써알려졌으며, HID 는세계에서유일한자성체칩리스 RFID 시스템의양산업체이다. 보안접속용플라스틱카드에삽입되는와이어로이루어진행렬에서의바크하우젠효과를이용한다. 바크하우젠효과를이용한 Wiegand 카드는 2.5 cm 거리에서도동작이가능하지만, 현제주로사용되는인식거리는 1 mm이다. 스마트카드보다저렴하지만개당가격이 2 3달러이므로저가 RFID 는아니다. HID 는매년 만개를생산한다. 영국공항에서공항관계자들의항공기이착륙관련지역접근을관리하기위하여승인된유일한보안시스템이다. 주요장점은외부전력이필요없으며, 두개의와이어로동작되고가혹한환경에서도동작된다. 또한비접촉식시스템이며기계적으로마모가없다. 와이어배열로부호화된펄스열을발생하며, 펄스속도는 20 KHz 까지로 10 µs의펄스폭을가지고광범위한온도범위에서동작한다. 자기변형 (magnetostrictive) 태그는자기필름의크기를변경시킬수있지만, 한계가있다. 태그가커지고안테나가커질수록인식거리가멀어지지만, 일반적으로 0.5 m까지이다. 거리가더멀어지면전자파잡음때문에인식이곤란하므로거리를증가시킬수있는기술인샌드위치형태의자기변형포일 (Scientific Generics PWR, 영국 ) 과마이크로와이어 (RFMOSO, 네덜란드 ) 시장이형성되었다. 이들은음향적공명을이용하여인식거리가 1 m 이상이다. 그러나이들은 20센트이상으로고가이며, 인식거리는최고성능의태그와가장저가의장거리태그의중간이다. 사실이들은수백만개규모시장에서칩리스의디지털부호화된전자 RFID 의유일한형태이다. Remosco 의제품은아직출시되지는않았으나 2 m 거리에서동작하고, 원격으로데이터를소거시킬수도있다. 이두가지특징은현재의전자파기술로는얻을수없는장점이다. NHK Spring은전자파적으로고유한응답특성을나타내는마그네틱파이버 (magnetic fiber) 를포함하는잉크에대한특허를가지고있다. 이들은고유한랜덤신호를생성시켜카드와서류에마그네틱파이버를인쇄한다. 수백만개의여권에보안인쇄용으로사용되고있다. 두개의자기센서를카드위를통과시키면한센서가마그네틱파이버의고유한자기패널을기록하여암호화한후그데이터를다른센서에전달하고, 다른센서는전달받은데이터를마그네틱줄무늬 ( 바코드 ) 형태로기록한다. Aluminized Silica Fibers( 마이크로파반사기 ) 는극히작은구조의공진기를물체에삽입하여물체에전자파가입사되면매주적은전력으로공진기가미리정해진형태로반응을하는데이것을 taggents(=tag +agent) 라고하며, 3 m 이상의거리에서인식할수있다. 공진기는종이, 유리, 고무, 플라스틱등거의모든물질에삽입이가능하다. Transistorless 회로는일반적으로코일과커패시터로구성된회로를말하며, 향후에는인쇄된다이오드와저항등이포함된회로도여기에속할것이다. 수동회로란배터리가필요없는회로이며, 트랜지스터가없어서증폭기능도없다. 이들은특정주파수에서공진하도록구성되며, 공진은안테나에의해서쉽게파악할수있다. 공진주파수가변하면데이터비트가다르다는것을의미한다. 공진주파수의차이는코일의감은수나커패시터값을변화시켜발생시킨다. 이기술은대학에서연구가진행중인단계로아직실용화되지않았으며, 값도비교적비싸다. 공진회로가다이오드를 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 13

포함하면훨씬값싸고작은칩으로될수있어서편리하다. 다이오드기반의공진회로는주파수가훨씬정확하지만부품을개별적으로사용하여 RFID 태그의두께가증가한다. 보안문서나종이포장에넣기에는적합하지않다. Inductor-capacitor array(lc Array) 는가장오래된 RFID 의형태로인덕터를이용하여동조된병렬의인덕터-커패시터를센싱한다.

11 포함하면훨씬값싸고작은칩으로될수있어서편리하다. 다이오드기반의공진회로는주파수가훨씬정확하지만부품을개별적으로사용하여 RFID 태그의두께가증가한다. 보안문서나종이포장에넣기에는적합하지않다. Inductor-capacitor array(lc Array) 는가장오래된 RFID 의형태로인덕터를이용하여동조된병렬의인덕터-커패시터를센싱한다. 이것은 EAS(electronic article surveillance) 에서광범위하게사용된다. 작은코일의행들이데이터비트들을구성하고어레이 (array) 에있는인덕터나커패시터의일부를파괴하여영구히데이터를기록한다. 10년전에모토로라 (Motorola) 등의회사에서비용을절약하기위하여스크린인쇄된구리코일로실험을하였으나크기가크고, 방향이맞지않는경우거의사용이불가능하였다. 또한데이터량이매우적고재기록을할수없는문제점때문에포기하였다. 그러나현재는몇개의회사들이단점을보안하여 4비트까지재기록이가능하고, 신용카드크기로몇개의비트를 1 m에서인식이가능하여 remote magnetics 태그보다는우수한성능을보이고있다고말하고있다. Flat transistor circuits 는실리콘칩에비해서가격이저렴하지만, 실리콘칩에비교해서부서지기쉽고, 두께및일부포장에서칩이돌출되어보안장치를회피할수있게하는단점을가지고있다. 또한모양과크기가제한되며스파크, 습기및전자기적간섭에민감한문제점을가지고있다. 많은회사들이이러한문제점들을개선할수있는트랜지스터회로를연구하고있다. 전도성고분자를이용한 polymer thin film 회로가이에해당한다. 2.3 전도성 Polymer 태그전도성플라스틱전자공학은 25년전에도전성폴리머의발견으로부터발달 ( 그림 14) 되어왔으며 3M, Motorola, Intermec, Philips 등이대표적인기업이다. 폴리머의얇은필름으로트랜지스터와 LED를만들고있다. 실리콘칩을폴리머회로로대체함으로써많은장점들을얻을수있다. 유연하고훨씬튼튼한접합부를형성할수있으며, 수량이적은경우에도제작비용이저렴하다. 10억달러에이르는제작공장을건설하지않고도누구나값싼기계로제작이가능하며, 얇고가벼우며, 쉽게재생되고, 투명한제품의패키징에넣기에우수하다. 그러나이들은실리콘과마찬가지로전도성이없다. 전류를운반하는전하는보다천천히움직이므로전자회로의속도를더낮추게된다. 유기폴리 H CH CH X N X S X polyacetylene polyaniline polythiophene O O CH CH N X S H X S X polypyrrole poly(thienylene poly(3,4-ethylenedioxythiophene) vinylene) 그림 14. 대표적인전도성고분자. 그림 15. Roll-to-Roll 잉크젯프린팅시스템. 머의성능저하는플라스틱전자회로의보관기간을제한한다. Philips Polymeric RFID는 20년동안폴리머전자부품을연구해오고있다 년에폴리머 RFID 스마트라벨을시연하였다. 안테나는기존에에칭된구리안테나이지만, 기존의실리콘칩을완전한고주파수폴리머회로로대치하였다. 폴리머스마트라벨은태그의기능을제공할지라도인식속도가너무느려서 ( bps) 상업적으로사용할수없다. 실리콘을대체하기위하여사용되는복잡한유기분자들은시간이경과함에따라성능이저하되어몇달안에기능을멈춘다. 그럼에도불구하고유통기간이짧은소비재에이들을사용할수있다. Plastic Logic 은영국케임브리지대학연구실에서 2000년에만든회사이다. Plastic Logic 은산업용잉크젯프린터와유사한장치를이용하여기판위에탄소기반물질의작은방울들을분사시켜플라스틱으로이루어진반도체소자를만드는것이다. Plastic Logic 은필립스의스핀코팅보다빠른생산공정을만들기위하여폴리머의잉크젯프린팅에연구를집중하고있다. 잉크젯은현재약 25 µm 구조만을만들수있다. 반도체용잉크젯프린팅 ( 그림 15) 을하기위하여여러종류의화학물질을한번에주사하여연속적인프린팅과정을얻어내려한다. 실험실수준에서이것을성공한곳은 Plastic Logic이처음이다. 따라서 1.5센트의 14 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

12 V GS Electrodes Conducting polymer Of metal Polyaniline(PAni) Output corrent(a.u.) Insulater Insulating polymer Semiconductor Conjugated polymer Polymer blends Time(µs) V DS Channel due to Electric field Substrate Flexible film Poly-3-alkylthiophene(P3AT) Polyester 그림 16. 잉크젯프린팅의플라스틱 RFID 태그회로및구조. RFID 스마트라벨이가능할것이라고보인다. 현재는 RFID 태그전체를전도성폴리머로제작한 RFID 태그는상용화보고된바가없으니연구개발중인그림 16에보인폴리머칩리스태그는수십만개정도의수량이며개당 센트정도로저가실현이가능하며, 칩리스태그의얇음과매우낮은가격으로인하여현재대부분의바코드를대체할수있을유일한대안으로여겨진다. 또한재료가거의들지않는특성상생산용량은거의무한정이라할수있겠다. 3. RFID 태그기술동향및결론현재태그기술 ( 동향 ) 은 1 초소형, 초저가의태그를구현하기위한기술개발이활발히전개되고있고, 초소형화는나노기술에의한반도체칩개발로가능하며, 하나의칩에 CPU, 메모리, 프로세서, RF, DSP 회로를넣어 1 mm 2 도크기까지실현될것으로예상되고있다. Alien, Matrics, Intermec, SAVI 등의주요업체들이433 MHz, 900 MHz, 2.45 GHz 대역태그들을현재생산하고있다. 현재능동형태그는미국의 SAVI 사가컨테이너관 리를목적으로개발하여표준화를주도하고있으며, 100 m 이상의인식거리로컨테이너와같은대형물류관리에보급될것으로예상하고있다. 이미피츠버그대학에서는안테나를칩으로내장하고센서와통합이가능한초소형 ( mm 2 ) PENI 태그를개발하였다. 초저가태그를위한기술로 Infineon 등에서개발중인폴리머반도체에의한플라스틱트랜지스터, 미국 Inkode의종이나플라스틱에매우얇은금속파이버를내재하여전파의투과와산란을만들어고유한식별이가능한 1센트이하의칩리스태그, 그리고표면탄성파를이용하여무선센서와 RFID 를결합한 SAW 태그등이개발중에있다. 현재가장소형인 RFID 태그용칩은히타치가 Powder-like IC 기술을이용하여개발한뮤칩으로그크기는 0.3 mm 0.3 mm 0.06 mm로 38디지트의메모리와 128비트 ROM을가지고있으며, 가격은 10 20센트이다. 뮤칩은수동형방식으로전원이필요없으며, 동작주파수는 2.45 GHz, 최대통신가능거리는안테나없이 1 cm, 외부안테나를부착하면 25 cm, 반응시간은약 20 msec 이다. 제작원가를절감하는데한계가있는실리콘칩의대 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 15

13 안으로폴리머트랜지스터를사용하는칩리스태그를고려할수있다. 현재의실리콘칩기술로는 10센트짜리칩이 UHF 대역에서도사용가능해질것이다. 5년내에는 5센트짜리 RFID 태그가가능할것이고, 가격은점점하락할것이다. 그러나 RFID 태그가더욱활성화되기위해서는수천만개의리더가필료한데, 저주파용리더가격이 10달러보다훨씬더떨어져야한다. 200만개이상을만들어온영국의 Innovision 은약 2달러까지의가격하락을예상한다. 한편고주파용리더는현재 달러수준으로가격이더욱떨어져야한다. 필립스 (Phillips) 와 TI가대부분의 MHz 대역 RFID 칩세트시장을점유하고있다. 특히필립스반도체는 RFID 칩매출액만 5억달러에이른것으로알려졌는데, 필립스반도체의 I-CODE 칩은 512 또는 1024/2O48비트 EEPROM, 주파수는 MHz( 또는 UHF/2.45 GHz에동작하는 U-CODE), 동작거리최대 1.5 m이며, 베어칩크기는패드포함하여약 1.5 mm 1.5 mm 정도이다. 최근에는 UHF 대역을이용하여 4 m 이상장거리판독과위치추적이가능한수동형태그칩기술개발이 ATMEL 사와유럽의 PALOMAR 프로젝트등을통해추진된바있는데, 리더에서출력이 16 dbm 전력에자유공간감쇄, 안테나이득을통해태그칩에수신되는전력은약 14 dbm이므로, 렉테나를통해테그칩전원을공급할수있다. 이경우태그칩에서반사되는 30 dbm 수준의전력에대해리더에제입사되는전파는약 71 dbm 수준이므로, 역방향링크형성에충분한위상변조방식으로약 80 kbps 의전송속도가가능하고, 이동체에대한판독도가능하다. 미국의 Metrics 를비롯한 5개업체는물류, 유통에필요한 UHF 대역용 RFID 태그칩을발표했다. UHF 용 RFID 시스템은미국의 Intermec, Matrics, Alien 등을선두로많은기업들이상용화개발중이다. Intermec은가장먼저 UHF 대역의 RFID 태그용싱글칩을발표하였으며, ISO/IEC 타입 B 규정에준하는 1킬로비트메모리에읽기 / 쓰기기능의태그및시스템으로영업활동중이며, Alien 은 EPC 클래스 1을기반으로하는 96비트메모리 User ID의읽기 / 쓰기가능칩을발표하고태그및리더를출시하였다. SAVI 는 MHz 대역을사용하는능동형컨테이너관리용태그및리더시스템을출시하였다. 이외에도 Infineon, TI 등에서 RFID 용칩을현재개발중에있다. 유럽의경우는 2001 년에시작된 IST 연구프로그램 의일환으로 disappearing computing initiative 사업을통해관련기술을개발중이고, ETSI 에서 MHz 대역에유통및물류관리용 RFID를위한법제화를위한초안을마련하고개발중이다. 필립스, EmMicro 등에서이미 UHF 용 RFID 칩을출시하였다. 그외중국에서도 RFID 의중요성을인식하고독자적인표준모델개발이라는목표로 RFID 개발프로젝트가진행중이며, 독일의대형유통업체인 METRO 그룹은 RFID 테스트센터를개설하여기술협력업체와납품업체들이전자태그시스템을테스트하고있고, 점차확대적용할예정이다. 따라서 RFID 를위한스마트태그기술은고가의특수용도에적합한능동방식의경우, 향후초소형다중센서와나노 /MEMS 반도체기술을접목하여다기능화ᆞ지능화된스마트태그의개발에활용되고, 저가의대량소비시장에적합한수동방식은단가 1센트수준의초저가격에구현되어현재의바코드를대체하면서모든사물에부착이가능한스마트라벨의형태로발전해나갈것이다. 태그는 RFID 시스템에서통제장치인리더의요청에의하여물체, 동물, 사람등의식별, 인식정보를송신하는소자이다. 태그는자체정보를무선송신하기위한에너지로서리더또는리더의반송파 RF에너지를활용하는수동형태의리더 RF출력, 안테나이득, 태그전력소모등에의해서인식거리가결정된다. 즉수동형태그는소모전류를어떻게최소로하느냐가기술의핵심이다. RF 전파의정류에쇼트키다이오드가사용되는데지금까지는정류효율이우수한 GaAs 쇼트키다이오드성능수준의 Silicon 쇼트키다이오드로구현함이어려워수동형태그제조에어려움이있었으나최근쇼트키다이오드를 Silicon 소자설계및공정기술의발달로 IC 칩내에고집적다이오드어레이 (array) 구조로구현이가능하게되어 UHF 수동형태그용 LSI 원-칩구현이가능하게되었다. 초소형 CMOS UHF 대역태그는기존의바코드를대체하여사용될경우에생산, 창고관리, 재고관리, 물류유통의실시간데이터처리가가능하여제조, 유통비용의획기적절감이가능하게된다. 능동형태그는컨테이너관리, 국방, 차량타이어압력감지시스템등에서광범위하게사용된다. 능동형태그에서는리더의 wake-up 신호에의해전원구동스위치회로가 on 상태가된다. 태그의기본기능은리더에의한질문신호에의해 MCU 또는 EEPROM 에저 16 Polymer Science and Technology Vol. 17, No. 1, February 2006

14 장된식별부호또는정보를태그안테나를통하여리더의반송파를백스캐터하거나자체발진신호의반송파로리더에송신한다. 태그의변조방식은 RFID 표준에따른모드, 유형, 태그의 class, 사용용도에따라위상변조 (PSK), 주파수변조 (FSK), 진폭변조 (ASK) 방식이사용되며각환경과시스템구성을고려하여가장유리한변조방식을채택한다. 근래에는태그용칩이멀티프로토콜용으로원-칩화되고안테나도복합기능구현이가능하여멀티프로토콜 / 멀티밴드용태그의구현이현실화되고있다. 다량의태그를저가에생산하기위해서는 UHF 대역 RFID 용 Si CMOS 칩의저가생산, 저가패키징기술의발전과함께미래에는생산가격의획기적저가격화를구현할수있는고분자 Polymer 플라스틱 RFID 태그등과같은반도체재료기술의혁신적발전으로실현될것으로예상되고있다. 참고문헌 1. 유승화, 유비쿼터스사회의 RFID, 전자신문사, F. Kraus, RFID Handbook, John Wiley & Sons, Ltd., 변상기, 한국전자파학회지, 5, 32, (2004). 고분자과학과기술제 17 권 1 호 2006 년 2 월 17

(b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로

Lab. 1. I-V Characteristics of a Diode Lab. 6. 연산증폭기가산기, 미분기, 적분기회로 1. 실험목표 연산증폭기를이용한가산기, 미분기및적분기회로를구성, 측정및 평가해서연산증폭기연산응용회로를이해 2. 실험회로 A. 연산증폭기연산응용회로 (a) 가산기 (b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로 3. 실험장비및부품리스트