KR20170049246A - 비접촉 통신 장치, 이를 포함하는 전자 시스템, 및 비접촉 통신 장치의 동작 방법 - Google Patents

비접촉 통신 장치, 이를 포함하는 전자 시스템, 및 비접촉 통신 장치의 동작 방법

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KR20170049246A
KR20170049246A KR1020150150407A KR20150150407A KR20170049246A KR 20170049246 A KR20170049246 A KR 20170049246A KR 1020150150407 A KR1020150150407 A KR 1020150150407A KR 20150150407 A KR20150150407 A KR 20150150407A KR 20170049246 A KR20170049246 A KR 20170049246A
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Abstract

비접촉 통신 장치는 송수신기 및 비접촉 통신 칩을 포함한다. 송수신기는 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성한다. 비접촉 통신 칩은 내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하고, 송수신기를 통해 외부 장치와 데이터를 송수신하며, 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 기준 클럭 신호에 기초하여 내부 클럭 신호의 주파수를 보정한다.

Description

비접촉 통신 장치, 이를 포함하는 전자 시스템, 및 비접촉 통신 장치의 동작 방법 {CONTACTLESS COMMUNICATION DEVICES, ELECTRONIC SYSTEMS HAVING THE SAME, AND METHOD OF OPERATING CONTACTLESS COMMUNICATION DEVICES}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 통신 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것이다.
최근 RFID(Radio Frequency Identification), 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 등과 같은 비접촉(contactless) 통신 기술이 발전함에 따라 비접촉 통신 장치가 모바일 장치 등에 널리 적용되고 있다.
비접촉 통신 장치는 카드로서 동작하는 카드 모드 및 리더로서 동작하는 리더 모드를 갖는다. 비접촉 통신 장치는 리더 모드에서 전자기파를 방사하여 외부의 비접촉 통신 카드와 통신을 수행하고, 카드 모드에서 외부의 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 상기 외부의 비접촉 통신 리더와 통신을 수행한다.
일반적으로 비접촉 통신 장치는 리더 모드에서 통신 표준에서 정의된 주파수를 갖는 전자기파를 방사하기 위해, 외부로부터 수신되는 클럭 신호를 사용하여 전자기파를 방사하거나, 내부적으로 생성되는 클럭 신호를 생성하여 전자기파를 방사한다.
외부로부터 클럭 신호를 수신하는 경우, 주파수 정확도는 높은 반면에 제조비용이 증가하고 사이즈가 증가하는 문제점이 있다.
반면에, 내부적으로 클럭 신호를 생성하는 경우, 제조비용이 감소하고 사이즈가 감소하는 반면에, 주파수 정확도가 떨어지고, 온도 변화에 따라 주파수가 가변되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 내부적으로 생성되는 클럭 신호의 주파수 정확도를 향상시킬 수 있는 비접촉(contactless) 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 비접촉 통신 장치를 포함하는 전자 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 비접촉 통신 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 통신 장치는 송수신기 및 비접촉 통신 칩을 포함한다. 상기 송수신기는 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성한다. 상기 비접촉 통신 칩은 내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하고, 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치와 데이터를 송수신하며, 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정한다.
일 실시예에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은, 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은, 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하는 측정 동작을 복수 회 수행하고, 상기 측정 동작을 복수 회 수행하는 동안 생성되는 상기 복수의 카운트 값들의 평균값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은, 상기 내부 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성기, 상기 안테나 전압을 수신하고, 상기 안테나 전압과 동일한 주파수를 갖는 기준 클럭 신호를 생성하는 클럭 복원 회로, 시작 신호에 응답하여 상기 기준 클럭 신호에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 기준 값에 도달하는 경우 종료 신호를 출력하는 제1 카운터, 상기 시작 신호에 응답하여 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 종료 신호에 응답하여 상기 카운트 동작을 종료하고 상기 제2 카운트 값을 출력하는 제2 카운터, 및 상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공하고, 상기 제2 카운트 값 및 상기 기준 값에 기초하여 상기 클럭 생성기를 제어하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다.
상기 중앙 처리 장치는, 상기 제2 카운트 값이 상기 기준 값보다 작은 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 증가시키고, 상기 제2 카운트 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 감소시킬 수 있다.
상기 비접촉 통신 칩은, 트리밍(trimming) 값을 저장하는 레지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 클럭 생성기는 상기 레지스터에 저장된 상기 트리밍 값에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 상기 내부 클럭 신호를 생성하고, 상기 중앙 처리 장치는 상기 제2 카운트 값 및 상기 기준 값에 기초하여 상기 레지스터에 저장된 상기 트리밍 값을 조절할 수 있다.
상기 중앙 처리 장치는, 상기 제2 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 따른 최적 트리밍 값들을 미리 저장하는 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블로부터 상기 제2 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 상응하는 상기 최적 트리밍 값을 독출하여 상기 레지스터에 상기 트리밍 값으로서 기입할 수 있다.
상기 클럭 생성기는, 저항-커패시터 발진기(RC oscillator)를 포함하고, 상기 저항-커패시터 발진기는 상기 트리밍 값에 기초하여 가변되는 저항값을 갖는 가변 저항을 포함할 수 있다.
상기 클럭 생성기는, 저항-커패시터 발진기(RC oscillator)를 포함하고, 상기 저항-커패시터 발진기는 상기 트리밍 값에 기초하여 가변되는 커패시턴스를 갖는 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 중앙 처리 장치는 상기 안테나 전압에 기초하여 비접촉 통신 리더가 주위에 존재하는지 여부를 탐지하고, 상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우 상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공할 수 있다.
상기 기준 클럭 신호의 주기와 상기 기준 값의 곱은 통신 표준에 정의된 가드 타임(guard time) 보다 작을 수 있다.
상기 중앙 처리 장치는, 상기 가드 타임이 종료될 때까지 상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공하고 상기 제2 카운터로부터 상기 제2 카운트 값을 수신하는 측정 동작을 반복적으로 수행하고, 상기 측정 동작 수행시마다 상기 제2 카운터로부터 수신되는 상기 제2 카운트 값들의 평균값과 상기 기준 값에 기초하여 상기 클럭 생성기를 제어하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다.
상기 중앙 처리 장치는, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 동작할 수 있다.
상기 클럭 복원 회로는, 상기 안테나 전압을 반전시키는 인버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송수신기로부터 생성되는 상기 안테나 전압의 주파수는 상기 외부 장치로부터 수신되는 상기 전자기파의 주파수와 동일할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송수신기는 상기 외부 장치와의 상호 유도를 통해 상기 안테나 전압을 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송수신기는, 상기 전자기파를 수신하는 안테나, 및 상기 안테나와 상기 비접촉 통신 칩 사이에 연결되고, 상기 안테나와 상기 비접촉 통신 칩 사이의 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 통해 상기 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템은 메모리 장치, 비접촉 통신 장치, 및 어플리케이션 프로세서를 포함한다. 상기 메모리 장치는 출력 데이터 및 입력 데이터를 저장한다. 상기 비접촉 통신 장치는 전자기파를 통해 외부 장치에 상기 출력 데이터를 송신하고 상기 외부 장치로부터 상기 입력 데이터를 수신한다. 상기 어플리케이션 프로세서는 상기 비접촉 통신 장치 및 상기 메모리 장치의 동작을 제어한다. 상기 비접촉 통신 장치는, 상기 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하는 송수신기, 및 내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하고, 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치와 통신을 수행하며, 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 칩을 포함한다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 통신 장치의 동작 방법에서, 카드 모드에서, 송수신기를 사용하여 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하고, 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 클럭 생성기를 사용하여 내부 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계는, 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하는 단계, 및 상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계는, 상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 작은 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 증가시키는 단계, 및 상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계는, 상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 결정되는 트리밍 값을 레지스터에 저장하는 단계, 및 상기 레지스터에 저장된 상기 트리밍 값에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 상기 내부 클럭 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 비접촉 통신 장치는 카드 모드로 동작시마다 외부로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하므로, 온도 변화에 무관하게 리더 모드로 동작 시에 통신 표준에 정의된 캐리어 주파수와 일치하는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치의 통신 에러는 효과적으로 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치가 비접촉 통신 카드를 탐지하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치가 비접촉 통신 리더를 탐지하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5 및 6은 도 4의 비접촉 통신 장치에 포함되는 송수신기로부터 생성되는 제1 안테나 전압 및 제2 안테나 전압을 나타내는 그래프들이다.
도 7은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 클럭 생성기의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 클럭 복원 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 도 4의 중앙 처리 장치에 포함되는 룩업 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 송신 회로의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 11의 기준 클럭 신호 기초하여 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 비접촉 통신 장치(10)는 전자기파(Electromagnetic Wave)(EMW)를 사용하여 외부 장치와 통신을 수행한다.
일 실시예에 있어서, 비접촉 통신 장치(10)는 13.56MHz의 주파수를 갖는 전자기파(EMW)를 사용하여 통신을 수행하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라서, 비접촉 통신 장치(10)는 통신 표준에서 정의된 주파수를 갖는 전자기파(EMW)를 사용하여 통신을 수행하는 임의의 비접촉 통신 장치일 수 있다.
비접촉 통신 장치(10)가 턴온되면, 비접촉 통신 장치(10)는 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작 및 주위에 비접촉 통신 리더가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작을 교번하여 반복적으로 수행할 수 있다. 비접촉 통신 장치(10)는 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우 카드 모드(card mode)로 동작하고, 비접촉 통신 카드를 탐지한 경우 리더 모드(reader mode)로 동작할 수 있다. 비접촉 통신 장치(10)는 카드(card)로서 동작하는 상기 카드 모드에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 제공되는 전자기파(EMW)에 기초하여 상기 비접촉 통신 리더와 데이터를 송수신하고, 리더(reader)로서 동작하는 리더 모드(reader mode)에서 비접촉 통신 장치(10)가 방사(emit)하는 전자기파(EMW)에 기초하여 상기 비접촉 통신 카드와 데이터를 송수신 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 비접촉 통신 장치(10)는 송수신기(100) 및 비접촉 통신 칩(200)을 포함한다.
송수신기(100)는 인덕턴스 성분을 갖는 안테나 및 공진 커패시터로 구성되는 공진 회로를 포함할 수 있다.
비접촉 통신 칩(200)은 내부 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성기(210)를 포함한다. 비접촉 통신 칩(200)은 외부로부터 클럭 신호를 수신하지 않고, 클럭 생성기(210)를 통해 내부적으로 생성되는 상기 내부 클럭 신호에 기초하여 동작한다.
일 실시예에 있어서, 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수는 통신 표준에서 정의된 캐리어(carrier) 주파수에 상응할 수 있다. 예를 들어, 비접촉 통신 장치(10)가 NFC 장치인 경우, 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수는 13.56MHz에 상응할 수 있다.
상기 리더 모드에서, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 내부 클럭 신호를 사용하여 출력 데이터를 변조하여 출력 전류(ITX)를 생성하고, 송수신기(100)는 출력 전류(ITX)에 상응하는 전자기파(EMW)를 방사함으로써 상기 비접촉 통신 카드에 상기 출력 데이터를 전송할 수 있다. 상기 비접촉 통신 카드는 인덕턴스 성분을 갖는 안테나 및 공진 커패시터로 구성되는 공진회로를 포함하므로, 송수신기(100)가 전자기파(EMW)를 방사하는 경우 비접촉 통신 장치(10)에 근접하여 존재하는 상기 비접촉 통신 카드와 송수신기(100) 사이에는 상호 유도(mutual induction)가 일어날 수 있다. 따라서 송수신기(100)에 포함되는 상기 안테나의 양단에는 상기 비접촉 통신 카드와의 상호 유도(mutual induction)를 통해 안테나 전압(VAN)이 생성될 수 있다. 비접촉 통신 칩(200)은 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)을 복조함으로써 상기 비접촉 통신 카드로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다.
상기 카드 모드에서, 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)에 응답하여 송수신기(100)와 상기 비접촉 통신 리더 사이에 상호 유도(mutual induction)가 발생하므로, 송수신기(100)는 상호 유도(mutual induction)를 통해 생성되는 안테나 전압(VAN)을 비접촉 통신 칩(200)에 제공하고, 비접촉 통신 칩(200)은 안테나 전압(VAN)을 복조함으로써 상기 비접촉 통신 리더로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 상기 카드 모드에서, 비접촉 통신 칩(200)은 출력 데이터를 변조하여 생성되는 변조 신호에 상응하는 임피던스를 송수신기(100)에 제공하고, 송수신기(100)는 상기 임피던스에 기초하여 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)를 통해 상기 비접촉 통신 리더와 상호 유도(mutual induction)를 일으킴으로써 상기 출력 데이터를 상기 비접촉 통신 리더에 전송할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치가 비접촉 통신 카드를 탐지하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하기 위해, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 내부 클럭 신호를 사용하여 송수신기(100)에 변조되지 않은 캐리어 신호(unmodulated carrier signal)에 상응하는 출력 전류(ITX)를 주기적으로 제공하고, 송수신기(100)는 출력 전류(ITX)에 상응하는 전자기파(EMW)를 주기적으로 방사할 수 있다.
이 때, 비접촉 통신 장치(10) 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하지 않는 경우, 송수신기(100)에는 상호 유도(mutual induction)가 발생하지 않으므로, 송수신기(100)가 전자기파(EMW)를 방사하는 동안 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기는 표준 전압(Vs)으로 유지될 수 있다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 시각 t1에서 인덕턴스 성분을 갖는 안테나 및 공진 커패시터로 구성되는 공진회로를 포함하는 비접촉 통신 카드가 비접촉 통신 장치(10) 주위에 접근하는 경우, 송수신기(100)와 상기 비접촉 통신 카드 사이에 상호 유도(mutual induction)가 발생하므로, 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기는 표준 전압(Vs)보다 소정의 전압(Vd) 만큼 감소할 수 있다.
따라서 비접촉 통신 칩(200)은 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기가 표준 전압(Vs) 보다 제1 문턱 전압(Vth1) 이상 작은 경우 상기 비접촉 통신 카드를 탐지한 것으로 판단할 수 있다.
상기 비접촉 통신 카드를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 리더 모드로 동작할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치가 비접촉 통신 리더를 탐지하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비접촉 통신 장치(10) 주위에 비접촉 통신 리더가 존재하지 않는 경우, 외부로부터 수신되는 전자기파(EMW)는 없으므로 송수신기(100)에 유도되는 전압은 실질적으로 제로일 수 있다.
비접촉 통신 장치(10)가 비접촉 통신 리더를 향해 접근하여 시각 t1에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 방사되는 전자기파(EMW)가 비접촉 통신 장치(10)에 수신되기 시작하는 경우, 송수신기(100)에는 상호 유도(mutual induction)로 인한 안테나 전압(VAN)이 생성되기 시작할 수 있다. 이 때, 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 주파수는 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 동일할 수 있다.
비접촉 통신 장치(10)가 상기 비접촉 통신 리더에 접근할수록 송수신기(100)에서 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기는 점점 증가할 수 있다.
시각 t2에서 비접촉 통신 장치(10)가 상기 비접촉 통신 리더로부터 일정 거리 이내로 접근하는 경우, 송수신기(100)에 유도되는 안테나 전압(VAN)의 크기는 제2 문턱 전압(Vth2) 이상으로 증가할 수 있다.
따라서 비접촉 통신 칩(200)은 송수신기(100)로부터 생성되는 안테나 전압(VAN)의 크기가 제2 문턱 전압(Vth2) 이상인 경우 상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 것으로 판단할 수 있다.
상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 카드 모드로 동작할 수 있다.
상기 카드 모드에서의 동작 초기에, 비접촉 통신 칩(200)은 안테나 전압(VAN)에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다. 예를 들어, 비접촉 통신 칩(200)은 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수가 상기 기준 클럭 신호의 주파수와 일치되도록 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다. 예를 들어, 상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 작은 경우, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 증가시킬 수 있다. 반면에, 상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 감소시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 기준 클럭 신호가 상기 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하는 측정 동작을 복수 회 수행하고, 상기 측정 동작을 복수 회 수행하는 동안 생성되는 상기 복수의 카운트 값들의 평균값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수도 있다.
따라서 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수는 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 일치될 수 있다.
이후, 비접촉 통신 장치(10)가 상기 리더 모드로 동작하는 경우, 클럭 생성기(210)는 상기 보정된 주파수를 갖는 상기 내부 클럭 신호를 생성할 수 있다. 따라서 비접촉 통신 장치(10)는 상기 리더 모드에서 상기 보정된 주파수를 갖는 전자기파(EMW)를 방사할 수 있다.
실시예에 따라서, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 기준 클럭 신호의 주파수에 기초하여 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수가 비접촉 통신 칩(200)의 내부적인 동작에 필요한 임의의 주파수를 갖도록 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수도 있다. 이 경우, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 리더 모드에서 주파수 변환 회로를 사용하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 캐리어 주파수로 변환한 후 캐리어 신호를 생성할 수 있다.
비접촉 통신 칩(200)이 클럭 생성기(210)를 포함하지 않는 경우, 상기 카드 모드에서는 외부의 비접촉 통신 리더로부터 방사되는 전자기파에 기초하여 생성되는 상기 기준 클럭 신호를 사용하여 동작할 수 있으나, 상기 리더 모드에서는 외부로부터 전자기파를 수신하지 않으므로 상기 기준 클럭 신호를 생성할 수 없으므로,상기 리더 모드에서는 비접촉 통신 칩(200)이 정상적으로 동작할 수 없다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉 통신 칩(200)은 상기 내부 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성기(210)를 포함하므로, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 카드 모드에서 상기 외부의 비접촉 통신 리더로부터 방사되는 전자기파에 기초하여 생성되는 상기 기준 클럭 신호를 사용하여 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하고, 상기 보정된 내부 클럭 신호를 사용하여 동작하므로, 상기 카드 모드 및 상기 리더 모드에서 정상적으로 동작할 수 있다.
일반적으로, 비접촉 통신 장치가 외부 장치와 정상적으로 통신을 수행하기 위해서는 상기 비접촉 통신 장치가 방사하는 전자기파의 주파수는 통신 표준에 정의된 캐리어 주파수와 동일하여야 한다. 이를 위해, 종래의 비접촉 통신 장치는 외부로부터 수신되는 통신 표준에 정의된 캐리어 주파수를 갖는 외부 클럭 신호에 기초하여 동작하거나, 내부적으로 생성되는 통신 표준에 정의된 캐리어 주파수를 갖는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작한다.
그러나, 상기 외부 클럭 신호에 기초하여 동작하는 경우, 별도의 핀(pin)을 통해 상기 외부 클럭 신호를 수신하여야 하므로, 상기 비접촉 통신 장치의 사이즈가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 상기 비접촉 통신 장치와는 별도로 크리스탈 오실레이터(crystal oscillator)와 같은 외부 클럭 생성기가 추가적으로 필요하다는 문제점이 있다.
또한, 상기 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하는 경우, 온도에 따라 내부적으로 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수가 변한다는 문제점이 있다.
이에 반해, 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치(10)는 상기 카드 모드에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)에 기초하여 클럭 생성기(210)로부터 내부적으로 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다. 예를 들어, 비접촉 통신 장치(10)는 클럭 생성기(210)로부터 내부적으로 생성되는 상기 내부 클럭 신호의 주파수가 상기 카드 모드에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 일치하도록 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치(10)는 상기 카드 모드로 동작할 때마다 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정함으로써 온도 변화에 무관하게 상기 내부 클럭 신호의 주파수 정확성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치(10)는 외부로부터 클럭 신호를 수신하지 않고, 클럭 생성기(210)로부터 내부적으로 생성되는 상기 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하면서도, 통신 에러를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 비접촉 통신 장치(10)는 송수신기(100) 및 비접촉 통신 칩(200)을 포함할 수 있다.
비접촉 통신 칩(200)은 제1 파워 단자(L1), 제2 파워 단자(L2), 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2), 및 수신 단자(RX)를 통해 송수신기(100)와 연결될 수 있다.
송수신기(100)는 안테나(110) 및 매칭 회로(120)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나(110)는 제1 안테나 단자(AED1) 및 제2 안테나 단자(AED2) 사이에 연결되는 루프 코일을 포함할 수 있다.
매칭 회로(120)는 안테나(110)와 비접촉 통신 칩(200) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 매칭 회로(120)는 제1 안테나 단자(AED1) 및 제2 안테나 단자(AED2)를 통해 안테나(110)와 연결되고, 제1 파워 단자(L1), 제2 파워 단자(L2), 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2), 및 수신 단자(RX)를 통해 비접촉 통신 칩(200)과 연결될 수 있다. 매칭 회로(120)는 안테나(110)와 비접촉 통신 칩(200) 사이의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 매칭 회로(120)는 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3), 제4 커패시터(C4), 제5 커패시터(C5), 및 제6 커패시터(C6)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제1 안테나 단자(AED1) 및 제2 안테나 단자(AED2) 사이에 연결될 수 있다. 제1 커패시터(C1)는 안테나(110)와 함께 공진 회로를 구성하여 송수신기(100)의 공진 주파수를 원하는 주파수(예를 들면, 13.56MHz)로 조절할 수 있다. 제2 커패시터(C2)는 제1 안테나 단자(AED1)와 제1 파워 단자(L1) 사이에 연결되고, 제3 커패시터(C3)는 제2 안테나 단자(AED2)와 제2 파워 단자(L2) 사이에 연결될 수 있다. 제4 커패시터(C4)는 제1 안테나 단자(AED1)와 제1 송신 단자(TX1) 사이에 연결될 수 있다. 제5 커패시터(C5)는 제2 안테나 단자(AED2)와 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결될 수 있다. 제6 커패시터(C6)는 제1 안테나 단자(AED1)와 수신 단자(RX) 사이에 연결될 수 있다. 실시예에 따라서 제6 커패시터(C6)는 제2 안테나 단자(AED2)와 수신 단자(RX) 사이에 연결될 수도 있다.
송수신기(100)가 외부의 비접촉 통신 리더로부터 송수신기(100)의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 갖는 전가지파(EMW)를 수신하는 경우, 송수신기(100)와 상기 외부의 비접촉 통신 리더 사이에 상호 유도가 발생하므로, 안테나(110)가 연결되는 제1 안테나 단자(AED1) 및 제2 안테나 단자(AED2)에 유도 전압이 생성될 수 있다.
제1 안테나 단자(AED1)에 생성되는 상기 유도 전압은 제2 커패시터(C2)를 통해 제1 파워 단자(L1)에 제1 안테나 전압(VAN1)으로서 제공되고, 제2 안테나 단자(AED2)에 생성되는 상기 유도 전압은 제3 커패시터(C3)를 통해 제2 파워 단자(L2)에 제2 안테나 전압(VAN2)으로서 제공될 수 있다.
도 5 및 6은 도 4의 비접촉 통신 장치에 포함되는 송수신기로부터 생성되는 제1 안테나 전압 및 제2 안테나 전압을 나타내는 그래프들이다.
도 5는 송수신기(100)가 변조된 캐리어 신호를 포함하는 전자기파(EMW)를 수신하는 경우에 송수신기(100)로부터 생성되는 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)을 나타내고, 도 6은 송수신기(100)가 변조되지 않은 캐리어 신호를 포함하는 전자기파(EMW)를 수신하는 경우에 송수신기(100)로부터 생성되는 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 송수신기(100)와 상기 외부의 비접촉 통신 리더 사이의 상호 유도를 통해 제1 안테나 단자(AED1) 및 제2 안테나 단자(AED2)에 상기 유도 전압이 생성되므로, 제1 안테나 단자(AED1)에 생성되는 상기 유도 전압과 제2 안테나 단자(AED2)에 생성되는 상기 유도 전압은 크기가 동일하고 위상은 180도 차이날 수 있다.
제1 안테나 단자(AED1)에 생성되는 상기 유도 전압은 제2 커패시터(C2)를 통과하면서 직류 성분이 제거되므로, 제1 파워 단자(L1)에 제공되는 제1 안테나 전압(VAN1)은 교류 성분만을 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제2 안테나 단자(AED2)에 생성되는 상기 유도 전압은 제3 커패시터(C3)를 통과하면서 직류 성분이 제거되므로, 제2 파워 단자(L2)에 제공되는 제2 안테나 전압(VAN2)은 교류 성분만을 포함할 수 있다.
따라서, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)은 크기가 동일하고 위상은 180도 차이날 수 있다.
도 5 및 6에서, 실선은 제1 안테나 전압(VAN1)을 나타내고, 점선은 제2 안테나 전압(VAN2)을 나타낸다.
일 실시예에 있어서, 비접촉 통신 장치(10)는 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying; ASK) 방식을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
따라서, 송수신기(100)가 변조된 캐리어 신호를 포함하는 전자기파(EMW)를 수신하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)은 변조된 데이터에 기초하여 제1 피크 전압(VP1) 및 제2 피크 전압(VP2)을 가질 수 있다.
이에 반해, 송수신기(100)가 변조되지 않은 캐리어 신호를 포함하는 전자기파(EMW)를 수신하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)은 일정한 피크 전압(VP0)을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)은 각각 상기 외부의 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 사인파에 상응할 수 있다.
도 4에 도시된 매칭 회로(120)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 매칭 회로(120)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 매칭 회로(120)는 안테나(110)와 비접촉 통신 칩(200) 사이의 임피던스 매칭을 위한 다양한 형태로 구현될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 카드 모드에서 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 송신 동작 및 수신 동작을 수행하고, 상기 리더 모드에서 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송신 동작을 수행하고, 상기 리더 모드에서 수신 단자(RX)를 통해 수신 동작을 수행할 수 있다.
비접촉 통신 칩(200)은 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 출력 전류(ITX)를 제공하고, 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 송수신기(100)로부터 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)을 수신할 수 있다.
비접촉 통신 칩(200)은 클럭 생성기(210), 정류기(211), 레귤레이터(212), 제1 복조기(213), 제1 변조기(214), 전원 스위치(215), 레지스터(220), 클럭 복원 회로(230), 제1 카운터(231), 제2 카운터(232), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)(240), 제2 복조기(241), 제2 변조기(242), 믹서(243), 송신 회로(250), 메모리(260), 및 주파수 변환 회로(FREQV)(270)를 포함할 수 있다.
정류기(211)는 송수신기(100)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)을 정류하여 직류 전압인 제1 전압(V1)을 생성할 수 있다.
레귤레이터(212)는 제1 전압(V1)을 사용하여 비접촉 통신 칩(200) 내부에서 사용가능한 일정한 크기의 전압 레벨을 갖는 내부 전압(VINT)을 생성할 수 있다.
중앙 처리 장치(240)는 비접촉 통신 칩(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 중앙 처리 장치(240)는 배터리 등과 같은 전원부로부터 전원 전압(VDD)을 수신하여 동작할 수 있다. 또한, 중앙 처리 장치(240)는 전원 스위치(215)를 통해 레귤레이터(212)로부터 내부 전압(VINT)을 수신할 수 있다. 중앙 처리 장치(240)는 전원 전압(VDD)이 일정 레벨 이상인 경우 전원 전압(VDD)을 사용하여 동작하고 스위치 제어 신호(SCS)를 디스에이블시켜 전원 스위치(215)를 턴오프시킬 수 있다. 한편, 중앙 처리 장치(240)는 전원 전압(VDD)이 상기 일정 레벨 이하인 경우 스위치 제어 신호(SCS)를 인에이블시켜 전원 스위치(215)를 턴온시킴으로써 레귤레이터(212)로부터 제공되는 내부 전압(VINT)을 사용하여 동작할 수 있다.
클럭 생성기(210)는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수는 통신 표준에서 정의된 캐리어 주파수에 상응할 수 있다. 예를 들어, 비접촉 통신 장치(10)가 NFC 장치인 경우, 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수는 13.56MHz에 상응할 수 있다.
주파수 변환 회로(270)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 변환하여 중앙 처리 장치(240)에 시스템 클럭 신호(S_CLK)로서 제공할 수 있다. 중앙 처리 장치(240)는 시스템 클럭 신호(S_CLK)에 동기되어 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 주파수 변환 회로(270)는 주파수 체배기(frequency multiplier)일 수 있다. 이 경우, 주파수 변환 회로(270)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수 증가시켜 시스템 클럭 신호(S_CLK)를 생성하여 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수가 13.56MHz인 경우, 주파수 변환 회로(270)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 두 배로 증가시켜 27.12MHz의 주파수를 갖는 시스템 클럭 신호(S_CLK)를 생성하여 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 주파수 변환 회로(270) 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 중앙 처리 장치(240)의 동작에 필요한 임의의 주파수로 변경하여 시스템 클럭 신호(S_CLK)로서 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수도 있다.
그러나, 실시예에 따라서 비접촉 통신 칩(200)은 주파수 변환 회로(270)를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 중앙 처리 장치(240)는 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 직접 수신하고, 내부 클럭 신호(I_CLK)에 동기되어 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 클럭 생성기(210)는 레지스터(220)에 저장된 트리밍(trimming) 값(T_V)에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성할 수 있다.
도 7은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 클럭 생성기의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 클럭 생성기(210)는 저항-커패시터 발진기(RC oscillator)로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 클럭 생성기(210)는 각각이 저항(Rv) 및 커패시터(Cv)를 포함하고, 서로 직렬로 연결되는 복수의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3), 증폭기(AMP), 및 피드백 저항(Rf)을 포함할 수 있다.
복수의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)에 의한 입력 신호의 위상 시프트는 180도에 상응할 수 있다.
도 7에는 예시적으로 클럭 생성기(210)가 세 개의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)을 포함하는 것으로 도시된다. 이 경우 각각의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)에 의한 위상 시프트는 60도에 상응할 수 있다.
따라서 증폭기(AMP)의 입력 신호는 증폭기(AMP)의 출력 신호와 180도의 위상 차이를 가질 수 있다. 따라서 클럭 생성기(210)는 저항(Rv)의 저항 값 및 커패시터(Cv)의 커패시턴스에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 복수의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)에 포함되는 저항(Rv)은 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)에 기초하여 가변되는 저항값을 갖는 가변 저항일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 복수의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)에 포함되는 커패시터(Cv)는 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)에 기초하여 가변되는 커패시턴스를 갖는 가변 커패시터일 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 복수의 스테이지들(STAGE1, STAGE2, STAGE3)에 포함되는 저항(Rv) 및 커패시터(Cv)는 각각 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)에 기초하여 가변되는 저항값 및 커패시턴스를 갖는 가변 저항 및 가변 커패시터일 수 있다.
따라서 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수는 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)에 기초하여 결정될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 중앙 처리 장치(240)는 상기 카드 모드에서 송수신기(100)로부터 제공되는 제1 안테나 전압(VAN1)의 주파수에 기초하여 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)을 조절함으로써 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정할 수 있다.
도 7에 도시된 클럭 생성기(210)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 클럭 생성기(210)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 클럭 생성기(210)는 트리밍 값(T_V)에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1 내지 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 중앙 처리 장치(240)는 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작 및 주위에 비접촉 통신 리더가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작을 교번하여 반복적으로 수행할 수 있다.
도 3을 참조하여 상술한 바와 같은 동작을 통해, 중앙 처리 장치(240)가 비접촉 통신 장치(10)의 주위에 존재하는 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 카드 모드로 동작할 수 있다.
통신 표준에 따르면, 리더와 카드의 통신 초기에, 상기 리더는 가드 타임(guard time) 동안 변조되지 않은 캐리어 신호를 상기 카드에 제공하고, 상기 카드는 상기 가드 타임 동안 상기 카드 모드로 동작할 준비를 완료한다. 상기 리더는 상기 가드 타임 이후에 상기 카드에 리퀘스트 신호를 송신하고, 상기 카드는 상기 가드 타임 이후에 상기 리더로부터 수신되는 상기 리퀘스트 신호에 응답하여 상기 리더에 응답 신호를 전송함으로써 상기 리더와 상기 카드 사이의 통신이 시작된다.
예를 들어, NFC 표준에 따르면, NFC-A 기술 및 NFC-B 기술의 경우 상기 가드 타임은 5ms에 상응하고, NFC-F 기술의 경우 상기 가드 타임은 20ms에 상응한다.
따라서 상기 카드 모드의 동작 초기에, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 비접촉 통신 리더로부터 상기 가드 타임 동안 변조되지 않은 캐리어 신호를 수신할 수 있다.
따라서, 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 가드 타임 동안 송수신기(100)로부터 생성되는 제1 안테나 전압(VAN1) 및 제2 안테나 전압(VAN2)은 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 사인파에 상응할 수 있다.
클럭 복원 회로(230)는 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2) 중의 하나에 연결될 수 있다. 도 4에는 예시적으로 클럭 복원 회로(230)는 제1 파워 단자(L1)에 연결되는 것으로 도시된다.
클럭 복원 회로(230)는 제1 파워 단자(L1)를 통해 송수신기(100)로부터 제1 안테나 전압(VAN1)을 수신할 수 있다.
클럭 복원 회로(230)는 상기 가드 타임 동안 송수신기(100)로부터 수신되는 제1 안테나 전압(VAN1)에 기초하여 제1 안테나 전압(VAN1)과 동일한 주파수를 갖는 기준 클럭 신호(R_CLK)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 클럭 복원 회로(230)는 사인파 형태의 제1 안테나 전압(VAN1)을 구형파 형태로 변형하여 기준 클럭 신호(R_CLK)를 생성할 수 있다.
도 8은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 클럭 복원 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 8을 참조하면, 클럭 복원 회로(230)는 인버터(221)를 포함할 수 있다.
인버터(221)는 전원 전압(VDD)과 출력 단자(N1) 사이에 연결되고 제1 파워 단자(L1)를 통해 제1 안테나 전압(VAN1)을 수신하는 게이트를 포함하는 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(MP) 및 접지 전압(GND)과 출력 단자(N1) 사이에 연결되고, 제1 파워 단자(L1)를 통해 제1 안테나 전압(VAN1)을 수신하는 게이트를 포함하는 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(MN)를 포함할 수 있다.
인버터(221)는 제1 안테나 전압(VAN1)을 반전시켜 출력 단자(N1)를 통해 기준 클럭 신호(R_CLK)를 출력할 수 있다.
인버터(221)의 게인(gain)이 클수록 인버터(221)로부터 출력되는 기준 클럭 신호(R_CLK)는 구형파에 더욱 가까울 수 있다.
도 8에는 클럭 복원 회로(230)가 하나의 인버터(221)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서 클럭 복원 회로(230)는 서로 직렬로 연결되는 복수의 인버터들을 포함할 수도 있다.
또한, 도 8에 도시된 클럭 복원 회로(230)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 클럭 복원 회로(230)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 클럭 복원 회로(230)는 사인파 형태의 신호를 구형파 형태로 변형할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 가드 타임 동안 제1 파워 단자(L1)를 통해 송수신기(100)로부터 클럭 복원 회로(230)에 제공되는 제1 안테나 전압(VAN1)은 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 사인파에 상응하므로, 클럭 복원 회로(230)로부터 생성되는 기준 클럭 신호(R_CLK)의 주파수는 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 동일할 수 있다.
한편, 중앙 처리 장치(240)는 비접촉 통신 장치(10)의 주위에 존재하는 상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우, 상기 가드 타임의 초기에 시작 신호(ST)를 제1 카운터(231) 및 제2 카운터(232)에 동시에 제공할 수 있다.
제1 카운터(231)는 중앙 처리 장치(240)로부터 제공되는 시작 신호(ST)에 응답하여 기준 클럭 신호(R_CLK)에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제1 카운트 값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 카운터(231)는 시작 신호(ST)를 수신하는 경우, 상기 제1 카운트 값을 리셋한 후 기준 클럭 신호(R_CLK)에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 상기 제1 카운트 값을 생성할 수 있다.
제1 카운터(231)는 상기 제1 카운트 값이 기준 값에 도달하는 경우 종료 신호(FIN)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 기준 값은 제1 카운터(231) 내부에 미리 저장될 수 있다.
따라서 제1 카운터(231)는 중앙 처리 장치(240)로부터 시작 신호(ST)를 수신하는 시점으로부터 기준 클럭 신호(R_CLK)가 상기 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과한 이후에 종료 신호(FIN)를 출력할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기준 클럭 신호(R_CLK)의 주기와 상기 기준 값의 곱은 통신 표준에 정의된 상기 가드 타임보다 작을 수 있다. 예를 들어, 통신 표준에 따른 캐리어 신호의 주기는 정해져 있으므로, 상기 캐리어 신호의 주기와 상기 기준 값의 곱은 상기 가드 타임보다 작도록 상기 기준 값을 결정할 수 있다.
따라서 제1 카운터(231)는 상기 가드 타임이 종료되기 이전에 종료 신호(FIN)를 출력할 수 있다.
제2 카운터(232)는 중앙 처리 장치(240)로부터 제공되는 시작 신호(ST)에 응답하여 내부 클럭 신호(I_CLK)에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제2 카운트 값(CNT2)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 카운터(232)는 시작 신호(ST)를 수신하는 경우, 제2 카운트 값(CNT2)을 리셋한 후 내부 클럭 신호(I_CLK)에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제2 카운트 값(CNT2)을 생성할 수 있다.
제2 카운터(232)는 제1 카운터(231)로부터 종료 신호(FIN)를 수신하는 경우 상기 카운트 동작을 종료하고 제2 카운트 값(CNT2)을 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제2 카운터(232)가 중앙 처리 장치(240)로부터 시작 신호(ST)를 수신하는 시점과 제1 카운터(231)로부터 종료 신호(FIN)를 수신하는 시점 사이의 시간 간격은 기준 클럭 신호(R_CLK)가 상기 기준에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 시간과 동일할 수 있다. 따라서 제2 카운터(232)로부터 중앙 처리 장치(240)에 제공되는 제2 카운트 값(CNT2)은 기준 클럭 신호(R_CLK)가 상기 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 시간 동안 포함되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 사이클의 개수를 나타낼 수 있다.
중앙 처리 장치(240)는 제2 카운트 값(CNT2) 및 상기 기준 값에 기초하여 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)을 조절함으로써 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정할 수 있다.
예를 들어, 제2 카운트 값(CNT2)이 상기 기준 값보다 작은 경우, 중앙 처리 장치(240)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수가 증가되도록 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)을 조절할 수 있다. 반면에, 제2 카운트 값(CNT2)이 상기 기준 값보다 큰 경우, 중앙 처리 장치(240)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수가 감소되도록 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)을 조절할 수 있다. 따라서 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수는 상기 카드 모드에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 일치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 중앙 처리 장치(240)는 제2 카운트 값(CNT2)과 상기 기준 값의 차이에 따른 최적 트리밍 값들을 미리 저장하는 룩업 테이블(LT)을 포함할 수 있다.
도 9는 도 4의 중앙 처리 장치에 포함되는 룩업 테이블의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 룩업 테이블(LT)은 제2 카운트 값(CNT2)과 기준 값(REFV)의 차이와 트리밍 값(T_V)을 연관시켜 저장할 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 룩업 테이블(LT)은 제2 카운트 값(CNT2)에서 기준 값(REFV)을 뺀 값이 -n인 경우부터 n인 경우 각각에 대해 최적 트리밍 값들(tv(-n)~tv(n))을 미리 저장할 수 있다.
중앙 처리 장치(240)는 제2 카운터(232)로부터 제2 카운트 값(CNT2)을 수신하는 경우, 룩업 테이블(LT)로부터 제2 카운트 값(CNT2)과 기준 값(REFV)의 차이에 상응하는 최적 트리밍 값을 독출하여 레지스터(220)에 트리밍 값(T_V)으로서 기입할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 카드 모드의 동작 초기에, 중앙 처리 장치는 상기 가드 타임이 종료될 때까지 시작 신호(ST)를 제1 카운터(231) 및 제2 카운터(232)에 동시에 제공하고 제2 카운터(232)로부터 제2 카운트 값(CNT2)을 수신하는 측정 동작을 반복적으로 수행할 수 있다. 이 경우, 중앙 처리 장치는 상기 측정 동작 수행시마다 제2 카운터(232)로부터 수신되는 제2 카운트 값(CNT2)들의 평균값을 최종 제2 카운트 값(CNT2)으로 결정한 후, 상기 최종 결정된 제2 카운트 값(CNT2)과 기준 값(REFV)에 기초하여 레지스터(220)에 저장된 트리밍 값(T_V)을 조절함으로써 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정할 수 있다. 따라서 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수는 상기 카드 모드에서 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 보다 정확하게 일치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 비접촉 통신 칩(200)이 비접촉 통신 장치(10)의 주위에 존재하는 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우, 비접촉 통신 칩(200)은 상기 가드 타임 동안 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정한 후, 상기 카드 모드로 동작할 수 있다.
상기 카드 모드에서 수신 동작시, 제1 복조기(213)는 송수신기(100)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 입력 데이터를 생생하고, 상기 입력 데이터를 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수 있다. 중앙 처리 장치(240)는 상기 입력 데이터를 메모리(260)에 저장할 수 있다.
상기 카드 모드에서 송신 동작시, 중앙 처리 장치(240)는 메모리(260)로부터 출력 데이터를 독출하여 제1 변조기(214)에 제공하고, 제1 변조기(214)는 상기 출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 변조기(214)는 상기 출력 데이터에 대해 로드 모듈레이션(load modulation)을 수행하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같은 동작을 통해, 중앙 처리 장치(240)가 비접촉 통신 장치(10)의 주위에 존재하는 비접촉 통신 카드를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 리더 모드로 동작할 수 있다.
상기 리더 모드에서, 클럭 생성기(210)는 직전에 수행된 카드 모드에서 보정된 트리밍 값(T_V)에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성하고, 비접촉 통신 칩(200)은 내부 클럭 신호(I_CLK)를 캐리어로 사용하여 상기 비접촉 통신 카드와 통신을 수행할 수 있다.
상기 리더 모드에서 수신 동작시, 제2 복조기(241)는 송수신기(100)로부터 수신 단자(RX)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 입력 데이터를 생생하고, 상기 입력 데이터를 중앙 처리 장치(240)에 제공할 수 있다. 중앙 처리 장치(240)는 상기 입력 데이터를 메모리(260)에 저장할 수 있다.
상기 리더 모드에서 송신 동작시, 중앙 처리 장치(240)는 메모리(260)로부터 출력 데이터(TD)를 독출하여 제2 변조기(242)에 제공하고, 제2 변조기(242)는 출력 데이터(TD)를 변조하여 변조 신호를 생성하고, 믹서(243)는 캐리어 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)와 상기 변조 신호를 합성하여 송신 변조 신호(TMS)를 생성할 수 있다.
송신 회로(250)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
상기 리더 모드에서, 송신 회로(250)는 믹서(243)로부터 제공되는 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 출력 전류(ITX)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공하고, 송수신기(100)는 출력 전류(ITX)에 상응하는 전자기파(EMW)를 방사할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 송신 회로(250)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하거나 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결함으로써 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 출력 전류(ITX)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공할 수 있다.
예를 들어, 송신 회로(250)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 송신 단자(TX1)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하거나, 제1 송신 단자(TX1)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결함으로써 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 출력 전류(ITX)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공할 수 있다.
송신 회로(250)가 제1 송신 단자(TX1)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하는 경우, 전원 전압(VDD)으로부터 생성되는 출력 전류(ITX)는 제1 송신 단자(TX1)를 통해 송수신기(100)에 제공되고 제2 송신 단자(TX2)를 통해 접지 전압(GND)으로 싱크될 수 있다.
송신 회로(250)가 제1 송신 단자(TX1)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하는 경우, 전원 전압(VDD)으로부터 생성되는 출력 전류(ITX)는 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공되고 제1 송신 단자(TX1)를 통해 접지 전압(GND)으로 싱크될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동안, 중앙 처리 장치(240)는 출력 데이터(TD)를 제2 변조기(242)에 제공하지 않으므로, 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동안 송신 회로(250)가 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공하는 출력 전류(ITX)는 변조되지 않은 캐리어 신호에 상응할 수 있다.
도 10은 도 4의 비접촉 통신 칩에 포함되는 송신 회로의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 송신 회로(250)는 제1 풀업 트랜지스터(MP0), 제2 풀업 트랜지스터(MP1), 제1 풀다운 트랜지스터(MN0), 제2 풀다운 트랜지스터(MN1) 및 구동 회로(252)를 포함할 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 PMOS(p-type metal oxide semiconductor) 트랜지스터이고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0)는 전원 전압(VDD) 및 제1 송신 단자(TX1) 사이에 연결되고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN1)는 제1 송신 단자(TX1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 전원 전압(VDD) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되고, 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 제2 송신 단자(TX2) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
구동 회로(252)는 제1 풀업 구동 신호(UDS0)를 통해 제1 풀업 트랜지스터(MP0)를 구동하고, 제1 풀다운 구동 신호(DDS0)를 통해 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 구동하고, 제2 풀업 구동 신호(UDS1)를 통해 제2 풀업 트랜지스터(MP1)를 구동하고, 제2 풀다운 구동 신호(DDS1)를 통해 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 구동할 수 있다.
구동 회로(252)는 믹서(243)로부터 제공되는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 중의 하나를 선택적으로 턴온하고, 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1) 중의 하나를 선택적으로 턴온할 수 있다.
예를 들어, 구동 회로(252)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 턴온하고 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 턴오프하거나, 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 턴온하고 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 턴오프함으로써, 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 출력 전류(ITX)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100)에 제공할 수 있다.
도 1 내지 10을 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉 통신 칩(200)은 상기 카드 모드로 동작시마다 클럭 생성기(210)로부터 생성되는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)의 주파수와 일치시킬 수 있다. 이와 같이, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 카드 모드로 동작시마다 외부의 비접촉 통신 리더로부터 방사되는 전자기파(EMW)의 주파수와 일치되도록 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정하므로, 온도 변화에 무관하게 상기 리더 모드로 동작 시에 통신 표준에 정의된 캐리어 주파수에 상응하는 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)에 기초하여 동작할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치(10)의 통신 에러는 효과적으로 감소될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 비접촉 통신 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11에 도시된 비접촉 통신 장치의 동작 방법은 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치(10)를 통해 수행될 수 있다.
이하, 도 1 내지 11을 참조하여 비접촉 통신 장치(10)의 동작 방법에 대해 설명한다.
도 11을 참조하면, 비접촉 통신 장치(10)는 주위에 비접촉 통신 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작 및 주위에 비접촉 통신 리더가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작을 교번하여 반복적으로 수행할 수 있다(단계 S100).
비접촉 통신 장치(10)가 상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성할 수 있다(단계 S200). 또한, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 비접촉 통신 리더로부터 수신되는 전자기파(EMW)에 기초하여 안테나 전압(VAN)을 생성하고(단계 S300), 안테나 전압(VAN)에 기초하여 기준 클럭 신호(R_CLK)를 생성할 수 있다(단계 S400).
이후, 비접촉 통신 장치(10)는 기준 클럭 신호(R_CLK)에 기초하여 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정할 수 있다(단계 S500).
도 12는 도 11의 기준 클럭 신호 기초하여 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 비접촉 통신 장치(10)는 기준 클럭 신호(R_CLK)가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 내부 클럭 신호(I_CLK)에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 제2 카운트 값(CNT2)을 생성하고(단계 S510), 제2 카운트 값(CNT2)과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정할 수 있다(단계 S520).
예를 들어, 제2 카운트 값(CNT2)이 상기 기준 값보다 작은 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 증가시킬 수 있다. 반면에, 제2 카운트 값(CNT2)이 상기 기준 값보다 큰 경우, 비접촉 통신 칩(200)은 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 감소시킬 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 비접촉 통신 장치(10)는 내부 클럭 신호(I_CLK)의 주파수를 보정한 후, 상기 카드 모드로 동작할 수 있다(단계 S600).
한편, 비접촉 통신 장치(10)가 상기 비접촉 통신 카드를 탐지한 경우, 비접촉 통신 장치(10)는 상기 보정된 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)를 생성하고, 상기 보정된 주파수를 갖는 내부 클럭 신호(I_CLK)에 기초하여 상기 리더 모드로 동작할 수 있다(단계 S700).
도 1에 도시된 비접촉 통신 장치(10)의 구성 및 동작에 대해서는 도 1 내지 10을 참조하여 상세히 설명하였으므로, 여기서는 도 11 및 12에 도시된 비접촉 통신 장치(10)의 동작 방법의 각 단계들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(AP)(1100), 비접촉 통신 장치(1200), 메모리 장치(1300), 사용자 인터페이스(1400) 및 파워 서플라이(1500)를 포함한다. 실시예에 따라, 전자 시스템(1000)은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 등과 같은 임의의 모바일 시스템일 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1100)는 전자 시스템(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 어플리케이션 프로세서(1100)는 인터넷 브라우저, 게임, 동영상 등을 제공하는 어플리케이션들을 실행할 수 있다. 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1100)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(Multi-Core)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(1100)는 듀얼 코어(Dual-Core), 쿼드 코어(Quad-Core), 헥사 코어(Hexa-Core) 등의 멀티 코어(Multi-Core)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1100)는 내부 또는 외부에 위치한 캐시 메모리(Cache Memory)를 더 포함할 수 있다.
메모리 장치(1300)는 전자 시스템(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리 장치(1300)는 전자 시스템(1000)을 부팅하기 위한 부트 이미지를 저장할 수 있고, 외부 장치에 전송할 출력 데이터 및 상기 외부 장치로부터 수신되는 입력 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1300)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(Flash Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 또는 이와 유사한 메모리로 구현될 수 있다.
비접촉 통신 장치(1200)는 전자기파를 통해 상기 외부 장치에 메모리 장치(1300)에 저장된 상기 출력 데이터를 전송하고 상기 외부 장치로부터 수신되는 상기 입력 데이터를 메모리 장치(1300)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 비접촉 통신 장치(1200)는 근거리 무선 통신(NFC)을 통해 상기 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다.
비접촉 통신 장치(1200)는 송수신기(1210) 및 비접촉 통신 칩(1220)을 포함한다. 비접촉 통신 칩(1220)은 내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 카드 모드에서, 송수신기(1210)는 상기 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하고, 비접촉 통신 칩(1220)은 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정할 수 있다. 리더 모드에서, 비접촉 통신 칩(1220)은 상기 보정된 주파수를 갖는 상기 내부 클럭 신호를 캐리어로 사용하여 전자기파를 방사함으로써 상기 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다.
비접촉 통신 장치(1200)는 도 1에 도시된 비접촉 통신 장치(10)로 구현될 수 있다. 도 1의 비접촉 통신 장치(10)의 구성 및 동작에 대해서는 도 1 내지 12를 참조하여 상세히 설명하였으므로, 여기서는 비접촉 통신 장치(1200)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
사용자 인터페이스(1400)는 키패드, 터치 스크린과 같은 하나 이상의 입력 장치 및/또는 스피커, 디스플레이 장치와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1500)는 전자 시스템(1000)의 동작 전압을 공급할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 전자 시스템(1000)은 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있고, 메모리 카드(Memory Card), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 등과 같은 저장 장치를 더 포함할 수 있다.
전자 시스템(1000)의 구성요소들은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장될 수 있는데, 예를 들어, PoP(Package on Package), BGAs(Ball grid arrays), CSPs(Chip scale packages), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), PDIP(Plastic Dual In-Line Package), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, COB(Chip On Board), CERDIP(Ceramic Dual In-Line Package), MQFP(Plastic Metric Quad Flat Pack), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SOIC(Small Outline Integrated Circuit), SSOP(Shrink Small Outline Package), TSOP(Thin Small Outline Package), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SIP(System In Package), MCP(Multi Chip Package), WFP(Wafer-level Fabricated Package), WSP(Wafer-Level Processed Stack Package) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
본 발명은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치와 같은 비접촉 통신 장치를 구비하는 임의의 전자 장치에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 랩톱 컴퓨터(laptop computer) 등에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 비접촉 통신 장치 100: 송수신기
110: 안테나 120: 매칭 회로
200: 비접촉 통신 칩 210: 클럭 생성기
211: 정류기 212: 레귤레이터
213: 제1 복조기 214: 제1 변조기
215: 전원 스위치 220: 레지스터
230: 클럭 복원 회로 231: 제1 카운터
232: 제2 카운터 240: 중앙 처리 장치
241: 제2 복조기 242: 제2 변조기
243: 믹서 250: 송신 회로
260: 메모리 270: 주파수 변환 회로
1000: 전자 시스템

Claims (20)

  1. 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하는 송수신기; 및
    내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하고, 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치와 데이터를 송수신하며, 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 칩을 포함하는 비접촉 통신 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은, 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하고, 상기 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은, 상기 기준 클럭 신호가 기준 값에 상응하는 개수의 사이클만큼 경과하는 동안, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 카운트 값을 생성하는 측정 동작을 복수 회 수행하고, 상기 측정 동작을 복수 회 수행하는 동안 생성되는 상기 복수의 카운트 값들의 평균값과 상기 기준 값의 차이에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은,
    상기 내부 클럭 신호를 생성하는 클럭 생성기;
    상기 안테나 전압을 수신하고, 상기 안테나 전압과 동일한 주파수를 갖는 기준 클럭 신호를 생성하는 클럭 복원 회로;
    시작 신호에 응답하여 상기 기준 클럭 신호에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제1 카운트 값을 생성하고, 상기 제1 카운트 값이 기준 값에 도달하는 경우 종료 신호를 출력하는 제1 카운터;
    상기 시작 신호에 응답하여 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 카운트 동작을 수행하여 제2 카운트 값을 생성하고, 상기 종료 신호에 응답하여 상기 카운트 동작을 종료하고 상기 제2 카운트 값을 출력하는 제2 카운터; 및
    상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공하고, 상기 제2 카운트 값 및 상기 기준 값에 기초하여 상기 클럭 생성기를 제어하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 중앙 처리 장치를 포함하는 비접촉 통신 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는,
    상기 제2 카운트 값이 상기 기준 값보다 작은 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 증가시키고,
    상기 제2 카운트 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 감소시키는 비접촉 통신 장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은,
    트리밍(trimming) 값을 저장하는 레지스터를 더 포함하고,
    상기 클럭 생성기는 상기 레지스터에 저장된 상기 트리밍 값에 기초하여 결정되는 주파수를 갖는 상기 내부 클럭 신호를 생성하고,
    상기 중앙 처리 장치는 상기 제2 카운트 값 및 상기 기준 값에 기초하여 상기 레지스터에 저장된 상기 트리밍 값을 조절하는 비접촉 통신 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는, 상기 제2 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 따른 최적 트리밍 값들을 미리 저장하는 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블로부터 상기 제2 카운트 값과 상기 기준 값의 차이에 상응하는 상기 최적 트리밍 값을 독출하여 상기 레지스터에 상기 트리밍 값으로서 기입하는 비접촉 통신 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 클럭 생성기는, 저항-커패시터 발진기(RC oscillator)를 포함하고,
    상기 저항-커패시터 발진기는 상기 트리밍 값에 기초하여 가변되는 저항값을 갖는 가변 저항을 포함하는 비접촉 통신 장치.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 클럭 생성기는, 저항-커패시터 발진기(RC oscillator)를 포함하고,
    상기 저항-커패시터 발진기는 상기 트리밍 값에 기초하여 가변되는 커패시턴스를 갖는 가변 커패시터를 포함하는 비접촉 통신 장치.
  10. 제4 항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는 상기 안테나 전압에 기초하여 비접촉 통신 리더가 주위에 존재하는지 여부를 탐지하고, 상기 비접촉 통신 리더를 탐지한 경우 상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공하는 비접촉 통신 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 기준 클럭 신호의 주기와 상기 기준 값의 곱은 통신 표준에 정의된 가드 타임(guard time) 보다 작은 비접촉 통신 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는, 상기 가드 타임이 종료될 때까지 상기 시작 신호를 상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터에 동시에 제공하고 상기 제2 카운터로부터 상기 제2 카운트 값을 수신하는 측정 동작을 반복적으로 수행하고, 상기 측정 동작 수행시마다 상기 제2 카운터로부터 수신되는 상기 제2 카운트 값들의 평균값과 상기 기준 값에 기초하여 상기 클럭 생성기를 제어하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 장치.
  13. 제4 항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는, 상기 내부 클럭 신호에 동기되어 동작하는 비접촉 통신 장치.
  14. 제4 항에 있어서, 상기 클럭 복원 회로는, 상기 안테나 전압을 반전시키는 인버터를 포함하는 비접촉 통신 장치.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 송수신기로부터 생성되는 상기 안테나 전압의 주파수는 상기 외부 장치로부터 수신되는 상기 전자기파의 주파수와 동일한 비접촉 통신 장치.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 송수신기는 상기 외부 장치와의 상호 유도를 통해 상기 안테나 전압을 생성하는 비접촉 통신 장치.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 송수신기는,
    상기 전자기파를 수신하는 안테나; 및
    상기 안테나와 상기 비접촉 통신 칩 사이에 연결되고, 상기 안테나와 상기 비접촉 통신 칩 사이의 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 회로를 포함하는 비접촉 통신 장치.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 비접촉 통신 칩은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 통해 상기 외부 장치와 통신을 수행하는 비접촉 통신 장치.
  19. 출력 데이터 및 입력 데이터를 저장하는 메모리 장치;
    전자기파를 통해 외부 장치에 상기 출력 데이터를 송신하고 상기 외부 장치로부터 상기 입력 데이터를 수신하는 비접촉 통신 장치; 및
    상기 비접촉 통신 장치 및 상기 메모리 장치의 동작을 제어하는 어플리케이션 프로세서를 포함하고,
    상기 비접촉 통신 장치는,
    상기 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하는 송수신기; 및
    내부적으로 생성되는 내부 클럭 신호에 기초하여 동작하고, 상기 송수신기를 통해 상기 외부 장치와 통신을 수행하며, 상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 비접촉 통신 칩을 포함하는 전자 시스템.
  20. 카드 모드에서, 송수신기를 사용하여 외부 장치로부터 수신되는 전자기파에 기초하여 안테나 전압을 생성하는 단계;
    상기 안테나 전압에 기초하여 기준 클럭 신호를 생성하는 단계;
    클럭 생성기를 사용하여 내부 클럭 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 기준 클럭 신호에 기초하여 상기 내부 클럭 신호의 주파수를 보정하는 단계를 포함하는 비접촉 통신 장치의 동작 방법.
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