KR101379867B1 - 일정 범위의 필드 세기에 대한 ｎｆｃ-지원 장치에서의 부하 변조 가변 - Google Patents

일정 범위의 필드 세기에 대한 ｎｆｃ-지원 장치에서의 부하 변조 가변 Download PDF

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Abstract

NFC-지원 장치는 안테나 단자들에 걸친 부하 임피던스에 2 이상의 선택가능한 변화들을 제공하는 부하 변조 통신부를 포함한다. 2 이상의 선택가능한 변화들 중 적어도 하나는 송신 데이터에, 그리고 NFC 안테나에 결합된 태그 리더 필드의 동시에 검출된 세기 둘 다에 따른다.

Description

일정 범위의 필드 세기에 대한 ＮＦＣ-지원 장치에서의 부하 변조 가변{VARYING LOAD MODULATION IN AN NFC-ENABLED DEVICE OVER A RANGE OF FIELD STRENGTH}
본 발명은 대략적으로 근거리 무선 통신(Near Field communication; NFC) 장치들 및 이들의 동작 및 응용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 NFC 리더(reader) 필드의 세기를 측정하고 태그 리더의 부하 변조를 조절하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
근거리 무선 통신(NFC)은 장치들이 작은 거리만큼만 서로 이격되어 제 1 장치에 의해 발생된 필드와 제 2 장치의 안테나 간 결합(coupling)이 발생하는 이들 장치들 간에 무접촉 또는 무선 통신을 포함한다. 하나의 동작 모드에서, 제 2 장치가 이의 안테나 단자들에 걸친 임피던스를 변조하고 결합된 필드에의 영향(impact)이 제 1 장치에 의해 검출되었을 때 정보가 제 2 장치에서 제 1 장치로 통신된다. 필드에의 검출가능한 영향은 안테나 단자들에 걸친 임피던스를 변조함으로써 야기되기 때문에, 이 통신 방식을 부하 변조(load modulation)라고 한다.
무선으로, 그러나 매우 짧은 거리들에 대해서만 통신하는 능력은 전자 장치들, 제품들, 및 시스템들과의 일 범위의 보안의 개인 상호작용들을 위한 틀(framework)을 제공한다.
사실, 개인용 응용들은 컴퓨터와 상호작용하는 데스크형 모델을 넘어, 계산 및 통신 하드웨어가 사실상 개인적인 물품들이고 매우 이동적이고 현대생활 구조에 집약되는 모델로 나아갔다. 강력한 개인용 계산 및 통신 장치들을 위한 이러한 사용 모델과 일관되게, "바로 연결식(on-the-go)" 계산 및 통신의 많은 응용들이 개발되었으며 또한 개발되고 있다. 이러한 바로 연결식 응용들의 한 부류는 장치들 간의 NFC를 포함한다. 상점들, 은행들, 열차들, 버스들, 등등과의 금융거래를 행하는 등의 응용들은 금융 및/또는 개인 정보를 교환하기 위해 두 장치들의 근거리 필드 결합에 의해 가능해질 수 있다.
장치들 중 적어도 하나가 한 개인에 의해 근거리 필드 결합 범위 내로 움직이는 것인 제 1 NFC 장치와 제 2 NFC 장치 간에 상호작용에서는 한 사용에서 다음 사용으로 이러한 장치들의 상대적 위치에 변동성이 있을 가능성이 있음을 알 것이다. 위치를 정함에 있어 엄격한 균일성이 없는 결과로서, 결합된 필드 세기에 변동들이 일어날 것이다.
부하 변조에 의해 통신하는 종래의 NFC 장치들은 필드 세기의 비균일성이 정렬 변화들로부터 기인하든 아니면 다른 이유들에서 기인하든 관계없이 이 비균일성을 고려하지 않는다.
일정 범위의 태그 리더 필드 세기에 걸쳐 NFC-지원 장치(NFC-enabled device)에서 부하 변조를 가변시키기 위한 방법들 및 장치가 필요하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 NFC 리더(reader) 필드의 세기를 측정하고 태그 리더의 부하 변조를 조절하기 위한 NFC-지원 장치 및 NFC-지원 장치를 동작시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라서, 통신 장치를 동작시키는 방법은,
통신 장치에서 제 1 부하-변조 부하(load-modulation load)를 선택하는 단계;
통신 장치에 결합된 필드의 필드 세기를 통신 장치에 의해 판정하는 단계;
필드 세기가 임계값(threshold)보다 크다면, 통신 장치에서 제 2 부하-변조 부하를 선택하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 통신 장치는 NFC-지원 장치이다.
바람직하게는, 필드는 NFC 리더 필드이다.
바람직하게는, 제 1 부하-변조 부하 및 제 2 부하-변조 부하 각각은 하나 이상의 트랜지스터들을 포함한다.
바람직하게는, 방법은 필드를 제 1 부하-변조 부하로 부하 변조시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 필드를 제 2 부하-변조 부하로 부하 변조시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 제 1 부하 및 제 2 부하로 부하 변조시키는 단계는 동시에 행해진다.
일 측면에 따라서, 통신 장치를 동작시키는 방법은,
태그 리더 필드의 필드 세기를 나타내는 신호를 발생시키는 단계;
신호를 적어도 제 1 임계와 비교하고 비교 결과 신호를 생성하는 단계; 및
적어도 부분적으로 비교 결과 신호에 기초하여 부하-변조 부하를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 부하-변조 부하는 제 1 임계값이 초과될 때 감소하는 임피던스 값을 갖는다.
일 측면에 따라서, NFC-지원 장치를 동작시키는 방법은,
제 1 부하-변조 부하 및 제 2 부하-변조 부하를 제공하는 단계;
NFC-지원 장치가 결합되는 필드의 세기가 미리 결정된 임계값보다 큰지를 나타내는 신호를 발생시키는 단계;
필드의 세기가 미리 결정된 임계보다 크지 않다면 제 1 부하-변조 부하를 선택하는 단계; 및
필드의 세기가 미리 결정된 임계보다 크다면 제 2 부하-변조 부하를 선택하는 단계를 포함하고,
제 2 부하-변조 부하는 제 1 부하-변조 부하보다 더 낮은 임피던스를 갖는다.
일 측면에 따라서, NFC-지원 장치는,
안테나;
안테나에 결합된 부하-변조 부하 서브-회로; 및
안테나 및 부하-변조 부하 서브-회로에 결합된 부하-변조 부하 제어기를 포함하고,
부하-변조 부하 제어기는 하나 이상의 제어 신호들을 부하-변조 부하 서브-회로에 제공하며;
부하-변조 부하 서브-회로는, 하나 이상의 제어 신호들에 응하여, 미리 결정된 부하 임피던스를 제공한다.
바람직하게는, 부하-변조 부하 제어기는 안테나에 결합된 분로 레귤레이터(shunt regulator)를 포함한다.
바람직하게는, 미리 결정된 부하 임피던스는 NFC-지원 장치가 임계값 미만의 리더 필드 세기를 검출할 때 제 1 임피던스, 및 검출된 리더 필드 세기가 임계값보다 클 때 제 2 임피던스를 포함한다.
바람직하게는, 제 1 임피던스는 제 2 임피던스보다 더 크다.
바람직하게는, 부하-변조 부하 서브-회로는 제 1 안테나 단자와 제 2 안테나 단자 사이에 2 이상의 전기적 경로들을 포함한다.
일 측면에 따라서, 근거리 무선 통신 장치는,
적어도 2개의 미리 결정된 부하-변조 부하 임피던스들을 제공하도록 동작하는 부하-변조 부하 서브-회로를 포함하고;
부하-변조 부하 서브-회로에 의해 제공된 부하-변조 부하 임피던스는 송신되는 데이터, 및 근거리 무선 통신 장치에 결합된 리더 필드 세기의 크기(magnitude)에 따른다.
바람직하게는, 부하-변조 부하 서브-회로는 적어도 2개의 개별적으로 스위칭가능한 전기적 경로들을 포함한다.
일 측면에 따라서, 근거리 무선 통신 장치는
연속적으로 가변하는 부하-변조 부하 임피던스를 제공하도록 동작하는 부하-변조 부하 서브-회로를 포함하고,
부하-변조 부하 서브-회로에 의해 제공된 부하-변조 부하 임피던스는 송신되는 데이터, 및 근거리 무선 통신 장치에 결합된 필드 세기의 크기에 따른다.
바람직하게는, 부하-변조 부하 서브-회로의 임피던스는 데이터가 송신되기에 앞서 필드 세기의 샘플링(sampled) 및 홀드된(held) 측정으로부터 도출된 아날로그 신호에 의해 설정된다.
바람직하게는, 필드 세기는 리더 필드 세기이다.
본 발명에 따르면, 연속하여 가변하는 임의의 값으로 변할 수 있는 부하-변조 부하에 의해 주어진 필드 세기에 대해 안테나 단자들에 걸친 임피던스의 최적의 값에 더 가까워지게 하는 장점이 있다.
본 발명의 실시예들은 동반된 도면들을 참조하여 기술된다. 도면들에서, 유사한 참조부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 참조부호의 최좌측 자리(들)는 참조부호가 처음 나타나는 도면들을 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따라 근거리 무선 통신(NFC) 환경을 도시한 블록도이다.
도 2는 태그 안테나가 결합되는 리더 필드의 세기에 적어도 부분적으로 기초하여 부하-변조 부하를 가변시키는데 적합한 하드웨어 구조를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 부하 변조 제어 블록(206)의 고-레벨 회로 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에서 사용하기에 적합한 분로 레귤레이터의 간략화한 개요도이다.
도 5는 송신 데이터에 의해 직접 제어되는 제 1 부분, 및 적어도 부분적으로 태그 안테나에 결합된 리더 필드의 세기에 의해 제어되는 제 2 부분을 갖는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 고-레벨 블록도이다.
도 6은 각각이 미리 결정된 임피던스를 나타내는 하나 이상의 구성요소들과 직렬인 바이폴라 트랜지스터들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도이다.
도 7은 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 병렬로, 드레인-소스(drain-to-source) 결합된 한 쌍의 FET들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도이다.
도 8은 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 2개의 병렬 경로들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도로서, 2개의 병렬 경로들 중 적어도 하나는 서로 직렬로 결합된 2 이상의 FET들을 포함한다.
도 9는 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 복수의 병렬 경로들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도로서, 경로들 중 제 1 경로는 송신 데이터에 의해 직접 제어되고 복수의 경로들의 다른 경로들 중 적어도 2개의 임피던스는 태그 안테나에 결합된 리더 필드의 세기에 따른다.
도 10은 본 발명에 따라 가변 부하-변조 부하를 위한 예시적인 제어 서브-회로의 개요도이다.
도 11은 본 발명에 따른 프로세스의 흐름도이다.
대략적으로, 본 발명의 실시예들은 리더(reader) 신호가 강할 때, 리더에 의해 보여진 신호를 향상시키기 위해 저 임피던스 부하 변조기(low impedance load modulator)가 사용될 수 있도록 부하 변조의 레벨을 제어하기 위해 필드 세기 측정 신호를 사용한다. 약한 필드에서는 리더 클럭이 태그(tag) 또는 태그 에뮬레이터에 의해 복원될 수 있게 하기 위해 더 높은 임피던스 부하 변조기가 사용된다. 이렇게 하여, 다양한 NFC 통신 상세들에 의해서, 그리고 태그 또는 태그 에뮬레이터에 의해 NFC 통신 장치에 부과되는 요건들이 종래의 NFC 통신 장치들보다 더 넓은 동작 범위에 걸쳐 유지될 수 있다.
이하 상세한 설명은 본 발명에 일치하는 예시적인 실시예들을 나타내기 위해 첨부된 도면들을 참조한다. "하나의 예시적인 실시예", "일 예시적인 실시예", "예시적인 실시예의 구현" 등에 대한 명세서상에서의 참조들은 특정 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있으나, 모든 실시예가 반드시 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함하지는 않을 수 있다. 더구나, 그러한 구문들은 동일한 실시예를 반드시 참조하지는 않는다. 더구나, 특정 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 연결하여 설명될 때, 명료하게 설명되던지 그렇지 않든지 다른 실시예들과 연결하여 그러한 특징, 구조, 또는 특성을 나타내기 위한 것은 당업자의 지식 내에 있다.
본 명세서 내에 설명된 예시적인 실시예들은 설명의 목적들을 위해 제공되며, 제한하는 것이 아니다. 다른 예시적인 실시예들이 가능하며, 변경들이 본 발명의 사상 및 범위 내에서 예시적인 실시예들로 행해질 수 있다. 그러므로, 상기 상세한 설명은 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 이하의 청구항들 및 그 등가물들에 따라서만 정의된다.
예시적인 실시예들의 이하 상세한 설명은 다른 사람들이 당업계의 기술 내의 지식을 적용함으로써 과도한 실험 없이, 본 발명의 일반적 개념으로부터 벗어나지 않고, 그러한 예시적인 실시예들의 다양한 응용들에 용이하게 변경 및/또는 적용할 수 있는 본 발명의 일반적 특성을 아주 완전히 드러낼 것이다. 그러므로, 그러한 적용들 및 변경들은 명세서 내에 제시된 교시 및 안내에 기반하여, 예시적인 실시예들의 의미 및 복수의 등가물들 내에 있도록 의도된다. 명세서 내의 구문 또는 용어는 설명의 목적을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니며, 그 결과 본 발명 설명의 구문 또는 용어는 상기 교시들 및 안내에 비추어 당업자에 의해 해석될 것이다.
본 발명의 설명이 NFC에 관련하여 기술될지라도, 당업자들은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 근거리 필드 및/또는 원거리 필드를 사용하는 다른 통신들에 적용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 본 발명이 NFC-가용 장치(NFC-capable device)들을 사용하여 기술될지라도, 이들 NFC-가용 장치들의 기능들이 당업자들은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 근거리 필드 및/또는 원거리 필드를 사용하는 다른 통신 장치들에 적용될 수 있음을 알 것이다.
용어
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "근거리 무선 통신기(Near-field communicator)"라는 표현은 NFC 태그 및 NFC 태그 리더 기능을 제공하는 자원들을 적어도 포함하는 제품을 지칭한다. 이러한 제품들을 NFC-지원(NFC-enabled) 장치들이라고도 한다.
칩, 다이, 집적회로, 반도체 장치, 및 마이크로전자 장치라는 용어들은 종종 전자공학 분야에서 상호교환적으로 사용된다. 본 발명은 이들 용어들이 일반적으로 이 분야에서 이해되기 때문에 위에 모든 것들에 적용될 수 있다.
칩들에 관련하여, 파워, 접지, 및 각종 신호들이 이들 간에 결합될 수 있고 그외 다른 회로 구성요소들이 물리적, 전기적 도전성 연결들을 통해 결합될 수 있는 것이 일반적이다. 이러한 연결점은 입력, 출력, 입력/출력(I/O), 단자, 라인, 핀, 패드, 포트, 인터페이스, 혹은 유사한 변종들 및 조합들이라고 지칭될 수 있다. 칩들 간에 연결들이 일반적으로 전기적 도체들에 의해 만들어질지라도, 당업자들은 칩들 및 그외 다른 회로 요소들이 대안적으로 광학, 기계, 자기, 정전기, 및 전자기 인터페이스들에 의해서도 결합될 수 있음을 알 것이다.
약어 FET는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)를 지칭한다.
"게이트(gate)"라는 용어는 문맥에 따르는데, 집적회로들을 기술할 때 두 가지로 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 게이트는 논리 게이트의 맥락에서 사용될 때 임의의 논리 기능을 실현하기 위한 회로를 지칭한다. 게이트는 트랜지스터 회로 구성의 맥락에서 사용될 때 3 단자 FET의 절연된 게이트 단자를 지칭한다. "게이트 단자(gate terminal)"라는 표현은 대략적으로 "게이트 전극(gate electrode)"이라는 표현과 상호교환적일 수 있고 이들 중 어느 것이든 3단자 FET의 절연된 게이트 단자를 지칭하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 기술할 목적으로 반도체 바디가 고려될 때 FET가 4단자 장치로서 볼 수 있을지라도, FET는 통상의 게이트-드레인-소스인 3단자 모델을 사용하여 기술될 것이다.
소스/드레인 단자들은 FET의 단자들을 지칭하며, 이들 사이에서 도통(conduction)은 게이트 단자에 인가되는 전압에 기인하여 수직한 전계의 영향 하에 반도체 표면의 역전에 이어, 전계의 영향 하에 일어난다. 일반적으로, 소스 단자 및 드레인 단자는 이들이 기하학적으로 대칭이 되게 제조된다. 기하학적으로 대칭인 소스 단자와 드레인 단자에 있어서, 이들 단자들을 간단히 소스/드레인 단자들이라 지칭하는 것이 일반적이며 본 명세서에서는 이 용어를 사용한다. 설계자들은 흔히 FET가 회로에서 동작될 때 특정 소스/드레인 단자에 인가되는 전압에 기초하여 이 단자를 "소스(source)" 또는 "드레인(drain)"이라고 지칭하기도 한다.
"버랙터(varactor)"라는 용어는 전압 가변 캐패시터를 지칭한다. 비제한적 예들로서, 전압 가변 캐패시터들은 다이오드들, FET들, 및 MEMS 장치들과 같은 장치들에 의해 형성될 수 있다. 전압 가변 캐패시터는 다이오드의 애노드와 캐소드 간에 접합 정전용량이 다이오드 접합에 걸쳐 인가되는 역바이어스의 크기에 관계되기 때문에 다이오드에 의해 형성될 수 있다. 유사하게, FET는 전압 가변 캐패시터로서 사용될 수 있다. FET의 게이트 단자와 반도체 바디 간에 정전용량은 게이트 단자에 인가되는 전압 및 이 인가된 전압이 공핍 영역의 깊이에 미치는 영향에 관계된다는 것이 알려져 있다. 즉, FET 게이트 정전용량은 채널의 역전 후에 가장 크며 게이트 밑에 공핍 영역이 이의 최대 깊이에 도달하였을 때 가장 작다. 또한, MEMS 장치들은 전압 가변 캐패시터들로서 사용될 수 있다. MEMS 버랙터는 전형적으로 인가된 전압의 제어 하에 두 캐패시터 판들 간에 거리를 가변시킴으로써 기능한다.
"부하 변조(load modulation)"라는 표현은 대략적으로 제 1 장치에 의해 발생된 필드에 결합된 안테나 또는 코일에 걸친 임피던스를 수정(modify)함에 의한 이 필드의 변조를 지칭한다. 본 명세서에서 NFC 장치들에 관련하여 사용되는 바와 같이, 부하 변조는 리더가 수정된 필드로부터 데이터를 추출할 수 있게 NFC 태그가 NFC 리더 필드를 수정하는 프로세스를 지칭한다. 전형적으로, 태그는 리더 필드에 결합되는 시간 동안 태그 안테나에 걸친 임피던스, 즉, 부하를 변조시킴으로써 리더 필드를 수정한다. 부하의 변조는 태그가 리더에 통신하는 데이터에 따라 수행된다. 리더 장치는 이 데이터-의존성 부하 변조를 검출하고 변조된 리더 필드로부터 데이터를 추출한다.
"스마트카드(smartcard)"라는 용어는 집적회로가 내장된, 신용카드 크기의 플라스틱과 같은, 물리적 기재(substrate)를 지칭한다. 전형적으로, 스마트카드들은 금융거래 또는 잠겨진 시설들에의 보안 접근을 위해 사용된다. 능동 스마트카드는 배터리와 같은 내장된 파워 서플라이를 포함하는 스마트카드이다. 수동 스마트카드는 파워가 외부원으로부터 공급될 것을 요구하는 스마트카드이다. 몇몇 경우들에 있어서, 외부원은 수동 스마트카드가 이의 요망되는 기능을 수행하는데 필요한 에너지를 수집하는 에너지 공급 필드(energization field)이다. NFC-지원 스마트카드들은 무접촉으로, 또는 무선으로 다른 장치들과 통신할 수 있다.
예시적인 근거리 무선 통신 환경
도 1은 본 발명에 따라 NFC 환경을 도시한 블록도이다. NFC 환경(100)은 서로 간에 충분히 근접한 제 1 NFC 장치(102)와 제 2 NFC 장치(104) 간에 정보의 무선 통신을 제공한다. 정보는 제 1 NFC 장치(102) 및/또는 제 2 NFC 장치(104)에 의해 실행될 하나 이상의 명령들, 제 1 NFC 장치(102) 및/또는 제 2 NFC 장치(104)에 전송될 하나 이상의 데이터 저장 장치들로부터의 데이터, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치들은 하나 이상의 무접촉 트랜스폰더들, 하나 이상의 무접촉 태그들, 하나 이상의 무접촉 스마트카드들, 이외 임의의 다른 기계-판독 매체들, 혹은 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이외 기계-판독 메체들은 다음으로 제한되는 것은 아니지만, 휘발성 메모리, 예를 들면, 랜덤 액세스 메모리(RAM); 비휘발성 메모리, 예를 들면, 판독전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 자기 디스크 저장 매체들, 및 광학 저장 매체들과 같은 비일시적(non-transitory) 저장 매체들을 포함할 수 있다. 이외 다른 기계-판독 매체들은 몇몇 예들을 제공하면, 전기, 광학, 음향, 또는 이외 캐리어 파들, 적외선 신호들, 및 디지털 신호들과 같은 다른 형태들의 전파되는 신호들을 포함할 수 있다.
제조 기술들 및 디지털 구조에 개선들로 이전에는 구현하기가 가능하지 않았거나 실현되지 않았던 다수의 제품들 및 제품 카테고리들이 나타나게 되었다. 근거리 무선 통신(NFC) 회로들, 시스템들 및 어플리케이션들의 영역에서 일어나는 개발들은 새로운 제품들 및 제품 카테고리들이 가능해지게 하고 있다. 근거리 무선 통신 능력들을 탑재한 제품들을 종종 NFC-지원(NFC-enabled)이라고 한다. 예를 들면, NFC 능력들을 포함하는 이동전화들, 스마트 카드들, 키 포브들(fobs), 보안 접근 카드들, 타블렛 컴퓨터들, 또는 다른 전자제품들을 NFC-지원이라고 한다. 근거리 무선 통신은 짧은 거리들에 걸쳐 데이터가 제 1 NFC-지원 장치에서 제 2 NFC-지원 장치로 통신될 수 있게 한다. 짧은 거리들의 범위에 대한 엄격한 정의가 이 분야에선 약정되고 있진 않을지라도, NFC를 위한 짧은 거리는 일반적으로 4 cm 미만, 또는 선택된 통신 주파수의 하나의 파장, 전형적으로 13.56 MHz 이내인 것으로 간주된다.
전형적인 NFC 배열들은 제 1 장치가 통신에 응하여 타겟 또는 "태그(tag)"로서 작용하고 제 1 장치의 근거리 필드 결합 거리 내에 제 2 장치가 통신을 개시하는 "리더(reader)"로서 작용하는 한 쌍의 장치들을 포함한다. 본 발명의 여러 실시예들에서, 제 1 장치는 일반적으로 통신기(communicator)라고 하는, 태그 및 리더 둘 다로서 작용하는 회로가 구비될 수 있다. 다른 기능을 위한 회로와 더불어 NFC 태그 회로를 포함하는 전자제품들은 태그 에뮬레이터들이라고 하거나 "태그 에뮬레이션 모드"에서 동작하는 능력을 갖고 있다라고도 한다. 유사하게, 다른 기능을 위한 회로와 더불어 NFC 리더 회로를 포함하는 전자제품들은 리더 에뮬레이터들이라고 하거나 "리더 에뮬레이션 모드"에서 동작하는 능력을 갖고 있다라고도 한다.
이하 상세히 기술되는 바와 같이, NFC-지원 장치들 및 애플리케이션들은 적어도 가전 제품 및 산업용 제품들에서 유용하다.
다음 실시예들에 관련하여, 계산 플랫폼(computational platform)이라는 어떠한 언급이든 자신들의 폼 팩터(form factor) 또는 입력/출력 구성에 관계없이 유사한 계산 장치들 및 컴퓨터들을 포함한 것으로 하는 것에 유의한다. 예로서, 그리고 한정없이, 스마트폰은 계산 플랫폼이다.
예시적인 필드 세기-의존성 부하 변조기
도 2는 본 발명에 따라 NFC 통신 장치의 부하 변조 통신부를 도시한 것이다. 송신 데이터에만 의존하는 임피던스에 단일 변화만을 취하기보다는, 본 발명의 실시예들은 송신 데이터 및 NFC 안테나에 결합된 태그 리더 필드의 동시에 검출된 세기 둘 다에 의존하는 임피던스에 2 이상의 변화들을 제공한다.
특히 도 2를 더 참조하면, 제 1 안테나 단자(210) 및 제 2 안테나 단자(212)를 가진 태그 안테나(202)를 포함하는 회로(200)가 도시되었다. 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)가 안테나(202)의 단자들(210, 212) 사이에 결합된다. 단자들(210, 212) 사이에 부하 제어 서브-회로(206)가 결합된다. 송신 신호(Tx)는 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204) 및 부하 제어 서브-회로(206) 둘 다에 입력으로서 결합된다. 타이밍 제어 신호(LoadModEn)는 부하 제어 서브-회로(206)에 입력으로서 결합된다. 이 실시예에서, Tx 및 LoadModEn 둘 다는 디지털 신호들이다. 부하 제어 서브-회로(206)는 출력으로서 디지털 신호(208)를 발생시키며, 이것은 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)에 입력으로서 결합된다.
가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)는 신호(Tx)의 상태에 응하여 안테나 단자들(210, 212)에 걸쳐 있는 부하를 변경, 즉 변조함으로써 태그와 태그 리더(도시되지 않음) 간에 통신을 처리한다. 도 2에 도시된 구성요소들 중 일부 또는 전부는 단일 칩 상에 집적될 수 있지만 그래야 할 필요는 없다.
도 2의 실시예에서, 신호(Tx)는 안테나 단자들(210, 212)에 걸쳐 있는 부하에 변화를 제 1 양만큼 제어한다. 신호(208)가 발현되었을 때(asserted), 신호(Tx)는 안테나 단자들(210, 212)에 걸쳐 있는 부하에 변화를 제 2 양만큼 제어한다. 일부 실시예들에서 제 1 및 제 2 양들은 명목상으로 고정된 량들이다.
전형적인 본 발명의 실시예들에서, 부하 변조 부하에 대한 디폴트 값(default value)은 각각의 특정한 안테나 설계를 위해 선택된다. 다시, 전형적인 실시예들에서, 부하-변조 부하가 가변된 통신에 이어, 디폴트 부하-변조 부하가 다음 통신을 위해 다시 선택될 것이다. 본 발명의 여러 실시예들은 부하-변조 부하 서브-회로에서 부하 임피던스의 미리 결정된 값들을 사용하며, 선택된 부하는 대응하는 부하-변조 부하 서브-회로에 사용될 특정 안테나 설계에 적어도 부분적으로 기초한다.
도 3을 참조하면, 부하 제어 서브-회로(206)의 보다 상세한 개략적 블록도는 안테나 단자들(210, 212) 사이에 결합되는 분로 레귤레이터(shunt regulator)(302)를 포함한다. 분로 레귤레이터(302)는 안테나(202)가 결합되는 필드의 세기를 나타내는 출력 신호(303)를 제공한다. 기준(reference)(304)은 저 임피던스 부하 변조기(modulator)가 리더에 의해 보여진 신호를 개선하기 위해 사용될 수 있는 값 이상의 필드 세기 값을 나타내는 출력 신호(305)를 제공한다. 기준(304)은 고정될 수도 있고 프로그램될 수도 있다. 전형적인 동작 시나리오들에서, 기준(304)의 출력은 변경되지 않는다.
이 태그 또는 태그 에뮬레이터가 2 이상의 서로 다른 안테나들에 사용되는 다양한 대안적 실시예들에서, 프로그램가능 기준(304)은 서로 다른 안테나들 각각에 사용하기 위한 업데이트된 기준값을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 대안에서, 기준(304)은 2 이상의 서로 다른 안테나들 중 선택된 하나 이상을 수용하기 위해 복수의 고정된 기준값들을 포함한다. 이 실시예에서 기준(304)에는 이의 복수의 기준값들 중 어느 것이 분로 레귤레이터(302)의 출력 신호(303)와 비교하기 위해 출력될 것인지를 나타내는 선택 신호가 제공될 것이다.
기준(304)을 더 참조하면, 다른 실시예에서, 출력되는 기준값은 진행중인 통신에서 적어도 부분적으로 오류율들(error rates)에 기초하여 변경될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 통신 프로토콜 스택(전형적으로 소프트웨어로 구현된)은 기준(304)에 의해 출력되는 기준값이 통신 프로토콜 스택의 결정들에 기초하여 변경될 수 있게 하는 제어 정보를 제공한다. 일부 실시예들에서, 기준(304)은 어드레스 가능하며 특정 출력 값을 선택하는 어드레스(address)는 기준(304)에 결합된 기준 어드레스 레지스터(도시되지 않음) 내에 놓여진다. 일부 실시예들에서, 기준 어드레스 레지스터는 프로토콜 스택 소프트웨어가 사용될 수 있으며, 프로토콜 스택의 소프트웨어에 의해 직접 제어될 수 있다.
비교기(comparator)(306)는 입력들로서 분로 레귤레이터(302)의 출력 신호(303) 및 기준(304)의 출력 신호(305) 둘 다를 수신하기 위해 결합된다. 비교기(306)는 저 임피던스 부하-변조 부하가 사용되어야 할 땐 논리 1이고 그렇지 않다면 논리 0인 출력 신호(307)를 발생시킨다. 즉, 결합된 리더 필드의 세기가 미리 결정된 값을 초과할 때, 출력 신호(307)의 상태는 저 임피던스 변조 부하가 리더와 통신하기 위해 사용되게 하는 상태이다.
도 3을 계속 참조하면, 출력 신호(307)는 D형 플립플롭(308)의 D 입력 단자에 결합된다. 이 실시예에서, 플립플롭(308)은 동작 동안 리셋 되지 않는다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 대안적 구현은 플립플롭(308)을 하나 이상의 미리 결정된 시간들에서 혹은 하나 이상의 미리 결정된 상태들에 대해, 기지의 상태로 리셋할 수 있다. 몇몇 경우들에 있어서, 플립플롭들과 같은 구성요소들을 리셋하는 것은 제조 공정의 부분으로서 회로들의 테스트를 용이하게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플립플롭(308)은 신호(LoadModEn)에 의해 클럭된다. LoadModEn은 NFC 태그/리더 통신 프로토콜에서 각 응답 프레임의 시작에서 또는 그 바로 전에 비교기(306)의 출력을 로드하게 하는 타이밍이다. 즉, 플립플롭(308)은 상승에지에서 트리거되며, LoadModEn는 각 응답 프레임 바로 전에 로우에서 하이로 천이하며 프레임 끝에서 로우 상태로 복귀한다. 플립플롭(308)의 출력은 LoadModEn 신호가 하이일 때 정상 상태(steady state)이다. 따라서, 부하-변조 부하는 태그 또는 태그 에뮬레이터와 리더 간에 데이터 교환 동안엔 변하지 않는다.
플립플롭(308)의 Q 출력 단자는 논리 게이트(310)의 제 1 입력 단자에 결합된다. 이 실시예에서, 논리 게이트(310)는 2-입력 AND 게이트이다. 송신 데이터(Tx)는 제 2 입력 단자 2-입력 AND 게이트(310)에 결합된다. AND 게이트(310)의 출력은 부하-변조 제어 신호(208)이다. 도 2를 다시 참조하면, 이 실시예에서, 부하-변조 제어 신호(208)는 가변 부하-변조 부하(204)에 결합된 것을 볼 수 있다. 부하-변조 제어 신호(208)가 발현되었을 때, 결합된 리더 필드의 세기는 미리 결정된 값 이상이며, 안테나 단자들(210, 212) 간에 저 임피던스 경로는 송신 데이터(Tx)에 의해 사용되게 활성화된다.
위에 언급된 바와 같이, 분로 레귤레이터(302)는 입력 신호를 비교기(306)에 제공한다. 도 4는 본 발명의 실시예들에서 사용하기에 적합한 분로 레귤레이터의 간략화한 개요도이다. 태그, 또는 태그 에뮬레이터, 안테나(202)는 차분 신호 쌍(differential signal pair)(210, 212)을 제공한다. FET(404)은 차분 신호 쌍(210, 212) 사이에 드레인-소스 결합되고, 동작에서 FET(404)의 게이트 단말에 인가되는 레귤레이션 제어 신호(303)에 응하여 차분의 복원된 통신 신호(210, 212)의 파워 레벨을 조절한다. FET(404)는 분로 트랜지스터(shunt transistor)라 할 수 있다. 분로 트랜지스터(404)는 레귤레이션 제어 신호(303)가 FET의 임계전압 이상일 때 복원된 통신 신호(210) 중 적어도 일부를 차분의 복원된 통신 신호(212) 중 적어도 일부로 분로하는 제어가능 임피던스를 나타낸다. 실제 회로에서, FET는 "이상적인" 장치로서 동작하지 않으며 FET를 통하는 약간의 작은 서브-임계 누설 전류가 있을 수 있음을 당업자들은 알 것이다. 이러한 서브-임계 도통은 본 명세서에서 기술되는 목적을 위해 일반적으로 사소하며 따라서 더 이상 논의하지 않는다. 위에 기술된 파워 레벨 조절을 수행하기 위해 동작될 수 있는 임의의 적합한 회로 구성요소 또는 회로 구성요소들의 조합이 분로 레귤레이터 회로를 포함하는 다양한 실시예들에서 사용될 수 있음을 더욱 알 것이다.
도 4를 계속 참조하면, 함께 분로되는 차분의 복원된 통신 신호(210, 212)의 량은 레귤레이션 제어 신호(303)의 크기에 관계된다. 분로 트랜지스터(404)는 더 큰 레귤레이션 제어 신호(303)를 위해, 더 많은 차분의 복원된 통신 신호(210, 212)를 분로할 것이다. 레귤레이션 제어 신호(303)의 크기는 노드(405)에 전압이 증가함에 따라 증가한다. 노드(405)에서의 전압은 안테나(202)로부터 수신된 신호가 증가함에 따라 증가한다.
분로 레귤레이터로부터 신호는 반드시 부하-변조 부하를 가변시키는 것에 관련하여 사용될 수 있는 유일한 정보원(source of information)인 것은 아님에 유의한다. 예를 들면, NFC 통신기 장치에서, 태그 에뮬레이터가 사용되고 있을 때 IQ 복조기가 일반적으로 전원이 공급되지 않을지라도, 원칙적으로 상기 IQ 복조기는 태그와 리더 간에 결합하는 필드의 세기에 관한 정보원으로서 사용될 수도 있을 것이며, 이에 따라 부하-변조 부하의 값에 대한 변경들을 결정하는데 사용될 수도 있을 것이다.
도 5는 송신 데이터에 의해 직접 제어되는 제 1 부분, 및 적어도 부분적으로 태그 안테나에 결합된 리더 필드의 세기에 의해 제어되는 제 2 부분을 갖는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 블록도이다. 가변 부하-변조 부하(204)의 이러한 고-레벨 표현에서, 송신 데이터 신호(Tx)에 의해 직접 제어되는 제 1 스위칭가능 임피던스(502)는 안테나 단자들(210, 212) 사이에 결합되고, 부하 변조 제어 신호(208)에 의해 직접 제어되는 제 2 스위칭가능 임피던스(504)는 안테나 단자들(210, 212) 사이에 결합된다. 따라서, 결합된 리더 필드의 세기가 미리 결정된 레벨보다 클 때, 송신 동작의 저 임피던스 부분이 단독으로 스위칭가능 임피던스(502)만을 활성화시킴으로써 달성될 수 있는 것보다 훨씬 낮은 임피던스가 되도록 스위칭가능 임피던스(504)의 병렬 경로가 활성화된다. 부하 임피던스들에 대한 전형적인 값들은 16 오옴(ohms) 또는 그 미만이지만, 본 발명은 부하 임피던스의 임의의 특정한 값으로 한정되지 않는다.
도 6은 각각이 미리 결정된 임피던스를 나타내는 하나 이상의 구성요소들과 직렬인 바이폴라 트랜지스터들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도이다. 이 대안적 회로 배열에서, 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)는 태그 안테나의 제 1 측(210)과 노드(603) 사이에 결합된 제 1 바이폴라 트랜지스터(602), 및 태그 안테나의 제 1 측(210)과 노드(607) 사이에 결합된 제 2 바이폴라 트랜지스터(606)를 포함한다. 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)는 노드(603)와 태그 안테나의 제 2 측(212) 사이에 결합된 제 1 임피던스 구성요소(604), 및 노드(607)와 태그 안테나의 제 2 측(212) 사이에 결합된 제 2 임피던스 구성요소(608)를 더 포함한다. 임피던스 구성요소들(604, 608)은 동일한 또는 서로 다른 전기적 특성들을 가질 수 있고 각각이 하나 이상의, 수동 또는 능동 회로 구성요소들로 물리적으로 구현될 수 있음에 유의한다.
도 7은 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 병렬로 드레인-소스 결합된 한 쌍의 FET들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하 서브-회로의 개요도이다. 디지털 송신 데이터 신호(Tx)에 응하여 제 1 FET(702)는 고 임피던스 상태와 저 임피던스 상태 간을 전환한다. 디지털 신호(208)에 응하여 제 2 FET(704)는 고 임피던스 상태와 저 임피던스 상태 간을 전환(switch)한다. 태그 안테나에 결합된 필드의 세기가 미리 결정된 값보다 더 클 때, 신호(208)에 의해 FET(704)의 게이트에 인가되는 전압은 FET들(702, 704)이 송신 데이터에 응하여 동시에 동작하게 하는 전압이다. 결국, 리더 필드가 강할 때, 임피던스에서의 변화는 FET(702)만을 스위칭하는 것에 비해 더 크다. 그러나, 태그 안테나에 결합된 필드의 세기가 미리 결정된 값 미만일 때, 신호(208)에 의해 FET(704)의 게이트에 인가되는 전압은 송신 데이터에 응하여 변하지 않게 하는 전압이다.
집적회로 설계에 당업자들은 부하-변조 부하의 임피던스를 감소시키기 위해 2개의 병렬 FET들을 턴 온 하는 것에 대한 대안으로서, 단일 FET을 사용하고 2개의 서로 다른 전압들을 게이트에 인가하는 것이 가능함을 이해할 것이다. n-채널 FET들의 경우에, 게이트 상에 더 높은 전압은 더 낮은 온-저항이 되게 한다. 이러한 대안적 구현에서, 신호(208)는 제 2 트랜지스터를 턴 온 하기보다는 더 높은 게이트 전압의 인가(application)를 가능하게 할 것이다.
송신 데이터 및 결합된 필드 세기의 논리적 조합을 갖고 시간에 따라 변하는 전압을 안테나 단자들 간에 결합된 FET의 게이트에 인가하는 것은 부하-변조 부하의 임피던스를 제어하는 한 방법이다. 그러나, FET에서, 드레인 전류(IDS)는 드레인 전압(VDS)과 선형(linear) 관계를 갖지 않는다. 이것은 추가의 설계 복잡성을 야기할 수 있다. 대안적 수법 접근방법은 하나 이상의 회로 구성요소들(예를 들면, 저항기들(resistors))을 안테나 리드(lead)들(210, 212) 간 경로에 결합하기 위해 완전히 온 된(즉, 저 저항 상태) 선택된 한 세트의 FET들을 사용하는 것이다.
임피던스 제어를 위한 저항기들을 안테나 리드들(210, 212) 간 경로 내에 사용하는 실시예들은 전형적으로 고정된, 전압 불변 저항값들을 갖는 저항기들을 사용한다. 일부 실시예들에서, 저항기들은 저항기들의 형성에 이어 특정 응용을 위해 제조자가 이들 저항기들을 조절할 수 있도록 트리밍(trim)이 가능하다. 저항값들을 수정하기 위해 저항기들을 트리밍하는 것은 다양한 트리밍 방법들로서 공지되어 있다.
도 8은 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 2개의 병렬 경로들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하 서브-회로의 개요도로서, 2개의 병렬 경로들 중 적어도 하나는 서로 직렬로 결합된 2 이상의 FET들을 포함한다. 특히, 가변 부하-변조 부하 서브-회로(204)는 안테나 단자들(210, 212) 사이에 드레인-소스 결합된 FET(802)를 포함하는 제 1 경로를 갖는다. FET(802)의 드레인과 소스간 임피던스는 송신 데이터를 나타내는 디지털 신호(Tx)에 의해 제어된다. 안테나 단자들(210, 212) 사이에 제 2 경로는 직렬로 드레인-소스 결합된 복수의 FET들을 포함한다. 제 1 FET(804-1)는 안테나 단자(210)와 노드(805-1) 사이에 드레인-소스 결합된다. 복수의 직렬 결합된 FET들 중 제 2 FET(804-2)는 노드(805-1)와 제 n-1 노드(805-(n-1)) 사이에 드레인-소스 결합된다. 제 n FET(804-n)는 노드(805-(n-1))와 안테나 단자(212) 사이에 드레인-소스 결합된다. 제 2 경로에서 FET들(804-1, 804-2, 804-n)의 게이트들 각각은 모두가 n 비트폭의 변조 부하 제어 버스(808)의 구성원들인 제어 신호들(808-1, 808-2, 804-n) 각각에 결합된다. 제 2 경로의 임피던스는 직렬의 FET들의 수, 이들 FET들의 물리적 길이 및 폭, FET들의 임계전압, FET들의 서브-임계 도통 특성들, 및 이들 FET들의 게이트들에 인가되는 전압을 포함한 -그러나 반드시 이들로 제한되는 것은 아님- 몇가지 인자들에 따른다.
도 8을 계속 참조하면, 이 FET들(804-1, 804-2, 804-n)은 동일하거나 서로 다른 물리적 폭들 및 길이들; 동일하거나 서로 다른 임계 전압들; 동일하거나 서로 다른 서브-임계 도통 특성들; 및 이들 각각의 게이트들에 인가되는 동일하거나 서로 다른 전압들을 가질 수 있음을 알 것이다. 집적회로 설계의 당업자들은 과도한 실험없이 임의의 특정 응용들에 적합한 파라미터들을 쉽게 선택할 수 있다.
도 9는 태그 안테나의 안테나 단자들 사이에 복수의 병렬 경로들을 포함하는 예시적인 가변 부하-변조 부하의 개요도로서, 경로들 중 제 1 경로는 송신 데이터에 의해 직접 제어되고 복수의 경로들의 다른 경로들 중 적어도 2개의 임피던스는 태그 안테나에 결합된 리더 필드의 세기에 따른다. 이 실시예에서, 제 1 경로는 안테나 단자들(210, 212) 사이에 드레인-소스 결합된 FET(902)를 포함한다. FET(902)의 드레인과 소스 간 임피던스는 송신 데이터를 나타내는 디지털 신호(Tx)에 의해 제어된다. 안테나 단자들(210, 212) 사이에 제 2 경로는 서로 병렬로 드레인-소스 결합된 복수의 FET들을 포함한다. 제 1 FET(904-1)는 안테나 단자(210)와 안테나 단자(212) 사이에 드레인-소스 결합되고, 제 2 FET(904-2)는 안테나 단자(210)와 안테나 단자(212) 사이에 드레인-소스 결합되고, 제 n FET(904-n)은 안테나 단자(210)와 안테나 단자(212) 사이에 드레인-소스 결합된다. FET들(904-1, 904-2,..., 904-n)의 게이트들은 각각 n-비트폭 변조 부하 제어 버스(908)의 구성원인 신호들(908-1, 908-2, 908-n)을 제어하기 위해 결합된다. 이 배열에서, FET들은 임의의 조합으로 턴 온 될 수 있다. FET들(904-1, 904-2,..., 904-n)은 동일하거나 서로 다른 전기적 특성들을 가질 수 있다.
대안적 배열에서, FET들(904-1, 904-2,..., 904-n) 각각은 고정된 혹은 가변 임피던스 요소와 직렬로 결합될 수 있다. 이러한 대안적 배열들에서, 임피던스 구성요소는 FET의 안테나 단자(210)와 드레인 사이에, 혹은 FET의 소스와 안테나 단자(212) 사이에, 혹은 둘 다의 사이에 결합될 수 있다.
또 다른 대안적 실시예들에서, 임피던스 구성요소들은 전기적 프로그래밍에 의해 2 세트 이상의 임피던스 구성요소들로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 전술한 2 세트 이상의 임피던스 구성요소들을 선택하고 선택된 세트를 종속 가변 부하-변조 부하에 종속된 필드 세기를 형성하는 스위칭 가능 경로에 영구적으로 연결하기 위해 휴즈들 및/또는 안티-휴즈들이 전기적으로 프로그램될 수 있다.
유사하게, 프로그램될 수 있는 비휘발성 메모리는 2 세트 이상의 임피던스 구성요소들 중 어느 것이 선택되는가를 특정하기 위해 사용될 수 있다.
부하-변조 부하는 임피던스값이며 완전히 저항성 부하일 필요가 없음에 유의한다. 트랜지스터들 및 저항기들이 안테나 단자들(210, 212) 간에 결합되는 위에 기술된 실시예들 외에도, 캐패시터들로 한정되는 것은 아니지만 이들과 같은 다른 회로 요소들은 안테나 단자들 간 경로(즉, 부하 변조 경로) 내 및 밖에서 스위칭될 수 있다. 캐패시터들은 고정된 값의 캐패시터들 또는 전압 가변 캐패시터들(버랙터들)일 수 있다.
또 다른 대안에서, 부하 변조 임피던스가 특정한 명목상의 값으로 설정될 때, 내정된 스위칭 경로는 선택이 해제되고 새로운 한 세트의 스위칭 가능한 경로들이 송신 데이터에 사용하기 위해 활성화된다.
도 10은 본 발명에 따라 가변 부하-변조 부하를 위한 예시적인 제어 서브-회로의 개요도이다. 필드 세기 표시기(field strength indicator)(1002)는 결합된 리더 필드의 세기를 나타내는 출력 신호를 발생시킨다. 기준(1004)은 복수의 기준값들(1005-1, 1005-2,..., 1005-n)을 제공하며, 그 각각은 각각 비교기(1006-1, 1006-2,.., 1006-n)에 결합된다. 또한, 비교기들은 필드 세기 표시기(1002)의 출력을 수신한다. 이 실시예에서 각 비교기에서, 필드 세기 표시기가 각각의 기준값보다 클 때, 논리 1이 비교기에 의해 출력된다. 비교기들(1006-1, 1006-2,..., 1006-n)의 출력들은 D형 플립플롭들(1008-1, 1008-2,..., 1008-n)에 래치(latch)된다. D 플립플롭들(1008-1, 1008-2,..., 1008-n)의 Q 출력들은 각각 대응하는 복수의 2-입력 AND 게이트들(1010-1, 1010-2,..., 1010-n)에 의해 송신 데이터(Tx)와 AND된다. 이에 따라, 임피던스 경로에서 각 FET의 동작은 개별적으로 제어될 수 있다.
도 10을 계속 참조하면, D 플립플롭들(1008-1, 1008-2,..., 1008-n,)은 LoadModEn이라고 하는 신호에 의해 클럭된다. 플립플롭들은 새로운 데이터가 래치되고 변조 부하 제어 버스의 신호들이 송신 시작에 앞서 가용하도록 클럭된다.
도 11은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다. 태그로부터의 데이터를 리더에 통신하는 예시적인 방법은, 태그에 결합된 리더 필드의 세기를 태그에 의해 측정하는 단계(1102); 측정된 세기가 미리 결정된 임계값 미만이라면, 제 1 부하 임피던스를 가진 부하 변조에 의해 태그로부터의 데이터를 리더에 송신하는 단계(1104); 측정된 세기가 미리 결정된 임계값보다 크다면, 제 2 부하 임피던스를 가진 부하 변조에 의해 태그로부터의 데이터를 리더에 송신하는 단계(1106)를 포함하고, 제 1 및 제 2 부하 임피던스들은 서로 다르다. 본 발명의 여러 실시예들에서, 태그는 결합된 리더 필드의 세기의 측정으로서 태그 안테나의 단자들에 걸쳐 배치된 분로 레귤레이터로부터의 신호를 사용한다. 이 측정이 미리 결정된 양보다 큰 결합된 필드 세기를 나타낸다면, 부하 변조를 통한 통신은 결합된 필드 세기가 미리 결정된 양 미만일 때 사용되었을 부하 임피던스보다 더 낮은 부하 임피던스를 갖고 행해진다.
본 발명의 일실시예에서, NFC-지원 장치를 동작시키는 방법은, 통신 장치에서, 제 1 부하-변조 부하를 선택하는 단계; 통신 장치에 의해, 통신 장치에 결합된 필드의 필드 세기를 판정하는 단계; 필드 세기가 임계값보다 크다면 통신 장치에서 제 2 부하-변조 부하를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 통신 장치를 동작시키는 방법은, 태그 리더 필드의 필드 세기를 나타내는 신호를 발생시키는 단계; 신호를 적어도 제 1 임계값과 비교하여 비교 결과 신호를 생성하는 단계; 및 적어도 부분적으로 비교 결과 신호에 기초하여 부하-변조 부하를 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, NFC-지원 장치를 동작시키는 방법은, 제 1 부하-변조 부하 및 제 2 부하-변조 부하를 제공하는 단계; NFC-지원 장치가 결합된 필드의 세기가 미리 결정된 임계값보다 큰지 여부를 나타내는 신호를 발생시키는 단계; 필드의 세기가 미리 결정된 임계값보다 크지 않다면 제 1 부하-변조 부하를 선택하는 단계; 및 필드의 세기가 미리 결정된 임계값보다 크다면 제 2 부하-변조 부하를 선택하는 단계를 포함하고, 제 2 부하-변조 부하는 제 1 부하-변조 부하보다 더 낮은 임피던스를 갖는다.
당업자들은 본 발명이 정논리(positive logic) 대 부논리(negative logic)의 사용으로 제한되지 않음을 알 것이다. 유사하게, 본 발명은 파워 서플라이 전압들의 임의의 특정한 범위로 제한되지 않는다.
전형적인 본 발명의 실시예들에서, 부하 임피던스에 변화가 효과가 나타나는 천이 또는 정착시간(settling time)에 대한 특정한 속도 요건은 없다. 그러나, 발현되는 LoadModEn와 부하 변조 시작에 의한 송신 사이의 시간 내에 효과가 나타나야 한다. 이 기간은 시스템 설계 엔지니어에 의해 설정될 수 있는 것에 유의한다. 또한, 부하-변조 부하의 스위칭, 즉, 셋업은 송신 시작에 앞서 일어나기 때문에, 부하 스위칭에서 비롯되는 바람직하지 않은 측대역 아티팩트들(side artifacts)은 없다.
본 발명의 대안적 구현에서, 필드 세기 및 임계는 디지털 형식이다. 디지털 형식은 하나 이상의 아날로그 신호들을 디지털 영역으로 변환시키는 것으로부터 증가된 파워 소비를 포함한 -이것으로 한정되는 것은 아니다- 다양한 절충들을 설계자에게 제공함에 유의한다.
일부 실시예들에서, 연속하여 변하는 부하-변조 부하가 사용된다. 연속하여 변하는 부하-변조 부하는 이의 임피던스의 크기를 언제나 변화시킬 수 있는 부하이다. 그러나, 이것이 이론적 면에서 이익을 줄지라도, 실제로 프레임 구간 및 태그 이동 속도는 송신 동안 임의의 가능한 필드 변화가 매우 작게 하는 것들이다.
일부 실시예들에서, 연속하여 가변하는 부하-변조 부하가 사용된다. 연속하여 가변하는 부하-변조 부하는 제한된 수의 이산값들이 아니라 임의의 값으로 변할 수 있는 부하이다. 이것은 구현하기에 더 많은 회로를 요구하지만 주어진 필드 세기에 대해 안테나 단자들에 걸친 임피던스의 최적의 값에 더 가까워지게 하는 장점이 있다.
일실시예에서, 근거리 무선 통신 장치는 연속하여 가변하는 부하-변조 부하 임피던스를 제공하도록 동작하는 부하-변조 부하 서브-회로를 포함하고, 부하-변조 부하 서브-회로에 의해 제공되는 부하-변조 부하 임피던스는 송신되는 데이터, 및 근거리 무선 통신 장치에 결합된 필드 세기의 크기에 따른다. 부하-변조 부하 서브-회로의 임피던스는 데이터가 송신되기에 앞서 필드 세기의 샘플링 및 홀드된 측정으로부터 도출된 아날로그 신호에 의해 설정된다. 전형적으로, 필드 세기는 리더 필드 세기이다.
부하 변조는 이조(de-tuning)에 의해 행해질 수 있고, 따라서 버랙터들로 한정되는 것은 아니지만 이를 포함한 전압 가변 구성요소들이 안테나 단자들 사이에 부하-변조 경로들에서 사용될 수 있음에 유의한다.
결합된 리더 필드의 세기에 따라 부하-변조 부하 임피던스를 가변시키는 것은 수동 및 능동 태그들 둘 다에서 통신을 위해 사용될 수 있다. 태그가 통신을 위해 부하-변조를 사용하고 있는 한, 결합된 리더 필드의 세기에 따라 부하 임피던스를 변화시키는 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 적어도 NFC 통신 장치들에서 유용하다. NFC 통신 장치들은 NFC 태그들, 태그 에뮬레이터들, 무접촉 카드들, 근접식 카드들, 스마트 전화들, 컴퓨터 타블렛들, 키 포브들, 등등과 같은 많은 응용 환경들에서 사용되는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 결합된 필드의 세기에 따르게 부하-변조 부하를 가변시키는 것은 임의의 특정한 응용 환경으로 제한되지 않는 것에 유의한다. 즉, 본 발명은 부하 변조에 의해 통신이 사용되는 임의의 응용, 장치, 시스템 또는 환경에서 채용될 수 있다.
결론
상세한 설명 부분, 및 요약 부분이 아닌 부분은 청구항들을 해석하기 위해 사용되도록 의도된 것으로 이해되어져야 한다. 요약 부분은 하나 이상 그러나 모든 것이 아닌 본 발명의 예시적인 실시예들을 발명자(들)에 의해 고려되는 바와 같이 시작할 수 있으며, 그러므로 임의의 방법으로 본 발명 및 첨부된 청구항들을 제한하도록 의도되지 않는다.
본 발명은 특정된 기능들 및 그 관계들의 구현을 나타내는 기능 블록들의 도움으로 위에서 설명되었다. 이러한 기능 블록들의 경계들은 설명의 편의를 위해 명세서 내에서 임의로 정의되었다. 변경 가능한 경계들이 특정 기능들 및 그 관계들이 적절히 수행되는 한 정의될 수 있다.
형태와 상세에서의 다양한 변경들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 명세서 내에서 행해질 수 있음은 당업자들에게 명백해질 것이다. 그러므로, 본 발명은 위에 설명된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해 제한되지 않아야 하며, 오히려 이하 청구항들 및 그 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

  1. 통신 장치를 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 통신 장치에 의해, 상기 통신 장치에 결합된 리더의 필드의 필드 세기를 판정하는 단계;
    상기 필드 세기가 미리 결정된 임계값(threshold)보다 더 크지 않으면 제 1 부하-변조 부하를 갖는 부하 변조에 의해 데이터를 상기 리더로 전송하는 단계; 및
    상기 필드 세기가 상기 임계값보다 더 크면, 제 2 부하-변조 부하를 갖는 부하 변조에 의해 상기 데이터를 상기 리더로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 부하-변조 부하는 상기 제 1 부하-변조 부하보다 더 낮은 임피던스를 갖는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 통신 장치는 NFC-지원 장치(NFD-enabled divice)인, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 필드는 NFC 리더 필드인, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 부하-변조 부하 및 상기 제 2 부하-변조 부하 각각은 하나 이상의 트랜지스터들을 포함하는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 필드를 상기 제 1 부하-변조 부하로 부하 변조시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 필드를 상기 제 2 부하-변조 부하로 부하 변조시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제 1 부하 및 상기 제 2 부하로 부하 변조시키는 단계는 동시에 행해지는, 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. NFC-지원 장치에 있어서,
    안테나;
    상기 안테나에 결합된 부하-변조 부하 서브-회로(load-modulation load sub-circuit); 및
    상기 안테나 및 상기 부하-변조 부하 서브-회로에 결합된 부하-변조 부하 제어기를 포함하고,
    상기 부하-변조 부하 제어기는
    상기 NFC-지원 장치에 결합된 필드의 필드 세기를 판정하여, 상기 필드 세기에 따라 하나 이상의 제어 신호들을 상기 부하-변조 부하 서브-회로에 제공하며;
    상기 부하-변조 부하 서브-회로는, 상기 하나 이상의 제어 신호들에 따라, 미리 결정된 부하 임피던스를 제공하고,
    상기 미리 결정된 부하 임피던스는 상기 필드 세기가 임계값보다 크지 않으면 제 1 임피던스를 포함하고, 상기 필드 세기가 상기 임계값보다 더 크면 제 2 임피던스를 포함하고,
    상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스보다 더 큰, NFC-지원 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 부하-변조 부하 제어기는 상기 안테나에 결합된 분로 레귤레이터(shunt regulator)를 포함하는, NFC-지원 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 근거리 무선 통신 장치에 있어서,
    적어도 2개의 미리 결정된 부하-변조 부하 임피던스들을 제공하도록 동작하는 부하-변조 부하 서브-회로를 포함하고;
    상기 부하-변조 부하 서브-회로에 의해 제공된 상기 부하-변조 부하 임피던스는 송신될 데이터, 및 상기 근거리 무선 통신 장치에 결합된 리더 필드 세기의 크기(magnitude)에 따라 결정되는, 근거리 무선 통신 장치.
  15. 근거리 무선 통신 장치에 있어서,
    연속적으로 가변하는 부하-변조 부하 임피던스를 제공하도록 동작하는 부하-변조 부하 서브-회로를 포함하고,
    상기 부하-변조 부하 서브-회로에 의해 제공되는 상기 부하-변조 부하 임피던스는 송신될 데이터, 및 상기 근거리 무선 통신 장치에 결합된 필드 세기에 따라 결정되는, 근거리 무선 통신 장치.
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