KR101734493B1 - 커패시터 통신에서의 수신단 구조 - Google Patents

커패시터 통신에서의 수신단 구조 Download PDF

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본 발명은 비접촉 근접 통신의 통신단에 관한 것으로서, 통신을 수행하고자 하는 제1 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제1 금속판 및 제1 금속판과 소정의 거리만큼 이격되도록 제2 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제2 금속판을 포함하고, 제1 금속판 및 제2 금속판은 제1 기기 및 상기 제2 기기 사이에 직렬 연결된 두 개의 커패시터를 구성하되, 두 개의 커패시터 사이에 소정의 임피던스가 연결되고, 제1 기기는 두 커패시터 양단에 걸리는 전압변화가 임피던스에 발생시키는 전압변화를 신호로 채택하며, 채택된 신호를 상기 제2 기기로부터 상기 제1 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 통신단을 특징으로 함으로써, 근접한 기기 사이에서 금속판에 의해 형성된 커패시터를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로 수신단의 임피던스를 크게 하거나 커패시터를 기반으로 하여 송신단에서 수신단으로 양호한 신호 전달이 가능하다.

Description

커패시터 통신에서의 수신단 구조{Receiver structure for though-capacitor communication}
본 발명은 커패시터 통신 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속판 사이에 형성되는 커패시턴스를 이용하여 비접촉 근접통신을 수행하는 구조에 관한 것이다.
근접통신이란 두 개의 기기 사이에 기계적으로는 접촉되거나 가까운 거리를 형성하지만, 전기적인 단자가 서로 연결되지는 않은 상황에서의 기기사이의 통신을 의미한다. NFC, 블루투스, 적외선무선통신(IrDA), 스왑(SWAP: Shared Wireless Access Protocol) 등과 같이 컴퓨터, 프린터, 전화, 팩시밀리, 휴대전화 등의 정보통신기기는 물론 TV·냉장고 등의 가전제품과도 10~100m 정도의 거리에서 무선 데이터 통신이 가능한 방식들이 사용되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2008-0038386호 "비접촉 근접 통신 장치 및 방법"
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속판 사이에 형성되는 커패시턴스를 이용하여 비접촉 근접통신을 수행하는 구조를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 통신을 수행하고자 하는 제1 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제1 금속판 및 상기 제1 금속판과 소정의 거리만큼 이격되도록 제2 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제2 금속판을 포함하고, 상기 제1 금속판 및 제2 금속판은 상기 제1 기기 및 상기 제2 기기 사이에 직렬 연결된 두 개의 커패시터를 구성하되, 상기 두 개의 커패시터 사이에 소정의 임피던스가 연결되고, 상기 제1 기기는 상기 두 커패시터 양단에 걸리는 전압변화가 상기 임피던스에 발생시키는 전압변화를 신호로 채택하며, 상기 채택된 신호를 상기 제2 기기로부터 상기 제1 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 통신단을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 제 2 금속판은, 비접촉 근접통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단의 입력 임피던스가 오픈되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은, 커패시터 또는 커패시터 및 저항의 직렬회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은, 커패시터 및 인덕터의 직렬 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은, 커패시터, 인덕터, 및 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수신단의 커패시터 및 인덕터의 공진주파수는 전송 신호 대역폭보다 높은 것을 특징으로 하는 통신단일 수 있다.
본 발명에 따르면, 근접한 기기 사이에서 금속판에 의해 형성된 커패시터를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로 수신단의 임피던스를 크게 하거나 커패시터를 기반으로 하여 송신단에서 수신단으로 양호한 신호 전달이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신단의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속판에 의해 형성되는 커패시터를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속판에 의해 형성되는 통신구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속판에 연결되는 수신단 구조의 예들을 나타낸 것이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
삭제
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신단의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신단(110)은 제 1 금속판(111)을 포함하고, 제 1 금속판(111)에는 수신단(112)이 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신단은 타 기기와 통신을 수행하기 위해 서로 다른 기기에 각각 구비된 금속판에 의해 형성되는 커패시터들과 상기 커패시터 사이에 연결된 임피던스에서 발생된 전압변화를 신호로 채택하여 상기 신호를 송신단에서 수신단으로 전송함으로써, 통신을 수행한다. 두 개의 근접한 기기 사이의 통신을 가능하게 하기 위하여 금속 단자를 통한 연결을 사용하지 않고 금속판을 양쪽 기기에 설치하여 그 사이의 커패시터를 형성한다. 기계적으로 접촉되거나 가까운 거리를 형성하면서도 전기적 연결이 없는 경우는 기기 내부를 보호하기 위하여 보호막을 형성하는 경우, 근접통신의 특성이 우수하여 일부로 단자를 연결할 필요가 없는 경우 등 다양한 경우에 적용이 될 수 있다. 금속판은 금속극판으로 형성할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 통신단(110)의 적어도 하나 이상 구비된 제 1 금속판(111)은 통신을 수행하고자 하는 타 기기(120)의 적어도 하나 이상 구비된 제 2 금속판과 소정의 거리만큼 이격되어, 두 기기(110, 120) 사이에 직렬 연결된 두 개의 커패시터를 구성하되, 두 개의 커패시터 사이에 소정의 임피던스를 포함한다. 수신단(112)은 상기 두 커패시터 양단에 걸리는 전압변화가 상기 임피던스에 발생시키는 전압변화를 신호로 채택하고, 상기 채택된 신호를 이용하여 송신단(122)에서 수신단(112)으로 신호를 전송되게 함으로써, 통신을 수행한다.
이를 위하여, 통신단(110)은 제 1 금속판(111)을 형성하고, 제 1 금속판(111)이 타 기기(120)에 형성된 제 2 금속판(121)과 소정의 거리만큼 이격되도록 하여 통신을 수행한다. 상기 제 1 금속판과 제 2 금속판 사이에는 커패시턴스가 형성된다. 제 1 금속판(111)과 제 2 금속판(121)이 소정의 거리만큼 이격되어 커패시터를 형성할 수 있도록 금속판 측면부 또는 내부에 이격부가 형성될 수 있다. 제 1 금속판(111)과 제 2 금속판(121)은 수 μm 내지 수 cm의 거리만큼 이격되어 커패시터를 형성할 수 있다. 금속판 사이의 수평방향 정열은 자석이나 기구물 등의 외부적인 도움을 받아 중첩되는 금속판의 면적을 일정하게 할 수 있다. 제 1 금속판(111)과 제 2 금속판(121)은 소정의 거리만큼 이격되어 적어도 두 개의 직렬 연결된 커패시터를 형성하고, 커패시터 사이에 연결된 임피던스에 발생하는 전압변화를 신호로 채택하며, 상기 채택된 신호를 송신단으로부터 수신단으로 전송함으로써, 비접촉 근접통신을 수행한다.
도 2와 같이, 기기1과 기기2 사이에 형성된 금속판에 의해 커패시터(Cthrough)가 형성될 수 있다. 금속판은 하나의 금속판이 아닌 복수의 금속판으로 구성될 수 있다. 배열된 금속판 사이에 형성된 커패시턴스는 정열의 수직 방향 상태에 따라 크게 영향을 받을 수 있고, 수직 방향 근접도는 매번 조금씩 조정되어 커패시턴스 값이 변할 수 있다. 정확한 신호 전달을 위하여, 제 1 금속판(111)에 수신단(112)을 연결하여 신호 전달이 분명하게 되도록 한다.
도 2와 같이 형성되는 통신 구조를 회로도로 나타내면 도 3과 같다. 정확한 신호 전달을 위해선, 제 1 금속판(111)에 연결되는 수신단의 구조가 중요할 수 있다.
도 3에서 송신단의 전압을 VTX, 수신단의 전압을 VRX, 수신단의 입력 커패시턴스를 ZRX라고 할 때, 수신단 전압은 다음의 식으로 표현된다.
Figure 112015082273271-pat00001
VRX가 얼마나 VTX의 특성을 잘 나타내는지에 따라 통신의 성능이 달라지는바, 상기 수학식 1에서 ZRX의 역할이 크다는 것을 알 수 있다.
수신단의 구성이 동작을 어렵게 하는 경우는 수신단의 입력 임피던스가 (1) 작은 저항이나 (2) 인덕터 성분이 주될 경우이다. 신호의 주파수를 특정하기 어려운 경우 커패시터에 의한 임피던스 1/sC는 기가오옴 (GΩ) 단위까지 쉽게 높아질 수 있고 이 경우 메가오옴 (MΩ)의 저항이라도 얻어지는 수신단의 전압은 상당히 작은 수준이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 정확한 신호 전달을 위하여, 수신단의 입력 임피던스는 커패시터를 이용하여 도 4와 같이 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 커패시터를 포함한 직렬회로는 (1) 커패시터, (2) 커패시터와 저항의 직렬회로, (3) 커패시터와 인덕터의 직렬회로, (4) 커패시터와 저항과 인덕터의 직렬회로를 말하며, 각 구성요소 (커패시터와 저항, 인덕터)는 단수 혹은 복수로 연결될 수 있다. 커패시터와 다른 소자들은 직렬로 연결하되, 다른 소자들 사이는 병렬로 연결될 수도 있다. 커패서터와 다른 소자들의 직렬연결함으로써 수신단의 입력 임피던스를 높일 수 있다.
우선, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단의 입력 임피던스가 오픈되도록 구성될 수 있다. ZRX가 오픈인 경우, 무한대 임피던스를 가지게 되는바,
Figure 112015082273271-pat00002
가 되고, 이때 정확한 신호 전달이 가능하다. 오픈의 형태가 아니더라도, 입력 임피던스가 높은 임피던스 값을 갖도록 구현할 수 있다.
상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은 커패시터 또는 커패시터 및 저항의 직렬회로로 구성될 수 있다.
수신단의 입력을 커패시터로만 형성하는 경우 근접 배열에 따른 금속판 사잉의 커패시터와 임피던스 배분에 따른 전압을 형성할 수 있다. ZRX가 커패시터로만 이루어지는 경우 커패시턴스 값을 CRX라고 하면, ZRX=1/CRX에서 VRX는 다음과 같다.
Figure 112015082273271-pat00003
여기서 Cthrough는 통상 수십 fF에 서 수 pF의 작은 값을 가지므로, CRX를 작게 하면 할수록 수신단의 전압이 증대되는 것을 알 수 있다. CRX는 별도의 커패시터를 사용하기 보다는 회로의 입력 기생커패시터로 구현할 수 있다. Cthrough가 CRX에 비해 작은 값인 경우 VRX는 VTX보다 상당히 작은 값을 가지게 된다. 통상 VTX는 수 V의 전압 범위를 갖고 VRX는 μV 에서 mV정도만을 갖는다면 수신단의 신호를 증폭하는 것이 가능하므로 VRX에서 신호를 증폭해 내는 것이 가능하다. 커패시터와 저항이 연결된 경우에는 저항값이 큰 상관없이 수신단의 전압을 확보하는 것이 가능하다.
상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은 커패시터 및 인덕터의 직렬 회로로 구성되거나, 커패시터, 인덕터, 및 저항으로 구성될 수 있다. 커패시터와 인덕터를 둘 다 이용하는 경우, 상기 수신단의 커패시터 및 인덕터의 공진주파수는 전송 신호 대역폭보다 높게 형성할 수 있다. 커패시터와 인덕터와 직렬연결되어 있는 경우 공진주파수를 신호주파수에 비해 낮게 가져가는 경우 입력단의 임피던스를 높일 수 있어 수신단의 전력전달이 가능하다.
커패시터와 인덕터를 직렬로 연결하는 경우, 커패시터와 인덕터에 의해 공진이 발생할 수 있고, 이를 통해, 입력단의 임피던스를 높일 수 있다. 공진주파수를 신호주파수에 비해 낮게 가져가도록 커패시터와 인덕터의 값을 조정함으로써 입력단의 임피던스를 높일 수 있고, 이를 통해 정확한 신호 전달이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 통신단을 포함하는 통신단말을 형성하여 정확한 비접촉 근접통신이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신단의 적어도 하나 이상 구비된 제 1 금속판은 통신을 수행하고자 하는 타 기기의 적어도 하나 이상 구비된 제 2 금속판과 소정의 거리만큼 이격되어, 두 기기 사이에 직렬 연결된 두 개의 커패시터를 구성하되, 두 개의 커패시터 사이에 소정의 임피던스를 포함한다. 수신단은 상기 두 커패시터 양단에 걸리는 전압변화가 상기 임피던스에 발생시키는 전압변화를 신호로 채택하고, 상기 채택된 신호를 이용하여 송신단에서 수신단으로 신호를 전송되게 함으로써, 통신을 수행한다. 상기 제 1 금속판과 제 2 금속판은, 비접촉 근접통신을 수행한다. 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단의 입력 임피던스가 오픈되도록 구성되거나, 커패시터 또는 커패시터 및 저항의 직렬회로로 구성될 수 있고, 커패시터 및 인덕터의 직렬 회로 또는 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은, 커패시터, 인덕터, 및 저항으로 구성될 수 있으며, 상기 수신단의 커패시터 및 인덕터의 공진주파수는 전송 신호 대역폭보다 높을 수 있다. 상기 통신단말에 포함되는 통신단에 대한 상세한 설명은 도 1의 통신단에 대한 상세한 설명에 대응한다.
이와 같이, 기기와 기기 사이의 무접점 비접촉 근접 통신에 활용이 될 수 있어 다양한 응용이 가능하다. 구글의 project ara등에서 소개된 바와 같이 각 모듈을 연결해서 핸드폰과 같은 종합 시스템을 만들 때 각 모듈 사이의 데이터 전송에 활용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 통신단
111: 제 1 금속판
112: 수신단
120: 타 기기
121: 제 2 금속판
122: 송신단

Claims (8)

  1. 통신을 수행하고자 하는 제1 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제1 금속판; 및
    상기 제1 금속판과 소정의 거리만큼 이격되도록 제2 기기에 적어도 하나 이상 구비된 제2 금속판;을 포함하고,
    상기 제1 금속판 및 제2 금속판은 상기 제1 기기 및 상기 제2 기기 사이에 직렬 연결된 두 개의 커패시터를 구성하되, 상기 두 개의 커패시터 사이에 소정의 임피던스가 연결되고,
    상기 제1 기기는 상기 두 커패시터 양단에 걸리는 전압변화가 상기 임피던스에 발생시키는 전압변화를 신호로 채택하며, 상기 채택된 신호를 상기 제2 기기로부터 상기 제1 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 통신단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속판과 제 2 금속판은,
    비접촉 근접통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 통신단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속판과 연결된 수신단의 입력 임피던스가 오픈되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은,
    커패시터 또는 커패시터 및 저항의 직렬회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은,
    커패시터 및 인덕터의 직렬 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속판과 연결된 수신단은,
    커패시터, 인덕터, 및 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 통신단.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신단의 커패시터 및 인덕터의 공진주파수는 전송 신호 대역폭보다 높은 것을 특징으로 하는 통신단.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 통신단을 포함하는 통신단말.



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