KR101922531B1 - 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 인덕티브 커플링 방식을 통해 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 장치 및 방법이 제공된다. 송신 데이터를 전송하거나 수신 데이터를 수신하고, 양단의 전압강하가 감지 신호로서 제공되는 코일, 입력 신호를 참조하여 입력 신호와 동일한 파형을 갖는 복제 신호 및 송신 데이터를 제공하는 입력부, 복제 신호를 참조하여 감지 신호로부터 수신 데이터를 검출하기 위한 보상 신호를 제공하는 복제부 및 보상 신호를 참조하여 감지 신호로부터 수신 데이터를 검출하여 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법{DATA TRAMSMITTING AND RECEIVING APPARATUS AND TRANSMITTING AND RECEIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕티브 커플링을 이용한 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법에 관한 것이다.
근거리 비접촉 통신 방식 중 하나로서 인덕티브 커플링 방식이 있다. RFID(radiofrequency identification; 무선주파수 인식)를 비롯한 다른 근거리 비접촉 통신 방식에 비해, 인덕티브 커플링 방식은 전송률이 높고 전력 소모가 적은 이점을 갖는다.
인덕티브 커플링 방식은 솔리드-스테이트 디스크(Solid-State Disk, SSD)와 같이 하나의 패키지에 다수의 집적회로가 적층된 장치에 유용하다. 인덕티브 커플링 방식은 적층된 집적회로 사이의 데이터 통신에 사용될 수 있다.
한편, 하나의 채널을 통해 쌍방향 통신을 하는 경우, 종래의 인덕티브 커플링 방식은 쌍방향 통신을 동시에 수행할 수 없다. 이는 쌍방향 통신시 인덕턴스에 의해 발생되는 에코 잡음이 효과적으로 제거되지 않기 때문이다. 예를 들어, 데이터를 송신하고 있는 집적회로는 데이터를 수신하기 위해서 수행중인 데이터 송신을 중단해야만 한다. 따라서, 종래의 인덕티브 커플링의 쌍방향 통신은 타이밍 제어를 통해 수행되며, 그 결과 종래 인덕티브 커플링 방식은 좁은 유효 대역폭(effective bandwidth)을 가진다.
본 발명의 목적은 인덕티브 커플링 방식을 사용하여 송신 및 수신을 동시에 수행하는 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 인덕티브 커플링 방식의 에코 잡음을 제거한 데이터 송수신 장치 및 그것의 송수신 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 인덕티브 커플링(inductive coupling) 방식을 통해 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 장치는 송신 데이터를 전송하거나 수신 데이터를 수신하고, 양단의 전압강하가 감지 신호로서 제공되는 코일; 입력 신호를 참조하여 상기 입력 신호와 동일한 파형을 갖는 복제 신호 및 상기 송신 데이터를 제공하는 입력부; 상기 복제 신호를 참조하여 상기 감지 신호로부터 상기 수신 데이터를 검출하기 위한 보상 신호를 제공하는 복제부; 및 상기 보상 신호를 참조하여 상기 감지 신호로부터 상기 수신 데이터를 검출하여 출력하는 출력부를 포함한다.
실시 예로서, 상기 입력부는 클럭 신호에 동기화되어 동작하고, 입력 신호를 버퍼링하여 출력하는 플립플롭을 포함한다.
실시 예로서, 상기 입력부는 플립플롭의 출력을 참조하여 상기 송신 데이터를 상기 코일에 제공하는 구동부를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 출력부는 상기 감지 신호로부터 상기 보상 신호를 감산하여 그 결과를 출력하는 감산부를 포함한다.
실시 예로서, 상기 출력부는, 인에이블 신호에 동기화되어 동작하고 상기 감산부의 출력을 참조하여 상기 수신 데이터를 검출하는 히스테리시스 비교부를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 히스테리시스 비교부는 상기 감산부의 출력이 제 1 참조 값보다 낮고 제 2 참조값보다 높으면 상기 감산부의 출력을 무시할 수 있다.
실시 예로서, 상기 히스테리시스 비교부는 상기 감산부의 출력이 상기 제 1 참조 값보다 높으면 상기 출력 신호로서 논리 레벨 하이를 출력할 수 있다.
실시 예로서, 상기 히스테리시스 비교부는 상기 감산부의 출력이 상기 제 2 참조 값보다 낮으면 상기 출력 신호로서 논리 레벨 로우를 출력할 수 있다.
실시 예로서, 상기 복제부는 보상 코일을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 복제부는 보상 저항을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 인에이블 신호는 상기 클럭 신호와 180도 위상차를 갖는다.
본 발명에 따른 인덕티브 커플링 방식을 통해 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 장치의 데이터 송수신 방법은 입력부가 입력 신호를 참조하여 상기 입력 신호와 동일한 파형을 갖는 복제 신호 및 송신 데이터를 제공하는단계; 코일이 상기 송신 데이터를 전송 또는 수신 데이터를 수신하고, 상기 코일 양단의 전압 강하를 감지 신호로서 제공하는 단계; 복제부가 상기 복제 신호를 참조하여 상기 감지 신호로부터 상기 수신 데이터를 검출하기 위한 보정 신호를 제공하는 단계; 및 출력부가 상기 보정 신호를 참조하여 상기 감지 신호로부터 상기 수신 데이터를 검출하여 출력하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 출력부는, 상기 감지 신호로부터 상기 보상 신호를 감산하여 그 결과를 출력하는 감산부를 포함한다.
실시 예로서, 상기 출력부는, 인에이블 신호에 동기화되어 동작하고 상기 감산부의 출력을 참조하여 상기 수신 데이터를 검출하는 히스테리시스 비교부를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 복제부는 보상 저항을 포함하고, 상기 송신 데이터는 상기 수신 데이터와 180도의 위상 차를 갖는다.
본 발명에 따르면, 인덕티브 커플링 방식을 사용하여 쌍방향 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 인덕티브 커플링 방식의 에코 잡음이 효과적으로 제거된다.
또한, 인덕티브 커플링 방식의 유효 대역폭 및 전송률이 향상된다.
도 1은 인덕티브 커플링 방식의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 인덕티브 커플링 방식의 데이터 전송 원리를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제 1 입력부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제 1 복제부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 3에 도시된 제 1 출력부를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 데이터 송수신 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 인덕티브 커플링 방식의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 데이터 송수신 장치(10)는 제 1 회로부(11) 및 제 2 회로부(12)를 포함한다.
제 1 회로부(11) 및 제 2 회로부(12)는 각각 제 1 코일(11a) 및 제 2 코일(12a)를 포함한다. 도 1에서, 제 1 회로부(11)는 송신 회로로서 동작한다. 제 2 회로부(12)는 수신 회로로서 동작한다. 제 1 회로부(11)의 제 1 코일(11a)에 송신 데이터가 제공되면, 제 1 코일(11a)과 제 2 코일(12a)의 자기적 결합에 의해 제 1 코일(11a)의 전압 변화가 제 2 코일(12a)에 전기적 신호로서 전달된다. 제 2 코일(12a)에 전달된 전기적 신호는 제 2 코일(12a) 연결된 출력 단자를 통해 출력된다. 이 같은 방법을 통해 수행되는 근거리 비접촉 통신 방식이 인덕티브 커플링(inductive coupling) 통신이다.
도 2는 인덕티브 커플링 방식의 데이터 전송 원리를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 송신 단자에는 송신 코일(11a)이 연결되어 있다. 수신 단자에는 수신 코일(12a) 및 코일의 기생 저항들(Ra, Rb)이 직렬로 연결되어 있다.
송신 코일(11a)에는 송신 데이터로서 송신 전류(IT)가 제공된다. 송신 전류(IT)가 송신 코일(11a)에 흐르면, 송신 코일(11a) 주변의 자계가 변화한다. 자계의 변화는 근거리에 있는 수신 코일(12a)과 연결된 수신단 전압(또는 전류)을 변화시킨다. 수신단 전압(VR)은 송신 전류(IT)의 시간에 따른 변화율과 밀접한 관계를 갖는다. 따라서, 수신단의 전압(VR)으로부터 송신 전류(IT)를 검출해낼 수 있다. 수신단 전압(VR)과 송신 전류(IT) 사이의 관계는 표 1에 나타난 바와 같다.
Figure 112011095478739-pat00001
여기서 t는 시간이고, ω는 주파수이고, M은 송신 코일(11a)과 수신 코일(12a) 사이의 상호 인덕턴스이다. 표 1에 기재된 수식의 구체적인 의미는 당해 기술 분야에 널리 알려져있으므로, 그에 대한 설명은 생략된다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 데이터 송수신 장치(100)는 제 1 회로부(110) 및 제 2 회로부(120)를 포함한다. 제 1 및 제 2 회로부(110, 120)는 송신부 또는 수신부로서 기능할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 회로부(110, 120)는 데이터 송신 및 수신이 동시에 이루어지는 것으로 가정한다.
제 1 회로부(110)는 제 1 입력부(111), 제 1 복제부(112), 제 1 코일(113) 및 제 1 출력부(114)를 포함한다.
제 1 입력부(111)는 입력 신호(Din1)를 참조하여 송신 데이터(I1)를 제공한다. 실시 예로서, 송신 데이터(I1)는 전류일 수 있다. 그리고, 제 1 입력부(111)는 입력 신호(Din1)를 참조하여, 복제 신호(Rep1)를 제공한다.
제 1 코일(113)은 송신 데이터(I1)를 인덕티브 커플링을 통해 제 2 회로부(120)로 전달한다. 그리고, 인덕티브 커플링을 통해 제 2 회로부(120)가 전송한 신호(I2)를 수신한다. 송신 데이터(I1) 및 전송된 신호(I2)는 각각 제 1 코일(113) 양단의 전압 변화를 일으킨다. 제 1 코일(113) 양단의 전압은 감지 신호(V1)로서 제 1 출력부(114)에 전달된다.
제 1 복제부(112)는 복제 신호(Rep1)를 참조하여 보상 신호(echo1)를 생성한다. 후술하겠지만, 복제 신호(Rep1)는 입력 신호(Din1)와 동일한 파형을 갖는다. 그리고, 보상 신호(echo1)의 파형은 복제부(112)의 구성에 따라 다른 형태의 파형을 가가질 수 있다.
제 1 출력부(114)는 감지 신호(V1) 및 보상 신호(echo1)를 참조하여, 감지 신호(V1)로부터 잡음을 제거한다. 구체적으로, 제 1 출력부(114)는 감지 신호(V1)로부터 전송된 신호(I2)를검출한다. 검출된 신호는 출력(Dout1)로서 제공된다.
한편, 제 2 회로부(120)도 제 1 회로부(110)와 마찬가지로 인덕티브 커플링을 통해 데이터를 송신 및 수신한다. 제 2 회로부(120)의 구성 및 동작은 제 1 회로부(110)와 실질적으로 동일하므로, 그것에 대한 설명은 생략한다.
위와 같은 구성에 따르면, 제 1 코일(113) 및 제 2 코일(123)의 자기적 결합에 의해 형성된 하나의 채널을 통해, 데이터 송신 및 수신이 동시에 수행된다. 따라서, 데이터 송수신 장치(100)의 데이터 전송률 및 유효 대역폭이 증가한다.
도 4는 도 3에 도시된 제 1 입력부를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 제 1 입력부(111)는 플립플롭(111a) 및 구동부(111b)를 포함한다.
플립플롭(111a)은 입력 신호(Din1)를 버퍼링하여 출력으로서 제공한다. 버퍼링된 신호는 구동부(111b)를 통해 제 1 코일(113)로 제공된다. 플립플롭(111a)은 클럭 신호(CLK1)에 동기화되어 동작한다. 실시 예로서, 플립플롭(111a)은 클럭 신호(CLK1)의 상승 에지(rising edge)에서 입력 신호(Din1)를 홀드한다. 그리고, 홀드된 입력 신호(Din1)를 클럭 신호(CLK1)의 다음 상승 에지까지 출력으로서 제공한다. 또한, 플립플롭(111a)의 출력은 복제 신호(Rep1)로서 제공된다.
구동부(111b)는 플립플롭(111a)의 출력을 수신하여 제 1 코일(113)에 송신 데이터(I1)를 제공한다. 제 1 코일(113)에 흐로는 전류는 이산적으로 변화할 수 없으므로, 송신 데이터(I1)는 플립플롭(111a) 출력의 상승 에지 또는 하강 에지 부근에서 경사를 가지게 된다.
위와 같은 구성에 따르면, 제 1 입력부(111)는 입력 신호(Din1)를 참조하여 송신 데이터(I1)를 제 1 코일에 제공하고, 송신 데이터(I1)와 동일한 파형을 갖는 복제 신호(Rep1)를 제공한다.
도 5는 도 3에 도시된 제 1 복제부를 나타내는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 복제부(112)는 복제 구동부(112a) 및 보상기(112b)를 포함한다.
복제 구동부(112a)는 복제 신호(Rep1)를 참조하여 보상기(112b)에 전류 신호를 제공한다. 실시 예로서, 복제 구동부(112a)는 버퍼로서 동작할 수 있다. 실시 예로서, 구동부(112a)는 복제 신호(Rep1)를 증폭 또는 감소시켜 보상기(112b)에 제공할 수 있다.
보상기(112b)는 복제 구동부(112a)로부터 전류 신호를 수신하여 보상 신호(echo1)를 제공한다. 후술하겠지만, 보상 신호(echo1)는 감지 신호(V1)에 포함된 에코 잡음을 제거하기 위한 신호이다. 즉, 보상 신호(echo1)는 감지 신호(V1)로부터 전송된 신호(I2)를 검출하기 위한 신호이다. 구체적으로, 감지 신호(V1)는 제 1 코일(113) 양단의 전압을 나타낸다. 그러나, 제 1 코일(113) 양단의 전압의 전압은 제 2 회로부(120)로부터 전송된 신호뿐 아니라 송신 신호(I1,도 1 참조)에 의해서도 변화된다. 따라서, 감지 신호(V1)로부터 전송된 신호(I2,도 1 참조)를 검출하기 위해서 송신 신호(I1)에 의한 잡음이 제거되어야 한다. 한편, 후술하겠지만, 보상 신호(echo1)는 송신 신호(I1)와 동일한 파형을 가진다. 따라서, 감지 신호(V1)에서 보상 신호(echo1)를 감산함으로써 송신 신호(I1)에 의한 잡음이 제거될 수 있다. 보상 신호(echo1) 및 잡음 제거에 관한 구체적인 내용은 보다 구체적인 실시 예와 함께 후술될 것이다.
도 6은 도 3에 도시된 제 1 출력부를 나타내는 블록도이다. 도 6을 참조하면 제 1 출력부(114)는 감산부(114a) 및 히스테리시스 비교부(114b)를 포함한다.
감산부(114a)는 감지 신호(V1)로부터 보상 신호(echo1)를 감산하여 그 결과를 출력한다.
히스테리시스 비교부(114b) 감산부(114a)의 출력을 참조하여 출력 신호를 제공한다. 구체적으로, 히스테리시스 비교부(114b)는 감산부(114a)에 의해 제거되지 않은 잡음을 제거한다. 이를 위해, 히스테리시스 비교부(114b)는 인에이블 신호(enable1)에 동기화되어 동작한다. 실시 예로서, 히스테리시스 비교부(114b)는 인에이블 신호의 상승 에지에서 감산부(114a)의 출력을 홀드한다. 그리고, 홀드된 출력을 인에이블 신호(enable1)의 다음 상승 에지까지 출력으로서 제공한다.
실시 예로서, 히스테리시스 비교부(114b)는 미세 잡음을 제거하기 위해 감산부(114a)의 출력이 제 1 참조 값보다 낮고 제 2 참조값보다 높으면 그러한 감산부의 출력은 홀드하지 않는다. 이 경우, 히스테리시스 비교부(114b)는 인에이블 신호(enable1)의 새로운 상승 에지까지 종전에 홀드된 출력을 유지한다.
실시 예로서, 히스테리시스 비교부(114b)는 감산부(114a)의 출력이 제 1 참조 값보다 높으면 논리 레벨 하이를 출력한다. 그리고, 히스테리시스 비교부(114b)는 감산부(114a)의 출력이 제 2 참조 값보다 낮으면 논리 레벨 로우를 출력한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 감지 신호(V1)로부터 잡음이 제거되고, 전송된 신호(I2)가 검출될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 회로도이다. 도 7을 참조하면 데이터 송수신 장치(200)는 1차단 회로(a first terminal) 및 2차단 회로(a second terminal)를 포함한다.
그리고,1차단 회로(a first terminal)는 제 1 코일(L1), 제 1 플립플롭(210a), 제 1 구동부(220a), 제 1 복제 구동부(230a), 제 1 보상부(240a), 제 1 감산부(250a), 제 1 히스테리시스 비교기(260a)를 포함한다.
마찬가지로, 2차단 회로(a second terminal)는 2차 코일(L2), 제 2 플립플롭(210b), 제 2 구동부(220b), 제 2 복제 구동부(230b), 제 2 보상부(240b), 제 2 감산부(250b), 제 2 히스테리시스 비교기(260b)를 포함한다.
1차단 회로(a first terminal)와 2차단 회로(a second terminal)의 구성 및 동작은 실질적으로 동일하다. 그러므로, 실시 예에서는 1차단 회로(a first terminal)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 실시 예에서는, 제 1 보상부(240a)로서 보상 코일(LR1)이 사용된다. 실시 예로서, 보상 코일(LR1) 및 제 1 코일(L1)의 인덕턴스는 서로 같을 수 있다.
입력 신호(Din1)이 제 1 플립플롭(210a)에 수신되면, 제 1 플립플롭(210a)은 입력 신호(Din1)을 버퍼링하여 출력한다. 제 1 플립플롭(210a)은 클럭 신호(CLK1)에 동기화되어 동작한다. 제 1 플립플롭(210a)의 출력은 제 1 구동부(220a) 및 제 1 복제 구동부(230a)에 제공된다.
제 1 구동부(220a)는 제 1 플립플롭(210a)을 참조하여 송신 데이터(I1)을 출력한다. 송신 데이터(I1)는 전류일 수 있다. 송신 데이터(I1)가 코일을 흐르면 인덕턴스 커플링에 의해 송신 데이터(I1)가 2차단 회로(a second terminal)로 전달된다.
제 1 복제 구동부(230a)는 제 1 플립플롭(210a)을 참조하여 복제 전류(IR1)을 출력한다. 복제 전류(IR1)는 제 1 보상부(240a)에 제공된다. 복제 전류(IR1)가 보상 코일(LR1)을 흐르면 전자기 효과에 의해 보상 코일(LR1)의 양단에는 전압이 유기된다.
제 1 감산부(250a)는 제 1 코일(L1) 양단의 전압을 감지 신호(V1)로서 수신한다. 그리고, 제 1 감산부(250a)는 보상 코일(LR1) 양단의 전압을 보상 신호(echo1)로서 수신한다.
이하에서는, 제 1 감산부(250a)의 구체적인 동작 원리를 설명한다. 이를 위해, 먼저 감지 신호(V1)의 성분을 분석한다. 이때, 제 1 코일(L1)에는 송신 데이터(I1)가 흐른다. 따라서, 감지 신호(V1)에는 송신 데이터(I1) 및 기생 저항에 의한 전압 강하와 송신 데이터(I1) 및 제 1 코일(L1)의 자기 인덕턴스에 의한 전압 강하가 포함된다.
한편, 제 1 코일(L1)은 제 2 코일(L2)과 상호 인덕턴스에 의해 커플링되어 있다. 따라서, 감지 신호(V1)에는 제 2 코일(L2)을 흐르는 전류(I2) 및 상호 인덕턴스(M)에 의한 전압 강하가 포함된다.
다음으로, 보상 신호(echo1)의 성분을 분석한다. 보상 코일(LR1)에는 복제 전류(IR1)가 흐른다. 따라서, 보상 신호(echo1)에는 복제 전류(IR1) 및 기생 저항에 의한 전압 강하와 복제 전류(IR1) 및 보상 코일(LR1)의 자기 인덕턴스에 의한 전압 강하가 포함된다.
그리고, 보상 코일(LR1)은 제 2 코일(L2) 결합되어 있지 않으므로, 보상 신호(echo1)는 상호 인덕턴스에 의한 영향을 받지 않는다.
한편, 구동부(220a) 및 제 1 복제 구동부(230a)의 입력이 동일하므로, 구동부(220a) 및 제 1 복제 구동부(230a)의 출력 파형은 서로 동일하다. 실시 예로서, 적절한 스케일링(scaling)을 통해, 복제 전류(IR1)의 크기를 송신 데이터(I1)의 크기와 같아질 수 있다. 그리고, 보상 코일(LR1)의 인덕턴스는 제 1 코일(L1)의 인덕턴스와 동일하게 설정될 수 있다.
이러한 경우, 보상 신호(echo1)는 감지 신호(V1)의 성분 중 상호 인덕턴스(M)에 의한 성분을 제외한 것과 동일하게 된다.
제 1 감산부(250a)는 감지 신호(V1)로부터 보상 신호(echo1)를 감산하고, 그 결과를 출력한다. 위의 설명에 따르면, 제 1 감산부(250a)의 출력은 제 2 코일(L2)을 흐르는 전류(I2) 및 제 1 코일과 제 2 코일의 상호 인덕턴스(M)에 의한 전압 강하만 포함한다. 즉, 감지 신호(V1)로부터 송신 데이터(I1)에 의한 잡음 성분이 제거된다.
제 1 감산부(250a)의 출력은 2차단 회로(a second terminal)로부터 전송된 신호를 완전히 복구하기 위해, 제 1 히스테리시스 비교기(260a)로 제공된다.
제 1 히스테리시스 비교기(260a)는 인에이블 신호(enable1)에 동기화되어 동작한다. 제 1 히스테리시스 비교기(260a)의 구체적인 동작은 앞서 설명한 히스테리시스 비교기(114b, 도 6 참조)와 동일하다.
제 1 히스테리시스 비교기(260a)는 인에이블 신호(enable1)의 상승 에지에서 입력을 홀드한다. 이를 통해, 2차단 회로(a second terminal)로부터 전송된 신호가 완전히 복구될 수 있다. 복구된 신호는 출력 신호(Dout1)로서 제공된다.
위와 같은 구성에 따르면, 데이터 송수신 장치(200)는 하나의 채널을 통해 쌍방향 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 데이터 송수신 장치(200)의 데이터 전송률 및 유효 대역폭이 증가한다.
그러나, 본 실시 예는 보상부로서 인덕터를 사용한다. 집적회로의 구성에 있어서 인덕터의 사용은 비용 발생의 원인이 된다. 이하에서는, 인덕터를 저항으로 대체한 데이터 송수신 장치가 제공된다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치를 나타내는 회로도이다. 도 8을 참조하면 데이터 송수신 장치(300)는 1차단 회로(a first terminal) 및 2차단 회로(a second terminal)를 포함한다.
그리고, 1차단 회로(a first terminal)는 제 1 코일(L1), 제 1 플립플롭(310a), 제 1 구동부(320a), 제 1 복제 구동부(330a), 제 1 보상부(340a), 제 1 감산부(350a), 제 1 히스테리시스 비교기(360a)를 포함한다.
마찬가지로, 2차단 회로(a second terminal)는 2차 코일(L2), 제 2 플립플롭(310b), 제 2 구동부(320b), 제 2 복제 구동부(330b), 제 2 보상부(340b), 제 2 감산부(350b), 제 2 히스테리시스 비교기(360b)를 포함한다.
1차단 회로(a first terminal)와 2차단 회로(a second terminal)의 구성 및 동작은 실질적으로 동일하다. 그러므로, 실시 예에서는 1차단 회로(a first terminal)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 실시 예에서는, 제 1 보상부(340a)로서 보상 저항(R1)이 사용된다.
입력 신호(Din1)이 제 1 플립플롭(310a)에 수신되면, 제 1 플립플롭(310a)은 입력 신호(Din1)을 버퍼링하여 출력한다. 제 1 플립플롭(310a)은 클럭 신호(CLK1)에 동기화되어 동작한다. 제 1 플립플롭(310a)의 출력은 제 1 구동부(320a) 및 제 1 복제 구동부(330a)에 제공된다.
제 1 구동부(320a)는 제 1 플립플롭(310a)을 참조하여 송신 데이터(I1)를 출력한다. 송신 데이터(I1)는 전류일 수 있다. 송신 데이터(I1)가 코일을 흐르면 인덕턴스 커플링에 의해 송신 데이터(I1)가 2차단 회로(a second terminal)로 전달된다.
제 1 복제 구동부(330a)는 제 1 플립플롭(310a)을 참조하여 복제 전류(IR1)을 출력한다. 복제 전류(IR1)는 제 1 보상부(340a)에 제공된다. 복제 전류(IR1)가 보상 저항(R1)을 흐르면 보상 저항(R1)의 양단에는 전압 강하가 발생한다.
제 1 감산부(350a)는 제 1 코일(L1) 양단의 전압을 감지 신호(V1)로서 수신한다. 그리고, 제 1 감산부(350a)는 보상 저항(R1) 양단의 전압을 보상 신호(echo1)로서 수신한다.
이하에서는, 제 1 감산부(350a)의 구체적인 동작 원리를 설명한다. 이를 위해, 먼저 감지 신호(V1)의 성분을 분석한다. 이때, 제 1 코일(L1)에는 송신 데이터(I1)가 흐른다. 따라서, 감지 신호(V1)에는 송신 데이터(I1) 및 기생 저항에 의한 전압 강하와 송신 데이터(I1) 및 제 1 코일(L1)의 자기 인덕턴스에 의한 전압 강하가 포함된다.
한편, 제 1 코일(L1)은 제 2 코일(L2)과 상호 인덕턴스에 의해 커플링되어 있다. 따라서, 감지 신호(V1)에는 제 2 코일(L2)을 흐르는 전류(I2) 및 상호 인덕턴스(M)에 의한 전압 강하가 포함된다.
다음으로, 보상 신호(echo1)의 성분을 분석한다. 보상 저항(R1)에는 복제 전류(IR1)가 흐른다. 따라서, 보상 신호(echo1)에는 복제 전류(IR1) 및 보상 저항(R1)에 의한 전압 강하(IR1×R1)가 포함된다.
한편, 적절한 스케일링을 통해, 보상 신호(echo1)의 파형은 제 1 코일(L1)의 기생 저항에 의한 전압 강하 파형과 동일하게 형성될 수 있다. 그리고, 감지 신호(V1)로부터 보상 신호(echo1)를 감산한다. 이를 통해, 감지 신호(V1)의 성분 중 송신 데이터(I1) 및 기생 저항에 의한 전압 강하 성분은 제거될 수 있다.
그러나, 위와 같은 과정을 수행하여도, 감지 신호(V1)는 제 1 코일(L1)의 자기 인덕턴스에 의한 잡음을 포함한다. 제 1 코일(L1)의 자기 인덕턴스에 의한 잡음을 제거하기 위해, 1차단 회로의 송신 데이터(I1) 및 2차단 회로로부터 전송된 데이터(I2)가 180도 위상차를 갖도록 한다.
이는, 제 1 플립플롭(310a) 및 제 2플립플롭(310b)의 클럭을 위상 천이(phase shifting) 시킴으로써 달성될 수 있다. 즉, 클럭의 위상 천이를 통해 제 1 플립플롭(310a)의 출력을 +90도 만큼 위상 천이시키고, 제 2 플립플롭(310b)의 출력을 -90도 만큼 위상 천이시킨다. 이를 통해 송신 및 전송된 데이터(I1, I2)는 서로 180도의 위상차를 갖게 될 것이다.
송신 및 전송된 데이터(I1, I2)는 서로 180도의 위상차를 가지면, 자기 인덕턴스에 의한 잡음이 제거될 수 있다. 왜냐하면, 자기 인덕턴스에 의한 잡음은 제 1 플립플롭(310a)의 상승 에지에서만 나타나기 때문이다. 반대로, 2차단 회로로부터 전송된 데이터(I2)는 제 1 플립플롭(310a)의 하강 에지에서만 나타난다.
따라서, 감지 신호(V1) 성분 중 제 1 플립플롭(310a)의 하강 에지에서 나타나는 성분만을 출력하면, 자기 인덕턴스에 의한 잡음이 제거된다. 이와 관련된 보다 구체적인 설명이 도 9와 함께 후술될 것이다.
제 1 감산부(350a)는 감지 신호(V1)로부터 보상 신호(echo1)를 감산하고, 그 결과를 출력한다. 위의 설명에 따르면, 제 1 감산부(350a)의 출력은 제 1 코일(L1)의 자기 인덕턴스(L1) 및 제 1 코일과 제 2 코일의 상호 인덕턴스(M)에 의한 전압 강하만 포함한다. 즉, 감지 신호(V1)로부터 제 1 코일의 기생 저항에 의한 잡음 성분이 제거된다.
제 1 감산부(350a)의 출력은 2차단 회로(a second terminal)로부터 전송된 신호를 완전히 복구하기 위해, 제 1 히스테리시스 비교기(360a)로 제공된다.
제 1 히스테리시스 비교기(360a)는 인에이블 신호(enable1)에 동기화되어 동작한다. 제 1 히스테리시스 비교기(360a)의 구체적인 동작은 앞서 설명한 히스테리시스 비교기(114b, 도 6 참조)와 동일하다.
한편, 인에이블 신호(enable1)는 제 1 플립플롭(310a)의 클럭(CLK1)과 180도의 위상차를 갖는다. 그리고, 제 1 히스테리시스 비교기(360a)는 인에이블 신호(enable1)의 상승 에지에서 입력을 홀드한다. 이를 통해, 자기 인덕턴스(L1)에 의한 잡음이 제거되고, 2차단 회로(a second terminal)로부터 전송된 신호가 완전히 복구될 수 있다. 복구된 신호는 출력 신호(Dout1)로서 제공된다.
위와 같은 구성에 따르면, 데이터 송수신 장치(300)는 하나의 채널을 통해 쌍방향 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 데이터 송수신 장치(300)의 데이터 전송률 및 유효 대역폭이 증가한다.
또한, 보상 신호(echo1)의 생성을 위해 인덕터를 필요로 하지 않는다. 따라서, 회로 설계 및 제작 비용이 절감된다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 데이터 송수신 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하, 도 8에 나타난 회로도의 동작을 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
본 실시 예에서, 제 1 플립플롭의 클럭(CLK1)과 제 2 플립플롭의 클럭(CLK2)는 서로 180도의 위상차를 갖는다. 그 결과, 2차단 회로로부터 제 1 코일로 수신된 신호(I2, 이하 수신 데이터)와 송신 데이터(I1)도 서로 180도의 위상차를 갖는다.
한편, 감지 신호(V1)는 제 1 코일의 기생 저항에 의한 성분(I1*Rx), 제 1 코일의 자기 인덕턴스에 의한 성분(L1*(dI1/dt)) 및 상호 인덕턴스에 의한 성분(M*(dI2/dt))이 모두 더해진다. 이중, 자기 인덕턴스에 의한 성분(L1*(dI1/dt))은 클럭(CLK1)의 상승 에지에서 나타난다. 반대로, 수신 데이터(I2)는 180도의 위상차를 가지므로, 상호 인덕턴스에 의한 성분(M*(dI2/dt))은 클럭(CLK1)의 하강 에지에서 나타난다.
한편, 보상 신호(echo1)는 저항에 의한 전압 강하 성분만을 포함하므로, 제 1 코일의 기생 저항에 의한 성분(I1*Rx)과 동일한 파형을 갖는다. 적절한 스케일링을 통해 보상 신호(echo1)는 I1*Rx 와 상응하는 크기로 설정될 수 있다.
신호(data1)는 제 1 감산부(350a)의 출력이다. 신호(data1)는 감지 신호(V1)으로부터 보상 신호(echo1)를 감산한 결과로서 나타난다. 신호(data1)는 제 1 히스테리시스 비교기(360a)로 제공된다.
제 1 히스테리시스 비교기(360a)는 신호(data1)에 포함된 성분 중 자기 인덕턴스에 의한 성분(L1*(dI1/dt))을 제거한다. 이는 인에이블 신호(enable1)가 클럭(CLK1)과 180도 위상차를 갖도록 함으로써 달성될 수 있다. 송신 데이터(I1)은 클럭(CLK1)의 상승 에지에서, 수신 데이터(I2)는 클럭(CLK2)의 하강 에지에서 나타나기 때문이다.
제 1 히스테리시스 비교기(360a)의 출력은 출력 신호(Dout1)로서 제공된다. 출력 신호(Dout1)는 잡음이 제거되고, 2차단 입력 신호(Din2)가 완전히 복원된 형태임을 확인할 수 있다.
위와 같은 구성에 따르면, 데이터 송수신 장치(300)는 하나의 채널을 통해 쌍방향 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 데이터 송수신 장치(300)의 데이터 전송률 및 유효 대역폭이 증가한다.
또한, 보상 신호(echo1)의 생성을 위해 인덕터를 필요로 하지 않는다. 따라서, 회로 설계 및 제작 비용이 절감된다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 각 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다. 또한, 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 인덕티브 커플링(inductive coupling)을 통해 제1 데이터를 송신하고 제2 데이터를 수신하고, 양단의 전압강하를 감지 신호로서 제공하는 코일;
    입력 신호를 참조하여 상기 제1 데이터 및 복제 신호를 생성하고, 상기 제1 데이터를 상기 코일의 상기 양단으로 제공하는 입력부;
    상기 복제 신호를 참조하여 상기 감지 신호로부터 상기 감지 신호에 포함된 잡음을 제거하여 상기 제2 데이터를 검출하기 위한 보상 신호를 제공하는 복제부; 및
    상기 코일의 상기 양단에 병렬로 연결되고, 상기 보상 신호를 참조하여 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터에 기초하여 변하는 상기 감지 신호로부터 상기 제2 데이터를 검출하여 출력 신호로서 출력하는 출력부를 포함하는 데이터 송수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부는 클럭 신호에 동기화되어 동작하고, 상기 입력 신호를 버퍼링하여 출력하는 플립플롭을 포함하는 데이터 송수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력부는 상기 플립플롭의 출력을 참조하여 상기 제1 데이터를 상기 코일의 상기 양단으로 제공하는 구동부를 더 포함하는 데이터 송수신 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 잡음 중 상기 제1 데이터에 의한 제1 잡음을 제거하기 위해 상기 감지 신호로부터 상기 보상 신호를 감산하여 출력하는 감산부를 포함하는 데이터 송수신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 잡음 중 상기 감산부에서 제거되지 않은 제2 잡음을 제거하기 위해 인에이블 신호에 동기화되어 동작하고 상기 감산부의 출력을 참조하여 상기 제2 데이터를 검출하여 상기 출력 신호로서 출력하는 히스테리시스 비교부를 더 포함하는 데이터 송수신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교부에 수신되는 상기 감산부의 상기 출력의 유효한 입력 값은 제 1 참조 값보다 높거나 제 2 참조값보다 낮은 데이터 송수신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교부는 상기 감산부의 상기 출력이 상기 제 1 참조 값보다 높으면 상기 출력 신호로서 논리 레벨 하이를 출력하는 데이터 송수신 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 비교부는 상기 감산부의 상기 출력이 상기 제 2 참조 값보다 낮으면 상기 출력 신호로서 논리 레벨 로우를 출력하는 데이터 송수신 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 복제 신호는 상기 입력 신호와 동일한 파형을 갖고, 상기 복제부는 보상 저항을 포함하는 데이터 송수신 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 인에이블 신호는 상기 클럭 신호와 180도 위상차를 갖는 데이터 송수신 장치.
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