KR102443842B1 - Nfc 장치의 태그 감지기, nfc 장치 및 이를 포함하는 모바일 장치 - Google Patents

Nfc 장치의 태그 감지기, nfc 장치 및 이를 포함하는 모바일 장치 Download PDF

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Abstract

근거리 무선 통신(near field communication; 이하 NFC) 장치의 태그 감지기는 전류 모니터, 전류/전압 컨버터, 아날로그/디지털 컨버터 및 판정 회로를 포함한다. 상기 전류 모니터는 상기 NFC 장치의 송신기에 송신 전원 전압을 제공하는 레귤레이터에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 제1 감지 전류와 제2 감지 전류를 생성한다. 상기 전류/전압 컨버터는 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 각각 상응하는 제1 감지 전압과 제2 감지 전압으로 변환한다. 상기 아날로그/디지털 컨버터는 상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압을 각각 상응하는 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변환한다. 상기 판정 회로는 상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 비교에 기초하여 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력한다.

Description

NFC 장치의 태그 감지기, NFC 장치 및 이를 포함하는 모바일 장치{Tag detector of NFC device, NFC device and mobile device including the NFC device}
본 발명은 근거리 무선 통신(near field communication; 이하 NFC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 NFC 장치의 태그 감지기, NFC 장치 및 이를 포함하는 모바일 장치에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술의 일종인 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 기술이 발전함에 따라 NFC 장치가 모바일 장치 등에 널리 적용되고 있다.
NFC 장치가 리더 모드에서 동작할 때 주위의 태그를 감지하여 노멀 모드에서 동작하는데, 회로의 복잡도와 전력 소모의 정도가 상당히 중요하다.
본 발명의 일 목적은 성능을 높이면서 전력 소모를 감소시킬 수 있는 NFC 장치의 태그 감지를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 목적은 상기 태그 감지기를 포함하는 NFC 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 목적은 상기 NFC 장치를 포함하는 모바일 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(near field communication; 이하 NFC) 장치의 태그 감지기는 전류 모니터, 전류/전압 컨버터, 아날로그/디지털 컨버터 및 판정 회로를 포함한다. 상기 전류 모니터는 상기 NFC 장치의 송신기에 송신 전원 전압을 제공하는 레귤레이터에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 제1 감지 전류와 제2 감지 전류를 생성한다. 상기 전류/전압 컨버터는 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 각각 상응하는 제1 감지 전압과 제2 감지 전압으로 변환한다. 상기 아날로그/디지털 컨버터는 상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압을 각각 상응하는 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변환한다. 상기 판정 회로는 상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 비교에 기초하여 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 전류 모니터는 제1 전류 생성기, 기준 전류 생성기, 제2 전류 생성기, 제3 전류 생성기 및 제4 전류 생성기를 포함할 수 있다. 상기 제1 전류 생성기는 제1 전원 전압 및 제1 노드 사이에 연결되고 상기 레귤레이터에 연결되어 상기 레귤레이터에 흐르는 전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지는 제1 전류를 생성할 수 있다. 상기 기준 전류 생성기는 제2 전원 전압 및 제2 노드 사이에 연결되어 기준 전류를 생성할 수 있다. 상기 제2 전류 생성기는 상기 제1 노드, 상기 제2 노드 및 접지 전압 사이에 연결되어, 상기 기준 전류보다 큰 실수배의 제2 전류를 생성할 수 있다. 상기 제3 전류 생성기는 상기 제1 노드, 제3 노드 및 상기 접지 전압 사이에 연결되어, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 차에 해당하는 제3 전류를 생성할 수 있다. 상기 제4 전류 생성기는 상기 제2 전원 전압, 상기 제3 노드 및 출력 노드 사이에 연결되어, 상기 제3 전류의 두 배에 해당하는 감지 전류를 생성할 수 있다. 상기 제1 전원 전압의 레벨은 상기 제2 전원 전압의 레벨보다 높을 수 있다.
상기 제1 전류 생성기는 상기 제1 전원 전압에 연결되는 소스 및 상기 레귤레이터의 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되는 게이트를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터 및 상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스, 상기 레귤레이터에 인가되는 레귤레이터 제어 신호를 수신하는 게이트 및 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제1 전류가 상기 제1 전원 전압으로부터 상기 제1 노드로 흐를 수 있다.
상기 기준 전류 생성기는 상기 제2 전원 전압과 연결되는 소스 및 제1 바이어스 신호를 수신하는 게이트를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터 및 상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 소스, 제2 바이어스 신호를 수신하는 게이트 및 상기 제2 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 기준 전류는 상기 제2 전원 전압으로부터 상기 제2 노드로 흐를 수 있다.
상기 제2 전류 생성기는 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 엔모스 트랜지스터, 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인 및 상기 접지 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제2 엔모스 트랜지스터, 상기 제2 노드에 연결되는 드레인 및 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 엔모스 트랜지스터 및 상기 제3 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인, 상기 접지 전압에 연결되는 소스 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 엔모스 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제4 엔모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제2 노드에 연결되고, 상기 제1 노드로부터 상기 제1 엔모스 트랜지스터 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터를 통하여 상기 접지 전압으로 상기 제2 전류가 흐를 수 있다.
상기 제3 전류 생성기는 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 엔모스 트랜지스터, 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인 및 상기 접지 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제2 엔모스 트랜지스터, 상기 제3 노드에 연결되는 드레인 및 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 엔모스 트랜지스터 및 상기 제3 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인, 상기 접지 전압에 연결되는 소스 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 엔모스 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제4 엔모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제1 노드로부터 상기 제1 엔모스 트랜지스터 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터를 통하여 상기 접지 전압으로 상기 제3 전류가 흐를 수 있다.
상기 제4 전류 생성기는 상기 제2 전원 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터, 상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스 및 상기 제3 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터, 상기 제2 전원 전압에 연결되는 소스 및 상기 제1 피모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 피모스 트랜지스터 및 상기 제3 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스, 상기 제2 피모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트 및 상기 출력 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제4 피모스 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제3 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제3 노드에 연결되고, 상기 제2 전원 전압으로부터 상기 제3 피모스 트랜지스터 상기 제4 피모스 트랜지스터를 통하여 상기 출력 노드에서 상기 센싱 전류가 제공될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 전류/전압 컨버터는 복수의 저항들, 복수의 제1 엔모스 트랜지스터들 및 복수의 제2 엔모스 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 저항들은 상기 감지 전류가 인가되는 입력 노드와 최종 노드 사이에 서로 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 엔모스 트랜지스터들은 상기 복수의 저항들 사이의 연결 노드들 각각과 상기 최종 노드에 연결될 수 있다. 상기 제2 엔모스 트랜지스터들은 상기 제1 엔모스 트랜지스터들 각각과 상기 센싱 전압이 제공되는 출력 노드 사이에 연결될 수 있다.
상기 제1 엔모스 트랜지스터들 각각의 게이트에는 저항 선택 신호의 각 비트가 인가되고, 상기 제2 엔모스 트랜지스터들 각각의 게이트에는 저항 인에이블 신호의 각 비트가 인가될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 판정 회로는 레지스터 및 디지털 비교기를 포함할 수 있다. 상기 레지스터는 상기 프리셋 페이즈에서 상기 제1 디지털 코드를 저장할 수 있다. 상기 디지털 비교기는 상기 디텍션 페이즈에서 상기 레지스터에 저장된 상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드를 비교하여 상기 감지 신호를 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 디텍션 페이즈에서 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는 경우, 상기 제2 디지털 코드는 상기 제1 디지털 코드보다 클 수 있다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(near field communication; 이하 NFC) 장치는 공진부 및 NFC 칩을 포함한다. 상기 공진부는 전자기파를 통해 외부의 NFC 태그와 데이터를 송수신한다. 상기 NFC 칩은 상기 공진부에 출력 데이터를 제공하고 상기 공진부로부터 입력 데이터를 수신한다. 상기 NFC 칩은 송신기, 레귤레이터, 판정 회로 및 프로세서를 포함한다. 상기 송신기는 상기 공진부와 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통하여 연결된다. 상기 레귤레이터는 상기 송신기에 송신 전원 전압을 제공한다. 상기 판정 회로는 상기 전자기파가 방사될 때 상기 레귤레이터에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링한 제1 감지 전류와 제2 감지 전류의 비교에 기초하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력한다. 상기 프로세서는 상기 감지 신호에 응답하여 스탠바이 모드와 액티브 모드 중 하나를 동작 모드로 결정한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 송신기는 제1 드라이버, 제2 드라이버 및 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 제1 드라이버는 상기 송신 전원 전압과 상기 제1 송신 단자 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 풀업 트랜지스터 및 상기 제1 송신 단자와 접지 전압 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 풀다운 트랜지스터를 구비할 수 있다. 상기 제2 드라이버는 상기 송신 전원 전압과 상기 제2 송신 단자 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 풀업 트랜지스터 및 상기 제2 송신 단자와 상기 접지 전압 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 풀다운 트랜지스터를 구비할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버에 복수의 구동 신호들을 제공할 수 있다.
상기 레귤레이터는 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 없는 상기 프리셋 페이즈에서 상기 제1 드라이버, 상기 공진부 및 상기 제2 드라이버를 통하여 흐르는 전류를 점진적으로 증가시키고, 상기 태그 감지기는 상기 프리셋 페이즈에서 상기 증가된 전류의 값을 평균하여 상기 제1 감지 전류로서 산출할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 레귤레이터는 연산 증폭기, 전류 생성기 및 피드백부를 포함할 수 있다. 상기 연산 증폭기는 기준 전압과 피드백 전압을 비교할 수 있다. 상기 전류 생성기는 제1 전원 전압과 상기 송신 전원 전압을 제공하는 제1 출력 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 피모스 트랜지스터와 제2 피모스 트랜지스터를 구비하여 레귤레이터 제어 신호에 응답하는 크기를 가지는 레귤레이터 전류를 생성할 수 있다. 상기 피드백부는 상기 제1 출력 노드와 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항과 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항이 연결되는 피드백 노드에서 상기 피드백 전압을 제공할 수 있다.
상기 제1 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되고, 상기 제2 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 레지스터 제어 신호를 수신할 수 있다.
상기 태그 감지기는 전류 모니터, 전류/전압 컨버터, 아날로그/디지털 컨버터 및 판정 회로를 포함할 수 있다. 상기 전류 모니터는 상기 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되고, 상기 레지스터 제어 신호를 수신하여 상기 레귤레이터 전류를 상기 프리셋 페이즈와 상기 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 생성할 수 있다. 상기 전류/전압 컨버터는 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 각각 상응하는 제1 감지 전압과 제2 감지 전압으로 변환할 수 있다. 상기 아날로그/디지털 컨버터는 상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압을 각각 상응하는 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변환할 수 있다. 상기 판정 회로는 상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 비교에 기초하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 프로세서가 상기 감지 신호에 의하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있다고 판단하는 경우, 상기 프로세서는 상기 동작 모드를 상기 스탠바이 모드에서 상기 액티브 모드로 전환시킬 수 있다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치는 제1 코일과 제2 코일이 실장되는 배터리 커버; 공진부, 근거리 무선 통신(Near Field Communication; 이하 NFC) 칩, 통신 프로세서 무선 충전 제어 회로 및 추전 회로를 포함한다. 상기 공진부는 상기 제2 코일과 제1 단자들을 통하여 연결되어 전자기파를 통해 외부의 NFC 태그와 데이터를 송수신한다. 상기 NFC 칩은 상기 공진부와 연결된다. 상기 통신 프로세서는 상기 NFC 칩과 연결된다. 상기 무선 충전 제어 회로는 상기 제1 코일과 제2 단자들을 통하여 연결되어 무선 충전을 제어한다. 상기 충전 회로는 상기 무선 충전 제어 회로와 연결되고 배터리를 상기 무선 충전으로 충전한다. 상기 NFC 칩은 송신기, 레귤레이터, 판정 회로 및 프로세서를 포함한다. 상기 송신기는 상기 공진부와 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통하여 연결한다. 상기 레귤레이터는 상기 송신기에 송신 전원 전압을 공급한다. 상기 판정 회로는 상기 전자기파가 방사될 때 상기 레귤레이터에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링한 제1 감지 전류와 제2 감지 전류의 비교에 기초하여 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력한다. 상기 프로세서는 상기 감지 신호에 응답하여 스탠바이 모드와 액티브 모드 중 하나를 동작 모드로 결정한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 모바일 장치는 스마트폰일 수 있다.
본 발명에 실시예들에 따르면, 탠바이 모드에서 송신기에 송신 전원 전압을 공급하는 레귤레이터의 전류를 모니터링하여 NFC 태그가 NFC IC의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 따라서 전류를 기반으로 하여 NFC 태그의 접근 여부를 판단하기 때문에 성능을 높일 수 있고, 회로의 복잡도, 점유 면적 및 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신(near field communication, 이하 NFC) 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 NFC 및 다른 무선 통신 방식들의 데이터 전송 속도(data rate) 및 통신 거리(range)를 비교하는 도면이다.
도 3은 NFC 기술과 관련된 표준을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 장치의 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 NFC 장치에 포함되는 송신기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 4의 NFC 장치에 포함되는 송신기의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 NFC 장치의 레귤레이터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 NFC 장치에서 태그 감지기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 전류 모니터를 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 전류/전압 컨버터를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 판정 회로의 구성을 나타낸다.
도 12와 도 13은 스탠바이 모드에서 도 4의 NFC 장치의 일부의 동작을 나타낸다.
도 14는 NFC 태그가 NFC 장치의 근접 여부에 따른 드라이버 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 NFC 태그가 NFC 장치에 접근함에 따라 드라이버 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 태그의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18은 도 17의 레귤레이터 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 NFC 장치의 태그 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 단말기를 나타내는 분리 사시도이다.
도 21은 도 20에 도시된 휴대용 단말기의 코일 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 22는 도 21에 도시된 코일 모듈을 I-I' 방향을 기준으로 하여 절단한 단면도이다.
도 23은 도 21에 도시된 코일 모듈을 단말기의 배터리 커버에 배치하는 실시예를 나타낸다.
도 24는 도 23에 도시된 배터리 커버가 결합하는 단말기를 나타낸다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 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 있는 바, 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 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 근거리 무선 통신(near field communication, NFC) 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 NFC 시스템(5)에서, NFC 장치들(10, 20)은 NFC 방식에 기초하여 서로 통신을 수행한다. NFC 장치(10)는 카드(card)로서 동작하는 카드 모드(card mode)에서 NFC 장치(또는 NFC 리더, 20)로부터 제공되는 전자기파(Electromagnetic Wave; EMW)에 기초하여 NFC 장치(20)와 데이터를 송수신하고, 리더(reader)로서 동작하는 리더 모드(reader mode)에서 NFC 장치(10)가 생성하는 전자기파(EMW)에 기초하여 상기 NFC 장치(20)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
도 1을 참조하면, NFC 시스템(5)은 NFC 장치(10) 및 NFC 장치(20)를 포함한다. NFC 장치(10)는 공진부(100) 및 NFC 칩(200)을 포함할 수 있고, NFC 장치(20)는 공진부(510) 및 NFC 칩(550)을 포함할 수 있다.
수신 동작시 공진부(100)는 전자기파(EMW)를 통해 NFC 장치(20)로부터 입력 데이터를 수신하고, NFC 칩(200)은 공진부(100)로부터 상기 입력 데이터를 수신한다. 송신 동작시, NFC 칩(200)은 공진부(100)에 출력 데이터를 제공하고, 공진부(100)는 전자기파(EMW)를 통해 NFC 장치(20)에 상기 출력 데이터를 전송한다.
상기 카드 모드에서, 공진부(100)는 상기 NFC 장치(20)로부터 수신되는 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 신호를 NFC 칩(200)에 제공하고, NFC 칩(200)은 상기 신호를 복조하여 상기 입력 데이터를 생성함으로써 수신 동작을 수행할 수 있다. 상기 카드 모드에서, NFC 칩(200)은 상기 출력 메시지를 변조하여 생성되는 변조 신호를 공진부(100)에 제공하고, 공진부(100)는 상기 변조 신호에 기초하여 상기 NFC 장치(20)로부터 수신되는 전자기파(EMW)를 반사함으로써 송신 동작을 수행할 수 있다.
상기 리더 모드에서, NFC 칩(200)은 상기 출력 데이터를 변조하여 생성되는 변조 신호를 반송파(carrier) 신호와 합성하여 송신 신호로서 공진부(100)에 제공하고, 공진부(100)는 상기 송신 신호를 전자기파(EMW) 형태로 상기 NFC 장치(20)에 제공함으로써 송신 동작을 수행할 수 있다. 상기 리더 모드에서, 공진부(100)는 상기 NFC 장치(20)로부터 반사되는 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 신호를 NFC 칩(200)에 제공하고, NFC 칩(200)은 상기 신호를 복조하여 상기 입력 데이터를 생성함으로써 수신 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기에 앞서 기본적인 NFC 기술에 대하여 설명한다.
NFC 기술은 13.56MHz 주파수를 사용하여 10cm 이내의 짧은 거리에서 낮은 전력으로 전자 기기들 간의 무선통신을 가능하게 하는 비접촉 근거리 무선 통신 규격이다. NFC의 초당 전송 속도는 424 Kbps이며, 근접성의 특성과 암호화 기술로 보안성이 뛰어나고, 단말기들끼리 인식하는데 복잡한 페어링 절차가 필요 없이 1/10초 이하로 인식할 수 있다. 특히, NFC 기술은 RFID 기술에 기반한 것이나, 스마트 카드에 비하여 양방향성을 갖고 저장 메모리 공간이 상대적으로 크며 적용 가능한 서비스의 폭이 보다 넓다.
보다 상세하게 설명하면, NFC는 통신 네트워크를 이용하지 않고 단말기들, 예를 들어 NFC 장치(10) 및 NFC 장치(20) 간에 직접 데이터를 교환하는 무선 통신 방식으로 RFID 방식의 일종이다. RFID를 이용한 무선 통신 방식은 사용되는 주파수에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어, 교통카드, 출입카드 등과 같은 스마트카드에 주로 사용되는 13.56MHz 대역의 RFID와 물류에 주로 활용되는 900MHz 대역의 RFID가 있다. NFC는 스마트카드와 같이 13.56MHz 대역의 주파수를 사용하는 RFID에 해당된다. 그러나, NFC는 단방향으로만 통신 가능한 스마트카드와는 달리, 양방향 통신이 가능하다는 결정적 차이가 있다. 따라서, 특정 정보를 저장하여 리더기(reader)에 전송하는 태그(tag) 역할만을 갖는 스마트카드와는 다르다. NFC는 필요에 따라 태그 역할뿐만 아니라 태그에 정보를 기록하는 기능도 지원하며, NFC가 장착된 단말기들간의 P2P(Peer to Peer) 정보 교환에도 이용될 수 있다.
한편, 이와 같이 RFID 기술을 기반으로 개발된 NFC는, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee 등과 같은 다른 무선 통신 방식들과 도 2와 같이 비교될 수 있다.
도 2는 NFC 및 다른 무선 통신 방식들의 데이터 전송 속도(data rate) 및 통신 거리(range)를 비교하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 다른 무선 통신 방식들과 비교할 때, NFC는 약 10cm 내외의 거리에서만 동작할 수 있다. 수 미터에서 수십 미터까지 통신이 가능한 Bluetooth, Wi-Fi 등과는 달리 NFC는 극단적으로 짧은 거리(약 10cm 내외)에서만 통신이 가능하다.
또한, NFC는, Bluetooth, Zigbee 등과 같은 다른 무선 통신 방식들과 표 1과 같이 비교될 수도 있다.
기술 사용 주파수 보안성 표준 범위 주 서비스 영역
NFC 13.56MHz 암호화 적용 국제 표준 비접촉 결제, RFID,
파일 전송
Bluetooth 2.4GHz 미적용 국제 표준 파일 전송
Zigbee 2.4GHz 미적용 국제 표준 기기 제어, RFID
900MHz RFID 900Mhz 미적용 국내(KR) 표준 RFID
즉, 다른 무선 통신 방식들과 비교할 때, NFC는 10cm 이내의 거리에서만 동작되고 또한 암호화 기술이 적용되는 바, 보안성이 높다. 따라서, 3G, Wi-Fi 등과 같은 고속의 다른 무선 통신 방식들과 결합되어 사용될 경우 단말기들간에 보다 효율적으로 통신할 수 있다. 예를 들어, NFC 기술과 Bluetooth　기술을 조합할 경우, NFC 기술은 단말기들간의 연결(인증)에 사용되고, Bluetooth 기술은　단말기들간의 데이터 전송에 사용됨으로써, 단말기들은 보다 효율적으로 통신할 수 있다.
도 3은 NFC 기술과 관련된 표준을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, NFC 표준 기술은　ISO(International Organization for Standardization)를 따르면서 ISO 14443 비접촉식 카드(Proximity-card Standard) 표준을 확장한 것으로서, NFC IP-1(NFC Interface Protocol-1)(ISO/IEC 18092)과 NFC IP-2(ISO/IEC 21481)의 표준의 포함관계가 도시되어 있다. 여기서, ISO/IEC 14443 Type A 및 Type B, FeliCa, ISO/IEC 15693은 13.56MHz에서 동작하는 비접촉식 카드를 위한 4개 부문의 국제표준이다. 그리고, ISO/IEC 18092 표준은 NFC 인터페이스 및 프로토콜에 대한 통신 모드를 정의한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 장치의 예를 나타내는 블록도이다.
도 4에는 NFC 장치(10a)가 상기 리더 모드에서 동작하기 위한 구성요소가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, NFC 장치(10a)는 공진부(100a) 및 NFC 칩(200a)을 포함할 수 있다.
NFC 칩(200a)은 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2) 및 수신 단자(RX)를 통해 공진부(100a)와 연결될 수 있다.
공진부(100a)는 안테나(L)와 제1 커패시터(C1)를 포함하는 공진회로(110a), 상기 공진 회로(110a)와 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 연결하고, 임피던스 매칭을 수행하는 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3)를 포함하는 매칭부(120a), 상기 공진 회로(110a)와 수신 단자(RX)를 연결하는 제4 커패시터(C4)를 포함하는 제 필터(130a)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 공진부(100a)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 공진부(100a)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 공진부(100a)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
NFC 칩(200a)은 액티브 모드에서 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송신 동작을 수행하고, 상기 액티브 모드에서 수신 단자(RX)를 통해 수신 동작을 수행할 수 있다.
NFC 칩(200a)은 프로세서(220), 메모리(230), 복조기(241), 변조기(242), 오실레이터(243), 믹서(244), 디멀티플렉서(245), 송신기(250), 레귤레이터(260) 및 태그 감지기(300)를 포함할 수 있다.
프로세서(220)는 NFC 칩(200a)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(220)는 배터리 등과 같은 전원부로부터 제1 전원 전압(VDD1)을 수신하여 동작할 수 있다.
액티브 모드에서 수신 동작시, 복조기(241)는 공진부(100a)로부터 수신 단자(RX)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 수신 데이터(RD)를 생생하고, 상기 수신 데이터(RD)를 프로세서(220)에 제공할 수 있다. 프로세서(220)는 수신 데이터(RD)를 메모리(230)에 저장할 수 있다.
상기 액티브 모드에서 송신 동작시, 프로세서(220)는 메모리(230)로부터 전송 데이터(TD)를 독출하여 변조기(242)에 제공하고, 변조기(242)는 전송 데이터(TD)를 변조하여 변조 신호를 생성하고, 오실레이터(243)는 반송파(carrier) 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)에 상응하는 주파수를 갖는 반송파 신호(CW)를 생성하고, 디멀티플렉서(245)는 선택 신호(SS)에 응답하여 반송파 신호(CW)를 믹서(244)에 제공하고, 믹서(244)는 상기 반송파 신호(CW)와 상기 변조 신호를 합성하여 송신 변조 신호(TMS)를 생성할 수 있다.
스탠바이 모드에서 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 디멀티플렉서(245)는 프로세서(220)로부터의 선택 신호(SS)에 응답하여 반송파 신호(CW)를 송신기(250)에 제공할 수 있고, 송신기(250)는 반송파 신호(CW)에 기초하여 송신 신호(TS)를 생성하여 NFC 태그(20)의 탐지 동작을 수행할 수 있다.
송신기(250)는 송신 전원 전압(TVDD) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
송신기(250)는 스탠바이 모드에서 디멀티플렉서(245)로부터 반송파 신호(CW)를 수신하고, 반송파 신호(CW)에 상응하는 송신 신호(TS)를 생성할 수 있다. 또한 송신기(250)는 액티브 모드에서 믹서(244)로부터 송신 변조 신호(TMS)를 수신하고, 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 송신 신호(TS)를 생성할 수 있다. 송신기(250)는 또한 스탠바이 모드에서 멀티플렉서(245)로부터 반송파 신호(CW)를 수신하고 공진부(100a)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송신기(250)로부터 제공되는 송신 신호(TS)에 상응하는 전자기파(EMW)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 송신기(250)는 상기 액티브 모드에서 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 송신 전원 전압(VDD)에 연결하거나 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결함으로써 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에서 송신 신호(TS)를 생성할 수 있다.
프로세서(220)는 NFC 장치(10a)의 모드와 동작에 기초하여 NFC 장치(10a)의 모드 및 동작을 나타내는 복수 비트의 제어 신호(CTL2)를 송신기(280)에 제공할 수 있다. 또한 프로세서(220)는 제어 신호(CTL4)를 복조기(241)에 제공하여 복조기(241)의 동작을 제어할 수 있다.
레귤레이터(260)는 제1 전원 전압(VDD1)에 연결되고 송신기(260)에 송신 전원 전압(TVDD)을 제공할 수 있다. 레귤레이터(260)는 로우-드롭아웃(low drop-out) 레귤레이터로 구성되고, 프로세서(220)로부터의 제어 신호(CTL1)에 응답하여 송신 전원 전압(TVDD)의 레벨을 조절할 수 있다.
태그 감지기(300)는 레귤레이터(260)에 연결되고, 공진부(100a)를 통하여 전자기파(EMW)가 방사될 때 레귤레이터(260)에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하고, 프리셋 페이즈에서의 제1 감지 전류와 디텍션 페이즈에서의 제2 감지 전류의 비교에 기초하여 NFC 태그(즉 NFC 장치(20))가 NFC 장치(10a)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
태그 감지기(300)는 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10a)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단하고 이를 나타내는 감지 신호(DS)를 프로세서(220)에 출력할 수 있다. 프로세서(220)는 감지 신호(DS)를 수신하고, 감지 신호(DS)의 논리 레벨에 따라서 NFC 장치(10a)의 동작 모드를 결정할 수 있다.
예를 들어, NFC 태그(20)가 통신 커버리지 내에 존재하지 않아, 감지 신호(DS)가 제1 로직 레벨(로우 레벨)인 경우에, CPU(110)는 비접촉 IC 카드(100)의 동작 모드를 스탠바이 모드로 유지할 수 있다. 예를 들어, NFC 태그(20)가 통신 커버리지 내에 존재하여 감지 신호(DS)가 제2 로직 레벨(하이 레벨)인 경우에, 프로세서(220)는 NFC 장치(10a)의 동작 모드를 스탠바이 모드에서 액티브 모드로 전환할 수 있다.
프로세서(220)는 액티브 모드에서 우선 제어 신호(CTL2)를 이용하여 변조기(242)를 활성화시키고, 송신기(250)를 통하여 리퀘스트(request) 명령을 송신한다. 프로세서(220)는 다음에 미리 정해진 응답 시간 동안 제어 신호(CTL4)를 이용하여 상기 복조기(241)를 활성화시키고 NFC 태그(20)로부터 상기 리퀘스트 명령에 대한 응답이 수신되기를 기다릴 수 있다. 상기 미리 정해진 응답 시간 동안 NFC 태그(20)로부터 상기 리퀘스트 명령에 대한 응답이 수신되는 경우, NFC 장치(10)는 상기 NFC 태그(20)와 데이터 송수신을 개시한다. 상기 미리 정해진 응답 시간 동안 NFC 태그(20)로부터 상기 리퀘스트 명령에 대한 응답이 수신되지 않는 경우, 프로세서(220)는 제어 신호(CTL2)와 제어 신호(CTL4)를 이용하여 변조기(242)와 복조기(241)를 비활성화시키고 제어 신호(CTL1)와 제어 신호(CTL3)를 이용하여 레귤레이터(260)와 태그 감지기(300)가 전술한 탐지 동작을 수행하도록 한다.
도 5는 도 4의 NFC 장치에 포함되는 송신기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 송신기(250a)는 제1 드라이버(253), 제2 드라이버(255) 및 컨트롤러(251)를 포함할 수 있다. 제1 드라이버(251)는 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 포함할 수 있고, 제2 드라이버(255)는 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 포함할 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 PMOS(p-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터이고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 NMOS(n-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터일 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0)는 송신 전원 전압(TVDD) 및 제1 송신 단자(TX1) 사이에 연결되고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)는 제1 송신 단자(TX1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 송신 전원 전압(TVDD) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되고, 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 제2 송신 단자(TX2) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
컨트롤러(251)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.
컨트롤러(251)는 프로세서(220)로부터 제공되는 제어 신호(CTL2)를 통해 NFC 칩(200a)이 스탠바이 모드인지 액티브 모드인지 여부를 판단할 수 있다.
컨트롤러(251)는 스탠바이 모드에서는 제어 신호(CTL2)에 기초하여 제1 드라이버(253)를 풀업 구동시키고, 제2 드라이버(255)는 풀다운 구동시켜 송신 전원 전압(TVDD)으로부터의 전류가 제1 풀업 트랜지스터(MP0), 제1 송신 단자(TX1), 공진부(100a), 제2 송신 단자(TX2) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 통하여 접지 전압(GND)로 흐르도록 하여 태그 감지기(300)가 제1 감지 전류 및 제2 감지 전류를 모니터링하도록 할 수 있다.
컨트롤러(251)는 액티브 모드에서 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. 송신기(250a)는 액티브 모드에서 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 풀업 트랜지스터(MP0), 제2 풀업 트랜지스터(MP1), 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 구동함으로써 송신 신호(TS)를 공진부(100a)에 제공하는 송신 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 도 4의 NFC 장치에 포함되는 송신기의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 송신기(250b)는 제1 드라이버(254), 제2 드라이버(256) 및 컨트롤러(252)를 포함할 수 있다. 제1 드라이버(254)는 제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n) 및 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n)을 포함할 수 있다. 제2 드라이버(256)는 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n) 및 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)을 포함할 수 있다.
제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n) 및 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n)은 PMOS 트랜지스터이고, 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n) 및 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)은 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n)은 송신 전원 전압(TVDD) 및 제1 송신 단자(TX1) 사이에 병렬로 연결되고, 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n)은 제1 송신 단자(TX1) 및 접지 전압(GND) 사이에 병렬로 연결될 수 있다.
제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n)은 송신 전원 전압(TVDD) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 병렬로 연결되고, 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)은 제2 송신 단자(TX2) 및 접지 전압(GND) 사이에 병렬로 연결될 수 있다.
컨트롤러(252)는 제1-1 내지 제1-n 풀업 구동 신호들(UDS0-1, UDS0-2, ..., UDS0-n)을 통해 제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n) 각각을 구동하고, 제1-1 내지 제1-n 풀다운 구동 신호들(DDS0-1, DDS0-2, ..., DDS0-n)을 통해 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n) 각각을 구동하고, 제2-1 내지 제2-n 풀업 구동 신호들(UDS1-1, UDS1-2, ..., UDS1-n)을 통해 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n) 각각을 구동하고, 제2-1 내지 제2-n 풀다운 구동 신호들(DDS1-1, DDS1-2, ..., DDS1-n)을 통해 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n) 각각을 구동할 수 있다.
컨트롤러(252)는 프로세서(220)로부터 제공되는 제어 신호(CTL2)를 통해 NFC 칩(200a)이 스탠바이 모드인지 액티브 모드인지 여부를 판단할 수 있다.
컨트롤러(252)는 스탠바이 모드에서 제어 신호(CTL2)에 기초하여 제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n)을 선택적으로 턴온시키고, 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n) 각각을 턴오프시키고, 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n) 각각을 턴오프시키고, 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)을 선택적으로 턴온시켜, 송신 전원 전압(TVDD)으로부터의 전류가 1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n) 중 일부, 제1 송신 단자(TX1), 공진부(100a), 제2 송신 단자(TX2) 및 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n) 중 일부를 통하여 접지 전압(GND)으로 흐르도록 하여 태그 감지기(300)가 제1 감지 전류 및 제2 감지 전류를 모니터링하도록 할 수 있다.
컨트롤러(252)는 액티브 모드에서 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n)을 턴온하거나 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n)을 턴온할 수 있고, 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n)을 턴온하거나 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)을 턴온할 수 있다.
상술한 바와 같이, 송신기(250b)는 액티브 모드에서 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1-1 내지 제1-n 풀업 트랜지스터들(MP0-1, MP0-2, ..., MP0-n), 제2-1 내지 제2-n 풀업 트랜지스터들(MP1-1, MP1-2, ..., MP1-n), 제1-1 내지 제1-n 풀다운 트랜지스터들(MN0-1, MN0-2, ..., MN0-n) 및 제2-1 내지 제2-n 풀다운 트랜지스터들(MN1-1, MN1-2, ..., MN1-n)을 구동함으로써 송신 신호(TS)를 공진부(100b)에 제공하는 송신 동작을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 NFC 장치의 레귤레이터의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 레귤레이터(260)는 연산 증폭기(261), 전류 생성기(262) 및 피드백부(265)를 포함하여 구성될 수 있다.
연산 증폭기(261)는 기준 전압(VREF)이 입력되는 제1 입력 단자(음의 입력 단자), 피드백 전압(VFB)이 입력되는 제2 입력 단자(양의 입력 단자) 및 출력 단자를 포함하여 기준 전압(VREF)과 피드백 전압(VFB)를 비교하고 그 결과에 따른 출력을 상기 출력 단자를 통하여 전류 생성기(262)에 제공할 수 있다.
전류 생성기(262)는 제1 전원 전압(VDD1)과 출력 노드(N11) 사이에 직렬로 연결되는 제1 피모스 트랜지스터(263)와 제2 피모스 트랜지스터(264)를 포함할 수 있다. 제1 피모스 트랜지스터(263)는 제1 전원 전압(VDD1)에 연결되는 소스 및 연산 증폭기(261)의 출력 단자에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 제2 피모스 트랜지스터(264)는 제1 피모스 트랜지스터(263)의 드레인에 연결되는 소스, 레귤레이터 제어 신호(RCS)가 인가되는 게이트 및 출력 노드(N11)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 상기 출력 노드(N11)에서 송신기(250)에 인가되는 송신 전원 전압(TVDD)이 출력된다.
제1 전원 전압(VDD1)으로부터 제1 피모스 트랜지스터(263) 및 제2 피모스 트랜지스터(264)를 통하여 출력 노드(N11)로 레귤레이터 전류(IREG)기 흐르는데, 레귤레이터 전류(IREG)의 크기는 레귤레이터 제어 신호(RCS)에 의하여 조절될 수 있다. 레귤레이터 제어 신호(RCS)는 제1 제어 신호(CTL1)에 포함될 수 있다.
피드백부(265)는 출력 노드(N11)와 접지 전압(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함하고, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)이 연결되는 피드백 노드(FN)에서 송신 전원 전압(TVDD)이 분압된 피드백 전압(VFB)이 연산 증폭기(261)의 제2 입력 단자로 제공된다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 4의 NFC 장치에서 태그 감지기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 태그 감지기(300)는 전류 모니터(310), 전류/전압 컨버터(350), 아날로그/디지털 컨버터(370) 및 판정 회로(390)를 포함하여 구성될 수 있다.
전류 모니터(310)는 레귤레이터(260)의 연산 증폭기(261)의 출력 단자에 연결되어, 레귤레이터(260)에 흐르는 레귤레이터 전류(IREG)를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 제1 감지 전류(ISEN1)와 제2 감지 전류(ISEN2)를 생성할 수 있다. 전류 모니터(310)는 제1 바이어스 신호(BS1)와 제2 바이어스 신호(BS2)를 수신하여 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 제1 감지 전류(ISEN1)와 제2 감지 전류(ISEN2)를 생성할 수 있다.
전류/전압 컨버터(350)는 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 제1 감지 전류(ISEN1)와 제2 감지 전류(ISEN2)를 각각 상응하는 제1 감지 전압(VSEN1)과 제2 감지 전압(VSEN2)으로 변환시킬 수 있다. 전류/전압 컨버터(350)는 저항 선택 신호(RSEL)와 저항 인에이블 신호(REN)를 수신할 수 있다.
아날로그/디지털 컨버터(370)는 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 제1 감지 전압(VSEN1)과 제2 감지 전압(VSEN2)을 각각 상응하는 제1 디지털 코드(DCD1)와 제2 디지털 코드(DCD2)로 변환할 수 있다.
판정 회로(390)는 제1 디지털 코드(DCD1)와 제2 디지털 코드(DCD2)의 비교에 기초하여 NFC 태그(20)가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호(DS)를 프로세서(220)에 출력할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 전류 모니터를 나타내는 회로도이다.
도 9를 참조하면, 전류 모니터(310)는 제1 전류 생성기(311), 기준 전류 생성기(315), 제2 전류 생성기(330), 제3 전류 생성기(330) 및 제 4 전류 생성기(340)를 포함할 수 있다.
제1 전류 생성기(311)는 제1 전원 전압(VDD1) 및 제1 노드(N21) 사이에 연결되고 상기 레귤레이터(260)의 연산 증폭기(261)의 출력 단자에 연결되어 레귤레이터(IREG)와 실질적으로 동일한 크기를 가지는 제1 전류(TCP)를 생성할 수 있다.
기준 전류 생성기(315)는 제2 전원 전압(VDD2) 및 제2 노드(N22) 사이에 연결되어 기준 전류(IREF)를 생성할 수 있다.
제2 전류 생성기(320)는 제1 노드(N21), 제2 노드(N22) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되어, 기준 전류(IREF)의 정수배의 제2 전류(IMR=N*IREF)를 생성할 수 있다. 여기서 N은 1 보다 큰 실수이고, N의 값은 펌웨어(firmware)적으로 결정될 수 있다.
제3 전류 생성기(330)는 제1 노드(N21), 제3 노드(N23) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되어, 제1 전류(ICP=)와 제2 전류(N*IREF)의 차에 해당하는 제3 전류(ISUB=ICP-N*IREF)를 생성할 수 있다.
제4 전류 생성기(340)는 제2 전원 전압(VDD2), 제3 노드(N23) 및 출력 노드(N24) 사이에 연결되어, 제3 전류(ISUB)의 두 배에 해당하는 감지 전류(ISEN=2*ISUB)를 생성할 수 있다. 여기서 제1 전원 전압(VDD1)의 레벨은 제2 전원 전압(VDD2)의 레벨보다 높을 수 있다.
제1 전류 생성기(311)는 제1 전원 전압(VDD1)에 연결되는 소스 및 연산 증폭기(261)의 출력 단자에 연결되는 게이트를 구비하는 피모스 트랜지스터(312)와 피모스 트랜지스터(312)의 드레인에 연결되는 소스, 레귤레이터 제어 신호(RCS)를 수신하는 게이트 및 제1 노드(N21)에 연결되는 드레인을 구비하는 피모스 트랜지스터(313)를 포함할 수 있다. 제1 전류(ICP)가 제1 전원 전압(VDD1)으로부터 제1 노드(N21)로 흐를 수 있다.
기준 전류 생성기(315)는 피모스 트랜지스터들(316, 317)을 포함할 수 있다. 피모스 트랜지스터(316)는 제2 전원 전압(VDD2)과 연결되는 소스 및 제1 바이어스 신호(BS1)를 수신하는 게이트를 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(317)는 피모스 트랜지스터(316)의 드레인과 연결되는 소스, 제2 바이어스 신호(BS2)를 수신하는 게이트 및 제2 노드(N22)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 기준 전류(IREF)는 제2 전원 전압(VDD2)로부터 제2 노드(N22)로 흐를 수 있다.
제2 전류 생성기(320)는 엔모스 트랜지스터들(321~324)을 포함할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(321)는 제1 노드(N21)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(322)는 엔모스 트랜지스터(321)의 소스에 연결되는 드레인 및 접지 전압(GND)에 연결되는 소스를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(323)는 제2 노드(N22)에 연결되는 드레인 및 엔모스 트랜지스터(321)의 게이트에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(324)는 엔모스 트랜지스터(323)의 소스에 연결되는 드레인, 접지 전압(GND)에 연결되는 소스 및 엔모스 트랜지스터(322)의 게이트에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(324)의 게이트는 제2 노드(N22)에 연결될 수 있다. 엔모스 트랜지스터들(321~324)의 전류 구동력을 피모스 트랜지스터들(316, 317)의 전류 구동력보다 N배 크게 할 수 있다. 따라서 제2 전류 생성기(320)는 전류 미러 구조를 형성하므로, 제1 노드(N21)로부터 엔모스 트랜지스터들(321, 322)을 통하여 접지 전압(GND)으로 제2 전류(N*IREF)가 흐를 수 있다.
제3 전류 생성기(330)는 엔모스 트랜지스터들(331~334)을 포함할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(331)는 제1 노드(N21)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(332)는 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인 및 접지 전압(GND)에 연결되는 소스를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(333)는 제3 노드(N23)에 연결되는 드레인 및 엔모스 트랜지스터(331)의 게이트에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(334)는 엔모스 트랜지스터(333)의 소스에 연결되는 드레인, 접지 전압(GND)에 연결되는 소스 및 엔모스 트랜지스터(332)의 게이트에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 엔모스 트랜지스터(334)의 게이트는 제1 노드(N21)에 연결될 수 있다. 따라서 제1 노드(N21)로부터 엔모스 트랜지스터들을 통하여 접지 전압(GND)으로 제3 전류(ISUB)가 흐를 수 있고, 제3 노드(N23)으로부터 엔모스 트랜지스터들(333, 334)을 통하여도 제3 전류(ISUB)가 흐르게 된다.
제4 전류 생성기(340)는 피모스 트랜지스터들(341~344)을 포함할 수 있다. 피모스 트랜지스터(341)는 제2 전원 전압(VDD2)에 연결되는 소스를 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(342)는 피모스 트랜지스터(341)의 드레인에 연결되는 소스 및 제3 노드(N23)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(343)는 2 전원 전압(VDD2)에 연결되는 소스 및 제1 피모스 트랜지스터(341)의 게이트에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(344)는 피모스 트랜지스터(343)의 드레인에 연결되는 소스, 제2 피모스 트랜지스터(342)의 게이트에 연결되는 게이트 및 출력 노드(N24)에 연결되는 드레인을 구비할 수 있다. 피모스 트랜지스터(343)의 게이트는 제3 노드(N23)에 연결될 수 있다. 따라서 제4 전류 생성기(340)는 전류 미러를 형성할 수 있다. 따라서 제2 전원 전압(VDD2)으로부터 피모스 트랜지스터들(343, 344)을 통하여 출력 노드(N24)에서 제3 전류(ISUB)의 두 배에 해당하는 센싱 전류(ISEN)가 전류/전압 컨버터(350)에 제공될 수 있다.
여기서 제2 전류(ISUB)는 ICP(=IREG)-N*IREF에 해당하고, 센싱 전류(ISEN)는 2*(IREG-N*IREF)에 해당할 수 있다. 여기서 N*IREF의 값은 알려진 값이므로 센싱 전류(ISEN)에 의하여 레귤레이터 전류(IREG)의 값을 모니터링할 수 있다. 또한 센싱 전류(ISEN)는 IREG-N*IREF의 두 배에 해당하므로 레귤레이터 전류(IREG)의 값이 증가하면 센싱 전류(ISEN)의 증가량도 더 커지게 된다.
즉, 이와 같이 전류 모니터(310)는 스탠바이 모드의 프리셋 페이즈에서는 제1 센싱 전류(ISEN1)를 출력하고, 스탠바이 모드의 디텍션 페이즈에서는 제2 센싱 전류(ISEN2)를 출력할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 전류/전압 컨버터를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 전류/전압 컨버터(350)는 복수의 저항들(R21~R23) 및 복수의 엔모스 트랜지스터들(351~353, 361~363)을 포함할 수 있다.
복수의 저항들(R21~R23)은 센싱 전류(ISEN)가 입력되는 입력 노드(N30)와 최종 노드(N33) 사이에 서로 직렬로 연결될 수 있다. 엔모스 트랜지스터들(351~353)은 복수의 저항들(R21~R23) 사이의 연결 노드들(N31,N32) 각각과 최종 노드 사이에 연결될 수 있다. 엔모스 트랜지스터들(361~363)은 각각 엔모스 트랜지스터들(351~353) 각각과 출력 노드(N34) 사이에 연결될 수 있다. 출력 노드(N34)에서는 센싱 전압이 제공될 수 있다. 엔모스 트랜지스터들(351~353)의 게이트 각각에는 저항 선택 신호(RSEL)의 각 비트들이 인가되고, 엔모스 트랜지스터들(361~363)의 게이트 각각에는 저항 인에이블 신호(REN)의 각 비트들이 인가되어, 전류/전압 컨버터(350)의 저항을 결정할 수 있다.
예를 들어, 저항 선택 신호(RSEL)와 저항 인에이블 신호(REN)에 의하여 엔모스 트랜지스터들(351, 361)이 턴온되고 엔모스 트랜지스터들(352, 353, 362, 363)이 턴오프되면, 전류 전압 컨버터(350)의 저항은 R21에 해당하고, 따라서 센싱 전압(VSEN)의 크기는 센싱 전류(ISEN)*R21에 해당할 수 있다. 전류/전압 컨버터(350)는 이러한 센싱 전압(VSEN)을 아날로그/디지털 컨버터(370)에 제공할 수 있다.
이와 같이, 전류/전압 컨버터(350)는 스탠바이 모드의 프리셋 페이즈에서는 제1 센싱 전류(ISEN1)를 상응하는 제1 센싱 전압(VSEN1)으로 변환하고, 스탠바이 모드의 디텍션 페이즈에서는 제2 센싱 전류(ISEN2)를 상응하는 제2 센싱 전압(VSEN2)으로 변환할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 태그 감지기에서 판정 회로의 구성을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 판정 회로(390)는 레지스터(391) 및 디지털 비교기(393)을 포함할 수 있다.
레지스터(391)는 스탠바이 모드의 프리셋 페이즈에서 아날로그/디지털 변환기(370)로부터 제공되는 제1 디지털 코드(DCD1)를 저장할 수 있다. 디지털 비교기(393)는 스탠바이 모드의 디텍션 페이즈에서 레지스터(391)에 저장된 제1 디지털 코드(DCD1)와 아날로그/디지털 변환기(370)로부터 제공되는 제2 디지털 코드(DCD2)를 비교하여 NFC 태그(20)가 상기 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호(DS)를 프로세서(220)에 출력할 수 있다. NFC 태그(20)가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는 경우, 제2 디지털 코드(DCD2)는 제1 디지털 코드(DCD1)보다 클 수 있다.
실시예에 따라서, 판정 회로(390)는 태그 감지기(300)가 아닌 프로세서(220)에 포함될 수도 있다. 이 경우에, 태그 감지기(300)는 스탠바이 모드의 프리셋 페이즈에서는 제1 디지털 코드(DCD1)를 프로세서(220)에 출력하고, 스탠바이 모드의 디텍션 페이즈에서는 제2 디지털 코드(DCD2)를 프로세서(220)에 출력할 수 있다.
도 12와 도 13은 스탠바이 모드에서 도 4의 NFC 장치의 일부의 동작을 나타낸다.
도 12는 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 밖에 있는 경우를 나타내고, 도 13은 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는 경우를 나타낸다.
도 4, 도 5 및 도 12를 참조하면, NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 밖에 있는 경우에는 송신기(280)의 제1 드라이버(283)로부터 제1 송신 단자(TX1), 공진부(100a), 제2 송신 단자(TX2) 및 송신기(280)의 제2 드라이버(285)로 제1 드라이버 전류(IAD1)가 흐르게 된다. 이 때 공진부(100a)의 임피던스는 Z_NOTAG에 해당할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 13을 참조하면, NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는 경우에는 송신기(280)의 제1 드라이버(283)로부터 제1 송신 단자(TX1), 공진부(100a), 제2 송신 단자(TX2) 및 송신기(280)의 제2 드라이버(285)로 제2 드라이버 전류(IAD2)가 흐르게 된다. 이 때 공진부(100a)는 NFC 태그(20)의 공진부(550)와 상호 유도 작용을 일으키게 되고 공진부의 임피던스인 Z_TAG는 Z_NOTAG보다 감소하게 된다. 따라서, 제2 드라이버 전류(IAD2)는 제1 드라이버 전류(IAD1)보다 커지게 된다. 제2 드라이버 전류(IAD2)가 증가하게 되면, 레귤레이터 전류(IREG)도 증가하게 되고, 이에 따라 센싱 전류(ISEN)도 증가하게 된다. 따라서 레귤레이터 전류(IREG)의 변화를 모니터링하면, NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도 14는 NFC 태그가 NFC 장치의 근접 여부에 따른 드라이버 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 시각들(T11~T12) 사이의 제1 구간(INT11)에서 도 12에서와 같이 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 밖에 있는 경우의 제1 드라이버 전류(IAD1)는 시각들(T12~T13) 사이의 제2 구간(INT12)에서 도 13에서와 같이 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는 경우의 제2 드라이버 전류(IAD2)보다 작게 된다. 따라서 전류 모니터(310)는 제2 드라이버 전류(IAD2)와 제1 드라이버 전류(IAD1)의 차이 △I를 감지하여 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도 15는 NFC 태그가 NFC 장치에 접근함에 따라 드라이버 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15를 참조하면, 시각들(T21~T22) 사이의 제1 구간(INT21)에서의 드라이버 전류와 시각들(T23~T24) 사이의 제3 구간(INT23)에서의 드라이버 전류는 시각들(T22~T23) 사이의 제2 구간(INT21)에서의 드라이버 전류보다 작음을 알 수 있다. 즉 제1 구간(INT21)에서는 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 밖에 있다가 제2 구간(INT22)에서 통신 커버리지 내에 진입하였다가 다시 제3 구간(INT23)에서는 통신 커버리지 밖으로 나갔음을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 16에는 NFC 장치(10b)가 리더 모드에서 동작하기 위한 구성요소 및 카드 모드에서 동작하기 위한 구성요소가 모두 도시되어 있다.
도 16을 참조하면, NFC 장치(10b)는 공진부(100b) 및 NFC 칩(200b)을 포함할 수 있다.
NFC 칩(200b)은 제1 파워 단자(L1), 제2 파워 단자(L2), 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2) 및 수신 단자(RX)를 통해 공진부(100b)와 연결될 수 있다.
공진부(100b)는 안테나(L)와 제1 커패시터(C1)를 포함하는 공진회로(110b), 상기 공진 회로(110b)와 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 연결하고 임피던스 매칭을 수행하는 제2 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C3)를 포함하는 매칭부(120b), 상기 공진 회로(110b)와 수신 단자(RX)를 연결하는 제4 커패시터(C4)를 포함하는 제1 필터(130b) 및 상기 공진 회로(110b)와 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 연결하는 제5 커패시터(C5) 및 제6 커패시터(C6)를 포함하는 제2 필터(140b)를 포함할 수 있다.
도 16에 도시된 공진부(100b)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 공진부(100b)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 공진부(100b)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
NFC 칩(200b)은 카드 모드에서 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 송신 동작 및 수신 동작을 수행하고, 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.
NFC 칩(200b)은 프로세서(220), 메모리(230), 제1 복조기(241), 제1 변조기(242), 오실레이터(243), 믹서(244), 디멀티플렉서(245), 송신기(250), 레귤레이터(260), 태그 감지기(300), 정류기(271), 레귤레이터(273), 전원 스위치(PSW), 제2 복조기(281), 제2 변조기(283)를 포함할 수 있다.
프로세서(220), 메모리(230), 제1 복조기(241), 제1 변조기(242), 오실레이터(243), 믹서(244), 디멀티플렉서(245), 송신기(250), 레귤레이터(260), 태그 감지기(300)는 도 4의 NFC 장치(10a)에 포함되는 프로세서(220), 메모리(230), 제1 복조기(241), 제1 변조기(242), 오실레이터(243), 믹서(244), 디멀티플렉서(245), 송신기(250), 레귤레이터(260), 태그 감지기(300)와 동일하므로, 여기서 중복되는 설명은 생략한다. 여기서 제1 복조기는 제1 수신 데이터(RD1)를 생성하고, 변조기(242)는 제1 송신 데이터(TD1)를 변조한다.
카드 모드에서 수신 동작시, 제2 복조기(281)는 공진부(100b)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 제2 수신 데이터(RD2)를 생생하고, 상기 제2 수신 데이터(RD2)를 프로세서(220)에 제공할 수 있다. 프로세서(220)는 상기 제2 수신 데이터(RD2))를 디코딩하고 디코딩된 제2 수신 데이터(RD2)의 전부 또는 일부를 메모리(230)에 저장할 수 있다.
상기 카드 모드에서 송신 동작시, 프로세서(220)는 메모리(220)로부터 출력 데이터를 독출하고 인코딩하여 제2 송신 데이터(TD2)를 제2 변조기(283)에 제공하고, 제2 변조기(283)는 상기 제2 송신 데이터(TD2)를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공할 수 있다.
레귤레이터(260)는 제1 전원 전압(VDD1)에 연결되고 송신기(260)에 송신 전원 전압(TVDD)을 제공할 수 있다. 레귤레이터(260)는 로우-드롭아웃(low drop-out) 레귤레이터로 구성되고, 프로세서(220)로부터의 제어 신호(CTL1)에 응답하여 송신 전원 전압(TVDD)의 레벨을 조절할 수 있다.
태그 감지기(300)는 레귤레이터(260)에 연결되고, 공진부(100b)를 통하여 전자기파(EMW)가 방사될 때 레귤레이터(260)에 흐르는 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하고, 프리셋 페이즈에서의 제1 감지 전류와 디텍션 페이즈에서의 제2 감지 전류의 비교에 기초하여 NFC 태그(즉 NFC 장치(20))가 NFC 장치(10b)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
태그 감지기(300)는 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10b)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단하고 이를 나타내는 감지 신호(DS)를 프로세서(220)에 출력할 수 있다. 프로세서(220)는 감지 신호(DS)를 수신하고, 감지 신호(DS)의 논리 레벨에 따라서 NFC 장치(10b)의 동작 모드를 결정할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 NFC 태그의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 17을 참조하면, NFC 태그(즉 NFC 장치, 20)는 공진부(510) 및 NFC 태그 칩(550)을 포함할 수 있다.
NFC 태그 칩(550)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 공진부(510)와 연결될 수 있다.
공진부(510)는 안테나(L11)와 제1 커패시터(C11)를 포함하는 공진회로 및 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 유도 전압을 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공하기 위한 제2 커패시터(C12) 및 제3 커패시터(C13)를 포함하는 필터를 포함할 수 있다. 공진부(510)는 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 상기 유도 전압을 상기 필터를 통해 제1 전압(V1)으로서 NFC 태그 칩(550)에 제공할 수 있다.
도 17에 도시된 공진부(510)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 공진부(510)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 공진부(510)는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
NFC 태그 칩(550)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 공진부(510)로부터 제1 전압(V1)을 수신할 수 있다.
NFC 태그 칩(550)은 정류기(551), 레귤레이터 회로(553), 프로세서(561), 메모리(563), 복조기(571) 및 변조기(573)를 포함할 수 있다.
정류기(551)는 제1 전압(V1)을 정류하여 직류 전압인 제2 전압(V2)을 생성할 수 있다.
레귤레이터 회로(553)는 제2 전압(V2)을 사용하여 NFC 태그 칩(550) 내부에서 사용가능한 일정한 크기의 전압 레벨을 갖는 내부 전압(Vint)을 생성하여 프로세서(561), 복조기(571) 및 변조기(573)에 제공할 수 있다.
프로세서(561)는 NFC 태그 칩(550)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
수신 동작시, 571(550)는 공진부(510)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 입력 데이터를 생생하고, 상기 입력 데이터를 프로세서(561)에 제공할 수 있다. 프로세서(561)는 상기 입력 데이터를 메모리(563)에 저장할 수 있다.
송신 동작시, 프로세서(561)는 메모리(563)로부터 출력 데이터를 독출하여 변조기(573)에 제공하고, 변조기(573)는 상기 출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 변조기(573)는 상기 출력 데이터에 대해 로드 모듈레이션(load modulation)을 수행하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다.
도 18은 도 17의 레귤레이터 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18을 참조하면, 레귤레이터 회로(553)는 시리즈 레귤레이터(series regulator)(554), 션트 레귤레이터(shunt regulator)(555) 및 전류 미러(556)를 포함할 수 있다.
시리즈 레귤레이터(554)는 정류기(551)로부터 제2전압(V2)을 수신하고 션트 레귤레이터(555)는 시리즈 레귤레이터(554)의 출력 단자와 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. 따라서 시리즈 레귤레이터(554) 및 션트 레귤레이터(555)는 상기 제2 전압(V2)을 사용하여 시리즈 레귤레이터(554)의 출력 단자를 통해 NFC 태그 칩(550) 내부에서 사용 가능한 일정한 크기의 전압 레벨을 갖는 내부 전압(Vint)을 생성할 수 있다.
전류 미러(556)는 시리즈 레귤레이터(554)를 흐르는 전류에 비례하는 크기를 갖는 내부 전류(Iint)를 생성하여 NFC 태그 칩(501) 내부로 제공할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 NFC 장치의 태그 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1, 도 4 내지 도 16 및 도 19를 참조하면, NFC 장치의 태그 감지 방법에서는 NFC 장치(10)가 스탠바이 모드의 프리셋 페이즈에서 반송파를 방사하여 레귤레이터(260)에 흐르는 전류의 양을 모니터링하여 NFC 태그가 존재하지 않을 때의 기준 값을 설정한다(S610). 상기 기준 값은 프리셋 페이즈에서 모니터링된 레귤레이터(260)에 흐르는 전류의 양에 상응하는 제1 디지털 코드(DCD1)일 수 있다. NFC 장치(10)가 스탠바이 모드의 디텍션 페이즈에서 반송파를 방사하여 레귤레이터(260)에 흐르는 전류의 양을 모니터링하여 상기 기준값으로부터의 변화량을 통해 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단한다(S620). 상기 NFC 장치(10)는 디텍션 페이즈에서 레귤레이터(260)에 흐르는 전류의 양에 상응하는 제2 디지털 코드(DCD2)와 상기 제1 디지털 코드(DCD1)를 비교하여 NFC 태그(20)가 NFC 장치(10)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 단말기를 나타내는 분리 사시도이다.
도 21은 도 20에 도시된 휴대용 단말기의 코일 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 22는 도 21에 도시된 코일 모듈을 I-I' 방향을 기준으로 하여 절단한 단면도이다.
도 20 및 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 단말기(700)는 배터리 커버(702)나 하우징(701) 등의 외장 부품 내측면에 부착되는 차폐 부재(731)와, 상기 차폐 부재(731)에 부착되는 한 쌍의 코일(733, 735)을 구비하되, 상기 코일(733, 735)들은 동일 평면상에 위치된다. 설명의 간결함을 위하여, 상기 차폐 부재(731)에 상기 코일(733, 735)들이 부착된 구성을 코일 모듈(703)이라 칭하기로 한다.
도 22를 참조하면, 상기 단말기(700)는 터치 스크린 디스플레이 장치를 구비하는 바형(bar type) 단말기로서, 도시되지는 않지만 상기 하우징(701)의 전면에 디스플레이 장치, 시작/종료 및 선택 등의 기능을 가지는 키(key)들, 송화부 및 수화부 등이 설치되어 있다.
상기 하우징(701)의 후면에 배터리 팩을 수용하는 배터리 장착홈(711)을 구비하며, 상기 배터리 커버(702)를 이용하여 상기 배터리 장착홈(711)을 폐쇄하게 된다. 상기 배터리 장착홈(711)의 일측에는 다수의 단자(749)들과 카메라 모듈(719)이 설치되어 있으며, 상기 단자(749)들 또한 상기 배터리 커버(702)에 의해 은폐된다. 상기 배터리 커버(702)에는 그 양면을 관통하는 개구(721)가 형성되어 있는데, 상기 카메라 모듈(719)이 상기 개구(721)에 수용되어 촬영 경로를 확보하게 된다. 상기 하우징(701)의 측면에는 커넥터 단자, 메모리 슬롯, 음량조절 키, 카메라 셔터 스위치 등이 배치될 수 있다.
상기 코일 모듈(703)은 상기 배터리 커버(702)의 내측면에 부착되며, 상기 단자(749)들을 통해 상기 단말기(700)의 회로 장치, 예를 들어, 통신 회로나 충전 회로 등에 접속된다. 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 코일 모듈(703)은 차폐 부재(731)와 코일(733, 735)들을 구비한다.
상기 차폐 부재(731)는 사출성형에 의해 제작된 것으로서, 일면에 제1 및 제2 수용홈(741, 742)을 구비한다. 상기 제1 및 제2 수용홈(741, 742)들은 각각 원형이면서 상기 차폐 부재(731)의 일면에서 함몰되어 형성된다. 이때, 상기 제2 수용홈(742)은 상기 제1 수용홈(741)을 둘러싸면서 상기 제1 수용홈(741)과 동축으로 정렬되며, 상기 제1 및 제2 수용홈(741, 742) 사이에는 차폐 격막(737)이 형성된다.
상기 차폐 부재(731)는 철(Fe) 성분을 함유하는 금속 분말과 합성 수지를 혼합하여 제작된 펠렛을 원료로 사출 성형을 함으로써 제작된다. 이때, 상기 차폐 부재(731)의 제작을 위해 이용되는 합성 수지로는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리아미드(Poly Amide; PA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 나일론(Nylone) 등이 적합하다. 완성된 상기 차폐 부재(731)에는 앞서 언급한 바와 같이 철 성분이 함유되는데, 이는 상기 코일(733, 735)들을 통해 전송되는 고주파, 저주파 또는 전력에 의해 발생되는 전자파로 인한 상기 코일(733, 735)들 상호간 간섭이나 상기 단말기(700)에 내장된 회로 장치들에 영향을 미치는 것을 차단하게 된다.
상기 코일(733, 735)들은 상기 제1 수용홈(741)에 수용되는 제1 코일(733)과 상기 제2 수용홈(742)에 수용되는 제2 코일(735)로 구분할 수 있다. 상기 제1 및 제2 코일(733, 735)은 각각 에나멜로 절연 처리된 도선을 소용돌이 형태로 권선하여 제작된다.
상기 제1 코일(733)이 상기 제1 수용홈(741)에, 상기 제2 코일(735)이 상기 제2 수용홈(742)에 각각 수용됨에 따라 상기 제2 코일(735)은 상기 제1 코일(733)을 둘러싸게 위치된다. 이때, 상기 제1 및 제2 수용홈(741, 742) 사이에 형성된 차폐 격막(737)은 제1 및 제2 코일(733, 737) 사이를 차폐하게 된다. 다시 말해서, 차폐 격막(737)에 의해 제1 및 제2 코일(733, 735) 간의 전자파 간섭이 차단되는 것이다. 제1 및 제2 코일(733, 735)은 각각 상기 차폐 부재(731)의 일측으로 연장되는 접속단(743, 745)들을 구비하며, 접속단(743, 745)들은 각각 상기 하우징(701)상에 제공된 단자(749)들을 통해 상기 단말기(700)의 회로 장치들과 연결된다.
제1 및 제2 코일(733, 735)은 상기 차폐 부재(731)의 일면에서 노출된 상태로 설치되지만, 차폐 부재(731)가 배터리 커버(702)에 부착되면, 배터리 커버(702)의 내측면과 마주하면서 폐쇄된다. 결국, 제1 및 제2 코일(733, 735)은 차폐 부재(731)와 배터리 커버(702)에 의해 은폐되는 것이다.
제1 및 제2 코일(733, 735) 중 하나는 무선충전을 위한 2차 코일로, 다른 하나는 NFC 기능을 위한 안테나 소자로 활용될 수 있다. 물론, 코일(733, 735)들은 블루투스와 같은 근거리 무선 통신이나 지상파 멀티미디어 방송 수신용 안테나로도 활용될 수 있으나, 본 실시예에서는, 제1 코일(733)은 무선충전을 위한 2차 코일로, 제2 코일(735)은 NFC 기능을 위한 안테나 소자로 활용된 구성을 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 무선충전 기능을 위해 단말기(700)를 충전 거치대(미도시)에 고정하여 장착하는 방식으로 충전기의 1차 코일과 단말기(700)의 2차 코일, 즉, 제1 코일(733)을 정렬할 수 있다. 다른 한편으로는, 충전 거치대에 1차 코일을 이동 가능하게 배치하여 단말기(700)를 충전 거치대에 위치시켰을 때, 1차 코일이 이동하여 단말기(700)의 위치에 정렬될 수 있다.
충전 거치대의 1차 코일과 단말기(700)상에 설치되는 제1 코일(733)을 정렬하기 위해, 차폐 부재(731)는 돌출부(739)를 구비할 수 있다. 돌출부(739)는 차폐 부재(731)의 제1 수용홈(741) 상에 돌출된 것으로서, 차폐 부재(731)에 철 성분이 함유되어 있으므로, 돌출부(739) 또한 철 성분을 함유하게 된다. 다시 말해서, 돌출부(739)가 상자성(paramagnetism) 물질, 즉, 철 성분을 함유함으로써, 영구 자석의 자기장 내에 위치되었을 때, 영구 자석과 인력을 발생시키게 된다.
충전 거치대의 1차 코일에는 영구 자석이 부착되어, 단말기(700)가 충전 거치대에 올려지면, 충전 거치대의 영구 자석과 차폐 부재(731), 더 구체적으로는 돌출부(739) 사이의 인력에 의해 충전 거치대의 1차 코일과 제1 코일(733)이 정렬된다. 한편, 돌출부(739)는 차폐 부재(731) 자체에 함유되는 철 성분을 동일하게 함유하고 있으므로 상자성 물질의 성질을 가지고 있으나, 1차 코일 측의 영구 자석과 차폐 부재(731) 사이의 인력을 좀더 강하게 하기 위해, 돌출부(739)는 별도의 자성편을 제1 수용홈(741) 상에 부착하여 구성할 수 있다. 이때, 자성편 또한 상자성 물질로 제작함이 바람직할 것이다.
도 23은 도 21에 도시된 코일 모듈을 단말기의 배터리 커버에 배치하는 실시예를 나타낸다.
도 24는 도 23에 도시된 배터리 커버가 결합하는 단말기를 나타낸다.
도 23 및 도 24는 각각 코일 모듈(703)을 이용하여 무선충전 및 NFC 기능을 구현한 휴대용 단말기의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 언급한 바와 같이, 이하의 구성들을 설명함에 있어서, 제1 코일(733)은 무선충전 기능에 이용되는 2차 코일로, 제2 코일(735)은 NFC 기능에 이용되는 안테나 소자로 설정된 구성을 예시한다.
도 23은 도 21에 도시된 휴대용 단말기(700)의 배터리 커버(702)에 본 발명에 따른 코일 모듈(703)을 배치하는 제1 실시 예를 나타내고 있으며, 도 24는 도 23에 도시된 배터리 커버(702)와 결합되는 단말기 하우징(701)의 구성을 나타내고 있다.
제1 및 제2 코일들(733, 735)을 이용하여 무선충전 기능과 NFC 기능을 구현하기 위해서는 제1 및 제2 코일들(733, 735)을 단말기(700) 내의 통신 프로세서(Communication Processor, 365)와 충전 회로(Charge IC, 773)에 각각 접속시켜야 한다. 이때, 제1 및 제2 코일들(733, 735)과 단말기(700) 내의 회로 장치들을 서로 연결하는 선로에는 공진부(761) 및 NFC IC(763)나 무선충전 제어회로(WC IC, 771)가 배치된다. 이러한 제어회로들은 통신이나 충전시 전류와 전압을 제어하게 된다. 여기서 공진부(761)는 도 4의 공진부(100a)나 도 16의 공진부(100b)로 구성될 수 있고, NFC IC(763)는 도 4의 NFC 칩(200a), 도 16의 NFC 칩(200b)으로 구성되어 스탠바이 모드에서 송신기에 송신 전원 전압을 공급하는 레귤레이터의 전류를 모니터링하여 NFC 태그가 NFC IC(763)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도 23과 도 24에 도시된 실시예에서는 단말기(300) 내에서 통신 회로(Communication Processor)에 상기한 통신 제어회로(NFC IC)를 연결하고, 앞서 언급한 단자(749)들 중 일부를 통해 상기 배터리 커버(702)에 배치된 제2 코일(735)과 접속하게 된다. 충전 회로(Charge IC, 773)는 단말기(700) 내에 설치되며 배터리 팩에 연결된다. 아울러, 무선충전 제어회로(WC IC, 771)는 단말기(700) 내에서 충전 회로(Charge IC, 773)에 연결되면서 단자(749)들 중 나머지 일부를 통해 상기 배터리 커버(702)에 배치된 제1 코일(733)과 접속하게 된다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 25를 참조하면, 전자 장치(1000)는 어플리케이션 프로세서(AP)(1110), 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치(1200), 메모리 장치(1120), 사용자 인퍼페이스(1130) 및 파워 서플라이(1140)를 포함한다. 실시예에 따라, 전자 장치(1000)는 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(1110)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 어플리케이션 프로세서(1110)는 인터넷 브라우저, 게임, 동영상 등을 제공하는 어플리케이션들을 실행할 수 있다. 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1110)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(Multi-Core)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(1110)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(1110)는 내부 또는 외부에 위치한 캐시 메모리(Cache Memory)를 더 포함할 수 있다.
메모리 장치(1120)는 전자 장치(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리 장치(1120)는 전자 장치(1000)를 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(1120)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.
NFC 장치(1200)는 근거리 무선 통신(NFC)을 통해 상기 외부 장치에 메모리 장치(1120)에 저장된 상기 출력 데이터를 전송하고 상기 외부 장치로부터 수신되는 상기 입력 데이터를 메모리 장치(1120)에 저장할 수 있다. NFC 장치(1200)는 공진부(1210) 및 NFC 칩(1220)을 포함한다. 공진부(1210)는 도 4의 공진부(100a)나 도 16의 공진부(100b)로 구성될 수 있고, NFC 칩(1220)은 도 4의 NFC 칩(200a), 도 16의 NFC 칩(200b)으로 구성되어 스탠바이 모드에서 송신기에 송신 전원 전압을 공급하는 레귤레이터의 전류를 모니터링하여 NFC 태그가 NFC IC(763)의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
사용자 인터페이스(1130)는 키패드, 터치 스크린과 같은 하나 이상의 입력 장치 및/또는 스피커, 디스플레이 장치와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1140)는 전자 장치(1000)의 동작 전압을 공급할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 전자 장치(1000)는 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있고, 메모리 카드(Memory Card), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등과 같은 저장 장치를 더 포함할 수 있다.
전자 장치(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) 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.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
10:NFC 장치 100: 공진부
200: NFC 칩 300: 태그 감지기
310: 전류 모니터 350: 전류/전압 컨버터
370: 아날로그/디지털 컨버터 390: 판정 회로

Claims (20)

  1. 근거리 무선 통신(near field communication; 이하 NFC) 장치의 태그 감지기로서,
    상기 NFC 장치의 송신기에 송신 전원 전압을 제공하는 레귤레이터에 흐르는 레귤레이터 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 제1 감지 전류와 제2 감지 전류를 생성하는 전류 모니터;
    상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 각각 상응하는 제1 감지 전압과 제2 감지 전압으로 변환하는 전류/전압 컨버터;
    상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압을 각각 상응하는 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터; 및
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 비교에 기초하여 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력하는 판정 회로를 포함하는 NFC 장치의 태그 감지기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류 모니터는
    제1 전원 전압 및 제1 노드 사이에 연결되고 상기 레귤레이터에 연결되어 상기 레귤레이터 전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지는 제1 전류를 생성하는 제1 전류 생성기;
    제2 전원 전압 및 제2 노드 사이에 연결되어 기준 전류를 생성하는 기준 전류 생성기;
    상기 제1 노드, 상기 제2 노드 및 접지 전압 사이에 연결되어, 상기 기준 전류보다 큰 실수배의 제2 전류를 생성하는 제2 전류 생성기;
    상기 제1 노드, 제3 노드 및 상기 접지 전압 사이에 연결되어, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 차에 해당하는 제3 전류를 생성하는 제3 전류 생성기; 및
    상기 제2 전원 전압, 상기 제3 노드 및 출력 노드 사이에 연결되어, 상기 제3 전류의 두 배에 해당하는 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 생성하는 제4 전류 생성기를 포함하고,
    상기 제1 전원 전압의 레벨은 상기 제2 전원 전압의 레벨보다 높은 NFC 장치의 태그 감지기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 전류 생성기는
    상기 제1 전원 전압에 연결되는 소스 및 상기 레귤레이터의 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되는 게이트를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터; 및
    상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스, 상기 레귤레이터에 인가되는 레귤레이터 제어 신호를 수신하는 게이트 및 상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 전류가 상기 제1 전원 전압으로부터 상기 제1 노드로 흐르는 NFC 장치의 태그 감지기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기준 전류 생성기는
    상기 제2 전원 전압과 연결되는 소스 및 제1 바이어스 신호를 수신하는 게이트를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터; 및
    상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 소스, 제2 바이어스 신호를 수신하는 게이트 및 상기 제2 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 기준 전류는 상기 제2 전원 전압으로부터 상기 제2 노드로 흐르는 NFC 장치의 태그 감지기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 전류 생성기는
    상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 엔모스 트랜지스터;
    상기 제1 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인 및 상기 접지 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제2 엔모스 트랜지스터;
    상기 제2 노드에 연결되는 드레인 및 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 엔모스 트랜지스터; 및
    상기 제3 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인, 상기 접지 전압에 연결되는 소스 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 엔모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제4 엔모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제2 노드에 연결되고,
    상기 제1 노드로부터 상기 제1 엔모스 트랜지스터 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터를 통하여 상기 접지 전압으로 상기 제2 전류가 흐르는 NFC 장치의 태그 감지기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제3 전류 생성기는
    상기 제1 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제1 엔모스 트랜지스터;
    상기 제1 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인 및 상기 접지 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제2 엔모스 트랜지스터;
    상기 제3 노드에 연결되는 드레인 및 상기 제1 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 엔모스 트랜지스터; 및
    상기 제3 엔모스 트랜지스터의 소스에 연결되는 드레인, 상기 접지 전압에 연결되는 소스 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제4 엔모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제4 엔모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제1 노드에 연결되고,
    상기 제1 노드로부터 상기 제1 엔모스 트랜지스터 및 상기 제2 엔모스 트랜지스터를 통하여 상기 접지 전압으로 상기 제3 전류가 흐르는 NFC 장치의 태그 감지기.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제4 전류 생성기는
    상기 제2 전원 전압에 연결되는 소스를 구비하는 제1 피모스 트랜지스터;
    상기 제1 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스 및 상기 제3 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제2 피모스 트랜지스터;
    상기 제2 전원 전압에 연결되는 소스 및 상기 제1 피모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트를 구비하는 제3 피모스 트랜지스터; 및
    상기 제3 피모스 트랜지스터의 드레인에 연결되는 소스, 상기 제2 피모스 트랜지스터의 게이트에 연결되는 게이트 및 상기 출력 노드에 연결되는 드레인을 구비하는 제4 피모스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제3 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 제3 노드에 연결되고,
    상기 제2 전원 전압으로부터 상기 제3 피모스 트랜지스터 상기 제4 피모스 트랜지스터를 통하여 상기 출력 노드에서 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류가 제공되는 NFC 장치의 태그 감지기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전류/전압 컨버터는
    상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류가 인가되는 입력 노드와 최종 노드 사이에 서로 직렬로 연결되는 복수의 저항들;
    상기 복수의 저항들 사이의 연결 노드들 각각과 상기 최종 노드에 연결되는 복수의 제1 엔모스 트랜지스터들; 및
    상기 복수의 제1 엔모스 트랜지스터들 각각과 상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압이 제공되는 출력 노드 사이에 연결되는 복수의 제2 엔모스 트랜지스터들을 포함하는 NFC 장치의 태그 감지기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 엔모스 트랜지스터들 각각의 게이트에는 저항 선택 신호의 각 비트가 인가되고,
    상기 제2 엔모스 트랜지스터들 각각의 게이트에는 저항 인에이블 신호의 각 비트가 인가되는 NFC 장치의 태그 감지기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 판정 회로는
    상기 프리셋 페이즈에서 상기 제1 디지털 코드를 저장하는 레지스터; 및
    상기 디텍션 페이즈에서 상기 레지스터에 저장된 상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드를 비교하여 상기 감지 신호를 출력하는 디지털 비교기를 포함하는 NFC 장치의 태그 감지기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디텍션 페이즈에서 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는 경우, 상기 제2 디지털 코드는 상기 제1 디지털 코드보다 큰 NFC 장치의 태그 감지기.
  12. 근거리 무선 통신(Near Field Communication; 이하 NFC) 장치로서,
    전자기파를 통해 외부의 NFC 태그와 데이터를 송수신하는 공진부; 및
    상기 공진부에 출력 데이터를 제공하고 상기 공진부로부터 입력 데이터를 수신하는 NFC 칩을 포함하고, 상기 NFC 칩은
    상기 공진부와 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통하여 연결되는 송신기;
    상기 송신기에 송신 전원 전압을 제공하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터에 연결되고, 상기 전자기파가 방사될 때 상기 레귤레이터에 흐르는 레귤레이터 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링한 제1 감지 전류와 제2 감지 전류를 생성하고, 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 비교하고, 상기 비교에 기초하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력하는 태그 감지기; 및
    상기 감지 신호에 응답하여 스탠바이 모드와 액티브 모드 중 하나를 동작 모드로 결정하는 프로세서를 포함하는 NFC 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 송신기는
    상기 송신 전원 전압과 상기 제1 송신 단자 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 풀업 트랜지스터 및 상기 제1 송신 단자와 접지 전압 사이에 연결되는 적어도 하나의 제1 풀다운 트랜지스터를 구비하는 제1 드라이버;
    상기 송신 전원 전압과 상기 제2 송신 단자 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 풀업 트랜지스터 및 상기 제2 송신 단자와 상기 접지 전압 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2 풀다운 트랜지스터를 구비하는 제2 드라이버; 및
    상기 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버에 복수의 구동 신호들을 제공하는 컨트롤러를 포함하는 NFC 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레귤레이터는 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 없는 상기 프리셋 페이즈에서 상기 제1 드라이버, 상기 공진부 및 상기 제2 드라이버를 통하여 흐르는 전류를 점진적으로 증가시키고,
    상기 태그 감지기는 상기 프리셋 페이즈에서 상기 증가된 전류의 값을 평균하여 상기 제1 감지 전류로서 산출하는 NFC 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 레귤레이터는
    기준 전압과 피드백 전압을 비교하는 연산 증폭기;
    제1 전원 전압과 상기 송신 전원 전압을 제공하는 제1 출력 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 피모스 트랜지스터와 제2 피모스 트랜지스터를 구비하여 레귤레이터 제어 신호에 응답하는 크기를 가지는 레귤레이터 전류를 생성하는 전류 생성기; 및
    상기 제1 출력 노드와 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항과 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항이 연결되는 피드백 노드에서 상기 피드백 전압을 제공하는 피드백부를 포함하는 NFC 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되고,
    상기 제2 피모스 트랜지스터의 게이트는 상기 레귤레이터 제어 신호를 수신하는 NFC 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 태그 감지기는
    상기 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되고, 상기 레귤레이터 전류를 상기 프리셋 페이즈와 상기 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링하여 상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 생성하는 전류 모니터;
    상기 제1 감지 전류와 상기 제2 감지 전류를 각각 상응하는 제1 감지 전압과 제2 감지 전압으로 변환하는 전류/전압 컨버터;
    상기 제1 감지 전압과 상기 제2 감지 전압을 각각 상응하는 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터; 및
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 비교에 기초하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 상기 감지 신호를 출력하는 판정 회로를 포함하는 NFC 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 감지 신호에 의하여 상기 NFC 태그가 상기 NFC 장치의 통신 커버리지 내에 있다고 판단하는 경우, 상기 프로세서는 상기 동작 모드를 상기 스탠바이 모드에서 상기 액티브 모드로 전환시키는 NFC 장치.
  19. 모바일 장치로서,
    제1 코일과 제2 코일이 실장되는 배터리 커버;
    상기 제2 코일과 제1 단자들을 통하여 연결되어 전자기파를 통해 외부의 근거리 무선 통신(Near Field Communication; 이하 NFC) 태그와 데이터를 송수신하는 공진부;
    상기 공진부와 연결되는 NFC 칩;
    상기 NFC 칩과 연결되는 통신 프로세서;
    상기 제1 코일과 제2 단자들을 통하여 연결되어 무선 충전을 제어하는 무선 충전 제어 회로; 및
    상기 무선 충전 제어 회로와 연결되고 배터리를 상기 무선 충전으로 충전하는 충전 회로를 포함하고,
    상기 NFC 칩은
    상기 공진부와 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통하여 연결되는 송신기;
    상기 송신기에 송신 전원 전압을 제공하는 레귤레이터;
    상기 전자기파가 방사될 때 상기 레귤레이터에 흐르는 레귤레이터 전류를 프리셋 페이즈와 디텍션 페이즈에서 각각 모니터링한 제1 감지 전류와 제2 감지 전류의 비교에 기초하여 상기 NFC 태그가 상기 모바일 장치의 통신 커버리지 내에 있는지 여부를 나타내는 감지 신호를 출력하는 판정 회로; 및
    상기 감지 신호에 응답하여 스탠바이 모드와 액티브 모드 중 하나를 동작 모드로 결정하는 프로세서를 포함하는 모바일 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 모바일 장치는 스마트폰인 모바일 장치.
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