KR102583254B1 - 반도체 집적 회로, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

반도체 집적 회로, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 집적 회로는 충전 스위치, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛을 포함할 수 있다. 충전 스위치는 배터리와 중간 노드를 통해 연결되고, 유선 충전 모드 시 배터리를 유선 충전하기 위한 전류 통로를 제공할 수 있다. 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 중간 노드와 접지 사이에 연결되고, 유선 충전 모드 시 중간 노드와 접지 사이를 차단하고, 무선 충전 모드 시 무선 충전 전류를 중간 노드를 경유하여 배터리에 제공하고, MST(Magnetic Secure Transmission) 모드 시 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 중간 노드를 경유하여 배터리로부터 제공받도록 구성될 수 있다.

Description

반도체 집적 회로, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 전자 장치{SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT, OPERATING METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING INCLUDING THE SAME}
본 발명은 집적 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 집적 회로, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
스마트 폰, 모바일 장치, 태블릿 등의 전자 장치는 다양한 기능들을 사용자에게 제공한다. 사용자의 요구가 다양화됨에 따라, 전자 장치가 지원해야 하는 기능이 증가하고 있다. 이러한 추세에 의해, 기존의 유선 충전 기능뿐 아니라, 무선 충전 기능을 지원하는 전자 장치가 등장하고 있다.
또한, 전자 장치가 지원하는 중요한 기능 중 하나로 MST(Magnetic Secure Transmission)를 통한 결제 기능이 있다. MST를 통한 결제 기능은 기존의 카드형 결제 수단을 대체하고, 전자 장치만으로 사용자에게 결제 기능을 제공한다. 이러한 이점으로 인해, 이러한 결제 기능을 탑재한 전자 장치가 증가하고 있다.
하지만, 전자 장치, 특히 모바일 장치는 기기의 특성상 면적이 제한되어 있다. 이에 따라, 사용자 요구에 따른 다양한 기능들을 모바일 장치에 탑재하는 데에 제약이 있다. 따라서, 작은 면적에 다양한 기능을 수행하는 반도체 집적 회로가 요구된다.
본 발명은 위에서 설명한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, MST 모드의 동작을 수행하는 반도체 집적 회로, 그것의 동작 방법, 그리고 그것을 포함하는 전자 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 집적 회로는 충전 스위치, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛을 포함할 수 있다. 충전 스위치는 배터리와 중간 노드를 통해 연결되고, 유선 충전 모드 시 배터리를 유선 충전하기 위한 전류 통로를 제공할 수 있다. 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 중간 노드와 접지 사이에 연결되고, 유선 충전 모드 시 중간 노드와 접지 사이를 차단하고, 무선 충전 모드 시 무선 충전 전류를 중간 노드를 경유하여 배터리에 제공하고, MST(Magnetic Secure Transmission) 모드 시 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 중간 노드를 경유하여 배터리로부터 제공받도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, 그리고 MST 모드의 동작을 지원하는 반도체 집적 회로의 유선 충전 방법은 반도체 집적 회로가 유선 충전 모드에 진입하는 단계, 반도체 집적 회로에 포함된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛의 중간 노드에 각각 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 스위치가 턴 오프되고, 제 1 스위치와 접지 사이에 연결된 제 3 스위치가 턴 온되고, 제 2 스위치와 접지 사이에 연결된 제 4 스위치가 턴 온되는 단계, 중간 노드와 배터리 사이에 연결된 선형 충전기가 동작하는 단계, 그리고 외부 전원과 중간 노드 사이에 연결된 충전 스위치가 턴 온되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자 장치는 배터리, 반도체 집적 회로, 송수신기, 그리고 컨트롤러를 포함할 수 있다. 반도체 집적 회로는 배터리와 연결되고, 배터리의 유선 충전 모드, 배터리의 무선 충전 모드, 그리고 MST 모드의 동작을 지원할 수 있다. 송수신기는 반도체 집적 회로와 연결되고, 반도체 집적 회로가 무선 충전 모드 또는 MST 모드의 동작을 수행하도록 제어될 수 있다. 컨트롤러는 송수신기를 제어하고, 유선 충전 모드 또는 무선 충전 모드 시 반도체 집적 회로가 배터리에 전류를 제공하거나 MST 모드 시 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 반도체 집적 회로가 배터리로부터 제공받도록 제어하기 위한 제어 신호를 반도체 집적 회로에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, MST 모드의 동작을 수행하는 회로 또는 전자 장치가 차지하는 면적이 작아질 수 있다. 결과적으로, 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 집적 회로를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 충전 스위치를 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 유선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 유선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 무선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 무선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 배터리를 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 11은 도 1에 도시된 선형 충전기의 동작을 보여주는 회로도이다.
도 12는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 13은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다.
도 14 및 도 15는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 제 1 MST 상태 및 제 2 MST 상태의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 16은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 17은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로를 포함하는 전자 장치를 보여주는 블록도이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 집적 회로를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 집적 회로(100)는 충전 스위치(110), 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120), 그리고 선형 충전기(linear charger)(130)를 포함할 수 있다.
충전 스위치(110)는 충전 단자(CHGIN)와 노드(n0) 사이에 연결된다. 충전 스위치(110)는 제어 신호(CTRL[0])에 따라 충전 단자(CHGIN)로부터 단자(B+)로의 전류 통로를 형성한다. 충전 단자(CHGIN)의 과전압 보호를 위해, OVP(Over Voltage Protection)(미도시)가 충전 단자(CHGIN)에 연결될 수 있다.
무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 노드(n0)와 단자(B-) 사이에 연결된다. 단자(B-)는 접지 노드(GND)와 연결된다. 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 제 1 입출력 단자(C-)와 제 2 입출력 단자(C+)를 통해 송수신기(미도시)와 연결될 수 있다. 제어 신호(CTRL[1:4])에 따라, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 노드(n0)와 단자(B-)를 연결하여 선형 충전기(130)를 통해 단자(B+)로의 전류 통로를 형성하거나, 노드(n0)가 단자(B-)와 연결되지 않도록 동작한다.
선형 충전기(130)는 노드(n0)와 단자(B+) 사이에 연결된다. 선형 충전기(130)는 선형 충전기(130)를 통해 흐르는 전류의 전류량을 제어할 수 있다. 도 1에서, 선형 충전기(130)가 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)에 포함되는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 선형 충전기(130)는 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)과 분리된 단일 칩의 형태로 구현될 수 있다. 선형 충전기(130)의 동작은 도 10 및 도 11을 통해 설명될 것이다.
본 발명에 따른 반도체 집적 회로(100)는 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, 그리고 MST 모드의 동작을 지원하는 하나의 회로로 구현될 수 있다. 따라서, 반도체 집적 회로(100)를 포함하는 전자 장치(미도시)의 사이즈가 감소할 수 있다. 여기서, 단자(B+)와 단자(B-) 사이에 배터리(미도시)가 연결될 수 있다. 반도체 집적 회로(100)는 유선 충전 모드 및 무선 충전 모드에서 배터리(미도시)를 충전하도록 동작한다.
예를 들어, 유선 충전 모드에서, 외부 전원(미도시)이 충전 단자(CHGIN)에 연결될 수 있다. 이 경우, 제어 신호(CTRL[0:4])에 따라, 충전 스위치(110)는 충전 단자(CHGIN)로부터 선형 충전기(130)를 통해 단자(B+)에 전류 통로를 제공하도록 제어되고, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 노드(n0)에 접지 노드(GND)의 전압이 제공되지 않도록 제어된다. 반도체 집적 회로(100)의 유선 충전 모드의 동작은 도 5 및 도 6을 통해 설명될 것이다.
무선 충전 모드에서, 충전 스위치(110)는 제어 신호(CTRL[0])에 의해 턴 오프되어, 충전 스위치(110)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 또한, 제어 신호(CTRL[1:4])에 따라, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 제 1 입출력 단자(C-) 및 제 2 입출력 단자(C+)에 연결될 수 있는 송수신기(미도시)로부터 외부의 전력을 수신하여 노드(n0)에서 단자(B+)로 전류를 제공하도록 제어된다. 반도체 집적 회로(100)의 무선 충전 모드의 동작은 도 7 내지 도 9를 통해 설명될 것이다.
MST는 신용카드 정보를 담은 전자 장치를 신용카드 결제 단말기(예를 들어, POS 단말기)에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 경우에 신용카드 결제 단말기가 전자 장치에 내장된 신용카드 정보를 자동으로 로드(Load)하여 결제를 진행하는 기술이다. MST 기술에 의해, 신용카드 정보는 자기 신호를 통해 신용카드 결제 단말기에 전달된다. MST 모드에서, 본 발명의 반도체 집적 회로(100)는 이러한 자기 신호를 생성하도록 동작한다.
MST 모드에서, 충전 스위치(110)는 제어 신호(CTRL[0])에 의해 턴 오프되어, 충전 스위치(110)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 또한, 제어 신호(CTRL[0:4])에 따라, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 제 1 입출력 단자(C-) 및 제 2 입출력 단자(C+)에 연결될 수 있는 송수신기(미도시)에 전류를 공급하여 자기 신호를 생성하도록 제어된다. MST 모드에서의 반도체 집적 회로(100)의 동작은 도 12 내지 도 16을 통해 설명될 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 충전 스위치를 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 충전 스위치(110)는 메인 스위치(SW0) 및 다이오드(D0)를 포함할 수 있다.
메인 스위치(SW0)는 제어 신호(CTRL[0])에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 다이오드(D0)의 애노드(Anode)는 충전 단자(CHGIN)와 연결되고, 다이오드(D0)의 캐소드(Cathode)는 노드(n0)와 연결된다. 다이오드(D0)는 NMOS 트랜지스터의 기생 다이오드일 수 있다. 이 경우, 충전 스위치(110)는 소스 단자가 충전 단자(CHGIN)에 연결되고, 드레인 단자가 노드(n0)에 연결되도록 구성될 수 있다. 이는 충전 스위치(110)가 턴 오프되는 경우에도 다이오드(D0)에 의해 노드(n0)에서 충전 단자(CHGIN) 방향의 의도하지 않은 누설 전류를 방지하기 위함이다.
예를 들어, 충전 스위치(110)는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 혹은, 충전 스위치(110)는 NMOS 트랜지스터 혹은 PMOS 트랜지스터가 캐스코드(Cascode)된 형태로 구현될 수 있다. 다만, 충전 스위치(110)는 상술한 예에 제한되는 것이 아니며, 충전 스위치(110)는 어떠한 형태의 스위치로도 구현될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛을 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)은 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4), 그리고 제 1 내지 제 4 다이오드(D1~D4)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(SW1)는 제어 신호(CTRL[1])에 따라 노드(n0)와 제 1 입출력 단자(C-) 사이의 전류 통로를 형성한다. 제 1 스위치(SW1)는 제어 신호(CTRL[1])에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 1 다이오드(D1)의 애노드(Anode)는 제 1 입출력 단자(C-)와 연결되고, 제 1 다이오드(D1)의 캐소드(Cathode)는 노드(n0)와 연결된다.
제 2 스위치(SW2)는 제어 신호(CTRL[2])에 따라 노드(n0)와 제 2 입출력 단자(C+) 사이의 전류 통로를 형성한다. 제 2 스위치(SW2)는 제어 신호(CTRL[2])에 의해 제어되는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 2 다이오드(D2)의 애노드는 제 2 입출력 단자(C+)와 연결되고, 제 2 다이오드(D2)의 캐소드는 노드(n0)와 연결된다.
제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)는 각각 PMOS 트랜지스터의 기생 다이오드일 수 있다. 이 경우, 제 1 스위치(SW1)는 소스 단자가 노드(n0)에 연결되고, 드레인 단자가 제 1 입출력 단자(C-)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 제 2 스위치(SW2)는 소스 단자가 노드(n0)에 연결되고, 드레인 단자가 제 2 입출력 단자(C+)에 연결되도록 구성될 수 있다. 이는 도 1의 반도체 집적 회로(100)가 유선 충전 모드에서 동작하는 경우에 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의해 노드(n0)에서 제 1 입출력 단자(C-) 또는 제 2 입출력 단자(C+) 방향으로의 의도하지 않은 누설 전류를 방지하기 위함이다.
제 3 스위치(SW3)는 제어 신호(CTRL[3])에 따라 제 1 입출력 단자(C-)와 단자(B-) 사이의 전류 통로를 형성한다. 제 3 스위치(SW3)는 제어 신호(CTRL[3])에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 3 다이오드(D3)의 애노드는 단자(B-)와 연결되고, 제 3 다이오드(D3)의 캐소드는 제 1 입출력 단자(C-)와 연결된다.
제 4 스위치(SW4)는 제어 신호(CTRL[4])에 따라 제 2 입출력 단자(C+)와 단자(B-) 사이의 전류 통로를 형성한다. 제 4 스위치(SW4)는 제어 신호(CTRL[4])에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 단자(B-)와 연결되고, 제 4 다이오드(D4)의 캐소드는 제 2 입출력 단자(C+)와 연결된다. 제 3 및 제 4 다이오드(D3, D4)는 각각 NMOS 트랜지스터의 기생 다이오드일 수 있다.
예를 들어, 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)는 NMOS 트랜지스터로 구현되거나, 제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 혹은, 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)는 NMOS 트랜지스터 혹은 PMOS 트랜지스터가 캐스코드된 형태로 구현될 수 있다. 다만, 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)는 상술한 예에 제한되는 것이 아니며, 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)는 어떠한 형태의 스위치로도 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)은 제 1 입출력 단자(C-)와 제 2 입출력 단자(C+)를 통해 송수신기(미도시)와 연결될 수 있고, 송수신기(미도시)와 함께 무선 충전 모드 또는 MST 모드의 동작을 수행할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다. 도 4를 참조하면, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120b)은 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4), 제 1 내지 제 4 다이오드(D1~D4), 그리고 축전기(C0)를 포함할 수 있다. 도 3과 비교하면, 축전기(C0)를 제외하고, 도 4의 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120b)은 도 3의 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)과 구성 및 동작이 동일하다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
축전기(C0)는 노드(n0)와 단자(B-) 사이에 연결된다. 축전기(C0)는 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)가 송수신기(미도시)와 함께 무선 충전 모드의 동작을 수행하는 경우에 노드(n0)에 형성되는 전압의 리플(ripple)과 같은 노이즈를 제거한다. 예를 들어, 축전기(C0) 대신에, 노드(n0)에 발생할 수 있는 고 대역의 노이즈를 제거하기 위한 하이 패스 필터(high-pass filter)가 노드(n0)와 단자(B-) 사이에 연결될 수 있다. 이 경우, 노드(n0)에 발생할 수 있는 고 대역의 노이즈가 단자(B-)와 연결될 수 있는 접지 노드(GND)를 통해 제거될 수 있다.
이하에서, 설명의 편의를 위해 도 3의 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)을 예로서 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 유선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 5를 참조하면, 유선 충전 모드에서, 반도체 집적 회로(100)는 배터리(200)를 충전하기 위해 충전 단자(CHGIN)에서 배터리(200)로의 전류 통로를 형성한다. 또한, 반도체 집적 회로(100)는 노드(n0)에 접지 노드(GND)의 전압에 제공되지 않도록 제어된다. 여기서, 외부 전원(미도시)이 충전 단자(CHGIN)에 연결되어 반도체 집적 회로(100)가 유선 충전 모드에 진입한 것으로 가정한다.
유선 충전 모드에서, 제어 신호(CTRL[0])에 의해, 충전 스위치(110)가 턴 온된다. 또한, 선형 충전기(130)가 활성화되고, 충전 전류(Ic)가 외부 전원(미도시), 충전 스위치(110), 그리고 선형 충전기(130)를 통해 배터리(200)에 공급된다. 배터리(200)는 공급된 충전 전류(Ic)에 의해 충전된다.
또한, 제어 신호(CTRL[1:4])에 의해, 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)는 턴 오프되고 제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)는 턴 온된다. 턴 오프된 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)에 의해 충전 전류(Ic)가 접지 노드(GND)를 통해 흐르는 것이 방지된다.
제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)를 턴 온하는 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)가 턴 오프되는 경우, 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)는 플로팅(floating) 상태가 될 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)의 전압은 노드(n0)의 전압, 접지 노드(GND)의 노이즈, 혹은 외부의 노이즈 등에 의해 예상할 수 없는 전압 레벨이 될 수 있다. 이 때, 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)의 전압과 노드(n0)의 전압 차가 제 1 다이오드(D1) 또는 제 2 다이오드(D2)가 턴 온되도록 하는 다이오드 문턱 전압보다 큰 경우, 제 1 다이오드(D1) 또는 제 2 다이오드(D2)가 턴 온되어, 노드(n0)가 제 1 입출력 단자(C-) 또는 제 2 입출력 단자(C+)와 연결될 수 있다. 이 경우, 충전 전류(Ic)가 배터리(200)의 유선 충전 경로가 아닌 노드(n0)와 제 1 입출력 단자(C-) 또는 제 2 입출력 단자(C+) 사이의 경로를 통해 누설될 수 있다.
따라서, 본 발명의 반도체 집적 회로(100)는 제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)를 활성화하여 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)에 고정된 접지 전압을 제공한다. 이에 따라, 노드(n0)와 제 1 입출력 단자(C-) 또는 제 2 입출력 단자(C+) 사이의 전압이 제 1 다이오드(D1) 또는 제 2 다이오드(D2)의 역방향으로 제공되기 때문에, 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)를 통해 노드(n0)로 흐를 수 있는 누설 전류의 발생이 방지된다.
선형 충전기(130)는 일정한 전류량의 전류가 배터리(200)에 공급될 수 있도록 충전 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 또한, 선형 충전기(130)는 단자(B+)의 전압을 모니터링하여 배터리(200)가 과충전되는 것을 방지하도록 동작한다.
도 6은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 유선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는, 도 6에 도시된 반도체 집적 회로(100)의 유선 충전 모드의 동작이 도 1 및 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 도 6을 참조하면, 반도체 집적 회로(100)는 유선으로 연결된 외부 전원(미도시)에 의해 배터리(200)를 충전할 수 있다.
S110 단계에서, 반도체 집적 회로(100)가 유선 충전 모드에 진입한다. 예를 들어, 반도체 집적 회로(100)의 충전 단자(CHGIN)에 외부 전원(미도시)이 물리적으로 연결되는 경우에 반도체 집적 회로(100)는 유선 충전 모드에 진입할 수 있다.
S120 단계에서, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 제 1 및 제 2 스위치(SW1, SW2)가 턴 오프되고, 제 3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)가 턴 온된다. 이에, 노드(n0)가 접지 노드(GND)와 연결되는 것이 방지된다. S130 단계에서, 선형 충전기(130)가 활성화된다. 이에 따라, 충전 스위치(110)가 턴 온되기 전에 배터리(200)에 충전 전류(Ic)를 공급하기 위한 준비가 완료된다.
S140 단계에서, 충전 스위치(110)의 메인 스위치(SW0)가 턴 온된다. 이어, 충전 단자(CHGIN)와 연결된 외부 전원(미도시)으로부터 공급된 충전 전류(Ic)가 충전 스위치(110)와 선형 충전기(130)를 통해 배터리(200)에 공급된다. 배터리(200)는 공급된 충전 전류(Ic)에 의해 충전된다.
도 7 및 도 8은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 무선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 반도체 집적 회로(100), 배터리(200), 송수신기(300), 그리고 충전 유닛(400)이 도시되었다. 반도체 집적 회로(100)와 배터리(200)의 구성은 도 5에서 도시된 바와 동일하다. 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.
예를 들어, 무선 충전 방식은 자기 유도, 자기 공명, 그리고 안테나 방식의 세 가지를 포함할 수 있다. 자기 유도 방식은 인덕터(inductor) 간의 전자기 유도 현상을 이용하는 충전 방식이다. 자기 공명 방식은 공진 주파수가 동일한 인덕터 간의 자기 공명 현상을 이용하는 충전 방식이다. 또한, 안테나 방식은 안테나의 원역장(far field) 방사 현상을 이용하는 충전 방식이다. 여기서, 본 발명의 반도체 집적 회로(100)는 무선 충전 모드에서 자기 유도 방식의 무선 충전 방식을 이용하는 것으로 가정한다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 본 발명의 반도체 집적 회로(100)는 이에 제한되지 않는다.
송수신기(300)는 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)와 연결된다. 송수신기(300)는 무선 충전 모드에서 충전 유닛(400)으로부터 전달된 전력을 유도 전류(Id)로 변환하고, 변환된 유도 전류(Id)를 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)으로 전달한다. 송수신기(300)는 충전 유닛(400)에서 전달된 전력으로부터 유도 전류(Id)를 유도하기 위한 제 1 인덕터(L1)를 포함할 수 있다. 여기서 제 1 인덕터(L1)의 인덕턴스(inductance)는 충전 유닛(400)의 동작 주파수, 전력 전달 효율 등의 설계적 요소에 의해 변경될 수 있다. 여기서, 송수신기(300)는 제 1 인덕터(L1) 만을 포함하는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 송수신기(300)는 충전 유닛(400)에서 전달된 전력으로부터 유도 전류(Id)를 유도하기 위한 어떠한 회로도 포함할 수 있다.
충전 유닛(400)은 반도체 집적 회로(100), 배터리(200), 그리고 송수신기(300)와 구분된 별도의 장치로 구성될 수 있다. 예를 들어, 충전 유닛(400)은 송수신기(300)와 일정 거리 이상인 경우에만 반도체 집적 회로(100)에 전력을 전달할 수 있다. 혹은, 충전 유닛(400)은 송수신기(300)와 일정 거리 이내인 경우에만 반도체 집적 회로(100)에 전력을 전달할 수 있다. 충전 유닛(400)은 제 2 인덕터(L2) 및 교류 전원(Vr)을 포함할 수 있다. 충전 유닛(400)은 교류 전원(Vr)에 의해 무선 충전 전류(Ir)를 생성할 수 있다. 무선 충전 전류(Ir)는 교류 전원(Vr)의 위상에 따라 변화하는 위상을 가질 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 충전 유닛(400)은 제 2 인덕터(L2) 및 교류 전원(Vr) 만을 포함하는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 충전 유닛(400)은 무선 충전 전류(Ir)의 전류량을 결정하기 위한 저항 등 무선 충전 전류(Ir)를 생성하기 위한 어떠한 구성도 포함할 수 있다.
무선 충전 모드에서, 반도체 집적 회로(100)가 배터리(200)를 무선 충전하기 위한 동작은 다음과 같다. 먼저, 충전 유닛(400)의 교류 전원(Vr)에 의해 무선 충전 전류(Ir)가 발생하고, 무선 충전 전류(Ir)의 위상 변화에 의해 자기장이 발생한다. 발생된 자기장에 의해, 유도 전류(Id)가 송수신기(300)의 제 1 인덕터(L1)를 통해 유도된다. 유도 전류(Id)의 위상은 무선 충전 전류(Ir)의 위상에 따라 변화하게 되고, 무선 충전 전류(Ir)의 위상과 180 도의 위상 차이를 가질 수 있다.
무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)은 유도 전류(Id)의 위상에 따라 연결 관계가 달라지며, 변화되는 연결 관계에 의해 배터리(200)에 제공되는 유도 전류(Id)의 위상은 송수신기(300)에 흐르는 유도 전류(Id)의 위상이 변화하더라도 일정한 범위 내로 유지될 수 있다. 여기서, 유도 전류(Id)의 위상에 따라 두 가지 상태를 정의한다. 이하에서, 제 1 상태는 위상 변화에 따른 유도 전류(Id)의 전류 방향이 제 1 입출력 단자(C-)에서 제 2 입출력 단자(C+) 방향인 경우로 정의한다. 제 2 상태는 위상 변화에 따른 유도 전류(Id)의 전류 방향이 제 2 입출력 단자(C+)에서 제 1 입출력 단자(C-) 방향인 경우로 정의한다.
도 7을 참조하면, 제 1 상태에서 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결 관계가 도시되었다. 제 1 상태에서, 제어 신호(CTRL[1, 4])에 의해 제 1 및 제 4 스위치(SW1, SW4)는 턴 오프되고, 제어 신호(CTRL[2, 3])에 의해 제 2 및 제 3 스위치(SW2, SW3)는 턴 온된다. 이에 따라, 제 3 스위치(SW3), 제 1 인덕터(L1), 제 2 스위치(SW2), 그리고 선형 충전기(130)를 포함하는 제 1 유도 루프(Loop_d1)가 형성된다. 즉, 제 1 상태에서 유도 전류(Id)는 제 1 유도 루프(Loop_d1)를 따라 흐르게 되고, 배터리(200)는 단자(B+)로 제공되는 유도 전류(Id)에 의해 충전된다.
도 8을 참조하면, 제 2 상태에서 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결 관계가 도시되었다. 제 2 상태에서, 제어 신호(CTRL[1, 4])에 의해 제 1 및 제 4 스위치(SW1, SW4)는 턴 온되고, 제어 신호(CTRL[2, 3])에 의해 제 2 및 제 3 스위치(SW2, SW3)는 턴 오프된다. 이에 따라, 제 4 스위치(SW4), 제 1 인덕터(L1), 제 1 스위치(SW1), 그리고 선형 충전기(130)를 포함하는 제 2 유도 루프(Loop_d2)가 형성된다. 즉, 제 2 상태에서 유도 전류(Id)는 제 2 유도 루프(Loop_d2)를 따라 흐르게 되고, 배터리(200)는 단자(B+)로 제공되는 유도 전류(Id)에 의해 충전된다.
도 7 및 도 8에서, 충전 스위치(110)는 제어 신호(CTRL[0])에 의해 턴 오프된다. 따라서, 유도 전류(Id)가 충전 스위치(110)를 통해 충전 단자(CHGIN)로 누설되는 것이 방지된다. 결과적으로, 충전 유닛(400)에 의해 유도된 유도 전류(Id)가 동일한 전류 방향으로 단자(B+)를 통해 배터리(200)에 제공되고, 배터리(200)는 유도 전류(Id)에 의해 충전된다.
도 9는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 무선 충전 모드의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는, 도 9에 도시된 순서도가 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 도 9를 참조하면, 반도체 집적 회로(100)는 송수신기(300)에 의해 유도된 유도 전류(Id)에 의해 배터리(200)를 충전할 수 있다.
S210 단계에서, 반도체 집적 회로(100)가 무선 충전 모드에 진입한다. 예를 들어, 반도체 집적 회로(100)가 충전 유닛(400)에 일정 거리 이내에 진입하는 경우에 반도체 집적 회로(100)는 무선 충전 모드에 진입할 수 있다.
S220 단계에서, 충전 스위치(110)의 메인 스위치(SW0)가 턴 오프된다. S230 단계에서, 선형 충전기(130)가 활성화된다. 이에 따라, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)이 무선 충전 동작을 수행하기 전에 유도 전류(Id)가 배터리(200)에 공급되기 위한 준비가 완료된다.
S230 단계에서, 제어 신호(CTRL[1:4])에 의해, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)가 도 7 및 도 8의 무선 충전 동작을 수행한다. 이어, 배터리(200)는 공급된 유도 전류(Id)에 의해 충전된다.
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 배터리를 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 10을 참조하면, 배터리(200)를 모델링한 회로의 구성이 도시되었다. 배터리(200)는 기생 저항(Rb)과 축전기(Cb)를 포함할 수 있다. 기생 저항(Rb)은 배터리(200)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 기생(parastic) 성분을 모델링한 저항이다. 축전기(Cb)는 노드(n1)를 통해 기생 저항(Rb)과 연결된다. 축전기(Cb)는 도 5의 충전 전류(Ic) 또는 도 7의 유도 전류(Id)에 의해 전하를 축적하고, 이는 전압의 형태로 축전기(Cb)에 저장된다. 예를 들어, 배터리(200)는 리튬 이온(Li-ion) 배터리 또는 리튬 폴리머(Li-Polymer) 배터리 등을 포함할 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 선형 충전기의 동작을 보여주는 회로도이다. 이하에서는, 도 11에 도시된 선형 충전기의 동작이 도 5, 도 7, 도 8, 그리고 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 유선 충전 모드 및 무선 충전 모드에서 선형 충전기(130)의 동작은 다음과 같다.
t0~t1에서, 선형 충전기(130)는 정전류(constant current) 모드로 동작한다. 정전류 모드에서, 선형 충전기(130)는 배터리(200)에 일정한 전류량의 전류가 제공되도록 유선 충전 모드의 충전 전류(Ic) 또는 무선 충전 모드의 유도 전류(Id)의 전류량을 제어한다. 이는 배터리(200)가 과도한 전류에 의해 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
해당 시간 구간에서, 전압(V(B+))은 전압(V(n1))과 일정한 전압 차를 유지한다. 전압 차는 해당 구간에서 배터리(200)에 흐르는 전류와 기생 저항(Rb)에 의해 발생한다. 즉, 배터리(200) 내부의 전압(V(n1))은 충전 전류(Ic) 또는 유도 전류(Id)와 기생 저항(Rb)에 의해 생기는 전압 드롭(voltage drop)과 전압(V(B+))에 의해 결정된다. 즉, 유선 충전 모드에서 'V(n1)=V(B+)-(Ic*Rb)'가 되고, 무선 충전 모드에서 'V(n1)=V(B+)-(Id*Rb)'가 된다.
t1~t2, 선형 충전기(130)는 정전압 모드로 동작한다. 선형 충전기(130)는 V(B+)가 목표 전압(Vtarget)과 같거나 큰 경우에 정전압(constant voltage) 모드로 전환한다. 즉, t1에서, 선형 충전기(130)는 V(B+)가 목표 전압(Vtarget)에 도달한 것을 감지하여 정전압 모드로 전환한다.
선형 충전기(130)가 정전압 모드를 일정 시간 동안 유지하는 이유는 다음과 같다. t1에서 전압(V(B+))이 목표 전압(Vtarget)에 도달하더라도, 실제 배터리(200) 내부의 노드(n1)의 전압은 기생 저항(Rb)의 전압 드롭에 의해 목표 전압(Vtarget)에 도달하지 못한다. 전압(V(n1))은 기생 저항(Rb)과 축전기(Cb)에 의해 결정되는 RC 값에 의해 일정 시간 이후 목표 전압(Vtarget)에 도달하게 된다. 선형 충전기(130)는 전압(V(n1))이 목표 전압(Vtarget)에 도달하는 시간을 보장하기 위해 시간 구간 t1~t2 동안 목표 전압(Vtarget)을 유지하는 정전압 모드로 동작한다.
이어, t2 시점 이후에, 배터리(200)의 과충전을 방지하고 저장된 전압이 방전되는 것을 방지하기 위해, 선형 충전기(130)는 단자(B+)와 노드(n0) 사이를 차단하도록 동작할 수 있다.
도 12는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 12를 참조하면, 반도체 집적 회로(100), 배터리(200), 송수신기(300), 그리고 POS(Point Of Sale) 단말기(500)가 도시되었다. 반도체 집적 회로(100)와 배터리(200)의 구성은 도 5에서 도시된 바와 동일하다. 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.
MST는 신용카드 등의 자기 데이터를 모바일 기기 등에 저장하고, 결제 시에 전송을 위한 별도의 코일을 통해 POS 단말기의 자기 헤드에 결제 정보를 전달하여 결제가 이루어지도록 하는 기술이다. 결제 정보는 PAN(Primary Account Number), DAN(Device Account Number), 가상 신용카드 정보(virtual credit card information), BIN(Bank Information Number), CSC(Card Security Code), CVV(Card Verification Value) 또는 암호데이터(cryptogram) 등을 포함할 수 있다.
송수신기(300)는 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 제 1 및 제 2 입출력 단자(C-, C+)와 연결된다. 송수신기(300)는 MST 모드에서 배터리(200)로부터 전달된 MST 전류(Im)를 통해 자기장(magnetic field)(B)을 발생시키고, 발생된 자기장(B)을 POS 단말기(500)로 전달한다. 송수신기(300)는 배터리(200)로부터 전달된 MST 전류(Im)를 통해 자기장(B)을 발생시키기 위한 제 3 인덕터(L3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 인덕터(L3)의 인덕턴스(inductance)는 MST 신호 전달 방식 등의 다양한 요소에 의해 변경될 수 있다. 또한, 여기서 송수신기(300)는 제 3 인덕터(L3) 만을 포함하는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 송수신기(300)는 MST 전류(Im)를 통해 자기장(B)을 생성하기 위한 어떠한 회로도 포함할 수 있다. 또한, 도 12의 송수신기(300)는 도 5의 송수신기(300)의 구성과 다를 수 있다. POS(Point Of Sale) 단말기(500)는 결제 정보를 포함하는 자기장(B) 형태로 전달된 자기 신호로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 프로세싱한다.
MST 모드에서, 반도체 집적 회로(100)가 자기 신호를 생성하기 위한 동작은 다음과 같다. 자기 신호는 MST 전류(Im)가 시간에 따라 변화하는 경우에 발생된다. 따라서, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120)은 전달하는 데이터에 따라 MST 전류(Im)를 증가 또는 감소하도록 제어한다. MST 전류(Im)의 주기적인 변화는 자기 신호의 주기를 형성할 수 있다. 이러한 자기 신호의 주기는 변화할 수 있다. 즉, 자기 신호의 파형은 기준 주기보다 짧은 제 1 주기를 갖는 구간과 기준 주기보다 긴 제 2 주기를 갖는 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 주기의 자기 신호는 로직 '1'을 의미하고, 제 2 주기의 자기 신호는 로직 '0'을 의미할 수 있다. 혹은, 제 1 주기의 자기 신호는 로직 '0'을 의미하고, 제 2 주기의 자기 신호는 로직 '1'을 의미할 수 있다. 자기 신호의 주기는 제어 신호(CTRL[1:4])의 제어 타이밍에 의해 제어될 수 있다.
상술한 자기 신호의 제 1 및 제 2 주기는 설계 또는 장치 특성 등을 반영하여 변경될 수 있다. 도 12에서, 자기장(B)이 반 시계 방향으로 생성되는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 자기장(B)의 방향은 제 3 인덕터(L3)에 흐르는 MST 전류(Im)의 방향 또는 제 3 인덕터(L3)의 감긴 방향 등에 따라 변경될 수 있다.
무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)은 MST 전류(Im)의 위상에 따라 연결 관계가 달라지며, 변화되는 연결 관계에 의해 송수신기(300)에 제공되는 MST 전류(Im)의 전류 방향 또는 위상이 변경될 수 있다. 여기서, MST 전류(Im)의 위상에 따라 두 가지 상태를 정의한다. 이하에서, 제 1 MST 상태는 MST 전류(Im)의 위상 변화에 따른 MST 전류(Im)의 방향이 제 1 입출력 단자(C-)에서 제 2 입출력 단자(C+) 방향인 경우로 정의한다. 제 2 MST 상태는 MST 전류(Im)의 위상 변화에 따른 MST 전류(Im)의 방향이 제 2 입출력 단자(C+)에서 제 1 입출력 단자(C-) 방향인 경우로 정의한다.
도 13은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다. 이하에서는, 도 13에 도시된 타이밍 다이어그램이 도 12를 참조하여 설명될 것이다. 도 13을 참조하면, MST 전류(Im)의 위상 변화에 의해 자기장(B)이 발생되고, 발생된 자기장(B)이 POS 단말기(500)에 전달된다.
t0~t1에서, MST 전류(Im)의 위상이 반대로 변화된다. 즉, t0 이전에, 제 2 입출력 단자(C+)에서 제 1 입출력 단자(C-)로 흐르던 MST 전류(Im)가 제 1 입출력 단자(C-)에서 제 2 입출력 단자(C+)로 흐르도록 변화한다. t0 시점에서 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결 관계가 변경되고, 변경된 연결 관계에 의해 MST 전류(Im)의 위상 변화가 발생한다. 이어, 해당 시간 구간에서의 MST 전류(Im)의 변화에 의해 자기장(B)이 발생되고, 발생된 자기장(B)은 자기 신호로서 POS 단말기(500)에 전달된다.
t1~t2에서, MST 전류(Im)의 위상 변화가 완료되고, MST 전류(Im)는 일정한 방향으로 일정한 전류량을 유지하며 흐르게 된다. 이 경우, MST 전류(Im)의 전류량 또는 위상이 변화하지 않기 때문에, 자기장(B)은 발생하지 않는다. t0~t2의 시간 구간은 상술한 제 1 MST 상태에 대응된다.
t2~t3에서, MST 전류(Im)의 위상이 다시 변화된다. 즉, t2 이전에 제 1 입출력 단자(C-)에서 제 2 입출력 단자(C+)로 흐르는 MST 전류(Im)가 제 2 입출력 단자(C+)에서 제 1 입출력 단자(C-)로 흐르도록 변화한다. 또한, 이러한 위상 변화는 t2 시점에서 변경된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결관계에 의해 발생한다. t0~t1 시간 구간과 마찬가지로, 해당 시간 구간에서의 MST 전류(Im)의 변화에 의해 발생된 자기장(B)은 자기 신호로서 POS 단말기(500)에 전달된다.
t3~t4에서, MST 전류(Im)의 위상 변화가 완료되고, MST 전류(Im)는 일정한 방향으로 일정한 전류량을 유지하며 흐르게 된다. t1~t2의 시간 구간과 마찬가지로, MST 전류(Im)의 전류량 또는 위상이 변화하지 않기 때문에, 자기장(B)은 발생하지 않는다. t2~t4의 시간 구간은 상술한 제 2 MST 상태에 대응된다.
t4 이후의 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a) 동작과 이에 따른 MST 전류(Im)의 변화는 t0~t4에서 설명된 바와 동일하다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 14 및 도 15는 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 제 1 MST 상태 및 제 2 MST 상태의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 14 및 도 15에서, 충전 스위치(110)는 제어 신호(CTRL[0])에 의해 턴 오프된다. 따라서, MST 전류(Im)가 충전 단자(CHGIN)로 누설되는 것이 방지된다.
도 14를 참조하면, 제 1 MST 상태에서 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결 관계가 도시되었다. 제 1 MST 상태에서, 제어 신호(CTRL[1, 4])에 의해 제 1 및 제 4 스위치(SW1, SW4)는 턴 오프되고, 제어 신호(CTRL[2, 3])에 의해 제 2 및 제 3 스위치(SW2, SW3)는 턴 온된다. 이에 따라, 제 3 스위치(SW3), 제 3 인덕터(L3), 제 2 스위치(SW2), 그리고 선형 충전기(130)를 포함하는 제 1 MST 루프(Loop_m1)가 형성된다. 즉, 제 1 MST 상태에서 MST 전류(Im)는 제 1 MST 루프(Loop_m1)를 따라 흐르게 되고, 송수신기(300)는 배터리(200)로부터 제공되는 MST 전류(Im)의 전류량 변화 또는 위상 변화에 의해 자기 신호를 생성한다.
도 15를 참조하면, 제 2 MST 상태에서 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 연결 관계가 도시되었다. 제 2 MST 상태에서, 제어 신호(CTRL[1, 4])에 의해 제 1 및 제 4 스위치(SW1, SW4)는 턴 온되고, 제어 신호(CTRL[2, 3])에 의해 제 2 및 제 3 스위치(SW2, SW3)는 턴 오프된다. 이에 따라, 제 4 스위치(SW4), 제 3 인덕터(L3), 제 1 스위치(SW1), 그리고 선형 충전기(130)를 포함하는 제 2 MST 루프(Loop_m2)가 형성된다. 즉, 제 2 MST 상태에서 MST 전류(Im)는 제 2 MST 루프(Loop_m2)를 따라 흐르게 되고, 송수신기(300)는 배터리(200)로부터 제공되는 MST 전류(Im)의 전류량 변화 또는 위상 변화에 의해 자기 신호를 생성한다.
도 16은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로의 MST 모드의 동작을 보여주는 순서도이다. 이하에서는, 도 16의 순서도가 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명될 것이다. 도 16을 참조하면, 반도체 집적 회로(100)는 배터리(200)로부터 제공된 MST 전류(Im)에 의해 자기 신호를 생성할 수 있다.
S310 단계에서, 반도체 집적 회로(100)가 MST 모드에 진입한다. 예를 들어, 반도체 집적 회로(100)가 POS 단말기(500)에 일정 거리 이내에 진입하는 경우에 반도체 집적 회로(100)는 MST 모드에 진입할 수 있다.
S320 단계에서, 충전 스위치(110)의 메인 스위치(SW0)가 턴 오프된다. S330 단계에서, 선형 충전기(130)가 활성화된다. 여기서, 선형 충전기(130)는 도 11에서 설명된 정전류 동작 또는 정전압 동작과 다른 동작을 수행할 수 있다. 즉, 선형 충전기(130)는 스위치로 동작하고 최대로 턴 온되어, 단자(B+)의 전압을 노드(n0)에 그대로 전달할 수 있다. S310 내지 S330 단계를 통해, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)은 자기 신호를 생성하기 위한 준비를 완료한다.
S340 단계에서, 제어 신호(CTRL[1:4])에 의해, 무선 충전 및 MST 겸용 유닛(120a)의 제 1 내지 제 4 스위치(SW1~SW4)는 도 12 내지 도 15의 MST 모드의 동작을 수행한다. 이어, 반도체 집적 회로(100)는 송수신기(300)와 함께 자기 신호를 생성한다.
도 17은 도 1에 도시된 반도체 집적 회로를 포함하는 전자 장치를 보여주는 블록도이다. 도 17을 참조하면, 전자 장치(1000)는 반도체 집적 회로(1100), 배터리(1200), 송수신기(1300), 컨트롤러(1400), 그리고 OVP(1500)를 포함할 수 있다. 반도체 집적 회로(1100), 배터리(1200), 그리고 송수신기(1300)의 구성 및 동작은 도 1 내지 도 16에서 설명된 바와 같다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
컨트롤러(1400)는 반도체 집적 회로(1100)를 제어하기 위한 제어 신호(CTRL[0:4])를 생성하고, 생성된 제어 신호(CTRL[0:4])를 반도체 집적 회로(1100)에 제공할 수 있다. 제공된 제어 신호(CTRL[0:4])에 의해 반도체 집적 회로(1100)는 도 1 내지 도 16에서 설명된 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, MST 모드의 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(1400)는 AP(Application Processor)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1400)는 송수신기(1300)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 송수신기(1300)의 동작에 따라 요구되는 인덕턴스 또는 추가적인 회로는 무선 충전 모드와 MST 모드에서 달라질 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(1400)는 각각의 모드에 따라 송수신기(1300)의 구성을 변경하도록 송수신기(1300)를 제어할 수 있다.
전자 장치(1000)는 반도체 집적 회로(1100)와 충전 단자(CHGIN) 사이에 OVP(1500)를 더 포함할 수 있다. OVP(1500)는 예상하지 못하게 발생할 수 있는 과도한 전류가 충전 단자(CHGIN) 또는 반도체 집적 회로(1100)로 흐르는 것을 방지한다. 도 17에서, OVP(1500)가 전자 장치(1000)에 포함되는 것으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로, OVP(1500)는 전자 장치(1000) 외부에 별도로 구현될 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리와 중간 노드를 통해 연결되고, 유선 충전 모드 시 상기 배터리를 유선 충전하기 위한 전류 통로를 제공하는 충전 스위치; 그리고
    상기 중간 노드와 접지 사이에 연결되는 무선 충전 및 MST 겸용 유닛을 포함하되,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 상기 유선 충전 모드 시 상기 중간 노드와 상기 접지 사이를 차단하고, 무선 충전 모드 시 무선 충전 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리에 제공하고, MST(Magnetic Secure Transmission) 모드 시 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리로부터 제공받도록 구성되는 반도체 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어,
    상기 충전 스위치는 상기 무선 충전 모드 또는 MST 모드 시 턴 오프되는 반도체 집적 회로.
  3. 제 1 항에 있어,
    상기 충전 스위치는 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 단자가 상기 중간 노드에 연결된 반도체 집적 회로.
  4. 제 1 항에 있어,
    상기 중간 노드와 상기 배터리 사이에 연결된 선형 충전기(Linear Charger)를 더 포함하는 반도체 집적 회로.
  5. 제 4 항에 있어,
    상기 선형 충전기는,
    상기 무선 충전 모드 또는 상기 유선 충전 모드 시, 상기 배터리에 일정한 전류량을 갖는 전류를 전달하고,
    상기 MST 모드 시, 상기 자기 신호를 생성하기 위해 상기 배터리로부터 상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛에 상기 배터리의 전압을 상기 중간 노드로 전달하는 반도체 집적 회로.
  6. 제 1 항에 있어,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 제 1 내지 제 4 제어 신호에 따라 제어되되,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은:
    상기 제 1 제어 신호에 따라, 상기 중간 노드와 제 1 입출력 노드 사이의 전류 통로를 제공하는 제 1 스위치;
    상기 제 2 제어 신호에 따라, 상기 중간 노드와 제 2 입출력 노드 사이의 전류 통로를 제공하는 제 2 스위치;
    상기 제 3 제어 신호에 따라, 상기 제 1 입출력 노드와 접지 사이의 전류 통로를 제공하는 제 3 스위치; 그리고
    상기 제 4 제어 신호에 따라, 상기 제 2 입출력 노드와 상기 접지 사이의 전류 통로를 제공하는 제 4 스위치를 더 포함하는 반도체 집적 회로.
  7. 제 6 항에 있어,
    상기 제 1 및 제 2 스위치는 각각 PMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 스위치는 각각 NMOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 집적 회로.
  8. 제 6 항에 있어,
    상기 유선 충전 모드 시, 상기 제 1 및 제 2 스위치가 턴 오프되고 상기 제 3 및 제 4 스위치가 턴 온되는 반도체 집적 회로.
  9. 제 6 항에 있어,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 상기 자기 신호를 생성하거나 상기 무선 충전 전류를 생성하기 위한 송수신기와 상기 제 1 및 제 2 입출력 노드를 통해 전류 통로를 제공하도록 연결되는 반도체 집적 회로.
  10. 제 9 항에 있어,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 상기 무선 충전 모드 시, 상기 제 1 입출력 노드, 상기 송수신기, 그리고 상기 제 2 입출력 노드를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 온되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 오프되거나, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 오프되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 온되어 상기 무선 충전 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리에 제공하는 반도체 집적 회로.
  11. 제 9 항에 있어,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 상기 MST 모드 시, 상기 제 1 입출력 노드, 상기 송수신기, 그리고 상기 제 2 입출력 노드를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 온되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 오프되거나, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 오프되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 온되어 상기 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리로부터 제공받는 반도체 집적 회로.
  12. 제 6 항에 있어,
    상기 무선 충전 및 MST 겸용 유닛은 상기 중간 노드와 상기 접지 사이에 연결된 축전기를 더 포함하는 반도체 집적 회로.
  13. 제 6 항에 있어,
    상기 중간 노드와 상기 배터리 사이에 연결되는 선형 충전기를 더 포함하는 반도체 집적 회로.
  14. 유선 충전 모드, 무선 충전 모드, 그리고 MST 모드의 동작을 지원하는 반도체 집적 회로의 유선 충전 방법에 있어,
    상기 반도체 집적 회로가 상기 유선 충전 모드에 진입하는 단계;
    상기 반도체 집적 회로에 포함된 무선 충전 및 MST 겸용 유닛의 중간 노드에 각각 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 스위치가 턴 오프되고, 상기 제 1 스위치와 접지 사이에 연결된 제 3 스위치가 턴 온되고, 상기 제 2 스위치와 상기 접지 사이에 연결된 제 4 스위치가 턴 온되는 단계;
    상기 중간 노드와 배터리 사이에 연결된 선형 충전기가 동작하는 단계; 그리고
    외부 전원과 상기 중간 노드 사이에 연결된 충전 스위치가 턴 온되는 단계를 포함하는 유선 충전 방법.
  15. 제 14 항에 있어,
    상기 제 1 및 제 2 스위치는 각각 PMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 스위치는 각각 NMOS 트랜지스터를 포함하는 유선 충전 방법.
  16. 배터리;
    상기 배터리와 연결되고, 상기 배터리의 유선 충전 모드, 상기 배터리의 무선 충전 모드, 그리고 MST 모드의 동작을 지원하기 위한 반도체 집적 회로;
    상기 반도체 집적 회로와 연결되고, 상기 반도체 집적 회로가 상기 무선 충전 모드 또는 MST 모드의 동작을 수행하도록 제어되는 송수신기; 그리고
    상기 송수신기를 제어하고, 상기 유선 충전 모드 또는 상기 무선 충전 모드 시 상기 반도체 집적 회로가 상기 배터리에 전류를 제공하거나 상기 MST 모드 시 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 상기 반도체 집적 회로가 상기 배터리로부터 제공받도록 제어하기 위한 제어 신호를 상기 반도체 집적 회로에 제공하는 컨트롤러를 포함하는 전자 장치.
  17. 제 16 항에 있어,
    상기 반도체 집적 회로는:
    중간 노드를 통해 상기 배터리와 연결되고, 상기 제어 신호에 포함된 유선 충전 제어 신호에 따라 상기 유선 충전 모드 시 상기 배터리를 유선 충전하기 위한 전류 통로를 제공하는 충전 스위치;
    상기 제어 신호에 포함된 제 1 제어 신호에 따라, 상기 중간 노드와 제 1 입출력 노드 사이에 전류 통로를 제공하는 제 1 스위치;
    상기 제어 신호에 포함된 제 2 제어 신호에 따라, 상기 중간 노드와 제 2 입출력 노드 사이에 전류 통로를 제공하는 제 2 스위치;
    상기 제어 신호에 포함된 제 3 제어 신호에 따라, 상기 제 1 입출력 노드와 접지 사이에 전류 통로를 제공하는 제 3 스위치; 그리고
    상기 제어 신호에 포함된 제 4 제어 신호에 따라, 상기 제 2 입출력 노드와 상기 접지 사이에 전류 통로를 제공하는 제 4 스위치를 포함하되,
    상기 송수신기는 상기 제 1 및 제 2 입출력 노드와 연결되는 전자 장치.
  18. 제 17 항에 있어,
    상기 컨트롤러는 상기 유선 충전 모드 시 상기 제 1 및 제 2 스위치가 턴 오프되고 상기 충전 스위치, 상기 제 3 및 제 4 스위치가 턴 온되도록 상기 유선 충전 제어 신호 및 상기 제 1 내지 제 4 제어 신호를 생성하는 전자 장치.
  19. 제 17 항에 있어,
    상기 컨트롤러는 상기 무선 충전 모드 시 상기 충전 스위치를 턴 오프하도록 상기 유선 충전 제어 신호를 생성하고,
    상기 제 1 입출력 노드, 상기 송수신기, 그리고 상기 제 2 입출력 노드를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 온되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 오프되거나, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 오프되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 온되어 무선 충전 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리에 제공하도록 상기 제 1 내지 제 4 제어 신호를 생성하는 전자 장치.
  20. 제 17 항에 있어,
    상기 컨트롤러는 상기 MST 모드 시 상기 충전 스위치가 턴 오프되도록 상기 유선 충전 제어 신호를 생성하고,
    상기 제 1 입출력 노드, 상기 송수신기, 그리고 상기 제 2 입출력 노드를 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 온되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 오프하거나, 상기 제 2 및 제 3 스위치가 턴 오프되고 상기 제 1 및 제 4 스위치가 턴 온되어 상기 반도체 집적 회로가 상기 자기 신호를 생성하기 위한 전류를 상기 중간 노드를 경유하여 상기 배터리로부터 제공받도록 상기 제 1 내지 제 4 제어 신호를 생성하는 전자 장치.
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