KR20120088071A

KR20120088071A - 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템

Info

Publication number: KR20120088071A
Application number: KR1020110009140A
Authority: KR
Inventors: 이현엽
Original assignee: 이현엽
Priority date: 2011-01-29
Filing date: 2011-01-29
Publication date: 2012-08-08

Abstract

본 발명은 수mm 이내의 초근거리에서 데이터의 전송이 가능한 새로운 직렬 통신방식에 관한 것으로, 유선 또는 RF 방식이 아닌 정전유도 현상을 이용하므로 하나의 기기를 다른 기기 위에 올려 놓거나 서로 근접시키면 연결 케이블 없이 데이터의 전송이 가능한 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 용량성 패드에 의해 기기간에 유기된 미약한 신호를 증폭한 다음 증폭된 데이터의 상승 및 하강점의 신호를 추출한 후 이를 이용하여 원래의 신호를 복원하는 데이터 전송방식을 사용한다. 본 방식은 기존의 다양한 통신 인터페이스 방식에 비해 간단하며, 편리성, 소형화, 저가, 저전력의 장점과 함께 높은 수준의 보안성이 제공되며, 따라서 홈네트워크, e-뱅킹, 및 차세대 유비쿼터스 환경 등에서 소형화, 슬림화 및 보안성 요구되는 핸드폰, MP3플레이어, AV장비, 디지털카메라, PDA, 셋톱박스 등의 휴대용 기기에 특히 활용이 가능하다.

Description

용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템 {Contactless Extremely Short-distance Communication System Using Capacitive Pads}

본 발명은 수mm 이내의 초근거리에서 데이터의 전송이 가능한 새로운 비접촉 직렬 통신방식에 관한 것으로, 기존에 사용되던 유선 또는 RF 방식이 아닌 도체 간의 정전유도 현상을 이용하여 하나의 기기를 다른 기기 위에 올려 놓거나 서로 근접시키면 연결 케이블 없이 데이터의 전송이 가능한 통신 시스템에 관한 것이다.

기기간의 데이터 전송을 위한 근거리 통신방식에는 다양한 유무선 방식이 이용되고 있다. 먼저 대표적인 근거리의 유선에 의한 직렬 통신기술에는 RS-232C, MODEM, IEEE1394, USB (universal serial bus), Fibre channel, Serial ATA 등이 있으며, 기기간의 연결을 위하여는 각각의 기기에 커넥터와 커넥터 간을 연결하는 연결케이블이 필요하므로 불편하다. 반면에 근거리의 무선에 의한 직렬통신 방식은 전자기적 전달현상이나 적외선 등을 이용하나 RF나 적외선의 생성과 변조과정이 필요하여 복잡하며, 일반적으로 가격이 높고, 안테나를 설치하여야 하며, 전달거리 내 보안이 필요한 단점이 있다. 대표적인 근거리 무선 직렬 통신기술에는 블루투스, 적외선통신(IrDA), 지그비(Zigbee) 등의 기술이 있으며 어떤 것이 뛰어나냐는 논쟁과 관계 없이 각각의 용도에 맞게 다양한 기기에 활용되고 있으나, 차세대 홈네트워크, 유비쿼터스, 임베디드 시스템 등의 환경등에서 사용되는 다양한 기기가 요구하는 이동성, 소형화 및 슬림화, 저전력성, 저렴성 등의 기능을 충족하기 위하여는 이에 적합한 기기간의 새로운 근거리 데이터 통신방법이 요구된다.

본 발명은 데이터의 전송에 케이블이나 RF를 사용하지 않고도 퍼스널 컴퓨터에 MP3 플레이어를 단순히 올려놓기만 하면 연결 케이블 없이 음악파일의 전송이 가능하거나 두 휴대폰을 서로 맞대면 전자명함이나 전화번호 등의 교환이 가능하도록 하기 위한 새로운 근거리 데이터 통신방법을 제시하기 위한 것이다.

본 발명은 정전유도 현상을 이용한 용량성 금속패드에 의해 기기간에 데이터의 전송이 이루어지도록 함으로써 기존의 모든 인터페이스 방식에 비해 저가, 저전력으로 높은 수준의 보안성을 제공할 수 있어 홈네트워크 및 차세대 유비쿼터스 환경 등에서 적용은 물론 특히 휴대전화, AV장비, 디지털카메라, PDA, 셋톱박스 등의 휴대용 기기 등 각종 기기에 슬림화 및 소형화가 가능하도록 지원함에 목적이 있다.

본 발명은 초근거리 통신을 위하여 금속패드 간의 정전유도 현상을 이용하며. 이때 유기된 디지털 신호의 에지(edge) 펄스를 증폭 처리하여 원래의 전송신호를 복원하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수mm 이내의 초근거리에서 데이터의 전송이 가능한 새로운 직렬 통신방식으로서 유선 또는 RF 방식이 아닌 정전유도 현상을 이용하므로 하나의 기기를 다른 기기 위에 올려 놓거나 서로 근접시키면 연결 케이블이나 RF의 사용 없이 데이터를 전송할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 데이터 전송방식은 저전력의 장점과 함께 높은 수준의 보안성이 제공되어 음악파일, 전화번호는 물론 전자상거래 등과 같은 각종 정보를 주고받는데 편리하고, 따라서 홈네트워크, e-뱅킹, 및 차세대 유비쿼터스 환경 등에서 소형화, 슬림화 및 보안성 요구되는 핸드폰, MP3플레이어, AV장비, 디지털카메라, PDA, 셋톱박스 등의 휴대용 기기에 특히 활용이 가능하다.

도 1은 용량성 금속패드에 의해 초근거리 내에서 데이터의 단방향 전송이 가능한 본 발명에 따른 비접촉식 데이터 전송 시스템의 전체적인 구성을 보이는 사시도.
도 2는 도 1의 용량성 금속패드에 의해 초근거리 내에서 데이터의 전송이 가능한 본 발명에 따른 비접촉식 데이터 전송 시스템의 세부적인 구성을 보이는 하드웨어 블록도.
도 3의 (a)~(f)는 도 2의 전체 시스템에 대한 하드웨어 구성도에서 기기1의 출력 데이터가 정전용량 패드와 기기 2의 수신부를 통해 원래의 신호로 복원되는 과정을 설명하는 단계별 동작신호의 파형 그래프.
도 3의 (a)는 기기 1의 신호 출력원에서 출력되어 기기1의 용량성 패드로 인가되는 신호 S의 파형을 나타낸 그래프이고,
도 3의 (b)는 기기1과 기기 2의 용량성 패드를 통해 수신부로 유기된 신호가 수신부의 에지검출부를 통해 생성된 에지펄스 E의 파형을 표시하는 그래프이고,
도 3의 (c)는 (b)의 에지펄스가 신호증폭부에 의해 증폭된 파형 A를 나타낸 그래프이고,
도 3의 (d)는 (c)의 증폭된 에지펄스 중에서 신호의 하강에지가 하위신호 제거부에 의해 제거된 후 신호 복원부의 동작에 적합한 레벨로 변환된 신호 UL 을 표시하는 그래프이고,
도 3의 (e)는 (c)의 증폭된 에지펄스 중에서 신호의 상승에지가 상위신호 제거부에 의해 제거된 후 신호 복원부에 적합한 레벨로 변환된 신호 DL 을 표시하는 그래프이고,
도 3의 (f)는 (d)와 (e)의 상승 및 하강에지 펄스를 이용하여 원래의 데이터로 복원된 파형 VR을 보이는 그래프이다.
도 4는 용량성 금속패드에 의해 초근거리 내에서 양방향 데이터의 전송이 가능한 본 발명에 따른 비접촉식 데이터 전송 시스템의 전체적인 구성을 보이는 사시도.
도 5는 용량성 금속패드에 의해 초근거리 내에서 양방향의 데이터 전송이 가능한 본 발명에 따른 비접촉식 데이터 전송 시스템에서 각 기기에 연결된 송신 및 수신용의 두 개의 금속패드를 기기에 내장하기 위한 목적으로 이를 모듈화한 용량성 패드모듈의 입체적인 구조의 예를 보이는 사시도.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초근거리의 비접촉식 데이터 전송 시스템은 기기간에 데이터의 전송을 위하여 송신부의 용량성 패드에 인가된 데이터 신호가 패드간의 정전유도 현상에 의해 수신부의 용량성 패드에 유기되도록 하고, 유기된 미약한 신호를 증폭한 후에 이 데이터 신호의 상승 및 하강정보를 추출한 후 이를 이용하여 원래의 데이터 신호를 복원시킴으로써 기기간에 데이터를 전송할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 사용하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

용량성 패드를 이용한 기기간의 초근거리 통신시스템의 구성은 기본적으로 도 1에서 보는 바와 같이 데이터를 전송하려는 기기1(10)과 데이터를 수신하려는 기기2(20), 그리고 각각의 기기에 부착되어 정전유도 현상에 의해 전송부(10)의 데이터 신호가 수신부(20)에 유기될 수 있도록 하는 기능의 정전유도 패드(30)로 구성된다.

도 1의 초근거리 통신 시스템에서 기기1(10)의 송신부와 기기2(20)의 수신부에 대한 세부적인 하드웨어 구성은 도 2에서 보는 바와 같으며 송신부인 기기 1(10)의 출력신호원(12)의 신호가 용량성 패드(30)에 직접 인가되면 수신부인 기기2(20)의 용량성 패드를 통해(30) 수신부로 신호가 전송될 수 있도록 한다.

정전유도 현상을 이용한 정전용량 패드(30)에 의해 기기1(10)에서 기기2(20)로 유기된 데이터 신호는 이 데이터의 상승에지와 하강에지를 검출하는 에지 검출부(21)와, 검출된 에지신호를 다음 단에서 처리할 수 있는 크기로 증폭하는 신호증폭부(22), 증폭된 신호가 일정 레벨을 초과하지 않도록 제한하는 리미터부(23), 에지신호 중에서 상위부분 만을 남도록 하는 하위신호 제거부(24)와, 이 신호를 신호복원부에서 사용되는 레벨로 신호를 변환하기 위한 레벨변환부(25,28), 리미터부(23)에서 출력되는 에지신호 중에서 하위부분 만을 남기기 위한 상위신호 제거부(26), 이 신호의 위상을 반전시키기 위한 위상변환부(27) 등을 거쳐, 플립플롭 등으로 구성된 신호복원부(29)에 의해 최종적으로 상기한 상승 및 하강 에지신호를 이용하여 원래의 송신부에서 출력한 데이터가 복원된다.

도 3은 도 2의 하드웨어 구성에 의해 기기1(10)에서 출력되는 전송 데이터가 기기 간의 용량성 패드(30)와 기기 2(20)의 수신부를 통해 원래의 신호로 복원되는 과정을 도시한 동작파형 그래프이다.

도 3의 (a)는 기기 1(10)의 신호출력원(12)에서 출력되어 기기1의 용량성 패드(30)에 인가되는 신호 S의 파형을 나타낸 그래프이고 ;

도 3의 (b)는 기기1(10)에서 용량성 패드(30)를 통해 수신부(20)로 유기된 신호가 에지 검출부(21)를 통해 출력되는 에지펄스 E의 출력파형을 표시하는 그래프이고 ;

도 3의 (c)는 (b)의 에지펄스가 신호 증폭부(22)에 의해 증폭된 파형 A, 또는 증폭된 파형의 진폭크기를 제한하기 위한 리미터부(23)에서 출력되는 파형을 나타낸 그래프이며 ;

도 3의 (d)는 (c)에서 증폭된 에지펄스 A 중에서 하위신호 제거부(24)에 의해 신호의 하위부분이 제거된 후 신호 복원부(29)의 동작에 적합한 레벨로 변환된 신호 UL 을 표시하는 그래프이며 ;

도 3의 (e)는 (c)에서 증폭된 에지펄스 중에서 상위신호 제거부(26)에 의해 신호의 상위부분이 제거된 후 신호 복원부(29)의 동작에 적합한 레벨로 변환된 신호 DL 을 표시하는 그래프이며 ;

도 3의 (f)는 (d)와 (e)의 상승 및 하강 에지 펄스를 이용하여 최종적으로 복원된 데이터의 파형을 보이는 그래프를 나타낸다.

도 1의 시스템은 기본적으로 단방향의 데이터 전송만이 가능한 구조이므로 하프-듀플렉스와 같은 양방향의 데이터 전송이 가능하도록 도 4와 같이 기기1(10)과 기기2(20) 간에 용량성 패드(30)를 추가한 후 다양한 데이터 전송 프로토콜을 이용하면 기기간에 양방향의 데이터 전송이 가능하다.

하프-듀플렉스와 같은 양방향의 데이터 전송을 위한 용량성 패드는 도 5와 같이 양방향 통신을 위한 두 개의 용량성 금속패드(30,40)가 절연체(32)에 의해 분리되어 있는 용량성 패드모듈(50) 형태로 구성하여 사용이 가능하고, 아울러 데이터의 수신회로는 반도체 칩에 집적화하며 기기에 내장되도록 하면 새로운 근거리 무선통신 인터페이스로서 다양한 기기에서 활용이 가능하다.

10 : 기기1 12 : 기기1의 출력신호원
20 : 기기2 21 : 에지검출부
22 : 신호증폭부 23 : 리미터부
24 : 하위신호제거부 25 : 레벨변환부
26 : 상위신호제거부 27 : 위상변환부
28 : 레벨변환부 29 : 신호복원부
30 : 용량성 금속패드 32 : 절연체
40 : 용량성 금속패드 50 : 용량성 패드모듈

Claims

두 기기간에 데이터를 전송하기 위한 근거리 무선통신 시스템에서,
데이터를 전송하려는 송신부인 기기1(10)과 ;
데이터를 수신하려는 수신부인 기기2(20)와 ;
송신부(10)의 출력부와 수신부(20)의 입력부에 연결된 두개의 용량성 금속패드(30)로 구성되어 용량성 패드의 정전유도 현상에 의해 두 기기(10,20) 간에 데이터 전송이 이루어지도록 고안됨을 특징으로 하는 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템.
제 1항에서 송신부인 기기1(10)의 출력신호원(12)에 의해 기기1(10)의 용량성 패드(30)에 인가된 출력신호는 정전유도 현상에 의하여 수신부인 기기2(20)의 용량성 패드(30)로 유기되어 수신부(20)에서 다시 원 신호로 복원될 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템
제 1항에서 원 신호를 복원하기 위한 수신부의 구성은,

용량성 패드(30)에 의해 기기1(10)에서 기기2(20)으로 유기된 데이터 신호에서 상승에지와 하강에지를 검출하는 에지 검출부(21)와 ;

검출된 미약한 에지신호를 다음 단의 블록에서 이용이 가능한 충분한 진폭의 크기로 증폭하는 신호증폭부(22)와 ;

증폭된 신호가 일정한 진폭 레벨을 초과하지 않도록 제한하는 리미터부(23)와 ;

에지신호 중에서 상승에지 만을 남도록 하는 하위신호 제거부(24)와 ;

이 신호를 신호복원부(29)에서 사용되는 레벨로 신호의 크기를 변환하는 레벨변환부(25,28)와 ;

리미터부(23)에서 출력되는 에지신호 중에서 하강에지 신호만을 남기기 위한 상위신호 제거부(26)와 ;

남겨진 하강에지 신호의 위상을 반전시키기 위한 위상변환부(27)와 ;

상기한 상승 및 하강에지 신호를 이용하여 원래의 송신부의 데이터를 최종적으로 복원되도록 하기 위한 신호복원부(29)로 구성됨을 특징으로 하는 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템
제 1항에서 용량성 패드(30) 를 이용한 기기1(10)과 기기2(20)의 비접촉식 방식에 의한 단방향 데이터 전송방법은 두 기기간에 용량성 패드(40)를 추가하여 다양한 데이터 전송 프로토콜의 사용에 의해 하프-듀플렉스와 같은 양방향의 데이터 전송이 가능하도록 확장하여 구성될 수 있음을 특징으로 하는 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템.
제 4항에서 양방향의 데이터 전송을 위한 용량성 패드는 데이터의 송수신을 위한 두 개의 용량성 금속패드(30,40)가 절연체(32)에 의해 분리되고, 각종 기기에 내장할 수 있는 다양한 크기, 모양 및 전기적 특성을 갖는 용량성 패드모듈(34) 형태로 구성됨을 특징으로 하는 용량성 패드를 이용한 비접촉식 초근거리 통신시스템.