KR20140004870A - 데이터 수신 장치 및 수신 방법, 데이터 전송 장치, 데이터 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
무선으로 전력을 송수신하는 시스템에서 데이터를 통신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 데이터 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키고, 상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다.
Description
아래의 실시 예들은 무선으로 전력을 송수신하는 시스템에서 데이터를 통신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력전송에 대한 연구는 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 증가 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 그 중에서도 근거리 무선 전력 전송에 대한 연구가 집중되고 있다. 근거리 무선 전력 전송이라 함은 동작 주파수에서 파장의 길이에 비해 송수신 코일간의 거리가 충분히 작은 경우를 의미한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 송수신 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 무선 전력을 전송하고 수신하는 과정에서 소스와 타겟은 제어 정보를 공유할 필요가 있다.
일 측면에 있어서, 데이터 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 에너지 방전부 및 상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 복조부를 포함할 수 있다.
상기 에너지 방전부는 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 소모시키는 저항 및 상기 저항과 상기 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 포함할 수 있다.
상기 복조부는 상기 반사된 에너지의 양에 기초하여, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 판단하고, 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다.
상기 에너지 방전부는 상기 저항에서 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 상기 소스 공진기의 공진 주파수를 변경시키는데 사용되는 제1 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 데이터 수신 장치는 상기 소스 공진기에 인가되는 전압의 크기를 측정하는 측정부 및 상기 측정부에서 측정된 전압의 크기에 기초하여, 상기 소스 공진기에 저장된 에너지의 방전여부를 결정하는 결정부를 더 포함할 수 있다.
상기 복조부는 상기 에너지 수신 장치와 에너지 전송 장치 간의 거리에 기초하여 상기 소스 공진기에 저장되는 에너지의 파형으로부터 샘플링을 수행하는 아날로그 디지털 변환기의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 조절하는 다이나믹 레인지 제어부를 포함할 수 있다.
상기 복조부는 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양을 복조가 가능한 크기로 증폭하는 증폭부를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 데이터 전송 장치는 타겟 공진기와 소스 공진기 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신하는 에너지 수신부 및 상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 변조부를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 데이터 전송 장치는 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하여, 상기 상호 공진 여부를 제어할 수 있다.
일 측면에 있어서, 데이터 통신 시스템은 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키고, 상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 데이터 수신 장치 및 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신하고, 상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 수신한 에너지 중 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 데이터 전송 장치를 포함할 수 있다.
상기 데이터 수신 장치는 상기 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기와 연결된 저항을 통하여 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 에너지 방전부 및 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 복조부를 포함할 수 있다.
상기 데이터 전송 장치는 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양을 조절하는 제어부 및 상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 제어부에서 조절한 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 변조부를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 데이터 수신 방법은 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 단계 및 상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방전시키는 단계는 스위치를 이용하여 저항과 상기 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 단계 및 상기 저항을 이용하여 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 소모시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복조하는 단계는 상기 반사된 에너지의 양에 기초하여, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 판단하는 단계 및 상기 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방전시키는 단계는 상기 저항에서 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 제1 캐패시터와 상기 소스 공진기를 연결하여, 상기 소스 공진기의 공진 주파수를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템에서 송신단과 수신단의 스위치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 데이터 수신 장치의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 데이터 전송 장치의 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 블록도이다.
도 7은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 등가회로이다.
도 8은 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 스위치들의 동작을 나타낸다.
도 9는 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 소스 공진기에 인가되는 전압의 그래프와 타겟 공진기에 인가되는 전압의 그래프를 나타낸다.
도 10은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 특정 비트를 전송하는 경우의 스위치들의 동작 타이밍 및 소스 공진기에 인가되는 전압의 파형과 타겟 공진기에 인가되는 전압의 파형을 나타낸다.
도 11은 일실시예에 따른 데이터 수신 방법의 흐름도이다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템에서 송신단과 수신단의 스위치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 데이터 수신 장치의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 데이터 전송 장치의 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 블록도이다.
도 7은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 등가회로이다.
도 8은 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 스위치들의 동작을 나타낸다.
도 9는 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 소스 공진기에 인가되는 전압의 그래프와 타겟 공진기에 인가되는 전압의 그래프를 나타낸다.
도 10은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 특정 비트를 전송하는 경우의 스위치들의 동작 타이밍 및 소스 공진기에 인가되는 전압의 파형과 타겟 공진기에 인가되는 전압의 파형을 나타낸다.
도 11은 일실시예에 따른 데이터 수신 방법의 흐름도이다.
이하, 일 측에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 필요로 하는 다양한 시스템에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 핸드폰 또는 wireless TV 등 무선 전력의 사용이 가능한 시스템에 이용될 수 있다. 또한, 바이오 헬스 케어(bio health care) 분야에 응용이 가능하여, 인체에 삽입된 디바이스에 원격으로 전력을 전송하거나, 심박수 측정을 위한 붕대 모양의 디바이스에 무선으로 전력을 전송하는데 응용될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 전원 소스가 없는 정보 저장 장치의 원격 제어에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 정보 저장 장치에 원격으로 장치를 구동할 수 있는 전력을 공급함과 동시에, 무선으로 정보 저장 장치에 저장된 정보를 불러오는 시스템에 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 신호의 발생을 위해 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받아, 소스 공진기에 저장하고, 전원 공급 장치와 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 오프 시킴으로써, 소스 공진기의 자체 공진을 유도할 수 있다. 자체 공진 하는 소스 공진기와 상호 공진을 할 만큼 충분히 가까운 거리에 소스 공진기의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 타겟 공진기가 존재하는 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진 현상이 발생한다. 소스 공진기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받는 공진기를 의미하고, 타겟 공진기는 상호 공진 현상에 의해 소스 공진기로부터 에너지를 전달받는 공진기를 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다. 위와 같은 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템은 RI(Resonator Isolation) 시스템이라고 정의될 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치는 전력 입력부(110), 전력 전송부(120) 및 스위치부(130)를 포함한다. 전력 입력부(110)는 전원 공급 장치를 이용하여 캐패시터에 에너지를 저장한다. 스위치부(130)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 전력 입력부(110)에 캐패시터를 연결하고, 스위치부(130)는 캐패시터에 저장된 에너지를 방전하는 동안에는 캐패시터를 전력 전송부(120)에 연결한다. 즉, 스위치부(130)는 캐패시터가 동시에 전력 입력부(110) 및 전력 전송부(120)에 연결되지 않도록 한다.
전력 전송부(120)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신부(140)로 전달(transferring)한다. 보다 구체적으로 전력 전송부(120)는 전력 전송부(120)의 소스 공진기와 수신부(130)의 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통해 전력을 전달할 수 있다. 이때, 소스 공진기는 캐패시터(C1) 및 송신 코일(L1)을 포함할 수 있고, 타겟 공진기는 캐패시터(C2) 및 수신 코일(L2)을 포함할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 발생하는 상호 공진의 정도는 상호 인덕턴스 M의 영향을 받는다.
전력 입력부(110)는 입력 전압(VDC), 내부 저항(Rin) 및 캐패시터(C1)로, 전력 전송부(120)는 기초 회로 소자(R1, L1, C1)로, 스위치부(130)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 스위치로는 온/오프 기능을 수행할 수 있는 능동소자가 사용될 수 있다. R은 저항 성분, L은 인덕터 성분, C는 캐패시터 성분을 의미한다. 입력 전압(VDC) 중 캐패시터(C1)에 걸리는 전압은 Vin으로 표시될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 수신부(140), 전력 출력부(150) 및 스위치부(160)를 포함한다. 수신부(140)는 전력 전송부(120)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 수신부(140)는 수신한 전자기 에너지를 연결된 캐패시터들에 저장한다. 스위치부(160)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 수신부(140)에 캐패시터를 연결하고, 스위치부(160)는 캐패시터에 저장된 에너지를 부하에 전달하는 동안에는 캐패시터를 전력 출력부(150)에 연결한다. 즉, 스위치부(160)는 캐패시터가 동시에 수신부(140) 및 전력 출력부(150)에 연결되지 않도록 한다.
보다 구체적으로 수신부(140)의 수신 코일(L2)은 전력 전송부(120)의 송신 코일(L1)과의 상호 공진을 통하여 전력을 수신할 수 있다. 수신된 전력을 통하여 수신 코일(L2)과 연결된 캐패시터가 충전될 수 있다. 전력 출력부(150)는 캐패시터에 충전된 전력을 배터리로 전달한다. 전력 출력부(150)는 배터리 대신, 부하 또는 타겟 디바이스에 전력을 전달할 수 있다.
수신부(140)는 기초 회로 소자(R2, L2, C2)로, 전력 출력부(150)는 연결되는 캐패시터(C2) 및 배터리로, 스위치부(160)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 수신 코일(L2)에서 수신되는 에너지 중, 캐패시터(C2)에 걸리는 전압은 Vout으로 표시될 수 있다.
위와 같이 전력 입력부(110)와 전력 전송부(120)를 물리적으로 분리하고, 수신부(140)와 전력 출력부(150)를 물리적으로 분리하여 전력을 전송하는 RI(Resonator Isolation) 시스템은 임피던스 매칭을 사용한 기존의 전력 전송 방식에 비하여 여러 가지의 장점을 가진다. 첫째, DC 전원으로부터 소스 공진기에 직접 전력 공급이 가능하기 때문에, 전력 증폭기를 사용하지 않을 수 있다. 둘째, 배터리의 충전을 위해 수신단의 캐패시터에 충전된 전력에서 에너지를 채득(capture)하기 때문에, 정류기를 통한 정류작업이 필요 없다. 셋째, 임피던스 매칭을 할 필요가 없으므로 전송 효율이 송신단과 수신단 사이의 거리변화에 민감하지 않다. 또한, 복수의 송신단 및 복수의 수신단을 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로의 확장이 용이하다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 2는 RI(Resonator Isolation) 시스템의 다른 예이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 즉, 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함한다.
무선 전력 전송 장치는 전력 충전부(210), 제어부(220) 및 전송부(230)를 포함할 수 있다. 전력 충전부(210)는 전원 공급 장치(Vin)와 저항(Rin)으로 구성될 수 있다. 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)로 구성될 수 있다. 전송부(230)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 소스 공진기에 저장된 에너지를 전송할 수 있다. 제어부(220)는 전력 충전부(210)로부터 소스 공진기에 전력을 공급하기 위해 스위치를 온(on) 할 수 있다. 전원 공급 장치(Vin)로부터 캐패시터(C1)에 전압이 인가되고, 인덕터(L1)에 전류가 인가될 수 있다. 소스 공진기가 정상 상태에 도달하게 되면, 캐패시터(C1)에 인가되는 전압은 0이 되고, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 Vin/ Rin의 값을 가지게 된다. 정상 상태에서는 인덕터(L1)에 인가되는 전류를 통하여 인덕터(L1)에 전력이 충전된다.
제어부(220)는 정상 상태에서 소스 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(220)에 설정될 수 있다. 전력 충전부(210)와 전송부(230)는 스위치 동작에 의해 분리된다. 스위치가 오프 되면, 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)간에 자체 공진을 시작한다. 상호 인덕턴스 M(270)을 고려한, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여, 소스 공진기에 저장된 에너지는 타겟 공진기로 전달될 수 있다. 이때, 소스 공진기의 공진 주파수(f1)와 타겟 공진기의 공진 주파수(f2)는 동일하다. 소스 공진기의 공진 주파수(f1)와 타겟 공진기의 공진 주파수(f2)는 다음의 식을 통해서 계산될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 충전부(240), 제어부(250) 및 전력 출력부(260)를 포함할 수 있다. 타겟 공진기는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)로 구성될 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진을 할 때는 소스 공진기는 전원 공급 장치(Vin)와 분리되어 있고, 타겟 공진기는 부하(LOAD) 및 캐패시터(CL)와 분리되어 있다. 타겟 공진기의 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)는 상호 공진을 통하여 전력을 충전할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 전력을 충전하기 위해, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 스위치가 오프인 동안, 타겟 공진기의 공진 주파수와 소스 공진기의 공진 주파수는 일치하여, 상호 공진이 발생할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 온(on)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(250)에 설정될 수 있다. 스위치가 온 되면, 캐패시터(CL)이 연결되어, 타겟 공진기의 공진 주파수가 다음의 식과 같이 변경된다.
따라서, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 공진 주파수가 일치하지 않게 되고, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 종료된다. 보다 구체적으로는 타겟 공진기의 Q를 고려하여, f2'이 f2보다 충분히 작다면, 상호 공진 채널이 소멸할 수 있다. 또한, 전력 출력부(260)는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)에 충전된 전력을 부하(LOAD)에 전달할 수 있다. 전력 출력부(260)는 부하(LOAD)의 필요에 적합한 방식으로 전력을 전달할 수 있다. 예를 들면, 전력 출력부(260)는 부하에서 요구하는 정격 전압으로 전압을 레귤레이션(regulation)하여 전력을 전달할 수 있다.
제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값 미만의 값을 갖게 되면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 오프(off)로 인하여 소스 공진기와 타겟 공진기의 공진 주파수가 다시 일치하게 되면, 충전부(240)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 다시 타겟 공진기에 전력을 충전할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 발생할 때는 스위치가 연결되지 않는다. 따라서, 스위치의 연결에 따른 전송 효율의 감소를 예방할 수 있다.
도 1의 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식에 비해, 도 2의 방식은 타겟 공진기에 저장된 에너지의 채득(capture) 시점을 제어하는 것이 좀 더 용이하다. 도 1의 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식에서는 무선 전력 수신 장치가 캐패시터에 충전된 에너지를 채득(capture) 할 수 있지만, 도 2의 공진 주파수를 변경하여 에너지를 채득하는 방식은 타겟 공진기의 인덕터 및 캐패시터에 저장된 에너지를 채득하므로, 에너지의 채득 시점에 대한 자유도가 향상된다.
RI(Resonator Isolation) 시스템의 송신단은 전력 혹은 데이터의 전송을 위해, 스위치의 연결을 통해 소스 공진기에 에너지의 충전과 방전과정을 반복 수행한다. 이러한 한 번의 에너지의 충전과 방전 과정은 하나의 심볼로 정의될 수 있다. 수신단은 송신단으로부터 에너지 또는 데이터를 수신하기 위해, 송신단의 충전 및 방전을 반복하는 스위치의 동작 주기에 맞추어, 수신단의 스위치를 동작시켜야 한다.
수신단은 송신단으로부터 오류 없이 전력 또는 데이터를 수신하기 위해, 송신단의 스위치가 언제 오프(off)되고 언제 온(on)되는지, 그리고 언제 상호 공진을 시작하고, 언제 타겟 공진기에 저장된 에너지가 피크 값을 가지는지 알 필요가 있다. 송신단 스위치의 온/오프 타임에 대한 정보를 알아내고, 수신단의 온/오프 타임을 송신단 스위치의 온/오프 타임에 대한 정보에 맞게 조절하는 과정을 시간 동기화 과정이라고 정의할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 무선 전력을 이용한 데이터 통신 시스템에서 송신단과 수신단의 스위치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 송신단은 충전(charging)과 방전(discharging) 과정의 반복을 통해 수신단으로 에너지를 전송한다. 이러한 한 번의 에너지의 충전과 방전 과정은하나의 심볼로 정의될 수 있다.
수신단은 송신단에서 전송하는 에너지를 수신하기 위해 송신단의 SW1이 오프(off)되어, 방전단계로 전환하기 소정의 시간(Sync. Margin) 이전에, SW2를 오프(off)하여 송신단과의 상호 공진을 준비한다.
상호 공진이 시작되면, 수신단의 타겟 공진기에 에너지가 충전된다. 상호 공진은 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링(coupling)으로 표현될 수 있다. 수신단은 타겟 공진기에 저장되는 에너지가 피크 값을 가지는 시점에, SW2를 온(on)하여, 타겟 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수와 다르게 변경하고, 타겟 공진기에 저장된 에너지를 채득(capturing)할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 데이터 수신 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 데이터 수신 장치는 에너지 방전부(410), 복조부(420)를 기본 구성으로 포함할 수 있다. 데이터 수신 장치는 추가적으로 측정부(430) 및 결정부(440)를 더 포함할 수 있다.
에너지 방전부(410)는 소스 공진기(401)와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다. 에너지 방전부(410)는 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에, 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다.
에너지 전송 장치의 소스 공진기(401)와 에너지 수신 장치의 타겟 공진기 간에 상호 공진이 발생하면, 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 타겟 공진기로 전달 되었다가, 그 중 일부가 다시 타겟 공진기로부터 소스 공진기(401)로 전달될 수 있다. 상호 공진이 발생하지 않으면, 타겟 공진기로 전달된 에너지는 다시 소스 공진기(401)로 되돌아 오지 못한다. 상호 공진을 통해, 타겟 공진기로부터 다시 소스 공진기(401)로 에너지가 되돌아 오는 경우를 에너지가 반사되는 경우라고 표현할 수 있다.
에너지 수신 장치는 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하여, 소스 공진기(401)와 타겟 공진기 간의 상호 공진 여부를 결정할 수 있고, 상호 공진 여부를 이용하여 에너지 전송 장치로 데이터를 전송할 수 있다.
에너지 전송 장치에서 에너지 수신 장치로 데이터를 전송하는 경로를 하향링크로 정의할 수 있고, 에너지 수신 장치에서 에너지 전송 장치로 데이터를 전송하는 경로를 상향링크로 정의할 수 있다.
에너지 방전부(410)는 에너지 수신 장치와 미리 약속한 시간에 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다. 또는 에너지 방전부(410)는 임의의 시간에 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 방전시킬 수도 있다.
에너지 방전부(410)는 저항(411) 및 스위치(413)를 포함할 수 있다. 저항(411)은 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 소모시킬 수 있고, 스위치(413)는 저항(411)과 소스 공진기(401)를 전기적으로 연결할 수 있다. 저항(411)은 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 열로 소모시킬 수 있다.
에너지 방전부(410)는 저항(411)에서 소스 공진기(401)에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 소스 공진기(401)의 공진 주파수를 변경시키는데 사용되는 제1 캐패시터(415)를 더 포함할 수 있다. 제1 캐패시터(415)와 소스 공진기(401)의 연결로, 저항(411)이 소스 공진기(401)에 연결되는 동안, 타겟 공진기로부터 소스 공진기(401)로 에너지가 전달되지 않도록, 소스 공진기(401)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 즉, 제1 캐패시터(415)와 소스 공진기(401)의 연결로 소스 공진기(401)와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 종료될 수 있다.
예를 들면, 복조부(420)는 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 방전된 후에, 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다. 또는 복조부(420)는 소스 공진기(401)에 저장되는 에너지가 기 설정된 값 이하가 되면, 타겟 공진기로부터 반사되는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 복조할 수 있다. 복조부(420)는 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 방전된 후에, 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 파형(waveform)에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다.
제1 캐패시터(415)는 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 방전되면, 소스 공진기(401)와의 연결이 끊어질 수 있다. 또는 제1 캐패시터(415)는 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 기 설정된 값 이하가 되면, 소스 공진기(401)와의 연결이 끊어질 수 있다.
복조부(420)는 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여, 타겟 공진기와 소스 공진기(401) 간의 상호 공진 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 모두 방전된 이후에, 다시 소스 공진기(401)에 반사된 에너지를 통해 에너지가 저장되면, 복조부(420)는 상호 공진이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 또는 반사된 에너지를 통해 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 기 설정된 값 이상이 되면, 복조부(420)는 상호 공진이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
복조부(420)는 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다. 예를 들면, 복조부(420)는 상호 공진이 발생한 경우를 비트 1로 해석하고, 상호 공진이 발생하지 않은 경우를 0으로 해석할 수 있다.
복조부(420)는 다이나믹 레인지 제어부(421)를 포함할 수 있다.
다이나믹 레인지 제어부(421)는 에너지 수신 장치와 에너지 전송 장치 간의 거리에 기초하여 소스 공진기(401)에 저장되는 에너지의 파형으로부터 샘플링을 수행하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog Digital Converter)의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 조절할 수 있다. 에너지 수신 장치와 에너지 전송 장치 간의 거리가 먼 경우, 에너지의 반사로 소스 공진기(401)에 저장되는 에너지의 양이 작을 수 있다. 이 경우, 다이나믹 레인지 제어부(421)는 ADC의 다이나믹 레인지를 작게 설정할 수 있다.
복조부(420)는 증폭부(423)를 포함할 수 있다.
증폭부(423)는 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양을 복조가 가능한 크기로 증폭할 수 있다. 증폭부(423)는 샘플링을 통해 식별 가능한 크기로 반사된 에너지의 양을 증폭할 수 있다. 증폭부(423)는 AGC (automatic gain controller)를 이용하여, 자동으로 반사된 에너지의 양을 증폭할 수 있다.
측정부(430)는 소스 공진기(401)에 인가되는 전압의 크기를 측정할 수 있다. 측정부(430)에서 측정된 전압의 크기는 소스 공진기(401)에 저장된 에너지가 방전되었는지 여부를 판단하는데 활용될 수 있다.
결정부(440)는 측정부(430)에서 측정된 전압의 크기에 기초하여, 소스 공진기(401)에 저장된 에너지의 방전여부를 결정할 수 있다. 결정부(440)는 측정부(430)에서 측정된 전압의 크기가 기 설정된 전압 이하이면, 방전이 된 것으로 결정할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 데이터 전송 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 데이터 전송 장치는 에너지 수신부(510), 제어부(520) 및 변조부(530)를 포함할 수 있다.
에너지 수신부(510)는 타겟 공진기(501)와 소스 공진기 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신할 수 있다. 타겟 공진기(501)에서 수신한 에너지는 상호 공진을 통하여 소스 공진기로 반사될 수 있다. 상호 공진이 종료되면, 타겟 공진기(501)에서 수신한 에너지는 소스 공진기로 반사되지 않고, 타겟 공진기(501)에 남겨질 수 있다.
제어부(520)는 타겟 공진기(501)와 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 타겟 공진기(501)에서 반사하는 에너지의 양을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(520)는 타겟 공진기(501)의 공진 주파수를 변경하여, 상호 공진 여부를 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(520)는 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전되었는지 여부는 상호 공진의 지속여부로 판단할 수 있다. 에너지 전송 장치는 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안 제1 캐패시터를 연결하여, 소스 공진기의 공진 주파수를 변경하고, 상호 공진을 종료시킬 수 있다. 따라서, 소스 공진기와 타겟 공진기(501)가 상호 공진하는 도중, 상호 공진이 일정시간 종료되면, 제어부(520)는 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전 중인 것으로 판단할 수 있다.
또는 제어부(520)는 에너지 전송 장치와 미리 약속한 시간을 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 시간으로 결정할 수 있다.
변조부(530)는 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 타겟 공진기(501)에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조할 수 있다.
예를 들면, 변조부(530)는 타겟 공진기(501)에서 반사하는 에너지의 양이 많은 경우, 즉 상호 공진하는 경우를 비트 1로 변조하고, 반사하는 에너지의 양이 없거나 기 설정된 양보다 작은 경우, 즉 상호 공진하지 않는 경우를 비트 0으로 변조할 수 있다.
제어부(520)는 데이터 전송 장치의 전반적인 제어를 담당하고, 에너지 수신부(510) 및 변조부(530)의 기능을 수행할 수 있다. 도 5의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(520)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(520)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 6은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 데이터 통신 시스템은 데이터 수신 장치(610) 및 데이터 전송 장치(620)를 포함할 수 있다.
데이터 수신 장치(610)는 소스 공진기(601)와 타겟 공진기(603) 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 소스 공진기(601)에 저장된 에너지를 방전시키고, 저장된 에너지가 방전된 후에, 타겟 공진기(603)로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다.
도 6의 데이터 수신 장치(610)는 에너지 전송 장치에 포함될 수 있고, 데이터 전송 장치(620)는 에너지 수신 장치에 포함될 수 있다.
데이터 전송 장치(620)는 타겟 공진기(603)와 소스 공진기(601) 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신하고, 소스 공진기(601)에 저장된 에너지가 방전된 후에, 수신한 에너지 중 타겟 공진기(603)에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조할 수 있다.
데이터 수신 장치(610)는 복조부(611) 및 에너지 방전부(613)를 포함할 수 있다.
복조부(611)는 타겟 공진기(603)로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다. 또는 복조부(611)는 타겟 공진기(603)로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여, 타겟 공진기(603)와 소스 공진기(601) 간의 상호 공진 여부를 판단할 수 있다.
복조부(611)는 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다. 예를 들면, 복조부(611)는 상호 공진이 발생한 경우를 비트 1로 해석하고, 상호 공진이 발생하지 않은 경우를 0으로 해석할 수 있다.
에너지 방전부(613)는 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 소스 공진기(601)와 연결된 저항을 통하여 소스 공진기(601)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다.
데이터 전송 장치(620)는 에너지 수신부(621), 제어부(623) 및 변조부(625)를 포함할 수 있다.
에너지 수신부(621)는 타겟 공진기(603)와 소스 공진기(601) 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신할 수 있다.
제어부(623)는 타겟 공진기(603)와 소스 공진기(601) 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 타겟 공진기(603)에서 반사하는 에너지의 양을 조절할 수 있다.
변조부(625)는 소스 공진기(601)에 저장된 에너지가 방전된 후에, 제어부(623)에서 조절한 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템의 등가회로이다.
도 7을 참조하면, 데이터 통신 시스템은 데이터 수신 장치(710) 및 데이터 전송 장치(720)를 포함할 수 있다.
데이터 수신 장치(710)는 데이터 수신과 동시에 에너지를 전송하는 장치로 동작할 수 있다. 스위치 SW1이 온(ON) 되면, 전원 Vin으로부터 에너지가 공급되어, 캐패시터 C1 및 인덕터 L1에 저장될 수 있다. 소스 공진기(730)은 캐패시터 C1 및 인덕터 L1을 포함할 수 있다. 즉, 전원 Vin으로부터 에너지가 공급되어, 소스 공진기(730)에 에너지가 저장될 수 있다. 이때, 스위치 SW3(750)은 오프(OFF)된 상태이다.
데이터 전송 장치(720)가 데이터 수신 장치(710)와 상호 공진 가능한 거리에 위치하면, 소스 공진기(730)와 타겟 공진기(760) 간의 상호 공진으로 소스 공진기(730)에 저장된 에너지는 타겟 공진기(760)로 전달될 수 있다. 타겟 공진기(760)는 캐패시터 C2 및 인덕터 L2를 포함할 수 있다. 상호 공진 시, 스위치 SW2(770)는 오프(OFF)된 상태이다. 스위치 SW2(770)가 온(ON)되면, 캐패시터 CL이 타겟 공진기(760)와 연결되어, 타겟 공진기(760)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 타겟 공진기(760)에 저장된 에너지는 부하로 전달될 수 있다.
데이터 전송 장치(720)는 스위치 SW2(770)의 온/오프를 조절하여 타겟 공진기(760)의 상호 공진 여부를 제어할 수 있다. 데이터 전송 장치(720)는 상호 공진 여부에 따라 데이터를 변조할 수 있다. 상호 공진이 발생하면, 타겟 공진기(760)에 저장된 에너지는 소스 공진기(730)로 반사될 수 있다. 데이터 전송 장치(720)는 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조할 수 있다.
데이터 수신 장치(710)는 타겟 공진기(760)로부터 반사되는 에너지의 양을 정확하게 측정하기 위하여, 에너지가 반사되기 전에 소스 공진기(730)에 저장된 에너지를 방전시킬 필요가 있다. 데이터 수신 장치(710)는 스위치 SW3(750)의 온/오프를 제어하여, 에너지 방전부(740)를 소스 공진기(730)에 연결시킴으로써, 소스 공진기(730)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다.
저항 RP(741)는 소스 공진기(730)와 연결되어 소스 공진기(730)에 저장된 에너지를 열로 소모시킬 수 있다. 캐패시터 CP(743)는 소스 공진기(730)와 연결되어, 소스 공진기(730)의 공진 주파수를 변경시킬 수 있고, 소스 공진기(730)와 연결되는 동안 소스 공진기(730)와 타겟 공진기(760)의 상호 공진을 중단시킬 수 있다.
데이터 수신 장치(710)는 에너지 방전부(740)에 의해 소스 공진기(730)에 저장된 에너지가 방전된 이후, 데이터 전송 장치(720)로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여, 데이터를 복조할 수 있다.
데이터 수신 장치(710)는 데이터 전송 장치(720)와의 거리가 원거리인 경우에, 상향링크 데이터의 수신 정확도를 높이기 위해, 상량링크 데이터가 데이터 전송 장치(720)로부터 전송되기 전에, 소스 공진기(730) 내의 잔존 에너지를 방전시킬 수 있다.
도 8은 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 스위치들의 동작을 나타낸다.
보다 구체적으로 도 8은 도 7의 등가회로에서 심볼 내 각 스위치 SW1, SW2(770), SW3(750)의 동작 타이밍 다이어그램을 보여준다.
SW1은 심볼 구간에서 충전(charging)과 방전(discharging)을 수행한다. SW1이 방전(discharging) 될 때, SW2(770)가 오프(OFF) 되어 있으면, 소스 공진기(730)와 타겟 공진기(760)간의 상호 공진을 통해 타겟 공진기(760)로 에너지가 전달 된다.
SW1과 SW2(770)가 모두 오프(OFF) 되어 있는 동안, SW3(750)가 잠시 온(ON) 되면 구간(810)동안 소스 공진기(730)에 저장된 에너지는 저항 RP(741)를 통해 방전될 수 있다. 또한 캐패시터 Cp(743)로 인하여 소스 공진기(730)와 타겟 공진기(760) 간의 공진 주파수가 분리되어 타겟 공진기(760)에 저장된 에너지가 소스 공진기(730)로 다시 넘어 오지 않게 된다.
소스 공진기(730)에 저장된 에너지가 완전 방전된 이후, SW3(750)가 오프(OFF)되면 소스 공진기(730)와 타겟 공진기(760)간에 다시 상호 공진이 이루어질 수 있다. 타겟 공진기(760) 내의 에너지가 소스 공진기(730)로 재 전송 될 수 있다.
타겟 공진기(760)의 에너지가 소스 공진기(730)로 재전송 되는 현상을 에너지 반사(energy reflection) 라고 정의할 수 있다.
도 9는 도 7의 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 소스 공진기에 인가되는 전압의 그래프와 타겟 공진기에 인가되는 전압의 그래프를 나타낸다.
보다 구체적으로 도 9는 도 7의 소스 공진기(730)의 캐패시터 C1에 인가되는 전압의 포락선 및 타겟 공진기(760)의 캐패시터 C2에 인가되는 전압의 포락선을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 시점 t1(910)에서, 소스 공진기(730)에 저장된 에너지가 저항 RP(741)를 통해 방전되기 시작한다. 실선(920)은 방전 후, 타겟 공진기(760)로부터 에너지가 반사되는 경우 캐패시터 C1에 인가되는 전압의 포락선을 나타내고, 점선(930)은 방전이 이루어지지 않고, 상호 공진이 지속되는 경우의 캐패시터 C1에 인가되는 전압의 포락선을 나타낸다.
실선(940)은 타겟 공진기(760)에서 에너지가 반사되는 경우, 캐패시터 C2에 인가되는 전압의 포락선을 나타내고, 점선(950)은 방전이 이루어지지 않고, 상호 공진이 지속되는 경우의 캐패시터 C2에 인가되는 전압의 포락선을 나타낸다.
도 7의 데이터 수신 장치(710)는 포락선의 파형을 비교함으로써, 데이터의 수신여부를 판단할 수 있고, 수신한 데이터를 복조할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 데이터 통신 시스템에서, 특정 비트를 전송하는 경우의 스위치들의 동작 타이밍 및 소스 공진기에 인가되는 전압의 파형과 타겟 공진기에 인가되는 전압의 파형을 나타낸다.
보다 구체적으로 데이터 통신 시스템에서 도 7의 데이터 전송 장치(720)가 '0'과 '1'의 데이터를 전송하는 경우의 각 스위치 SW1, SW2(770), SW3(750)의 동작 타이밍 다이어그램 및 소스 공진기(730)의 캐패시터 C1에 인가되는 신호 파형 및 타겟 공진기(760)의 캐패시터 C2에 인가되는 신호 파형을 나타낸다.
타겟 공진기(760)가 상호 공진을 통해 에너지를 수신한 후, 에너지를 반사하지 않고, 타겟 공진기 후단의 부하(load)로 에너지를 전달하거나, 후단의 배터리(battery)로 에너지를 충전하면, 소스 공진기(730)에는 에너지가 유기 되지 않는다. 데이터 전송 장치(720)는 소스 공진기(730)로의 에너지 유기 여부를 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.
예를 들면, 데이터 전송 장치(720)와 데이터 수신 장치(710) 간에 데이터 0은 소스 공진기(730)로 에너지가 유기되지 않는 경우로 약속이 되어 있고, 데이터 1은 소스 공진기(730)로 에너지가 유기되는 경우로 약속이 될 수 있다.
데이터 0(1001, 1005)을 전송하기 위해서는, 타겟 공진기(760)로부터 에너지의 반사를 막아야 하므로, SW3(750)은 SW2(770)가 온(ON) 상태를 유지하는 구간에 온(ON) 되어야 한다. SW3(750)가 온(ON) 되면, 소스 공진기(730)에 저장된 에너지가 캐패시터 RP를 통하여 방전될 수 있다.
또한 SW2(770)와 SW3(750)이 동시에 온(ON) 된 상태에서 상호 공진이 이루어 지지 않기 위해서는 캐패시터 Cp(743) 와 캐패시터 CL 의 값을 달라야 한다.
데이터 1(1003)을 전송하기 위해서는 타겟 공진기(760)로부터 에너지의 반사를 막을 필요가 없으므로, SW1 및 SW2(770)을 오프(OFF) 상태로 유지하여, 상호 공진을 지속적으로 유지시키면 된다.
데이터 0(1001)을 수신하는 경우의 데이터 수신 장치(710)에서 소스 공진기(730)의 캐패시터 C1에 인가되는 전압의 포락선(1030)을 살펴보면, 전압 값이 0에 가깝다. 데이터 1(1003)을 수신하는 경우의 캐패시터 C1에 인가되는 전압의 포락선(1040)을 살펴보면, 반사된 에너지의 양을 나타내는 전압 값이 표시된다.
데이터 0(1001)을 전송하는 경우의 데이터 전송 장치(720)에서 타겟 공진기(760)의 캐패시터 C2에 인가되는 전압의 포락선(1010)을 살펴보면, 에너지가 배터리에 전달되어, 타겟 공진기(760)에 저장된 에너지가 급격하게 소모된다. 데이터 1(1003)을 전송하는 경우의 캐패시터 C2에 인가되는 전압의 포락선(1020)을 살펴보면, 타겟 공진기(760)에 저장된 에너지 중 반사시킨 에너지의 양을 제외한 만큼의 전압 값이 표시된다.
도 11은 일실시예에 따른 데이터 수신 방법의 흐름도이다.
1110단계에서, 데이터 수신 장치는 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다. 데이터 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다.
1120단계에서, 데이터 수신 장치는 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후, 데이터 전송 장치의 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 데이터를 복조할 수 있다.
일 실시예에 따른 데이터 수신 장치는 스위치를 이용하여 저항과 소스 공진기를 전기적으로 연결하고, 저항을 이용하여 소스 공진기에 저장된 에너지를 소모시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 데이터 수신 장치는 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여, 타겟 공진기와 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 판단하고, 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조할 수 있다.
일 실시예에 따른 데이터 수신 장치는 저항에서 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 제1 캐패시터와 소스 공진기를 연결하여, 소스 공진기의 공진 주파수를 변경하고, 상호 공진을 중단시킬 수 있다.
상호 공진을 이용하여 에너지 및 데이터를 동시에 전송하는 시스템에서, 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치는 데이터를 복조하기 전에 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시킴으로써, 데이터 전송 장치로부터 수신하는 데이터를 정확하게 복조할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 데이터 수신 장치는 데이터 전송 장치로부터 에너지가 반사되기 이전에 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시킴으로써, 상향링크 데이터의 전송 거리를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 데이터 수신 장치가 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치로부터 에너지가 반사되기 이전에 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시킴으로써, 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치는 상호 공진으로 전달받는 전력 외에 별도 전력의 공급 없이도 데이터 전송이 가능한 거리를 증가시킬 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (17)
- 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 에너지 방전부; 및
상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 복조부
를 포함하는 데이터 수신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 방전부는
상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 소모시키는 저항; 및
상기 저항과 상기 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치
를 포함하는 데이터 수신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복조부는
상기 반사된 에너지의 양에 기초하여, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 판단하고, 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는
데이터 수신 장치. - 제2항에 있어서,
상기 에너지 방전부는
상기 저항에서 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 상기 소스 공진기의 공진 주파수를 변경시키는데 사용되는 제1 캐패시터
를 더 포함하는 데이터 수신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 소스 공진기에 인가되는 전압의 크기를 측정하는 측정부; 및
상기 측정부에서 측정된 전압의 크기에 기초하여, 상기 소스 공진기에 저장된 에너지의 방전여부를 결정하는 결정부
를 더 포함하는 데이터 수신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복조부는
상기 에너지 수신 장치와 에너지 전송 장치 간의 거리에 기초하여 상기 소스 공진기에 저장되는 에너지의 파형으로부터 샘플링을 수행하는 아날로그 디지털 변환기의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 조절하는 다이나믹 레인지 제어부
를 포함하는 데이터 수신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복조부는
상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양을 복조가 가능한 크기로 증폭하는 증폭부
를 포함하는 데이터 수신 장치. - 타겟 공진기와 소스 공진기 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신하는 에너지 수신부; 및
상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 변조부
를 포함하는 데이터 전송 장치. - 제8항에 있어서,
상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양을 조절하는 제어부
를 더 포함하는 데이터 전송 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는
상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하여, 상기 상호 공진 여부를 제어하는
데이터 전송 장치. - 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키고, 상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 데이터 수신 장치; 및
상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진을 통하여 에너지를 수신하고, 상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 수신한 에너지 중 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 데이터 전송 장치
를 포함하는 데이터 통신 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 데이터 수신 장치는
상기 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기와 연결된 저항을 통하여 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 에너지 방전부; 및
상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 복조부
를 포함하는 데이터 통신 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 데이터 전송 장치는
상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 제어하여, 상기 타겟 공진기에서 반사하는 에너지의 양을 조절하는 제어부; 및
상기 소스 공진기에 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 제어부에서 조절한 에너지의 양에 기초하여 데이터를 변조하는 변조부
를 포함하는 데이터 통신 시스템. - 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 중 에너지 수신 장치로부터 데이터를 수신하기 전에 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 단계; 및
상기 저장된 에너지가 방전된 후에, 상기 타겟 공진기로부터 반사된 에너지의 양에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법. - 제14항에 있어서,
상기 방전시키는 단계는
스위치를 이용하여 저항과 상기 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 단계; 및
상기 저항을 이용하여 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 소모시키는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법. - 제14항에 있어서,
상기 복조하는 단계는
상기 반사된 에너지의 양에 기초하여, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기 간의 상호 공진 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단한 상호 공진 여부에 기초하여 상기 에너지 수신 장치로부터 전송된 데이터를 복조하는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법. - 제15항에 있어서,
상기 방전시키는 단계는
상기 저항에서 상기 소스 공진기에 저장된 에너지를 방전시키는 동안, 제1 캐패시터와 상기 소스 공진기를 연결하여, 상기 소스 공진기의 공진 주파수를 변경하는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법.
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