KR20140011756A - 무선충전 기능을 구비한 유씸 카드 - Google Patents

무선충전 기능을 구비한 유씸 카드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선충전 기술과 NFC 기술이 적용된 USIM Card 의 구현에 관련된 것으로
USIM Card가 모바일 기기의 내부에서 무선충전 리시버의 역할과 NFC 기술 규격을 지원하는 NFC Device로서의 역할을 원활하게 수행하기 위해 가져야 하는 USIM Card의 구조와 기능에 관한 것이다.

Description

무선충전 기능을 겸비한 근거리 무선통신 유씸 카드 {NFC USIM Card with Wireless Charging function}
본 발명의 기술분야는 전기 전자분야로 무 접점으로 전력을 전송하는 무선충전 시스템과 모바일 기기 등에서 사용자 식별을 위한 USIM(Universal Subscriber Identity Module)과 근거리 무선통신으로 데이터를 송수신하는 NFC(Near Field Communication)가 결합된 NFC USIM에 관한 것으로 상기의 기능을 결합함에 있어서 기기가 가져야 하는 구조와 기능에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 무선충전 트랜스미터와 리시버가 수행하는 무 접점의 전력송수신과 근거리에서 데이터를 송수신하는 NFC 기술, 그리고 모바일 기기에서 사용자 식별을 위한 USIM기술이 그 배경기술이라 하겠다.
무선충전 기술은 송신부의 코일에서 전류의 변화에 의해서 자기장의 변화를 일으켜 수신부의 코일에서 자기장의 변화에 의한 전류를 생성시키는 방법으로 전력을 전송하게 되는데, 전력 전송의 효율은 트랜스미터(송신부)와 리시버(수신부)의 안테나 코일이 서로 중심에 잘 맞게 놓여 자기유도가 얼마나 잘 되는가에 달려있고 코일의 한쪽 면을 차폐하는 물질의 특성에 따라서 전력 전송의 효율에 영향을 받게 된다.
NFC 기술은 무선충전 기술과 형식은 유사하지만 전력과 데이터를 송수신하는 전송 주파수와 데이터의 양이 차이가 있으며 ISO(International Organization for Standardization)에서 규격을 정의하고 있다. USIM관련된 규격은 ETSI(European Telecommunications Standards Institute)등에서 정의를 하고 있다.
무선충전 기술과 NFC 기술을 모바일 기기에 구현함에 있어서 다양한 형태로 구현이 되고 있고 각 기술들의 규격 변경에 따라서 모바일 기기의 종류가 필연적으로 증가하게 된다. 사용자의 입장에서는 기술들이 적용되거나 적용되지 않은 버전의 모바일 기기를 사용하게 되면서 여러 가지 문제점을 가지게 된다. 따라서 본 발명에서 해결하려는 과제는 크게 네 가지로 정리할 수 있다.
첫 번째는 무선충전 기술과 NFC 기술을 모바일 기기에 적용함에 있어서 기술의 규격 변경이나 기술의 적용방식 또는 적용범위 등에 따라서 제조사의 입장에서 불필요하게 많은 버전의 모델을 가지게 될 수 있고, 모델의 수를 줄이게 되면 기술을 적용함에 있어서 사용자 편리성 향상을 방해할 수 있다는 점이다.
두 번째는 모든 모바일 기기의 사용자가 NFC 기능이나 무선충전 기능을 필요로 하지 않는데, 이런 기술들이 적용된 모바일 기기를 구매해야 한다면 기기의 가격상승으로 인한 낭비를 하게 되고 또한 무선충전이나 NFC 기능이 구현되지 않은 모바일 기기의 소유자가 무선충전이나 NFC기능을 사용하기를 원하는 경우에 소유하고 있는 기기를 교체하게나 추가적인 비용을 들여서 기능을 이용하게 되는데, 교체하는 것은 비용이 많이 들고 추가비용을 들여서 하는 경우는 이 두 가지 기능을 완전하게 이용할 수 있는 제품이 제한적일 수 있다는 점이다.
세 번째는 현재 NFC기능이 구현된 USIM Card의 경우에 카드 자체의 크기 때문에 통신과 전력의 전송을 위한 안테나 코일의 크기를 키울 수 없고, 이 안테나 코일의 크기가 제한적이기 때문에 통신이나 전력의 전송에 있어서의 감도나 전송율, 가능 거리, 지원하는 기술규격 등에 제한을 받게 된다는 점이다.
네 번째는 상기의 해결하려는 과제를 해결한 제품은 필연적으로 모바일 기기에 내장되는 형태로 사용을 하게 된다. 모바일 기기의 기술적인 경향을 보면 대부분의 모바일 기기는 내부의 여유 공간을 최소화한 형태로 설계되고 제작된다. 따라서 이러한 기술적 경향에 대응하는 과제 해결 물품을 만들어야 한다는 점이다.
과제 해결 수단을 설명하기 위해 우선 사용하는 용어를 정리하면 다음과 같다.
무선충전은 무 접점 전력송수신과 관련된 기술로 전력을 전송하는 트랜스미터와 수신하는 리시버로 나뉘고 상호 통신을 하게 된다. 본 문서에서 사용하는 무선충전 리시버는 보다 자세히는 무 접점 전력수신 장치라고 표현할 수 있지만, 편의상 이하에서는 무선충전 리시버라고 표현한다. NFC(Near Field Communication), USIM(Universal Subscriber Identity Module), SWP(Single Wire Protocol), UICC
(Universal Integrated Circuit Card)등은 ISO나 ETSI등에서 규격을 정의하고 있고
편의상 이하에서는 약어를 사용한다.
본 발명에서 제안하고 있는 무선충전 NFC USIM은 NFC나 안테나 코일의 구현 형태에 따라서 무선충전 리시버 NFC Device USIM , 안테나 코일 단순 공유형 무선충전 리시버 NFC Device USIM, 스위치를 통한 내측 종속 공유형 무선충전 리시버 NFC USIM등 다양한 형태로 설명을 할 수 있다. 이는 설명이 복잡해지기 때문에 다음과 같이
USIM Card를 형태별로 정리하고 이하에서는 무선충전 NFC USIM Type-xy로 표현한다.
여기서 x는 A 또는 B이고 y는 0,1,2,3,4 이다.
Type A는 사용하려는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현되지 않은 경우에 적합하도록 USIM내에 NFC Device가 적용된 경우를 의미하고, Type B는 사용하려는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현된 경우에 적합하도록 구성된 무선충전 NFC USIM을 의미한다. 각각에 무선충전 NFC USIM대한 설명은 아래와 같다.
A0: 무선충전과 NFC가 각각 개별 안테나 코일을 가지는 무선충전 NFC Device USIM.
A1: 무선충전과 NFC가 직접적으로 전부를 공유하는 안테나 코일을 가지는 무선충전
NFC Device USIM.
A2: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 교차적으로 전부를 공유하는 안테나 코일을
가지는 무선충전 NFC Device USIM.
A3: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 내측 안테나 코일을 종속적으로 공유하는 안
테나 코일 구조를 가지는 무선충전 NFC Device USIM.
A4: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 외측 안테나 코일을 종속적으로 공유하는 안
테나 코일 구조를 가지는 무선충전 NFC Device USIM.
B0: 무선충전과 NFC가 개별 안테나 코일을 가지는 무선충전 NFC USIM.
B1: 무선충전과 NFC가 직접적으로 전부를 공유하는 안테나 코일을 가지는 무선충전
NFC USIM.
B2: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 교차적으로 전부를 공유하는 안테나 코일을
가지는 무선충전 NFC USIM.
B3: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 내측 안테나 코일을 종속적으로 공유하는 안
테나 코일을 가지는 무선충전 NFC USIM.
B4: 무선충전과 NFC가 스위치를 통해 외측 안테나 코일을 종속적으로 공유하는 안
테나 코일을 가지는 무선충전 NFC USIM.
첫 번째 해결과제인 무선충전, NFC, USIM 등의 기술규격 변경이나 적용범위에 따른 제조사의 기기 모델이 늘어나는 문제는 제조사가 상기의 무선충전 기술이나 NFC 기술을 모바일 기기에 적용하지 않아도 사용자가 이용이 가능하도록 Type A의 형태의 무선충전 NFC USIM을 제공하는 것이다. 상기 무선충전 NFC USIM Card Type A는 도 2에서 볼 수 있듯이 USIM Card에 안테나 코일, NFC Transceiver와 마이컴으로 구성되는 NFC Device, 무선충전 리시버 회로부, 사용자 식별과 암호화를 Secure Element등으로 구성되어 모바일 기기에 무선충전 기술이나 NFC 기술이 적용되지 않은 경우에도 이 기술을 사용자가 이용할 수 있다. 이는 두 번째 해결하려는 과제에 대한 해결수단이 될 수 있다. 또한 제조사의 특별한 의도로 NFC기능이 모바일 기기에 탑재된 경우와 이미 NFC 기능이 탑재된 기기를 사용하고 있는 사용자를 위해서는 무선충전 NFC USIM Card Type B 를 제공함으로써, 사용자가 무선충전, NFC, USIM기능을 원활히 이용할 수 있도록 한다.
세 번째 해결과제인 NFC USIM Card의 크기 때문에 필연적으로 발생하게 되는 통신 감도나 전력 전송률의 저하, 통신거리의 제한, 지원기술 규격 제한 등의 문제는 도 7의 710과 같은 구조의 USIM Card 로 극복할 수 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 단순히 USIM Card의 크기를 키운 것이 아니고, 무선충전 NFC USIM(710)이 USIM Slot에 그대로 삽입하여 사용이 가능하고, USIM Slot에 삽입한 후에 USIM Slot의 외부를 감싸듯 끼워져 고정되는 클립구조를 가지게 되면, 무선충전 NFC USIM상의 안테나 코일부(715)는 USIM Slot의 금속부분 때문에 통신이나 전력의 전송에 방해를 받지 않게 된다. 또한 USIM Card가 상기의 클립구조를 가지게 되면 외부의 충격이나 떨림 등에 의해서 Slot에서 이탈되지 않게 된다.
네 번째 해결과제인 현재 모바일 기기를 설계 제작하는 기술적 경향이 기기를 슬림화하여 내부구조상 여유공간이 없기 때문에 무선충전 NFC USIM Card를 최소화할 수 있어야 한다는 것에 대해서는, 도 1은 현재 모바일 기기에서 무선충전과 NFC USIM을 구현하는 방법을 나타낸다. 여기서 무선충전 기능과 NFC USIM 기능을 도 2 또는 도 8과 같이 하나의 USIM Card로 구성하여 무선충전 NFC USIM을 제작하게 되면 크기를 줄일 수 있다. 나아가서 도 3에서 도 6, 도9에서 도 12까지 무선충전을 위한 안테나 코일과 NFC를 위한 안테나 코일을 다양한 방식으로 공유하게 되면 해결하려는 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과는 다양한 관점에서 바라 볼 수 있다. 우선 모바일 기기의 제조사의 입장에서 보는 경우, 모바일 기기의 제조사가 무선충전이나 NFC 기술을 적용하지 않아도 이 기술을 사용할 방법이 생기기 때문에 제조를 함에 있어서 적용을 하지 않아도 된다. 따라서 제조비용이나 설계비용이 절감되게 되고 NFC기술이나 무선충전 기술을 적용함에 있어서 기술의 규격이나 버전 그리고 적용범위에 따르는 다양한 제품 모델을 출시해야 하는 부담을 덜 수 있다.
모바일 기기의 사용자의 입장에서 보는 경우, 당장 무선충전이나 NFC 기술들을 사용하지 않는 사용자는 이 기술이 적용되지 않은 경제적인 제품을 구입하여 사용하고, 차후에 필요에 따라서 사용할 수 있게 된다.
산업적인 측면에서 보면, 본 발명에서 제안하고 있는 무선충전과 NFC기술이 융합된 제품은 무선충전과 NFC기술이 개별적으로 적용되어 출시되는 제품들보다 무선충전이나 NFC 기술의 보급에 기여를 할 것으로 판단된다. 또한 이러한 기술의 보급은 새로운 기술 융합제품의 보급에도 기여할 것으로 본다. 예를 들어 무선충전 트랜스미터가 채택된 탁자나 가구, 스탠드 전등, 자동차 등으로 확대될 것이고 NFC기술의 보급에 기여하여 일회성 유인물, 책자 등 낭비적인 요소를 줄이는데 기여할 수 있다. 따라서 산업발전에 기여할 수 있다고 판단한다.
도 1: 모바일 기기에 NFC USIM과 무선충전 리시버를 적용하는 경우의 블록도.
100: 무선충전 트랜스미터 또는 NFC Device(Reader기 또는 NFC Tag).
101: 100을 위한 안테나 코일.
110: 모바일 기기 본체.
111: 무선충전 리시버의 회로부분으로 메인보드에 직접 구현하거나 별도의 보드로
구현되어 모바일 기기 내에 삽입된다.
112: 무선충전 리시버 회로부분의 핵심인 정류와 수신된 전류로 모바일 기기의 충
전을 담당하는 부분으로 모바일 기기에 충전회로가 구현되어 있는 경우에는
정류회로만 사용한다.
113: 무선충전 리시버의 안테나 코일.
114: NFC 기능이 모바일 기기에 구현이 되어 있는 경우에 사용되는 NFC USIM Card.
115: NFC 를 위한 안테나 코일.
116: NFC USIM의 Secure Element로 Single Wire Protocol 을 지원하는 UICC
(Universal Integrated Circuit Card).
117: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
120: 모바일 기기 내의 메인보드.
121: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device로 NFC Transceiver기능을 한다.
122: NFC Device가 독자적으로 가질 수 있는 Secure Element로 경우에 따라서
삭제가 가능하다.
123: NFC USIM Card가 삽입되는 Slot 또는 Socket Connector를 의미한다.
도 2: NFC Device가 모바일 기기 내에 구현되지 않은 경우에, 무선충전 리시버와
NFC 기능을 수행하도록 구성된 무선충전 NFC USIM (Type A0)을 모바일 기기
에 장착한 경우의 블록도.
200: 모바일 기기의 본체.
210: 무선충전 리시버와 NFC 기능을 수행하는 NFC USIM을 하나의 USIM Card로 결
합시킨 무선충전 NFC USIM Card.
211: 무선충전 리시버의 회로부분.
213: 무선충전 리시버의 안테나 코일.
214: NFC Device의 안테나 코일.
215: NFC Device로 모바일 기기 내에 NFC 기능이 구현되지 않은 경우에 NFC
Device는 NFC Transceiver와 Micom으로 구성이 되고, 경우에 따라서 하나의
Device로 구현되기도 한다.
216: NFC Device 가 독자적으로 가지는 Secure Element로 삭제하는 경우도 있다.
217: USIM Card에 기본적으로 채택이 되는 Secure Element로 보통 SWP 와
ISO7816 규격을 지원한다.
218: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
220: 모바일 기기내의 메인보드.
221: 메인보드 상에 구현된 USIM Slot 또는 Socket Connector.
도 3: 무선충전 NFC USIM-Type A1(직접 전부 공유)인 경우의 블록도.
300: 도 2의 200과 동일.
310: 도 2의 210과 동일.
311: 도 2의 211과 동일.
313: 도 2의 213과 214가 하나의 안테나 코일로 통합되어 공유하는 안테나 코일.
315: 도 2의 215와 동일.
316: 도 2의 216과 동일.
317: 도 2의 217과 동일.
318: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
320: 도 2의 220과 동일.
321: 도 2의 221과 동일.
도 4: 무선충전 NFC USIM-Type A2(스위치를 통한 교차적 전부 공유)인 경우의 블록
도.
413: 도 2의 213과 214가 하나의 안테나 코일로 통합되어 스위치를 통해 공유하
는 안테나 코일.
415: 안테나 코일을 교차하여 공유하는데 사용하는 스위치.
419: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
도 5: 무선충전 NFC USIM-Type A3(스위치를 통한 내측 종속 공유)인 경우의 블록
도.
500: 무선충전 NFC USIM Type-A3 Card.
510: 공유되는 내측 안테나 코일.
511: 무선충전에만 사용되는 외측 안테나 코일.
512: 도 2의 216과 동일.
513: 도 2의 217과 동일.
514: 내측과 외측의 안테나 코일을 합체하고 분리하는 역할을 하는 스위치.
NFC기능을 사용하지 않는 경우에 스위치는 5-B와 5-C를 연결한다.
515: 도 2의 211과 동일.
516: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
517: NFC Transceiver와 MICOM으로 구성되는 NFC Device.
도 6: 무선충전 NFC USIM-Type A4(스위치를 통한 외측 종속 공유)인 경우의 블록
도.
600: 무선충전 NFC USIM Type-A4 Card.
610: 무선충전에만 사용되는 내측 안테나 코일.
611: 공유되는 외측 안테나 코일.
612: 도 2의 216과 동일.
613: 도 2의 217과 동일.
614: 도 5의 514와 동일.
615: 도 2의 211과 동일.
616: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
617: NFC Transceiver와 Micom으로 구성되는 NFC Device


도 7: 실제 NFC USIM과 본 발명에서 구현하려는 무선충전 NFC USIM의 기구 비교도.
700: 실제 사용되고 있는 USIM의 구조.
701: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀.
710: 본 발명에서 구현하려는 무선충전 NFC USIM의 한 실시 예.
711: 박형의 카드 형태로 Molding된 무선충전 NFC USIM.
712: 회로물 들이 집적되는 내측부(713)와 코일이 위치하는 외측부(715)를 3면에서 격리하는 홈.
713: 회로물 들이 집적되는 내측부.
714: 모바일 기기와 ISO 7816 규격의 인터페이스를 하는 전극부.
715: 안테나 코일이 위치하는 외측부.
도 8: NFC Device가 모바일 기기 내에 구현되어 있는 경우에, 무선충전 리시버와
NFC 기능이 정상적으로 수행되도록 구성된 무선충전 NFC USIM (Type B0)을
모바일 기기에 장착한 경우의 블록도.
800: 무선충전 트랜스미터 또는 외부의 NFC Reader기.
801: 무선충전 트랜스미터나 NFC Reader기의 안테나 코일.
810: 모바일 기기 본체.
811: 무선충전 리시버와 NFC 안테나 코일, Secure Element로 구성된 Type B0의
무선충전 NFC USIM.
812: 무선충전 리시버의 회로부분.
813: 무선충전 리시버와 Secure Element가 ISO7816 인터페이스 전극의 VCC핀을
공유하게 되어, 상태에 따라서 교차해서 VCC핀을 공유하기 위해서 사용하는
스위치.
814: NFC 전용의 안테나 코일.
815: USIM의 Secure Element로 SWP와 ISO7816규격을 지원한다.
816: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
817: 무선충전 전용의 안테나 코일.
820: 모바일 기기 내의 메인보드.
821: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device.
822: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device가 독자적으로 가지는 Secure Element.
경우에 따라서 삭제한다.
823: NFC SIM Card가 삽입되는 USIM Slot 또는 Socket Connector.
도 9: 무선충전 NFC USIM-Type B1(직접 전부 공유)인 경우의 블록도.
900: 모바일 기기 본체.
910: 무선충전 리시버와 NFC 안테나 코일, Secure Element로 구성된 Type B1의
무선충전 NFC USIM.
911: 도 8의 814과 817이 하나의 안테나 코일로 통합되어 공유하는 안테나 코일.
912: 무선충전 리시버의 회로부분.
913: 도 8의 813과 동일.
914: 도 8의 815와 동일.
916: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
920: 모바일 기기 내의 메인보드.
921: 도 8의 823과 동일.
922: 도 8의 821과 동일.
923: 도 8의 822와 동일.
도 10: 무선충전 NFC USIM-Type B2(스위치를 통한 교차적 전부 공유)인 경우의 블
록도.
1000: 모바일 기기 본체.
1010: 무선충전 리시버와 NFC 안테나 코일, Secure Element로 구성된 Type B2의
무선충전 NFC USIM.
1011: 도 8의 814과 817이 하나의 안테나 코일로 통합되어 공유하는 안테나 코일.
1012: 안테나 코일을 교차하여 공유하는데 사용하는 스위치.
1013: 도 9의 912와 동일.
1014: 도 9의 913와 동일.
1015: 도 9의 914와 동일.
1016: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
1020: 모바일 기기 내의 메인보드.
1021: 도 9의 921과 동일.
1022: 도 9의 922와 동일.
1023: 도 9의 923과 동일.
도 11: 무선충전 NFC USIM-Type B3(스위치를 통한 내측 종속 공유)인 경우의 블록
도.
1100: 모바일 기기 본체.
1101: 무선충전 리시버와 NFC 안테나 코일, Secure Element로 구성된 Type B3의
무선충전 NFC USIM.
1110: 무선충전에만 사용되는 외측 안테나 코일.
1111: 공유되는 내측 안테나 코일.
1112: 내측과 외측의 안테나 코일을 합체하고 분리하는 역할을 하는 스위치.
1113: USIM의 Secure Element로 SWP와 ISO7816규격을 지원한다.
1114: 무선충전 리시버의 회로부분.
1115: 무선충전 리시버와 Secure Element가 ISO7816 인터페이스 전극의 VCC핀을
공유하게 되어, 상태에 따라서 교차해서 VCC핀을 공유하기 위해서 사용하는
스위치.
1116: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
1120: 모바일 기기 내의 메인보드.
1121: NFC SIM Card가 삽입되는 USIM Slot 또는 Socket Connector.
1122: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device.
1123: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device가 독자적으로 가지는 Secure Element.
경우에 따라서 삭제한다.
도 12: 무선충전 NFC USIM-Type B4(스위치를 통한 외측 종속 공유)인 경우의 블록
도.
1200: 모바일 기기 본체.
1201: 무선충전 리시버와 NFC 안테나 코일, Secure Element로 구성된 Type B4의
무선충전 NFC USIM..
1210: 공유되는 외측 안테나 코일.
1211: 무선충전에만 사용되는 내측 안테나 코일.
1212: 내측과 외측의 안테나 코일을 합체하고 분리하는 역할을 하는 스위치.
1213: 무선충전 리시버의 회로부분.
1214: 무선충전 리시버와 Secure Element가 ISO7816 인터페이스 전극의 VCC핀을
공유하게 되어, 상태에 따라서 교차해서 VCC핀을 공유하기 위해서 사용하는
스위치.
1215: USIM의 Secure Element로 SWP와 ISO7816규격을 지원한다.
1216: ISO7816 인터페이스를 지원하는 전극 핀. 도 7의 701과 동일.
1220: 모바일 기기 내의 메인보드.
1221: NFC SIM Card가 삽입되는 USIM Slot 또는 Socket Connector.
1222: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device.
1223: 모바일 기기 내에 구현된 NFC Device가 독자적으로 가지는 Secure Element.
경우에 따라서 삭제한다.
도 13: 무선충전에 의한 전류와 SWP-UICC를 구동하기 위한 전류를 제어하는 회로의 구현 예.
1300: 무선충전 전류와 SWP-UICC 전류를 제어하는 회로도.
1310: 전류의 방향성을 부여하기 위한 다이오드.
1320: SWP-UICC를 구동하기 위하여 전류의 연결을 변경하는 스위치.
1330: 스위치를 상태에 따라 제어하기 위한 논리 게이트(Logic Gate).
도 14: 무선충전 NFC USIM의 Type A와 Type B를 기구적으로 구별하기 위한 실시 예.
1400: 무선충전 NFC USIM Type A의 실시 예.
1401: USIM이 Slot에 삽입된 후 Locking Point.
1410: 무선충전 NFC USIM Type B의 실시 예.
1411: USIM이 Slot에 삽입된 후 Locking Point.
본 발명의 해결과제를 해결하기 위해 제안된 무선충전 NFC USIM Card를 구현하는 구체적인 방법은 다음과 같다.
모바일 기기에서 무선충전 기능을 이용하기 위해서는 모바일 기기에 미리 무선충전 리시버 회로를 탑재하고 사용자가 무선충전 리시버 안테나 코일이 매립된 뒷면 커버를 별도로 구입하여 장착을 하는 것이 일반적이다. NFC 기능의 경우도 유사해서 모바일 기기에 NFC Device를 미리 탑재하고 사용자가 NFC 기능이 부가된 NFC USIM을 구입하여 장착하여 사용하는 것이 일반적이다.
이 두 가지 기능을 모두 이용하기 위해서는 사용자가 별도로 상기의 뒷면 커버나 NFC USIM을 구입하여야 하고, 제조사의 입장에서는 기술을 제품에 적용하면서 적용범위나 기술의 규격에 따라서 자연히 모델 수가 늘어나게 된다. 사용자의 입장에서는 모바일 기기를 구입하면서 기술의 적용여부를 따져서 구입해야 하는 불편이 있다. 이러한 문제를 해결하면서 모바일 기기의 내부에서 사용이 가능한 무선충전 NFC USIM을 구현하기 위해서 현재 사용되고 있는 형태를 파악하여 응용하는 것이 필요하다. 또한 모바일 기기에 NFC 기능이 이미 구현되어 있는 기기와 전혀 구현되어 있지 않은 기기에 대한 고려가 필요하다. 도 1은 현재 무선충전과 NFC가 모바일 기기에 적용되어 사용되고 있는 형태를 설명하고 있다. 각각의 기술이 개별적으로 구현되고 있음을 볼 수 있다. 도 2에서 도 6까지는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현되어 있지 않은 경우에 무선충전과 NFC 기능을 이용하기 위한 무선충전 NFC USIM을 설명하고 있고 도 8에서 도 12까지는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현되어 있는 경우에 무선충전과 NFC기능을 이용하기 위한 무선충전 NFC USIM을 설명하고 있다. 편의상 전자의 경우를 Type A로 명명하고 종류별로 뒤에 번호를 붙여서 식별을 하고 후자의 경우를 Type B로 명명해서 종류별로 뒤에 번호를 붙여서 식별을 하겠다. 또한 기구적으로 Type A와 Type B는 도 7의 클립구조를 갖는 무선충전 NFC USIM을 구현함에 있어서 USIM Slot에 고정되는 구조를 달리하여 구별을 할 수 있도록 한다. 그 예는 도 14에서 볼 수 있다. Type A와 Type B의 Locking Point가 다른 예를 볼 수 있다.
우선 제조사나 사용자의 편리를 고려해서 무선충전과 NFC를 통합한 USIM을 구현함에 있어서 무선충전 NFC USIM Type A는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현되어 있지 않은 경우에 사용할 수 있도록, 도 1에서 무선충전과 NFC가 개별적으로 구현하고 있는 무선충전 회로부(112), 무선충전 안테나 코일(113), NFC 안테나 코일(115), SWP-UICC(116), ISO7816인터페이스 접점 전극(117), NFC Device(121), 경우에 따라서 적용되는 NFC 전용 Secure Element(122)를 하나의 USIM에 통합하여 도 2의 무선충전 NFC USIM(210)을 구현한다. 이 경우에 모바일 기기는 이 무선충전 NFC USIM의 사용을 위하여 ISO7816 인터페이스 접점 전극(218)의 1번 핀을 통해서 들어오는 무선충전 전류를 받아서 배터리를 충전할 수 있도록 모바일 기기 내부적으로 미리 회로를 구성하고 전극의 4번과 8번 핀을 이용하여 다양한 직렬통신을 할 수 있도록 설계되어야 한다.
무선충전 NFC USIM은 모바일 기기의 내부에서 사용되기 때문에 전력의 전송이나 통신을 함에 있어서 전송률이나 감도저하가 최소화되어야 하고 최대한 작고 얇아야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 도 2에서의 무선충전 안테나 코일(213)과 NFC 안테나 코일(214)를 하나의 안테나 코일(313)으로 통합하여 무선충전 리시버 회로부(311)와 NFC Device(315)가 공유하도록 하게 되면 USIM의 크기를 줄일 수 있게 된다. 도 3에서 공유되는 안테나 코일은 두 부분에 직접 연결이 되기 때문에 경우에 따라서 무선충전 NFC USIM(310)의 감도저하나 오동작을 유발할 가능성을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 4에서와 같이 공유되는 안테나 코일(413)을 무선충전 회로부(411)와 NFC Device(416)이 교차적으로 공유하도록 스위치(415)를 이용하여 상호 격리하게 되면 상호간의 간섭 가능성을 없앨 수 있다. 도 4의 무선충전 NFC USIM(410)은 하나의 코일을 공유하게 되므로 무선충전 회로부(411)과 NFC Device(416)은 동일한 인덕턴스를 가지는 하나의 코일을 공유하게 되는데,
무선충전과 NFC 기능은 서로 다른 전송주파수를 가지고 통신과 전력을 전송하기 때문에 사용하는 안테나 코일의 최적화된 인덕턴스 값이 서로 다른 문제점을 가지게 된다. 물론 두 기능을 최적화하는 안테나 코일의 인덕턴스 값이 서로 다르지만 그 마진 폭이 여유가 있어서 도 3이나 도 4의 무선충전 NFC USIM도 동작에 문제는 없다. 최적의 전송효율을 위해서 각각의 기능에 필요한 최적의 인덕턴스를 가지는 안테나 코일을 제공하기 위해서, 두 개의 안테나 코일을 배치하고 공유함에 있어서 동일 평면상의 내측과 외측으로 구분하여 배치를 한다. 여기서 NFC 기능은 상대적으로 높은 전송주파수에서 운용이 되기 때문에 무선충전 기능보다 낮은 인덕턴스를 가지는 안테나 코일이 필요하고 무선충전 기능은 상대적으로 높은 인덕턴스를 가지는 안테나 코일이 필요하게 된다. 참고로 코일의 경우에 감겨진 횟수가 많아지면 인덕턴스 값이 증가하게 된다. 따라서 도 5에서 NFC Device(517)가 사용하는 안테나 코일(510)과 무선충전 회로부(515)만 사용하는 안테나 코일(511)을 구분하여 배치하고 NFC 기능을 사용하는 경우에는 스위치(514)를 조작하여 점 5-B와 점 5-C를 단절하고, 무선충전 기능을 사용하는 경우에는 스위치(514)를 조작하여 점 5-B와 점 5-C를 연결한다. 이렇게 하면 무선충전 회로부(515)는 점 5-A를 통해서 내측의 코일을 경유하여 점 5-B,점 5-C를 통과하고, 다시 외측의 코일을 경유하여 점 5-D를 거쳐서 두개의 안테나 코일을 하나의 안테나 코일처럼 이용할 수 있게 된다.
두 개의 안테나 코일이 연결되어 하나의 안테나 코일이 되면 코일이 가지는 인덕턴스 값이 증가하게 되어 무선충전에 최적화된 안테나 코일을 이용한 통신과 전력의 전송이 가능하게 된다.
도 6은 도 5에서의 내측과 외측의 코일의 위치를 서로 바꾸어 외측의 안테나 코일을 스위치를 통하여 공유하는 형태로 도 5의 원리와 동일하지만, NFC Device의 경우에 코일의 물리적인 크기에 따라서 통신의 감도나 가능거리가 차이가 날 수 있기 때문에 외측의 안테나 코일을 공유하는 형식도 의미가 있다고 하겠다. 도 5와 도 6의 무선충전 NFC USIM(500,600)을 구현함에 있어서 실제로 도 7의 USIM(711)과 유사한 형태로 구현하는 경우에, 안테나 코일부(715)의 폭이 제한적이기 때문에 도 5와 도 6에서의 내측과 외측의 코일 위치는 전력의 전송과 통신감도, 가능거리에 큰 영향을 주지는 않는다.
무선충전 NFC USIM Type B는 모바일 기기에 NFC 기능이 구현되어 있는 모바일 기기를 위한 것으로 도 8에서 도 12까지 구현 방법을 설명한다. 도 1에서 무선충전과 NFC가 개별적으로 구현하고 있는 무선충전 회로부(112), 무선충전 안테나 코일(113), NFC 안테나 코일(115), SWP-UICC(116), ISO7816인터페이스 접점 전극(117)을 하나의 USIM에 통합하여 도 8의 무선충전 NFC USIM(811)을 구현한다. 이 경우에 모바일 기기는 이 무선충전 NFC USIM의 사용을 위하여 ISO7816 인터페이스 접점 전극(816)의 1번 핀을 통해서 들어오는 무선충전 전류를 받아서 배터리를 충전할 수 있도록 모바일 기기의 메인보드(820) 내에 회로를 구성해야 한다. Secure Element인 SWP-UICC(815)를 Single Wire Protocol이나 ISO7816 기술규격으로 구동하기 위해서는 우선 SWP-UICC(815)에 VCC전원을 공급한 후 신호를 전송하고 종료 시에는 다시 VCC전원의 공급을 차단하게 된다. 따라서 무선충전 기능을 사용하는 경우에 VCC핀으로 전압이 인가되면 SWP-UICC(815)에도 인가되기 때문에 오동작을 일으킬 가능성이 있게 된다. 따라서 이러한 가능성을 없애기 위해서 스위치(813)을 두어 제어를 한다.
스위치(813)의 제어는 도 13에서 보듯이 다이오드(1310)와 NAND 게이트(1330)를 이용하여 무선충전과 NFC기능을 사용하지 않는 경우에는 OFF, 무선충전만 사용하는 경우에도 OFF, NFC 기능을 사용하는 경우에 ON이 되게끔 회로를 구성한다.
상기 설명한 바와 같이 도 8 에서 도 12는 도 2에서 도 6과 개념적인 측면에서 거의 유사하다고 볼 수 있다.
무선충전 NFC USIM(811)의 전력 전송률이나 감도의 저하를 최소화되어야 하고 최대한 작고 얇게 만들기 위하여 도 8의 무선충전 안테나 코일(817)과 NFC 안테나 코일(814)를 하나의 안테나 코일(911)으로 통합하여 무선충전 리시버 회로부(912)와 NFC Device(914)가 공유하도록 하게 되면 USIM의 크기를 줄일 수 있게 된다. 도 9에서 공유되는 안테나 코일은 두 부분에 직접 연결이 되기 때문에 경우에 따라서 무선충전 NFC USIM(910)의 감도저하나 오동작을 유발할 가능성을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 10에서와 같이 공유되는 안테나 코일(1011)을 무선충전 회로부(1013)와 NFC Device(1015)이 교차적으로 공유하도록 스위치(1012)를 이용하여 상호 격리하게 되면 상호간의 간섭 가능성을 없앨 수 있다. 상기 Type A의 무선충전 NFC USIM에서 설명한 바와 같이 최적의 전송효율을 위해서 각각의 기능에 필요한 최적의 인덕턴스를 가지는 안테나 코일을 제공하기 위해서, 두 개의 안테나 코일을 배치하고 공유함에 있어서 동일 평면상의 내측과 외측으로 구분하여 배치를 한다. 도 11에서 NFC Device(1122)가 사용하는 안테나 코일(1111)과 무선충전 회로부(1114)만 사용하는 안테나 코일(1110)을 구분하여 배치하고, NFC 기능을 사용하는 경우에는 스위치(1112)를 조작하여 점 11-B와 점 11-C를 단절하고, 무선충전 기능을 사용하는 경우에는 스위치(1112)를 조작하여 점 11-B와 점 11-C를 연결한다. 이렇게 하면 무선충전 회로부(1114)는 점 11-A를 통해서 내측의 코일을 경유하여 점 11-B,점 11-C를 통과하고, 다시 외측의 코일을 경유하여 점 11-D를 거쳐서 두 개의 안테나 코일을 하나의 안테나 코일처럼 이용할 수 있게 된다.
두 개의 안테나 코일이 연결되어 하나의 안테나 코일이 되면 코일이 가지는 인덕턴스 값이 증가하게 되어 무선충전에 최적화된 안테나 코일을 이용한 통신과 전력의 전송이 가능하게 된다. 도 12는 도 11의 내측 안테나 코일(1111)과 외측의 안테나 코일(1110)의 위치를 바꾸어 놓은 경우이다.

Claims (20)

  1. 도 1에서, 무선충전 리시버를 구성하는 안테나 코일(113), 무선충전 리시버 회로부(112)와 NFC 기능이 모바일 기기(120)에 구현된 경우에 사용하는 NFC USIM(114)을 구성하는 안테나 코일(115), Secure Element(116), 모바일 기기와의 인터페이스를 하는 전극(117)을 결합하여 하나의 USIM Card에 구현한 무선충전 NFC USIM (811).
  2. 청구항 1에 있어서, 무선충전 NFC USIM(811)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  3. 청구항 1에 있어서, 무선충전 NFC USIM(811)을 구현함에 있어서 도 8의 무선충전 안테나 코일(817)과 NFC 안테나 코일(814)를 하나의 안테나 코일(911)로 통합하여 무선충전 리시버의 회로부(912)와 NFC Device(922)가 하나의 안테나 코일을 직접 전부 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(910).
  4. 청구항 3에 있어서, 무선충전 NFC USIM(910)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  5. 청구항 1에 있어서, 무선충전 NFC USIM(811)을 구현함에 있어서 도 8의 무선충전 안테나 코일(817)과 NFC 안테나 코일(814)를 하나의 안테나 코일(1011)로 통합하여
    스위치(1012)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(1013)와 NFC Device(1022)가 하나의 안테나 코일을 교차하여 전부 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(1010).
  6. 청구항 5에 있어서, 무선충전 NFC USIM(1010)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  7. 청구항 1에 있어서, 무선충전 NFC USIM(811)을 구현함에 있어서 도 8의 무선충전 안테나 코일(817)과 NFC 안테나 코일(814)를 배치하고 공유함에 있어서 무선충전 리시버만 이용하는 안테나 코일(1110)과 무선충전 리시버의 회로부(1114)와 NFC Device(1122)가 공유하는 안테나 코일(1111)로 분리하여, 공유하는 내측의 안테나 코일(1111)을 스위치(1112)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(1114)와 NFC Device(1122)가 부분 종속적으로 안테나 코일(1111)을 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(1101).
  8. 청구항 7에 있어서, 무선충전 NFC USIM(1101)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  9. 청구항 1에 있어서, 무선충전 NFC USIM(811)을 구현함에 있어서 도 8의 무선충전 안테나 코일(817)과 NFC 안테나 코일(814)를 배치하고 공유함에 있어서 무선충전 리시버만 이용하는 안테나 코일(1211)과 무선충전 리시버의 회로부(1213)와 NFC Device(1222)가 공유하는 안테나 코일(1210)로 분리하여, 공유하는 외측의 안테나 코일(1210) 부분을 스위치(1212)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(1213)와 NFC Device(1222)가 부분 종속적으로 안테나 코일(1210)을 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(1201).
  10. 청구항 9에 있어서, 무선충전 NFC USIM(1201)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.


  11. 도 1에서, 무선충전 리시버를 구성하는 안테나 코일(113), 무선충전 리시버 회로부
    (112)와 NFC 기능을 구성하는 안테나 코일(115), Secure Element (116), NFC Device(121), NFC Device가 독자적으로 가질 수 있는 Secure Element (122), 모바일 기기와의 인터페이스를 하는 전극(117)을 결합하여 하나의 USIM Card에 구현한 무선충전 NFC USIM (210).
  12. 청구항 11에 있어서, 무선충전 NFC USIM(210)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  13. 청구항 11에 있어서, 무선충전 NFC USIM(210)을 구현함에 있어서 도 2의 무선충전 안테나 코일(213)과 NFC 안테나 코일(214)를 하나의 안테나 코일(313)로 통합하여 무선충전 리시버의 회로부(311)와 NFC Device(315)가 하나의 안테나 코일을 직접 전부 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(310).
  14. 청구항 13에 있어서, 무선충전 NFC USIM(310)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  15. 청구항 11에 있어서, 무선충전 NFC USIM(210)을 구현함에 있어서 도 2의 무선충전 안테나 코일(213)과 NFC 안테나 코일(214)를 하나의 안테나 코일(413)로 통합하여
    스위치(415)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(411)와 NFC Device(416)가 하나의 안테나 코일을 교차하여 전부 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(410).
  16. 청구항 15에 있어서, 무선충전 NFC USIM(410)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  17. 청구항 11에 있어서, 무선충전 NFC USIM(210)을 구현함에 있어서 도 2의 무선충전 안테나 코일(213)과 NFC 안테나 코일(214)를 배치하고 공유함에 있어서 무선충전 리시버만 이용하는 안테나 코일(511)과 무선충전 리시버의 회로부(515)와 NFC Device(517)가 공유하는 안테나 코일(510)로 분리하여, 공유하는 내측의 안테나 코일(510) 부분을 스위치(514)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(515)와 NFC Device(517)가 부분 종속적으로 안테나 코일(510)을 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(500).
  18. 청구항 17에 있어서, 무선충전 NFC USIM(500)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
  19. 청구항 11에 있어서, 무선충전 NFC USIM(210)을 구현함에 있어서 도 2의 무선충전 안테나 코일(213)과 NFC 안테나 코일(214)를 배치하고 공유함에 있어서 무선충전 리시버만 이용하는 안테나 코일(610)과 무선충전 리시버의 회로부(615)와 NFC Device(617)가 공유하는 안테나 코일(611)로 분리하여, 공유하는 외측의 안테나 코일(611)을 스위치(614)를 이용하여 무선충전 리시버의 회로부(615)와 NFC Device(617)가 부분 종속적으로 안테나 코일(611)을 공유하는 구조를 가진 무선충전 NFC USIM(600).
  20. 청구항 19에 있어서, 무선충전 NFC USIM(600)을 구현함에 있어서 도 7의 무선충전 NFC USIM(711)과 같이 ISO7816 인터페이스를 하는 전극(714)이 위치하는 Card의 내측(713)과 안테나 코일이 위치하는 외측(715)을 사방 한 변을 연결하고, 세 변을 격리하는 홈(712)으로 격리하여 동일 평면 상에 배치하여 클립형태로 제작한 무선충전 NFC USIM.
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