KR20140039507A - 근거리 무선 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치가 저전력, 고효율로 데이터 또는 클락 정보를 전송할 수 있게 하기 위한 것이다. 이에 따라, 본 발명의 근거리 무선 통신 장치는 전송할 데이터가 1일 때는 펄스로 변조하여 신호를 전송하고, 0일 때는 아예 신호를 전송하지 않는다.

Description

근거리 무선 송수신 방법 및 장치{NEAR FIELD WIRELESS COMMUNICATING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 근거리 무선 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 마그네틱 커플링(Magnetic coupling)을 이용한 근거리 무선 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
마그네틱 커플링 또는 근거리 마그네틱 인덕션(Near Field Magnetic Induction)을 이용하는 근거리 무선 통신 장치는 여러 가지 방식으로 데이터와 클락 신호를 송수신 한다. 예를 들어, 데이터를 송수신하는 방식에는 펄스 베이스 방식과 베이스밴드 방식이 있고, 클락 신호의 전송 방식에는 단순 증폭 구조 송수신 방식과, 상호 인젝션 락킹 CLK(Mutual Injection-locking CLocK) 방식, 인젝션 락킹 CDR(Injection-locking Clock-and-Data Recovery) 방식이 있다. 이러한 방식들의 원리를 도1 내지 도6에 도시하였다.
도1은 일반적인 펄스 베이스 데이터 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면이다. 이 방식은 전송 데이터가 1일 때에는 포지티브 펄스(positive pulse)로 변조(modulation) 시키고, 전송 데이터가 0일 때에는 네거티브 펄스(negative pulse)로 변조시켜 데이터를 전송하는 방식이다. 이에 따라, 도1에 도시된 바와 같이, 송신 장치는 전송 데이터에 따라 커플러에 포지티브 펄스와 네거티브 펄스를 번갈아 가면서 인가한다(Tx output). 이 경우 수신 장치의 커플러(Rx input)에는 포지티브 펄스가 뜬 다음 바로 뒤에 네거티브 펄스가 뜨거나 네거티브 펄스가 뜨고 바로 뒤에 포지티브 펄스가 뜨는 형태의 파형이 실리게 된다. 수신 장치는 이를 적당히 증폭 후에 샘플링하여 데이터를 복원하게 된다. 하지만 이 경우 샘플링이 굉장히 중요해진다.
도2는 펄스 베이스 방식에서의 샘플링 타이밍 이슈를 나타낸 것이다. 도2를 참조하면, 샘플링을 적당한 타이밍에 하지 못하게 되면 데이터 복원에 있어서 에러가 발생한다. 데이터를 정상적으로 복원할 수 있는 타이밍은 굉장히 짧기 때문에 이를 정교한 딜레이 셀(delay cell)을 사용하여 조절해 줘야 한다. 만약 온도 변화가 발생하여 딜레이가 변할 경우 매번 직접 조절해줘야 한다.(논문 N. Miura et al., "A 1Tb/s 3W Inductive-Coupling Transceiver for 3-D StackedInter-Chip Clock and Data Link," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42, NO. 1, Jan. 2007, pp. 111-122 참조)
도3은 종래의 베이스 밴드 데이터 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면이다. 이 방식은 송신 장치가 전송 데이터와 동일한 형태로 커플러에 전류(current)를 인가하는 방식이다. 송신 장치에서 전류의 변환(transition)이 연속해서 발생하지 않기 때문에 펄스 형태의 파형이 수신 장치에 전달되게 된다. 이를 히스테리시스 비교(hysteresis comparison) 방식을 사용하면 간단하게 데이터로 복원할 수 있다. 이렇게 데이터를 복원하게 되는 경우 클락의 동기화가 필요 없기 때문에 딜레이 셀이 필요하지 않게 된다. 하지만 전송 장치에서 변환을 줄이기 위해서 직류 전류(DC current)를 계속 인가해야 하기 때문에 전력소모가 매우 크다.(논문 N. Miura et al., "An 11Gb/s Inductive-Coupling Link with Burst Transmission" in IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, Feb. 2008 pp. 297-299 참조)
도4는 종래의 단순 증폭 구조 클락 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면이다. 이 방식은 단순하게 클락 정보를 받아 증폭시켜 복원하는 방식이다. 클락 신호이기 때문에 증폭에 있어서 선현성(linearity)에 대해서 고려할 필요가 적어진다. 하지만 속도가 매우 빠르기 때문에 대역폭(bandwidth)을 확보하면서 큰 이득(gain)을 갖기 위해서는 매우 많은 전력을 소모해야 한다.(논문N. Miura et al., "A 1Tb/s 3W Inductive-Coupling Transceiver for 3-D Stacked Inter-Chip Clock and Data Link," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42, NO. 1, Jan. 2007, pp. 111-122 참조)
도5는 상호 인젝션 락킹 CLK(Mutual Injection-locking clock) 방식의 동작 원리를 나타낸 것이다. 이 방식은 통신 장치라기보다는 하나의 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 서로 공유한다는 개념이다. 서로 다른 칩(chip)에 있는 VCO를 비슷한 주파수로 맞춰놓고 거리를 가까이 가져가면 서로 커플링(coupling)이 생겨 상호 인젝션 락킹(mutual injection-locking)이 발생한다. 이렇게 되면 두 VCO가 같은 주파수를 가지기 때문에 하나의 클락을 공유하는 것처럼 사용할 수 있게 된다. 이를 응용하면 칩 2개가 아닌 복수개의 칩에 대해서 클락을 공유할 수 있다. 하지만 이 방식의 경우 각 칩 별로 주파수 불일치(mismatch)가 발생할 수 있고 최종적으로 생성된 클락의 주파수를 정확하게 예측할 수가 없다. 물론 LC 소자를 사용하기 때문에 링 오실레이터 보다는 정확하게 예측이 가능하지만 데이터 샘플링 및 시스템 클락으로 사용하기 위해서는 매우 정확하게 주파수를 맞추어 줄 필요가 있다.(논문 N. Miura et al., "A 2.7Gb/s/mm2 0.9pJ/b/Chip 1Coil/Channel ThruChip Interface with Coupled-Resonator-Based CDR for NAND Flash Memory Stacking," in IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, Feb. 2011, pp. 490-492 참조)
도6은 인젝션 락킹 CDR(Injection-locking Clock-and-Data Recovery) 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면이다. 이 방식은 CDR에서 데이터를 복원하기 위해서 사용되는 인젝션 락킹 방식으로, 수신 장치에 입력에 전달되는 신호를 버퍼에 통과시킨 후에 인젝션 락킹을 시켜 클락 신호를 복원하는 방식이다. 펄스 폭(pulse width) 만큼 전류를 흘려 락킹을 시키는 것이 아니라 펄스의 주기에 따라 스위칭을 하여 락킹을 시키는 방식이다.(논문 Y. Take et al., "A 30Gb/s/Link 2.2Tb/s/mm2 Inductive-Coupled Injection-locking CDR for High-speed DRAM Interface," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.46, NO. 11, Nov. 2011, pp. 2552-2559 참조)
상기한 종래기술의 문제점들은 아래와 같다.
펄스 베이스 방식의 경우 딜레이 셀 구현이 매우 어렵다. 또한 온도 변화가 발생할 경우 매번 새로 조절해야 하는 단점이 존재한다. 베이스밴드 방식의 경우 변환(transition)을 줄이기 위해 DC 전류를 이용하기 때문에 전력소모가 매우 크다는 단점이 있다.
클락 송수신을 위한 단순 증폭 구조 통신 장치는 빠른 속도의 클락 때문에 대역폭을 확보하면서 큰 이득을 갖기 위해 매우 많은 전력을 소모해야 한다. 상호 인젝션 락킹 CLK 송수신방식은 각 칩 별로 주파수 불일치가 발생할 수 있고, 최종적으로 생성된 클락의 주파수에 대해서 정확이 예측할 수가 없다는 문제점이 있다. 인젝션 락킹 CDR 송수신방식은 데이터의 변환이 많을수록 락킹이 잘 되고, 변환이 적으면 락킹이 안 되는 구간이 길어지기 때문에 엄밀히 말해 클락을 복원하는 것이 아닌 샘플링 타이밍만 복원하는 방식이라 할 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 전력 소비를 감소시킬 수 있는 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 펄스 베이스 방식에 비해 에러율이 적고, 정교한 딜레이 셀이 필요하지 않은 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 클락 정보를 연속적으로 복원할 수 있고, 정확한 클락 신호의 주파수 매칭이 가능한 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
한편 본 발명은 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송수신 방법에 있어서, 송신 디지털 데이터가 1이면 포지티브 펄스를 출력하고, 디지털 데이터가 0이면 0을 출력하여, 펄스 생성기가 상기 디지털 데이터에 대응하는 제1포지티브 펄스 신호를 생성하는 과정과, 상기 제1포지티브 펄스 신호가 상기 포지티브 펄스인 동안에만 데이터 송신 커플러를 구동하여 상기 송신 디지털 데이터를 전송하는 과정과, 데이터 수신 커플러에서의 신호 수신에 대응하여, 포지티티브 펄스와 네거티브 펄스가 교차하는 포지티브/네거티브 펄스 신호를 생성하는 과정과, 기준치와 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 비교하여, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 제2포지티브 펄스 신호로 변경하는 과정과, 상기 제2포지티브 펄스 신호를 수신 디지털 데이터로 복조하는 과정을 포함한다.
본 발명은 전력 소비를 감소시킬 수 있는 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다. 그리고 본 발명은 펄스 베이스 방식에 비해 에러율이 적고, 정교한 딜레이 셀이 필요하지 않은 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 클락 정보를 연속적으로 복원할 수 있고, 정확한 클락 신호의 주파수 매칭이 가능한 근거리 무선 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
도1은 도1은 일반적인 펄스 베이스 데이터 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면
도2는 펄스 베이스 방식에서의 샘플링 타이밍 이슈를 나타낸 도면,
도3은 종래의 베이스 밴드 데이터 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면,
도4는 종래의 단순 증폭 구조 클락 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면,
도5는 상호 인젝션 락킹 CLK(Mutual Injection-locking clock) 방식의 동작 원리를 나타낸 도면,
도6은 인젝션 락킹 CDR(Injection-locking Clock-and-Data Recovery) 통신 장치의 동작 원리를 나타낸 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신 장치의 구성을 나타낸 도면,
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복조기 구성을 나타낸 도면,
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신 장치의 클락 송수신부의 구성을 나타낸 도면,
도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 클락 수신부의 구성을 나타낸 도면
도11 내지 도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신 장치의 동작 과정을 나타낸 도면,
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 및 복구 과정을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치가 저전력, 고효율로 데이터 또는 클락 정보를 전송할 수 있게 하기 위한 것이다. 이에 따라, 본 발명의 근거리 무선 통신 장치는 전송할 데이터가 1일 때는 펄스로 변조하여 신호를 전송하고, 0일 때는 아예 신호를 전송하지 않는다. 다시 말해, 본 발명에 따른 근거리 무선 통신 장치는 디지털 데이터를 포지티브 펄스 신호로 변경하고, 클락 주기에 따라 포지티브 펄스 신호가 1일 때만 송신 커플러에 펄스 전류를 인가하여 디지털 데이터를 전송한다.
그리고 본 발명에 따라 근거리 무선 통신 장치는 수신 커플러에 전류가 유도되면, 유도 전류에 대응하여 포지티브/네거티브 펄스 신호가 생성되고, 이를 포지티브 펄스 신호로 복원한 후, 포지티브 펄스 신호를 디지털 데이터로 복원한다. 포지티브 펄스 신호를 디지털 데이터로 복원하는 복조기는 포지티브 펄스 신호를 토글링하여 출력하는 제1딜레이 플립플롭과, 제1딜레이 플립플롭의 출력을 샘플링하는 제2딜레이 플립플롭과, 제2딜레이 플립플롭의 출력을 딜레이하는 제3딜레이 플립플롭과, 제2딜레이 플립플롭의 출력과 제3딜레이 플립플롭의 출력을 입력으로 하는 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)를 포함한다.
그리고 근거리 무선 통신 장치는 클락 신호 송수신을 위한 전용 송수신 커플러를 구비할 수 있으며, 클락 송신 커플러를 통해 클락 신호를 송신하고, 이에 따라, 클락 수신 커플러에 전류가 유도되면, 이를 증폭한 후 클락 생성기에 인가하여, 수신된 클락 신호에 동조된 클락 신호가 생성되게 한다.
상기한 본 발명에 따른 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송수신부를 도7에 도시하였다. 도7은 본 발명의 이해를 돕기 위해, 근거리 무선 통신 장치(100)의 데이터 송신부(80)와 데이터 수신부(90)를 분리하여 개별적으로 도시하였으나, 하나의 근거리 무선 통신 장치(100)는 데이터 송신부(80)와 데이터 수신부(90)를 모두 포함할 것이다.
도7을 참조하면, 근거리 무선 통신 장치(100)는 제어부(10)와, 데이터 송신부(80)와, 데이터 수신부(90)를 포함한다. 데이터 송수신부(80)는 본 발명의 일 실시예에 따라, 펄스 생성기(20), 드라이버(30), 데이터 송신 커플러(40)를 포함하고, 데이터 수신부(90)는 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 수신 커플러(50), 비교기(60), 복조기(70)를 포함한다.
제어부(10)는 송신 클락 신호에 맞춰 송신할 디지털 데이터를 데이터 송신부(80)로 출력하고, 데이터 수신부(90)에서 입력되는 디지털 데이터를 적정 처리한다.
펄스 생성기(20)는 제어부(10)로부터 입력되는 디지털 데이터를 포지티브 펄스로 변환한다. 다시 말해 펄스 생성기(20)는 송신 클락 신호에 맞추어 디지털 데이터가 1일 때는 펄스값이 양수인 포지티브 펄스를 출력하고, 디지털 데이터가 0일 때는 펄스값이 0인 포지티브 펄스 신호를 생성하여 드라이버(30)로 출력한다.
드라이버(30)는 펄스 생성기(20)에서 인가되는 포지티브 펄스 신호에 따라, 포지티브 펄스 동안에는 데이터 송신 커플러(40)에 전류를 인가하고, 펄스값이 0인 동안에는 데이터 송신 커플러(40)에 전류를 인가하지 않는다. 이에 따라, 데이터가 수신측 근거리 무선 통신 장치로 전송된다.
송신측 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송신 커플러와 인덕티브 커플링됨에 따라 데이터 수신 커플러(50)에 전류가 유도될 때 마다, 다시 말해 데이터가 수신될 때 마다, 포지티브 펄스가 한번 뜨고 바로 뒤에 네거티브 펄스가 한번 뜬 후 0으로 돌아가는 형태의 파형을 가지는 포지티브/네거티브 펄스 신호가 수신 커플러(50)에서 생성되고, 이러한 펄스 신호가 비교기(60)로 출력된다. 포지티브/네거티브 펄스 신호는 송신측 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송신 커플러에 펄스 신호가 인가됨에 따라, 상호 인덕턴스(mutual inductance)에 의해 데이터 수신 커플러(50)에 자동적으로 생성되는 신호의 형태이다. 즉, 펄스 신호의 라이징 에지(rising edge) 부분에 의해서 포지티브 형태의 파형이, 펄스의 폴링 에지(falling edge) 부분에 의해서 네거티브 형태의 파형이 생성된다.
비교기(60)는 기준치와 데이터 수신 커플러(50)에 입력되는 포지티브/네거티브 펄스 신호를 비교하여, 기준치보다 작은 값은 0으로 출력하고, 기준치보다 큰 값은 특정 정수값으로 출력하여, 펄스 형태로 복원함에 따라, 송신측 근거리 무선 통신 장치가 보냈던 신호와 동일한 형태의 포지티브 펄스 신호를 복원한다. 그리고 비교기(60)는 포지티브 펄스 신호를 복조기(70)로 출력한다. 여기서 기준치는 0보다 크고 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호의 포지티브 펄스값 보다 작은 값을 가진다.
복조기(70)는 수신 클락 신호에 맞춰 포지티브 펄스 신호를 디지털 데이터로 복조하여 제어부(10)로 출력한다. 복조기(70)는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도8에 도시된 바와 같이, 제1딜레이 플립플롭과(71), 제2딜레이 플립플롭(72)과, 제3딜레이 플립플롭(73)과, 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)를 포함한다.
제1딜레이 플립플롭(71)은 비교기(60)에서 입력되는 포지티브 펄스를 토글링하여 제2딜레이 플립플롭(72)으로 출력한다.
제2딜레이 플립플롭(72)은 제1딜레이 플립플롭(71)으로부터 입력되는 신호를 샘플링하는 역할을 하며, 제2딜레이 플립플롭(72)의 출력 신호는 제3딜레이 플립플롭(73)으로 입력된다. 그리고 제2딜레이 플립플롭(72)의 출력 신호가 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)로 입력된다.
제3딜레이 플립플롭(73)은 제2딜레이 플립플롭(72)의 출력 신호를 딜레이하는 역할을 하며, 제3딜레이 플립플롭(73)의 출력 신호는 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)로 입력된다.
그리고 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)는 제2딜레이 플립플롭(72)의 출력 신호와 제3딜레이 플립플롭(73)의 출력 신호를 XOR하여 출력함으로써, 출력값이 복조된 디지털 데이터가 된다.
여기서 제3딜레이 플립플롭(73)은 제2딜레이 플립플롭(72)의 출력 신호와, 제3딜레이 플립플롭(73)의 출력 신호가 정확히 클락 신호의 한 주기에 맞도록 하기 위해 이용되는 것이다.
상기한 근거리 무선 통신 장치(100)가 데이터를 전송하는 과정을 도11에 도시하였다. 도11을 참조하면, 무선 통신 장치(100)는 201단계에서 전송할 디지털 데이터를 포지티브 펄스 신호로 변경한다. 그리고 203단계에서 근거리 무선 통신 장치(100)는 전송 클락 주기에 따라 포지티브 펄스 신호가 1일때만 송신 커플러에 펄스 전류를 인가하여 디지털 데이터를 전송한다.
상기한 근거리 무선 통신 장치(100)가 데이터를 수신하여 처리하는 과정을 도12에 도시하였다. 도12를 참조하면, 근거리 무선 통신 장치(100)는 211단계에서 커플러를 통해 데이터가 수신됨에 따라, 다시 말해, 상호 인덕턴스(mutual inductance)에 의해 데이터 수신 커플러(50)에 전류가 유도됨에 따라, 213단계에서 수신 데이터에 대응하는 포지티브/네거티브 펄스 신호가 생성된다. 그리고 215단계에서 근거리 무선 통신 장치(100)는 포지티브/네거티브 펄스 신호를 포지티브 펄스 신호로 복원하고, 217단계에서 포지티브 펄스 신호를 디지털 데이터로 복원한다.
이러한 데이터 송수신 과정의 일예를 도14에 도시하였다. 도14에서는 펄스 생성기(20)와 드라이버(30)와, 데이터 송신 커플러(40)는 제1장치에 포함되고, 데이터 수신 커플러(50)와, 비교기(60)와, 복조기(70)는 제2장치에 포함되며, 제1장치가 제2장치로 데이터를 송신하는 것으로 가정한다.
도14를 참조하면, 제1장치의 제어부는 전송 클락(TX CLK)에 맞춰 "0110011101"값을 가지는 송신 데이터(TX Data)를 펄스 생성기(20)로 입력하다. 펄스 생성기(20)는 전송 클락(TX CLK)에 맞춰 송신 데이터(TX Data) 값이 "1"일 때만 포지티브 펄스를 가지는 포지티브 펄스 신호(펄스 생성기 out)를 생성하여 드라이버(30)로 출력한다. 드라이버(30)는 포지티브 펄스 신호(펄스 생성기 out)에 대응하여 0이 아닌 경우에만 데이터 송신 커플러(40)에 전류(드라이버 전류)를 인가한다.
이에 따라, 데이터 수신 커플러(50)에 전류가 유도되는 시점에 대응하여 포지티브 펄스와 네거티브 펄스가 교차하는 포지티브/네거티브 펄스 신호(비교기 input)가 생성되어, 비교기(60)로 입력된다.
비교기(60)는 기준치와 데이터 수신 커플러(50)에 입력되는 포지티브/네거티브 펄스 신호(비교기 input)를 비교하여, 기준치보다 작은 값은 0으로 출력하고, 기준치보다 큰 값은 특정 정수값으로 출력하여, 포지티브 펄스 신호(비교기 out)를 복원해 복조기(70)로 출력한다.
복조기(70)에 입력된 포지티브 펄스 신호(비교기 out)는 제1딜레이 플립플롭(71)으로 입력되고, 제1딜레이 플립플롭(71)은 이에 대응하는 토글링 신호(toggling out)를 제2딜레이 플립플롭(72)으로 출력한다. 제2딜레이 플립플롭(72)은 수신 클락에 맞춰 토글링 신호(toggling out)를 샘플링한 샘플링 신호(sampling out)를 제3딜레이 플립플롭(73)과, 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)로 출력한다. 제3딜레이 플립플롭(73)은 수신 클락에 맞춰 샘플링 신호(sampling out)를 딜레이한 딜레잉 신호(Delaying out)를 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)로 출력한다. 이에 따라, 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)(74)는 "0110011101"값을 가지는 수신 데이터(RX DATA)를 출력한다.
본 발명에 따라 데이터를 송수신하면, 매우 적은 에너지를 소모하게 된다. 데이터를 포지티브 펄스 형태로 보내기 때문에 짧은 순간에 대해서만 에너지가 소모 된다. 또한 데이터가 1일 때에만 펄스를 보내고 0일 때에는 보내지 않기 때문에 에너지 소모를 더 줄일 수 있다. 그리고 정교한 딜레이 셀(delay cell)이 필요하지 않다. 본 발명에서는 간단하게 딜레이 플립플롭 하나로 타이밍을 맞춰 줄 수 있기 때문에 구현이 간단하며 전력소모 또한 매우 작다. 또한 에러에 대해서 강하다. 펄스 베이스 방식의 경우 확률적인 에러로 인해서 펄스가 잘못 복원되는 경우가 있다. 하지만 본 발명에서는 펄스를 데이터로 복원하기 위해 딜레이 시킨 두 파형을 비교하여 XOR 하는 방식이기 때문에 에러가 난 펄스에 대해서만 데이터 에러가 발생하며 다른 비트에는 전혀 에러의 영향을 주지 않게 된다.
한편, 근거리 무선 통신 장치(100)는 클락 신호를 송수신하기 위해, 도9에 도시된 바와 같이, 클락 신호 송신부(170)와 클락 신호 수신부(180)를 포함할 수도 있다. 클락 신호 송신부(170)는 제1클락 생성기(110), 클락 드라이버(120), 클락 송신 커플러(130)를 포함하고, 클락 신호 수신부(180)는 클락 수신 커플러(140), 증폭기(150), 제2클락 생성기(160)를 포함한다.
제1클락 생성기(110)는 데이터 송신을 위한 송신 클락 신호를 생성하여 데이터 송신부(80)에 인가하고, 클락 신호를 수신측 근거리 무선 통신 장치로 전송하기 위해 송신 클락 신호를 클락 드라이버(120)로 출력한다. 클락 드라이버(120)는 입력되는 클락 신호에 대응하여 클락 송신 커플러(130)에 전류를 인가하여 클락 신호를 송신한다.
송신측 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송신 커플러와 인덕티브 커플링됨에 따라 클락 수신 커플러(140)에 전류가 유도될 때 마다, 다시 말해 클락 신호가 수신될 때 마다, 수신된 클락 신호를 증폭기(150)로 출력한다.
증폭기(150)는 클락 신호가 전송되는 동안의 신호 손실을 복구하기 위한 정도의 배율로 수신된 클락 신호를 증폭한 다음 제2클락 생성기(160)로 출력한다.
제2클락 생성기(160)는 수신된 데이터를 복조할 때 이용되는 수신 클락 신호를 생성하며, 본 발명에 따라, 증폭기(150)에서 입력되는 클락 신호에 동조된 수신 클락 신호를 생성하여, 데이터 수신부(90)에 인가한다.
도10은 제2클락 생성기(160)가 링 오실레이터인 경우의 예를 나타낸 것이다. 제2클락 생성기(160)가 링 오실레이터인 경우, 자유 진동 주파수로 진동하는 링 오실레이터에, 증폭기(150)의 출력, 즉, 수신된 클락 신호를 인젝션 락킹(injection-locking)하면, 수신된 클락 신호를 복원할 수 있다. 이 경우 클락 신호를 신호 처리적으로 복조하기 위해서 필요한 전압량보다 훨씬 적은 전압량만 필요하게 되며 링 오실레이터에서 소모되는 전력 또한 매우 적기 때문에 저전력 복원 방식이라고 할 수 있다.
이렇게 클락 신호를 수신하여 처리하는 과정을 도13에 도시하였다. 도13을 참조하면, 근거리 무선 통신 장치(100)는 221단계에서 클락 신호를 수신하면, 223단계에서 수신된 클락 신호를 증폭한다. 그리고 근거리 무선 통신 장치(100)는 수신 클락 신호를 클락 발생기에 인젝션 락킹하여 수신된 클락 신호에 동조된 클락 신호가 생성되게 한다.
본 발명에 따른 클락 신호 송수신 방식과, 인젝션 락킹 CDR 방식과의 차이점은 다음과 같다. 인젝션 락킹 CDR 방식은 데이터의 변환(transition)이 많을수록 락킹이 잘 되며 변환이 적으면 락킹이 안되는 구간이 길어지기 때문에 엄밀히 말해 클락 신호를 복원하는 것이 아닌 샘플링 타이밍만 복원하는 방식이다. 반면 본 발명에 따른 클락 신호 송수신 방식은 순수하게 클락 신호를 연속적으로 복원하기 때문에 시스템 클락으로도 사용할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기한 설명에서는 근거리 무선 통신 장치(100)가 데이터 송신부(80)와, 데이터 수신부(90)와 클락 신호 송신부(170)와, 클락신호 수신부(180)를 모두 포함하는 것으로 가정하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 데이터 송신부(80)와, 데이터 수신부(90)만을 포함하는 근거리 무선 통신 장치를 구성할 수도 있고, 클락 신호 송신부(170)와, 클락신호 수신부(180)만을 포함하는 근거리 무선 통신 장치를 구성할 수도 있다. 다시 말해, 디지털 데이터의 송수신은 본 발명에서 제시한 방식에 따라 송수신하지만, 클락 신호는 송수신하지 않는 장치를 구성할 수 있다. 또는 디지털 데이터의 송수신은 본 발명에서 제시하지 않은 다른 방식에 따라 처리하지만, 클락 신호의 송수신은 본 발명에서 제시한 방식을 이용하는 장치를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims (14)

  1. 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치의 데이터 송수신 방법에 있어서,
    송신 디지털 데이터가 1이면 포지티브 펄스를 출력하고, 디지털 데이터가 0이면 0을 출력하여, 펄스 생성기가 상기 디지털 데이터에 대응하는 제1포지티브 펄스 신호를 생성하는 과정과,
    상기 제1포지티브 펄스 신호가 상기 포지티브 펄스인 동안에만 데이터 송신 커플러를 구동하여 상기 송신 디지털 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 데이터 수신 커플러에서의 신호 수신에 대응하여, 포지티티브 펄스와 네거티브 펄스가 교차하는 포지티브/네거티브 펄스 신호가 생성되는 과정과,
    기준치와 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 비교하여, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 제2포지티브 펄스 신호로 변경하는 과정과,
    상기 제2포지티브 펄스 신호를 수신 디지털 데이터로 복조하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수신 디지털 데이터로 복조하는 과정은,
    제1딜레이 플립플롭이 상기 제2포지티브 펄스 신호를 토글링하여 토글링 신호를 생성하는 단계와,
    제2딜레이 플립플롭이 상기 토글링 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 생성하는 단계와,
    제3딜레이 플립플롭이 상기 샘플링 신호를 딜레이하여 딜레이 신호를 생성하는 단계와,
    상기 샘플링 신호와 상기 딜레이 신호를 XOR하여 상기 수신 디지털 데이터를 복원하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2포지티브 펄스 신호로 변경하는 과정은 비교기가 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호의 펄스값이 상기 기준치 보다 클 때는 포지티브 펄스를 출력하고, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호의 펄스값이 상기 기준치 보다 작을 때는 0을 출력하여, 상기 제2포지티브 펄스 신호를 출력하는 과정임을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 송신 디지털 데이터 생성시 이용한 클락 신호를 클락 송신 커플러를 통해 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  6. 제1항 또는 5항에 있어서, 클락 수신 커플러를 통해 수신된 클락 신호를 증폭하는 과정과,
    상기 증폭된 클락 신호에 동조하는 클락 신호를 생성하여 수신 데이터 복조시 이용하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 증폭된 클락 신호를 링 오실레이터에 인젝션 락킹하여, 상기 증폭된 클락 신호에 동조된 클락 신호를 생성하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  8. 마그네틱 커플링을 이용한 근거리 무선 통신 장치에 있어서,
    데이터 송신 커플러와,
    송신 디지털 데이터가 1이면 포지티브 펄스를 출력하고, 디지털 데이터가 0이면 0을 출력하여, 상기 디지털 데이터에 대응하는 제1포지티브 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성기와,
    상기 제1포지티브 펄스 신호가 상기 포지티브 펄스인 동안에만 상기 데이터 송신 커플러를 구동하는 드라이버를 포함하여 상기 송신 디지털 데이터를 전송하는 근거리 무선 통신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    신호 수신에 대응하여 생성되는 포지티브/네거티브 펄스 신호를 출력하는 데이터 수신 커플러와,
    상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 기준치와 비교하여, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호를 제2포지티브 펄스 신호로 변경하여 출력하는 비교기와,
    상기 제2포지티브 펄스 신호를 수신 디지털 데이터로 복조하는 복조기를 더 포함하며, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호는 포지티브 펄스와 네거티브 펄스가 교차하는 신호임을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복조기는 ,
    상기 제2포지티브 펄스 신호를 토글링하여 토글링 신호를 출력하는 제1딜레이 플립플롭과,
    상기 토글링 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 출력하는 제2딜레이 플립플롭과,
    상기 샘플링 신호를 딜레이하여 딜레이 신호를 출력하는 제3딜레이 플립플롭과,
    상기 샘플링 신호와 상기 딜레이 신호를 XOR하여 상기 수신 디지털 데이터를 출력하는 배타적 논리합 게이트(exclusive OR gate)를 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 비교기는 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호의 펄스값이 상기 기준치 보다 클 때는 포지티브 펄스를 출력하고, 상기 포지티브/네거티브 펄스 신호의 펄스값이 상기 기준치 보다 작을 때는 0을 출력하여, 상기 제2포지티브 펄스 신호를 출력함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 송신 디지털 데이터 생성시 이용되는 클락 신호를 생성하고, 클락 송신 커플러를 통해 송신하는 클락 송신부를 더 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  13. 제8항 또는 12항에 있어서, 클락 수신 커플러를 통해 수신된 클락 신호를 증폭하는 증폭기와,
    상기 증폭된 클락 신호에 동조하는 수신 데이터 복조시 이용되는 클락 신호를 생성하여 출력하는 클락 생성기를 더 포함함을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 클락 생성기는 링 오실레이터이고,
    상기 증폭된 클락 신호는 링 오실레이터에 인젝션 락킹됨을 특징으로 하는 근거리 무선 통신 장치.




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