KR20200104157A - 수신 회로 및 이를 포함하는 근거리 무선 통신 카드 - Google Patents

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Abstract

NFC 카드의 수신 회로는 입력 회로, 기준 전압 발생기, 비교 회로 및 기준 전압 콘트롤러를 포함한다. 상기 입력 회로는 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생한다. 상기 기준 전압 발생기는 상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생한다. 상기 비교 회로는 상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호를 발생한다. 상기 기준 전압 콘트롤러는 상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러를 포함한다. 편차가 적은 프레임 지연 시간을 구현함으로써 카드 리더기와의 통신 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

수신 회로 및 이를 포함하는 근거리 무선 통신 카드{Reception circuit and near field communication (NFC) card including the same}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 근거리 무선 통신 카드(NFC, near field communication)에 관한 것이다.
비접촉식 NFC 카드의 통신은 ISO/IEC(ISO (the International Organization for Standardization) and IEC (the International Electrotechnical Commission) 14443 국제 표준에서 특정하는 통신 프로토콜을 사용하며, 카드 리더기가 NFC 카드로 전송하는 송신 신호에는 휴지 구간의 상승 시간(rising time), 하강 시간(falling time), 변조 지수(M.I.)(modulation index)와 같은 규격이 존재하고, 송신신호와 NFC 카드에서 카드 리더기로 전송하는 수신신호 사이에는 프레임 지연 시간(FDT, frame delay time)과 같은 규격이 존재한다. 카드 리더기 및/또는 NFC 카드의 특성 편차 및 통신 환경에 따른 통신 파형의 편차가 발생할 수 있다. 상기 편차들에 따라서 상기 규격들이 지켜지지 못하는 경우 카드 리더기와 NFC 카드 사이의 근거리 무선 통신이 불가능하거나 통신 효율이 저하되므로 가능한 상기 규격들이 엄격히 지켜질 것이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, NFC 카드와 카드 리더기 사이의 통신 효율을 향상시킬 수 있는 수신 회로를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 목적은, NFC 카드와 카드 리더기 사이의 통신 효율을 향상시킬 수 있는 수신 회로를 포함하는 NFC 카드를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로는 입력 회로, 기준 전압 발생기, 비교 회로 및 기준 전압 콘트롤러를 포함한다.
상기 입력 회로는 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생한다.
상기 기준 전압 발생기는 상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생한다.
상기 비교 회로는 상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호를 발생한다.
상기 기준 전압 콘트롤러는 상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러를 포함한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로는 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나의 출력을 정류하는 정류 회로, 상기 정류 회로의 출력을 필터링하여 상기 엔벌롭 전압 신호를 발생하는 제1 저역 통과 필터, 전원 전압과 접지 전압 사이에 직렬로 연결되어 복수의 기준 전압들을 제공하는 복수의 분배 저항들, 상기 전압 선택 신호에 응답하여 상기 복수의 기준 전압들 중 하나를 상기 선택 기준 전압으로 출력하는 멀티플렉서, 상기 복수의 기준 전압들보다 높은 전압 레벨을 갖는 전압을 필터링하여 상기 검출 기준 전압을 제공하는 제2 저역 통과 필터, 상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨과 상기 검출 기준 전압을 비교하여 상기 포즈 검출 신호를 출력하는 제1 비교기, 상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨과 상기 선택 기준 전압을 비교하여 상기 동기 신호를 출력하는 제2 비교기 및 상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러를 포함한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 NFC 카드는 무선 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 공진부 및 근거리 무선 통신(NFC, near field communication) 카드 칩을 포함한다. 상기 NFC 카드 칩은, 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 상기 무선 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생하는 입력 회로, 상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생기, 상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호를 발생하는 비교 회로, 상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러, 상기 포즈 검출 신호에 기초하여 상기 무선 신호의 복수의 휴지 구간들에 상응하는 복조 신호를 발생하는 복조기 및 출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 발생하여 상기 공진부에 제공하는 변조기를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 비교적 간단한 구성으로 동작 환경에 의한 영향을 감소함으로써 복조 동작을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 무선 신호의 변화에 따라 적응적으로 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출하여 편차가 적은 프레임 지연 시간을 구현함으로써 카드 리더기와의 통신 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 별도의 클록 회로 없이 상기 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출함으로써 관련 회로의 면적을 감소하고 전력 소모를 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(NFC) 카드의 수신 회로를 블록도이다.
도 2는 도 1의 수신 회로에 포함되는 입력 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 수신 회로에 포함되는 기준 전압 발생기의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 수신 회로에 포함되는 비교 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 및 6은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 7 내지 10은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임들 및 휴지 구간들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 11 및 12는 프레임 지연 시간(FDT, frame delay time)의 편차를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로의 기준 전압 탐색 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14 내지 16은 도 13의 기준 전압 탐색 방법의 일 실시예를 나타내는 도면들이다.
도 17 및 18은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 웨이크업 코맨드 및 상기 웨이크업 코맨드에 상응하는 무선 신호를 나타내는 도면들이다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(NFC) 카드의 수신 회로를 블록도이다.
도 20은 도 19의 수신 회로에 포함되는 입력 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 NFC 카드를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(NFC) 카드의 수신 회로를 블록도이다.
도 1을 참조하면, NFC 카드의 수신 회로(1000)는 입력 회로(ANT, 100), 기준 전압 발생기(200), 비교 회로(300) 및 기준 전압 콘트롤러(400)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 NFC 카드라 함은 휴지 구간을 이용하여 정보를 전달하는 임의의 장치를 나타내며, 예를 들어, 스마트 카드, 집적 회로 카드 등으로 명명될 수도 있다.
입력 회로(ANT, 100)는 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호(EMW)를 수신하여 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 노드(NI)에 발생할 수 있다. 입력 회로(ANT)는 안테나(ANT)와 정류 및 필터링 회로(100)를 포함할 수 있다. 입력 회로(ANT, 100)의 실시예들은 도 2를 참조하여 후술한다.
기준 전압 발생기(200)는 엔벌롭 전압 신호(VENV) 및 전압 선택 신호(SELV)에 기초하여 검출 기준 전압(VREF0) 및 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압(VREFN)을 발생할 수 있다. 기준 전압 발생기(200)의 실시예들은 도 3의 실시예를 참조하여 후술한다.
비교 회로(200)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 검출 기준 전압(VREF0) 및 선택 기준 전압(VREFN)과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호(SPD) 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호(SSYN)를 발생할 수 있다. 비교 회로(300)의 실시예들은 도 4를 참조하여 후술한다.
기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD) 및 동기 신호(SSYN) 기초하여 선택 기준 전압(VREFN)이 변경되도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 상기 복수의 휴지 구간들 중 하나의 프레임에 포함되는 휴지 구간들에 각각 상응하는 전압 조절 동작들을 수행할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 선택 기준 전압(VREFN)이 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점에 상응하는 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 순차적으로 가까워지도록 상기 전압 조절 동작들의 각각이 수행될 때마다 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 순차적으로 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 도 14 내지 16을 참조하여 후술하는 바와 같이, 기준 전압 콘트롤러(400)는 이진 탐색 방식(binary scan scheme)에 의해 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 가장 근접하는 전압을 상기 선택 기준 전압(VREFN)으로 결정할 수 있다.
변조 지수(M.I.)(modulation index)로 대변되는 수신한 신호의 크기 값을 추출해내는 방법은 신호의 피크 전압 크기만을 비교하든지, 아니면 위상까지 포함한 복소수 신호를 파동 방정식에 따라 크기 값을 구하는 방법이 있다. 하지만 이러한 신호 크기 값을 구하기 위해서 통상 아날로그-디지털 컨버터를 이용할 경우, 대량의 데이터를 처리하기 위한 모뎀(MODEM)이 필수적이다. ISO/IEC 14443 국제 표준에서 정의하는 A형(type A) 통신의 경우, 진폭 편이 방식(ASK, amplitude shift keying) 100% 신호를 사용하며 비접촉식 NFC 카드는 캐리어를 통해 전력도 공급 받으므로 A형 통신을 처리할 때에는 작은 전력 소모가 요구 된다. 그러므로 대부분의 신호 복원 회로는 아날로그 비교기를 활용한 간단한 구조를 사용할 수밖에 없는데, 그렇게 되면 A형 신호의 휴지 구간의 상승 시간(rising time), 하강 시간(falling time), 변조 지수(M.I.)(modulation index)와 같은 규격들에 의한 신호 크기 차이로 인하여 정확한 프레임 지연 시간(FDT) 시작 시점을 검출하기 어렵고, 이는 프레임 지연 시간(FDT)의 편차를 발생시키는 원인이 된다.
본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 비교적 간단한 구성으로 동작 환경에 의한 영향을 감소함으로써 복조 동작을 효율적으로 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 무선 신호의 변화에 따라 적응적으로 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출하여 편차가 적은 프레임 지연 시간을 구현함으로써 카드 리더기와의 통신 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 별도의 클록 회로 없이 상기 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출함으로써 관련 회로의 면적을 감소하고 전력 소모를 감소할 수 있다.
도 2는 도 1의 수신 회로에 포함되는 입력 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
입력 회로는 안테나(ANT), 입력 단자들(L1, L2)을 통하여 제공되는 안테나(ANT)의 출력을 정류하는 정류 회로(DD1, DD2) 및 저역 통과 필터(LPF1)를 포함하여 구현될 수 있다. 안테나(ANT)는 카드 리더기로부터 전송되는 무선 신호(EMW)를 수신한다. 정류 회로(DD1, DD2)는 입력 단자들(L1, L2)의 전류 및/또는 전압을 정류하고, 저역 통과 필터(LPF1)는 정류 회로(DD1, DD2)의 출력을 필터링하여 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 발생한다. 저역 통과 필터(LPF1)의 차단 주파수(cutoff frequency)는 안테나(ANT)가 수신하는 무선 신호(EMW)의 캐리어 주파수(fc)보다 작을 수 있다. 따라서, 저역 통과 필터(LPF1)에 의해 수신된 무선 신호(EMW)의 캐리어는 제거되고 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨은 무선 신호(EMW)의 포락선(envelope)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 캐리어 주파수(fc)는 13.56 MHz이고 저역 통과 필터(LPF1)의 차단 주파수는 무선 신호(EMW)의 캐리어를 차단하도록 13.56 MHz보다 작게 설정될 수 있다.
도 3은 도 1의 수신 회로에 포함되는 기준 전압 발생기의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 기준 전압 발생기(200)는 복수의 분배 저항들(R0~Rk) 및 멀티플렉서(MUX)를 포함할 수 있다.
복수의 분배 저항들(R0~Rk)는 전원 전압(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이에 직렬로 연결되어 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk)을 제공할 수 있다. 멀티플렉서(MUX)는 전압 선택 신호(SELV)에 응답하여 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk) 중 하나를 선택 기준 전압(VREFN)으로 출력할 수 있다.
실시예들에 따라서, 기준 전압 발생기(200)는 트랜지스터(TN), 증폭기(AMP) 및 저역 통과 필터(LPF2)를 더 포함할 수 있다. 저역 통과 필터(LPF2)는 복수의 기준 전압들(VREF0~VREFk)보다 높은 전압 레벨을 갖는 전압, 예를 들어, 노드(NF)의 전압(VFB)을 필터링하여 검출 기준 전압(VREF0)을 제공할 수 있다.
저역 통과 필터(LPF2)의 차단 주파수(cutoff frequency)는 카드 리더기로부터 전송되는 무선 신호(EMW)에 포함되는 휴지 구간들의 비트율(bit rate)보다 작을 수 있다. 따라서, 저역 통과 필터(LPF2)에 의해 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 휴지 구간들은 약화되거나 제거되고 검출 기준 전압(VREF0)의 전압 레벨은 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 DC 레벨보다 작은 DC 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 휴지 구간들의 비트율은 동작 모드에 따라서 약 106 kbit/sec, 약 212 kbit/sec, 약 424 kbits/sec 및 약 848 kbits/sec 중 하나일 수 있고 저역 통과 필터(LPF1)의 차단 주파수는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 휴지 구간들의 비트율들의 최소값에 해당하는 106 kHz보다 작게 설정될 수 있다.
트랜지스터(TN)는 전원 전압(VDD)과 분배 저항들(R0~Rk) 사이에 연결될 수 있다. 증폭기(AMP)는 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk)보다 높은 전압 레벨을 갖는 전압(VFB)과 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨 사이의 차이를 증폭하여 트랜지스터(TN)의 게이트 전압을 제공할 수 있다.
실시예들에 따라서, 트랜지스터(TN) 및 증폭기(AMP)는 생략될 수 있다. 이 경우, 복수의 분배 저항들(R0~Rk)은 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 노드(NI) 및 접지 전압(VSS) 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 저역 통과 필터(LPF2)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨보다 작거나 같은 전압 레벨을 갖는 전압을 수신하도록 구현될 수 있다.
도 1의 기준 전압 콘트롤러(400)는 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경하여 멀티플렉서(MUX)의 출력, 즉 선택 기준 전압(VREFN)을 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk)은 16개일 수 있다. 이 경우, 전압 선택 신호(SELV)는 4비트의 제어 값을 나타내는 신호일 수 있다. 상기 제어 값은 이진수 0000~1111의 16개의 서로 다른 값들일 수 있고 기준 전압 콘트롤러(400)는 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 16개의 값들 중에서 결정함으로써 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk) 중에서 하나를 선택 기준 전압(VREFN)으로 결정할 수 있다.
도 4는 도 1의 수신 회로에 포함되는 비교 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 비교 회로(300)는 제1 비교기(COM1) 및 제2 비교기(COM2)를 포함하여 구현될 수 있다.
제1 비교기(COM1)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨과 검출 기준 전압(VREF0)을 비교하여 포즈 검출 신호(SPD)를 출력할 수 있다.
제2 비교기(COM2)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨과 선택 기준 전압(VREFN)을 비교하여 동기 신호(SSYN)를 출력할 수 있다.
기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 활성화 구간들에서 동기 신호(SSYN)가 활성화되는지 여부에 기초하여 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 도 14 및 15를 참조하여 후술하는 바와 같이, 포즈 검출 신호(SPD)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨이 검출 기준 전압(VREF0)보다 작을 때 펄스 형태로 활성화되고, 동기 신호(SSYN)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨이 선택 기준 전압(VREFN)보다 작을 때 펄스 형태로 활성화될 수 있다. 이 경우, 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하는지 여부에 기초하여 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하는 경우 선택 기준 전압(VREFN)이 감소하도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 한편, 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하지 않는 경우 선택 기준 전압(VREFN)이 증가하도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다.
1920년대에 신용카드가 처음 출현한 이래 현금카드, 신용카드, 신분증, 증권카드, 백화점 카드 등으로 카드의 이용이 확산되고 있으며, 근래에는 사용자의 편리성, 안정성, 다용도성 등으로 인해 소형 컴퓨터라 불리는 NFC 카드 또는 집적 회로(integrated circuit, IC) 카드의 사용이 증가하고 있다.
NFC 카드 또는 IC 카드는, 신용카드 크기의 플라스틱 카드에 얇은 반도체 소자를 부착한 형태로서, 기존의 자기 띠(magnetic stripe)를 붙여 사용하는 카드에 비해 안전성이 높고, 데이터가 지워질 염려가 없을 뿐만 아니라, 보안성이 높아 차세대 멀티미디어 정보매체로 급부상하고 있다. NFC 카드는 신용카드 크기와 두께를 가지는 플라스틱에 약 0.5mm 두께의 반도체 칩이 COB(Chip On Board) 형태로 이루어져 있다.
IC 카드는 기존의 자기 띠 카드(magnetic stripe card)와 같은 모양과 크기를 가지며, 접촉형 IC 카드와, 두 종류의 무선형 비접촉식 카드 CICC(Contactless IC Card) 및 RCCC(Remote Coupling Communication Card)가 있다. CICC는 ISO(the International Organization for Standardization)와 IEC(the International Electrotechnical Commission)에 의해서 세계 표준을 위한 형식이 제공되었다. ISO/IEC 14443는 비접촉식 IC 카드 중 근접형 IC 카드에 대한 물리적 특성과 무선 주파수 전원, 신호 접속, 초기화 및 충돌 방지에 대한 프로토콜을 정의하고 있다. ISO/IEC 14443에 의하면 비접촉식 IC 카드는 프로세싱 및/또는 메모리 기능을 수행하기 위한 집적 회로(IC)를 포함한다. 비접촉식 IC 카드는 유전 소자(galvanic element)를 사용하지 않고 근접한 커플링 디바이스(proximity coupling device) 즉, 카드 리더(card reader)와의 유도 커플링(inductive coupling)에 의해서 신호의 교환과 전원을 공급받는다. 비접촉식 IC카드와 결합하는 카드 리더는 RF(radio frequency) 영역(field)의 에너지를 생성하고, 비접촉식 IC카드로 전원을 전송한다. RF 신호의 주파수(fc)는 13.56 MHz ±7 kHz이다.
도 5 및 6은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스를 위한 통신 신호들의 예를 나타내는 도면들이고, 도 7 내지 10은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 프레임들 및 휴지 구간들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 5에 도시된 신호는 카드 리더로부터 비접촉식 IC 카드로 전송되는 신호이고, 도 6은 비접촉식 IC 카드로부터 카드 리더로 전송되는 신호이다. ISO/IEC 14443 표준에서는 2 가지 형태(A형 및 B형)의 통신 신호 접속에 대해서 기술한다. 이중 ISO/IEC A형에 따른 카드 리더로부터 비접촉식 IC 카드로의 통신은 RF 동작 범위의 ASK(Amplitude Shift Keying) 100% 변조 방식과 변형 밀러 코드(Modified Miller code) 방식을 사용한다. 카드 리더로부터 비접촉식 IC 카드로 전송되는 신호의 비트율(bit rate) 또는 전송율(data rate)은, 예를 들어, fc/128 즉, 106 kbps이다. 비접촉식 IC 카드에서 카드 리더로의 전송 신호는 맨체스터(Manchester code) 방식으로 코딩되어 OOK(On-Off Key) 방식으로 변조된다. 현재 지하철이나 버스 등에서 A형의 통신 신호 접속 방식으로 운용되고 있는 카드들은 카드 리더로부터 수신된 ASK 변조 신호로부터 일정 시간 간격의 타이밍을 생성하여 데이터 1 비트씩을 송수신 처리한다.
IC 카드로부터 카드 리더로 데이터를 전송할 때에는 카드 리더로부터 전송되는 전원이 안정적으로 IC 카드로 제공된다. 그러나 카드 리더로부터 IC 카드로 데이터를 전송할 때에는 도 8 및 10에 도시된 바와 같이 "휴지(Pause)(t2)" 구간이 포함된다. 즉, 카드 리더로부터 IC 카드로 공급되는 전원이 잠시 중단되는 영역이 존재한다. 이 때, RF 수신단에서 생성된 클록 신호는 불연속적인 파형을 갖는다. 이와 같은 불연속 구간을 포함하는 클록 신호를 분주해서 송수신 동기 클록 신호를 생성하면 ISO/IEC 14443 A형의 106 kbps 비트 전송율을 유지하기 어렵게 된다.
도 7 및 도 9는 ISO/IEC 14443 A형의 데이터 프레임들을 보여주고 있다. 도 7은 시작 비트(Start bit : S), 데이터 비트들(b1-b7), 그리고 종료 비트(End bit : E)를 포함하는 쇼트 프레임(short frame)을 보여주고 있고, 도 9는 시작 비트(S), 데이터 비트들(b1-b8), 패리티 비트(Parity bit : P) 그리고 종료 비트(End bit : E)의 조합으로 구성된 표준 프레임(standard frame)을 보여주고 있다.
도 8은 쇼트 프레임에 상응하는 휴지 구간의 파형을 나타내고 도 10은 표준 프레임에 상응하는 휴지 구간의 파형을 나타낸다.
도 8 및 10에서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 카드 리더기(PCD)로부터의 필드 신호를 나타낸다. a는 A형 통신의 펄스 형태 인자(pulse shape factor)를 나타내고, H는 등가 균일 자기장 세기(equivalent homogenous magnetic field strength)를 나타내고, Hinitial은 변조되지 않은 RF 필드의 세기(strength of the unmodulated RF field)를 나타내고, hovs는 엔벌롭 오버슈트(envelope overshoot)를 나타내고, t1은 휴지 구간의 길이를 나타내고, t2 및 t5는 휴지 구간의 로우 시간(low time)을 나타내고, t3 및 t5는 휴지 구간의 상승 시간(rising time)을 나타내고, t4는 상기 상승 시간의 일부(section)을 나타낸다.
일반적으로, 비접촉 IC 카드에 구비된 디코딩 회로는, 클록 동기 신호에 동기되어서 수신된 무선 신호로부터 각 비트를 추출하고, 추출된 비트를 시작 비트(S), 데이터 비트들(b1-b7) 그리고 종료 비트(E)로 분리하고, 분리된 비트 정보로부터 수신 데이터를 검출하는 동작을 수행한다. 하나의 프레임에 대해서 마지막 휴지 구간의 상승 시작 시점부터 표준에 규정된 프레임 지연 시간(FDT)이 경과된 후에 IC 카드로부터 카드 리더기로의 전송이 수행되어야 한다. 그러나 불연속적인 구간(즉, 휴지 구간)을 포함하는 무선 신호로부터 일정한 주파수의 클록 동기 신호를 생성하고, 상기 클록 동기 신호를 이용하여 정확한 프레임 지연 시간(FDT)를 구현하는 것은 어려운 문제이다.
도 11 및 12는 프레임 지연 시간(FDT, frame delay time)의 편차를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11을 참조하면, 프레임 지연 시간(FDT)은 카드 리더기에서 전송되는 프레임의 마지막 휴지 구간(PLS1)의 종점, 즉 상승 시작 시점(ts1, ts2) 및 NFC 카드에 의해 전송되는 시작 비트의 첫 번째 변조 에지, 즉 변조 신호(SMOD)의 시작 시점(te1, te2) 사이의 시간에 해당한다. ISO/IEC 14443 국제 표준에는 코맨드 타입 및 마지막으로 전송되는 데이터 비트의 로직 상태에 따른 프레임 지연 시간(FDT)을 규정하고 있다.
도 11에서 ETU는 하나의 데이터 비트에 상응하는 단위 시간(elementary time unit)을 나타낸다. 제1 경우(CS1)는 카드 리더기에 의해 전송되는 마지막 비트가 “1”인 경우로서, “1”의 값에 뒤따르는 2개의 단위 시간들(2ETU)이 시퀀스 Y에 해당하는 경우 통신 종료를 나타낸다. 제1 경우(CS1)는 카드 리더기에 의해 전송되는 마지막 비트가 “0”인 경우로서, “0”의 값에 뒤따르는 2개의 단위 시간들(2ETU)이 시퀀스 Z 및 시퀀스 Y에 해당하는 경우 통신 종료를 나타낸다.
도 12에 도시된 바와 같이, 통신 환경 및/또는 카드 리더기와 NFC 카드의 동작 조건 등에 따라서 카드 리더기로부터 전송되는 무선 신호의 휴지 구간의 파형들이 달라질 수 있다. 제1 엔벌롭 전압 신호(VENVa)의 경우에는 기준 전압(VREF)와 제1 엔벌롭 전압 신호(VENVa)의 비교 신호(CMPa)는 t2~tsa 구간에서 활성화되고 제2 엔벌롭 전압 신호(VENVb)의 경우에는 기준 전압(VREF)와 제2 엔벌롭 전압 신호(VENVb)의 비교 신호(CMPb)는 t1~tsb 구간에서 활성화된다. 이와 같이, 통신 환경 및 동작 조건을 고려하지 않고 기준 전압(VREF)를 고정하는 경우에는 휴지 구간의 실제 상승 시작 시점이 tsr로 동일한 경우라고 하더라도 제1 엔벌롭 전압 신호(VENVa)의 경우에는 상승 시작 시점이 tsa로 검출되고 제1 엔벌롭 전압 신호(VENVa)의 경우에는 상승 시작 시점이 tsb로 검출된다.
이와 같이, 적절한 기준 전압(VREF)를 알 수 없기 때문에 휴지 구간의 상승 시작 시점에 오차가 발생하고 이러한 오차에 의해 프레임 지연 시간(FDT)에 편차가 발생한다. 이러한 프레임 지연 시간(FDT)의 편차는 카드 리더기와 NFC 카드 사이의 통신을 불가능하게 하거나 통신 효율을 저하시킨다.
본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 무선 신호의 변화에 따라 적응적으로 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출하여 편차가 적은 프레임 지연 시간을 구현함으로써 카드 리더기와의 통신 효율을 향상시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로의 기준 전압 탐색 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 2, 3, 4 및 13을 참조하면, 기준 전압 콘트롤러(400)는 선택 기준 전압(VREFN)을 초기화한다(S100). 비교 회로(300)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 선택 기준 전압(VREFN)과 비교하여(S200) 동기 신호(SSYN)를 발생한다. 도 14 및 15를 참조하여 후술하는 바와 같이, 동기 신호(SSYN)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨이 선택 기준 전압(VREFN)보다 작은 구간에서 활성화되는 펄스들을 포함할 수 있다.
동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하는 경우(S300: YES), 기준 전압 콘트롤러(400)는 선택 기준 전압(VREFN)이 감소하도록(S400) 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경한다.
반면에, 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하지 않는 경우(S300: NO), 기준 전압 콘트롤러(400)는 선택 기준 전압(VREFN)이 증가하도록(S500) 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경한다.
상기 단계들(S200, S300, S400, S500)로 이루어진 일련의 시퀀스를 전압 조절 동작이라 칭할 수 있고, 상기 단계(S100)을 초기화 동작이라 칭할 수 있다. 상기 초기화 동작(S100)은 프레임의 첫 번째 휴지 구간에서 수행될 수 있고, 상기 전압 조절 동작은 두 번째 휴지 구간부터 미리 결정된 개수의 휴지 구간들에서 반복적으로 수행될 수 있다.
도 14 내지 16은 도 13의 기준 전압 탐색 방법의 일 실시예를 나타내는 도면들이다.
도 14 및 15에는 전술한 복수의 기준 전압들(VREF1~VREFk)의 개수가 16개인 경우의 실시예들이 도시되어 있다. 도 14 및 15에는 도시의 편의상 하나의 프레임에 포함되는 6개의 휴지 구간들(PS1~PS6)이 등간격으로 도시되어 있으나 도 18을 참조하여 설명하는 바와 같이 휴지 구간들의 간격은 코맨드 또는 데이터에 따라서 다양하게 결정될 수 있다.
도 14 및 15를 참조하면, 제1 휴지 구간(PS1)에서 초기화 동작(OPE)이 수행되고 제2 내지 제5 휴지 구간들(PS2~PS5)에서 각각 제1 내지 제4 전압 조절 동작들(OPA1~OPA4)이 순차적으로 수행될 수 있다. 제6 휴지 구간(PS6) 이후에는 제5 휴지 구간(PS5)에 상응하는 제4 전압 조절 동작(OPA4)의 결과가 그대로 유지될 수 있다.
포즈 검출 신호(SPD)는 제1 비교기(COM1)의 비교 동작에 따라서 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨이 검출 기준 전압(VREF0)보다 작을 때 펄스 형태로 활성화될 수 있다. 도 14 및 15에 도시된 바와 같이 포즈 검출 신호(SPD)는 제1 내지 제6 휴지 구간들(PS1~PS6)에 상응하는 제1 내지 제2 검출 펄스들(PL1~PL6)을 포함할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는, 하나의 데이터 프레임에 포함되는 휴지 구간들 중 첫 번째 휴지 구간에서 선택 기준 전압(VREFN)이 검출 기준 전압(VREF0)의 절반이 되도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 초기화할 수 있다. 즉 포즈 검출 신호(SPD)의 제1 검출 펄스(PL1)에 응답하여 기준 전압 콘트롤러(400)가 초기화되고 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 초기화할 수 있다.
한편 동기 신호(SSYN)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨이 선택 기준 전압(VREFN)보다 작을 때 펄스 형태로 활성화될 수 있다. 이 경우, 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하는지 여부에 기초하여 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하는 경우 선택 기준 전압(VREFN)이 감소하도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 한편, 기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD)의 각각의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYN)가 펄스를 포함하지 않는 경우 선택 기준 전압(VREFN)이 증가하도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다.
도 14를 참조하면, 포즈 검출 신호(SPD)의 제2 검출 펄스(PL2)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_1)는 펄스를 포함하지 않으므로 제1 전압 조절 동작(OPA1)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR1에서 VR2로 증가한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제3 검출 펄스(PL3)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_1)는 펄스(P11)를 포함하므로 제2 전압 조절 동작(OPA2)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR2에서 VR3으로 감소한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제4 검출 펄스(PL4)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_1)는 펄스를 포함하지 않으므로 제3 전압 조절 동작(OPA3)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR3에서 VR4로 증가한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제5 검출 펄스(PL5)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_1)는 펄스(P12)를 포함하지만 제4 전압 조절 동작(OPA4)에 의해 제5 휴지 구간(PS5)에 상응하는 제4 전압 조절 동작(OPA4)의 결과가 그대로 유지될 수 있다. 즉 제 5 휴지 구간(PS5)의 선택 기준 전압(VREFN)인 VR4와 제6 휴지 구간(PS6) 이후의 선택 기준 전압(VREFN)인 VR5는 동일할 수 있다.
도 15를 참조하면, 포즈 검출 신호(SPD)의 제2 검출 펄스(PL2)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_2)는 펄스(P21)를 포함하므로 제1 전압 조절 동작(OPA1)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR1에서 VR2로 감소한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제3 검출 펄스(PL3)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_2)는 펄스(P22)를 포함하므로 제2 전압 조절 동작(OPA2)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR2에서 VR3으로 감소한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제4 검출 펄스(PL4)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_2)는 펄스를 포함하지 않으므로 제3 전압 조절 동작(OPA3)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR3에서 VR4로 증가한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제5 검출 펄스(PL5)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_2)는 펄스(P23)를 포함하므로 제4 전압 조절 동작(OPA4)에 의해 선택 기준 전압(VREFN)은 VR3에서 VR4로 증가한다.
포즈 검출 신호(SPD)의 제5 검출 펄스(PL5)의 활성화 구간에서 동기 신호(SSYNC_1)는 펄스(P12)를 포함하지만 제4 전압 조절 동작(OPA4)에 의해 제5 휴지 구간(PS5)에 상응하는 제4 전압 조절 동작(OPA4)의 결과가 그대로 유지될 수 있다. 즉 제 5 휴지 구간(PS5)의 선택 기준 전압(VREFN)인 VR4와 제6 휴지 구간(PS6) 이후의 선택 기준 전압(VREFN)인 VR5는 동일할 수 있다.
도 16은 전술한 복수의 기준 전압들의 개수가 16개인 경우, 즉 VENV/16 간격의 0 내지 15VENV/16의 전압들에 대한 이진 탐색 방식이 도시되어 있다. 도 16의 비교기는 전술한 바와 같이 선택 기준 전압(VREFN)과 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨을 비교하여 동기 신호(SSYN)를 발생하는 제2 비교기(COM2)에 해당한다. 제1 내지 제4 전압 조절 동작들(OPA1~OPA4)의 각각에 대하여 비교기(COM2)의 비교 결과에 기초하여 선택 기준 전압(VREFN)을 순차적으로 변경할 수 있다. 즉, 예를 들어, 비교기의 출력인 동기 신호(SSYN)가 논리 로우 레벨(L)을 갖는 경우 선택 기준 전압(VREFN)을 증가시키고 논리 하이 레벨(H)을 갖는 경우 선택 기준 전압(VREFN)을 감소시킬 수 있다. 제1 내지 제4 전압 조절 동작들(OPA1~OPA4)을 순차적으로 수행함에 있어서 선택 기준 전압(VREFN)의 변경량은 1/2씩 감소하며, 이를 이진 탐색 방법이라 칭할 수 있다.
도 17 및 18은 ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 웨이크업 코맨드 및 상기 웨이크업 코맨드에 상응하는 무선 신호를 나타내는 도면들이다.
도 17에는 쇼트 프레임 포맷을 갖는 리퀘스트 코맨드(REQA) 및 웨이크업 코맨드(WUPA)가 도시되어 있고, 도 18에는 웨이크업 코맨드(WUPA)에 상응하는 신호 파형이 도시되어 있다. 도 17 및 18에서 b1~b7은 코맨드의 이진 비트들을 나타내고, '26' 및 '52'는 각 코맨드의 16진수 값을 나타낸다.
ISO/IEC 14442의 A형 인터페이스의 코맨드들 중에서 웨이크업 코맨드(WUPA)가 가장 작은 6개의 휴지 구간들을 포함한다. 따라서, 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 전압 조절 동작들의 개수는 최대 4개로 한정될 수 있다.
이와 같이 상기 하나의 데이터 프레임에 대해 수행되는 상기 전압 조절 동작들의 개수는 상기 하나의 데이터 프레임에 포함될 수 있는 상기 휴지 구간들의 최소 개수에 기초하여 결정될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(NFC) 카드의 수신 회로를 블록도이고, 도 20은 도 19의 수신 회로에 포함되는 입력 회로의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 도 1을 참조하면, NFC 카드의 수신 회로(1000a)는 입력 회로(ANT, 100), 기준 전압 발생기(200), 비교 회로(300), 기준 전압 콘트롤러(400) 및 레벨 보상 회로(500)를 포함할 수 있다.
입력 회로(ANT, 100)는 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호(EMW)를 수신하여 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 노드(NI)에 발생할 수 있다. 입력 회로(ANT)는 안테나(ANT)와 정류 및 필터링 회로(100)를 포함할 수 있다. 입력 회로(ANT, 100)의 실시예들은 도 2를 참조하여 후술한다.
기준 전압 발생기(200)는 엔벌롭 전압 신호(VENV) 및 전압 선택 신호(SELV)에 기초하여 검출 기준 전압(VREF0) 및 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압(VREFN)을 발생할 수 있다. 기준 전압 발생기(200)의 실시예들은 도 3의 실시예를 참조하여 후술한다.
비교 회로(200)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)를 검출 기준 전압(VREF0) 및 선택 기준 전압(VREFN)과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호(SPD) 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호(SSYN)를 발생할 수 있다. 비교 회로(300)의 실시예들은 도 4를 참조하여 후술한다.
기준 전압 콘트롤러(400)는 포즈 검출 신호(SPD) 및 동기 신호(SSYN) 기초하여 선택 기준 전압(VREFN)이 변경되도록 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 변경할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 상기 복수의 휴지 구간들 중 하나의 프레임에 포함되는 휴지 구간들에 각각 상응하는 전압 조절 동작들을 수행할 수 있다. 기준 전압 콘트롤러(400)는 선택 기준 전압(VREFN)이 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점에 상응하는 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 순차적으로 가까워지도록 상기 전압 조절 동작들의 각각이 수행될 때마다 전압 선택 신호(SELV)의 제어 값을 순차적으로 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 도 14 내지 16을 참조하여 후술하는 바와 같이, 기준 전압 콘트롤러(400)는 이진 탐색 방식(binary scan scheme)에 의해 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 가장 근접하는 전압을 상기 선택 기준 전압(VREFN)으로 결정할 수 있다.
레벨 보상 회로(500)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 DC 전압 레벨을 일정하게 유지한다.
도 20을 참조하면, 레벨 보상 회로(500)는 증폭기(AMP) 및 가변 전류원(VCS)을 포함할 수 있다.
증폭기(AMP)는 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨과 기준 DC 전압(VDC)의 차이를 증폭하여 증폭 신호(SAMP)를 발생할 수 있다.
가변 전류원(VCS)은 증폭 신호(SAMP)에 기초하여 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 노드(NI)에 흐르는 전류(IS)를 조절할 수 있다.
이와 같은 레벨 보상 회로(500)를 이용하여 통신 환경 및 동작 환경의 영향을 감소하고 수신 회로 및 수신 회로를 포함하는 장치 및 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 NFC 카드를 나타내는 블록도이다.
도 21을 참조하면, NFC 카드(1500)는 공진부(1502) 및 NFC 카드 칩(1501)을 포함할 수 있다.
NFC 카드 칩(1501)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 공진부(1502)와 연결될 수 있다.
공진부(15021)는 안테나(L)와 제1 커패시터(C11)를 포함하는 공진회로 및 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 유도 전압을 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공하기 위한 제2 커패시터(C12) 및 제3 커패시터(C13)를 포함하는 필터를 포함할 수 있다. 공진부(1502)는 전자기파(EMW)에 응답하여 유도되는 상기 유도 전압을 상기 필터를 통해 제1 전압(V1)으로서 NFC 카드 칩(1501)에 제공할 수 있다.
도 21에 도시된 공진부(1502)의 구성은 일 예에 불과하고, 본 발명의 실시예들에 따른 공진부(1502)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 공진부(1502)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉 공진부(1502)는 도 1과 같이 안테나(ANT)만을 포함하여 구성될 수 있다.
NFC 카드 칩(1501)은 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 공진부(1502)로부터 제1 전압(V1)을 수신할 수 있다.
NFC 카드 칩(1501)은 수신 회로(1000), 정류기(1510), 레귤레이션부(1520), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)(1530), 메모리(1540), 복조기(1550), 변조기(1560) 및 타이밍 제어기(TMD)(1570)를 포함할 수 있다.
정류기(1510)는 제1 전압(V1)을 정류하여 직류 전압인 제2 전압(V2)을 생성할 수 있다.
레귤레이션부(1520)는 제2 전압(V2)을 사용하여 NFC 카드 칩(501) 내부에서 사용 가능한 일정한 크기의 전압 레벨을 갖는 내부 전압(Vint)을 생성하여 수신 회로(1000), CPU(1530), 복조기(1550) 및 변조기(1560)에 제공할 수 있다.
CPU(1530)는 NFC 카드 칩(1501)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
수신 동작시, 수신 회로(1000)는 공진부(1502)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되고 복수의 휴지 구간들을 포함하는 신호에 기초하여 전술한 바와 같은 포즈 검출 신호(SPD) 및 동기 신호(SSYN)를 발생할 수 있다. 수신 회로(1000)는 전술한 바와 같은 입력 회로, 기준 전압 발생기, 비교 회로 및 기준 전압 콘트롤러를 포함할 수 있다. 상기 입력 회로는 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되고 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 상기 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생한다. 상기 기준 전압 발생기는 상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생한다. 상기 비교 회로는 상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호(SPD) 및 동기 신호(SSYN)를 발생한다. 상기 기준 전압 콘트롤러는 포즈 검출 신호(SPD) 및 동기 신호(SSYN)에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경한다.
복조기(1550)는 포즈 검출 신호(SPD)를 복조하여 입력 데이터를 생성하고, 상기 입력 데이터를 CPU(530)에 제공할 수 있다. CPU(1530)는 상기 입력 데이터를 메모리(540)에 저장할 수 있다.
송신 동작시, CPU(1530)는 메모리(1540)로부터 출력 데이터를 독출하여 변조기(1560)에 제공하고, 변조기(1560)는 상기 출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 변조기(1560)는 상기 출력 데이터에 대해 로드 모듈레이션(load modulation)을 수행하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다.
타이밍 제어기(1570)는 동기 신호(SSYN)에 기초하여 외부의 카드 리더기로부터 하나의 프레임에 포함되는 마지막 휴지 구간의 상승 시작 시점부터 프레임 지연 시간(FDT)이 경과한 시점을 나타내는 송신 타이밍 신호(SFDT)를 발생할 수 있다. 타이밍 제어기(1570)은 플립플롭을 포함할 수 있고, 확정된 선택 기준 전압(VREFN) 및 엔벌롭 전압 신호(VENV)의 전압 레벨의 비교 결과인 동기 신호(SSYN)를 캐리어 주파수와 동기화된 상기 플립플록의 리셋 신호로 사용함으로써 편차가 적은 프레임 지연 시간(FDT)을 구현할 수 있다.
변조기(1560)는 송신 타이밍 신호(SFDT)에 기초하여 상기 변조 신호를 공진부(1502)로 출력할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 비교적 간단한 구성으로 동작 환경에 의한 영향을 감소함으로써 복조 동작을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 무선 신호의 변화에 따라 적응적으로 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출하여 편차가 적은 프레임 지연 시간을 구현함으로써 카드 리더기와의 통신 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 수신 회로 및 상기 수신 회로를 포함하는 NFC 카드는 별도의 클록 회로 없이 상기 휴지 구간의 상승 시작 시점을 검출함으로써 관련 회로의 면적을 감소하고 전력 소모를 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본 발명은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 수행하는 NFC 카드, 비접촉식 집적 회로 카드(contactless integrated circuit card), 근접 카드(proximity card) 등 및 이를 구비하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 무선 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생하는 입력 회로;
    상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생기;
    상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호를 발생하는 비교 회로; 및
    상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러를 포함하는 근거리 무선 통신(NFC, near field communication) 카드의 수신 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 전압 콘트롤러는,
    상기 복수의 휴지 구간들 중 하나의 프레임에 포함되는 휴지 구간들에 각각 상응하는 전압 조절 동작들을 수행하고,
    상기 선택 기준 전압이 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점에 상응하는 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 순차적으로 가까워지도록 상기 전압 조절 동작들의 각각이 수행될 때마다 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 순차적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 하나의 데이터 프레임에 대해 수행되는 상기 전압 조절 동작들의 개수는 상기 하나의 데이터 프레임에 포함될 수 있는 상기 휴지 구간들의 최소 개수에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 기준 전압 콘트롤러는,
    상기 하나의 데이터 프레임에 포함되는 휴지 구간들 중 첫 번째 휴지 구간에서 상기 선택 기준 전압이 상기 검출 기준 전압의 절반이 되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 초기화하고,
    상기 하나의 데이터 프레임에 포함되는 휴지 구간들 중 두 번째 휴지 구간부터 상기 전압 조절 동작들을 수행하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 전압 발생기는,
    전원 전압과 접지 전압 사이에 직렬로 연결되어 복수의 기준 전압들을 제공하는 복수의 분배 저항들;
    상기 전압 선택 신호에 응답하여 상기 복수의 기준 전압들 중 하나를 상기 선택 기준 전압으로 출력하는 멀티플렉서; 및
    상기 복수의 기준 전압들보다 높은 전압 레벨을 갖는 전압을 필터링하여 상기 검출 기준 전압을 제공하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기준 전압 발생기는,
    상기 전원 전압과 상기 분배 저항들 사이에 연결된 트랜지스터; 및
    상기 복수의 기준 전압들보다 높은 전압 레벨을 갖는 전압과 상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨 사이의 차이를 증폭하여 상기 트랜지스터의 게이트 전압을 제공하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 비교 회로는,
    상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨과 상기 검출 기준 전압을 비교하여 상기 포즈 검출 신호를 출력하는 제1 비교기; 및
    상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨과 상기 선택 기준 전압을 비교하여 상기 동기 신호를 출력하는 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 포즈 검출 신호는 상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨이 상기 검출 기준 전압보다 작을 때 펄스 형태로 활성화되고,
    상기 동기 신호는 상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨이 상기 선택 기준 전압보다 작을 때 펄스 형태로 활성화되고,
    상기 기준 전압 콘트롤러는, 상기 포즈 검출 신호의 각각의 활성화 구간에서 상기 동기 신호가 펄스를 포함하는 경우 상기 선택 기준 전압이 감소하도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하고, 상기 포즈 검출 신호의 각각의 활성화 구간에서 상기 동기 신호가 펄스를 포함하지 않는 경우 상기 선택 기준 전압이 증가하도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 엔벌롭 전압 신호의 DC 전압 레벨을 일정하게 유지하는 레벨 보상 회로를 더 포함하고,
    상기 레벨 보상 회로는,
    상기 엔벌롭 전압 신호의 전압 레벨과 기준 DC 전압의 차이를 증폭하여 증폭 신호를 발생하는 증폭기; 및
    상기 증폭 신호에 기초하여 상기 엔벌롭 전압 신호의 노드에 흐르는 전류를 조절하는 가변 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드의 수신 회로.
  10. 무선 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 공진부;
    근거리 무선 통신(NFC, near field communication) 카드 칩을 포함하고,
    상기 NFC 카드 칩은,
    복수의 휴지 구간(pause)들을 포함하는 상기 무선 신호를 수신하여 엔벌롭 전압 신호를 발생하는 입력 회로;
    상기 엔벌롭 전압 신호 및 전압 선택 신호에 기초하여 검출 기준 전압 및 상기 복수의 휴지 구간들의 최소 전압 레벨에 따라서 변화하는 선택 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생기;
    상기 엔벌롭 전압 신호를 상기 검출 기준 전압 및 상기 선택 기준 전압과 비교하여 상기 휴지 구간들에서 활성화되는 포즈 검출 신호 및 상기 휴지 구간들의 상승 시작 시점을 나타내는 동기 신호를 발생하는 비교 회로;
    상기 포즈 검출 신호 및 상기 동기 신호에 기초하여 상기 선택 기준 전압이 변경되도록 상기 전압 선택 신호의 제어 값을 변경하는 기준 전압 콘트롤러;
    상기 포즈 검출 신호에 기초하여 상기 무선 신호의 복수의 휴지 구간들에 상응하는 복조 신호를 발생하는 복조기; 및
    출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 발생하여 상기 공진부에 제공하는 변조기를 포함하고,
    상기 NFC 카드 칩은,
    상기 동기 신호에 기초하여 외부의 카드 리더기로부터 하나의 프레임에 포함되는 마지막 휴지 구간의 상기 상승 시작 시점부터 프레임 지연 시간이 경과한 시점을 나타내는 송신 타이밍 신호를 발생하는 타이밍 제어기를 더 포함하고,
    상기 변조기는 상기 송신 타이밍 신호에 기초하여 상기 변조 신호를 상기 공진부로 출력하는 것을 특징으로 하는 NFC 카드.
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