KR20210063967A - 근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법 - Google Patents

근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법 Download PDF

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KR20210063967A
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Abstract

본 발명은 근거리 통신 장치에 관한 것이다. 본 발명의 근거리 통신 장치는 안테나, 정합 회로, 제1 발진 신호 및 제2 발진 신호를 생성하는 국부 발진기, 수신 신호 및 제1 발진 신호를 곱하여 동 위상 신호를 생성하는 제1 믹서, 수신 신호 및 제2 발진 신호를 곱하여 직교 위상 신호를 생성하는 제2 믹서, 디지털화된 동 위상 신호 및 직교 위상 신호를 수신하고, 제1 검색표를 참조하여 디지털화된 동 위상 신호 및 직교 위상 신호를 기반으로 제1 신호를 생성하고, 제2 검색표를 참조하여 디지털화된 동 위상 신호 및 직교 위상 신호를 기반으로 제2 신호를 생성하고, 그리고 제1 신호 및 제2 신호 중 하나에서 특정한 패턴이 검출된 때에 해당 신호를 추출 신호로 출력하는 디지털 신호 추출기룰 포함한다.

Description

근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법{NEAR FIELD COMMUNICATION DEVICE AND OPERATING METHOD OF NEAR FIELD COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 통신 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 감소된 복잡도를 갖고 저전력을 구현하는 근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법을 제공하는 데에 있다.
근거리 통신(NFC)(Near Field Communication) 장치는 10cm 이내의 가까운 거리에서 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 근거리 통신 장치는 리더 모드 또는 카드 모드로 설정될 수 있다. 리더 모드의 근거리 통신 장치는 카드 모드의 근거리 통신 장치로부터 무선 신호를 수신하고, 그리고 수신된 무선 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다.
근거리 통신 장치는 수신된 무선 신호로부터 동 위상(in-phase) 신호 및 직교 위상(quadrature-phase) 신호를 추출하고, 그리고 동 위상 신호 및 직교 위상 신호로부터 데이터를 포함하는 신호의 진폭 및 위상을 계산할 수 있다. 진폭 및 위상을 계산하는 구성은 대형의 아날로그 회로를 이용하여 구현되거나 또는 복잡한 디지털 회로를 이용하여 구현될 수 있다.
대형의 아날로그 회로 또는 복잡한 디지털 회로를 이용하는 것은 근거리 통신 장치의 사이즈, 비용 그리고 전력 소비를 증가시킬 수 있다. 따라서, 감소된 사이즈, 비용 및 전력 소비를 갖는 근거리 통신 장치에 대한 요구가 지속적으로 존재한다.
본 발명의 목적은 감소된 사이즈, 비용 및 전력 소비를 갖는 근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 근거리 통신 장치는 안테나, 안테나에 연결되고, 적어도 하나의 커패시터 또는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 정합 회로, 제1 발진 신호 및 제1 발진 신호와 90도의 위상 차이를 갖는 제2 발진 신호를 생성하도록 구성되는 국부 발진기, 안테나 및 정합 회로로부터 신호를 수신하고, 국부 발진기로부터 제1 발진 신호를 수신하고, 신호 및 제1 발진 신호를 곱하여 제1 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 믹서, 안테나 및 정합 회로로부터 신호를 수신하고, 국부 발진기로부터 제2 발진 신호를 수신하고, 신호 및 제2 발진 신호를 곱하여 제1 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 믹서, 제1 동 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 저대역 필터, 제1 직교 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 저대역 필터, 제2 동 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 아날로그-디지털 변환기, 제2 직교 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 아날로그-디지털 변환기, 제3 동 위상 신호 및 제3 직교 위상 신호를 수신하고, 제1 검색표를 참조하여 제3 동 위상 신호 및 제3 직교 위상 신호를 기반으로 제1 신호를 생성하고, 제2 검색표를 참조하여 제3 동 위상 신호 및 제3 직교 위상 신호를 기반으로 제2 신호를 생성하고, 그리고 제1 신호 및 제2 신호 중 하나에서 특정한 패턴이 검출된 때에 해당 신호를 추출 신호로 출력하도록 구성되는 디지털 신호 추출기, 그리고 추출 신호를 수신하고, 그리고 추출 신호를 복조하도록 구성되는 모뎀을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 근거리 통신 장치는 안테나, 안테나에 연결되고, 적어도 하나의 커패시터 또는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 정합 회로, 제1 발진 신호 및 제1 발진 신호와 90도의 위상 차이를 갖는 제2 발진 신호를 생성하도록 구성되는 국부 발진기, 안테나 및 정합 회로로부터 신호를 수신하고, 국부 발진기로부터 제1 발진 신호를 수신하고, 신호 및 제1 발진 신호를 곱하여 제1 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 믹서, 안테나 및 정합 회로로부터 신호를 수신하고, 국부 발진기로부터 제2 발진 신호를 수신하고, 신호 및 제2 발진 신호를 곱하여 제1 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 믹서, 제1 동 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 저대역 필터, 제1 직교 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 저대역 필터, 제2 동 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 아날로그-디지털 변환기, 제2 직교 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 아날로그-디지털 변환기, 제3 동 위상 신호 및 제3 직교 위상 신호를 수신하고, 그리고 제3 동 위상 신호 및 제3 직교 위상 신호 중 하나에서 특정한 패턴이 검출된 때에 해당 신호를 추출 신호로 출력하도록 구성되는 디지털 신호 추출기, 그리고 추출 신호를 수신하고, 그리고 추출 신호를 복조하도록 구성되는 모뎀을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 근거리 통신 장치의 동작 방법은, 무선 주파수 신호로부터 동 위상 신호 및 직교 위상 신호를 생성하는 단계, 동 위상 신호의 제1 진폭 및 직교 위상 신호의 제2 진폭에 각각 대응하는 제1 디지털 값 및 제2 디지털 값을 생성하는 단계, 제1 진폭 및 제2 진폭으로부터 무선 주파수 신호의 제3 진폭에 대응하는 제1 신호 및 제2 신호를 생성하는 단계, 제1 신호 및 제2 신호 중 하나가 특정한 패턴에 대응할 때, 특정한 패턴에 대응하는 신호를 선택하는 단계, 그리고 선택된 신호를 복조하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 근거리 통신 장치는 동 위상 신호와 직교 위상 신호의 관계에 기반한 검색표들을 이용하여 무선 신호로부터 신호들을 생성하고, 신호들을 근거리 통신의 프로토콜에 의해 정해진 패턴과 비교하고, 그리고 비교 결과에 따라 신호들 중 하나를 선택하는 것으로 무선 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다. 또한, 근거리 통신 장치는 동 위상 신호와 직교 위상 신호를 근거리 통신의 프로토콜에 의해 정해진 패턴과 비교하고, 그리고 비교 결과에 따라 신호들 중 하나를 선택하는 것으로 무선 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다. 데이터의 추출 과정은 간단한 디지털 회로들을 이용하여 구현된다. 따라서, 감소된 사이즈, 비용 및 전력 소비를 갖는 근거리 통신 장치 및 근거리 통신 장치의 동작 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 근거리 통신 장치를 보여준다.
도 2는 제2 동 위상 신호 또는 제2 직교 위상 신호의 예를 보여준다.
도 3은 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호의 샘플링 시점에 따라 진폭을 계산하는 예를 수학적으로 보여준다.
도 4는 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호가 샘플링된 타이밍에 따라 진폭을 계산할 때의 추세들을 보여준다.
도 5는 포워드 바이어스인 경우의 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호의 파형들의 예를 보여준다.
도 6은 리버스 바이어스인 경우의 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호의 파형들의 예를 보여준다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 디지털 신호 추출기를 보여준다.
도 8은 제1 검색표의 예를 보여준다.
도 9는 제2 검색표의 예를 보여준다.
도 10은 프로그래머블 패턴 검출기의 내부에서 신호들이 처리되는 예를 보여준다.
도 11은 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호가 포워드 바이어스인 경우에 제1 디지털 신호 및 제2 디지털 신호의 예를 보여준다.
도 12는 제2 동 위상 신호 및 제2 직교 위상 신호가 리버스 바이어스인 경우에 제1 디지털 신호 및 제2 디지털 신호의 예를 보여준다.
도 13은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴들의 예를 보여준다.
도 14는 NFC 장치의 제1 실시 예에 다른 동작 방법을 보여준다.
도 15는 제2 실시 예에 따른 디지털 신호 추출기를 보여준다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 근거리 통신 장치(100)를 보여준다. 도 1을 참조하면, 근거리 통신 장치(100)(이하, NFC 장치)는 안테나(110), 매칭 회로(120), 국부 발진기(131), 제1 믹서(133), 제2 믹서(135), 제1 저대역 통과 필터(141)(LPF), 제2 저대역 통과 필터(143)(LPF), 제1 아날로그-디지털 변환기(151)(ADC), 제2 아날로그-디지털 변환기(153)(ADC), 디지털 신호 추출기(160), 그리고 모뎀(170)을 포함할 수 있다.
안테나(110)는 외부의 장치, 예를 들어 카드 모드의 NFC 장치로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 매칭 회로(120)는 안테나(110)에 임피던스 정합을 제공할 수 있다. 매칭 회로(120)는 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 인덕터, 또는 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 인덕터의 조합을 포함할 수 있다.
안테나(110) 및 매칭 회로(120)는 무선 신호를 수신하여 신호(S)로 출력할 수 있다. 신호(S)는 NFC 프로토콜에 의해 정해진 13.56Hz의 주파수를 갖는 반송파(carrier), NFC 프로토콜에 의해 정해진 847KHz, 212KHz, 또는 424KHz의 주파수를 갖는 부반송파(subcarrier), 그리고 기저 대역(baseband)의 데이터 신호를 포함할 수 있다.
국부 발진기(131)는 제1 발진 신호(OS1) 및 제2 발진 신호(OS2)를 생성할 수 있다. 제1 발진 신호(OS1) 및 제2 발진 신호(OS2)는 NFC 프로토콜에 따른 반송파(carrier)의 주파수, 예를 들어 13.56MHz의 주파수를 가질 수 있다. 제1 발진 신호(OS1) 및 제2 발진 신호(OS2)는 90도의 위상 차이를 가질 수 있다.
제1 믹서(133)는 매칭 회로(120)로부터 신호(S)를 수신하고, 그리고 국부 발진기(131)로부터 제1 발진 신호(OS1)를 수신할 수 있다. 제1 믹서(133)는 신호(S) 및 제1 발진 신호(OS1)를 혼합하여(예를 들어, 곱하여) 제1 동 위상 신호(IS1)로 출력할 수 있다.
제1 동 위상 신호(IS1)는 신호(S)로부터 반송파가 제거된 신호, 즉 부반송파 및 데이터 신호의 동 위상 요소(element)를 포함할 수 있다. 제1 동 위상 신호(IS1)는 부반송파 및 데이터 신호의 동 위상 요소의 고조파들(harmonics)을 더 포함할 수 있다.
제2 믹서(135)는 매칭 회로(120)로부터 신호(S)를 수신하고, 그리고 국부 발진기(131)로부터 제2 발진 신호(OS2)를 수신할 수 있다. 제2 믹서(135)는 신호(S) 및 제2 발진 신호(OS2)를 혼합하여(예를 들어, 곱하여) 제1 직교 위상 신호(QS1)로 출력할 수 있다.
제1 직교 위상 신호(QS1)는 신호(S)로부터 반송파가 제거된 신호, 즉 부반송파 및 데이터 신호의 직교 위상 요소(element)를 포함할 수 있다. 제1 직교 위상 신호(QS1)는 부반송파 및 데이터 신호의 직교 위상 요소의 고조파들(harmonics)을 더 포함할 수 있다.
제1 LPF(141)는 제1 동 위상 신호(IS1)로부터 고조파들을 제거하여 제2 동 위상 신호(IS2)로 출력할 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2)는 서브캐리어 및 데이터 신호의 동 위상 요소를 포함할 수 있다.
제2 LPF(143)는 제1 직교 위상 신호(QS1)로부터 고조파들을 제거하여 제2 직교 위상 신호(QS2)로 출력할 수 있다. 제2 직교 위상 신호(QS2)는 서브캐리어 및 데이터 신호의 직교 위상 요소를 포함할 수 있다.
제1 ADC(151)는 제2 동 위상 신호(IS2)를 디지털화하여 제3 동 위상 신호(IS3)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 ADC(151)는 4비트의 해상도를 가질 수 있다. 제3 동 위상 신호(IS3)는 서브캐리어 및 데이터 신호의 동 위상 성분을 나타내는 시간의 흐름에 따라 변하는 4비트의 값들을 포함할 수 있다.
제2 ADC(153)는 제2 직교 위상 신호(QS2)를 디지털화하여 제3 직교 위상 신호(QS3)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 ADC(153)는 4비트의 해상도를 가질 수 있다. 제3 직교 위상 신호(QS3)는 서브캐리어 및 데이터 신호의 직교 위상 요소를 나타내는 시간의 흐름에 따라 변하는 4비트의 값들을 포함할 수 있다.
디지털 신호 추출기(160)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)를 수신할 수 있다. 디지털 신호 추출기(160)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)로부터 NFC 프로토콜에 따라 복조될 수 있는 추출 신호(ES)를 추출할 수 있다. 추출 신호(ES)는 서브캐리어 및 데이터 신호를 나타내는 시간의 흐름에 따라 변하는 디지털 값들을 포함할 수 있다. 디지털 신호 추출기(160)는 완전 디지털 회로들로 구현될 수 있다.
모뎀(170)은 디지털 신호 추출기(160)로부터 추출 신호(ES)를 수신할 수 있다. 모뎀(170)은 추출 신호(ES)에 대해 NFC 프로토콜에 기반한 복조를 수행할 수 있다. 예를 들어, 모뎀(170)은 추출 신호(ES)에 서브캐리어를 곱하고, 곱셈의 결과에 LPF를 적용할 수 있다. 모뎀(170)은 복조의 결과를 수신 신호(RS)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 수신 신호(RS)는 응용 프로세서 또는 중앙 처리 장치와 같은 로직 또는 NFC를 제어하도록 설계된 로직으로 출력될 수 있다. 다른 예로서, 수신 신호(RS)는 메모리로 출력될 수 있다.
예시적으로, 도 1에 도시된 NFC 장치(100)는 리더 모드에서 무선 신호를 수신하는데 필요한 구성 요소들만을 보여준다. NFC 장치(100)에 리더 모드에서 무선 신호를 송신하기 위한 구성 요소들 및 카드 모드로 동작하기 위한 구성 요소들이 추가될 수 있다. 도 1에 도시된 구성 요소들 중 적어도 일부는 리더 모드에서 무선 신호를 송신할 때 또는 카드 모드에서 공유되어 사용될 수 있다.
도 2는 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)의 예를 보여준다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 특정한 시점에 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)를 샘플링하면, 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)는 동 위상 축(I) 및 직교 위상 축(Q)의 평면에서, 진폭 및 위상으로 표현될 수 있다.
NFC 프로토콜은 ASK(Amplitude Shift Keying)에 기반하므로, 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)는 제1 진폭을 갖는 제1 신호(S1) 또는 제2 진폭을 갖는 제2 신호(S2) 중 하나일 수 있다. 즉, 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)는 서브캐리어의 주파수로 회전하되, 데이터 신호의 주기 및 값에 따라 변하는 진폭을 가질 수 있다.
통상적으로, 반송파의 복조를 수행하는 것은 동 위상 및 직교 위상 신호들(예를 들어, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2))을 추출하고, 동 위상 신호들 및 직교 위상 신호들로부터 진폭 및 위상을 검출하는 과정을 포함한다. 진폭을 검출하는 것은 제곱의 연산 및 루트(root)의 연산을 필요로 한다. 위상을 검출하는 것은 아크탄젠트(arctangent)의 연산을 필요로 한다.
이러한 연산들은 디지털 회로들과 비교하여 상대적으로 크기가 큰 아날로그 회로들을 필요로 할 수 있다. 또한, 이러한 연산들을 디지털 회로들로 구현할 때, 디지털 회로들의 사이즈, 복잡도 및 전력 소비가 클 수 있다.
NFC는 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어를 사용한다. 또한, NFC는 서브캐리어의 진폭을 조절하는 ASK(Amplitude Shift Keying)에 기반한다. 본 발명의 실시 예에 따른 NFC 장치(100)는 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)의 진폭의 변화를 검출하고, 진폭의 변화가 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어에 부합하는지 판단하고, 그리고 부합하는 신호를 추출 신호(ES)로 선택하도록 구성된다.
진폭 및 위상을 계산하는 복잡한 과정 없이, 서브캐리어의 패턴에 부합하는지를 판단할 수 있는 정도의 수준으로 제2 동 위상 신호(IS2) 또는 제2 직교 위상 신호(QS2)를 처리함으로써, 디지털 신호 추출기(160) 및 NFC 장치(100)의 사이즈, 복잡도 및 비용이 감소하고, 전력 소비가 더 감소할 수 있다.
도 3은 제1 믹서(133) 및 제2 믹서(135)의 샘플링 시점에 따라 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용하여 진폭을 계산하는 예를 수학적으로 보여준다. 이하에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 참조하여 본 발명의 기술적 사상이 설명되지만, 동일한 상세가 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)에도 적용될 수 있다.
예시적으로, 샘플링은 제1 믹서(133)가 신호(S)와 제1 발진 신호(OS1)를 곱하고, 그리고 제2 믹서(135)가 신호(S)와 제2 발진 신호(OS2)를 곱하는 것을 포함한다.
샘플링 시점에 신호(S)가 제1 사분면에 속한 제3 신호(S3)이면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 제1 사분면에 해당하는 위상을 갖되, 서브캐리어의 주파수로 회전할 수 있다.
제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 1에 기반할 수 있다. 수학식 1에서, 'I'는 동 위상 요소의 크기, 즉 제2 동 위상 신호(IS2)의 진폭을 가리키고, 'Q'는 직교 위상 요소의 크기, 즉 제2 직교 위상 신호(QS2)의 진폭을 가리킨다.
Figure pat00001
샘플링 시점에 신호(S)가 제2 사분면에 속한 제4 신호(S4)이면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 제2 사분면에 해당하는 위상을 갖되, 서브캐리어의 주파수로 회전할 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 2에 기반할 수 있다.
Figure pat00002
샘플링 시점에 신호(S)가 제3 사분면에 속한 제5 신호(S5)이면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 제3 사분면에 해당하는 위상을 갖되, 서브캐리어의 주파수로 회전할 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 3에 기반할 수 있다.
Figure pat00003
샘플링 시점에 신호(S)가 제4 사분면에 속한 제4 신호(S4)이면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 제4 사분면에 해당하는 위상을 갖되, 서브캐리어의 주파수로 회전할 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 4에 기반할 수 있다.
Figure pat00004
수학식 1 내지 4를 통해 기술된 바와 같이, 신호(S)가 샘플링된 타이밍에 따라, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용하여 진폭을 계산하기 위한 수학식이 달라질 수 있다.
도 4는 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)가 샘플링된 타이밍에 따라 진폭을 계산할 때의 추세들을 보여준다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 반송파 신호에서의 샘플링 타이밍들이 도시된다. 이하에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 참조하여 본 발명의 기술적 사상이 설명되지만, 동일한 상세가 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)에도 적용될 수 있다.
제1 타이밍에 따르면, 제1 발진 신호(OS1)는 제2 발진 신호(OS2)보다 90도 앞설 수 있다. 신호(S)는 제1 사분면에서 샘플링될 수 있다. 제1 발진 신호(OS1) 및 제2 발진 신호(OS2)는 반송파가 양의 값들을 갖는 때에 신호(S)와 곱해질 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 1에 기반할 수 있다.
제2 타이밍에 따르면, 제1 발진 신호(OS1)는 제2 발진 신호(OS2)보다 90도 앞설 수 있다. 신호(S)는 제2 사분면에서 샘플링될 수 있다. 제1 발진 신호(OS1)는 반송파가 양의 값을 가질 때에 신호(S)와 곱해지고, 제2 발진 신호(OS2)는 반송파가 음의 값을 가질 때에 신호(S)와 곱해질 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 2에 기반할 수 있다.
제3 타이밍에 따르면, 제1 발진 신호(OS1)는 제2 발진 신호(OS2)보다 90도 앞설 수 있다. 신호(S)는 제3 사분면에서 샘플링될 수 있다. 제1 발진 신호(OS1) 및 제2 발진 신호(OS2)는 반송파가 음의 값들을 갖는 때에 신호(S)와 곱해질 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 3에 기반할 수 있다.
제4 타이밍에 따르면, 제1 발진 신호(OS1)는 제2 발진 신호(OS2)보다 90도 지연될 수 있다. 신호(S)는 제4 사분면에서 샘플링될 수 있다. 제1 발진 신호(OS1)는 반송파가 음의 값을 가질 때에 신호(S)와 곱해지고, 제2 발진 신호(OS2)는 반송파가 양의 값을 가질 때에 신호(S)와 곱해질 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)를 이용한 진폭의 계산은 수학식 4에 기반할 수 있다.
제1 타이밍 및 제3 타이밍에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 동일한 극성들을 갖는다. 제1 타이밍 및 제3 타이밍은 포워드 바이어스일 수 있다. 포워드 바이어스에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 동일한 파형을 가질 수 있다. 도 5는 포워드 바이어스인 경우의 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)의 파형들의 예를 보여준다.
도 5를 참조하면, 제2 동 위상 신호(IS2)의 값이 증가할수록, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값이 감소한다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값이 감소할수록, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값이 증가한다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값 및 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값에 따른 수학식 1 또는 수학식 3의 계산 결과는 검색표로 구현될 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값, 그리고 검색표를 참조함으로써, 서브캐리어 및 데이터 신호의 진폭의 간단하게 획득될 수 있다.
다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 제2 타이밍 및 제4 타이밍에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 반대의 극성들을 갖는다. 제2 타이밍 및 제2 타이밍은 리버스 바이어스일 수 있다. 리버스 바이어스에서, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 서로 반대인 파형을 가질 수 있다. 도 6은 리버스 바이어스인 경우의 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)의 파형들의 예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 제2 동 위상 신호(IS2)의 값이 증가할수록, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값이 증가한다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값이 감소할수록, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값이 감소한다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값의 변화 추세에 따른 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값의 변화 추세는 도 5의 경우(포워드 바이어스의 경우)와 반대이다.
제2 동 위상 신호(IS2)의 값 및 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값에 따른 수학식 2 또는 수학식 4의 계산 결과는 검색표로 구현될 수 있다. 제2 동 위상 신호(IS2)의 값, 제2 직교 위상 신호(QS2)의 값, 그리고 검색표를 참조함으로써, 서브캐리어 및 데이터 신호의 진폭의 간단하게 획득될 수 있다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 디지털 신호 추출기(200)를 보여준다. 디지털 신호 추출기(200)는 도 1의 디지털 신호 추출기(160)에 포함될 수 있다. 도 1 및 도 7을 참조하면, 디지털 신호 추출기(200)는 제1 추출기(210), 제2 추출기(220), 그리고 선택기(230)를 포함할 수 있다.
제1 추출기(210)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)가 포워드 바이어스인 때의 서브캐리어 및 데이터 신호의 진폭을 제1 디지털 신호(DS1)로 출력할 수 있다. 제1 추출기(210)는 제1 검색표(211), 제1 검출기(212), 제1 트랜지션 필터(213), 제1 피크 검출기(214), 그리고 제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)를 포함할 수 있다.
제1 검색표(211)는 도 5의 포워드 바이어스에 대응하는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 직교 위상 신호(QS3)의 값에 따른 수학식 1 또는 수학식 3의 결과들을 포함할 수 있다.
제1 검출기(212)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)를 수신할 수 있다. 제1 검출기(212)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)에 대응하는 진폭의 값을 제1 검색표로부터 검출할 수 있다. 제1 검출기(212)는 검출된 값을 제1 검출값(DV1)으로 출력할 수 있다.
제1 트랜지션 필터(213)는 제1 검출기(212)로부터 제1 검출값(DV1)을 수신할 수 있다. 제1 트랜지션 필터(213)는 n-탭 트랜지션 필터(n은 양의 정수)일 수 있다. 제1 트랜지션 필터(213)는 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수신되는 n개의 값들의 누적값(예를 들어, 누적합)을 계산할 수 있다.
예를 들어, n은 데이터 신호의 하나의 주기에 포함되는 서브캐리어의 주기들의 개수일 수 있다. n은 '16'일 수 있다. 제1 트랜지션 필터(213)는 노이즈의 영향을 줄일 수 있다. 제1 트랜지션 필터(213)는 제1 누적값(AV1)을 출력할 수 있다.
제1 피크 검출기(214)는 제1 누적값(AV1)을 수신할 수 있다. 제1 피크 검출기(214)는 제1 누적값(AV1)이 제1 오프셋보다 커질 때 제1 피크 신호(PS1)로서 펄스(예를 들어, 제1 펄스)를 출력하고, 그리고 제1 누적값(AV1)이 제2 오프셋보다 작아질 때에 제1 피크 신호(PS1)로서 펄스(예를 들어, 제2 펄스)를 출력할 수 있다.
제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 피크 신호(PS1)를 수신할 수 있다. 제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 피크 신호(PS1)에 대해 디코딩을 수행하여, 제1 피크 신호(PS1)로부터 서브캐리어 및 데이터 신호에 대응하는 제1 디지털 신호(DS1)를 생성할 수 있다.
제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 디지털 신호(DS1)를 특정한 패턴과 비교할 수 있다. 특정한 패턴은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴일 수 있다. 제1 디지털 신호(DS1)가 특정한 패턴에 대응하면, 제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 선택 신호(SEL1)를 출력할 수 있다. 제1 선택 신호(SEL1)에 응답하여, 선택기(230)는 제1 디지털 신호(DS1)를 추출 신호(ES)로 출력할 수 있다.
제1 디지털 신호(DS1)가 특정한 패턴에 대응하면, 제1 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 비활성 신호(DA1)를 출력할 수 있다. 제1 비활성 신호(DA1)에 응답하여, 제2 추출기(220)(또는 제2 추출기(220)의 구성 요소들 중 적어도 하나)가 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 제2 추출기(220)에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 제2 추출기(220)는 현재 통신 중인 NFC 장치와의 통신이 종료될 때까지 비활성화될 수 있다.
제2 추출기(220)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)가 리버스 바이어스인 때의 서브캐리어 및 데이터 신호의 진폭을 제2 디지털 신호(DS2)로 출력할 수 있다. 제2 추출기(220)는 제2 검색표(221), 제2 검출기(222), 제2 트랜지션 필터(223), 제2 피크 검출기(224), 그리고 제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)를 포함할 수 있다.
제2 검색표(221)는 도 6의 리버스 바이어스에 대응하는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 직교 위상 신호(QS3)의 값에 따른 수학식 2 또는 수학식 4의 결과들을 포함할 수 있다.
제2 검출기(222)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)를 수신할 수 있다. 제2 검출기(222)는 제3 동 위상 신호(IS3) 및 제3 직교 위상 신호(QS3)에 대응하는 진폭의 값을 제2 검색표로부터 검출할 수 있다. 제2 검출기(222)는 검출된 값을 제2 검출값(DV2)으로 출력할 수 있다.
제2 트랜지션 필터(223)는 제2 검출기(222)로부터 제2 검출값(DV2)을 수신할 수 있다. 제2 트랜지션 필터(223)는 n-탭 트랜지션 필터일 수 있다. 제2 트랜지션 필터(223)는 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수신되는 n개의 값들의 누적값(예를 들어, 누적합)을 계산할 수 있다. 제2 트랜지션 필터(223)는 제2 누적값(AV2)을 출력할 수 있다.
제2 피크 검출기(224)는 제2 누적값(AV2)을 수신할 수 있다. 제2 피크 검출기(224)는 제2 누적값(AV2)이 제2 오프셋보다 커질 때 제2 피크 신호(PS2)로서 펄스(예를 들어, 제3 펄스)를 출력하고, 그리고 제2 누적값(AV2)이 제2 오프셋보다 작아질 때에 제2 피크 신호(PS2)로서 펄스(예를 들어, 제4 펄스)를 출력할 수 있다.
제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 피크 신호(PS2)를 수신할 수 있다. 제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 피크 신호(PS2)에 대해 디코딩을 수행하여, 제2 피크 신호(PS2)로부터 서브캐리어 및 데이터 신호에 대응하는 제2 디지털 신호(DS2)를 생성할 수 있다.
제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 디지털 신호(DS2)를 특정한 패턴과 비교할 수 있다. 특정한 패턴은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴일 수 있다. 제2 디지털 신호(DS2)가 특정한 패턴에 대응하면, 제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 선택 신호(SEL2)를 출력할 수 있다. 제2 선택 신호(SEL2)에 응답하여, 선택기(230)는 제2 디지털 신호(DS2)를 추출 신호(ES)로 출력할 수 있다.
제2 디지털 신호(DS2)가 특정한 패턴에 대응하면, 제2 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 비활성 신호(DA2)를 출력할 수 있다. 제2 비활성 신호(DA2)에 응답하여, 제1 추출기(210)(또는 제1 추출기(210)의 구성 요소들 중 적어도 하나)가 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 제1 추출기(210)에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 제1 추출기(210)는 현재 통신 중인 NFC 장치와의 통신이 종료될 때까지 비활성화될 수 있다.
예시적으로, 제1 추출기(210)로부터 제1 선택 신호(SEL1)가 수신되지 않고 그리고 제2 추출기(220)로부터 제2 선택 신호(SEL2)가 수신되지 않을 때, 선택기(230)는 추출 신호(ES)를 출력하지 않을 수 있다.
도 8은 제1 검색표의 예를 보여준다. 도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 동일한 극성을 갖는다. 동 위상 요소(I), 즉 제3 동 위상 신호(IS3)의 값이 클수록, 그리고 직교 위상 요소(I), 즉 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값이 클수록, 제1 검출값(DV1)이 증가할 수 있다.
마찬가지로, 동 위상 요소(I), 즉 제3 동 위상 신호(IS3)의 값이 작을수록, 그리고 직교 위상 요소(I), 즉 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값이 작을수록, 제1 검출값(DV1)이 증가할 수 있다.
도 9는 제2 검색표의 예를 보여준다. 도 6, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)는 서로 반대의 극성을 갖는다. 동 위상 요소(I), 즉 제3 동 위상 신호(IS3)의 값이 클수록, 그리고 직교 위상 요소(I), 즉 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값이 작을수록, 제2 검출값(DV2)이 증가할 수 있다.
마찬가지로, 동 위상 요소(I), 즉 제3 동 위상 신호(IS3)의 값이 작을수록, 그리고 직교 위상 요소(I), 즉 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값이 클수록, 제2 검출값(DV2)이 증가할 수 있다.
도 10은 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)의 내부에서 신호들이 처리되는 예를 보여준다. 도 7 및 도 10을 참조하면, 제1 누적값(AV1) 또는 제2 누적값(AV2)의 예시적인 파형이 도시된다. 피크 검출기(214 또는 224)는 누적값(AV1 또는 AV2)을 제1 오프셋(OFF1) 및 제2 오프셋(OFF2)과 비교할 수 있다. 제1 오프셋(OFF1)은 제2 오프셋(OFF2)보다 높은 레벨의 전압일 수 있다.
피크 검출기(214 또는 224)는 누적값(AV1 또는 AV2)이 제1 오프셋(OFF1)보다 커질때 피크 신호(PS1 또는 PS2)로서 펄스를 출력할 수 있다. 피크 검출기(214 또는 224)는 누적값(AV1 또는 AV2)이 제2 오프셋(OFF2)보다 작아질때 피크 신호(PS1 또는 PS2)로서 펄스를 출력할 수 있다.
예시적으로, 제1 오프셋(OFF1)에 의해 생성되는 펄스(예를 들어, 제1 펄스)의 제2 오프셋(OFF2)에 의해 생성되는 펄스(예를 들어, 제2 펄스)는 서로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 및 제2 펄스는 서로 다른 신호선들을 통해 전달될 수 있다. 제1 펄스 및 제2 펄스는 발생 순서에 의해 서로 구분될 수 있다.
프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 피크 신호(PS1 또는 PS2)를 디코딩하여 디지털 신호(DS1 또는 DS2)를 생성할 수 있다. 제1 오프셋(OFF1)에 의해 생성된 펄스에 응답하여, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 천이할 수 있다.
제2 오프셋(OFF2)에 의해 생성된 펄스에 응답하여, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 천이할 수 있다. 디지털 신호(DS1 또는 DS2)는 서브캐리어 및 데이터 신호가 혼합된 형태일 수 있다.
도 11은 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)가 포워드 바이어스인 경우에 제1 디지털 신호(DS1) 및 제2 디지털 신호(DS2)의 예를 보여준다. 도 1, 도 7 및 도 11을 참조하면, 제1 디지털 신호(DS1)는 서브캐리어 및 데이터 신호를 정확히 보여줄 수 있다. 반면, 제2 디지털 신호(DS2)는 이상적으로 플랫(flat)한 값들을 가지며, 실질적으로 다양한 잡음이 포함된 값들로 나타날 수 있다.
도 12는 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)가 리버스 바이어스인 경우에 제1 디지털 신호(DS1) 및 제2 디지털 신호(DS2)의 예를 보여준다. 도 1, 도 7 및 도 12를 참조하면, 제2 디지털 신호(DS2)는 서브캐리어 및 데이터 신호를 정확히 보여줄 수 있다. 반면, 제1 디지털 신호(DS1)는 이상적으로 플랫(flat)한 값들을 가지며, 실질적으로 다양한 잡음이 포함된 값들로 나타날 수 있다.
도 13은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴들의 예를 보여준다. 도 13을 참조하면, NFC의 타입 A에 대응하는 도시된 패턴이 3개가 수신되면, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)가 NFC의 타입 A의 패턴에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 선택 신호(SEL1 또는 SEL2) 및 비활성 신호(DA1 또는 DA2)를 출력할 수 있다.
NFC의 타입 B에 대응하는 도시된 패턴이 4개 이상 수신되면, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)가 NFC의 타입 B의 패턴에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 선택 신호(SEL1 또는 SEL2) 및 비활성 신호(DA1 또는 DA2)를 출력할 수 있다.
NFC의 타입 F에 대응하는 도시된 패턴이 4개 이상 수신되면, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)가 NFC의 타입 F의 패턴에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 선택 신호(SEL1 또는 SEL2) 및 비활성 신호(DA1 또는 DA2)를 출력할 수 있다.
NFC의 타입 V에 대응하는 도시된 패턴이 4개와 8개 사이로 수신되면, 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 디지털 신호(DS1 또는 DS2)가 NFC의 타입 V의 패턴에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 프로그래머블 패턴 검출기(215 또는 225)는 선택 신호(SEL1 또는 SEL2) 및 비활성 신호(DA1 또는 DA2)를 출력할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 NFC 장치(100)는 동 위상 요소 및 직교 위상 요소에 따른 진폭의 값을 테이블화하여 저장함으로써 진폭의 계산을 단순한 디지털 회로들을 이용하여 구현할 수 있다. 따라서, NFC 장치(100)의 사이즈, 복잡도, 비용 및 전력 소비가 절감된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 NFC 장치(100)는 동 위상 요소 및 직교 위상 요소로부터 위상을 계산하지 않는다. 위상의 영향이 서브캐리어를 수반하는 ASK 기반의 NFC에서 포워드 바이어스 및 리버스 바이어스에만 제한적으로 적용된다. NFC 장치(100)는 포워드 바이어스 및 리버스 바이어스의 경우들의 검색표들을 별도로 구비하고, 검색표들의 결과들 중 하나를 선택하는 것으로 위상을 계산하는 것을 대체한다. 따라서, NFC 장치(100)의 사이즈, 복잡도, 비용 및 전력 소비가 절감된다.
도 14는 NFC 장치(100)의 제1 실시 예에 다른 동작 방법을 보여준다. 도 1, 도 7 및 도 14를 참조하면, S110 단계에서, NFC 장치(100)의 제1 ADC(151) 및 제2 ADC(153)는 각각 동 위상 신호(예를 들어, IS2) 및 직교 위상 신호(예를 들어, QS2)를 수신할 수 있다.
S120 단계에서, 제1 ADC(151) 및 제2 ADC(153)는 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)에 대응하는 제1 디지털 값들(예를 들어, 제3 동 위상 신호(IS3)의 값들) 및 제2 디지털 값들(예를 들어, 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값들)을 생성할 수 있다.
S130 단계 내지 S150 단계는 제1 추출기(210)의 동작에 대응할 수 있다. S130 단계에서, 제1 추출기(210)는 제1 검색표(211)를 참조하여 값들(예를 들어, 제1 검출값(DV1)의 값들)을 검출하고, 그리고 검출된 값들을 누적함으로써 제1 디지털 신호(DS1)를 생성할 수 있다.
S140 단계에서, 제1 추출기(210)의 프로그래머블 패턴 검출기(215)는 제1 디지털 신호(DS1)에서 NFC 프로토콜에 따른 서브캐리어의 패턴이 검출되는지 판단할 수 있다. 서브캐리어의 패턴이 검출될 때까지, 제1 추출기(210)는 S130 단계 및 S140 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.
서브캐리어의 패턴이 검출되면, S150 단계에서, 제1 추출기(210)는 제1 선택 신호(SEL1)를 출력하여 제1 디지털 신호(DS1)의 선택을 수행하고, 그리고 제1 비활성 신호(DA1)를 출력하여 제2 추출기(220)의 비활성화를 수행할 수 있다.
S160 단계 내지 S180 단계는 제2 추출기(220)의 동작에 대응할 수 있다. S160 단계에서, 제2 추출기(220)는 제2 검색표(221)를 참조하여 값들(예를 들어, 제2 검출값(DV2)의 값들)을 검출하고, 그리고 검출된 값들을 누적함으로써 제2 디지털 신호(DS2)를 생성할 수 있다.
S170 단계에서, 제2 추출기(220)의 프로그래머블 패턴 검출기(225)는 제2 디지털 신호(DS2)에서 NFC 프로토콜에 따른 서브캐리어의 패턴이 검출되는지 판단할 수 있다. 서브캐리어의 패턴이 검출될 때까지, 제2 추출기(220)는 S160 단계 및 S170 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.
서브캐리어의 패턴이 검출되면, S180 단계에서, 제2 추출기(220)는 제2 선택 신호(SEL2)를 출력하여 제2 디지털 신호(DS2)의 선택을 수행하고, 그리고 제2 비활성 신호(DA2)를 출력하여 제1 추출기(210)의 비활성화를 수행할 수 있다.
제1 디지털 신호(DS1) 및 제2 디지털 신호(DS2) 중 하나가 추출 신호(ES)로 선택되면, S190 단계에서, 모뎀(170)은 추출 신호(ES)에 대해 NFC 프로토콜에 기반한 복조(예를 들어, 서브캐리어의 복조)를 수행할 수 있다.
도 15는 제2 실시 예에 따른 디지털 신호 추출기(300)를 보여준다. 디지털 신호 추출기(300)는 도 1의 디지털 신호 추출기(160)에 포함될 수 있다. 도 1 및 도 15를 참조하면, 디지털 신호 추출기(300)는 제1 추출기(310), 제2 추출기(320), 그리고 선택기(330)를 포함할 수 있다.
제1 추출기(310)는 제3 동 위상 신호(IS3)의 진폭을 제1 디지털 신호(DS1)로 출력할 수 있다. 제1 추출기(310)는 제1 트랜지션 필터(313), 제1 피크 검출기(314), 그리고 제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지션 필터(313)는 제3 동 위상 신호(IS3)를 수신할 수 있다. 제1 트랜지션 필터(313)는 n-탭 트랜지션 필터(n은 양의 정수)일 수 있다. 제1 트랜지션 필터(313)는 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수신되는 n개의 값들의 누적값(예를 들어, 누적합)을 계산할 수 있다. 제1 트랜지션 필터(313)는 제1 누적값(AV1)을 출력할 수 있다.
제1 피크 검출기(314)는 제1 누적값(AV1)을 수신할 수 있다. 제1 피크 검출기(314)는 제1 누적값(AV1)이 제1 오프셋보다 커질 때 제1 피크 신호(PS1)로서 펄스(예를 들어, 제1 펄스)를 출력하고, 그리고 제1 누적값(AV1)이 제2 오프셋보다 작아질 때에 제1 피크 신호(PS1)로서 펄스(예를 들어, 제2 펄스)를 출력할 수 있다.
제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 피크 신호(PS1)를 수신할 수 있다. 제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 피크 신호(PS1)에 대해 디코딩을 수행하여, 제1 피크 신호(PS1)로부터 서브캐리어 및 데이터 신호에 대응하는 제1 디지털 신호(DS1)를 생성할 수 있다.
제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 디지털 신호(DS1)를 특정한 패턴과 비교할 수 있다. 특정한 패턴은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴일 수 있다. 제1 디지털 신호(DS1)가 특정한 패턴에 대응하면, 제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 선택 신호(SEL1)를 출력할 수 있다. 제1 선택 신호(SEL1)에 응답하여, 선택기(330)는 제1 디지털 신호(DS1)를 추출 신호(ES)로 출력할 수 있다.
제1 디지털 신호(DS1)가 특정한 패턴에 대응하면, 제1 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 비활성 신호(DA1)를 출력할 수 있다. 제1 비활성 신호(DA1)에 응답하여, 제2 추출기(320)(또는 제2 추출기(320)의 구성 요소들 중 적어도 하나)가 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 제2 추출기(320)에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 제2 추출기(320)는 현재 통신 중인 NFC 장치와의 통신이 종료될 때까지 비활성화될 수 있다.
제2 추출기(320)는 제3 직교 위상 신호(QS3)의 진폭을 제2 디지털 신호(DS2)로 출력할 수 있다. 제2 추출기(320)는 제2 트랜지션 필터(323), 제2 피크 검출기(324), 그리고 제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)를 포함할 수 있다.
제2 트랜지션 필터(323)는 제2 검출기(322)로부터 제2 검출값(DV2)을 수신할 수 있다. 제2 트랜지션 필터(323)는 n-탭 트랜지션 필터일 수 있다. 제2 트랜지션 필터(323)는 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수신되는 n개의 값들의 누적값(예를 들어, 누적합)을 계산할 수 있다. 제2 트랜지션 필터(323)는 제2 누적값(AV2)을 출력할 수 있다.
제2 피크 검출기(324)는 제2 누적값(AV2)을 수신할 수 있다. 제2 피크 검출기(324)는 제2 누적값(AV2)이 제2 오프셋보다 커질 때 제2 피크 신호(PS2)로서 펄스(예를 들어, 제3 펄스)를 출력하고, 그리고 제2 누적값(AV2)이 제2 오프셋보다 작아질 때에 제2 피크 신호(PS2)로서 펄스(예를 들어, 제4 펄스)를 출력할 수 있다.
제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 피크 신호(PS2)를 수신할 수 있다. 제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 피크 신호(PS2)에 대해 디코딩을 수행하여, 제2 피크 신호(PS2)로부터 서브캐리어 및 데이터 신호에 대응하는 제2 디지털 신호(DS2)를 생성할 수 있다.
제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 디지털 신호(DS2)를 특정한 패턴과 비교할 수 있다. 특정한 패턴은 NFC 프로토콜에 의해 정해진 서브캐리어의 패턴일 수 있다. 제2 디지털 신호(DS2)가 특정한 패턴에 대응하면, 제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 선택 신호(SEL2)를 출력할 수 있다. 제2 선택 신호(SEL2)에 응답하여, 선택기(330)는 제2 디지털 신호(DS2)를 추출 신호(ES)로 출력할 수 있다.
제2 디지털 신호(DS2)가 특정한 패턴에 대응하면, 제2 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 비활성 신호(DA2)를 출력할 수 있다. 제2 비활성 신호(DA2)에 응답하여, 제1 추출기(310)(또는 제1 추출기(310)의 구성 요소들 중 적어도 하나)가 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 제1 추출기(310)에 공급되는 전원이 차단될 수 있다. 제1 추출기(310)는 현재 통신 중인 NFC 장치와의 통신이 종료될 때까지 비활성화될 수 있다.
예시적으로, 제1 추출기(310)로부터 제1 선택 신호(SEL1)가 수신되지 않고 그리고 제2 추출기(320)로부터 제2 선택 신호(SEL2)가 수신되지 않을 때, 선택기(330)는 추출 신호(ES)를 출력하지 않을 수 있다.
통상적으로, 동 위상 신호 및 직교 위상 신호 중 하나를 선택하여 원본 신호(데이터 신호 및 서브캐리어 신호)를 복원할 때, 동 위상 신호 및 직교 위상 신호의 진폭들의 크기만으로 선택을 수행한다. 이러한 선택은 정확도를 낮추고, 통신의 신뢰성을 낮출 수 있다. 특히 이러한 선택은, 동 위상 신호 및 직교 위상 신호 중 어느 하나에 강한 노이즈가 포함된 때에 더 취약할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 신호 추출기(300)는 동 위상 신호 및 직교 위상 신호 중 하나를 선택하되, 선택의 기준은 진폭의 크기가 아는 어느 신호가 NFC 프로토콜에 의해 정해진 패턴(서브캐리어의 패턴)을 포함하는 지이다. 따라서, 선택의 정확도가 향상되고, 통신의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 16은 NFC 장치(100)의 제2 실시 예에 다른 동작 방법을 보여준다. 도 1, 도 7 및 도 16을 참조하면, S210 단계에서, NFC 장치(100)의 제1 ADC(151) 및 제2 ADC(153)는 각각 동 위상 신호(예를 들어, IS2) 및 직교 위상 신호(예를 들어, QS2)를 수신할 수 있다.
S220 단계에서, 제1 ADC(151) 및 제2 ADC(153)는 제2 동 위상 신호(IS2) 및 제2 직교 위상 신호(QS2)에 대응하는 제1 디지털 값들(예를 들어, 제3 동 위상 신호(IS3)의 값들) 및 제2 디지털 값들(예를 들어, 제3 직교 위상 신호(QS3)의 값들)을 생성할 수 있다.
S230 단계 내지 S250 단계는 제1 추출기(310)의 동작에 대응할 수 있다. S230 단계에서, 제1 추출기(310)는 제3 동 위상 신호(IS3)의 값들을 누적함으로써 제1 디지털 신호(DS1)를 생성할 수 있다.
S240 단계에서, 제1 추출기(310)의 프로그래머블 패턴 검출기(315)는 제1 디지털 신호(DS1)에서 NFC 프로토콜에 따른 서브캐리어의 패턴이 검출되는지 판단할 수 있다. 서브캐리어의 패턴이 검출될 때까지, 제1 추출기(310)는 S230 단계 및 S240 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.
서브캐리어의 패턴이 검출되면, S250 단계에서, 제1 추출기(310)는 제1 선택 신호(SEL1)를 출력하여 제1 디지털 신호(DS1)의 선택을 수행하고, 그리고 제1 비활성 신호(DA1)를 출력하여 제2 추출기(320)의 비활성화를 수행할 수 있다.
S260 단계 내지 S280 단계는 제2 추출기(320)의 동작에 대응할 수 있다. S260 단계에서, 제2 추출기(320)는 제2 검색표(321)를 참조하여 값들(예를 들어, 제2 검출값(DV2)의 값들)을 검출하고, 그리고 검출된 값들을 누적함으로써 제2 디지털 신호(DS2)를 생성할 수 있다.
S270 단계에서, 제2 추출기(320)의 프로그래머블 패턴 검출기(325)는 제2 디지털 신호(DS2)에서 NFC 프로토콜에 따른 서브캐리어의 패턴이 검출되는지 판단할 수 있다. 서브캐리어의 패턴이 검출될 때까지, 제2 추출기(320)는 S260 단계 및 S270 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.
서브캐리어의 패턴이 검출되면, S280 단계에서, 제2 추출기(320)는 제2 선택 신호(SEL2)를 출력하여 제2 디지털 신호(DS2)의 선택을 수행하고, 그리고 제2 비활성 신호(DA2)를 출력하여 제1 추출기(310)의 비활성화를 수행할 수 있다.
제1 디지털 신호(DS1) 및 제2 디지털 신호(DS2) 중 하나가 추출 신호(ES)로 선택되면, S290 단계에서, 모뎀(170)은 추출 신호(ES)에 대해 NFC 프로토콜에 기반한 복조(예를 들어,서브캐리어의 복조)를 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 모바일 장치(1000)를 보여주는 블록도이다. 도 17을 참조하면, 모바일 장치(1000)는 응용 프로세서(1010), 코덱(1020), 스피커(1030), 마이크로폰(1040), 표시 장치(1050), 카메라(1060), 모뎀(1070), 스토리지 장치(1080), 랜덤 액세스 메모리(1090), 그리고 NFC 장치(1100)를 포함한다.
응용 프로세서(1010)는 모바일 장치(1000)를 운영하는 운영 체제를 구동하고, 운영 체제 상에서 다양한 응용들을 구동할 수 있다. 코덱(1020)은 영상 신호 또는 영상 신호를 코딩(coding) 및 디코딩(decoding)할 수 있다. 코덱(1020)은 음성 신호 또는 영상 신호의 처리와 연관된 작업을 응용 프로세서(1010)로부터 위임받아 수행할 수 있다.
스피커(1030)는 코덱(1020)으로부터 전달되는 음성 신호를 재생(play)할 수 있다. 마이크로폰(1040)은 외부로부터 감지되는 음향을 검출하여 전기적인 음성 신호로 변환하고, 음성 신호를 코덱(1020)으로 출력할 수 있다. 표시 장치(1050)는 코덱(1020)으로부터 전달되는 영상 신호를 재생(play)할 수 있다. 카메라(1060)는 시야 내의 장면을 전기적인 영상 신호로 변환하고, 영상 신호를 코덱(1020)으로 출력할 수 있다.
모뎀(1070)은 외부 장치와 무선 또는 유선으로 통신할 수 있다. 모뎀(1070)은 응용 프로세서(1010)의 요청에 따라 외부 장치로 데이터를 전달하거나 외부 장치에 데이터를 요청할 수 있다. 스토리지 장치(1080)는 모바일 장치의 주 저장소일 수 있다.
스토리지 장치(1080)는 데이터를 장시간 저장하는 데에 사용되며, 전원이 제거되어도 저장된 데이터를 유지할 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(1090)는 모바일 장치(1000)의 메인 메모리일 수 있다. 랜덤 액세스 메모리(1090)는 응용 프로세서(1010), 모뎀(1070), 코덱(1020) 등과 같은 마스터 장치들이 데이터를 임시로 저장하는 데에 사용될 수 있다.
NFC 장치(1100)는 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명된 NFC 장치(100)일 수 있다. NFC 장치(1100)는 리더 또는 카드로 동작할 수 있다. 리더로 동작할 때, NFC 장치(1100)는 도 7에 도시된 디지털 신호 추출기(200) 또는 도 15에 도시된 디지털 신호 추출기(300)를 이용하여 서브캐리어 및 데이터 신호를 추출 신호(ES)로 추출할 수 있다. 따라서, NFC 장치(1100)의 사이즈, 복잡도, 비용 및 전력 소비가 절감된다.
사용자 입력 인터페이스(1110)는 사용자로부터 입력을 수신하는 다양한 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력 인터페이스(1110)는 터치 패널, 터치 스크린, 버튼, 키패드 등과 같이 사용자로부터 직접 입력을 수신하는 장치들, 또는 광 센서, 근접 센서, 자이로스코프 센서, 압력 센서 등과 같이 사용자의 행동에 의해 발생하는 결과들을 간접적으로 수신하는 장치들을 포함할 수 있다.
상술된 실시 예들에서, 제1, 제2, 제3 등의 용어들을 사용하여 NFC 장치(100)의 구성 요소들이 설명되었다. 그러나 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 구성 요소들을 서로 구별하기 위해 사용되며, 본 발명을 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 순서 또는 임의의 형태의 수치적 의미를 내포하지 않는다.
상술된 실시 예들에서, 블록들을 사용하여 본 발명의 실시 예들에 따른 구성 요소들이 참조되었다. 블록들은 IC (Integrated Circuit), ASIC (Application Specific IC), FPGA (Field Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device) 등과 같은 다양한 하드웨어 장치들, 하드웨어 장치들에서 구동되는 펌웨어, 응용과 같은 소프트웨어, 또는 하드웨어 장치와 소프트웨어가 조합된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 블록들은 IC 내의 반도체 소자들로 구성되는 회로들 또는 IP(Intellectual Property)로 등록된 회로들을 포함할 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100: NFC 장치
110: 안테나
120: 매칭 회로
131: 국부 발진기
133, 135: 믹서
141, 143: 저대역 통과 필터
151, 153: 아날로그-디지털 변환기
160: 디지털 신호 추출기
170: 모뎀

Claims (10)

  1. 안테나에 연결되고, 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 정합 회로;
    제1 발진 신호 및 상기 제1 발진 신호와 90도의 위상 차이를 갖는 제2 발진 신호를 생성하도록 구성되는 국부 발진기;
    상기 안테나로부터 상기 정합 회로를 통해 신호를 수신하고, 상기 국부 발진기로부터 상기 제1 발진 신호를 수신하고, 상기 신호 및 상기 제1 발진 신호를 곱하여 제1 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 믹서;
    상기 안테나로부터 상기 정합 회로를 통해 상기 신호를 수신하고, 상기 국부 발진기로부터 상기 제2 발진 신호를 수신하고, 상기 신호 및 상기 제2 발진 신호를 곱하여 제1 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 믹서;
    상기 제1 동 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 저대역 필터;
    상기 제1 직교 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 저대역 필터;
    상기 제2 동 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 아날로그-디지털 변환기;
    상기 제2 직교 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 아날로그-디지털 변환기;
    상기 제3 동 위상 신호 및 상기 제3 직교 위상 신호를 수신하고, 제1 검색표를 참조하여 상기 제3 동 위상 신호 및 상기 제3 직교 위상 신호를 기반으로 제1 신호를 생성하고, 제2 검색표를 참조하여 상기 제3 동 위상 신호 및 상기 제3 직교 위상 신호를 기반으로 제2 신호를 생성하고, 그리고 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 하나에서 특정한 패턴이 검출된 때에 해당 신호를 추출 신호로 출력하도록 구성되는 디지털 신호 추출기; 그리고
    상기 추출 신호를 수신하고, 그리고 상기 추출 신호를 복조하도록 구성되는 모뎀을 포함하는 근거리 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정한 패턴은 근거리 통신의 프로토콜에서 정해진 서브-캐리어의 패턴을 포함하는 근거리 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검색표는 상기 제3 동 위상 신호의 값이 증가할수록 상기 제3 직교 위상 신호의 값이 감소할 때, 상기 제3 동 위상 신호의 값들 및 상기 제3 직교 위상 신호의 값들에 따른 상기 신호의 진폭의 값들을 포함하는 근거리 통신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 검색표는 상기 제3 동 위상 신호의 값이 증가할수록 상기 제3 직교 위상 신호의 값이 증가할 때, 상기 제3 동 위상 신호의 값들 및 상기 제3 직교 위상 신호의 값들에 따른 상기 신호의 진폭의 값들을 포함하는 근거리 통신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 동 위상 신호가 증가할수록 상기 제3 직교 위상 신호가 증가할 때, 상기 디지털 신호 추출기는 상기 제1 신호를 상기 추출 신호로 출력하는 근거리 통신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 동 위상 신호가 증가할수록 상기 제3 직교 위상 신호가 감소할 때, 상기 디지털 신호 추출기는 상기 제2 신호를 상기 추출 신호로 출력하는 근거리 통신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호 추출기는:
    상기 제1 검색표를 저장하는 제1 저장소;
    상기 제2 검색표를 저장하는 제2 저장소;
    상기 제3 동 위상 신호의 값 및 상기 제3 직교 위상 신호의 값에 대응하는 제1 검출 값을 상기 제1 검색표로부터 검출하는 제1 검출기; 그리고
    상기 제3 동 위상 신호의 값 및 상기 제3 직교 위상 신호의 값에 대응하는 제2 검출 값을 상기 제2 검색표로부터 검출하는 제2 검출기를 포함하는 근거리 통신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 신호 추출기는:
    상기 제1 검출 값의 특정 수의 연속적인 값들을 누적하여 제1 누적값으로 출력하는 제1 트랜지션 필터; 그리고
    상기 제2 검출 값의 상기 특정 수의 연속적인 값들을 누적하여 제2 누적값으로 출력하는 제2 트랜지션 필터를 더 포함하는 근거리 통신 장치.
  9. 안테나;
    상기 안테나에 연결되고, 적어도 하나의 커패시터 또는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 정합 회로;
    제1 발진 신호 및 상기 제1 발진 신호와 90도의 위상 차이를 갖는 제2 발진 신호를 생성하도록 구성되는 국부 발진기;
    상기 안테나 및 상기 정합 회로로부터 신호를 수신하고, 상기 국부 발진기로부터 상기 제1 발진 신호를 수신하고, 상기 신호 및 상기 제1 발진 신호를 곱하여 제1 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 믹서;
    상기 안테나 및 상기 정합 회로로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 국부 발진기로부터 상기 제2 발진 신호를 수신하고, 상기 신호 및 상기 제2 발진 신호를 곱하여 제1 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 믹서;
    상기 제1 동 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 저대역 필터;
    상기 제1 직교 위상 신호에 저대역 통과 필터링을 적용하여 제2 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 저대역 필터;
    상기 제2 동 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 동 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제1 아날로그-디지털 변환기;
    상기 제2 직교 위상 신호에 아날로그-디지털 변환을 적용하여 제3 직교 위상 신호를 생성하도록 구성되는 제2 아날로그-디지털 변환기;
    상기 제3 동 위상 신호 및 상기 제3 직교 위상 신호를 수신하고, 그리고 상기 제3 동 위상 신호 및 상기 제3 직교 위상 신호 중 하나에서 특정한 패턴이 검출된 때에 해당 신호를 추출 신호로 출력하도록 구성되는 디지털 신호 추출기; 그리고
    상기 추출 신호를 수신하고, 그리고 상기 추출 신호를 복조하도록 구성되는 모뎀을 포함하는 근거리 통신 장치.
  10. 근거리 통신 장치의 동작 방법에 있어서:
    무선 주파수 신호로부터 동 위상 신호 및 직교 위상 신호를 생성하는 단계;
    상기 동 위상 신호의 제1 진폭 및 상기 직교 위상 신호의 제2 진폭에 각각 대응하는 제1 디지털 값 및 제2 디지털 값을 생성하는 단계;
    상기 제1 진폭 및 상기 제2 진폭으로부터 상기 무선 주파수 신호의 제3 진폭에 대응하는 제1 신호 및 제2 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 하나가 특정한 패턴에 대응할 때, 상기 특정한 패턴에 대응하는 신호를 선택하는 단계; 그리고
    상기 선택된 신호를 복조하는 단계를 포함하는 동작 방법.
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