KR20240048258A - 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송신 무선 커넥터 모듈과 수신 무선 커넥터 모듈이 서로 간에 10mm 이하의 거리로 이격된 상태에서 57~66 GHz 대역폭으로 디스플레이포트 데이터 통신을 통해 영상 데이터를 송수신하는 무선 커넥터 모듈이 제공되며, 상기 송신 또는 수신 무선 커넥터는 PCB 기판과, 상기 PCB 기판 상에 탑재되고 57~66 GHz 대역폭을 갖는 복수 개의 전송 칩과, 상기 전송 칩을 둘러싸도록 형성되고, 상기 전송 칩을 삽입하는 삽입홈을 갖는 업소버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사이니지 등의 디스플레이 장치에서 DP 통신을 위한 커넥터를 무선 형태로 변경함으로써 영상 데이터 통신 커넥터 구조가 매우 간단해지는 장점이 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사이니지 등의 디스플레이 장치에서 DP 통신을 위한 커넥터를 무선 형태로 변경함으로써 영상 데이터 통신 커넥터 구조가 매우 간단해지는 장점이 있다.
Description
본 발명은 기존 많은 케이블이나 유선 커넥터로 연결되는 디스플레이 패널의디스플레이포트 커넥터 구조를 초고주파 무선 커넥터 형태로 구현하는 기술에 관한 것이다.
대표적인 디스플레이 장치인 디지털 사이니지(Digital Signage)는 공공 장소 및 상업 공간에서 네트워크로 제어가 가능한 디지털 디스플레이를 통해 다양한 정보와 공고를 전달하는 디지털 미디어이다. 디지털 사이니지는 옥외환경에서 소비자의 시야각을 확보하고 초고해상도 및 긴 구동시간, 밝기, 충격, 온도 등의 다양한 제약 요인들을 충족할 수 있는 제품 개발이 요구된다. 이러한 제약 요인 중에서 가장 중요하게 고려해야할 요소는 많은 디스플레이 패널을 케이블이나 커넥터로 연결해야 하는 복잡한 하드웨어 구조에 있다고 할 수 있다.
이러한 복잡한 하드웨어 구조는 연결 케이블이 너무 많아 외관이 좋지 않고 설치과정에서 케이블 연결 과정이 복잡하고 번거로운 문제가 발생한다. 그리고, 유선으로 연결하는 구조이므로 전기 접속 불량 등의 문제도 발생할 수 있다.
한국등록특허 제1870136호에는 LED 모듈 간에 근거리 무선 통신 방식으로 통신 하도록 하기 위한 근거리 무선 통신부를 통해 케이블로 인한 불량이나 접촉불량으로 인한 잠재적 고장 요인을 제거하고, 용이하게 LED 표출 장치의 크기를 확장시킬 수 있는 기술이 제시된 바 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 디스플레이 패널에서 많은 케이블이나 커넥터로 연결된 접속 구조를 무선 커넥터 구조로 대체하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 송신 무선 커넥터 모듈과 수신 무선 커넥터 모듈이 서로 간에 10mm 이하의 거리로 이격된 상태에서 57~66 GHz 대역폭으로 디스플레이포트 데이터 통신을 통해 영상 데이터를 송수신하는 무선 커넥터 모듈이 제공되며, 상기 송신 또는 수신 무선 커넥터는 PCB 기판과, 상기 PCB 기판 상에 탑재되고 57~66 GHz 대역폭을 갖는 복수 개의 전송 칩과, 상기 전송 칩을 둘러싸도록 형성되고, 상기 전송 칩을 삽입하는 삽입홈을 갖는 업소버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전송 칩 간의 PCB 영역에 전자기 복사 장벽을 형성하는 복수 개의 제1 비아홀들이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 PCB 기판의 외곽 테두리 가장자리를 따라 복수의 제2 비아홀이 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제1 및 제2 비아홀들의 간격은 목표 전자기 복사의 파장보다 작은 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 전송 칩은 칩 모듈과 마이크로스트립 형태의 방사 패턴이 형성된 패치 안테나가 연결 패드를 통해 연결되는 구조를 갖고, 상기 패치 안테나는 상기 PCB 기판 상에 탑재되고 상기 PCB 기판과 다른 유전율을 갖는 안테나 기판 상에 마이크로스트립 형태의 방사 패턴이 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 PCB 기판의 저면에 기판의 전체 레이어에 걸쳐 접지 플레이트가 배치되는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사이니지 등의 디스플레이 장치에서 DP 통신을 위한 커넥터를 무선 형태로 변경함으로써 영상 데이터 통신 커넥터 구조가 매우 간단해지는 장점이 있다.
도1은 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈의 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈의 사시도이다.
도 3은 송신부 간의 혼선 방지를 위한 업소버의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 지향성을 향상시키기 위한 패치 안테나의 설치구조를 나타낸 것이다.
도 5는 송신 무선 커넥터와 수신 무선 커넥터 간의 통신 원리를 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈의 사시도이다.
도 3은 송신부 간의 혼선 방지를 위한 업소버의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 지향성을 향상시키기 위한 패치 안테나의 설치구조를 나타낸 것이다.
도 5는 송신 무선 커넥터와 수신 무선 커넥터 간의 통신 원리를 개념적으로 설명하는 도면이다.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈의 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈은 고속 DP(DisplayPort) 통신에서 연결하는 물리적인 커넥터가 PCB 기판(10)내에 패드로 구현되고, PCB 기판(10) 상에 초고주파 특성에 민감한 57~66 GHz 대역폭을 갖는 전송 칩(20)들이 10mm 이하의 등간격으로 배치되어 있고, PCB 기판(10)의 저면측에 접지 플레인(60)이 배치된 형태를 갖는다.
PCB 기판(10)은 전체적으로 MiniPcie 규격의 형태를 가지면서 이를 변형한 구조로 구현될 수 있다.
전송 칩(20)은 칩 모듈(21)과 패치 형태의 안테나(23)가 연결 패드(22)를 통해 연결된 구조를 갖는다. 칩 모듈(21)은 57~66 GHz 대역폭의 신호를 생성하여 연결 패드(22)를 통해 마이크로스트립 형태의 방사 패턴이 형성된 안테나(23)로 공급하면, 안테나(23)에서 57~66 GHz 대역폭의 전자기 복사신호를 방사한다.
이와 같이 전송 칩 간의 간격이 10mm이하로 배치되는 경우 전자기 복사 엔벨로프의 중첩 등으로 인한 다중 경로 간섭이 더 극대화되어 신호의 무결성이 보장되지 않고 에러가 발생이 커지므로 이를 방지할 수 있는 무선 커넥터 모듈 설계가 필요하다.
다중 경로 간섭을 방지하기 위한 첫 번째 방법은 전송 칩(20)의 전자기 복사 엔벨로프를 다른 전송 칩(20)의 전자기 복사 엔벨로프에서 격리시키기 위한 구조를 구현하는 것이다.
도 3은 송신부 간의 혼선 방지를 위한 업소버의 구조를 도시한 것으로서, 복수의 전자기 복사 엔벨로프의 중첩에 의한 다중-경로 간섭을 방자하거나 감소시키기 위해, 전자기 복사를 반사, 흡수, 또는 방향을 설정하는 재료를 이용하여 일정한 구조를 설계하여 신호 간의 혼선을 방지하는 것이다.
이를 위해, PCB 기판(10) 상에 전송 칩(20)을 전자기파를 흡수할 수 있는 재료의 업소버(30 : Absorber)를 형성한다. 업소버(30)는 전송 칩(20)을 둘러싸도록 흡수 영역(31)이 형성되고, 중앙에 전송 칩(20)을 삽입할 수 있도록 삽입홈(32)이 형성된다.
전송 칩(20)이 삽입홈(32) 내에 삽입되면 전송 칩(20)의 측면 둘레로 전자기파 흡수 벽체가 형성되므로 인접하는 전송 칩(20) 간의 전자기적 격리가 가능하다.
다시 도 1과 도 2를 참조하면, 복수의 전자기 복사 엔벨로프의 중첩에 의한 다중-경로 간섭을 방지하거나 감소시키기 위해 전송 칩(20)과 전송 칩(20) 간에 제1 비아홀(40 : via-hole)들이 형성되어 있다. 제1 비아홀(40)들은 전자기 복사 엔벨로프의 중첩에 의한 다중-경로 간섭을 방지하거나 감소시키기 위해 적절한 크기와 개수로 형성될 수 있다.
비아홀은 통상적으로 PCB 상의 상이한 금속 층에 금속 트레이스들을 연결하는데 이용되는데. 여기에서 금속-충전된 제1 비아홀(40)들은 전자기 복사를 막는 장벽을 형성하는데 이용된다. 전자기 복사는 제1 비아홀(40) 내의 금속에 반사되는 경향이 있고, 제1 비아홀(40)은 전자기 복사의 방향을 재설정하고, 제1 비아홀(40) 너머로부터 오는 전자기 복사를 감소시킨다. 이러한 비아홀들은 장벽의 일 예로서 기판(10)의 상부, 내부, 및 하부의 다른 구조 또는 물질로 증설되거나 대체될 수 있다. 이러한 구조는 혼선을 완화시키고, 두 디바이스 간의 연결을 향상시키기 위해, 초고주파 복사를 반사, 방향 설정 또는 흡수할 수 있다.
제1 비아홀(40) 들 간의 간격은 파장의 1/4과 같이, 목표한 전자기 복사의 파장보다 작아야 한다. 예를 들어, 전송 칩(20)에서 방출된 전자기 복사는 60 GHz의 신호를 가질 수 있고, 공기 중에서 5 mm의 파장을 가지며, 기판과 같은 유전체 물질을 통과하는 경우 훨씬 더 감소할 수 있다. 기판을 통한 복사의 누설을 방지하기 위하여, 비아홀 간의 간격은 초고주파 복사를 반사하기 위해 요구되는 5 mm 이하가 되어야 한다.
제1 비아홀(40)에 의해 형성되는 장벽은 목표한 방향을 벗아나는 복사를 다시 목표한 방향으로 향하도록 할 수 있어 엔벨로프로부터의 목표한 복사를 강하게 할 수 있다.
이와 같이, 업소버와 제1 비아홀(40)의 구성을 통하여 신호에너지를 집중시키고 선택적으로 차단하는 것은 크로스토크(Cross-talks)를 최소화 하거나 제거하고 데이터 통신 속도 및 신호의 무결성을 향상시킬 수 있다.
다중 경로 간섭을 방지하기 위한 두 번째 방법은 57~66GHz대의 주파수를 동작시키는 패치안테나의 설계 포인트와 칩간 간격에 따른 간섭 문제를 최소화시키기 위해 안테나 지향성을 극대화시키는 것으로서, 지향성을 향상시키기 위한 패치 안테나의 설치구조를 나타낸 도 4를 참조하여 해결 방법을 설명하면 다음과 같다.
지향성 향상을 위해, 패치 안테나(23)는 PCB 기판(10) 상에 방사 패치가 형성되는 형태가 아니라, 별도의 유전체 기판(예를 들어 테프론 재질) 상에 방사 패치가 형성된 구조를 갖는다.
이러한 구조는 안테나의 방사 특성을 좌우하는 방사 패치의 크기를 원하는 크기로 유연하게 설계할 수가 있어 메인 루프의 방사 특성으로 근거리 전송 칩(20) 간의 혼선을 대폭 감소시킬 수 있는 장점을 제공한다.
또한 방사 패치를 인입선 라인과 분리하여 독자적인 구조로 설계하는 장점은 안테나의 전체적인 크기를 좌우하는 인입선의 길이와 방향을 방사 패치와 상관없이 원하는 방향과 길이로 설계하여 분리된 방사 패치를 연결 패드(22)로 연결함으로써 안테나의 사이즈에 대한 유연성을 보장하기 때문에 안테나의 크기를 원하는 사이즈로 줄일 수 있는 장점이 있다
이러한 구조는 안테나의 특성과 사이즈에 변화를 줄 수 있는 이유는 PCB 유전 기판의 유전율(Er) 때문이다. 마이크로스트립 라인으로 구성되어 있는 패치안테나(23)는 유전율(Er)의 크기와 두께의 의해 특성과 크기가 결정되므로 인입선 라인과 방사 패치를 분리함으로써 PCB의 선택 폭이 다양해지므로 유전율을 다양하게 선택할 수 있게 되고, 이를 통해 패치 안테나(23)의 크기와 성능을 다양하게 구현할 수 있는 구조인 것이다.
다중 경로 간섭을 방지하기 위한 세 번째 설계 고려 요소는 임피던스 매칭이다. 고속통신이 목표인 DP 프로토콜 성능을 만족시키기 위해서는 PCB 설계 시 임피던스 매칭이 중요한데, MiniPcie 형태의 모듈에서는 특성 임피던스를 50Ω/100Ω으로 유지하는 것이 어렵다는 것이다.
성능의 감쇄가 없이 최대신호를 전달하기 위해 특성 임피던스를 50Ω/100Ω으로 유지하여야 하고, 이를 위해서는 연결 패드(22)를 단순한 패드가 아닌 마이크로스트립 라인과 같은 임피던스를 유지하면서 연결 패드로서의 기능을 해야한다. 이를 위해 도 2에 도시된 것과 같이 PCB 기판(10)의 레이어 저면(LAYER BOTTOM)에 패드를 형성할 때 바로 아래의 레이어 끝까지 그라운드 처리가 이루어지도록 하여 특성 임피던스를 50Ω/100Ω으로 설계하는 구조이다. 즉, PCB 기판(10)의 저면에 접지 플레인(60)을 배치하여 레이어 전체에 걸쳐 그라운드 처리가 이루어지므로 연결 패드(22)의 폭을 조절하여 특성 임피던스를 50Ω/100Ω으로 설계할 수 있게 된다.
다중 경로 간섭을 방지하기 위한 네 번째 설계 고려 요소는 고속 DP 통신에서 EMI에 의한 간섭에 대한 문제점이다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 PCB 기판(10)의 외곽 테두리 가장자리를 따라 제2 비아홀(50)을 형성한다. 모든 PCB 레이어에서 일정한 간격을 두고 접지 비아로 스티칭된 접지 보호 링(폭이 30~50Mil)을 모든 LAYER의 외곽 테두리 가장 자리를 따라 100Mils 이하 피치로 보호 링을 연결하여 EMI을 최소화할 수 있다.
또한 전원 레이어의 경우 전원 모양을 기판 가장자리에서 멀리 배치하고 접지영역을 추가하여 기판 내부의 전원에 의한 노이즈를 가두어 접지로 빼 주어 전체적인 보드 내부의 EM 노이즈를 억제한다.
도 5는 송신 무선 커넥터와 수신 무선 커넥터 간의 통신 원리를 개념적으로 설명하는 도면으로서, 송신 무선 커넥터(1)와 수신 무선 커넥터(2)를 10mm 이하의 매우 근접한 거리에 배치한 상태에서 DP 통신을 통해 영상 데이터를 송수신하게 된다.
이때, 전송 칩 또는 수신 칩 간에 형성된 제1 비아홀(40)을 통해 전자기 복사의 방향을 재설정하여 개별 전송 칩(20)에서 전송된 전자기 신호가 인접한 전송 칩 방향으로 넘어가는 것을 방지할 수 있고, PCB 기판(10)의 외곽 테두리 가장자리를 따라 형성된 제2 비아홀(50)을 통해 EMI을 최소화할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 송신 커넥터 모듈
2 : 수신 커넥터 모듈
10 : PCB 기판 20 : 전송 칩
21 : 칩 모듈 22 : 연결패드
23 : 패치 안테나 30 : 업소버
31 : 업소버 영역 32 : 삽입홈
40 : 제1 비아홀 50 : 제2 비아홀
60 : 접지 플레인
10 : PCB 기판 20 : 전송 칩
21 : 칩 모듈 22 : 연결패드
23 : 패치 안테나 30 : 업소버
31 : 업소버 영역 32 : 삽입홈
40 : 제1 비아홀 50 : 제2 비아홀
60 : 접지 플레인
Claims (6)
- 송신 무선 커넥터 모듈과 수신 무선 커넥터 모듈이 서로 간에 10mm 이하의 거리로 이격된 상태에서 57~66 GHz 대역폭으로 디스플레이포트 데이터 통신을 통해 영상 데이터를 송수신하는 무선 커넥터 모듈로서,
상기 송신 또는 수신 무선 커넥터는
PCB 기판과,
상기 PCB 기판 상에 탑재되고 57~66 GHz 대역폭을 갖는 복수 개의 전송 칩과,
상기 전송 칩을 둘러싸도록 형성되고, 상기 전송 칩을 삽입하는 삽입홈을 갖는 업소버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
- 제1항에 있어서
상기 전송 칩 간의 PCB 영역에 전자기 복사 장벽을 형성하는 복수 개의 제1 비아홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 PCB 기판의 외곽 테두리 가장자리를 따라 복수의 제2 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
- 제2항 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비아홀들의 간격은 목표 전자기 복사의 파장보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
- 제1항에 있어서
상기 전송 칩은 칩 모듈과 마이크로스트립 형태의 방사 패턴이 형성된 패치 안테나가 연결 패드를 통해 연결되는 구조를 갖고,
상기 패치 안테나는 상기 PCB 기판 상에 탑재되고 상기 PCB 기판과 다른 유전율을 갖는 안테나 기판 상에 마이크로스트립 형태의 방사 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
- 제1항에 있어서
상기 PCB 기판의 저면에 기판의 전체 레이어에 걸쳐 접지 플레이트가 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈.
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| KR1020220127837A KR20240048258A (ko) | 2022-10-06 | 2022-10-06 | 디스플레이포트 데이터 통신을 위한 무선 커넥터 모듈 |
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| KR101870136B1 (ko) | 2016-05-31 | 2018-06-25 | (주)스마트옵텍 | 근거리 무선 통신 방식을 이용한 led 디스플레이 시스템 |
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2022
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