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KR102313729B1 - 근거리 무선 통신을 위한 송수신기, 근거리 무선 통신 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템 - Google Patents

근거리 무선 통신을 위한 송수신기, 근거리 무선 통신 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템 Download PDF

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KR102313729B1
KR102313729B1 KR1020140072214A KR20140072214A KR102313729B1 KR 102313729 B1 KR102313729 B1 KR 102313729B1 KR 1020140072214 A KR1020140072214 A KR 1020140072214A KR 20140072214 A KR20140072214 A KR 20140072214A KR 102313729 B1 KR102313729 B1 KR 102313729B1
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KR
South Korea
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node
filter
transmitting terminal
transceiver
terminal
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KR1020140072214A
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Inventor
문병택
송일종
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 위한 송수신기는 공진부, 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 필터를 포함한다. 공진부는 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 공진 주파수를 가지며, 전자기파를 사용하여 신호를 송수신한다. 제1 커패시터는 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결된다. 제2 커패시터는 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결된다. 필터는 제1 송신 단자, 제2 송신 단자, 제3 노드 및 제4 노드 사이에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결되어 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공한다.

Description

근거리 무선 통신을 위한 송수신기, 근거리 무선 통신 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템 {TRANSCEIVER FOR NEAR FIELD COMMUNICATION, NEAR FIELD COMMUNICATION DEVICE AND ELECTRONIC SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 위한 송수신기, NFC 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술의 일종인 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 기술이 발전함에 따라 NFC 장치가 모바일 장치 등에 널리 적용되고 있다.
그러나 모바일 장치는 배터리를 사용하여 동작하므로, NFC 장치에 포함되는 송수신기가 출력 신호를 송신할 때 발생하는 출력 전력의 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 출력 전력의 손실을 감소시킬 수 있는 NFC를 위한 송수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 송수신기를 포함하는 NFC 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 NFC 장치를 포함하는 전자 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 위한 송수신기는 공진부, 제1 커패시터, 제2 커패시터 및 필터를 포함한다. 상기 공진부는 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 공진 주파수를 가지며, 전자기파를 사용하여 신호를 송수신한다. 상기 제1 커패시터는 상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결된다. 상기 제2 커패시터는 상기 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결된다. 상기 필터는 제1 송신 단자, 제2 송신 단자, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수(cutoff frequency) 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 2배에 상응할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 1.5배보다 크고 상기 공진 주파수의 2배보다 작을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이의 리액턴스(reactance)의 크기는 제로(0)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는 저역 통과 필터링(low pass filtering)을 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제3 커패시터 및 상기 제4 노드 및 접지 전압 사이에 연결되는 제4 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 필터는, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터 및 상기 제2 송신 단자 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스보다 클 수 있다.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스의 2배보다 클 수 있다.
상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 제4 커패시터의 커패시턴스 및 상기 제2 인덕터의 인덕턴스에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이의 리액턴스(reactance)의 크기는 상기 제3 커패시터의 커패시턴스, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스 및 상기 제2 인덕터의 인덕턴스에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스는 동일할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 공진부는, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되는 안테나 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되는 공진 커패시터를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치는 송수신기 및 NFC 칩을 포함한다. 상기 NFC 칩은 송신 신호를 생성하여 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통해 출력한다. 상기 송수신기는 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 비대칭적인 구조로 연결되고, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자를 통해 상기 NFC 칩으로부터 제공되는 상기 송신 신호에 기초하여 전자기파를 방사(emit)한다.
일 실시예에 있어서, 상기 송수신기가 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 제공하는 리액턴스(reactance)의 크기는 제로(0)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송수신기는, 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 송신 신호의 주파수와 동일한 공진 주파수를 갖는 공진부, 상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터, 상기 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제2 커패시터, 및 상기 제1 송신 단자, 상기 제2 송신 단자, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공하는 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 송신 신호의 주파수의 2배에 상응할 수 있다.
상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 송신 신호의 주파수의 1.5배보다 크고 상기 송신 신호의 주파수의 2배보다 작을 수 있다.
상기 필터는, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제3 커패시터 및 상기 제4 노드 및 접지 전압 사이에 연결되는 제4 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 필터는, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터 및 상기 제2 송신 단자 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스보다 클 수 있다.
상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스의 2배보다 클 수 있다.
상기 송수신기는, 상기 제1 노드와 제5 노드 사이에 연결되는 저항 및 상기 제5 노드와 수신 단자 사이에 연결되는 제3 커패시터를 더 포함하고, 상기 NFC 칩은 상기 송수신기로부터 상기 수신 단자를 통해 제공되는 신호를 복조(demodulation)하여 입력 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치, 메모리 장치 및 어플리케이션 프로세서를 포함한다. 상기 NFC 장치는 NFC를 통해 외부 장치와 통신을 수행한다. 상기 메모리 장치는 출력 데이터를 저장한다. 상기 어플리케이션 프로세서는 상기 NFC 장치 및 상기 메모리 장치의 동작을 제어한다. 상기 NFC 장치는, 상기 출력 데이터에 상응하는 송신 신호를 생성하여 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통해 출력하는 NFC 칩 및 상기 송신 신호에 기초하여 전자기파를 방사하는 송수신기를 포함한다. 상기 송수신기는 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 위한 송수신기는 NFC 칩으로부터 제공되는 송신 신호를 안테나까지 전달하는 과정에서 발생하는 전력 손실을 감소시킴으로써 송수신기의 출력 전력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 NFC 장치에 포함되는 송수신기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 송수신기에 포함되는 필터의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 8은 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답 및 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1에 도시된 NFC 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 NFC 칩에 포함되는 송신부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 1에 도시된 NFC 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 1에 도시된 NFC 장치의 또 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 NFC 장치(10)는 NFC 방식에 기초하여 외부 장치와 통신을 수행한다.
일 실시예에 있어서, NFC 장치(10)는 주위에 NFC 카드가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작 및 주위에 NFC 리더가 존재하는지 여부를 탐지하는 동작을 교번하여 반복적으로 수행할 수 있다. NFC 장치(10)는 NFC 리더를 탐지한 경우 카드 모드(card mode)로 동작하고, NFC 카드를 탐지한 경우 리더 모드(reader mode)로 동작할 수 있다. NFC 장치(10)는 카드(card)로서 동작하는 상기 카드 모드에서 상기 NFC 리더로부터 제공되는 전자기파(Electromagnetic Wave)(EMW)에 기초하여 상기 NFC 리더와 데이터를 송수신하고, 리더(reader)로서 동작하는 리더 모드(reader mode)에서 NFC 장치(10)가 방사(emit)하는 전자기파(EMW)에 기초하여 상기 NFC 카드와 데이터를 송수신할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전자기파(EMW)의 주파수는 13.56MHz일 수 있다.
도 1을 참조하면, NFC 장치(10)는 송수신기(100) 및 NFC 칩(200)을 포함한다.
송수신기(100) 및 NFC 칩(200)은 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 서로 연결된다.
상기 리더 모드에서, NFC 칩(200)은 출력 데이터에 상응하는 송신 신호(TS)를 생성하여 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 출력한다. 일 실시예에 있어서, 송신 신호(TS)는 차동 신호일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 송신 신호(TS)의 주파수는 13.56MHz에 상응할 수 있다.
송수신기(100)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 NFC 칩(200)으로부터 제공되는 송신 신호(TS)에 상응하는 전자기파를 방사(emit)한다.
송수신기(100)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결된다. 따라서 제1 송신 단자(TX1)에서 나타나는 송수신기(100)의 주파수 응답(frequency response)과 제2 송신 단자(TX2)에서 나타나는 송수신기(100)의 주파수 응답은 서로 상이하다.
그러나, 후술하는 바와 같이, NFC에서 사용되는 주파수 13.56MHz 에서는 제1 송신 단자(TX1)에서 나타나는 송수신기(100)의 주파수 응답과 제2 송신 단자(TX2)에서 나타나는 송수신기(100)의 주파수 응답의 크기는 동일할 수 있다. 송신 신호(TS)의 주파수는 13.56MHz에 상응하므로, 송수신기(100)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결됨에도 불구하고, 본 발명에 따른 NFC 장치(10)는 정상적인 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 NFC 장치에 포함되는 송수신기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 송수신기(100a)는 공진부(110), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2) 및 필터(140)를 포함한다.
공진부(110)는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 연결된다. 공진부(110)는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 서로 병렬로 연결되는 안테나(LA) 및 공진 커패시터(CR)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나(LA)는 루프 안테나(loop antenna)로 구현될 수 있다.
공진부(110)의 공진 주파수는 송신 신호(TS)의 주파수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 공진부(110)의 상기 공진 주파수는 13.56MHz에 상응할 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 제1 노드(N1) 및 제3 노드(N3) 사이에 연결된다.
제2 커패시터(C2)는 제2 노드(N2) 및 제4 노드(N4) 사이에 연결된다.
일 실시예에 있어서, 제1 커패시터(C1)의 커패시턴스 및 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 서로 동일할 수 있다.
필터(140)는 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에 서로 다른 주파수 응답을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 필터(140)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 송수신기에 포함되는 필터의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 필터(140)는 제3 커패시터(C3), 제4 커패시터(C4), 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)를 포함할 수 있다.
제3 커패시터(C3)는 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 연결될 수 있다.
제4 커패시터(C4)는 제4 노드(N4) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
제1 인덕터(L1)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
제2 인덕터(L2)는 제2 송신 단자(TX2) 및 제4 노드(N4) 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스의 2배보다 클 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 필터(140)는 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 연결되는 제3 커패시터(C3) 이외에 제4 노드(N4) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되는 제4 커패시터(C4)를 포함하므로, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 비대칭적인 구조로 연결될 수 있다. 이로 인해, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에서 서로 다른 주파수 응답을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 각각에서 저역 통과 필터링 특성을 가질 수 있다. 따라서 필터(140)는 송신 신호(TS)에 대해 저역 통과 필터링(low pass filtering)을 수행할 수 있다.
도 4는 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 설명하기 위한 회로도이고, 도 5는 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 4는 제2 송신 단자(TX2)가 접지 전압(GND)에 연결된 경우의 도 3의 송수신기(100a)의 등가 회로도를 나타낸다.
도 4에서, 제1 임피던스(Z1)는 필터(140)의 출력 단자에 상응하는 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4)에서 바라본 공진부(110), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)의 등가 임피던스를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 주파수 응답을 구하기 위해, 제2 송신 단자(TX2)는 접지 전압(GND)에 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 송신 단자(TX1)로부터 제공되는 신호의 주파수가 0인 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 리액턴스(reactance)는 0이 되고, 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 리액턴스는 무한대가 되어 제1 임피던스(Z1)에 전달되는 신호의 크기는 최대가 될 수 있다.
제1 송신 단자(TX1)로부터 제공되는 신호의 주파수가 무한대인 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 리액턴스는 무한대가 되고, 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 리액턴스는 0이 되어 제1 임피던스(Z1)에 전달되는 신호의 크기는 최소가 될 수 있다.
한편, 제4 노드(N4)와 접지 전압(GND) 사이에 제2 인덕터(L2) 및 제4 커패시터(C4)가 서로 병렬로 연결되므로, 제2 인덕터(L2) 및 제4 커패시터(C4)는
Figure 112014055457791-pat00001
을 공진 주파수로 가질 수 있다.
이하,
Figure 112014055457791-pat00002
을 제1 주파수라 칭한다.
제1 송신 단자(TX1)로부터 제공되는 신호의 주파수가 상기 제1 주파수인 경우, 제2 인덕터(L2) 및 제4 커패시터(C4)의 합성 임피던스(combined impedance)는 무한대가 되어 제1 임피던스(Z1)에 전달되는 신호의 크기는 최소가 될 수 있다.
따라서 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1)에서 도 5에 도시된 바와 같은 주파수 응답을 가질 수 있다.
도 5에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 주파수 응답의 크기를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1)에서 저역 통과 필터링 특성을 가질 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 제1 송신 단자(TX1)로부터 제공되는 신호의 주파수가 상기 제1 주파수에 근접할수록 필터(140)의 주파수 응답의 크기는 급격히 감소하고, 제1 송신 단자(TX1)로부터 제공되는 신호의 주파수가 상기 제1 주파수인 경우, 필터(140)의 주파수 응답의 크기는 최소가 될 수 있다. 따라서 제1 송신 단자(TX1)에서 필터(140)의 차단 주파수(cutoff frequency)는 상기 제1 주파수보다 약간 작은 주파수일 수 있다.
즉, 제1 송신 단자(TX1)에서 필터(140)의 차단 주파수는 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스에 기초하여 결정될 수 있다. 제3 커패시터(C3)의 커패시턴스 및 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스가 제1 송신 단자(TX1)에서 필터(140)의 차단 주파수에 미치는 영향은 무시할 수 있다.
따라서, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스가 결정된 경우, 제3 커패시터(C3)의 커패시턴스와는 무관하게 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스를 조절함으로써 제1 송신 단자(TX1)에서 필터(140)의 차단 주파수를 설정할 수 있다.
도 6은 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 설명하기 위한 회로도이고, 도 7은 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 6은 제1 송신 단자(TX1)가 접지 전압(GND)에 연결된 경우의 도 3의 송수신기(100a)의 등가 회로도를 나타낸다.
도 6에서, 제1 임피던스(Z1)는 필터(140)의 출력 단자에 상응하는 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4)에서 바라본 공진부(110), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)의 등가 임피던스를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 주파수 응답을 구하기 위해, 제1 송신 단자(TX1)는 접지 전압(GND)에 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 송신 단자(TX2)로부터 제공되는 신호의 주파수가 0인 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 리액턴스는 0이 되고, 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 리액턴스는 무한대가 되어 제1 임피던스(Z1)에 전달되는 신호의 크기는 최대가 될 수 있다.
제2 송신 단자(TX2)로부터 제공되는 신호의 주파수가 무한대인 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)의 리액턴스는 무한대가 되고, 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 리액턴스는 0이 되어 제1 임피던스(Z1)에 전달되는 신호의 크기는 최소가 될 수 있다.
따라서 필터(140)는 제2 송신 단자(TX2)에서 도 7에 도시된 바와 같은 주파수 응답을 가질 수 있다.
도 7에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 주파수 응답의 크기를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 필터(140)는 제2 송신 단자(TX2)에서 저역 통과 필터링 특성을 가질 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스가 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스보다 클수록, 제2 송신 단자(TX2)에서 필터(140)의 차단 주파수의 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스에 대한 의존성은 증가할 수 있다. 또한, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스가 클수록 차단 주파수보다 높은 주파수에서 필터(140)의 주파수 응답의 크기가 감소하는 정도가 증가하므로, 필터(140)의 성능이 향상될 수 있다.
따라서 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스보다 크게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스는 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스보다 2배 이상 클 수 있다. 이 경우, 제2 송신 단자(TX2)에서 필터(140)의 차단 주파수는 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 제2 송신 단자(TX2)에서 필터(140)의 차단 주파수는 상기 제1 주파수와 유사한 주파수를 가질 수 있다.
도 4 내지 7을 참조하여 상술한 바와 같이, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 각각에서 저역 통과 필터링 특성을 가질 수 있다. 또한, 제1 인덕터(L1)가 제2 인덕터(L2) 보다 큰 인덕턴스를 갖도록 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스가 결정된 경우, 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스를 조절함으로써 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수를 설정할 수 있다.
제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 NFC 칩(200)으로부터 제공되는 송신 신호(TS)는 공진부(110)의 상기 공진 주파수와 동일한 주파수를 갖는 신호 성분 이외에 상기 공진 주파수의 정수배에 상응하는 주파수를 갖는 고조파들(harmonics)을 포함할 수 있다.
필터(140)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 각각에서 저역 통과 필터링 특성을 가지므로, 필터(140)는 송신 신호(TS)에 대해 저역 통과 필터링(low pass filtering)을 수행하여 송신 신호(TS)에 포함되는 고조파들을 제거할 수 있다.
송신 신호(TS)에 포함되는 모든 고조파들을 제거하기 위해, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수는 각각 상기 공진 주파수보다 크고 상기 공진 주파수의 2배보다 작을 필요가 있다.
그러나 송신 신호(TS)가 필터(140)를 통과하면서 송신 신호(TS)에 포함되는 상기 공진 주파수에 상응하는 성분도 일부 제거되므로, 필터(140)의 삽입으로 인해 상기 공진 주파수에서의 전력이 감소하는 삽입 손실(insertion loss)이 발생할 수 있다. 또한, 필터(140)의 상기 차단 주파수가 상기 공진 주파수에 가까울수록, 상기 삽입 손실은 증가할 수 있다.
따라서 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 2배, 즉, 27.12MHz에 근접하게 설정되도록 필터(140)에 포함되는 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 7을 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 인덕터(L1)가 제2 인덕터(L2) 보다 큰 인덕턴스를 갖도록 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스를 결정한 후, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수가 상기 공진 주파수의 2배에 근접하게 설정되도록 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스를 결정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 2배에 상응할 수 있다. 이 경우, 필터(140)는 송신 신호(TS)에 포함되는 상기 고조파들을 효과적으로 제거하면서 상기 삽입 손실, 즉, 상기 공진 주파수에서의 전력 손실을 최소화할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 1.5배보다 크고 상기 공진 주파수의 2배보다 작은 범위에서 설정될 수 있다. 이 경우, 필터(140)는 보다 용이하게 제조될 수 있으면서, 송신 신호(TS)에 포함되는 상기 고조파들을 효과적으로 제거하고 상기 삽입 손실, 즉, 상기 공진 주파수에서의 전력 손실도 감소시킬 수 있다.
또한, 필터(140)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)와 공진부(110) 사이에서 임피던스(impedance) 매칭을 수행할 수 있다. 따라서 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 제공되는 송수신기(100a)의 리액턴스의 크기는 0일 수 있다.
제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)와 공진부(110) 사이에 임피던스 매칭이 되는 경우, 즉, 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되는 송수신기(100a)의 리액턴스의 크기가 0인 경우 공진부(110)에 최대의 전력이 전달될 수 있다.
따라서 송수신기(100a)의 리액턴스의 크기가 0이 되도록 필터(140)에 포함되는 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 제3 커패시터(C3) 및 제4 커패시터(C4)의 값을 결정할 필요가 있다.
도 3을 참조하면, 필터(140)에 포함되는 제4 커패시터(C4)는 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2) 및 공진부(110)를 포함하는 루프에 포함되지 않으므로, 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되는 송수신기(100a)의 임피던스에 영향을 미치지 않는다.
따라서 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되는 송수신기(100a)의 리액턴스의 크기는 제3 커패시터(C3)의 커패시턴스, 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스에 기초하여 결정될 수 있다.
제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스가 결정된 경우, 제3 커패시터(C3)의 커패시턴스를 조절함으로써 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되는 송수신기(100a)의 리액턴스를 0으로 설정할 수 있다.
일반적으로 NFC 장치에 포함되는 송수신기는 고조파 제거 및 임피던스 매칭을 위해 NFC 칩의 송신 단자들에 연결되는 필터를 포함한다. 종래의 송수신기에 포함되는 필터는 NFC 칩의 송신 단자들에 대칭적으로(symmetrically) 연결된다. 따라서 종래의 필터에 포함되는 커패시터들의 커패시턴스 및 인덕터들의 인덕턴스는 임피던스 매칭 및 차단 주파수 결정에 동시에 영향을 미치게 된다. 따라서 종래의 필터는 송수신기의 리액턴스를 0으로 설정함으로써 임피던스 매칭을 수행하는 동시에 차단 주파수를 공진 주파수의 2배인 27.12MHz에 근접하게 설정하는 데에 한계를 갖는다. 이로 인해, 일반적인 NFC 장치에 포함되는 종래의 필터는 공진 주파수인 13.56MHz에 인접한 15~16MHz 범위의 차단 주파수를 갖는다.
종래의 NFC 장치의 경우 공진 주파수와 인접한 차단 주파수로 인해, 공진 주파수에 상응하는 성분이 많이 제거되므로, NFC 칩으로부터 제공되는 출력 신호가 안테나까지 전달되는 과정에서 많은 전력 손실이 발생하여 안테나에서 방사되는 전력의 양이 감소하게 된다.
이에 반해, 본 발명에 따른 송수신기(100)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)에 서로 다른 주파수 응답을 제공하는 필터(140)를 포함한다.
필터(140)에 포함되는 제4 커패시터(C4)는 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2) 및 공진부(110)를 포함하는 루프에 포함되지 않으므로, 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되는 송수신기(100a)의 임피던스에 영향을 미치지 않을 수 있다.
또한, 제1 인덕터(L1)가 제2 인덕터(L2) 보다 큰 인덕턴스를 갖는 경우, 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수는 제4 커패시터(C4)의 커패시턴스에 주로 의존한다.
따라서 제1 인덕터(L1)가 제2 인덕터(L2) 보다 큰 인덕턴스를 갖도록 제1 인덕터(L1)의 인덕턴스 및 제2 인덕터(L2)의 인덕턴스를 결정한 후, 제3 커패시터(C3)를 사용하여 임피던스 매칭을 수행하고, 제4 커패시터(C4)를 사용하여 제1 송신 단자(TX1)에서의 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서의 필터(140)의 차단 주파수가 상기 공진 주파수의 2배인 27.12MHz에 근접하도록 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 송수신기(100)는 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 0의 크기를 갖는 리액턴스를 제공하면서 상기 공진 주파수의 2배인 27.12MHz에 근접하는 차단 주파수를 가지므로, NFC 칩(200)으로부터 제공되는 송신 신호(TS)를 공진부(110)까지 전달하는 과정에서 발생하는 전력 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이로써, 송수신기(100)의 출력 전력은 향상될 수 있다.
도 8은 제1 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답 및 제2 송신 단자에서의 도 3의 송수신기에 포함되는 필터의 주파수 응답에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8에는, 상기 제1 주파수, 즉,
Figure 112014055457791-pat00003
가 상기 공진 주파수의 2배에 상응하는 27.12MHz로 설정된 경우에 대한 시뮬레이션 결과가 도시된다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 주파수가 상기 공진 주파수의 2배로 설정된 경우, 제1 송신 단자(TX1)에서 필터(140)의 차단 주파수 및 제2 송신 단자(TX2)에서 필터(140)의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 2배에 근접하게 설정될 수 있다.
NFC 장치(10)의 실제 동작에 있어서, 송신 신호(TS)는 상기 공진 주파수에 상응하는 13.56MHz의 주파수를 가지므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 송신 신호(TS)를 제1 송신 단자(TX1)로부터 공진부(110)로 전달하는 과정에서의 손실은 0.66dB에 불과하고, 송신 신호(TS)를 제2 송신 단자(TX2)로부터 공진부(110)로 전달하는 과정에서의 손실은 0.79dB에 불과하다.
따라서 송수신기(100)의 출력 전력은 효과적으로 향상될 수 있다.
도 9는 도 1에 도시된 NFC 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, NFC 장치(10a)는 송수신기(100a) 및 NFC 칩(200a)을 포함할 수 있다.
NFC 칩(200a)은 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)와 연결될 수 있다.
도 9의 NFC 장치(10a)에 포함되는 송수신기(100a)는 도 3에 도시된 송수신기(100a)와 동일하다. 도 3의 송수신기(100a)의 동작에 대해서는 도 3 내지 8을 참조하여 상술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
NFC 칩(200a)은 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU)(210), 메모리부(220), 제1 변조기(231), 오실레이터(233), 믹서(235) 및 송신부(230)를 포함할 수 있다.
상기 리더 모드에서 송신 동작시, CPU(210)는 메모리부(220)로부터 출력 데이터(TD)를 독출하여 제1 변조기(231)에 제공하고, 제1 변조기(231)는 출력 데이터(TD)를 변조하여 변조 신호를 생성하고, 오실레이터(233)는 캐리어 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)에 상응하는 주파수를 갖는 반송파 신호(CW)를 생성하고, 믹서(235)는 반송파 신호(CW)와 상기 변조 신호를 합성하여 송신 변조 신호(TMS)를 생성할 수 있다.
송신부(230)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
송신부(230)는 믹서(235)로부터 제공되는 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 송신 신호(TS)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)에 제공하고, 송수신기(100a)는 송신 신호(TS)에 기초하여 전자기파(EMW)를 방사할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 송신부(230)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하거나 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결함으로써 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 송신 신호(TS)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)에 제공할 수 있다.
예를 들어, 송신부(230)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 송신 단자(TX1)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하거나, 제1 송신 단자(TX1)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결함으로써 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 송신 신호(TS)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)에 제공할 수 있다.
송신부(230)가 제1 송신 단자(TX1)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하는 경우, 전원 전압(VDD)으로부터 생성되는 출력 전류는 제1 송신 단자(TX1)를 통해 송수신기(100a)에 제공되고 제2 송신 단자(TX2)를 통해 접지 전압(GND)으로 싱크될 수 있다.
송신부(250)가 제1 송신 단자(TX1)를 풀다운 로드를 통해 접지 전압(GND)에 연결하고 제2 송신 단자(TX2)를 풀업 로드를 통해 전원 전압(VDD)에 연결하는 경우, 전원 전압(VDD)으로부터 생성되는 상기 출력 전류는 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)에 제공되고 제1 송신 단자(TX1)를 통해 접지 전압(GND)으로 싱크될 수 있다.
도 10은 도 9의 NFC 칩에 포함되는 송신부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 송신부(230)는 제1 풀업 트랜지스터(MP0), 제2 풀업 트랜지스터(MP1), 제1 풀다운 트랜지스터(MN0), 제2 풀다운 트랜지스터(MN1) 및 구동부(237)를 포함할 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 PMOS(p-type metal oxide semiconductor) 트랜지스터이고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 NMOS(n-type metal oxide semiconductor) 트랜지스터일 수 있다.
제1 풀업 트랜지스터(MP0)는 전원 전압(VDD) 및 제1 송신 단자(TX1) 사이에 연결되고, 제1 풀다운 트랜지스터(MN1)는 제1 송신 단자(TX1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
제2 풀업 트랜지스터(MP1)는 전원 전압(VDD) 및 제2 송신 단자(TX2) 사이에 연결되고, 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)는 제2 송신 단자(TX2) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다.
구동부(237)는 제1 풀업 구동 신호(UDS0)를 통해 제1 풀업 트랜지스터(MP0)를 구동하고, 제1 풀다운 구동 신호(DDS0)를 통해 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 구동하고, 제2 풀업 구동 신호(UDS1)를 통해 제2 풀업 트랜지스터(MP1)를 구동하고, 제2 풀다운 구동 신호(DDS1)를 통해 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 구동할 수 있다.
구동부(237)는 믹서(235)로부터 제공되는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0) 중의 하나를 선택적으로 턴온하고, 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1) 중의 하나를 선택적으로 턴온할 수 있다.
예를 들어, 구동부(237)는 송신 변조 신호(TMS)에 기초하여 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 턴온하고 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 턴오프하거나, 제2 풀업 트랜지스터(MP1) 및 제1 풀다운 트랜지스터(MN0)를 턴온하고 제1 풀업 트랜지스터(MP0) 및 제2 풀다운 트랜지스터(MN1)를 턴오프함으로써, 송신 변조 신호(TMS)에 상응하는 송신 신호(TS)를 제1 송신 단자(TX1) 및 제2 송신 단자(TX2)를 통해 송수신기(100a)에 제공할 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 NFC 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, NFC 장치(10b)는 송수신기(100b) 및 NFC 칩(200b)을 포함할 수 있다.
NFC 칩(200b)은 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2) 및 수신 단자(RX)를 통해 송수신기(100b)와 연결될 수 있다.
도 11의 NFC 장치(10b)에 포함되는 송수신기(100b)는 도 3에 도시된 송수신기(100a)에서 제1 저항(R1) 및 제5 커패시터(C5)를 더 포함할 수 있다.
제1 저항(R1)은 제1 노드(N1) 및 제5 노드(N5) 사이에 연결되고, 제5 커패시터(C5)는 제5 노드(N5) 및 수신 단자(RX) 사이에 연결될 수 있다.
도 11의 NFC 장치(10b)에 포함되는 NFC 칩(200b)은 도 9에 도시된 NFC 칩(200a)에서 제1 복조기(240)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 리더 모드에서, 송수신기(100b)는 전자기파(EMW)를 방사하여 외부의 NFC 카드와 데이터를 송수신할 수 있다. 상기 NFC 카드는 인덕턴스 성분을 갖는 안테나 및 공진 커패시터로 구성되는 공진 회로를 포함하므로, 송수신기(100b)가 전자기파(EMW)를 방사하는 경우 NFC 장치(10b)에 근접하여 존재하는 상기 NFC 카드와 송수신기(100b)의 공진부(110)에 포함되는 안테나(LA) 사이에는 상호 유도(mutual induction)가 일어날 수 있다. 따라서 공진부(110)에 포함되는 안테나(LA)의 양단에 상응하는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에는 상기 NFC 카드와의 상호 유도(mutual induction)를 통해 안테나 전압이 생성될 수 있다.
상기 리더 모드에서 생성되는 상기 안테나 전압은 송수신기(100b)가 방사하는 전자기파(EMW)에 기초하여 생성되므로 높은 전압을 가질 수 있다. 상기 안테나 전압은 제1 저항(R1) 및 제5 커패시터(C5)를 통과하면서 크기가 감쇄되어 수신 신호로서 수신 단자(RX)를 통해 NFC 칩(200b)에 제공될 수 있다.
상기 리더 모드에서 수신 동작시, NFC 칩(200b)에 포함되는 제1 복조기(240)는 송수신기(100b)로부터 수신 단자(RX)를 통해 제공되는 상기 수신 신호를 복조하여 입력 데이터를 생생하고, 상기 입력 데이터를 CPU(210)에 제공할 수 있다. CPU(210)는 상기 입력 데이터를 메모리부(220)에 저장할 수 있다.
도 12는 도 1에 도시된 NFC 장치의 또 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, NFC 장치(10c)는 송수신기(100c) 및 NFC 칩(200c)을 포함할 수 있다.
NFC 칩(200c)은 제1 송신 단자(TX1), 제2 송신 단자(TX2), 수신 단자(RX), 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 송수신기(100c)와 연결될 수 있다.
도 12의 NFC 장치(10c)에 포함되는 송수신기(100c)는 도 11에 도시된 송수신기(100b)에서 제6 커패시터(C6) 및 제7 커패시터(C7)를 더 포함할 수 있다.
제6 커패시터(C6)는 제1 노드(N1) 및 제1 파워 단자(L1) 사이에 연결되고, 제7 커패시터(C7)는 제2 노드(N2) 및 제2 파워 단자(L2) 사이에 연결될 수 있다.
도 12의 NFC 장치(10c)에 포함되는 NFC 칩(200c)은 도 11에 도시된 NFC 칩(200b)에서 정류기(251), 레귤레이터(253), 전원 스위치(257), 제2 복조기(260) 및 제2 변조기(270)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 카드 모드에서, 송수신기(100c)는 외부의 NFC 리더로부터 방사되는 전자기파(EMW)를 통해 상기 NFC 리더와 데이터를 송수신할 수 있다. 즉, 상기 NFC 리더로부터 방사되는 전자기파(EMW)에 기초하여 송수신기(100c)에 포함되는 안테나(LA)와 상기 NFC 리더 사이에 상호 유도(mutual induction)가 일어날 수 있다. 따라서 안테나(LA)의 양단에 상응하는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에는 상기 NFC 리더와의 상호 유도(mutual induction)를 통해 안테나 전압(VAN)이 생성될 수 있다.
안테나 전압(VAN)은 제6 커패시터(C6) 및 제7 커패시터(C7)를 통해 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)에 전달될 수 있다.
정류기(251)는 송수신기(100c)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 안테나 전압(VAN)을 정류하여 직류 전압인 제1 전압(V1)을 생성할 수 있다.
레귤레이터(253)는 제1 전압(V1)을 사용하여 NFC 칩(200c) 내부에서 사용가능한 일정한 크기의 전압 레벨을 갖는 내부 전압(VINT)을 생성할 수 있다.
CPU(210)는 배터리 등과 같은 전원부로부터 전원 전압(VDD)을 수신하여 동작할 수 있다. 또한, CPU(210)는 전원 스위치(257)를 통해 레귤레이터(253)로부터 내부 전압(VINT)을 수신할 수 있다. CPU(210)는 전원 전압(VDD)이 일정 레벨 이상인 경우 전원 전압(VDD)을 사용하여 동작하고 스위치 제어 신호(SCS)를 디스에이블시켜 전원 스위치(257)를 턴오프시킬 수 있다. 한편, CPU(210)는 전원 전압(VDD)이 상기 일정 레벨 이하인 경우 스위치 제어 신호(SCS)를 인에이블시켜 전원 스위치(257)를 턴온시킴으로써 레귤레이터(253)로부터 제공되는 내부 전압(VINT)을 사용하여 동작할 수 있다.
상기 카드 모드에서 수신 동작시, 제2 복조기(260)는 송수신기(100c)로부터 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 제공되는 신호를 복조하여 입력 데이터를 생생하고, 상기 입력 데이터를 CPU(210)에 제공할 수 있다. CPU(210)는 상기 입력 데이터를 메모리부(220)에 저장할 수 있다.
상기 카드 모드에서 송신 동작시, CPU(210)는 메모리부(220)로부터 출력 데이터를 독출하여 제2 변조기(270)에 제공하고, 제2 변조기(270)는 상기 출력 데이터를 변조하여 변조 신호를 제1 파워 단자(L1) 및 제2 파워 단자(L2)를 통해 송수신기(100c)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 변조기(270)는 상기 출력 데이터에 대해 로드 모듈레이션(load modulation)을 수행하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다. 송수신기(100c)는 상기 변조 신호에 기초하여 상기 NFC 리더와 상호 유도를 일으킴으로써 상기 NFC 리더에 상기 출력 데이터를 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(AP)(1100), 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치(1200), 메모리 장치(1300), 사용자 인터페이스(1400) 및 파워 서플라이(1500)를 포함한다. 실시예에 따라, 전자 시스템(1000)은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 등과 같은 임의의 모바일 시스템일 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1100)는 전자 시스템(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 어플리케이션 프로세서(1100)는 인터넷 브라우저, 게임, 동영상 등을 제공하는 어플리케이션들을 실행할 수 있다. 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1100)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(Multi-Core)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(1100)는 듀얼 코어(Dual-Core), 쿼드 코어(Quad-Core), 헥사 코어(Hexa-Core) 등의 멀티 코어(Multi-Core)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(1100)는 내부 또는 외부에 위치한 캐시 메모리(Cache Memory)를 더 포함할 수 있다.
메모리 장치(1300)는 전자 시스템(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리 장치(1300)는 전자 시스템(1000)을 부팅하기 위한 부트 이미지를 저장할 수 있고, 외부 장치에 전송할 출력 데이터 및 상기 외부 장치로부터 수신되는 입력 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1300)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(Flash Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 또는 이와 유사한 메모리로 구현될 수 있다.
NFC 장치(1200)는 근거리 무선 통신(NFC)을 통해 상기 외부 장치에 메모리 장치(1300)에 저장된 상기 출력 데이터를 전송하고 상기 외부 장치로부터 수신되는 상기 입력 데이터를 메모리 장치(1300)에 저장할 수 있다.
NFC 장치(1200)는 송수신기(1210) 및 NFC 칩(1220)을 포함한다. NFC 칩(1220)은 상기 출력 데이터에 상응하는 송신 신호를 생성하여 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통해 출력한다. 송수신기(1210)는 상기 송신 신호에 기초하여 전자기파를 방사함으로써 상기 출력 데이터를 외부 장치에 제공한다. 송수신기(1210)는 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답을 제공한다.
NFC 장치(1200)는 도 1에 도시된 NFC 장치(10)로 구현될 수 있다. 도 1의 NFC 장치(10)의 구성 및 동작에 대해서는 도 1 내지 12를 참조하여 상세히 설명하였으므로, 여기서는 NFC 장치(1200)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
사용자 인터페이스(1400)는 키패드, 터치 스크린과 같은 하나 이상의 입력 장치 및/또는 스피커, 디스플레이 장치와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1500)는 전자 시스템(1000)의 동작 전압을 공급할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 전자 시스템(1000)은 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있고, 메모리 카드(Memory Card), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등과 같은 저장 장치를 더 포함할 수 있다.
전자 시스템(1000)의 구성요소들은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장될 수 있는데, 예를 들어, PoP(Package on Package), BGAs(Ball grid arrays), CSPs(Chip scale packages), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), PDIP(Plastic Dual In-Line Package), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, COB(Chip On Board), CERDIP(Ceramic Dual In-Line Package), MQFP(Plastic Metric Quad Flat Pack), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SOIC(Small Outline Integrated Circuit), SSOP(Shrink Small Outline Package), TSOP(Thin Small Outline Package), TQFP(Thin Quad Flat-Pack), SIP(System In Package), MCP(Multi Chip Package), WFP(Wafer-level Fabricated Package), WSP(Wafer-Level Processed Stack Package) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
본 발명은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 장치를 구비하는 임의의 전자 장치에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 랩톱 컴퓨터(laptop computer) 등에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 공진 주파수를 가지며, 전자기파를 사용하여 신호를 송수신하는 공진부;
    상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터;
    상기 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제2 커패시터; 및
    제1 송신 단자, 제2 송신 단자, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공하는 필터를 포함하고,
    상기 필터는,
    상기 제1 송신 단자 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및
    상기 제2 송신 단자 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함하고,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스보다 큰 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 위한 송수신기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수(cutoff frequency) 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 2배에 상응하는 NFC를 위한 송수신기.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 공진 주파수의 1.5배보다 크고 상기 공진 주파수의 2배보다 작은 NFC를 위한 송수신기.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이의 리액턴스(reactance)의 크기는 제로(0)인 NFC를 위한 송수신기.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제3 커패시터; 및
    상기 제4 노드 및 접지 전압 사이에 연결되는 제4 커패시터를 포함하는 NFC를 위한 송수신기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스의 2배보다 큰 NFC를 위한 송수신기.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 제4 커패시터의 커패시턴스 및 상기 제2 인덕터의 인덕턴스에 기초하여 결정되는 NFC를 위한 송수신기.
  10. 송신 신호를 생성하여 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통해 출력하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 칩; 및
    상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 비대칭적인 구조로 연결되고, 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자를 통해 상기 NFC 칩으로부터 제공되는 상기 송신 신호에 기초하여 전자기파를 방사(emit)하는 송수신기를 포함하고,
    상기 송수신기는
    제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 공진 주파수를 가지며, 전자기파를 사용하여 신호를 송수신하는 공진부;
    상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터;
    상기 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제2 커패시터; 및
    제1 송신 단자, 제2 송신 단자, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공하는 필터를 포함하고,
    상기 필터는,
    상기 제1 송신 단자 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및
    상기 제2 송신 단자 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함하고,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스보다 큰 NFC 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 송수신기가 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 제공하는 리액턴스(reactance)의 크기는 제로(0)인 NFC 장치.
  12. 삭제
  13. 제10 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 송신 신호의 주파수의 2배에 상응하는 NFC 장치.
  14. 제10 항에 있어서, 상기 제1 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수 및 상기 제2 송신 단자에서의 상기 필터의 차단 주파수는 상기 송신 신호의 주파수의 1.5배보다 크고 상기 송신 신호의 주파수의 2배보다 작은 NFC 장치.
  15. 제10 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제3 커패시터; 및
    상기 제4 노드 및 접지 전압 사이에 연결되는 제4 커패시터를 포함하는 NFC 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제10 항에 있어서, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스의 2배보다 큰 NFC 장치.
  19. 제10 항에 있어서, 상기 송수신기는,
    상기 제1 노드와 제5 노드 사이에 연결되는 저항; 및
    상기 제5 노드와 수신 단자 사이에 연결되는 제3 커패시터를 더 포함하고,
    상기 NFC 칩은 상기 송수신기로부터 상기 수신 단자를 통해 제공되는 신호를 복조(demodulation)하여 입력 데이터를 생성하는 NFC 장치.
  20. 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)을 통해 외부 장치와 통신을 수행하는 NFC 장치;
    출력 데이터를 저장하는 메모리 장치; 및
    상기 NFC 장치 및 상기 메모리 장치의 동작을 제어하는 어플리케이션 프로세서를 포함하고,
    상기 NFC 장치는,
    상기 출력 데이터에 상응하는 송신 신호를 생성하여 제1 송신 단자 및 제2 송신 단자를 통해 출력하는 NFC 칩; 및
    상기 송신 신호에 기초하여 전자기파를 방사하는 송수신기를 포함하고,
    상기 송수신기는 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자 사이에 비대칭적인 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공하고,
    상기 송수신기는
    제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 공진 주파수를 가지며, 전자기파를 사용하여 신호를 송수신하는 공진부;
    상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결되는 제1 커패시터;
    상기 제2 노드 및 제4 노드 사이에 연결되는 제2 커패시터; 및
    제1 송신 단자, 제2 송신 단자, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드 사이에 비대칭적인(asymmetrical) 구조로 연결되어 상기 제1 송신 단자 및 상기 제2 송신 단자에 서로 다른 주파수 응답(frequency response)을 제공하는 필터를 포함하고,
    상기 필터는,
    상기 제1 송신 단자 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및
    상기 제2 송신 단자 및 상기 제4 노드 사이에 연결되는 제2 인덕터를 더 포함하고,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스보다 큰 전자 시스템.
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