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KR100941110B1 - 인덕티브 커플링 통신에서의 인덕턴스 보상 방법 및 장치 - Google Patents

인덕티브 커플링 통신에서의 인덕턴스 보상 방법 및 장치 Download PDF

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KR100941110B1
KR100941110B1 KR1020080010868A KR20080010868A KR100941110B1 KR 100941110 B1 KR100941110 B1 KR 100941110B1 KR 1020080010868 A KR1020080010868 A KR 1020080010868A KR 20080010868 A KR20080010868 A KR 20080010868A KR 100941110 B1 KR100941110 B1 KR 100941110B1
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Abstract

본 발명은 인덕티브 커플링(inductive coupling) 송수신 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕티브 커플링 송수신 장치는, 데이터를 송신 및/또는 수신하는 인덕티브 커플링(inductive coupling) 송수신기; 상기 인덕티브 커플링 송수신기에 접속된 인덕터(inductor); 및 상기 인덕티브 커플링 송수신기 및 상기 인덕터에 접속되고, 상기 인덕터의 인덕턴스(inductance) 변화를 보상하는 공진 보상 장치를 포함한다.
인덕티브 커플링, 인덕턴스, 보상

Description

인덕티브 커플링 통신에서의 인덕턴스 보상 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING INDUCTANCE IN INDUCTIVE COUPLING COMMUNICATIONS}
본 발명은 인덕티브 커플링(inductive coupling) 송수신 장치에 관한 것이다.
인덕티브 커플링 통신은 최근 들어 새로운 근거리 비접촉 통신방식으로 각광을 받고 있다. RFID(radio frequency identification; 무선주파수 인식) 등의 기존의 근거리 비접촉 통신방식은, 주로 사용하는 주파수 대역이 800㎒~2.4㎓ 이상의 고주파이기 때문에 전력 소모가 많다. 주파수가 낮은 13.56㎒ RFID의 경우는 데이터 전송률이 수십~수백 kbps로 매우 낮다. 반면, 인덕티브 커플링 통신은 데이터 전송률을 수 kbps에서부터 수 Gbps까지 그 범위가 매우 넓고, 13.56㎒ 정도의 주파수로도 수 Mbps 이상의 전송률을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 인덕티브 커플링 통신은 고정된 인덕터 값을 가지는 응용분야, 즉 칩 위에 구현된 인덕터(inductor)를 이용하여 생산된 칩을 대량으로 테스트를 할 때 사용하거나, 층구조로 쌓아 둔 칩간의 통신, 혹은 생산/조립된 회로 기판의 테스트 및 데이터 통신에 이용되는 등, 그 응용 분야를 전자산업 전반으로 넓혀 가고 있 다.
일반적으로 인덕티브 커플링 통신에서 인덕터는 고정된 값을 가진다. 이는 인덕터가 칩 또는 금속으로 제작되어 튼튼하고 안정적이기 때문이다. 그러나 근래 들어 플렉서블(flexible) 소재에 전자 회로를 넣는 기술이 발전하면서, 인덕터 값이 고정되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 대표적인 예로는, 프린팅 가능 전자회로(Printable Electronics), 예를 들어, 인쇄형 회로 기판 등에서의 인덕터, 또는 천 위에 전도성 섬유로 제작된 인덕터를 들 수 있다. 이러한 경우, 인덕터 값은 시간/공간상의 변화로 인해 변동되며, 이로 인해 안정적이고 에러율(error rate)이 낮은 통신이 어려워진다.
이를 보상하기 위해 종래의 위상고정루프 회로장치를 응용해 볼 수 있다. 그러나, 종래 기술의 위상고정루프장치는, 위상 주파수 측정기로부터 나온 파형을 저대역통과필터(LPF)를 거치게 한 후, 이를 전하 펌프(Charge pump)를 거쳐 ADC(analog-to-digital converter; 아날로그-디지털 변환기)로 입력하여 특정 디지털 레벨로 변환한 후, 이를 해석하여 캐패시터 뱅크(capacitor bank) 값을 조절하는 등의 복잡하고 전력소모가 큰 방식을 이용한다. 이렇게 하는 이유는, 종래의 위상고정루프 장치는 위상과 주파수를 고정한 채 “계속하여 나오는 주파수 신호를 이용”해야 하기 때문에, 정교하고 안정된 루프를 형성하여야 한다. 이러한 이유로, 종래 기술은 전력과 면적에서의 비효율성을 감수하고 복잡한 장치를 사용한다.
본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해서, 인덕티브 커플링 통신에서 인덕턴스를 보상하는장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인덕티브 커플링 통신에서 인덕턴스 보상에 걸리는 시간을 단축하고, 보상에 필요한 회로 면적 및 전력 소비가 적은 인덕턴스 보상 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕티브 커플링 송수신 장치는, 데이터를 송신 또는 수신하는 인덕티브 커플링(inductive coupling) 송수신기; 상기 인덕티브 커플링 송수신기에 접속된 인덕터(inductor); 및 상기 인덕티브 커플링 송수신기 및 상기 인덕터에 접속되고, 상기 인덕터의 인덕턴스(inductance) 변화를 보상하는 공진 보상 장치를 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 공진 보상 장치는, 복수개의 단위 캐패시터를 포함하고, 상기 각 단위 캐패시터는 각각 활성화 또는 비활성화 가능한, 캐패시터 뱅크; 상기 캐패시터 뱅크의 단위 캐패시터를 활성화 또는 비활성화 시키는 디코더; 상기 캐패시터 뱅크의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스에 따라 일정한 주파수로 발진하는 발진기; 상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 주파수와 비교하는 위상 주파수 측정기; 및 상기 위상 주파수 측정기의 측정 결과에 따라 디코더를 제어하는 FSM(유한 상태 머신; finite state machine) 제어기를 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 공진 보상 장치는, 위상 주파수 측정기, 센스 증폭기, FSM 제어기, 디코더 및 발진기 중 어느 하나, 또는 이것들의 임의의 조합의 전원을 제어하는 전원 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인덕터를 포함하는 인덕티브 커플링 송수신 장치의 공진을 보상하는 장치는, 복수개의 단위 캐패시터를 포함하고, 상기 각 단위 캐패시터는 각각 활성화 또는 비활성화 가능한, 캐패시터 뱅크; 상기 캐패시터 뱅크의 단위 캐패시터를 활성화 또는 비활성화 시키는 디코더; 상기 캐패시터 뱅크의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스에 따라 일정한 주파수로 발진하는 발진기; 상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 주파수와 비교하는 위상 주파수 측정기; 및 상기 위상 주파수 측정기의 측정 결과에 따라 디코더를 제어하는 FSM 제어기를 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 인덕티프 커플링 송수신 장치의 공진 보상 장치는, 위상 주파수 측정기, 센스 증폭기, FSM 제어기, 디코더 및 발진기 중 어느 하나, 또는 이것들의 임의의 조합의 전원을 제어하는 전원 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인덕턴스 보상 방법은, 본 발명에 따른 인덕티브 커플링 송수신 장치에서 인덕터의 인덕턴스를 보상하는 방법으로서, 상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 기준 주파수와 비교하는 단계; 및 상기 주파수 비교 결과에 따라 상기 커패시터 뱅크의 커패시턴스를 변화시키는 단계를 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 캐패시턴스를 변화시키는 단계는, 상기 발진 주파수의 주파수가 상기 기준 주파수보다 높은 경우, 상기 캐패시턴스를 증가시키고, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수보다 낮은 경우, 상기 캐패시턴스를 감소시키고, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수와 동일한 경우, 상기 캐패시턴스를 유지하는 단계를 포함한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 캐패시턴스를 증가시키는 경우, 상기 캐패시턴스의 증가 후 값이 상기 캐패시턴스의 증가 전 값의 1.5배가 되도록 증가시키고, 상기 캐패시턴스를 감소시키는 경우, 상기 캐패시턴스의 증가 후 값이 상기 캐패시턴스의 증가 전 값의 0.5배가 되도록 감소시킨다.
본 발명을 의해, 인덕티브 커플링 통신에서 인덕턴스 값이 시간/공간적으로 변화하는 경우에, 이를 보상하여 안정적이고 낮은 에러율을 갖는 통신을 달성할 수 있다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 캐패시터 뱅크를 켜고 끄는 방법에 있어서, 기존의 복잡한 방식 대신 간단한 센스 증폭기와 FSM만을 사용함으로써, 전력과 면적 소모를 줄일 수 있다.
<인덕티브 커플링 통신에서의 인덕턴스의 보상>
본 발명은, 인덕티브 커플링(Inductive coupling) 통신에서, 인덕터(inductor)의 인덕턴스 값의 변화량을 감지하고, 인덕턴스 값의 보상을 위해 캐패시터 값을 변경함으로써, 계속 안정적인 통신이 가능하게 하는 인덕턴스 보상에 관한 것이다.
본 발명에 따른 송수신 장치는 데이터를 송신 및/또는 수신하는 인덕티브 커플링 송수신기와, 인덕티브 커플링 송수신기에 접속된 인덕터와, 인덕티브 커플링 송수신기 및 인덕터에 접속되고, 인덕터의 인덕턴스 변화를 보상하는 공진 보상 장치를 포함한다. 여기서, 인덕터의 인덕턴스의 변화를 보상한다는 것은 인덕턴스의 변화가 인덕티브 커플링 송수신기에 미치는 영향을 상쇄시킨다는 의미이다.
도 1은 본 발명에 따른 인덕턴스 보상 장치가 이용될 수 있는 인덕티브 커플링 통신의 예를 나타내는 도면이다. 겹쳐 입을 수 있는 상의 두벌, 예를 들어 내의(110)와 외의(120)에, 각각 송신기(112)와 수신기(220)가 설치될 수 있다. 송신기(112)와 수신기(220)는 인덕티브 커플링에 의해 서로 통신 가능하다. 사람이 이러한 내의(110)와 외의(120)를 겹쳐 입고, 내의(110)의 송신기(112)에 예를 들어, MP3 플레이어를 접속하고, 외의(120)의 수신기(220)에 이어폰을 접속하여, MP3 플레이어와 이어폰 사이의 복잡한 와이어링(wiring) 없이 음악을 들을 수 있다. 인덕티브 커플링을 위해, 내의(110) 및 외의(120)에는 각각 인덕터(114) 및 인덕터(210)가 설치되며, 인덕터(114, 210) 각각은 송신기(112) 및 수신기(220)에 접속된다.
여기서, 내의(110)와 외의(120)에 각각 설치되는 인덕터(114, 210)는 그 위치적 특성상 인덕턴스 값이 가변적이다.
도 2a는 의복에 설치된 인덕터의 사진을 나타내는 도면이다. 도 2b는 도 2a에 나타낸 인덕터의 동적(dynamic) 편차를 유발하는 항목(parameter)들을 나타내는 도면이다. 두 인덕터의 상대적인 위치(△x 또는 △y), 상대적인 거리(△z), 휘어짐 등에 의하여 각 인덕터의 인덕턴스 및 두 인덕터의 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 변한다. 도 2c는 인덕터의 정적(static) 편차를 나타내는 도면이다. 인덕터의 정적 편차를 복수의 인덕터(30개)를 측정하여 획득하였다. 인덕터의 불균일성은 인덕터를 설치하기 위해 의복에 전도성 실을 바느질 하는 방식 등을 이용하는데, 바느질 등의 오차에 기인한다.
이와 같이, 내의(110)와 외의(120)에 각각 설치되는 인덕터(114, 210)는 인덕턴스 값이 가변적이므로, 본 발명은, 인덕티브 커플링 통신에서의 인덕턴스 변화를 보상할 수 있는 공진 보상 장치(116, 200)를 채용한다.
본 발명에 따른 공진 보상 장치(116, 200)는 L-C 공진에서, 인덕턴스(L)의 변화에 따라 커패시턴스(C)를 적절히 변경함으로써, 주파수 도메인에서 L이 고정된 것과 같은 효과를 달성한다.
또한, 본 발명에 따른 공진 보상 장치(116, 200)는, 커패시턴스(C)를 변화시키기 위해, 전하 펌프(charge pump), ADC, 디코더(decoder) 등의 복잡한 장치를 이용하지 않고, 센스 증폭기(sense amp.)와 FSM 제어기를 이용하여, 공진 주파수의 증가 혹은 감소만을 검출한다. 이렇게 함으로서 인덕턴스 보상을 위해 필요한 전력과 칩 면적을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 공진 보상 장치(200)에 관하여 상세히 설명한다. 공진 보상 장치(116)의 구성은 공진 보상 장치(116)의 구성과 동일하다.
<공진 보상 장치(200)>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 보상 장치(200)의 블록도이다.
공진 보상 장치(200)는 인덕티브 커플링 송수신기(220) 및 인덕터(210)에 접속된다. 인덕티브 커플링 송수신기(220)는 도 1의 송신기(112) 또는 수신기(220)일 수 있다. 또는, 인덕티브 커플링 송수신기(220)는 송신과 수신이 모두 가능한 인덕티브 커플링 통신 수단일 수 있다. 인덕터(210)는 그 인덕턴스가 가변적이고, 제조 공정, 환경에 따라 인덕턴스가 편차를 가진다.
공진 보상 장치(200)는, 캐패시터 뱅크(201), 발진기(202), 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206)를 포함한다. 또한, 공진 보상 장치(200)는 전원 제어부(207)를 포함할 수 있다.
캐패시터 뱅크(201)는 복수개의 단위 캐패시터를 포함하고, 각 단위 캐패시터는 각각 활성화 또는 비활성화 가능하다. 각 단위 캐패시터의 활성화 여부에 따라 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시턴스가 달라진다. 따라서, 캐패시터 뱅크(201)는 가변 캐패시터와 유사하다.
디코더(206)는 캐패시터 뱅크의 단위 캐패시터를 활성화 또는 비활성화시킨다. 디코더(206)의동작에 대해서는 후술하도록 한다.
발진기(202)는 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시턴스 및 인덕터(210)의 인덕턴스에 따라 일정한 주파수로 발진한다. 발진기(202)의 유효 출력 주파수는 발진기(202)에 접속된 인덕터(210)의 인덕턴스 및 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시턴스에 의해 결정된다. 여기서 유효 출력주파수는 다음과 같은 식에 의해 결정된다.
위상 주파수 측정기(203)는 발진기(202)의 발진 주파수와 미리 정해진 기준 클록 주파수를 비교한다. 위상 주파수 측정기는(203)는, 발진기(202)의 발진 주파수가 기준 클록보다 높으면, 캐패시터 뱅크의 유효캐패시턴스를 높여서 발진출력주파수를 낮추기 위해, 제2 출력을 통해 센스 증폭기(204)로 “감소(DN)” 신호를 출력한다. 이와 반대로, 위상 주파수 측정기(203)는, 발진기(202)의 발진 주파수가 기준 클록보다 낮으면, 캐패시터 뱅크(201)의 유효 캐패시턴스를 줄여서 발진 출력주파수를 높이기 위해, 제1 출력을 통해 센스 증폭기(204)로 “증가(UP)” 신호를 출력한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 예시적인 위상 주파수 측정기(203)는, 이와 같은 동작을 위해, 2개의 D-플립플롭(flip-flop), 1개의 곱(AND) 논리회로를 포함한다.
센스 증폭기(204)는 위상 주파수 측정기(203)의 “증가” 신호(제1 출력) 또는 “감소” 신호(제2 출력)를 수신하고, FSM 제어기(205)로 “더하기(ADD)” 신호 또는 “빼기(SUB)” 신호를 출력한다. 도 4에 예시적인 센스 증폭기(204)를 나타내었다.
위상 주파수 측정기(203)의 제1 출력(UP) 및 제2 출력(DN)은 각각 센스증폭기의 입력 트랜지스터(MN1, MN2)의 게이트를 통해 입력되고, 크로스-커플(cross-couple)로 묶여 있는 피드백(feedback) 트랜지스터들(MN3, MP3, MN4, MP4)을 통해 포지티브 피드백(positive feedback) 루프가 형성된다. 따라서, 위상주파수 측정기(203)의 제1 출력(UP)이 먼저 “하이”로 올라가면 (즉, 주파수를 올려야 하면) 센스 증폭기(204)의 제1 출력(SUB)을 “하이”로 만들어 주고, 이와 반대로 위상 주파수 측정기(203)의 제2 출력(DN)이 먼저 “하이”로 올라가면 (즉, 주파수를 내려야 하면), 센스 증폭기(204)의 제2 출력(ADD)을 “하이”로 만들어 준다. 트랜지스터(MP1 및 MP2)는 포지티브 피디백에 좀 더 강한 힘을 가하게 되어, 빠르고 안정적인 센스증폭기 출력 결과가 나올 수 있도록 해 준다.
FSM 제어기(205)는 위상 주파수 측정기(203)의 측정 결과에 따라 디코더(206)를 제어한다. 또는, FSM 제어기(205)는 센스 증폭기(204)의 출력에 따라 디코더(206)를 제어한다. 여기서, FSM 제어기의 작동 순서는 도 5에 나타내었다.
FSM 제어기(205)는 도 5에 나타낸 과정의 반복 횟수가 10회 이하인지 파악한다(S501). 반복 횟수가 10회를 초과한 경우, 캐패시터 조정 과정을 끝낸다. 반복횟수가 10회 이하인 경우, FSM 제어기(205)는 캐패시터 행의 하위 비트들이 안정화되었는지 여부를 판단하고(S502), 캐패시터 행의 하위 비트들이 안정화된 경우, 캐패시터 조정 과정을 끝낸다. 캐패시터 행의 하위 비트들의 안정화 되지 않은 경우, 현재의 공진 주파수와 기준 주파수를 비교한다(S503). 현재의 공진 주파수가 기준 주파수보다 높은 경우, 캐패시터를 추가로 활성화시키는 것으로 결정한다(S504). 현재의 공진 주파수가 기준 주파수보다 낮은 경우, 활성화된 캐패시터 중 일부를 비활성화시키는 것으로 결정한다(S504). S504에서, 활성화시키는 캐패시터의 개수는 ((NCUR-NPREV) / 2)개이다. 여기서, NCUR은 현재 활성화되어 있는 캐패시터의 수이고, NPREV는 이전 단계(캐패시터 조정 과정의 반복 중 이전 반복)에서 활성화되어 있던 캐패시터의 수이다. S505에서, 비활성화시키는 캐패시터의 개수는 ((NCUR-NPREV) / 2)개이다. 여기서, NCUR은 현재 활성화되어 있는 캐패시터의 수이 고, NPREV는 이전 단계(캐패시터 조정 과정의 반복 중 이전 반복)에서 활성화되어 있던 캐패시터의 수이다.
다음으로, 단계 S504, S505에서 결정한 바와 같이, 캐패시터를 활성화 또는 비활성화시켜야 하는지 여부, 활성화 또는 비활성화시켜야 하는 개수에 기초하여, FSM 제어기(205)는 캐패시터 뱅크(201)의 어떤 행 또는 열의 캐패시터를 활성화 또는 비활성화시켜야 하는지 여부를 계산한다(S506). 다음으로, FSM 제어기(205)는 S506에서의 계산 결과에 기초하여, 캐패시터 뱅크의 특정 행 또는 열을 활성화 또는 비활성화시킨다(S507).
이와 같은 동작을 통해, FSM 제어기(205)는 현재의 공진 주파수가 기준 주파수보다 높으면, 캐패시터 뱅크의 캐패시터를 추가로 활성화시켜 공진주파수를 낮추고, 현재의 공진 주파수가 기준 주파수보다 낮으면, 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시터를 추가로 감소시켜 공진 주파수를 높인다. 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시터가 총 1024개 일 경우, FSM 제어기(205)는 도 5에 나타낸 캐패시터 조정 과정을 최대 10회까지 반복한다. 캐패시터 개수 및 FSM 제어기(205)의 캐패시터 조정 과정의 반복 회수는 예시 적인 것이며, 캐패시터 개수는 임의의 개수를 가질 수 있고, 캐패시터 개수가 N개인 경우, 캐패시터 조정 과정은 최대로 n번(n은 log(N)/log(2) 이하의 정수 중 최대값) 반복한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코더(206) 및 캐패시터 뱅크(201)를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 예시적인 캐패시터 뱅크(202)는 가로 및 세로 각각 32개의 캐패시터로 이루어져 있다. 즉, 캐패시터 뱅크(202)는 32행(row), 32 열(column)의 캐패시터들로 이루어져 있다. 디코더(206)는 행 디코더(row decoder; 206-1) 및 열 디코더(column decoder; 206-2)를 포함한다. 행 디코더(206-1)는 캐패시터 뱅크(201)의 각 행에 “활성 행(active row) 신호” 및 “현재 행(current row) 신호”를 출력한다. 활성 행 신호와 현재 행 신호는 각각 “로우(low)” 또는 “하이(high)”의 값을 가질 수 있다. 열 디코더(206-2)는 캐패시터 뱅크(202)의 각 열에 “로우(low)” 또는 “하이(high)”의 값을 갖는 “열(column) 신호”를 출력한다.
도 7에 캐패시터 뱅크(201)의 하나의 유닛 셀(201-1)과 디코터(206)의 입력에 따른 캐패시터 뱅크(201)의 동작을 표로 나타내었다. 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 캐패시터 뱅크(201)의 특정 행(예를 들어, X번째 행)으로의, 활성 행 신호가 “하이”이고, 현재 행 신호가 “로우”인 경우, 열 신호에 무관하게, X번째 행의 모든 캐패시터가 활성화된다. 또한, 캐패시터 뱅크(201)의 특정 행(예를 들어, X번째 행)으로의, 활성 행 신호가 “로우”이고, 현재 행 신호가 “로우”인 경우, 열 신호에 무관하게, X번째 행의 모든 캐패시터가 비활성화된다. 또한, 캐패시터 뱅크(201)의 특정 행(예를 들어, X번째 행)으로의 현재 행 신호가 “하이”이고, 캐패시터 뱅크(201)의 특정 열(예를 들어, Y번째 열)로의 열 신호가 “하이”인 경우, X번째 행으로의 활성 행 신호에 무관하게, X번째 행, Y번째 열의 캐패시터가 활성화된다.
이러한 동작을 위한 캐패시터 뱅크(201)의 유닛 셀(201-1)의 예시적인 구성을 도 7(a)에 나타내었다. 유닛 셀(201-1)은 제1 및 제2 패스 트랜지스터(pass transistor), 인버터(inverter), 스위치(switch) 및 캐패시터를 포함한다. 제1 패스 트랜지스터의 입력단에 행 디코더(206-1)의 활성 행 신호가 입력된다. 제1 통과 트랜지스터의 반전 단자, 인버터 및 제2 통과 트랜지스터의 비반전 단자에 행 디코더(206-1)의 현재 행 신호가 입력된다. 제2 통과 트랜지스터의 입력단에 열 디코더(206-2)의 열 신호가 입력된다. 인버터의 출력은 제1 통과 트랜지스터의 비반전 단자 및 제2 통과 트랜지스터의 반전 단자에 접속된다. 제1 통과 트랜지스터의 출력 및 제2 통과 트랜지스터의 출력은 스위치의 입력에 접속된다. 스위치가 온(on)되면 캐패시터가 활성화된다.
본 발명에 따른 공진 보상 장치(200)의 동작은 두 가지 모드로 나뉘어 이루어진다. 첫째는 보상 모드로서, 현재의 인덕턴스 값을 알아내어 의도한 값과 차이가 날 경우 그 차이만큼 공진 보상 장치(200)를 이용하여 인덕턴스 값을 보상한다. 보상모드에서는, 공진 보상 장치(200)는 현재의 인덕턴스 값을 입력으로 하여 발진한 발진기(202)에서 만든 출력과 외부 클록을 비교한다. 외부 클록은 사용자가 의도한 기준점으로서, 공진 보상 장치(200)는 이를 기준으로 하여 인덕턴스 값을 측정한다.
공진 보상 장치(200)가 동작을 시작하면, 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시터 중 절반만 활성화되어 있다. 위상 주파수 측정기(203)는 발진기(202)의 유효 주파수를 기준 주파수와 비교한 후, 발진 주파수를 올릴지 혹은 내릴지 결정한다. 만약 발진출력주파수를 내려야 하는 경우, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204) 및 FSM 제어기(205)는 디코더(206)를 통해, 현재 활성화되어 있는 캐패시터 개수의 절반의 개수의 캐패시터를 더 활성화시킨다. 만약 반대로 출력주파수를 올려야 하는 경우, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204) 및 FSM 제어기(205)는 디코더(206)를 통해, 현재 활성화되어 있는 캐패시터의 절반을 비활성화시킨다.
즉, 발진 주파수의 주파수가 기준 주파수보다 높은 경우, 캐패시턴스를 증가시키고, 발진 주파수가 기준 주파수보다 낮은 경우, 캐패시턴스를 감소시키고, 발진 주파수가 기준 주파수와 동일한 경우, 캐패시턴스를 유지한다.
이때, 캐패시턴스를 증가시키는 경우, 캐패시턴스의 증가 후 값이 캐패시턴스의 증가 전 값의 1.5배가 되도록 증가시키고, 캐패시턴스를 감소시키는 경우, 캐패시턴스의 증가 후 값이 캐패시턴스의 증가 전 값의 0.5배가 되도록 감소시킨다.
이와 같이, 이진 접근방식으로 진행을 하면, 1024개의 유닛 셀로 이루어진 캐패시터 뱅크(201)의 경우, 2^10=1024이므로, 최대 총 10번만 반복하면 원하는 값으로 맞출 수 있다. 따라서, 인덕턴스 보상에 걸리는 시간이 단축된다.
본 발명에 따른 공진 보상 장치(200)의 다른 모드는 송수신 모드이다. 송수신 모드는 보상 모드를 통해 캐패시터 뱅크(201)의 캐패시턴스 값이 조정되고 난 후, 송수신기(220)를 통해 송수신이 이루어지는 모드이다. 송수신 모드 동안에는, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202)의 전원이 오프(off)된다. 송수신 모드 동안, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202)의 전원을 오 프(off)하기 위해, 발진 보상 장치(200)는 전원 제어부(207)를 포함한다. 전원 제어부(207)는 송수신 모드가 일정 시간 지속되고 난 후, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202)의 전원을 온(on)시키고, 그러면 보상 모드가 시작된다. 이와 같이, 송수신 모드 동안에는 공진 보상 장치(200)의 캐패시터 뱅크(201)와 전원 제어부(207) 외에는 전력이 공급되지 않기 때문에, 공진 보상 장치(200)의 전력 소모를 절감시킬 수 있다.
전원 제어부(207)는 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202)의 전원을 모두 오프하거나, 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202) 중 어느 하나, 또는 이것들의 임의의 조합의 전원을 오프할 수도 있다.
전원 제어부(207)는 위상 주파수 측정기(203), 센스 증폭기(204), FSM 제어기(205), 디코더(206) 및 발진기(202) 각각으로의 전원을 온-오프하기 위한 스위치, 보상 모드 및 송수신 모드가 지속된 시간을 측정하기 위한 타이머(timer), 및 타이머의 시간 측정에 기초하여 각 스위치를 온-오프하는 제어부를 포함한다.
도 8은 본 발명에 따른 공진 보상 장치(200)를 채용한 경우(b)와 하지 않은 경우(a)의, 인덕티브 커플링 송수신기(200)의 동작 결과를 나타내는 도면이다. 공진 보상장치(200)를 채용 함으로서, 이를 채용하지 않았을 경우 발생하던 수신 측 인덕턴스의 임피던스 편차를 81%까지 줄일 수 있다. 이에 따라, 펄스 기반의 인덕티브 커플링 통신에서의 수신 측 신호 세기(전압)의 편차가 감소한다. 이 효과로 도 8의 예시에서는 수신 신호가 14% 증가하였으며, 서로 다른 인덕턴스간 편차가 거의 없음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예로서, 계층 구조로 되어 있는 의복형 MP3 전송장치를 예로 들었지만, 본 발명에 따른 공진 보상 장치는, 임의의 인덕티브 커플링 송수신 장치에 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 공진 보상 장치는, 인덕티브 커플링 장치가 장착된 휴대폰과 차량용 핸즈 프리 시스템에 이용될 수 있다.
이와 같이, 이러한 실시예들은 예시적인 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 결정되어야 하며, 전술한 실시예뿐만 아니라 당업자가 전술한 실시예를 참조하여 변형 가능한 변형예 등도 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인덕턴스 보상 장치가 이용될 수 있는 인덕티브 커플링 통신의 예를 나타내는 도면이다.
도 2a는 의복에 설치된 인덕터의 사진을 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 인덕터두 개의 상대적인 위치, 거리, 휘어짐 등에 의한 상호 인덕턴스(mutual inductance)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2c는 의복에 설치된 인덕터의 불균일성으로 인한 편차를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 보상 장치(200)의 블록도이다.
도 4는 예시적인 센스 증폭기(204)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FSM 제어기의 작동 순서를 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코더(206) 및 캐패시터 뱅크(201)를 나타낸 도면이다.
도 7은 캐패시터 뱅크(201)의 하나의 유닛 셀(201-1)과 디코터(206)의 입력에 따른 캐패시터 뱅크(201)의 동작을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 공진 보상 장치(200)를 채용한 경우(b)와 하지 않은 경우(a)의, 인덕티브 커플링 송수신기(200)의 동작 결과를 나타내는 도면이다.

Claims (8)

  1. 데이터를 송신 또는 수신하는 인덕티브 커플링(inductive coupling) 송수신기;
    상기 인덕티브 커플링 송수신기에 접속된 인덕터(inductor); 및
    상기 인덕티브 커플링 송수신기 및 상기 인덕터에 접속되고, 상기 인덕터의 인덕턴스(inductance) 변화를 보상하는 공진 보상 장치를 포함하며,
    상기 공진 보상 장치는,
    복수개의 단위 캐패시터를 포함하고, 상기 각 단위 캐패시터는 각각 활성화 또는 비활성화 가능한, 캐패시터 뱅크;
    상기 캐패시터 뱅크의 단위 캐패시터를 활성화 또는 비활성화 시키는 디코더;
    상기 캐패시터 뱅크의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스에 따라 일정한 주파수로 발진하는 발진기;
    상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 주파수와 비교하는 위상 주파수 측정기; 및
    상기 위상 주파수 측정기의 측정 결과에 따라 디코더를 제어하는 FSM(finite state machine) 제어기
    를 포함하는 인덕티브 커플링 송수신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진 보상 장치는,
    위상 주파수 측정기, 센스 증폭기, FSM 제어기, 디코더 및 발진기 중 어느 하나, 또는 이것들의 임의의 조합의 전원을 제어하는 전원 제어부를 더 포함하는, 인덕티브 커플링 송수신 장치.
  4. 인덕터를 포함하는 인덕티브 커플링 송수신 장치의 공진을 보상하는 장치로서,
    복수개의 단위 캐패시터를 포함하고, 상기 각 단위 캐패시터는 각각 활성화 또는 비활성화 가능한, 캐패시터 뱅크;
    상기 캐패시터 뱅크의 단위 캐패시터를 활성화 또는 비활성화 시키는 디코더;
    상기 캐패시터 뱅크의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스에 따라 일정한 주파수로 발진하는 발진기;
    상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 주파수와 비교하는 위상 주파수 측정기; 및
    상기 위상 주파수 측정기의 측정 결과에 따라 디코더를 제어하는 FSM 제어기
    를 포함하는 인덕티브 커플링 송수신 장치의 공진 보상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    위상 주파수 측정기, 센스 증폭기, FSM 제어기, 디코더 및 발진기 중 어느 하나, 또는 이것들의 임의의 조합의 전원을 제어하는 전원 제어부를 더 포함하는, 인덕티브 커플링 장치의 공진 보상 장치.
  6. 제1항에 따른 인덕티브 커플링 송수신 장치에서 상기 인덕터의 인덕턴스를 보상하는 방법에 있어서,
    상기 발진기의 발진 주파수를 미리 정해진 기준 주파수와 비교하는 단계; 및
    상기 주파수 비교 결과에 따라 상기 커패시터 뱅크의 캐패시턴스를 변화시키는 단계
    를 포함하는 인덕턴스 보상 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캐패시턴스를 변화시키는 단계는,
    상기 발진 주파수의 주파수가 상기 기준 주파수보다 높은 경우, 상기 캐패시턴스를 증가시키고, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수보다 낮은 경우, 상기 캐패시턴스를 감소시키고, 상기 발진 주파수가 상기 기준 주파수와 동일한 경우, 상기 캐패시턴스를 유지하는 단계를 포함하는, 인덕턴스 보상 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐패시턴스를 증가시키는 경우, 상기 캐패시턴스의 증가 후 값이 상기 캐패시턴스의 증가 전 값의 1.5배가 되도록 증가시키고, 상기 캐패시턴스를 감소시키는 경우, 상기 캐패시턴스의 증가 후 값이 상기 캐패시턴스의 증가 전 값의 0.5배가 되도록 감소시키는, 인덕턴스 보상 방법.
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