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KR102074947B1 - Ｎｆｃ 안테나 모듈 및 이를 포함하는 ｎｆｃ 모듈 - Google Patents

Ｎｆｃ 안테나 모듈 및 이를 포함하는 ｎｆｃ 모듈 Download PDF

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KR102074947B1
KR102074947B1 KR1020130161779A KR20130161779A KR102074947B1 KR 102074947 B1 KR102074947 B1 KR 102074947B1 KR 1020130161779 A KR1020130161779 A KR 1020130161779A KR 20130161779 A KR20130161779 A KR 20130161779A KR 102074947 B1 KR102074947 B1 KR 102074947B1
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KR
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nfc
antenna module
antenna
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matching circuit
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노형환
송일종
장요한
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삼성전자 주식회사
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Abstract

NFC 안테나 모듈 및 이를 포함하는 NFC 모듈이 개시된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, NFC 안테나 모듈은 NFC 안테나 모듈에 포함되는 공진부에 의해 공진 주파수가 제1 주파수로 설정될 수 있다. NFC 모듈은 NFC 안테나 모듈과 연결되는 매칭 회로를 포함할 수 있고, 매칭 회로는 안테나 모듈이 착탈 가능하도록 외부로 노출된 단자들을 포함할 수 있다.

Description

ＮＦＣ 안테나 모듈 및 이를 포함하는 ＮＦＣ 모듈{NFC antenna module and NFC module including the same}
본 발명의 기술적 사상은 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 안테나 모듈 및 이를 포함하는 NFC 모듈에 관한 것으로서, 자세하게는 자기장에 기초하여 무선으로 데이터를 송수신하는 NFC 안테나 모듈 및 이를 포함하는 NFC 모듈에 관한 것이다.
근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC)은 약 10 cm 이내의 가까운 거리에서 무선으로 데이터를 주고받는 기술이다. 예를 들면, NFC는 소비자가 물건을 살 때 결재 수단으로서 사용되거나, 휴대용 통신 기기 사이의 데이터 전송의 수단으로서 사용될 수 있다. NFC 표준(예컨대, ISO/IEC 21481)은 통신 프로토콜 및 데이터 교환 포맷 등을 규정하고 있으며, 13.56 MHz 대역의 주파수를 사용한다.
NFC를 지원하는 통신 기기들, 예컨대 휴대용 전화기, 랩탑 컴퓨터 등은 NFC를 위한 안테나를 구비할 수 있고, 안테나를 통해서 전송할 신호를 변조하는 변조기 및 안테나를 통해서 수신된 신호를 복조하는 복조기를 구비할 수 있다. NFC 안테나는 수동 소자들을 통해서 변조기 및 복조기에 연결될 수 있고, 안테나에 의해 발생된 자기장에 기초하여 다른 통신 기기와 무선 통신할 수 있도록 통신 기기의 케이스의 내측면에 장착될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 NFC 안테나 모듈 및 이를 포함하는 NFC 모듈에 관한 것으로서, 공진 주파수가 제1 주파수인 NFC 안테나 모듈 및 이를 포함하는 NFC 모듈을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상의 일면에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 안테나 모듈은 제1 및 제2 단자, 상기 제1 및 제2 단자에 연결된 안테나, 및 공진부를 포함할 수 있다. 상기 공진부는 제1 및 제2 단자에 연결될 수 있고, 상기 제1 및 제2 단자 사이의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 값이 결정되는 제1 수동 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 수동 소자는 상기 제1 주파수 및 상기 안테나의 인덕턴스에 기초하여 캐패시턴스가 결정되는 캐패시터일 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 NFC 안테나 모듈은 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 외부의 매칭 회로와 연결될 수 있고, 상기 제1 및 제2 단자는 상기 NFC 안테나 모듈이 상기 매칭 회로로부터 착탈 가능하도록 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 NFC 안테나 모듈은 휴대용 통신 장치의 배터리에 장착될 수 있고, 상기 배터리의 단자들 중 2개를 상기 제1 및 제2 단자로서 사용할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 NFC 안테나 모듈은 휴대용 통신 장치의 배터리 커버에 장착될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 NFC 안테나 모듈은 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board)을 더 포함할 수 있고, 상기 안테나 및 상기 제1 수동 소자는 상기 연성 인쇄 회로 기판에 장착될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 주파수는 13 MHz 이상 14 MHz 이하의 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 일면에 따른 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 모듈은 매칭 회로 및 NFC 컨트롤러를 포함할 수 있다. 매칭 회로는 제1 주파수에서 공진하는 안테나 모듈과 연결되고 복수개의 수동 소자들을 포함할 수 있다. NFC 컨트롤러는 상기 매칭 회로와 연결될 수 있고, 제2 주파수의 신호를 출력하거나 입력받을 수 있다. 상기 제1 주파수는 상기 복수개의 수동 소자들과 무관하게 결정될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 복수개의 수동 소자들 각각의 값은 상기 제1 주파수에서의 임피던스에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 매칭 회로는 상기 안테나 모듈과 접촉하는 하나 이상의 단자들을 포함할 수 있고, 상기 단자들은 상기 안테나 모듈이 착탈 가능하도록 외부에 노출될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 NFC 컨트롤러는 상기 안테나 모듈을 통해서 전송되는 결제 정보와 관련된 데이터를 저장하는 보안 요소(secure element)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 매칭 회로는 반도체 칩 패키지를 포함할 수 있고, 상기 반도체 칩 패키지는 상기 복수개의 수동 소자들을 캡슐화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제2 주파수는 13.56 MHz일 수 있고, 상기 제1 주파수는 13 MHz 이상 14 MHz 이하의 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 안테나 모듈은 상기 NFC 모듈에 포함될 수 있고, 상기 안테나 모듈은 안테나 및 상기 안테나 모듈의 공진 주파수가 상기 제1 주파수가 되도록 값이 결정되는 제1 수동 소자를 구비하는 공진부를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 수동 소자는 상기 제1 주파수 및 상기 안테나의 인덕턴스에 기초하여 캐패시턴스가 결정되는 캐패시터일 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, NFC 안테나 모듈은 일정한 공진 주파수를 가질 수 있고, NFC 모듈은 NFC 안테나 모듈에 포함되는 NFC 안테나의 형태와 독립적으로 설계될 수 있으므로, NFC 모듈의 생산성이 향상될 수 있다.
또한, NFC 모듈이 장착되는 통신 기기의 설계 과정에서 NFC 안테나의 배치에 대한 자유도가 높아짐으로써, 통신 기기의 설계의 효율성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 NFC 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 공진부의 구현예들을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 안테나 모듈의 구현예들을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 1의 매칭 회로 및 NFC 컨트롤러를 나태내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 NFC 모듈의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 안테나 모듈의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 안테나 모듈의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 NFC 모듈을 포함하는 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 NFC 모듈(10)을 나타내는 블록도이다. 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 모듈(10)은 다른 통신 기기(20)와 무선으로 데이터를 주고받을 수 있고, 호스트(30)와 통신할 수 있다. NFC 모듈(10)은 호스트(30)가 전송한 데이터에 기초하여 다른 통신 기기(20)로 신호를 전송하거나, 다른 통신 기기(20)로부터 수신된 신호에 기초한 데이터를 호스트(30)로 전송할 수 있다. 호스트(30)는 NFC 모듈(10)이 포함된 통신 기기에 포함되는 컨트롤러, 예컨대 범용 프로세서, 어플리케이션 프로세서, 기타 시스템 온 칩(system on chip; SOC) 등이 될 수 있다. 호스트(30)는 NFC 모듈(10)을 통해서 NFC를 지원하는 다른 통신 기기(20)와 통신할 수 있다. 다른 통신 기기(20)도 NFC를 통한 데이터 송수신을 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 NFC 모듈(10)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, NFC 모듈(10)은 안테나 모듈(100), 매칭 회로(matching circuit)(200) 및 NFC 컨트롤러(300)를 포함할 수 있다. NFC 안테나 모듈이라고 지칭될 수도 있는 안테나 모듈(100)은 수신된 신호에 따라 자기장을 발생시키거나, 외부에서 발생된 자기장에 응답하여 신호를 발생시킬 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100)은 제1 단자(101), 제2 단자(102) 및 공진부(110)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100)은 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 통해서 매칭 회로(200)와 연결될 수 있고, 안테나 모듈(100)이 전송할 신호 또는 안테나 모듈(100)이 수신한 자기장에 따른 신호가 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 통해서 전달될 수 있다.
안테나 모듈(100)에 포함된 공진부(110)는 안테나 모듈(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다. 안테나 모듈(100)은 무선 통신의 효율을 높이기 위해서, NFC의 표준에 따른 13.56MHz에 근접한 주파수를 공진 주파수로서 가지도록 설계될 수 있다. 즉, 제1 단자(101) 및 제2 단자(102) 사이의 공진 주파수가 13.56 MHz에 근접할 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(100)의 공진 주파수인 제1 주파수는 공진부(110)에 의해 13 MHz 이상 14 MHz이하의 범위에 있도록 설정될 수 있다. 공진부(110)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 매칭 회로(200)는 NFC 컨트롤러(300)와 신호를 주고받을 수 있다. 또한, 매칭 회로(200)는 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 전기적으로 연결된 단자들(201, 202)을 포함할 수 있고, 안테나 모듈(100)과 신호를 주고받을 수 있다. 매칭 회로(200)는 적어도 하나의 수동 소자, 예컨대 저항, 캐패시터, 인덕터 등을 포함할 수 있고, NFC 컨트롤러(300) 및 안테나 모듈(100) 사이에서 임피던스를 변환할 수 있다. 예컨대, 매칭 회로(200)는 복수개의 도선들을 통해서 NFC 컨트롤러(300)와 연결될 수 있다. 제1 단자(101) 또는 제2 단자(102)를 통해서 이동하는 신호가 상기 복수개의 도선들을 통해서 왜곡되지 않고 이동할 수 있도록, 매칭 회로(200)에 포함된 수동 소자들의 배치 및 특성값(즉, 캐패시턴스, 저항치, 인덕턴스)이 결정될 수 있다.
NFC 컨트롤러(300)는 NFC 모듈(10)의 동작을 제어할 수 있고, NFC 모듈(10)의 외부에 있는 호스트(30)와 통신할 수 있다. 예컨대, NFC 컨트롤러(300)는 호스트(30)와 통신하여 데이터를 수신할 수 있고, 수신된 데이터를 변조하여 생성된 신호를 매칭 회로(200)로 출력할 수 있다. 또한, NFC 컨트롤러(300)는 매칭 회로(200)를 통해서 수신된 신호를 복조하여 생성된 데이터를 호스트(30)로 전송할 수 있다. NFC 컨트롤러(300)는 반도체 장치로 구현될 수 있으며, NFC 칩이라고 지칭될 수도 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, NFC 컨트롤러(300)는 보안 요소(Secure Element; SE)를 포함할 수 있고, 보안 요소는 결재 정보 및 사용자의 신분 정보와 관련된 데이터를 저장할 수 있다. NFC 컨트롤러(300)는 제2 주파수의 신호를 출력할 수 있고, 제2 주파수의 신호를 입력받을 수 있다. NFC 표준에 따라 제2 주파수는 13.56 MHz일 수 있다.
비록 도 1은 NFC 모듈(10)이 다른 통신 기기(20)와 무선 통신하는 실시예를 도시하였으나, NFC는 기기 간 통신(P2P) 뿐만 아니라 리더/태그 동작 및 카드 에뮬레이션 동작을 지원할 수 있으므로, 본 발명의 예시적 실시예에 다른 NFC 모듈(10)은 NFC가 지원하는 동작에 따라 통신 기기(20)와 다른 외부의 대상과 무선 통신하는 어플리케이션에도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈(100)의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 안테나 모듈(100)은 일체형으로서 매칭 회로(200)와 분리될 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(100)은 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)가 장착된 통신 기기 또는 기판에 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 연결함으로써 매칭 회로(200)와 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적 실시예에 따라 안테나 모듈(100)은 매칭 회로(200)로부터 착탈 가능(detachable) 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100)은 안테나 모듈(100)의 외부로 노출된 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 포함할 수 있다. 또한, 안테나 모듈(100)은 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결된 공진부(110) 및 안테나(120)를 포함할 수 있다. 안테나(120)는 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 통해서 매칭 회로(200)로부터 수신되는 신호에 따라 자기장을 발생시킬 수 있고, 발생된 자기장에 의해서 무선으로 신호가 전송될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 안테나(120)는 안테나(120)를 통해서 흐르는 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일일 수 있고, 특정 인덕턴스를 가질 수 있다. 안테나(120)의 인덕턴스는 코일의 형태에 따라 변경될 수 있으며, 코일의 형태는 안테나(120)가 장착되는 공간에 따라 결정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공진부(110)는 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결될 수 있고, 이에 따라 안테나(120)와도 연결될 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 공진부(110)는 안테나 모듈(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다. 예컨대, 공진부(110)는 안테나(120)의 인덕턴스에 기초하여 안테나 모듈(100)의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 설계될 수 있다. 공진부(110)는 적어도 하나의 수동 소자를 포함할 수 있으며, 수동 소자는 안테나(120)와 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 안테나 모듈(100)의 공진 주파수는 제1 주파수(예컨대, 14 MHz)로 설정될 수 있다. 즉, 안테나 모듈(100)은 안테나 모듈(100)이 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 통해서 연결되는 매칭 회로(200)와 독립적으로 공진 주파수가 설정될 수 있다. 안테나 모듈(100)은 안테나(120)뿐만 아니라 공진부(110)를 포함함으로써, 제1 주파수에서 공진되는 특성을 가질 수 있다. 만일, 안테나 모듈(120)이 안테나(120)만을 포함하고, 매칭 회로(200)가 공진부(110)를 포함하는 경우, 매칭 회로(200)는 안테나 모듈(120)의 안테나(120)의 형태가 변경될 때 마다 다시 설계될 수 있다. 한편, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈(120)과 연결되는 매칭 회로(200)는 안테나 모듈(100)이 장착되는 공간에 따라 변경되는 안테나(120)의 형태를 고려하지 않고서(즉, 안테나(120)의 인덕턴스를 고려하지 않고서), 안테나 모듈(100)의 공진 주파수인 제1 주파수를 고려하여 독립적으로 설계될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 공진부(110)의 구현예들을 나타내는 도면들이다. 도 2를 참조하면, 공진부(110)는 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결될 수 있고, 안테나(120)에 연결될 수 있다. 공진부(110)는 적어도 하나의 수동 소자를 포함할 수 있으며, 수동 소자의 배치 및 값은 안테나(120)(또는 안테나(120)의 인덕턴스)와 함께 안테나 모듈(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 공진부(110)가 포함하는 수동 소자의 배치 및 특성값은 안테나 모듈(100)의 공진 주파수인 제1 주파수에 따라 결정될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 캐패시터를 포함하는 공진부(130a)를 나타낸다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 공진부(130a)는 캐패시터를 포함할 수 있다. 캐패시터는 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결될 수 있고, 안테나(120)와 병렬 연결될 수 있다. 도 3a에 도시된 실시예에서, 캐패시터의 캐패시턴스(C) 및 안테나(120)의 인덕턴스(L)에 따라 안테나 모듈(100)의 공진 주파수(f)는 아래 수식에 의해서 계산될 수 있다.
[수학식 1]
f={2π(LC)1/2}-1
안테나(120)의 인덕턴스(L)는 안테나(120)의 형태에 따라 결정되므로, 안테나 모듈(100)이 NFC 표준의 주파수 대역인 13.56 MHz에 근접한 공진 주파수를 갖도록 캐패시턴스(C)가 조절될 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(120)의 공진 주파수(f)인 제1 주파수가 14 MHz이고, 안테나(120)의 인덕턴스(L)가 10 μH일 때, 공진부(110)에 포함된 캐패시터의 캐패시턴스(C)는 상기 수학식 1에 의해서 약 13pF으로 계산될 수 있다. 한편, 안테나 모듈(100)이 인덕턴스(L)가 15μH인 안테나(120)를 포함하는 경우, 공진부(110)에 포함된 캐패시터의 캐패시턴스(C)는 상기 수학식 1에 의해서 약 8.6pF으로 계산될 수 있다. 이와 같이, 공진부(110)에 포함된 캐패시터의 캐패시턴스(C)는 제1 주파수 및 안테나(120)의 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해서, 공진부(110)는 캐패시터의 캐패시턴스(C)를 조절함으로써 주어진 안테나(120)의 인덕턴스(L)를 고려하여, 안테나 모듈(100)의 공진 주파수를 제1 주파수로 설정할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 캐패시터 및 저항을 포함하는 공진부(130b)를 나타낸다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 공진부(130b)는 병렬 연결된 캐패시터 및 저항을 포함할 수 있고, 캐패시터 및 저항은 각각 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈(100)은 캐패시터, 저항 및 인덕터(즉, 안테나(120))가 병렬 연결된 회로와 등가적일 수 있다. 도 3b에 도시된 실시예에서, 캐패시터의 캐패시턴스(C) 및 안테나(120)의 인덕턴스(L)에 따라 안테나 모듈(100)의 공진 주파수(f)는 도 3a에 도시된 실시예와 같이 상기 수학식 1에 의해서 계산될 수 있다. 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)로 공급되는 공진 주파수의 신호에 의해서, 안테나 모듈(100)이 공진 주파수에서 동작할 때 제1 단자(101) 및 제2 단자(102) 사이의 임피던스(또는 어드미턴스)는 저항의 저항치(R)에 의해 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 안테나 모듈(100)의 구현예들을 나타내는 도면이다. 안테나 모듈(100)이 포함하는 안테나(120)의 형태는 안테나(120)가 장착되는 공간에 의해서 결정될 수 있을 뿐만 아니라, 요구되는 안테나(120)의 인덕턴스에 따라 결정될 수 있다. 결과적인 안테나(120)의 인덕턴스에 따라, 공진부(110)는 안테나 모듈(100)의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 포함하고 있는 수동 소자의 배치 및 값을 결정할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 안테나(120)는 단일 코일 안테나 또는 2개의 루프 안테나를 동일한 단면을 갖도록 추가하여 자기공진현상을 통해 강한 자계(magnetic field)를 형성하게 하는 듀얼 루프 안테나일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 안테나들(140a 내지 140c)이 제1단자(101) 및 제2 단자(102)를 통해서 매칭 회로(200)의 단자들(201, 202)에 연결될 수 있다. 안테나들(140a 내지 140c)의 형태에 따라 설계된 공진부들(130c 내지 130e)이 안테나들(140a 내지 140c)에 각각 연결될 수 있다. 공진부들(130c 내지 130e)은 제1 단자(101) 및 제2 단자(102) 사이의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 설계될 수 있으며, 예컨대 공진부들(130c 내지 130e) 각각이 포함하는 캐패시터들의 캐패시턴스들이 조절될 수 있다. 이에 따라, 매칭 회로(200)는 안테나들(140a 내지 140c)의 형태에 독립적으로 설계될 수 있고, 제1 주파수의 공진 주파수를 가지는 안테나 모듈(100)에 호환 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 도 1의 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)를 나타내는 블록도이다. 도 1을 같이 참조하면, 매칭 회로(200)는 안테나 모듈(100)의 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)와 각각 연결된 단자들(201, 202)를 통해서 안테나 모듈(100)과 연결될 수 있고, 복수개의 도선을 통해서 NFC 컨트롤러(300)와 연결될 수 있다. 매칭 회로(200)는 NFC 컨트롤러(300) 및 안테나 모듈(100) 사이에서 임피던스를 변환할 수 있고, 신호를 전달할 수 있다. NFC 컨트롤러(300)는 매칭 회로(200)에 신호를 출력하거나, 매칭 회로(200)로부터 신호를 입력받을 수 있고, NFC 모듈(10) 외부의 호스트(30)와 통신할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 매칭 회로(200)는 송신기 인터페이스(210), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)를 포함할 수 있다. 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)는 각각 안테나 모듈(100)의 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 연결될 수 있으며, 제1 단자(101) 또는 제2 단자(102)를 통하여 신호를 출력하거나 신호를 입력 받을 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)는 NFC 컨트롤러(300)에 포함되는 NFC 송신기(310), NFC 수신기(320) 및 NFC 카드(330)에 각각 연결될 수 있다.
공진 주파수에서 동작하는 안테나 모듈(100)은 높은 임피던스를 가질 수 있다. 한편, 안테나 모듈(100)의 안테나(120)를 통해서 발생되는 자기장의 세기를 강하게 하기 위하여 NFC 컨트롤러(300)는 높은 전류를 출력할 수 있고, 이를 위하여 NFC 컨트롤러(300)와 연결되는 매칭 회로(200)는 낮은 입력 임피던스를 가질 수 있다. 따라서, 매칭 회로(200)는 NFC 컨트롤러(300) 및 안테나 모듈(100) 사이에서 임피던스를 변환하는 기능을 할 수 있다.
매칭 회로(200)의 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)는 수동 소자(예컨대, 저항, 캐패시터, 인덕터 등)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)는 하나 이상의 캐패시터들을 포함할 수 있다. 도 5는 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)가 캐패시터만을 포함하는 실시예를 도시하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다.
도 4에서 설명한 바와 같이, 안테나 모듈(100)의 공진 주파수는 안테나 모듈(100)에 포함된 공진부(110)에 의해서 제1 주파수로 설정되므로, 매칭 회로(200)의 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)는 안테나 모듈(100)에 독립적으로 설계될 수 있다. 즉, 송신기 인터페이스(220), 수신기 인터페이스(220) 및 카드 인터페이스(230)가 포함하는 수동 소자의 배치 및 값은 안테나 모듈(100)에 독립적으로 설계될 수 있다. NFC 모듈(10)은 공진하는 안테나 모듈(100)을 이용하여 무선 통신을 하기 때문에, 매칭 회로(200)에 포함된 수동 소자의 배치 및 값은 제1 주파수에서의 수동 소자의 임피던스에 따라 결정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, NFC 컨트롤러(300)는 NFC 송신기(310), NFC 수신기(320) 및 NFC 카드(330)를 포함할 수 있다. 도 1을 함께 참조하면, NFC 송신기(310)는 호스트(30)로부터 수신된 데이터를 변조하는 변조기(modulator)를 포함할 수 있다. NFC 송신기(310)는 변조된 신호를 매칭 회로(200)의 송신기 인터페이스(210)로 출력할 수 있다. 또한, NFC 송신기(310)는 호스트(30)로부터 수신된 데이터를 인코딩하는 인코더를 포함할 수 있고, 변조기는 인코더가 출력하는 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.
NFC 수신기(320)는 매칭 회로(200)의 수신기 인터페이스(220)로부터 수신한 신호를 복조하는 복조기(demodulator)를 포함할 수 있다. NFC 수신기(320)는 복조된 데이터를 호스트(30)에 전송할 수 있다. 또한, NFC 수신기(320)는 복조기가 출력하는 데이터를 디코딩하는 디코더를 포함할 수 있고, NFC 수신기(320)는 디코더가 출력하는 디코딩된 데이터를 호스트(30)에 전송할 수 있따.
NFC 카드(330)는 결재 정보와 관련된 데이터를 저장할 수 있고, 저장된 데이터에 기초한 신호를 매칭 회로(200)의 카드 인터페이스(230)로 출력할 수 있다. NFC 카드(330)와 같이 보안이 필요한 정보와 관련된 데이터를 저장하거나 처리하는 블록을 보안 요소(secure element; SE)라고 한다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, NFC 컨트롤러(300)는 반도체 장치로 구현될 수 있으며, 보안 요소는 NFC 컨트롤러(300)가 구현된 반도체 장치에 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 NFC 모듈(10)의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 1에서 설명한 바와 같이, NFC 모듈(10)은 안테나 모듈(100), 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)은 기판(1)상에 장착될 수 있고, 서로 연결될 수 있다. 안테나 모듈(100)은 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)와 별개로 제조될 수 있고, 기판(2)상에 장착된 공진부(110), 안테나(120), 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100)의 외부로 노출된 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 매칭 회로(200)와 연결된 기판(1) 상의 단자들(201, 202)과 연결시킴으로써, 안테나 모듈(100) 및 매칭 회로(200)는 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)가 장착된 기판(1)은 경성 인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board; RPCB)일 수 있다. 한편, 안테나 모듈(100)의 공진부(110), 안테나(120), 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)가 장착된 기판(2)은 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB)일 수 있다. 예를 들면, 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트로러(300) 외에도 도 1에 도시된 호스트(30)가 기판(1)상에 장착될 수 있고, 기판(1)은 멀티 레이어를 포함하는 기판일 수 있다. 한편, 안테나 모듈(100)은 무선 통신을 위해서 통신 기기의 외부 표면에 가까운 공간에 장착될 수 있고 회로의 구조가 단순하므로, 기판(2)은 두께가 얇고 연성일 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예들에 따라, 기판(1) 상의 단자들(201, 202)과 안테나 모듈(100)의 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)는 납땜으로써 전기적으로 연결되거나, 기판(1) 및 기판(2)을 각각 지지하는 구조물들에 의해서 접촉됨으로써 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 매칭 회로(200)은 반도체 칩 패키지(250)를 포함할 수 있고, 반도체 칩 패키지(250)는 매칭 회로(200)에 포함된 수동 소자들을 캡슐화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 매칭 회로(200)는 안테나 모듈(100)에 포함된 안테나(120)의 형태와 독립적으로 설계될 수 있으므로, 매칭 회로(200)는 미리 정해진 배치 및 값의 수동 소자들을 반도체 칩 패키지(250)로 캡슐화 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 안테나 모듈(100)의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 7을 참조하면, NFC 모듈(10)은 휴대용 전화기(1000)에 포함될 수 있다. 휴대용 전화기(1000)는 NFC 모듈(10)을 통해서 다른 휴대용 기기와 음성 데이터, 영상 데이터 또는 주소록 등을 송수신할 수 있다. 또한, 휴대용 전화기(1000)의 소유자는 제공받은 재화나 용역에 대해 NFC 모듈(10)을 통해서 지불할 수 있으며, 자신의 신분을 제시하는 수단으로서 NFC 모듈(10)을 사용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 휴대용 전화기(1000)는 본체(1100)와 배터리 커버(또는 뒷면 커버)(1200)로 분리될 수 있다. 본체(1100)는 배터리(400a)를 포함할 수 있고, 도 6에 도시된 매칭 회로(200) 및 NFC 컨트롤러(300)가 장착된 기판(1)을 포함할 수 있다. 또한, 본체(1100)는 매칭 회로(200)와 안테나 모듈(100)을 연결하기 위해 노출된 단자들(201, 202)을 포함할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100)은 배터리 커버(1200)의 내면 상에 장착될 수 있다. 안테나 모듈(100)은 공진부(110), 안테나(1400), 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)를 포함할 수 있다. 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)는 본체(1100)의 단자들(201, 202)과 각각 전기적으로 연결되기 위하여 노출되어 있으며, 배터리 커버(1200)가 본체(1100)에 결합되는 경우 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)는 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 안테나 모듈(100)은 매칭 회로(200)로부터 착탈 가능할 수 있다.
전술한 바와 같이, NFC를 통한 무선 통신은 10 cm이내의 거리에서 이루어지고, 서로 통신하는 안테나들 사이의 거리가 10 cm이내의 거리에 있는 것이 요구될 수 있다. 한편, 안테나(120)에서 발생되거나 유도되는 자기장이 왜곡되지 않도록 안테나(120)는 다른 전자 부품들보다 휴대용 전화기(1000)의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나(120)를 포함하는 안테나 모듈(100)은 휴대용 전화기(1000)의 배터리 커버(1200)의 안쪽면에 장착될 수 있다. 사용자는 본체(1100)와 배터리 커버(1200)가 결합된 휴대용 전화기(1000)의 후면을 다른 NFC를 지원하는 통신 기기와 접촉시키거나 근접하게 위치시킴으로써 NFC를 통한 무선 통신을 할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 공진부(110)가 안테나 모듈(100)내에서 안테나(120)와 함께 배터리 커버(1200)에 장착될 수 있다. 이에 따라, 휴대용 전화기(1000)의 설계 과정에서 안테나 모듈(100)이 위치할 배터리 커버(1200)의 형상이 변경되어 안테나(120)의 인덕턴스가 변경되더라도 본체(1100)에 장착되어 있는 매칭 회로(200)는 그에 따라 설계를 수정하지 않을 수 있다. 즉, 매칭 회로(200)는 안테나 모듈(100)과 독립적으로 설계될 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 안테나 모듈(100)의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100)은 배터리(400b)에 장착될 수 있다. 안테나 모듈(100)은 배터리(400b)와 단자들을 공유할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100)은 배터리(400b) 단자들(401 내지 404) 중 2개를 안테나 모듈(100)의 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)로서 사용할 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(100)은 배터리(400b)의 단자들(402, 403)을 각각 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)로서 사용할 수 있다. 배터리(400b)는 휴대용 전자 장치, 예컨대 휴대용 전화기, 랩탑(laptop) 컴퓨터 등에 장착될 수 있고, 단자들(401 내지 404)을 통해서 전원을 공급할 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 NFC 모듈(2400)을 포함하는 컴퓨팅 시스템(2000)을 나타내는 블록도이다. 모바일 기기, 데스크 탑 컴퓨터 또는 서버와 같은 컴퓨팅 시스템(2000)에서 본 발명의 예시적 실시예들 중 하나에 따른 NFC 모듈(2400)이 장착될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(2000)은 중앙처리장치(2100), 램(2200), 유저 인터페이스(2300) 및 NFC 모듈(2400)를 포함할 수 있으며, 이들 구성요소들은 각각 버스(2500)에 전기적으로 연결될 수 있다.
중앙처리장치(2100)는 컴퓨팅 시스템(2000)을 제어할 수 있고, NFC 모듈(2400)을 통해서 컴퓨팅 시스템(2000)의 외부로 전송할 데이터를 버스(2500)를 통해서 NFC 모듈(2400)에 전송할 수 있다. 램(2200)은 중앙처리장치(2100)의 데이터 메모리로서 기능할 수 있고, 예컨대 DRAM을 포함할 수 있다. 유저 인터페이스(2300)는 컴퓨팅 시스템(2000)의 유저로부터 명령을 수신하거나 유저에 대하여 신호(예컨대, 음성 또는 영상 데이터)를 출력할 수 있다.
전술한 예시적 실시예들과 같이 NFC 모듈(2400)은 NFC 모듈(2400)은 안테나 모듈, 매칭 회로 및 NFC 컨트롤러를 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 안테나, 공진부, 제1 및 제2 단자를 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 제1 및 제2 단자 사이의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 설정될 수 있고, 공진부는 안테나 모듈의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 설계될 수 있다. 매칭 회로는 안테나 모듈의 제1 및 제2 단자와 연결될 수 있고, NFC 컨트롤러와 연결될 수 있다. 매칭 회로는 안테나 모듈 및 NFC 컨트롤러 사이에서 임피던스를 변화할 수 있고, 신호를 전달할 수 있다. NFC 컨트롤러는 버스(2500)를 통해서 데이터를 수신하거나 전송할 수 있다. NFC 컨트롤러는 버스(2500)를 통해서 수신한 데이터를 인코딩 및/또는 변조할 수 있고, 매칭 회로를 통해서 수신한 신호를 복조 및/또는 디코딩하여 버스(2500)를 통해서 전송할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 외부의 매칭 회로로부터 착탈가능하도록 외부로 노출된 제1 및 제2 단자;
    상기 제1 및 제2 단자에 연결된 안테나; 및
    상기 제1 및 제2 단자에 연결되고, 상기 제1 및 제2 단자 사이의 공진 주파수가 제1 주파수가 되도록 값이 결정되는 제1 수동 소자를 구비하는 공진부를 포함하고,
    상기 제1 주파수는 상기 매칭 회로와 무관하게 상기 안테나 및 상기 공진부에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 수동 소자는
    상기 제1 주파수 및 상기 안테나의 인덕턴스에 기초하여 캐패시턴스가 결정되는 캐패시터인 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 모듈
  3. 제1항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 모듈은 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 외부의 매칭 회로와 연결되는 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 모듈은 휴대용 통신 장치의 배터리에 장착되고, 상기 배터리의 단자들 중 2개를 상기 제1 및 제2 단자로서 사용하는 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 모듈은 휴대용 통신 장치의 배터리 커버에 장착되는 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 모듈은 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board)을 더 포함하고,
    상기 안테나 및 상기 제1 수동 소자는 상기 연성 인쇄 회로 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 모듈.
  7. 안테나를 포함하고, 제1 주파수에서 공진하는 안테나 모듈;
    상기 안테나 모듈이 착탈 가능하도록 외부에 노출된 하나 이상의 단자들을 통해서 상기 안테나 모듈과 연결되고, 복수개의 수동 소자들을 포함하는 매칭 회로; 및
    상기 매칭 회로와 연결되고, 제2 주파수의 신호를 출력하거나 입력받는 NFC 컨트롤러를 포함하고,
    상기 안테나 모듈은 상기 하나 이상의 단자들 사이 공진 주파수가 상기 제1 주파수가 되도록 값이 결정되는 제1 수동 소자를 구비하는 공진부를 포함하고,
    상기 제1 주파수는 상기 복수개의 수동 소자들과 무관하게 상기 안테나 및 상기 공진부에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication; NFC) 모듈.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 NFC 컨트롤러는 상기 안테나 모듈을 통해서 전송되는 결제 정보와 관련된 데이터를 저장하는 보안 요소(secure element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 NFC 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 회로는 반도체 칩 패키지를 포함하고,
    상기 반도체 칩 패키지는 상기 복수개의 수동 소자들을 캡슐화하는 것을 특징으로 하는 NFC 모듈.
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