A Design and Implementation of NFC Bridge Chip

This paper describes a design and implementation of the NFC bridge chip which performs interface between kinds of devices and mobile phones including NFC controller through NFC communication. The NFC bridge chip consists of the digital part and the analog part which are based on NFC Forum standard. Therefore the chip treats RF signals and then transforms the signal to digital data, so it can interface kinds of devices with the digital data. Especially the chip is able to detect RF signals and then wake up the host processor of a device. The wakeup function dramatically decreases the power consumption of the device. The carrier frequency is 13.56MHz, and the data rate is up to 424kbps. The chip has been fabricated with SMIC 180nm mixed-mode technology. Additionally an NFC bridge chip application to the blood glucose measurement system is described for an application example.

NFC 브릿지 칩 설계 및 구현

최근 NFC(Near Field Communication)기능을 내장한 스마트폰의 급속한 보급과 더불어 다양한 응용분야와 서비스들이 생겨나고 있다. 기존 비접촉식 스마트카드의 주요 기능이었던 전자식 잠금장치(DDL; Digital Door Lock)와 전자결제를 휴대폰으로 대체할 수 있을 뿐 아니라, Bluetooth 나 Wifi 등의 통신기술에서 초기 setup 과정의 번거로움을 덜어주는 페어링(Pairing) 기능, 가전제품들을 휴대폰으로 모니터링하고 컨트롤하는 기능, 최근 수요가 급격히 증가하고 있는 다양한 센서들의 데이터를 휴대폰으로 수집하여 통신망으로 연결시켜 주는 기능 등 수요가 급격히 증가하고 있다. 이 다양한 센서들과 NFC가 접목됨으로써 한동안 국가적으로 추진해 왔던 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 한층 활성화 할 것으로 기대된다. 또한 이는 최근에 큰 화두가 되고 있는 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 기술의 핵심이라고 할 수 있는데, IoT 의 최종단에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 이러한 기능들을 수행하기 위해서는 NFC 브릿지라고 하는 즉, 각종 디바이스와 휴대폰의 NFC 컨트롤러칩을 연결시켜 주는 기능을 하는 칩이 필요하게 된다. 기존의 Passive 태그 칩 기능에 다양한 디바이스들과의 인터페이스 기능을 추가함으로써 간단하면서도 저렴한 NFC 브릿지 기능을 수행할 수 있도록 하는 칩이다. 본 연구에서는 NFC Forum에서 만든 NFC 표준을 기반으로 하여 NFC 브릿지 칩을 설계하고 구현하였다. 이 칩은 크게 디지털 파트와 아날로그 파트로 구성이 되어 있어서, RF 신호 처리와 이를 디지털 신호로 변환하여 디바이스와 인터페이스가 가능하도록 하였다. 특히 RF 감지를 통하여 디바이스의 호스트 프로세서를 깨우는 기능을 추가함으로써 디바이스의 전력손실을 최소화 할 수 있다. 이 기능은 무전원 혹은 저전력 디바이스에 주로 사용되기 때문에 아주 중요한 기능이라고 할 수 있다. 캐리어 주파수는 13.56MHz를 사용하고 있고, 데이터 전송속도는 212kbps 및 424kbps를 지원하고 있으며, SMIC 180nm mixed-mode 공정을 사용하여 제작되어졌다. 제작된 칩의 기능과 성능을 검증하기 위하여 혈당측정기에 적용을 하여 NFC 혈당측정기 시스템을 구현하였는데, 이 구현된 시스템도 본 논문에 기술하였다.