KR100219020B1 - 3선저전력전송기 - Google Patents

Abstract

3 선 전송기(50)는 AC 신호를 제1 외부 장치(59)와 양방향성으로 통신하고 DC 신호를 제2 외부장치(59)에 송신한다. 전송기(50)는 센서 회로(52) 및 통신 회로(70)를 포함하는데,두 회로는 전송기(50)의 전력 단자(66) 및 공통 단자(69)로부터 에너지를 공급받는다. 통신 회로(70)는 감지된 공정 변수를 표시하는 센서 출력을 수신하고, DC 및 AC 신호를 두 외부 장치(59)에 접속된 신호 단자(68)에 공급하며, 제1 외부 장치(59)로부터 AC 신호를 수신한다. DC 신호는 감지된 공정 변수를 표시하고 AC 신호는 감지된 공정 변수 및 수신된 AC 신호에 의해 선택된 전송기 데이타를 디지탈적으로 표시한다.

Description

[발명의 명칭]

3 선 저 전력 전송기

[발명의 배경]

본 발명은 3 선 중 제1 및 제2 선에 대해 전력을 수신하고 제3 선에 대해 제어기와 통신하는 공정 변수 전송기에 관한 것이다.

[발명의 개요]

일반적으로,3 선 전송기는 AC 신호를 제1 외부 장치와 양방향성으로 통신하고 DC 신호를 제2 외부 장치에 송신한다. 전송기는 외부 에너지원의 해당 전력 및 공통 단자들과 접속하는 전력 및 공통 단자들을 구비한다. 전송기는 전력 및 공통 단자에 의해 에너지를 공급받는 감지 수단을 포합하여 이 감지 수단에 의해 감지된 공정 변수(PV)를 표시하는 센서 출력을 공급한다. 또한, 전력 및 공통 단자에 의해 에너지를 공급받고 전송기 상태 및 PV 에 대한 메모리 저장부를 구비한 통신수단을 포함한다. 통신 수단은 센서 출력을 수신하고, 외부 장치에 접속된 신호 단자에 DC 신호 및 AC 신호를 출력하며, 제1 외부 장치로부터 AC 신호를 입력받는다. DC 신호는 DC 를 포함하는 주파수 범위에 대해 감지된 PV 를 표시하고, AC신호는 수신된 AC 신호에 의해 선택된 전송기 데이타 및 감지된 PV 를 디지탈식으로 표시한다. 수신 증인 신호가 차단되지 않고 전송된 신호가 입력될 수 있도록, 통신 수단은 AC 신호를 제1 외부 장치와 수신 및 송신하기 위한 AC 주파수 범위에 대해 신호 및 공통 단자들 간의 AC 특성 임피던스를 갖는다. 통신 수단은 DC 를 포함하고 일반적으로 약 20 Hz 정도인 주파수 범위에 대해 신호 및 공통 단자들 간의 DC 특성 임피던스를 갖는다. DC 특성 임피던스는 DC 신호를 수신하는 제2 외부 장치의 임피던스보다 실질적으로는 낮으므로 전송된 DC 신호의 정확도는 절충되지 않는다. 한 응용에 따르면, 제1 및 제2 외부 장치의 기능은 결합된다.

전송기 상태 정보를 저장하는 마이크로컴퓨터가 통신 수단에 포함된다. 마이크로컴퓨터는 또한 전송기 상태 정보를 수신하고 송신하기도 한다. 펄스폭 변조회로는 DC 신호를 인코딩한다. 센서 출력을 FSK 인코딩하기 위한 모뎀이 통신 수단에 포함된다. HART 통신 표준에 따라 FSK 인코딩 신호의 형상을 정하는 파형형상 회로가 포함될 수도 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따라 제조된 전송기의 회로 블록도이다.

제2도는 제1도에 도시된 외부 장치 및 에너지 공급 장치로 도시된 전송기(50)의 상세한 개요도이다.

제3도는 제2도에 도시된 파형 형상 회로의 출력 파형을 도시한 스케치이다.

제4도 및 제5도는 각각 회로(100)의 저주파 등가 회로 및 고주파 등가 회로를 도시한다.

제6도는 단자들(68,69)간에 도시된 바와 같이 주파수의 함수로써 전송기(50)의 출력 임피던스를 도시한 스케치이다.

제7도는 전송기의 정확도를 예시하기 위한 모델 회로의 개략도이다.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

제1도에서,3 선 전송기(50)의 제1 실시예는 압력, 온도, 레벨, 흐름, pH 등과 같은 공정 변수(탸)를 감지하는 감지회로(52)를 포함한다. 3 선 전송기(50)는 이 분야에서 공정 제어 장치로 동작한다. 전력은 외부 에너지원(56)에 공급되고 출력되는데, 이 외부 에너지원은 대체로 전류원 기능이 제한된 6 V 또는 12 V 의 태양전지이다. 따라서, 전송기(50)는 바람직하게는 소량의 전력을 소비한다. 또한, 다수의 응용장치에서, 여러 전송기(50)는 동일 공급원에 의해 전력을 공급 받음에 따라 전력 소비는 더욱 제한을 받게된다. 바람직한 실시예에 있어서, 에너지원(56)으로부터의 구동된 전력은 0.04 와트를 초과하지 않는다.

전송기(50)의 등작시 의부 장치(59)가 전송기 신호 출력 단자(68)에 접속된다. 제1 유형의 외부 장치는 전송기(50)에 AC 신호를 송신하여, 마이크로컴퓨터(64)에저장된 전송기 상태, 성능 데이타 및 PV 값을 선택하는 핸드 헬드 통신기이다. 이에 따라, 전송기(50)는 핸드 헬드 통신기에 의해 선택된 데이타를 표시하는 AC 신호를 송신한다. AC 신호는 로즈마운트(Rosemount) 사에서 지정하는 HART@ 프로토콜(ㅏLART@ Smart Communications Protocol Data Link Layer Specificahon)로 통신되는데, 다른 실시예에 따른 전송기(50)는 다른 프로토콜에 의해 통신된다.

신호 출력 단자(ㅀ)에 결합할 수 있는 제2 유형의 외부 장치(59)는 제어기이다. 여기서, 전송기(50)는 감지된 공정 변수(54)를 표시하는 DC 신호를 신호 출력 단자(68)에 공급한다. DC 신호는 일반적으로 출력 포텐셜이 공정 변수(54)를 표시하는 1-5 V 프로토콜로 전송되지만,.8-3.2 V 와 같이 다른 젼류 또는 전압 신호 표준이 이용될 수 있다. 이 유형의 의부 장치는 일반적으로 DC 를 포함하고 20 Hz정도인 주파수이 DC 범위에 대하여 100 kQ 보다 큰 입력 특성 임피던스를 갖는다. 또 다른 제어기 장치에서, 전송기(50)는 감지된 공정 변수를 표시하는 AC 신호를 신호 출력 단자(68)에 송신한다. AC 신호는 일반적으로 HART@ 프로토콜에 따라 전송되지만, 다른 선택적인 AC 프로토클도 이용가능하다.

신호 출력 단자(68)가 핸드 헬드 통신기 및 제어기에 결합되어 있으므로 이들 두 장치의 기능은 단일 외부 장치로 결합될 수도 있다. 대체 방안으로, 핸드 헬드 통신기 외부 장치 및 제어기 외부 장치는 신호 출력 단자(68)에 접속될 수도 있다.

감지 회로(52)는 바람직하게는 공정 변수(54)를 검출하기 위한 센서(60)를 바람직하게는 포함하는데, 이 응용 장치에서 공정 변수(54)는 레벨이다. 일반적으로, 센서(60)의 출력은 아날로그/디지탈(A/D) 변환기 회로(62)에 의해 디지탈화되는 아날로그 신호이다· 공정 제어 응용 장치용의 바람직한 저전력 A/D 회로는 본 출원의 동일 양수인 소유의 버어니어 측정에 따른 전송기 로 명칭된 미국 특허 제4,791,352호에 개시되어 있다. 일반적으로, 공정 제어 장치는 소량의 전력을 소비하고 비교적 높은 해상도 및 빠른 갱신율을 가지며 디지탈화된 결과와 통신가능한 최소 갯수의 신호 라인을 이용하는 A/D 변환기를 요구한다.

감지 회로(52)는 전력 분배 회로(63)에 의해 전력을 공급받는데, 이 전력 분배 회로는 전송기(50) 내 다른 회로에 대한 일반적인 분배용의 필터링된 5 V 공급윈(63a),1.235 V 기준 공급원(63b), 아날로그 회로에 대한 DC-DC 변환기 공급원(63c) 및 2.5 V 기준 공급원(63d)을 포함한다. 분배 회로(63)는 회부 전원(56)의 해당 전력 단자에 결합할 수 있는 전력 단자(66)로부터 전력을 수신한다. 공통 단자(69)는 전원(56)의 공통 단자에 결합될 수 있다. 외부 장치(59)는 전원(56)을 전송기(50)와 공유할 필요는 엾지만 공통 단자(69)를 공유해야 한다.

통신 회로(70)는 A/D 회로(62)의 디지탈화된 출력을 수신하고 저장하는 마이크로컴퓨터(64)를 포함한다. 바람직하게는, 마이크로컴퓨터(64)는 전송기 (50)의 상태 및 성능에 관련된 상수를 저장하기 위한 저장 기능을 구비하고 있다. 선택적으로, 상수는 외부 이이피롬(EEPROM)에 저장되어 마이크로컴퓨터(64)와 통신한다. 마이크로컴퓨터(64)가 공정 변수(54)를 표시하는 그와 같은 에러를 보상하는 14 비트 와이드 디지탈 출력을 공급하도록 상수에 관한 셩능은 요구 공정 변수의 함수로써 센서(60) 성능의 공지된 에러에 관련된다. 전송기에 대한 보상 방법은 본 출원의 동일 양수인 소유로 된 쿠시(Cucci)의 미국 특허 제4,598,381호에 공지되어 문서로 증명되어 있다.

펄스폭 변조(PWM) 회로(72)는 마이크로컴퓨터에서 공급되는 14 비트 와이디지탈 보상 출력을 수신하여 그 내부의 별도의 레지스터들에 상위 7 비트 및 하위 7 비트를 저장한다. 회로(72)의 조합 논리는 각 레지스터의 내용을 74,76 에 각각 도시되어 OMSB 및 OLSB 로 불리는 2 펄스폭으로 인코딩된 출력으로 변환한다. 레지스터 내 내용의 크기는 펄스의 폭에 비례한다. 펄스폭 인코딩된 단어의 크기는 최대 27, 즉 둥가적으로는 128 클록 펄스 길이로 존재할 수 있다. 예컨대, 보상된 센서 출력의 크기가 583, 즉 등가적으로는 10001000111₂이라면, 회로(72)는 이 출력을 상위 단어인 1O이 와 하위 단어인 1OOO111₂로 분리한다. 상위 단어 OMSB 에 대한 회로(72)의 출력은 128 클록 사이클의 고정 시간 내에 전송된 4 클록 사이클 지속 기간으로된 펄스이다. 마찬가지로, 하위 단어 OLSB 에 대한 회로(72)의 출력은 128 사이클외 71 클록 사이클 폭으로 된 펄스이다. 회로(72)는 바람직하게는 씨모오스(CM0S) 논리로 지정되고, 전류 소비를 감소시키기 위하여 응용 목적용 집적 회로(ASIC)로 존재한다.

감지된 공정 변수를 표시하는 마이크로컴퓨터의 디지탈 보상된 출력은 또한 Bell 202 표준에 따라 센서의 출력을 인코딩하는 모뎀(78)에도 결합되는데,1976 년 7 월 AT T 에 의해 Bell System Data Communications Technical Reference, Data Sets 202S 및 202T Interface Specification으로 발표되었다. 모뎀(78)은 상기 명세서에 따라 위상 연속 변조를 제공하며, Co1orado, Fort Collins 의 NCRMcroelectronics Division 에서 Bell 202 Modem ASIC, PaIt Number 609-0380923으로 시판되고 있다. 모뎀(78)의 변조된 출력인 신호(210)는 로즈마운트(Rosemount) 사의 HART@ Smart Communications Protocol Voltage Mode Physical Layer Specification, Rev. 1.0 - Fina1, Sechon 7.1.2. 를 따르는 형상을 이루도록 파형 형상 회로(82)에 송신된다. 3 선 젼송기(50)는 MODBUS@ 또는 DE 프로토클과 같이 공정 처리 산업에 적절한 다른 통신 표준을 이용할 수도 있다. MODBUS@ 는 고울드 톄크놀로지(Gould Techno1ogy) 사의 등록 상표이고,DE 는 하니웰(Honeywell) 사에서 개발된 공정 산업 프로토콜이다. 이와같은 실시예에서, 파형 형상 회로(82)는 각 표준에 따라 정의되는 신호 형상 요구 조건을 만족하도록 지정된다.

수신 필터(업)는 마이크로컴퓨터(64)에 저장된 성능 및 상태 데이타에 대한 요구를 외부 장치(59)로부터 수신한다. 이 요구는 일반적으로 마이크로컴퓨터 (64)에 전송되기 전에 모뎀(78)에 의해 FSK 인코딩 및 디코딩 된다.

디지탈 및 아날로그 출력 회로(100)는 파형 형상 AC 신호 및 공정 변수(54)를 표시하는 DC 펄스폭 변조 신호를 수신한다. 회로(100)는 파형 형상 회로(82)의 출력을 출력(74,76)의 합에 중첩시켜 그 결과의 동시 아날로그 및 디지탈 신호를 전송기 신호 출력 단자(68)에 결합한다. 전송기(50)가 외부 장치(59)로부터의 정보에 대한 요구에 응답하지 않고 따라서 그러한 요구의 응답을 표시하는 AC 신호를 전송하지 않게 되면, 전송기(50)는 감지된 공정 변수만을 표시하는 DC 신호를 전송한다.

파형 형상 회로(82)가 제2도에 상세히 도시된다. 상부 전류 미러는 PNP 트랜지스터(202,204)에 의해 형성되고 하부 전류 미러는 NPN 트랜지스터(206,208)에 의해 형성된다. 이와 같은 미러는 여러 쌍극성 집적 회로 어레이로 이용가능하며 규격화된 트랜지스터 어레이로 이용가능하다. 모뎀(78)의 변조된 출력 신호(210)는 파형 형상 회로(82)에 결합되고, 공통 단자(69)의 퍼텐셜과 필터링된 5 V 공급원(63a)의 포텐셜과 실질적으로 동일한 포텐셜간의 진폭을 갖는 구형파이다. 신호(210)는 대부분의 씨모오스(CMOS) 장치의 특성인 매우 짧은 상승 시간 및 하강 시간을 갖는다. 입력 신호(210)의 포텐셜이 최대일때, 하부 전류 미러의 트랜지스터(206,208)는 도통되고 상부 전류 미러의 트랜지스터(202,204)는 턴 오프된다. 마찬가지로, 입력 신호(210)의 포텐셜이 최소일때, 하부 전류 미러의 트랜지스터(206,208)는 턴 오프되고 상부 전류 미러의 트랜지스터(202,204)는 도통된다.

상부 미러의 트랜지스터가 도통되면 커패시터(216)는 충젼된다. 하부 미러의 트랜지스터가 도통되면, 방전 전류가 커패시터(216)로부터 공통 단자(69)로 흐른다.다이오드(218,220)는 커패시터(216)의 포텐셜을 클램프 한다. 커패시터(216)의 포텐셜이 공급원(63a)의 포텐셜까지 증가하면, 다이오드(218)는 영구적으로 턴 온되어 상부 미러 전류를 도통하는데, 상기 전류는 이와는 다르게 커패시터(216)에 흐르기도하여, 커패시터(216) 양단 포텐셜의 읫 부분을 편평하게 한다. 유사하게, 커패시터(216)의 포텐셜이 공통 단자(69)의 포텐셜까지 감소하면, 다이오드(220)는 영구적으로 턴 온되어 하부 미러 전류를 도통함으로써 포텐셜 파형의 밑 부분을 편평하게 한다. 그 결과, 파형 형상 회로의 출력 전압 파형은 제3도의 306 으로 도시된 바와같은 사다리꼴형이다.

다이오드(218)가 도통하기 시작하는 포텐셜은 저항(222,224)의 상대치와 트랜지스터(202,204)의 베이스-에미터 강하에 의해 결정된다. 동일한 두 저항 및 베이스 에미터 강하는 또한 상부 미러 전류를 설정하기도 한다. 마찬가지로, 다이오드(220)가 도통하기 시작하는 포텐셜은 저항(226,228)의 상대치와 트랜지스터(206,208)의 베이스-에미터 전압 강하에 의해 결정된다. 저항(226,228)의 값 및 베이스-에미터 강하는 유사하게 하부 미러 전류를 결정한다. 다이오드(218,220)가 없으면, 커패시터(216)는 파형 형상 회로 출력 단자에서 삼각형의 전압 파형을 생성하도록 상기 전류들을 모을 것이다. 회로(82)의 출력의 상승율은 미러 전류 및 커패시터(216)의 값에 의해 결정된다. 각 측의 전류 미러를 통한 미러 전류는 전송기(50)가 AC 신호를 전송하면 약 20 μS 이고, AC 신호를 전송하지 않으면 약 10 μS 이다. 커패시터(216)의 값은 약 1000 pF 으로 선택되어 회로(82)의 유효 RC 시상수가 HART 파형 요구를 만족하도록 한다.

저항(232,234)은 커패시터(216) 양단 포텐셜의 절대값을 감소시키는 저항성분배 기를 형성한다. 저항(232,234)의 값은 HART@ Smart Communications Protoco1 Layer Specification 에서 지정된 파형 명세서를 만즉하도록 선택되고, 회로(82)의 출력 파형의 RC 시상수를 최소화하는 중요한 저항이다. 전송기(50)가 AC통신을 송신하면, 모뎀(78)의 제어 신호(238)는 트랜지스터(236)를 턴 오프한다. 제어 신호(238)는 모뎀(78)이 유휴 상태에 있으면 모뎀 출력(210)이 높은 임피던스를 갖기 때문에 바람직한데, 상기한 높은 임피던스로 인해 커패시터(216)의 포텐셜은 트랜지스터(208)의 콜렉터-에미터 접합의 포텐셜로 감소하게 됨으로써, AC 통신의 다음 시뒨스가 초기화되면 출력(68)상에 짧은 펄스 이상이 생기게 된다.

다이오드(218,220) 및 미러의 장치는 제3도의 302,304 로 각각 도시된 바와같이 출력 파형의 경사부와 편평한 부분 간의 뚜렷한 전이를 제공한다. 전류가 다이오드를 통해 흐르기 시작함에 따라, 대응하는 미러 세트의 전류는 동일 양만큼 감소한다. 이와는 다르게 커패시터(216)에 흐르는 전류는 변경될 뿐만 아니라 동시에 감소된다. 다이오드 클램프를 이용하는 대부분의 회로에서, 다이오드 양단의 포텐셜 차이에 의해 온도가 좌우되므로 클램프 전압은 온도에 크게 영향을 받는다. 파형 형상 회로(82)의 회로는 다이오드 전압 강하 변동을 상쇄함으로써, 온도에 대해 실질적으로 안정한 피크-피크 커패시터 포텐션(216)을 이룰 수 있다. 예컨대, 트랜지스터(202,204)의 베이스-에미터 포텐셜 강하가 다이오드(218) 양단의 포텐셜 차에 의한 바와 같이 증가된 온도에 의해 감소한다고 가정한다. 그러나, 다이오드(218) 및 저항(222,224)의 접합점의 전압은 감소할 것이다. 다이오드(218)가 도통되는 경우 커패시터 포텐셜(216)의 변동은 이와같은 두 반대 변동의 합과 거의 일치하며, 따라서 실질적으로는 일정하다.

파형 형상 회로(82)의 전류 소비는 전적으로 세트 전류에 의해 결정되고, 커패시터(216)의 로딩에 따라 임의적으로 작게 실정될 수 있다. 큰 부하는 적분 커패시터(216)로부터 보다 큰 전류를 유도하여, 수용 가능한 파형을 유지하기 위해 더 큰 미러 세트 전류를 필요로 한다. 고임피던스의 버퍼(230)는 회로(100)에 저임피던스 신호를 공급하여 파형 형상 회로(82)의 전류 소비를 감소시킨다. 회로(82)는 어뗘한 첨예한 신호 젼이가 발생하지 않도록 보장함으로써 파형의 고주파 에너지 성분을 최소화하는데, 파형의 고주파 에너지 성분이 인접 전력 및 통신 라인을 갖는 다중 전송기들 간의 AC 신호 혼선을 야기시키므로 바람직하게 여겨진다.

회로(82)의 파형 형상 출력에 대한 명세서는 상기한 HART@ Smart Communications Protoco1 Physical Layer Specification 을 참조로 한다. 파형 형상 신호의 진폭은 10 μF 의 커패시터와 직렬 접속된 500 Ω 의 HART 지정 검사 부하양단에서 측정된 바와 같이 400 mV 와 600 mV 피크-피크치 사이에 있어야 하고, 상승 시간은 2200 Hz 전송인 경우면 75μs 및 100μs 사이에 있어야 하고 1200 Hz전송인 경우면 200μs 보다 작아야 한다. 진폭 및 상승 시간 명세서는 다중 전송기의 전력 접속부가 동일 케이블을 공유하면 특히 임계적인 혼선을 제한한다.

제2도에서, 수신 필터(84)는 OP 증폭기(240) 및 저항(242)을 포함한다. 저항(242)의 임피던스는 저항(242,110)의 병렬 접속부가 전송기(50) 내 다른 회로에 대해 유효 개방 회로로써 보일 수 있을 만큼 매우 크다. 저항(242)의 값은 외부 장치(59)에서 입력되는 AC 신호가 단락되지 않도록 충분히 커야 한다. 제너 다이오드(127)는 공급원이 단자(68)에 접속되는 경우 전송기(50) 회로에 대한 손상을 방지해준다.

츨력 회로(100)는 커패시터(102), 저항(104), 커패시터(106) 및 저항(108)으로 구성된 대역 통과 필터를 통해 파힝 항상 회로(82)의 출력 신호를 통과시키는데, 실질적으로는 Bell 202 표준에 따라 요구되는 바와 같이 FSK 주파수(1200 내지 2000Hz) 사이의 주파수를 통과시키도록 설계된다. 대역 통과 필터링된 신호는 저항(110)을 통해 신호 출력 단자(68)에 접속된다.

회로(100)는 HART Physical Layer 표준을 만족시킬 뿐만아니라 요구 전송기 기능을 수행해야 한다. 제1 요구에 따르면, 회로(100)는 500 Hz 내지 10 KHz의 HART 연장 주파수 대역에 대해 단자(68,69) 사이에 도시된 바와같이 1000 내지 2000 옴 사이의 출력 임피던스를 제공한다. 제2 요구에 따르면, 회로(100)는 또한 20 Hz 이하의 주파수에서 단자(68)에 실질적으로 0 음의 임피던스를 제공해야 한다. 제3 요구에 따르면, 회로(100)는 신흐(74,76)를 필터링하여 실질적으로 DC 출력을 공급해야 한다. 제4 요구에 따르면, 회로(100)는 이와 같이 필터링된 신호를 일정 레벨의 이득으로 단자(68)에 출력해야 한다. 최종 요구에 따르면, AC 신호는 실질적으로는 DC 인 신호의 상부에 증첩되어야 하고 AC 신호는 일정 이득을 가져야 한다.

저주파 및 DC 에 대한 등가 회로(100)가 제4도에 도시되어 있다. 단자(69)에 대한 단자(68)의 결과적인 출력 임피던스는 DC 신호의 전송에 요구되는 마와 같이 거의 0 이다. 저항(112,118,120,126,116)의 값은 OLSB 및 OMSB(각각 신호(76,74)가 모두 0 이면 저항(112,116,118)을 통해 회로(72)에 흐르는 전류와 저항(126)을 통해 공통 단자(69)에 흐르는 전류의 합이 저항(120)을 통한 전류와 동일하도록 선택됨으로써 신호 출력 단자(68)의 포텐셜은 거의 6.0 V 로 된다. 마찬가지로, OLSB 및 OMSB가 모두 1 이면 저항 (112,116,118)을 통해 가산 접합부에 흐르는 전류와 저항(126)을 통한 전류의 차이는 저항(120)을 통한 전류와 실길적으로 동일하게 되어 신호 출력 단자(68)의 DC 출력은 거의 0.5 V 이다. 제2도에 도시된 커패시터(123,124)는 본질적으로 잡음이 있는 OLSB 및 OMSB 신호를 저역 통과 필터링함으로써, 펄스폭 변조가 제거되고 오직 DC 전류만이 저항(118,126,112,128,120)들의 가산 접합부에 흐르도록 한다.

고주파에 대한 등가 회로(100)가 제5도에 도시되어 있다. 제2도에 도시된 여러 소자가 이 모델에서는 제거된다. 예컨대, 커패시터(124)는 실질적으로는 단락 회로이고, 저항(120)을 통한 피드백 경로를 제거하며 피드백에서 저항(110)을 분리한다. 저항(110)은 OP 중폭기(114)의 출력과 직렬 접속되어 있다.1000 내지 2000 옴 범위의 저항(110)을 선택함으로써 제1 요구는 만족된다. 회로(100)의 커패시터(102,106)는 전송된 AC 신호에 대해 저항(104,108)의 적절한 선택에 따라 소정의 이득을 얻을 수 있도록 유효 단락 회로로 된다.

출력 단자(68)와 공통 단자(69)간의 외부 장치(59)에 의해 주파수(Hz)의 함수로써 전송기(50)의 출력 임피던스가 제6도에 도시된다· f_DC보다 작은 주파수에 대한 출력 임피던스는 최소 100 kQ 으로 유효 DC 신호를 전송하기 위해 실질적으로는 DC 수신 외부 장치(59)의 입력 임피던스보다 작아야 한다. 일반적으로, 전송기(50)의 출력 임피던스는 전송된 DC 신호의 정확도가 절충되지 않도록 외부 장치(59)의 DC 입력 임피던스보다 매우 작은 값을 갖는다. HART 프로토콜에 따른 f_DC는 20 Hz 이고 Z_DC는 실질적으로 0 옴이다. 100 kΩ 은 HART@ Smart Communications Protoco1 Voltage Mode Physical Layer Specification, Section 7.3.에 따라 지겅된 것이다. 예컨대, DC 수신 외부 장치(59)의 입력 임피던스가 100 kQ이고 요구 DC 정확도가 전송기(50)의 출력 경간의 0.1% 라면, 출력 임피던스는 0 내지 20 Hz 사이의 주파수에 대하여 0.001 또는 100 Q 를 곱한 100 kQ 보다 작아야 한다.

제7도에서, 전송기(50)의 출력 임피던스는 저항(Rout)으로 도시되고, 전압 포텐셜(Vout)은 전송기(50)의 요구 유효 DC 출력 포텐셜이다. 저항(Rin)은 DC 수신외부 장치(59)의 입력 임피던스를 표시하고, Rin 양단의 측정 포톈셜은 Vin 으로 정의된다. 전송기(50)가 가능한 유효 DC 출력 신호의 전범위에 대하여 0.1% 의 정확도를 유지하기 위해, 다음 식이 주어진다:

이 식은 Rin 보다 더욱 작은 Rout 에 대한 다음 식과 거의 동일하다:

즉, Rout 0.001 Rc

HART 지정 연장 주파수 대역(500-10 KHz) 내 송신 및 수신 주파수에 대하여 제6도의 f_AC1및 f_AC2로 도시되어 있는데, 출력 임피던스는 1000 Ω 내지 2000 Ω 사이에 존재하여, 의부 장치(59)에서 전송된 신호가 단락되지 않게 하여 장치(59)에 수신될 수 있도록 한다. 참조로 하고 있는 ART@ Smart Communications Protocol Voltage Mode Physical Layer Specification 은 연장 주파수 대역에 대하여바람직한 출력 임피던스 범위를 졍의한다. 대체적인 통신 표준은 다른 임피던스 레벨을 지시한다.

제2도에서, 신호(76)는 저항(112)에서 회로(100)에 인가되고,OP 중폭기(114)의 작용에 따라 공급원(63b)으로 조정되는 전류 가산 접합점에 인가된다. 유사하게, 신호(74)는 저항(116,118)에서 회로(100)에 인가되고 동일 전류 가산 접합점에 인가된다. 저항(112,116,118)의 값들은 저항(112)의 값이 저항(116,118)의 접속부의 값보다 거의 128 배 만큼 크게 되도록 선택된다. 비 128 은 신호(76)상에 연속 표시된 하부 단어에서 7 비트(또는 등가적으로 128) 선택에 일치하도록 선택된다. 따라서, 다른 적절한 값도 계산될 수 있지만, 저항(112)의 값은 8.25 MΩ 이고 저항(116,118)의 가산치는 약 64kΩ다.

신호 단자(68)의 포텐셜은 일반적으로 1-5 V 이므로, 10 μF 과 직렬인 500Ω의 HART 지정 검사 부하의 양단에서 측졍된 바와 같은 400 mV - 600 mV 피크-피크 AC 신호는 단자(68)에서 실질적인 DC 포텐셜에 증첩됨으로써 유효 DC 신호 상에 동시 AC 통신을 제공할 수도 있다. 동시 AC 및 DC 신호의 최대 피크치는 공급 단자(66)의 포텐셜보다 실질적으로 작게 유지되고 최소 피크치는 공통 단자(69)의 포텐셜보다 실질적으로 크게 유지됨으로써 동시 신호가 최대 및 최소 포텐셜 값에서 포화되지 않게 한다. 전송기(50)는 에러 조건이 발생하면 5 V 를 넘는 유효 DC 신호를 출력하고, 동시에 전송된 AC 신호는 이와같은 신호의 최대 및 최소에서 편평하게 된 전송기 출력 포텐셜을 생성할 것이다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명되고 있지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 이탈함이 없이 변겅이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (11)

1. AC 신호를 외부 장치와 양방향성으로 통신하고 DC 신호를 상기 외부 장치에 송신하는 3 선 전송기에 있어서, 상기 외부장치의 에너지원에 대응하는 전력 단자 및 공통 단자에 결합가능한 전력 단자 및 공통 단자와; 상기 전력 및 공통 단자로 부터 공급받은 에너지를 감지하여 공정 변수(PV)를 표시하는 센서 출력을 공급하는 감지 수단과; 상기 전력 및 공통 단자로부터 에너지를 공급받아 상기 전송기에 대한 전송기 데이타를 저장하기 위한 수단을 구비하고, 상기 외부 장치에의 결합가능한 신호 단자에 DC 신호 및 AC 신호를 공급하기 위해 상기 센서 출력을 수신함과 동시에 상기 외부 장치로 부터 AC 신호를 수신하는데, 상기 DC 신호는 감지된 PV 를 표시하고 상기 AC 신호는 감지된 PV 및 상기 수신된 AC 신호에 의해 선택된 전송기 데이타를 표시하며, 수신되는 신호의 진폭이 층분히 커서 전송된 신호가 수신될 수 있도록 AC 신호를 상기 외부 장치와수신 및 송신하기 위해 신호 및 공통 단자들 간에 AC 특성 임피던스를 가지고, 상기 DC 신호의 졍확도가 절충되지 않도록 상기 DC 신호를 전송하기 위해 상기 외부 장치의 DC 임피던스보다 실질적으로 낮은 DC 특성 임피던스를 갖는 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
2. AC 신호를 제1 외부 장치와 양방향성으로 통신하고 DC 신호를 제2 의부 장치에 송신하는 3 선 전송기에 있어서, 상기 의부 장치의 에너지원에 대응하는 전력 단자 및 공통 단자에 결합가능한 전력 단자 및 공통 단자와; 상기 전력 및 공통 단자로 부터 공급받은 에너지를 감지하여 공정 번수(PV)를 표시하는 센서 출력을 공급하는 감지 수단과; 상기 전력 및 공통 단자로부터 에너지를 공급받아 상기 전송기에 대한 전송기 데이타를 저장하기 위한 수단을 구비하고, 상기 두 외부 장치에의 결합가능한 신호 단자에 DC 신호 및 AC 신호를 공급하기 위해 상기 센서 출력을 수신함과 동시에 상기 제1 외부 장치로 부터 AC 신호를 수신하는데, 상기 DC 신호는 감지된 PV 를 표시하고 상기 AC 신호는 감지된 PV 및 상기 수신된 AC 신호에 의해 선택된 전송기 데이타를 표시하며, 수신되는 신호의 진폭이 충분히 커서 전송된 신호가 수신될 수 있도록 AC 신호를 상기 제1외부 장치와 수신 및 송신하기 위해 신호 및 공통 단자들 간에 AC 특성 임피던스를 가지고, 상기 전송된 DC 신호의 정확도가 절충되지 않도록 상기 DC 신호를 전송하기 위해, 상기 제2 외부 장치의 DC 임피던스보다 실질적으로 낮은 DC 특성 임피뎐스를 갖는 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
3. 제1항에 있어서, 상기 통신 수단은 상기 전송기에 대하여 상태 및 성능 정보를 저장하고, 상기 전송기의 상태에 관한 상기 외부 장치로부터의 요구를 수신하여 상기 외부 장치에 응답을 송신하기 위한 마이크로컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
4. 제1항에 있어서, 상기 에너지원으로부터 구동된 전력은 0.040 와트를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
5. 제1항에 있어서, 상기 통신 수단은 상기 센서 출력을 결합하여 펄스폭으로 인코딩하기 위한 D/A 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
6. 제1항에 있어서, 상기 통신 수단은 상기 센서 출력을 결합하여 FSK 인코딩하기 위한 모뎀 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
7. 제1항에 있어서, 상기 통신 수단은 FSK 출력을 결합하여 파형을 형상하기 위한 파형 형상 수단을 추가로 포합하는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
8. 제1항에 있어서, AC 통신은 HART@ 프로토콜에 따라 포맷을 이루는 것을 특징으로 하는 3선 전송기.
9. 제1항에 있어서, 상기 AC 특성 임피뎐스는 상기 DC 특성 임피던스보다 큰 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
10. 제1항에 있어서, 상기 AC 특성 임피던스의 값은 500 Hz - 10 KHz 사이의 주파수에 대하여 1000Ω 내지 2000 Ω 사이에 있는 것을 특징으로 하는 3 선 전송기.
11. 제1항에 있어서, 상기 DC 특성 임피던스의 값은 DC 및 20 Hz 사이의 주파수에 대하여 실질적으로 0 옴인 것을 특깅으로 하는 3 선 전송기.