KR100429584B1 - Analog front-end apparatus and power line coupler for power line communication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드(analog front-end) 장치 및 전력선 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to an analog front-end device and power line coupler for power line communication.
이러한 아날로그 프론트엔드 장치는, 전력선으로부터 전력선 통신을 위한 차동 수신신호를 입력받아 신호 처리하여 디지털 신호처리기에 전달하는 차동입력/차동출력 구조의 수신부와; 상기 디지털 신호처리기에서 출력되는 단일 송신신호를 입력받아 신호 처리하여 전력선에 송출하는 단일입력/단일출력 구조의 송신부와; 전력선을 통해 입력되는 수신신호를 입력받아 차동 수신신호로 처리하여 상기 수신부에 제공하고 상기 송신부로부터 입력되는 단일 송신신호를 전력선을 통해 송출하는 전력선 커플러를 구비한다. 이를 위해 전력선 커플러는, 2차측이 수신용과 송신용으로 분리된 변압기로 구성하거나, 또는 중간탭을 접지하고 수신부에는 2차측 양단을 연결하고 송신부에는 일단만을 연결한 변압기로 구성한다.Such an analog front-end device includes: a receiver having a differential input / differential output structure for receiving a differential receiving signal for power line communication from a power line, processing the signal, and delivering the signal to a digital signal processor; A transmitter having a single input / single output structure that receives a single transmission signal output from the digital signal processor and processes the signal and sends the signal to a power line; And a power line coupler configured to receive a received signal input through a power line, process the received signal into a differential receive signal, provide the received signal to the receiver, and transmit a single transmission signal input from the transmitter through a power line. To this end, the power line coupler may be configured as a transformer having a secondary side separated for reception and a transmission, or a transformer in which an intermediate tap is grounded, both ends of the secondary side are connected to the receiver, and only one end is connected to the transmitter.
이렇게 변압기의 구조를 변경하여 수신부는 차동입력/차동출력 구조로 구성하고 송신부는 단일입력/단일출력 구조로 구성하면, 신호 수신시 잡음을 충분히 억제할 수 있으면서 송신부의 회로를 간단하게 구성할 수 있다.By changing the structure of the transformer in this way, if the receiver consists of differential input / differential output structure and the transmitter consists of single input / single output structure, the circuit of the transmitter can be easily configured while sufficiently suppressing noise during signal reception. .
Description
본 발명은 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드(analog front-end) 장치및 전력선 커플러에 관한 것으로서, 차동입력 및 차동출력 구조를 갖는 수신부와, 단일입력 및 단일출력 구조를 갖는 송신부를 포함하는 아날로그 프론트엔드 장치 및 이를 지원하는 전력선 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to an analog front-end device and a power line coupler for power line communication, comprising: a receiver having a differential input and a differential output structure, and an analog front end including a transmitter having a single input and a single output structure. An apparatus and a power line coupler supporting the same are provided.
도 1은 일반적인 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드 장치의 구성 블록도이다. 아날로그 프론트엔드 장치(100)는 디지털 신호처리기(1)에서 출력되는 데이터 신호를 전력선(2)에 송신하는 송신부(110)와, 전력선(2)으로부터 전력선 통신을 위한 데이터 신호를 수신하는 수신부(120)와, 송신부(110)로부터 전달된 송신 데이터 신호를 전력선(2)에 전달하고 전력선(2)으로부터 전달된 수신 데이터 신호를 수신부(120)에 전달하는 전력선 커플러(130)로 이루어진다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an analog front end device for general power line communication. The analog front end device 100 includes a transmitter 110 for transmitting a data signal output from the digital signal processor 1 to the power line 2, and a receiver 120 for receiving a data signal for power line communication from the power line 2. ) And a power line coupler 130 that transmits the transmission data signal transmitted from the transmission unit 110 to the power line 2 and transmits the received data signal transmitted from the power line 2 to the reception unit 120.
송신부(110)는 디지털/아날로그 변환기(11)와 송신 필터(112)와 송신 증폭기(113)로 구성되고, 수신부(120)는 아날로그/디지털 변환기(121)와 수신 증폭기(122)와 수신필터(123)로 구성된다. 전력선 커플러(130)는 전력선으로 데이터 신호를 송신하고, 전력선으로부터 데이터 신호를 수신하는 인터페이스 역할을 한다.The transmitter 110 includes a digital / analog converter 11, a transmission filter 112, and a transmission amplifier 113, and the receiver 120 includes an analog / digital converter 121, a reception amplifier 122, and a reception filter ( 123). The power line coupler 130 serves as an interface for transmitting a data signal to the power line and receiving the data signal from the power line.
도 2는 일반적인 전력선 커플러의 회로 구성도이다. 도면에서 F1은 퓨즈, D1은 바리스터, R1은 저항, C1은 커패시터, T1은 변압기, D2와 D3은 제너다이오드이다. 전력선 커플러(130)의 변압기(T1)의 2차측의 일단에 단일입력/단일출력 구조의 송신부와 수신부가 공통으로 연결되고, 변압기의 2차측의 타단은 접지된다. 여기서 단일입력/단일출력 구조란, 하나의 단자로 입력된 신호를 송신 또는 수신 처리하여 하나의 단자로 출력하는 것을 의미한다. 송신부의 송신 증폭기(113)에서출력되는 아날로그 송신 신호는 변압기(T1)를 거쳐 전력선에 실려서 송신되고, 전력선에 실려서 전송된 수신 신호는 커패시터(C1)와 변압기(T1)를 통해 필터링되어 수신필터(123)에 수신된다. 퓨즈(F1)와, 바리스터(D1), 저항(R1), 및 제너다이오드(D2, D3)는 모두 전력선 커플러 회로를 보호하기 위한 소자들이다.2 is a circuit diagram of a general power line coupler. In the figure, F1 is a fuse, D1 is a varistor, R1 is a resistor, C1 is a capacitor, T1 is a transformer, and D2 and D3 are zener diodes. The transmitter and receiver of the single input / single output structure are commonly connected to one end of the secondary side of the transformer T1 of the power line coupler 130, and the other end of the secondary side of the transformer is grounded. Here, the single input / single output structure means transmitting or receiving a signal input to one terminal and outputting the signal to one terminal. The analog transmission signal output from the transmission amplifier 113 of the transmission unit is transmitted to the power line via the transformer T1, and the received signal transmitted on the power line is filtered through the capacitor C1 and the transformer T1 to receive a reception filter ( 123). The fuse F1, the varistor D1, the resistor R1, and the zener diodes D2 and D3 are all elements for protecting the power line coupler circuit.
도 2와 같이 구성된 전력선 커플러는 전력선과 접지 사이에, 그리고 전력선 라인간에 잡음이 발생하는데, 도 3은 이 전력선 커플러에 존재하는 잡음들을 도시한다. 전력선과 접지 사이에는 공통모드 잡음이 존재하고, 전력선 라인간에는 노멀모드 잡음이 존재한다. 이러한 잡음들은 신호를 송신할 때보다 수신할 때 더 큰 문제로 작용하는데, 수신 신호와 함께 수신된 잡음은 잡음 주파수 및 크기에 따라 통신 성능을 크게 저하시키는 원인이 된다.The power line coupler configured as in FIG. 2 generates noise between the power line and ground and between the power line lines. FIG. 3 shows the noise present in this power line coupler. Common mode noise exists between the power line and ground, and normal mode noise exists between the power line lines. These noises are more problematic when receiving a signal than when transmitting a signal. Noise received with the received signal causes a significant decrease in communication performance depending on the noise frequency and magnitude.
따라서, 이러한 잡음을 감소시키기 위한 방안들이 제안되었는데, 공통모드 잡음은 송신부와 수신부의 구조를 단일입력/단일출력 구조에서 차동입력/차동출력 구조로 변경함으로써 제거하고, 노멀모드 잡음은 수신부의 수신필터(123)에서 필터링 함으로써 제거한다.Therefore, a scheme for reducing such noise has been proposed. The common mode noise is removed by changing the structure of the transmitter and receiver from a single input / single output structure to a differential input / differential output structure. Remove by filtering at 123.
도 4는 도 3에 도시된 전력선 커플러에 존재하는 잡음을 제거하기 위한 아날로그 프론트엔드 회로의 구성도이다.FIG. 4 is a configuration diagram of an analog front end circuit for removing noise present in the power line coupler shown in FIG. 3.
먼저, 공통모드 잡음을 제거하기 위해, 전력선 커플러의 변압기(T1)의 2차측의 양단을 송신부(420)와 수신부(430)에 공통으로 연결한다. 송신부(420)는 전력선을 통해 전송하고자 하는 송신 신호를 처리하여 변압기(T1) 2차측의 양단을 통해 송출하고, 수신부(430)는 변압기(T1) 2차측의 양단을 통해 입력되는 수신 신호의차동 입력을 수신 신호 처리한다. 송신부(420)는 송신 증폭부(421)와 송신 필터부(422)와 차동 출력 디지털/아날로그 변환기(423)로 이루어지고, 수신부(430)는 차동 입출력 수신필터(431)와 수신 차동증폭기(432)와 차동 입력 아날로그/디지털 변환기(433)로 이루어진다. 이렇게 두 개의 단자로 입력되는 차동 신호를 송신 또는 수신 처리하여 두 개의 단자로 차동 출력하는 송신기와 수신기를 차동입력/차동출력 구조의 송신기와 수신기라고 한다.First, in order to remove the common mode noise, both ends of the secondary side of the transformer T1 of the power line coupler are commonly connected to the transmitter 420 and the receiver 430. The transmitter 420 processes a transmission signal to be transmitted through a power line and transmits the signal through both ends of the secondary side of the transformer T1, and the receiver 430 differentially receives the received signal input through both ends of the secondary side of the transformer T1. Process inputs as receive signals. The transmitter 420 includes a transmit amplifier 421, a transmit filter 422, and a differential output digital-to-analog converter 423, and the receiver 430 includes a differential input / output receiver filter 431 and a receiver differential amplifier 432. ) And a differential input analog-to-digital converter 433. Transmitters and receivers that transmit or receive differential signals input to two terminals and differentially output them to two terminals are called transmitters and receivers having a differential input / differential output structure.
이 차동입력/차동출력 구조의 송신부와 수신부를 포함하는 아날로그 프론트엔드 회로의 구체적인 일 예가 도 5에 도시되어 있다. 도면에서 알 수 있듯이, 송신부의 송신 증폭부(421)는 동일한 구조의 2개의 송신 증폭기(421a, 421b)가 변압기(T1) 2차측의 양단에 각각 연결되고, 송신부의 송신 필터부(422)는 동일한 구조의 2개의 송신 필터(422a, 422b)가 각각 2개의 송신 증폭기(421a, 421b)에 연결된다.A specific example of an analog front end circuit including a transmitter and a receiver of this differential input / differential output structure is shown in FIG. As can be seen from the figure, in the transmission amplifier 421 of the transmitter, two transmission amplifiers 421a and 421b of the same structure are connected to both ends of the secondary side of the transformer T1, and the transmission filter 422 of the transmitter is Two transmission filters 422a and 422b of the same structure are connected to two transmission amplifiers 421a and 421b, respectively.
이와 같이 차동입력/차동출력 구조의 송신부와 수신부를 아날로그 프론트엔드 회로에 적용하면, 앞서 설명하였던 바와 같이 공통 노드 잡음을 감소시킬 수 있으나, 단일입력/단일출력 구조의 송신부와 수신부에 비해 회로 구성이 복잡하고 부품이 증가하며, 결과적으로 아날로그 프론트엔드의 크기와 가격을 증가시키는 문제점이 있다.As described above, if the transmitter and receiver of the differential input / differential output structure are applied to the analog front-end circuit, the common node noise can be reduced as described above. The complexity and component count increases, resulting in an increase in the size and cost of the analog front end.
본 발명의 목적은 잡음에 의한 통신성능저하는 감소시키면서도, 차동입력/차동출력 구조로 인해 발생하는 회로의 복잡도와 크기 및 가격 상승 등과 같은 문제점을 해결할 수 있는 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드 장치 및 전력선 커플러를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to reduce the communication performance due to noise, while reducing the complexity, size and cost of the circuit caused by the differential input / differential output structure, such as the analog front-end device and power line for power line communication It is to provide a coupler.
도 1은 일반적인 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드 장치의 구성 블록도,1 is a block diagram illustrating a configuration of an analog front end device for general power line communication;
도 2는 종래의 일반적인 전력선 커플러의 회로 구성도,2 is a circuit configuration diagram of a conventional general power line coupler,
도 3은 종래의 전력선 커플러에 존재하는 잡음들을 도시한 도면,3 illustrates noises present in a conventional power line coupler;
도 4는 도 3에 도시된 전력선 커플러에 존재하는 잡음을 제거하기 위한 종래의 차동입력/차동출력 구조의 송신부와 수신부를 포함하는 아날로그 프론트엔드 회로 구성도,FIG. 4 is a block diagram of an analog front end circuit including a transmitter and a receiver of a conventional differential input / differential output structure for removing noise present in the power line coupler shown in FIG.
도 5는 도 4에 도시된 종래의 아날로그 프론트엔드 회로의 구체적인 회로도,5 is a detailed circuit diagram of a conventional analog front end circuit shown in FIG. 4;
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차동입력/차동출력 구조의 수신부와 단일입력/단일출력 구조의 송신부로 구성된 아날로그 프론트엔드 장치의 블록 구성도,6 is a block diagram of an analog front end device including a receiver of a differential input / differential output structure and a transmitter of a single input / single output structure according to a first embodiment of the present invention;
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 아날로그 프론트엔드 장치의 구체적인 회로 예시도,FIG. 7 is a detailed circuit diagram of an analog front end device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 6;
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차동입력/차동출력 구조의 수신부와단일입력/단일출력 구조의 송신부로 구성된 아날로그 프론트엔드 장치의 블록 구성도,8 is a block diagram of an analog front end device including a receiver of a differential input / differential output structure and a transmitter of a single input / single output structure according to a second embodiment of the present invention;
도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 아날로그 프론트엔드 장치의 구체적인 회로 예시도이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a specific circuit of the analog front end device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 8.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※
610, 810 : 수신부610, 810: receiving unit
611, 811 : 차동 수신필터611, 811: differential receiving filter
612, 812 : 수신 차동증폭기612, 812: receive differential amplifier
613, 813 : 차동입력 아날로그/디지털 변환기613, 813: Differential Input Analog / Digital Converters
620, 820 : 송신부620, 820: transmitter
621, 821 : 디지털/아날로그 변환기621, 821: Digital-to-Analog Converter
622, 822 : 송신필터622, 822: transmission filter
623, 823 : 송신 증폭기623, 823: transmit amplifier
630, 830 : 전력선 커플러630, 830: Power Line Coupler
T2, T3 : 변압기T2, T3: transformer
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드 장치는 전력선으로부터 전력선 통신을 위한 차동 수신신호를 입력받아 신호 처리하여 디지털 신호처리기에 전달하는 차동입력/차동출력 구조의 수신부와;An analog front end device for power line communication according to the present invention for achieving the above object is a receiving unit of the differential input / differential output structure that receives a differential receive signal for power line communication from the power line and processes and delivers the signal to the digital signal processor; ;
상기 디지털 신호처리기에서 출력되는 단일 송신신호를 입력받아 신호 처리하여 전력선에 송출하는 단일입력/단일출력 구조의 송신부와;A transmitter having a single input / single output structure that receives a single transmission signal output from the digital signal processor and processes the signal and sends the signal to a power line;
전력선을 통해 입력되는 수신신호를 입력받아 차동 수신신호로 처리하여 상기 수신부에 제공하고 상기 송신부로부터 입력되는 단일 송신신호를 전력선을 통해 송출하는 전력선 커플러를 구비한 것을 특징으로 한다.And a power line coupler configured to receive a received signal input through a power line, process the received signal into a differential receive signal, provide the received signal to the receiver, and transmit a single transmission signal input from the transmitter through a power line.
또한, 본 발명에 따른 전력선을 통해 입력되는 수신신호를 수신부에 출력하고, 송신부로부터 입력되는 송신신호를 전력선을 통해 송출하는 전력선 커플러는,In addition, a power line coupler for outputting a reception signal input through a power line according to the present invention, and for transmitting a transmission signal input from the transmitter through a power line,
전력선으로부터 전력선 커플러를 보호하기 위한 보호수단과;Protective means for protecting the power line coupler from the power line;
상기 수신신호를 2차측의 2개의 단자를 통해 차동 수신신호로 하여 상기 수신부에 출력하고, 상기 송신신호를 2차측의 1개의 단자를 통해 입력받아 전력선을 통해 송출하는 변압기와;A transformer configured to output the received signal as a differential reception signal through two terminals on the secondary side, and output the received signal to the receiver, and receive the transmission signal through one terminal on the secondary side and transmit the received signal through a power line;
상기 변압기의 1차측에 연결되어 상기 수신신호의 고역통과필터링을 위한 차단주파수를 결정하는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a capacitor connected to the primary side of the transformer to determine a cutoff frequency for high pass filtering of the received signal.
본 발명에 따른 전력선 커플러는, 2차측을 수신용과 송신용으로 분리하여 수신부에는 수신용 2차측의 양단을 연결하고 송신부에는 송신용 2차측의 일단을 연결하는 변압기로 구성하거나, 또는 중간탭을 접지하고 수신부에는 2차측 양단을 연결하고 송신부에는 일단만을 연결한 변압기로 구성한다.The power line coupler according to the present invention comprises a transformer that separates the secondary side for receiving and transmitting and connects both ends of the receiving secondary to the receiving unit, and connects one end of the transmitting secondary side to the receiving unit, or forms an intermediate tap. It is grounded and consists of a transformer connected to both ends of the secondary side to the receiver and one end to the transmitter.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "전력선 통신을 위한 아날로그 프론트엔드 장치 및 전력선 커플러"를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the "analog front end device and power line coupler for power line communication" according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차동입력/차동출력 구조의 수신부와 단일입력/단일출력 구조의 송신부로 구성된 아날로그 프론트엔드 장치의 블록 구성도이다.6 is a block diagram of an analog front end device including a receiver of a differential input / differential output structure and a transmitter of a single input / single output structure according to a first embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 아날로그 프론트엔드 장치는, 전력선으로부터 전력선 통신을 위한 차동 수신신호를 입력받아 신호 처리하여 디지털 신호처리기(미도시)에 전달하는 수신부(610)와, 이 디지털 신호처리기에서 출력되는 단일 송신신호를 입력받아 신호 처리하여 전력선에 송출하는 송신부(620)와, 전력선을 통해 입력되는 수신신호를 입력받아 차동 수신신호로 처리하여 수신부(610)에 제공하고 송신부(620)로부터 입력되는 단일 송신신호를 전력선을 통해 송출하는 전력선 커플러(630)를 구비한다.The analog front-end device according to the present invention includes a receiver 610 for receiving a differential received signal for power line communication from a power line, processing the signal, and transmitting the signal to a digital signal processor (not shown), and a single transmission output from the digital signal processor. Transmitter 620 receives a signal and processes the signal and transmits the signal to a power line, and receives a received signal input through the power line, processes the received signal into a differential receive signal, provides the received signal to the receiver 610, and receives a single transmission signal input from the transmitter 620. It is provided with a power line coupler 630 for transmitting through the power line.
수신부(610)는 전력선 커플러(630)를 통해 입력되는 차동 수신신호 중 전력선 통신대역은 통과시키고 전력선 통신대역 이외의 신호는 감쇄시키는 차동 수신필터(611)와, 차동 수신필터(611)를 통과한 전력선 통신대역의 차동 수신신호를 증폭하는 수신 차동증폭기(612)와, 수신 차동증폭기(612)에서 증폭된 차동 수신신호를 입력받아 디지털로 변환하는 차동입력 아날로그/디지털 변환기(613)로 구성된다.The receiver 610 passes through the differential receiving filter 611 and the differential receiving filter 611 which passes through the power line communication band and attenuates signals other than the power line communication band among the differential receiving signals inputted through the power line coupler 630. A reception differential amplifier 612 amplifies the differential reception signal of the power line communication band, and a differential input analog / digital converter 613 which receives the differential reception signal amplified by the reception differential amplifier 612 and converts it into digital.
송신부(620)는 디지털 신호처리기(미도시)를 통해 입력되는 디지털 송신신호를 아날로그로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(621)와, 아날로그 단일 송신신호 중 전력선 통신대역을 통과시키는 송신필터(622)와, 송신필터(622)를 통과한 단일 송신신호의 전력을 증폭하여 변압기(T2)의 2차측으로 송출하는 송신 증폭기(623)로 구성된다. 송신필터(622)는 전력선 통신대역 이외의 대역을 EMI(electromagnetic interference) 규격에 맞도록 신호 감쇄시키는데, 대역통과필터 또는 저역통과필터로 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 회로가 간단한 저역통과필터로 송신필터를 구현한다.The transmitter 620 may include a digital / analog converter 621 for converting a digital transmission signal input through a digital signal processor (not shown) into an analog signal, and a transmission filter 622 for passing a power line communication band among analog single transmission signals; And a transmission amplifier 623 which amplifies the power of the single transmission signal passing through the transmission filter 622 and sends it to the secondary side of the transformer T2. The transmission filter 622 attenuates a band other than the power line communication band to meet the electromagnetic interference (EMI) standard, and may be configured as a band pass filter or a low pass filter. In this embodiment, the circuit implements a transmission filter with a simple low pass filter.
정리하면, 수신부(610)의 구성요소인 차동 수신필터(611)와 수신 차동증폭기(612)와 차동입력 아날로그/디지털 변환기(613)는 모두 차동입력/차동출력 구조를 갖고, 송신부(620)의 구성요소인 디지털/아날로그 변환기(621)와 송신필터(622)와 송신증폭기(623)는 모두 단일입력/단일출력 구조를 갖는다.In summary, the differential receiving filter 611, the receiving differential amplifier 612, and the differential input analog-to-digital converter 613, which are components of the receiving unit 610, all have a differential input / differential output structure. The digital to analog converter 621, the transmission filter 622, and the transmission amplifier 623, which are components, all have a single input / single output structure.
전력선 커플러(630)는 수신부(610)의 입장에서는 고역통과필터로 동작하는데 50Hz, 60Hz의 교류 220V를 제거하는데, 차단 주파수는 커패시터(C1)와 변압기(T2)에 의해 결정된다. 또한, 이 전력선 커플러(630)는 송신부(620)의 입장에서는 송신신호를 전력선에 인가하기 위해서 통신 주파수에서 병렬지로소자들은 임피던스가크고 직렬지로소자들은 임피던스가 낮아야 한다.The power line coupler 630 operates as a high pass filter from the position of the receiver 610 and removes AC 220V of 50 Hz and 60 Hz, and a cutoff frequency is determined by the capacitor C1 and the transformer T2. In addition, the power line coupler 630 has a high impedance and a low impedance in parallel to the devices in the communication frequency in order to apply the transmission signal to the power line from the transmitter 620.
전력선 커플러(630)는 전력선과 전력선 커플러 사이에 직렬로 연결된 퓨즈(F1)와, 전력선 라인간에 연결되어 전력선에서 발생하는 고압의 써지 전압으로부터 전력선 커플러를 보호하기 위한 제너 다이오드(D1, D2)와, 전력선에 직렬로 연결되어 수신신호의 차단 주파수를 결정하는 커패시터(C1) 및 변압기(T2)와, 커패시터(C1)에 병렬로 연결되어 커패시터(C1)에 충전된 전하를 방전하는 경로가 되는 저항(R1)을 포함한다.The power line coupler 630 includes a fuse F1 connected in series between the power line and the power line coupler, zener diodes D1 and D2 connected between the power line lines to protect the power line coupler from high voltage surge voltage generated from the power line. A capacitor C1 and a transformer T2 connected in series with a power line to determine a cutoff frequency of a received signal, and a resistor connected in parallel with the capacitor C1 to discharge a charge charged in the capacitor C1 ( R1).
변압기(T2)는 하나의 1차측 코일과 2개의 2차측 코일로 구성되는데, 하나의 2차측 코일(수신용 2차측 코일)의 양단은 수신부(610)에 연결되고, 나머지 2차측 코일(송신용 2차측 코일)의 일단은 송신부(620)에 연결되고 타단은 접지된다. 따라서, 수신용 2차측 코일의 양단을 통해 수신 차동신호가 수신부(610)에 전달되고, 송신용 2차측 코일의 일단을 통해 송신신호가 전력선 커플러(630)에 전달된다.Transformer T2 is composed of one primary coil and two secondary coils, both ends of one secondary coil (receiving secondary coil) are connected to the receiving unit 610, the other secondary coil (for transmission) One end of the secondary coil) is connected to the transmitter 620 and the other end is grounded. Accordingly, the receiving differential signal is transmitted to the receiving unit 610 through both ends of the receiving secondary coil, and the transmitting signal is transmitted to the power line coupler 630 through one end of the transmitting secondary coil.
상기와 같이 구성된 아날로그 프론트엔드 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the analog front-end device configured as described above are as follows.
먼저, 전력선을 통해 데이터가 수신되는 과정을 살펴보면, 전력선을 따라 입력된 50Hz, 60Hz의 교류 220V는 퓨즈(F1)를 통과하고 커패시터(C1)와 변압기(T2)에 의해 결정된 고역 통과 필터의 차단 주파수보다 낮은 대역은 차단되고 차단 주파수보다 높은 대역은 변압기(T2)의 1차측 코일에서 수신용 2차측 코일쪽으로 전달된다. 이때, 송신부(620)는 송신신호를 전력선 커플러를 통해 송신할 때에는 송신 증폭기는 낮은 임피던스를 유지하고, 전력선 커플러를 통해 수신신호가 입력될 때에는 송신 앰프는 높은 임피던스가 유지되어, 수신신호는 송신부(620)에 영향 없이 수신부(610)에만 입력된다. 이때, 전력선을 통해 인가되는 전력에 이상이 발생하거나, 갑자기 고압의 써지전압이 인가되면 퓨즈(F1)가 끊어지거나 제너 다이오드(D1, D2)에서 완충되어, 전력선 커플러를 보호한다.First, look at the process of receiving data through the power line, AC 220V of 50Hz, 60Hz input along the power line passes through the fuse (F1) and the cutoff frequency of the high pass filter determined by the capacitor (C1) and transformer (T2) The lower band is cut off and the band higher than the cutoff frequency is passed from the primary coil of transformer T2 to the receiving secondary coil. In this case, the transmitter 620 maintains a low impedance when the transmission signal is transmitted through the power line coupler, and when the received signal is input through the power line coupler, the transmission amplifier maintains a high impedance. It is input only to the receiver 610 without affecting the 620. At this time, when an abnormality occurs in the power applied through the power line or when a surge voltage of a high voltage is suddenly applied, the fuse F1 is blown or is buffered in the zener diodes D1 and D2 to protect the power line coupler.
수신용 2차측 코일의 양단으로 출력되는 수신신호는 차동 수신필터(611)에 입력되는데, 이 차동 수신필터(611)는 대역통과필터로서 전력선 통신대역 이외의 신호를 감쇄시켜 신호 대 잡음비를 높이는 역할을 한다. 이 차동 수신필터(611)에서 전력선 통신대역 이외의 신호가 감쇄될 때 전력선과 접지 사이에 발생하였던 공통모드 잡음이 제거된다. 수신 차동증폭기(612)는 차동 수신필터(611)를 통과한 차동 수신신호를 증폭하여 전력선에서 감쇄된 신호를 복원한다. 차동입력 아날로그/디지털 변환기(613)는 수신 차동증폭기(612)에서 증폭된 수신신호를 디지털로 변환한 후 디지털 신호처리기(미도시)에 제공한다.The received signal output from both ends of the receiving secondary coil is input to the differential receiving filter 611. The differential receiving filter 611 serves as a band pass filter to attenuate signals other than the power line communication band to increase the signal-to-noise ratio. Do it. When the signals other than the power line communication band are attenuated in the differential receiving filter 611, the common mode noise generated between the power line and the ground is removed. The reception differential amplifier 612 amplifies the differential reception signal passing through the differential reception filter 611 to restore the attenuated signal from the power line. The differential input analog / digital converter 613 converts the received signal amplified by the reception differential amplifier 612 to digital and then provides the digital signal to a digital signal processor (not shown).
다음, 전력선을 통해 데이터를 송신하는 과정을 살펴보면, 디지털 신호처리기(미도시)는 전송하고자 하는 송신 데이터를 출력하고, 디지털/아날로그 변환기(621)는 이 송신 데이터를 아날로그로 변환한다. 송신필터(622)는 디지털/아날로그 변환기(621)에서 출력되는 아날로그 송신신호 중 전력선 통신대역 이외의 신호를 억제시키는 대역통과 또는 아날로그 송신신호를 EMI 규격에 맞도록 일정대역보다 높은 신호를 억제시키는 저역통과를 수행한다. 마지막으로, 송신 증폭기(623)는 송신필터를 통과한 전력선 통신대역의 송신신호를 전력선의 낮은 임피던스를 구동할 수 있도록 전력을 증폭한다. 이렇게 송신부(620)에서 신호 처리된 송신신호는 변압기(T2)의 송신용 2차측 코일의 일단을 통해 변압기(T2)의 1차측으로 전달되고, 전력선에 실려서 송출된다.Next, referring to a process of transmitting data through a power line, a digital signal processor (not shown) outputs transmission data to be transmitted, and the digital / analog converter 621 converts the transmission data into analog. The transmission filter 622 is a band pass that suppresses signals other than the power line communication band among the analog transmission signals output from the digital-to-analog converter 621, or a low pass that suppresses a signal higher than a predetermined band so that the analog transmission signal conforms to the EMI standard. Perform the pass. Finally, the transmission amplifier 623 amplifies the power so as to drive the low impedance of the power line the transmission signal of the power line communication band passed through the transmission filter. The transmission signal processed by the transmitter 620 is transferred to the primary side of the transformer T2 through one end of the secondary coil for transmission of the transformer T2, and is loaded on the power line.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 아날로그 프론트엔드 장치의 구체적인 회로 예시도이다. 송신부가 단일입력/단일출력 구조이기 때문에 도 5와 비교했을 때 송신부의 회로 구성이 간단해짐을 알 수 있다.FIG. 7 is a diagram illustrating a specific circuit of the analog front end device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 6. Since the transmitter has a single input / single output structure, it can be seen that the circuit structure of the transmitter is simplified as compared with FIG.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차동입력/차동출력 구조의 수신부와 단일입력/단일출력 구조의 송신부로 구성된 아날로그 프론트엔드 장치의 블록 구성도이다. 이 아날로그 프론트엔드 장치는 수신부(810)와 송신부(820)와 전력선 커플러(830)를 구비한다. 수신부(810)는 차동 수신필터(811)와 수신 차동증폭기(812)와 차동입력 아날로그/디지털 변환기(813)로 구성되며, 이는 각각 도 6에 도시된 아날로그 프론트엔드 장치의 수신부의 차동 수신필터(612)와 수신 차동증폭기(612)와 차동입력 아날로그/디지털 변환기(613)와 그 구성 및 동작이 동일하다. 또한, 송신부는 디지털/아날로그 변환기(821)와 송신필터(822)와 송신증폭기(823)로 구성되며, 이는 각각 도 6에 도시된 아날로그 프론트엔드 장치의 송신부의 디지털/아날로그 변환기(621)와 송신필터(622)와 송신증폭기(623)와 그 구성 및 동작이 동일하다.8 is a block diagram of an analog front end device including a receiver of a differential input / differential output structure and a transmitter of a single input / single output structure according to a second embodiment of the present invention. The analog front end device includes a receiver 810, a transmitter 820, and a power line coupler 830. The receiving unit 810 includes a differential receiving filter 811, a receiving differential amplifier 812, and a differential input analog-to-digital converter 813, which are respectively differential receiving filters of the receiving unit of the analog front end device shown in FIG. 6. 612 and the receiving differential amplifier 612 and the differential input analog-to-digital converter 613 are the same in configuration and operation. In addition, the transmitter consists of a digital-to-analog converter 821, a transmission filter 822, and a transmission amplifier 823, which respectively transmit the digital / analog converter 621 and the transmitter of the analog front-end apparatus shown in FIG. The configuration and operation of the filter 622 and the transmission amplifier 623 are the same.
제 2 실시예에 따른 전력선 커플러를 구성하는 변압기(T3)는 하나의 1차측 코일과 중간탭을 가지는 2차측 코일로 이루어지고, 중간탭은 접지된다. 2차측 코일의 양단은 수신부(810)에 연결되어 수신부(810)로 차동 수신신호를 전달하고, 2차측 코일의 일단은 송신부(820)에 연결되어 송신부(820)로부터 단일 송신신호를 전달받는다. 전력선 커플러의 나머지 회로는 도 6의 전력선 커플러와 동일하게 구성할 수 있다.The transformer T3 constituting the power line coupler according to the second embodiment is composed of one primary coil and a secondary coil having an intermediate tap, and the intermediate tap is grounded. Both ends of the secondary coil are connected to the receiver 810 to transmit a differential reception signal to the receiver 810, and one end of the secondary coil is connected to the transmitter 820 to receive a single transmission signal from the transmitter 820. The remaining circuit of the power line coupler may be configured in the same manner as the power line coupler of FIG. 6.
도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 아날로그 프론트엔드 장치의 구체적인 회로 예시도이다. 도 7과 마찬가지로 송신부가 단일입력/단일출력 구조이기 때문에 도 5와 비교했을 때 송신부의 회로 구성이 간단해짐을 알 수 있다.FIG. 9 is a diagram illustrating a specific circuit of the analog front end device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 8. As shown in FIG. 7, since the transmitter has a single input / single output structure, it can be seen that the circuit structure of the transmitter is simplified compared with FIG.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 변압기의 구조를 변경함으로써 수신부는 차동입력/차동출력 구조로 구성하고 송신부는 단일입력/단일출력 구조로 구성하면, 신호 수신시 잡음을 충분히 억제할 수 있으면서 송신부의 회로를 간단하게 구성할 수 있는 잇점이 있다.As described above, according to the present invention, by changing the structure of the transformer, if the receiver is configured with a differential input / differential output structure, and the transmitter is configured with a single input / single output structure, the circuit of the transmitter is able to sufficiently suppress noise when receiving a signal. There is an advantage that can be configured simply.
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