KR101120287B1 - 송신기와 수신기 사이의 데이터 교환을 위한 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 데이터 교환용 디바이스는 파워 서플라이(VDDA)로부터 전원이 공급되는 송신기(SA4), 제 1 도체 와이어가 상기 송신기의 고정 전위 지점(GNDA)에 연결되고 제 2 도체 와이어는 상기 송신기의 가변 전위 지점에 연결되는 전기 케이블(C1), 및 수신기(SB4)를 포함한다. 상기 수신기(SB4)는 상기 전기 케이블(C1)에서의 전류의 방향에 반대되는 임계 전압을 정의하는 소자(DZB4)를 포함한다. 상기 디바이스는 단순하고 저비용으로 생산되는 방식으로 구현된다. 상기 디바이스는 다수의 송신기 및 수신기를 상호연결을 가능하게 하고, 전압 및 기생 전류에 대한 민감도가 작다.

Description

송신기와 수신기 사이의 데이터 교환을 위한 디바이스{DEVICE FOR DATA EXCHANGE BETWEEN A TRANSMITTER AND A RECEIVER}
본 발명은 정보교환용 장치에 관한 것으로, 상기 정보교환용 장치는 파워 서플라이로부터 전원이 공급되는 송신기, 전기 케이블로서 제 1 도체는 상기 송신기의 고정 전위 지점에 연결되고 제 2 도체는 상기 송신기의 가변 전위 지점에 연결되는 상기 전기 케이블, 및 하나이상의 수신기를 포함한다.
이러한 장치들은 정보 교환을 위해 널리 사용된다. 상기 장치들은 한편으로 전자기 방사선에 대하여 보호되는 실드 케이블(shielded cables) 또는 트위스티드(twisted) 와이어 쌍을 이용하고, 다른 한편으로 정보를 구성하는 신호를 생성 및 상기 신호의 모양을 만드는 회로를 이용한다. 예를 들어, EIB(등록된 상표), LONWORKS(등록된 상표), 또는 RS485 표준을 이용한 데이터 전송 장치가 공지되어 있다. 이러한 시스템들은 매우 경쟁력이 있고 높은 비트 속도로 정보를 전송할 수 있게 한다. 그러나, 이러한 장치들은 특히 높은 비트 속도가 중요한 기준이 되지 않는 특정 용도에서 치수초과(overdimensioned)가 된다.
보다 단순한 장치들이 종래 기술에서 공지되어 있다. 예를 들어, 도 1에 있는 조립체가 공지되어 있다. 상기 조립체는 전기 케이블(C1)에 의해 서로 연결되어 있는 송신기(SA1) 및 수신기(SB1)를 포함하고, 이때 상기 전기 케이블(C1)은 전기적 저항값이 저항(RL1 및 RL2)으로 표시된 두 개의 도체를 갖는다. 상기 송신기는 주로 스위치 모드에서 동작하는 트랜지스터(TA1)로 구성되고 상기 전기 케이블의 두 도체의 단부를 연결할 수 있게 하는 제어된 스위치를 포함한다. 상기 수신기는 전압(VDDB)을 제공하는 파워 서플라이를 포함하고, 이때 상기 전압(VDDB)은 저항기(RB1)를 통해 상기 전기 케이블의 도체들 중 한 단부에 연결된다. 전압(Us)은 상기 전기 케이블의 도체들의 단부 사이에서 측정된다. 상기 전압(Us)은 상기 송신기(SA1)의 트랜지스터의 상태에 따라 변한다. 따라서, 정보의 항목은 상기 송신기의 레벨에서 상기 트랜지스터(TA1)의 일련의 상태로 코딩되고 그리고 상기 수신기(SB1)의 레벨에서 전압(Us)의 변화를 측정함으로써 디코딩된다. 상기 트랜지스터(TA1)가 온 될 때, 상기 송신기와 상기 수신기를 연결하는 전기 케이블에서 전류 강도는 상기 저항기(RB1)에 의해 주로 제한된다. 정보 비트 속도가 상당히 낮기 때문에, 이러한 배열의 용량성 및 유도성 효과를 이러한 다이어그램에 나타내는 것은 불필요하다.
이러한 장치는 결점을 갖는다. 특히, 100개의 수신기를 상기 송신기(SA1)와 동일 선상에 연결하면, 전류 제한 저항기는 병렬로 배열되고 그 값은 RB1/100이 된다. 과도하게 큰 전류가 상기 트랜지스터(TA)를 통해 흐르게 하는 것을 막기 위해서는 상호통신할 소자들의 수를 제한하거나, 또는 큰 저항값의 RB1(가령, 상기 트랜지스터(TA)에 의해 최대 전류를 허용하는 값의 100배)을 선택하는 것이 필요하다.
이러한 장치에서, 공통-모드 전압 및 차동-모드 전압이 상기 송신기 및 수신기의 레벨에서 나타나고, 이때 특히 수신기는 거리를 두고 분리된다.
공통-모드 전압은 화살표(Ucm)에 의해 표현된다. 저항 RB1 때문에, 공통-모드 전류는 전압(Us)의 변경을 일으킨다.
차동-모드 전압은 상기 송신기와 수신기 사이의 전기 케이블의 두 도체들에 의해 형성된 루프를 흐르는 전류(Idm)에 의해 야기된다. 상기 저항기(RL1 및 RL2)를 통해 흐르는 상기 전류는 전압(Us)을 바꾸는데 마찬가지로 기여한다.
간섭 유도된 전류(Idm)의 효과를 줄이기 위해서, 실드 또는 트위스티드 전기 케이블이 사용된다. 게다가, 매우 작은 저항을 나타내는 도체들이 사용되고 상기 장치의 여러 소자들을 분리하는 거리는 제한된다.
상기 저항기(RB1)의 값에 대해서는 타협이 이루어져야 한다. 상기 저항기(RB1)의 값은 최대 개수의 소자들 사이의 통신을 가능하게 할 정도로 높아야 하고, 또한 상기 저항기의 값은, 트랜지스터(TA1)가 온 될 때, 전압(Us)을 이용하는 임의의 로직 회로의 로우(low) 로직 값의 상한값 이하로 전압(Us)을 유지할 정도로 높아야 한다. 반대로, 상기 값은 유도된 전류의 효과를 제한하도록 작아야 한다.
도 2에 도시된 것과 같은 장치가 또한 공지되어 있다. 여기서 조립체는 전기 케이블(C1)에 의해 서로 연결되는 송신기(SA2) 및 수신기(SB2)를 포함하고, 이때 상기 케이블(C1)은 전기적 저항값이 저항기(RL1 및 RL2)로 표시되는 두 개의 도체를 갖는다. 송신기(SA2)는 직렬로 배열된 저항기(RA)와 트랜지스터(TA2)에 전압(VDDA)을 제공하는 파워 서플라이를 주로 포함한다. 트랜지스터(TA2)는 회로(도시 되지 않음)에 의해 제어되고 그리고 스위치 모드에서 동작한다. 수신기(SB2)는 상기 전기 케이블의 두 도체의 단부 사이에 저항기(RB2)를 주로 표시한다. 전압(Us)은 이러한 저항기의 단자에서 구해진다. 따라서, 정보의 항목은 상기 송신기의 트랜지스터(TA2)의 일련의 상태로 코딩되고 그리고 상기 수신기(SB2)에서 전압(Us)의 변화를 측정함으로써 디코딩된다. 상기 트랜지스터(TA2)가 오프될 때, 상기 송신기와 수신기를 연결하는 전기 케이블에서의 전류 강도는 저항기(RA)에 의해 주로 제한된다.
이러한 장치에서, 상기 저항기(RB2)의 값은 마찬가지로 다수의 소자들의 연결을 가능하게 할 만큼 커야 하고, 이때 RA의 값은 주어진다. 상기 저항기(RB2)의 값은 또한 저항기(RL1 및 RL2)의 값보다 훨씬 커야 한다. 그러나, RB2의 값은 공통-모드 및 차동-모드의 유도된 전류의 효과를 줄이기 위해서 가능한 작아야 한다.
본 발명의 목적은 언급된 결점을 줄이고 종래기술에서 알려진 장치들을 개선하도록 정보 전송용 장치를 제작하는 것이다. 특히, 본 발명은 제조 비용이 낮은 단순한 장치를 만드는 것을 제안하고, 간섭 전류 및 전압에 둔감한 수많은 전송기 및 수신기를 상호연결할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 정보교환용 장치는 상기 수신기가 임계 전압(상기 케이블을 통과하는 전류의 흐름과 반대됨)을 정의하는 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 간섭 전압은 상기 케이블 주위의 전류 흐름을 야기하도록 이러한 임계 전압보다 커야 하고 그리고 정보로 해석되어야 한다.
도 1 및 2는 종래기술에서 공지된 송신기-수신기 조립체를 나타내며, 상기 조립체는 정보의 교환을 가능하게 하는 전기 케이블에 의해 연결된다.
도 3은 본 발명에 따른 정보를 교환하기 위한 장치의 제 1 실시예로서, 전기 케이블에 의해 연결된 송신기 및 수신기를 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 정보를 교환하기 위한 장치의 제 2 실시예로서, 전기 케이블에 의해 연결된 송신기 및 수신기를 포함한다.
본 발명에 따른 정보교환용 장치의 제 1 실시예는 도 3에 표시되어 있고, 전기 케이블에 의해 서로 연결되는 송신기(SA3) 및 수신기(SB3)를 포함하며, 이때 상기 전기 케이블은 전기적 저항값이 저항기(RL1 및 RL2)로 표시되는 두 개의 도체를 갖는다. 상기 송신기(SA3)는 트랜지스터(TA3)를 포함하고 앞서 설명된 송신기(SA2)와 동일하다. 상기 수신기(SB3)는 직렬로 배열된 저항기(RB4) 및 트랜지스터(TB3)에 전압(VDDB)을 공급한다. 상기 트랜지스터(TB3)의 베이스 단자는 DC 전압 발생기(P3)(가령, 건전지 또는 축전지) 및 저항(RB3)을 통해 상기 전기 케이블의 도체 단부에 연결된다. 상기 트랜지스터(TA3)는 회로(도시되지 않음)에 의해 제어되고 그리고 스위치 모드에서 동작한다. 전압(Us)은 상기 트랜지스터(TA3)의 이미터와 컬렉터 사이에 구해진다.
따라서, 정보의 항목은 상기 송신기의 트랜지스터(TA3)의 일련의 상태로 코딩되고 그리고 상기 수신기(SB3)의 전압(Us)에서의 변동을 측정함으로써 디코딩된 다. 트랜지스터(TA3)가 오프될 때, 상기 송신기와 수신기를 연결하는 전기 케이블에서 전류의 강도는 저항기(RB3)에 의해 주로 제한된다.
이러한 배열에서는 큰 저항값의 RB3를 선택하는 것이 가능하지만 유도된 전류의 효과에는 둔감하다. 상기 트랜지스터(TB3)는 실제로, 차동-모드 전압이 상기 DC 전압 발생기(P3)의 전압에 상기 트랜지스터(TB3)의 베이스와 이미터 사이의 전압을 더한 것보다 커지지 않을 때, 오프된다.
예를 들어, 상기 송신기(SA3) 및 수신기(SB3)의 파워 서플라이의 전압(VDDA 및 VDDB)는 12V와 같을 수 있다. RA 및 RB의 저항값은 1㏀과 같을 수 있고, RB3는 다수의 소자들의 상호연결을 가능하게 하도록 50㏀과 같을 수 있다. 상기 DC 전압 발생기의 전압은 4.5V와 같을 수 있고 그리고 트랜지스터(TB3)의 베이스-이미터 전압은 0.6V와 같을 수 있다.
따라서, 상기 트랜지스터의 상태 변화를 가능하게 하는 차동 전압은 5V와 같다. 이 값은 유도된 전류의 효과를 방지하는 좋은 안전 마진을 제공한다.
이러한 배열은 건전지나 축전지와 같은 DC 전압 발생기를 이용하는 결점을 갖는다. 그러나, 축전지는 상기 트랜지스터(TA3)가 개방될 때 저항기(RA, RL1, RB3 및 RL2)를 통해 계속적으로 재충전되고, 따라서 자동방전을 보상하면서 긴 수명을 제공한다.
이러한 회로에서는 간섭 전압을 우회하기 위해서, 상기 DC 전압 발생기를 4.4V의 제너 전압의 제너 다이오드로 대체하는 것이 가능하지 않다.
특히, 만일 상기 DC 전압 발생기(P3)가 제너 다이오드로 대체된다면, 상기 트랜지스터(TA3)가 오프될 때, 전류는 저항기(RB3)에 의해 주로 제한되고 그리고 (12-5)/50 = 0.140mA가 된다. 이러한 낮은 값의 결과는 상기 제너 다이오드의 단자를 통한 전압이 상기 제너 전압과 매우 다르고 이 경우 거의 0이 된다는 것이다. 결과적으로, 상기 회로는 유도된 전류에 민감하다.
도 4에 도시된 장치의 제 2 실시예는 이러한 문제를 해결하도록 한다. 상기 장치는 전기 케이블(C1)에 의해 연결되는 송신기(SA4) 및 수신기(SB4)를 포함하고, 이때 상기 전기 케이블(C1)은 전기적 저항값이 저항기(RL1 및 RL2)로 표시되는 두 개의 도체를 갖는다. 상기 전기 케이블로 전송되는 전기적 신호로 구성되는 정보는 송신기(SA4)에 의해 전송되고 수신기(SB4)에 의해 수신될 수 있다. 간단하고 명료하게 설명하기 위해 하나의 송신기 및 하나의 수신기가 도 4에 도시되어 있다. 그러나, 상기 장치는 상기 케이블 상에 병렬로 연결된 수 개의 명령(command) 송신기 및 수 개의 명령 수신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 홈 오토메이션 네트워크에서, 이러한 장치는 제어 디바이스, 전기 장치 및 센서 사이의 통신을 가능하게 한다. 각 성분은 이들 사이의 양방향 통신을 가능하게 하도록 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다.
송신기(SA4)는 직렬로 배열된 저항기(RA) 및 트랜지스터(TA4)에 전압(VDDA)을 제공하는 파워 서플라이를 주로 포함한다. 상기 트랜지스터(TA4)는 회로(도시되지 않음)에 의해 제어되고 스위치 모드에서 동작한다. 수신기(SB4)는 직렬로 배열된 저항기(RB6)와 제너 다이오드(DZB4)에 전압(VDDB)을 제공하는 파워 서플라이를 포함하고, 이때 두 개의 병렬 가지는 각각 저항기(RB7) 및 직렬로 배열된 트랜지스 터(TB4)와 저항기(RB8)를 각각 포함한다. 상기 전기 케이블의 도체들의 두 단부 중 하나는 상기 저항기(RB6)와 상기 제너 다이오드 사이에 연결되고, 나머지 단부는 저항기(RB5)를 통해 트랜지스터(TB4)의 베이스에 연결된다.
상기 장치는 아래의 값으로 구현될 수 있다:
VDDA = VDDB = 12V
RA = RB6 = 1㏀
UZ = 3.9V
RB5 = 47㏀
RB7 = 4.7㏀
RB8 = 100㏀
상기 송신기(SA4)로부터 상기 수신기(SB4)로 전송될 정보의 항목은 상기 트랜지스터(TA4)의 일련의 일시적인 오프 및 온 상태로 코딩된다. 상기 정보의 항목은 저항기(RB8)의 단자를 가로질러 측정되는 전압(Us)에서의 변동을 분석함으로써 수신기(SB4)에서 디코딩된다.
트랜지스터(TA4)가 오프될 때, 전압은 트랜지스터(TA4)의 컬렉터와 이미터 사이에 존재한다. 이 전압은 대략 12V이다. 이는 전류가 저항기(RL1), 제너 다이오드(DZB4), 트랜지스터(TB4), 저항기(RB5) 및 저항기(RL2)를 통해 흐르도록 한다. 상기 제너 다이오드(DZB4)의 제너 전압은 상기 수신기(SB4)의 전원 공급 단자 사이에 연결된 저항기(RB6 및 RB7)를 통해 흐르는 전류에 의해 유지된다. 상기 제너 전압 및 상기 트랜지스터(TB4)의 이미터-베이스 전압은 상기 케이블을 통하는 전류 흐름을 방해한다. 상기 케이블을 통해 충분한 전류가 흐를 때, 트랜지스터(TB4)는 온 되고, 전압(Us)은 대략 10V가 되며 논리 회로에 의해 하이(high) 상태로 해석된다. 상기 저항기(RB5)의 큰 값은 송신기를 수많은 수신기와 연결시키는 전류 및 가능성을 제한하게 된다.
트랜지스터(TA4)가 온 될 때, 트랜지스터(TA4)의 컬렉터와 이미터 사이의 전압은 거의 0이 된다. 이는 루프를 통해 어떠한 전류도 흐르지 못하는 결과를 갖게 된다. 트랜지스터(TB4)는 따라서 오프가 되고 전압(Us)은 거의 0이 된다. 이는 논리 회로에서 로우(low) 상태로 해석된다. 상기 제너 다이오드를 통과하고 상기 제너 다이오드 단자의 제너 전압을 유지하도록 하는 전류는 상기 케이블에서 만날 수 있는 유도된 전류보다 10배 정도 크도록 선택된다. 이는 유도된 간섭 전류가 상기 트랜지스터(TB4)를 온 상태로 스위칭할 수 없게 한다.
대략 100개의 수신기 및 1000m의 연결 케이블 길이를 갖는 장치는 완벽하게 동작한다.
송신기 및 수신기는 커패시터와 같은 다른 소자들을 포함할 수 있다. 가령, 상기 트랜지스터(TA4)는 마이크로컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
보다 많은 수의 소자들을 상기 장치 내에 연결하기 위해서, 저항기(RA)는 또한 트랜지스터로 대체될 수 있다.

Claims (8)

  1. 정보 교환용 장치에 있어서, 상기 장치는
    - 파워 서플라이(VDDA)로부터 전원이 공급되는 송신기(SA3, SA4),
    - 전기 케이블(C1)로서, 이때 상기 전기 케이블(C1)의 제 1 도체는 상기 송신기의 고정 전위 지점(GNDA)에 연결되고 그리고 제 2 도체는 상기 송신기의 가변 전위 지점에 연결되는 상기 전기 케이블(C1), 및
    - 하나 이상의 수신기(SB3, SB4)로서, 이때 상기 수신기(SB3, SB4)는 각각 상기 전기 케이블(C1)을 통해 송신기와 연결되고, 상기 전기 케이블(C1)을 통과하는 전류의 흐름을 차단하는 임계 전압을 정의하여, 간섭 전압이 상기 임계 전압보다 커져야 정보(information)로 해석되도록 하는 소자(P3, DZB4)를 포함하는, 상기 하나 이상의 수신기(SB3, SB4)를 포함하며,
    상기 소자는 상기 임계 전압보다 작은 간섭 전압을 차단하는 제너 다이오드(DZB4)를 포함하고,
    상기 전기 케이블(C1)을 통해 전류의 흐름을 차단하는 임계 전압은 제너 다이오드(DZB4)의 제너 전압과 트랜지스터(TB4)의 이미터-베이스 전압의 합이고, 상기 트랜지스터(TB4)의 이미터는 상기 제너 다이오드(DZB4)의 애노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 케이블(C1)을 통해 전류의 흐름을 차단하는 임계 전압을 정의하는 소자(P3)는 건전지 또는 축전지(P3)인 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 이때 상기 제너 다이오드(DZB4)는 연속적인 전류가 제공되는 제너 다이오드(DZB4)이고, 상기 제너 다이오드의 단자 사이에는 상기 전기 케이블(C1)에 전류의 흐름이 없는 경우에도 제너 전압과 동일한 전압이 나타나는 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 이때 상기 임계 전압은 2V보다 큰 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 이때 상기 임계 전압은 2V보다 큰 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 이때 상기 임계 전압은 2V보다 큰 것을 특징으로 하는 정보 교환용 장치.
  8. 삭제
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