KR101171509B1 - 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정보 송신 방법들에 관한 것이고, 특히 전자 디바이스들의 통신 인터페이스들에 관한 것이다. 이러한 방법은, 통신 라인의 두 와이어들에서 신호의 송신 및 판독의 과정에서, 노이즈 신호의 보상을 통해 노이즈 보호(protection)를 향상시킴으로써 통신 거리 및 신뢰도를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 본 방법은, 제 1 저항을 통해 전압 공급원의 제 1 극을 2선식 송신 라인의 제 1 와이어에 연결하는 것과 제 2 저항을 통해 상기 전압 공급원의 제 2 극을 2선식 송신 라인의 제 2 와이어에 연결하는 것을 포함한다. 또한, 제 1 저항 및 제 2 저항은 동일한 저항값을 갖고, 수신기는 송신기와 전압 공급원 사이의 2선식 통신 라인으로 연결되고, 2개의 전류 센서들을 구비한다. 판독 신호는 측정된 전류들의 절대값들의 합으로서 정의된다.

Description

이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법{METHOD FOR TRANSMITTING DISCRETE ELECTRIC SIGNALS}
본 발명은 정보를 송신하기 위한 방법들에 관한 것이고, 구체적으로는 전자 디바이스들의 통신 인터페이스들에 관한 것이며, 특히 이산적(discrete) 전기 신호들을 송신하는 방법들에 관한 것이다.
송신기로부터, 이러한 송신기와 결합된 통신 라인 전압 공급원과 3선식(three-wire) 통신 라인에 의해 상호연결된 수신기로 이산적 전기 신호들을 바이너리 코드(binary code)로 송신하기 위한 방법은 본 기술분야에서 공지되어 있고, 이는 송신기의 출력에서 음(negative) 전압 또는 양(positive) 전압을 구축함으로써 그리고 접지(ground)에 대한 전압값을 수신기에 의해 판독함으로써 공통 와이어(접지)에 대한 하나의 와이어를 통하여 송신기로부터 로직 1 및 로직 0을 송신하는 것을 포함하고, 그리고 또 다른 송신기-수신기 쌍의 도움으로 반대방향으로 다른 쪽 와이어를 통하여 동일한 방법을 이용하여 신호를 송신하는 것을 포함한다. 이러한 방법은 RS 232 인터페이스로 알려져 있다.
이러한 공지된 방법의 단점은 낮은 노이즈 면역성(immunity) 및 보통 10 미터 이하의 단거리 통신 거리이다. 이것은 라인의 와이어(wire)들에서 전류의 통과를 위한 상이한 조건들에 의해서 설명된다: 송신하는 와이어들의 회로 내의 저항은 공통 와이어(접지)의 회로 내의 저항보다 크고, 이것은 전자기장들의 영향 하에서 노이즈 전압의 출현의 원인이 된다.
또, 이러한 방법은 정보가 단지 하나의 수신기로만 송신되는 것을 허용하고, 독립적인 양극(bipolar) 전기 전력 공급(power supply)이 이를 위해 배열(arrange)될 것을 요구하며, 이는 장치 비용의 증가를 초래한다.
송신기로부터, 이러한 송신기와 결합된 라인 전압 공급원과 3선식 통신 라인 상에 배열된 수신기로 이산적 전기 신호들을 바이너리 코드로 송신하기 위한 방법 또한 공지되어 있고, 이것은 하나의 와이어에서 음 전압을 구축하고 이와 동시에 제 3 와이어에 대한 다른 쪽 와이어에서는 양 전압을 구축함으로써 로직 1을 송신하는 것과 제 3 와이어의 로직 0에 대해 제 1 와이어 및 제 2 와이어에서 0에 가까운 전압을 구축함으로써 그리고 라인의 제 1 와이어 및 제 2 와이어에서의 전압값들을 수신기에 의해 판독함으로써 로직 0을 송신하는 것을 포함한다. 이러한 방법은 RS 485 인터페이스로 알려져 있다.
이러한 방법은 보다 높은 노이즈 면역성 및 보다 장거리의 통신 거리 ? 1000 미터까지 ? 를 갖고, 많은 수의 디바이스들이 상호연결되도록 허용하고, 따라서 양(both) 방향 신호 송신을 보장하지만, 이전의 방법과 마찬가지로 독립적인 양극 전기 전력 공급이 라인과 연결된 모든 디바이스들을 위하여 제공될 것을 요구하고, 이것은 이러한 방법의 비용을 상당히 증가시킨다. 또, 디바이스들의 분리된 전력 공급 및 보다 장거리의 통신 거리는 이들의 0 버스(접지) 퍼텐셜(potential)들의 불일치를 초래하고, 이것은 장치들의 고장을 초래할 수 있다. 이것을 방지하기 위하여, 라인으로부터 디바이스들의 갈바닉 디커플링(galvanic decoupling)이 이용되고, 이것은 정보 송신 방법의 비용에 있어서 추가적인 증가를 초래한다.
기술적인 본질 및 획득가능한 결과에 있어서 본 발명의 방법에 가장 근접한 것은 마이크로랜(MicroLAN) 버스를 통해 전기 신호들을 송신하기 위한 방법이다(예를 들어 2003년 2월 7일자 Maxim "DS2409 MicroLAN Coupler"; 1995년 Dallas Semiconductor®의 "Automatic Identification Data-book" 참조). 송신기로부터, 전압 공급원과 2선식(two-wire) 통신 라인 상에 배치된 수신기로의 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 공지된 방법은, 이 경우 공급원의 제 1 극과 통신 라인의 제 1 와이어는 접지(grounded) 상태인 한편 통신 라인의 제 2 와이어는 저항을 통하여 공급원의 제 2 극에 연결되어 있는데, 전기 스위치의 도움으로 라인을 클로징(closing)하는 송신기 및 접지에 대한 와이어에서의 전압 값을 판독하는 수신기에 의해 로직 신호를 바이너리 코드로 송신하는 것을 포함한다. 여기에서 로직 0은 보통 통신 라인에 있어서 제 1 프리셋(preset) 임계값 미만의 전압 레벨이라 간주되며, 로직 1은 제 2 프리셋 임계값을 초과하는 것이라 간주된다. 일반적으로, 로직 TTL 레벨들에 대응하는 0.8V 및 1.2V 값들은 이러한 임계값들에 대하여 선택된다. MicroLAN 인터페이스 외에도, 많은 다른 공지된 인터페이스들이 유사한 방식으로 구성되어왔다.
이러한 공지된 방법은 많은 수의 디바이스들을 상호연결시키는 것과 2개의 와이어들을 통해 양 방향으로 신호 송신을 제공하는 것을 가능하게 하고, 통신 라인으로부터 디바이스들로의 전력 공급을 허용하며, 이것은 이러한 방법의 비용을 감소시킨다.
이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 공지된 방법의 단점은 낮은 노이즈 면역성이다. 노이즈에 의해 영향을 받을 때, 이러한 영향은 두 와이어들에 대하여 동일하지만, 이러한 영향의 결과는 상이한데, 이것은 통신라인의 접지(grounded) 와이어 및 비접지(non-grounded) 와이어에 있어서 노이즈의 전파의 조건들이 상이하기 때문이고 보다 구체적으로는, 각각의 와이어에서 영향 점(point)으로부터 파워 서플라이의 극, 또는 그라운딩으로의 노이즈 전류의 흐름에 대한 저항값들이 상이하기 때문이다. 그 결과로서, 노이즈 영향 점에서뿐만 아니라 통신 라인의 다른 부분들에서도 전압 차이, 즉 노이즈 전압이 발생하고, 이것은 원하는 신호가 적절히 송신되는 것을 방해한다.
본 발명의 주 목적은 통신 라인에서 전기 신호들을 송신 및 수신하는 과정에 있어서 노이즈 면역성을 향상시키는 한편 이와 동시에 정보 송신 프로세스의 비용을 감소시킴으로써 성취된다.
상기 목적은 송신기로부터, 전압 공급원과 2선식 통신 라인으로 연결된 수신기로 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법에서 성취되고, 여기에서 판독 신호는 통신 라인에서 프리셋 임계값들에 대한 신호 레벨에 따라 로직 0 및 1로서 결정되고, 수신기는 송신기 및 전압 공급원 사이의 2선식 통신 라인으로 연결되고, 2개의 전류 센서(sensor)들을 구비하며, 이러한 센서 각각은 2선식 통신 라인의 와이어들 중 하나에 설치되고, 송신기의 출력 저항이 변화되는 것으로 인해 2선식 통신 라인에서 전류를 변화시키는 송신기에 의해 신호 송신이 수행되고, 2개의 센서들이 상기 전류의 값을 측정하며, 여기에서 판독 신호는 측정된 전류들의 절댓값들의 합으로서 결정된다.
바람직하게는, 전압 공급원의 제 1 극은 제 1 저항을 통해 통신 라인의 제 1 와이어로 연결되는 한편, 전압 공급원의 제 2 극은 제 2 저항을 통해 통신 라인의 제 2 와이어로 연결되고, 여기에서 제 1 저항 및 제 2 저항은 동일한 저항값을 가진다.
본 발명의 핵심은 다음으로 이루어진다.
전기 신호들을 송신하는 이러한 방법에 있어서, 노이즈 민감도(sensitivity)의 추가적인 감소를 위해서뿐만 아니라, 라인 저항과 용량(capacity)이 높은 값들에 이르는 경우 원격(remote) 송신기들로부터의 신호들을 판독하기 위해서, 전류 루프 원리(current loop principle)에 기초한 신호 송신이 적용된다. 그러나, 이러한 공지된 전류 루프 원리의 적용은 노이즈 민감도를 단지 악화시킬 것이고, 이는 통신 라인의 2개의 와이어들에서의 전류들이 반대 방향들로 흐르는 한편 공통-모드(common-mode) 노이즈 때문에 유도된 전류들은 동일한 방향을 갖기 때문이다. 원하는 신호 전류 및 노이즈 전류의 합은, 통신라인의 와이어들 중 한 와이어에서는 전류의 값이 더 높아지고 다른 쪽 와이어에서는 전류의 값이 더 낮아지는 결과를 낳을 것이다; 따라서, 단일한 전류 센서를 이용하여 단지 하나의 통신 라인 내의 전류를 측정하는 것은 원하는 신호에 대하여 노이즈가 미치는 영향을 최대로 할 뿐이다. 그러므로 수신기에 의한 신호의 판독에 대하여 노이즈가 미치는 영향을 보상하기 위해서, 2개의 전류 센서들(각각의 와이어들에 대해 하나씩)이 본 발명에서 도입된다. 센서들에 의해 측정된 전류 값들을, 전류값들의 부호를 고려하여 공제(deduction)하는 것은(또는, 다시 말해서 전류값들의 절댓값의 합), 결과적으로 노이즈와 관련된 전류들의 부분은 서로 상쇄되는 반면 원하는 신호와 관련된 전류들의 부분은 2배가 되는 상황을 낳는다. 2개의 전류들의 절댓값들의 합은 동일한 결과를 낳을 것이다. 그러므로, 원하는 신호를 측정하고 이것을 노이즈 신호로부터 분리하기 위해서, 2개의 전류 센서들의 판독값에 있어서의 차이를, 이들의 부호를 고려하여 공제하는 것 또는 2개의 전류 센서들의 판독값의 절대값들의 합을 계산하는 것이 필요하다.
2선식 통신 라인의 두(both) 와이어들에 있어서 신호들의 전파를 위한 동일한 조건들을 보장하기 위해서, 통신 라인의 각각의 와이어에 대해, 노이즈 영향 점과 전압 공급원의 대응하는 극 사이에 동일한 저항값들을 보장하는 것이 바람직하고, 이것은 통신 라인의 각각의 와이어 및 이러한 와이어가 연결된 전압 공급원의 극 사이에 동일한 값을 갖는 저항들을 설치함으로써 성취된다. 이것은 결과적으로 전 통신 라인을 따라 공통-모드 노이즈 신호의 전압의 보상을 낳고, 송신기 위치 영역에서 통신 라인 내의 전압이 어떠한 노이즈 신호도 포함하지 않고 송신기로부터의 신호를 왜곡시키지 않게 된다. 여기서, 노이즈 신호 레벨은 상당히(a thousand times) 감소하고, 이것은 프로토타입 방법이 이용되어 노이즈 전압이 원하는 신호보다 훨씬 더 높게 되는 조건들에서조차 통신을 수행하는 것을 가능하게 한다.
장거리를 통해 송신되는 신호들의 송신 및 수신의 과정에서 노이즈 신호의 보상을 보장하는, 2선식 통신 라인을 통해 송신기로부터 수신기로 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법의 핵심은 이것의 실시예에 대한 예들을 포함하도록 예시되나 이러한 예들에 제한되지 않는다.
이른바 연선(twisted pair)의 형태로 구현된 2선식 통신 라인의 와이어들은 동일한 1kΩ 제한(limiting) 저항들을 통해 전압 공급원의 극들로 연결된다. 수신기 및 송신기는 통신 라인의 와이어들에 연결되고, 여기에서 수신기는 송신기 및 파워 서플라이 사이에 연결된다.
송신기는, 통신 라인에 병렬적으로 연결된 마이크로프로세서-제어(microprocessor-controlled) 스위치의 형태의 출력 캐스케이드(cascade)를 갖는 그리고 송신 과정 동안 통신 라인에서 프리셋 전류 값을 보장하기 위해 제한(limiting) 저항을 갖는 마이크로프로세서이다. 제어가능한 전류 스태빌라이저(stabilizer)를 이용하여 송신 전류를 제한하는 것이 가능하다.
수신기는 마이크로프로세서 및 2개의 전류 센서들을 구비하고, 하나는 통신 라인의 각각의 와이어에 설치되고, 하나는 소스(source) 전류 센서로서 연결되고 다른 하나는 싱크(sink) 전류 센서로서 연결된다. 전류 센서들의 출력들은 센서들로부터의 신호들의 절댓값들의 합(값들의 부호를 고려한 신호 값들의 공제)을 위해 이용되는 가산기(adder)의 입력들에 연결되고, 여기에서 가산기 출력은 마이크로프로세서 판독 입력에 연결된다.
통신 라인의 통상 상태는 로직 1의 송신에 대응한다. 여기에서, 통신 라인에서의 전압은 공급원의 전압에 가깝고, 이것은 통신 라인에 연결된 송신기 및 다른 디바이스들로 전력-공급하는 것을 허용한다. 여기에서, 통신라인에서의 전류(연결된 디바이스들에 의해 소비되는 전류)는 프리셋 임계값을 초과하지 않는다. 로직 0은, 제한(limiting) 저항을 통해 송신기와의 통신 라인을 클로징하는 것을 통해 통신 라인에서 추가적인 전류를 생성함으로써 짧은 시간 동안 형성된다.
라인의 와이어들은 전자기장 내에 위치하고, 노이즈를 생성하거나 또는 공통-모드 노이즈 전압이 제너레이터(generator)로부터 통신 라인의 두 와이어들로 공급된다. 라인의 와이어들 사이의 노이즈 전압은 수신기 및 송신기에 가깝게 측정된다. 보상의 결과로서 통신 라인의 와이어들 사이의 노이즈 전압은 제너레이터로부터 공급되는 공통-모드 노이즈 전압보다 훨씬 더 작다고 판명된다. 프로토타입에서 노이즈 전파의 조건들을 시뮬레이션(simulate)하기 위해서(보상을 목적으로), 저항들 중 하나는 클로징되고, 여기에서 가산기의 출력에서의 신호는 상당히 왜곡된다. 유사하게, 2개의 전류 센서들의 설치를 통한 노이즈 보상을 예시하기 위하여, 센서들 중 하나는 클로징되고, 여기에서 가산기 출력에서의 신호는 또한 왜곡된다.
라인에 있어서 노이즈 전압 및 노이즈 전류의 보상이 라인의 두 와이어들에서 신호의 전파 및 판독을 위한 동일한 조건들을 보장하는 결과로서 성취된다는 사실을 통해, 본 발명의 장점들이 제공된다. 이것은, 노이즈 면역성을 향상시키고 동시에 정보 송신 프로세스의 비용을 감소시킴으로써, 통신 거리 및 신뢰도가 증가되도록 한다.

Claims (2)

  1. 송신기로부터, 전압 공급원과 2선식(two-wire) 통신 라인으로 연결된 수신기로 이산적(discrete) 전기 신호들을 송신하기 위한 방법으로서,
    판독 신호는 상기 통신 라인에서 프리셋(preset) 임계값들에 대한 신호의 레벨에 의해 로직 0 및 로직 1로서 결정되고,
    상기 수신기는 상기 송신기 및 상기 전압 공급원 사이의 상기 2선식 통신 라인으로 연결되고, 2개의 전류 센서들을 구비하며, 각각의 센서는 상기 2선식 통신 라인의 와이어들 중 하나에 설치되고,
    송신기의 출력 저항이 변화되는 것으로 인해 상기 2선식 통신 라인에서 전류를 변화시키는 상기 송신기에 의해 상기 신호 송신이 수행되고 상기 2개의 센서들이 상기 전류의 값을 측정하며, 상기 판독 신호는 상기 측정된 전류들의 절댓값들의 합으로서 결정되는,
    송신기로부터, 전압 공급원과 2선식 통신 라인으로 연결된 수신기로 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 공급원의 제 1 극은 제 1 저항을 통해 상기 2선식 통신 라인의 제 1 와이어에 연결되는 한편, 상기 전압 공급원의 제 2 극은 제 2 저항을 통해 상기 2선식 통신 라인의 제 2 와이어에 연결되며, 상기 제 1 저항 및 상기 제 2 저항은 동일한 저항값들을 갖는,
    송신기로부터, 전압 공급원과 2선식 통신 라인으로 연결된 수신기로 이산적 전기 신호들을 송신하기 위한 방법.
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