KR101338674B1 - 차동 입력단을 갖는 ｈａｒｔ 아날로그 입력 모듈 - Google Patents

차동 입력단을 갖는 ｈａｒｔ 아날로그 입력 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HART 통신 기능을 갖는 아날로그 입력 모듈에 관한 것으로서, 복수 채널의 신호(아날로그 신호와 HART 통신 신호가 중첩된 신호)를 공통 구성요소로 처리하고, HART 통신 신호 처리에 필요한 단일 종단 구성을 유지하면서도, 차동 입력단을 구현함과 동시에 각 채널에 연결된 HART 필드 기기의 접지 이상이 타 채널에 영향을 미치지 않도록 한다. 이를 위하여, 각 채널에 대응하는 입력단 처리부는 절연용 커패시터를 이용하여 해당 채널의 접지 전위를 개별적으로 제공하고, HART 멀티플렉서는 각 순서의 HART 통신 신호를 처리할 때 해당 채널에 대응하는 접지 전위를 이용한다. 본 발명에 따르면, 적은 비용으로 신뢰성 높은 계측과 HART 통신을 운영할 수 있게 된다.

Description

차동 입력단을 갖는 ＨＡＲＴ 아날로그 입력 모듈{ HART Analog Input Module with Differential Input Stage }
본 발명은 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈에 관한 것으로서, 특히 아날로그 신호에 대한 잡음 특성이 좋은 차동 구조를 유지하면서도 효율적으로 HART 통신을 수행할 수 있도록 한다.
산업 현장에서 아날로그 입력 모듈은 식품 포장 기계, 각종 공업 요로, 반도체 제조 장치, 플라스틱 성형 기계 등 여러 분야에 걸쳐 이용되고 있으며, 최근 고기능, 지능형 트랜스미터와 이의 효율적 관리에 대한 필요성이 증대되면서 트랜스미터와 PLC(Programmable Logic Controller)의 통신 기능이 요구되고 있다.
PLC는 기존에 사용하던 제어반(Control Panel)에 있는 릴레이, 타이머, 계수기 등의 기능을 집적회로(IC)와 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시키고, 기본적인 순차 제어 기능에 연산 기능을 추가함으로써 프로그램 제어가 가능하도록 한 범용 제어 장치이다.
현재 트랜스미터에서 가장 많이 채택되고 있는 통신 방식은 HART(Highway Addressable Remote Transducer) 통신 규약에 따른다.
HART 통신 방식은 산업표준으로 사용하는 4mA~20㎃의 아날로그 신호에 디지털 통신 기능이 추가된 형태로서, 2선 방식 계측기의 정보 이용 및 관리에 우수한 개선 효과가 있다.
HART 통신 규약은 아날로그 신호와 함께 부가적인 정보로 계측한 측정값(Process Variable)을 디지털 신호로 출력한다. 각종 매개변수(Parameters)를 설정하고, 전송기를 원격지에서 교정(Calibration)할 수 있으며, 고장 진단까지 가능하여, 제어실에서 현장계측기의 작동과 관련된 풍부한 정보를 가지고 현장의 상황을 보다 입체적으로 모니터할 수 있다.
근래에 비약적으로 발전한 PLC는 점차 분산제어시스템의 영역으로 확장되어 가고 있으며, 이에 따라 분산제어시스템에서 주로 사용되었던 HART 통신 기능은 PLC에서도 필요한 상황이 되었다.
HART 통신의 물리적인 기본 형태는 4mA~20㎃의 아날로그 측정 신호 위에, 1200 bps의 주파수 편이 방식(FSK: Frequency Shift Keying) 신호를 낮은 레벨에서 중첩한 것이다. 이러한 HART 통신 신호의 평균값은 0이므로 FSK 신호를 아날로그 신호에 영향을 주지 않게 처리할 수 있다.
한편, PLC 등의 산업용 기기에 사용되는 아날로그 입력 모듈이 HART 통신 기능을 갖는 각종 HART 필드 기기와 연결되는 경우, 이러한 제품은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능, 및 HART 필드 기기와 HART 통신을 수행하는 기능을 모두 구비해야 한다.
아날로그 입력 모듈에서 HART 통신 신호를 만들고 해석하는 일은 HART 모뎀을 통해 수행된다. 이 역할이 정상적으로 수행되기 위해서는 HART 통신 신호의 접지 전위가 아날로그 입력 모듈의 입력단에서 HART 모뎀에 전달될 때까지 한결같이 유지되어야 한다.
단일 종단(Single-Ended) 형태의 입력단은 이러한 조건에 필요한 구조를 제공 하지만, 다채널 구조의 아날로그 입력 모듈에 여러 개의 트랜스미터가 연결된 경우, 채널 간 절연 상태가 깨지는 문제와 함께 잡음(Noise) 특성이 좋은 차동 형태의 구조를 포기해야 하는 문제를 안고 있다.
즉, 검출된 HART 통신 신호를 HART 모뎀에서 정상적으로 인식하기 위해서는 HART 통신 신호의 전위가 HART 통신 신호를 처리하는 각 요소에서 모두 같아야 하며, 이를 위하여 사용되는 단일 종단 구성은 아날로그 입력 모듈에 연결된 각 HART 필드 기기의 접지가 공통임을 의미한다.
예컨대 채널별로 각각 연결된 여러 HART 필드 기기의 접지가 모두 아날로그 입력 모듈의 접지에 공통 연결되어 같은 접지 전위로 작용하게 된다.
이것은 각 HART 필드 기기 중 어느 하나의 접지에 이상이 발생한 경우, 구조적으로 다른 HART 필드 기기와 아날로그 입력 모듈의 신호 접지에 그 이상이 전파될 수 있음을 의미한다.
또한, 알려진 바와 같이 단일 종단 형태의 신호 입력 회로에서는 공통 모드(Common Mode) 잡음을 제거할 수 없으므로, 접지가 공통인 회로에서는 공통 모드 잡음이 유입되는 경로가 채널에 비례하여 증가한다.
이러한 문제점을 구조적으로 해결하기 위한 하나의 방법으로 각 채널이 개별적으로 신호 처리 회로를 갖도록 구성할 수 있지만, 이 경우 채널 수만큼의 신호처리 부품이 필요하여 제작비가 상승하는 결과를 가져 온다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수 채널의 신호를 공통 구성요소를 사용하여 처리하고, HART 통신 신호 처리에 필요한 단일 종단 구성을 유지하면서도, 아날로그 입력 모듈의 입력단을 차동으로 구성함과 아울러 각 채널에 연결된 HART 필드 기기의 접지 이상이 타 채널에 영향을 미치지 않도록 하여, HART 통신을 더욱 효율적으로 운영할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈은, 복수의 HART 필드 기기에 각각 연결되고 해당 HART 필드 기기로부터 직류신호와 HART 통신 신호가 중첩된 전류신호를 입력 받아 직류신호와 HART 통신 신호를 검출하여 각각 출력하는 복수의 입력단 처리부; 상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 직류신호를 입력 받아 차례대로 출력하는 아날로그 멀티플렉서; 상기 아날로그 멀티플렉서에서 출력되는 직류신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 처리부; 상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 HART 통신 신호를 입력 받아 차례대로 출력하는 HART 멀티플렉서; 상기 HART 멀티플렉서에서 출력되는 신호를 복조하는 HART 모뎀; 및 상기 HART 멀티플렉서를 제어하고, 상기 A/D 변환 처리부와 HART 모뎀에서 출력되는 디지털 신호를 처리하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 각 입력단 처리부는 직류신호를 차동신호로 출력하고, 자신이 출력하는 HART 통신 신호의 인식에 사용될 접지 전위가 해당 HART 필드 기기의 접지 전위와 같도록 하는 절연 접지단을 가진다.
또한, 상기 HART 멀티플렉서는 현재 순서의 HART 통신 신호를 인식할 때 해당 입력단 처리부에 대응하는 절연 접지단의 접지 전위를 이용하도록 구성된다.
상기 각 입력단 처리부는, 해당 HART 필드 기기로부터 입력되는 전류신호를 검출하는 전류검출저항; 상기 전류검출저항과 HART 아날로그 입력 모듈의 접지 사이에 직렬 연결된 절연용 커패시터와 절연용 저항; 해당 HART 필드 기기로부터 입력되는 전류신호로부터 HART 통신 신호를 검출하는 HART 통신 신호 검출용 커패시터; 및 차동 신호를 조절해서 출력하기 위하여, 상기 전류검출저항의 양단과 HART 아날로그 입력 모듈의 접지 사이에 각각 연결되는 제1컨디셔닝 저항과 제2컨디셔닝 저항을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서 상기 절연 접지단은 상기 절연용 커패시터와 절연용 저항의 접점으로 구성할 수 있다.
상기 HART 멀티플렉서는, 상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 HART 통신 신호를 각각 입력 받는 복수의 신호입력단; 및 상기 각 입력단 처리부의 절연 접지단에 각각 연결되는 복수의 접지단을 포함하여 이루어질 수 있으며, 특정 신호입력단과 접지단의 사이에 인가되는 HART 통신 신호를 선택적으로 출력한다.
상기 HART 멀티플렉서의 현재 선택된 접지단은 HART 통신 신호를 인식하기 위하여 사용하는 공통 접지에 연결될 수 있다.
상기 A/D 변환 처리부는 차동 증폭기와 A/D 변환기를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 차동 증폭기는 상기 아날로그 멀티플렉서에서 바라 본 상기 A/D 변환기의 입력 임피던스를 증가시키고, 상기 A/D 변환기에서 바라 본 상기 아날로그 멀티플렉서의 임피던스를 감소시키는 역할을 수행한다.
본 발명에 따르면, HART 아날로그 입력 모듈의 아날로그 신호 처리가 차동으로 이루어지기 때문에 공통 모드(Common Mode) 잡음이 아날로그 신호에 영향을 미치지 않게 할 수 있다.
단일 A/D 변환기와 HART 모뎀을 가지고도 채널 수만큼의 A/D 변환기와 HART 모뎀을 사용한 것과 같은 절연 특성을 얻을 수 있으며, 각 채널에 연결된 HART 필드 기기의 접지 전위에 발생한 이상이 타 채널에 영향을 미치지 않는다.
HART 통신을 위한 단일 종단 형태의 구성과, 아날로그 신호의 잡음 특성을 개선하기 위한 차동 형태의 구조를 동시에 달성하여, 적은 비용으로 신뢰성 높은 계측과 HART 통신을 운영할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 HART 아날로그 입력 모듈의 일 실시예,
도 2는 입력단 처리부의 구체적인 일 실시예,
도 3은 HART 멀티플렉서의 구체적인 일 실시예,
도 4는 도 2와 도 3의 구조를 반영한 HART 아날로그 입력 모듈의 구체적인 실시예,
도 5는 제어부의 HART 멀티플렉서 제어를 설명하는 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하자면, 본 발명에 따른 HART 아날로그 입력 모듈(200)은 복수의 입력단 처리부(210,220,230,240), 아날로그 멀티플렉서(250), A/D 변환 처리부(260), HART 멀티플렉서(270), HART 모뎀(280), 및 제어부(290)를 포함하여 이루어진다. 도 1에는 4개의 채널을 갖는 예를 도시 하였으나, 채널의 수는 필요에 따라 얼마든지 다양하게 구성될 수 있다.
각 HART 필드 기기(110,120,130,140)는 각 입력단 처리부(210,220,230,240)에 일대일 대응하여 연결되고, 각 입력단 처리부(210,220,230,240)는 자신과 연결된 HART 필드 기기로부터 직류신호와 HART 통신 신호(변조된 디지털 신호)가 중첩된 전류신호를 입력 받아, 해당 직류신호와 HART 통신 신호를 각각 검출하여 별도로 출력한다.
HART 필드 기기는 센서나 밸브 등 HART 통신 기능을 갖는 기기로서, 각 입력단 처리부(210,220,230,240)로 입력되는 전류신호에는 4㎃∼20㎃의 직류신호에 HART 통신 신호가 중첩되어 있다.
직류신호는 유량, 압력, 온도 등의 측정값이나 밸브 개방도 등을 나타내는 하나의 값이며, HART 통신 신호는 디지털 데이터가 FSK(Frequency Shift Keying) 방식에 따라 1200Hz나 2200Hz의 신호로 변조된 신호이다. HART 통신 신호에는 필요에 따라 다양한 정보를 실을 수 있다.
특히, 각 입력단 처리부(210,220,230,240)는 직류신호를 차동신호로 출력하도록 구성되고, HART 아날로그 입력 모듈(200)이 HART 통신 신호의 인식에 사용할 접지 전위가 해당 입력단 처리부에 연결된 HART 필드 기기의 접지 전위와 같도록 하기 위한 절연 접지단을 제공한다.
예컨대 어느 입력단 처리부(210)에서 검출하여 출력하는 HART 통신 신호를 처리할 때, HART 멀티플렉서(270)와 HART 모뎀(280) 등 HART 통신 신호를 인식해야 하는 HART 아날로그 입력 모듈(200)의 모든 요소가 해당 입력단 처리부(210)의 절연 접지단 전위를 접지 전위로 이용하게 된다.
아날로그 멀티플렉서(250)는 각 입력단 처리부(210,220,230,240)에서 출력되는 직류신호를 입력 받아 차례대로 출력하여, A/D 변환 처리를 단일 구성요소를 이용하여 수행할 수 있도록 한다. 이때 아날로그 멀티플렉서(250)의 입출력 신호는 차동 신호이다.
A/D 변환 처리부(260)는 아날로그 멀티플렉서(250)에서 출력되는 직류신호를 디지털 신호로 변환한다.
A/D 변환 처리부(260)는 차동 증폭기(261)와 A/D 변환기(262)를 포함하여 이루어질 수 있다. 차동 증폭기(261)는 아날로그 멀티플렉서(250)에서 바라 본 A/D 변환기(262)의 입력 임피던스를 증가시키고, A/D 변환기(262)에서 바라 본 아날로그 멀티플렉서(250)의 임피던스를 낮추어 주는 역할을 수행하며, A/D 변환기(262)는 차동 증폭기(250)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.
차동 증폭기(261)는 차동 신호를 입력 받아 단일 종단 형태의 출력으로 A/D 변환기(262)에 전달할 수도 있고, 차동 신호를 입력 받아 차동 형태의 출력으로 A/D 변환기(262)에 전달할 수도 있다.
HART 멀티플렉서(270)는 각 입력단 처리부(210,220,230,240)에서 출력되는 HART 통신 신호를 입력 받아 차례대로 출력하여, 여러 채널로 입력 되는 HART 통신 신호를 단일 HART 모뎀(280)을 이용하여 처리할 수 있도록 한다. HART 모뎀(280)은 HART 멀티플렉서(270)에서 출력되는 HART 통신 신호를 복조한다.
특히, HART 멀티플렉서(270)는 현재 순서의 HART 통신 신호를 인식하여 출력할 때, 해당 입력단 처리부에 대응하는 절연 접지단의 접지 전위를 이용하도록 구성된다. 즉, HART 멀티플렉서(270)는 채널의 수에 따라 구성이나 형태가 달라질 수 있지만, 각 채널의 HART 통신 신호를 처리할 때 해당 채널에 대응하는 접지 전위를 개별적으로 이용하도록 스위칭 된다.
제어부(290)는 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit) 등을 이용하여 구성될 수 있으며, HART 아날로그 입력 모듈(200)을 전체적으로 제어한다. 특히, 아날로그 멀티플렉서(250)와 HART 멀티플렉서(270)를 제어하여 여러 채널로부터 입력 되는 직류신호와 HART 통신 신호를 차례대로 처리할 수 있도록 하고, A/D 변환 처리부(260)와 HART 모뎀(280)에서 출력되는 디지털 신호를 처리한다.
도 2는 입력단 처리부(210)의 구체적인 실시예를 도시한 것으로서, 자신과 연결된 HART 필드 기기(110)로부터 입력되는 전류신호를 검출하기 위한 전류검출저항(211), HART 통신 신호의 입장에서 볼 때는 단일 종단으로 동작하고 직류신호의 입장에서 볼 때는 개방 상태로 되어 차동으로 동작하도록 하는 절연용 커패시터(212), 절연용 커패시터(212)와 HART 아날로그 입력 모듈(200)의 접지 사이에 직렬 연결되어 채널별로 절연된 신호 루프를 만드는 절연용 저항(213), 전류신호에 중첩되어 있는 HART 통신 신호를 검출하는 HART 통신 신호 검출용 커패시터(214), 차동 구조의 신호 조절을 위한 제1컨디셔닝 저항(215)과 제2컨디셔닝 저항(216)을 포함하여 구성될 수 있다.
HART 필드 기기(110)로부터 입력된 전류신호는 전류검출저항(211)을 통해 HART 필드 기기(110)의 접지(AG1)로 흘러 루프 전류(190)를 구성하며, 루프 전류(190)에는 HART 통신 신호가 중첩되어 있다. HART 통신 신호는 FSK 방식으로 변조되어 있으며, 1200Hz와 2200Hz의 두 가지 주파수로 1과 0을 표현한다.
커패시터는 주파수가 낮을수록 임피던스가 커지므로, 고주파 성분만이 커패시터를 통과할 수 있다. 주파수가 0인 직류 성분이 유입되면 임피던스가 무한대가 되어 신호가 차단되므로, 교류 신호인 HART 통신 신호만이 HART 통신 신호 검출용 커패시터(214)를 통과할 수 있다.
HART 통신 신호 검출용 커패시터(214)는 HART 통신 신호의 수신 동작과 송신 동작에 따라 나뉘어 동작하도록 구성할 수도 있다. 예로서 하나는 HART 송신용으로 사용하고, 다른 하나는 HART 수신용으로 사용할 수 있다.
절연용 커패시터(212)는 4mA~20㎃의 직류신호에 대해서는 개방 상태로 작용하기 때문에 4mA~20㎃의 직류신호는 완전한 차동으로 구성할 수 있다. 이때 제1컨디셔닝 저항(215)의 접점, 및 제2컨디셔닝 저항(216)의 접점을 통해 아날로그 멀티플렉서(250)로 차동 신호가 입력 된다.
또한, 교류 신호로 실려오는 HART 통신 신호의 입장에서 볼 때 절연용 커패시터(212)는 단락 상태로 작용하고, 해당 HART 필드 기기(110)의 접지(AG1)와 HART 아날로그 입력 모듈의 접지(AG)가 절연용 커패시터(212)를 통해 커플링 되는 형태가 된다.
그러므로, HART 아날로그 입력 모듈(200)에서 HART 통신 신호를 인식할 때 사용할 공통 접지(AG)가 해당 입력단 처리부(210)에 연결된 HART 필드 기기(110)의 접지(AG1) 전위와 같도록 하기 위한 절연 접지단은 절연용 커패시터(212)와 절연용 저항(213)의 접점(S1B)이 되도록 구성할 수 있다.
이때 절연용 저항(213)의 저항 값은 전류검출저항(211)의 저항 값보다 매우 크게 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대 절연용 저항(213)의 저항값은 전류검출저항(211)에 비해 100배 이상이 되도록 구성할 수 있다.
도 3과 도 4를 참조하여, HART 멀티플렉서(270)에 관한 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.
HART 멀티플렉서(270)는 각 입력단 처리부(210,220,230,240)의 HART 통신 신호 출력단(S1A,S2A,S3A,S4A)에 각각 연결되어 각 채널의 HART 통신 신호를 입력 받는 복수의 신호입력단과, 각 입력단 처리부(210,220,230,240)의 절연 접지단(S1B,S2B,S3B,S4B)에 각각 연결되는 복수의 접지단을 가진다.
EN 단에는 HART 멀티플렉서(270)의 동작 여부를 결정하는 제어신호가 입력되고, A0과 A1 단에는 채널을 선택하는 제어신호가 입력된다.
디코더와 드라이버(271)는 A0과 A1 단으로 입력되는 제어신호에 따라 신호입력단 중 하나를 신호출력단 DA로 스위칭 하고, 해당 신호출력단에 대응하는 접지단을 HART 멀티플렉서(270)의 접지출력단 DB로 스위칭 한다. 이때 접지출력단 DB는 공통 접지(AG)에 연결되어 있다.
공통 접지(AG)란 HART 아날로그 입력 모듈(200)에서 HART 통신 신호를 인식하기 위하여 공통으로 사용하는 접지를 말한다.
HART 멀티플렉서(270)의 접지출력단 DB는 어느 하나의 입력단 처리부가 제공하는 절연 접지단과도 연결되므로, 결국 공통 접지(AG)는 현재 채널에 대응하는 HART 필드 기기의 접지(AG1~AG4 중 어느 하나)와 같은 전위를 갖는다. 이것은 해당 채널의 HART 통신 신호를 올바로 인식할 수 있다는 것을 의미한다.
HART 멀티플렉서(270)의 신호출력단 DA는 HART 모뎀(280)의 입력으로 연결되며, HART 모뎀(280)으로 현재 채널에서 검출된 HART 통신 신호가 전달된다.
도 5는 제어부(290)가 HART 멀티플렉서(270)를 제어하는 과정의 예로서, HART 멀티플렉서(270)의 EN, A0, A1 값을 설정하여 채널 1, 채널 2, 채널 3, 채널 4를 통한 HART 통신이 순서대로 이루어지도록 제어한다.
즉, 제어부(290)는 현재 순서인 채널 n을 통해 통신을 수행하기 위하여(S311), HART 멀티플렉서(270)의 EN, A0, A1 값을 설정한다(S312).
여기서 EN은 HART 멀티플렉서(270)의 동작 여부를 결정하며, EN이 하이(High) 상태일 때 HART 멀티플렉서(270)가 동작한다고 가정한다. A0과 A1은 어떤 채널을 선택할 것인지를 결정한다.
예를 들자면, A0과 A1 단자의 상태가 로우(Low)-로우, 하이-로우, 로우-하이, 하이-하이 상태일 때 각각 채널 1, 채널 2, 채널 3, 채널 4를 선택하도록 구성될 수 있다.
그러면 HART 멀티플렉서(270)는 현재 선택된 채널로부터 수신되는 HART 신호를 HART 모뎀(280)으로 전달하고, HART 모뎀(280)이 이를 복조함으로써 현재 채널을 통한 HART 통신이 이루어진다(S313).
도 4를 참조하자면, 채널 1을 통해 HART 통신을 할 때는 S1A와 S1B 사이에서 HART 통신 신호가 인식되고, 채널 2를 통해 HART 통신을 할 때는 S2A와 S2B 사이에서 HART 통신 신호가 인식되며, 채널 3을 통해 HART 통신을 할 때는 S3A와 S3B 사이에서 HART 통신 신호가 인식되고, 채널 4를 통해 HART 통신을 할 때는 S4A와 S4B 사이에서 HART 통신 신호가 인식된다.
즉, 각 채널의 통신 순서에서 HART 멀티플렉서(270)의 접지단 또한 S1B, S2B, S3B, S4B 순서대로 선택되며, HART 멀티플렉서(270)의 접지 전위는 HART 모뎀(280)의 접지 전위이기도 한다.
채널 1을 통해 통신할 때 같은 전위를 갖는 접지는 AG1, S1B, AG이고, 채널 2를 통해 통신할 때 같은 전위를 갖는 접지는 AG2, S2B, AG이며, 채널 3을 통해 통신할 때 같은 전위를 갖는 접지는 AG3, S3B, AG이며, 채널 4를 통해 통신할 때 같은 전위를 갖는 접지는 AG4, S4B, AG이다.
이와 같이, 임의의 채널에서 HART 통신이 이루어질 때, 접지 전위를 공유하는 HART 필드 기기는 오직 하나 뿐이어서 채널 간 절연 특성을 유지할 수 있으므로, 어느 HART 필드 기기의 접지에서 발생한 이상은 전파되지 않는다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.
110,120,130,140: HART 필드 기기 200: HART 아날로그 입력 모듈
210,220,230,240: 입력단 처리부 250: 아날로그 멀티플렉서
260: A/D 변환 처리부 261: 차동 증폭기
262: A/D 변환기 270: HART 멀티플렉서
280: HART 모뎀 290: 제어부
211: 전류검출저항; 212: 절연용 커패시터
213: 절연용 저항;
214: HART 통신 신호 검출용 커패시터
215: 제1컨디셔닝 저항 216: 제2컨디셔닝 저항

Claims (6)

  1. 복수의 HART 필드 기기에 각각 연결되고, 해당 HART 필드 기기로부터 직류신호와 HART 통신 신호가 중첩된 전류신호를 입력 받아 직류신호와 HART 통신 신호를 검출하여 각각 출력하는 복수의 입력단 처리부;
    상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 직류신호를 입력 받아 차례대로 출력하는 아날로그 멀티플렉서;
    상기 아날로그 멀티플렉서에서 출력되는 직류신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 처리부;
    상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 HART 통신 신호를 입력 받아 차례대로 출력하는 HART 멀티플렉서;
    상기 HART 멀티플렉서에서 출력되는 신호를 복조하는 HART 모뎀; 및
    상기 HART 멀티플렉서를 제어하고, 상기 A/D 변환 처리부와 HART 모뎀에서 출력되는 디지털 신호를 처리하는 제어부를 포함하고,
    상기 각 입력단 처리부는 직류신호를 차동 신호로 출력하고, 자신이 출력하는 HART 통신 신호의 인식에 사용될 접지 전위가 해당 HART 필드 기기의 접지 전위와 같도록 하는 절연 접지단을 가지며,
    상기 HART 멀티플렉서는 현재 순서의 HART 통신 신호를 인식할 때 해당 입력단 처리부에 대응하는 절연 접지단의 접지 전위를 이용하는 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 입력단 처리부는, 해당 HART 필드 기기로부터 입력되는 전류신호를 검출하는 전류검출저항;
    상기 전류검출저항과 HART 아날로그 입력 모듈의 접지 사이에 직렬 연결된 절연용 커패시터와 절연용 저항;
    해당 HART 필드 기기로부터 입력되는 전류신호로부터 HART 통신 신호를 검출하는 HART 통신 신호 검출용 커패시터; 및
    차동 신호를 조절해서 출력하기 위하여, 상기 전류검출저항의 양단과 HART 아날로그 입력 모듈의 접지 사이에 각각 연결되는 제1컨디셔닝 저항과 제2컨디셔닝 저항을 포함하고,
    상기 절연 접지단은 상기 절연용 커패시터와 절연용 저항의 접점인 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 HART 멀티플렉서는, 상기 각 입력단 처리부에서 출력되는 HART 통신 신호를 각각 입력 받는 복수의 신호입력단; 및 상기 각 입력단 처리부의 절연 접지단에 각각 연결되는 복수의 접지단을 포함하고,
    특정 신호입력단과 접지단의 사이에 인가되는 HART 통신 신호를 선택적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 HART 멀티플렉서의 현재 선택된 접지단은 HART 통신 신호를 인식하기 위하여 사용하는 공통 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 A/D 변환 처리부는 차동 증폭기와 A/D 변환기를 포함하며,
    상기 차동 증폭기는 상기 아날로그 멀티플렉서에서 바라 본 상기 A/D 변환기의 입력 임피던스를 증가시키고, 상기 A/D 변환기에서 바라 본 상기 아날로그 멀티플렉서의 임피던스를 감소시키는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연용 저항은 상기 전류검출저항 보다 100배 이상 큰 저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 차동 입력단을 갖는 HART 아날로그 입력 모듈.
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