KR101408755B1

KR101408755B1 - 통신 시스템 및 통신 단말기

Info

Publication number: KR101408755B1
Application number: KR1020127005224A
Authority: KR
Inventors: 다다시 마쓰모토; 쇼지 고이세
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2014-06-17
Also published as: KR20120082400A; JP2013211921A; US20120228927A1; WO2011013716A1; US9509530B2; JP5337246B2; JP5508580B2; JPWO2011013716A1; JP2013236381A; CN102598606A; SG178151A1; JP5469771B2; CN102598606B

Abstract

송신 회로(14)는 통신선(4)에 접속되고, 송신 유닛(2)으로부터 통신선(4)을 통하여 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호(51)를 통신선(4)에 송신하도록 구성된다. 수신 회로(15)는 송신 회로(14)로부터 송신된 일차 신호(51)를, 송신 유닛(2)과 통신선(4) 사이에 설치된 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호로 변환함으로써 생성되는 이차 신호(52)를 수신하도록 구성된다. 구체적으로는, 통신 단말기(10)로부터 송신되는 전류 신호인 일차 신호(51)는 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호인 이차 신호(52)로 변환된다. 그 결과, 통신선의 임피던스가 저하되어도 통신을 수행할 수 있고, 통신 시스템의 도입이 용이하게 된다.

Description

통신 시스템 및 통신 단말기 {COMMUNICATION SYSTEM AND COMMUNICATION TERMINAL}

본 발명은, 2선식의 통신선에 접속되는 복수의 통신 단말기와, 통신선의 2선 사이에 전압을 인가하는 전원 장치를 포함하는 통신 시스템, 및 통신 단말기에 관한 것이다.

종래부터, 통신선(전송로)에 베이스 유닛(base unit) 및 복수의 통신 단말기(서브베이스 유닛, subbase unit)가 접속되어, 각 통신 단말기와 베이스 유닛 사이에 통신을 수행하는 통신 시스템이 알려져 있다. 이 종류의 통신 시스템의 일례로는, 베이스 유닛이 정기적으로 통신 단말기의 상태를 감시하고, 통신 단말기의 상태에 변화가 있는 경우, 그 상태 변화에 대응하도록 베이스 유닛에서 다른 통신 단말기로 신호를 송신하는 시스템이 있다(일본 특허공보 제1180690호, 일본 특허공보 제1195362호, 일본 특허공보 제1144477호 참조). 이 종류의 통신 시스템에서, 통신 단말기 상태 변화로서 예를 들면, 통신 단말기에 부설된 스위치의 온/오프 상태가 변화하면, 베이스 유닛은, 그 상태 변화에 대응하는 처리로서, 다른 통신 단말기에 접속된 조명 장치 및 공조 설비를 온/오프한다. 이 통신 시스템에서는, 도 25에 나타낸 바와 같이, 통신 단말기(1)들은 직접 통신을 수행하지 않고 항상 베이스 유닛(2)을 통하여 통신을 수행한다.

그러나, 전술한 바와 같은 구성에서는, 통신 단말기(1)들은 항상 베이스 유닛(2)을 통하여 통신을 수행하므로, 베이스 유닛(2)이 통신 단말기(1)에 대하여 폴링(polling)을 수행하기 때문에 통신 속도가 느리다. 따라서, 이 구성의 통신 시스템은 아날로그 데이터(전기 에너지의 연속 데이터)와 같은 비교적 데이터량이 많은 정보의 전송에는 부적합하다. 또, 이 구성의 통신 시스템에서, 베이스 유닛(2)의 고장 시 등에는 시스템 전체가 정지되므로, 신뢰성이 낮다는 문제도 있다.

한편, 통신선에 접속된 통신 단말기들이 피어투피어(peer-to-peer, 이하, P2P라 함) 모드로 직접 통신을 수행하도록 구성되며, 통신 속도를 향상시킴으로써 비교적 데이터량이 많은 정보도 전송 가능한 통신 시스템도 제안되어 있다. 이 통신 시스템에서 유의할 것은, 통신선에 접속된 1대의 급전 장치(power feeder)에 의해 복수의 통신 단말기에 전원이 공급된다는 것이다.

통신 속도 및 신뢰성의 관점으로부터는 후자의 통신 시스템에서 설명한 바와 같이 통신 단말기들이 직접 통신을 수행하는 통신 시스템이 바람직하다. 그러나, 베이스 유닛(2)을 통하여 통신 단말기(1)들이 통신을 수행하는 전자의 통신 시스템이 널리 보급되어 있다. 그러므로, 이미 설치된 통신 시스템을 유효하게 이용하기 위하여, 도 26에 나타낸 바와 같이, 전자의 통신 시스템과, 고속 통신을 수행할 수 있는 후자의 통신 시스템을 공존시킨 통신 시스템이 고려될 수 있다(일본 특허공개공보 H8-274742호 참조).

도 26의 통신 시스템에서, 제1 통신 단말기(1)는 베이스 유닛(2)을 통하여 제1 프로토콜 신호(전압 신호)를 사용하여 통신을 수행한다. 한편, 제2 통신 단말기(10)는 제1 프로토콜 신호와 동기하는 형태로 제1 프로토콜 신호에 중첩되는 제2 프로토콜 신호(전압 신호)를 사용하여 직접 통신을 수행한다. 제2 프로토콜 신호는 제1 프로토콜 신호보다 주파수가 높고, 제1 프로토콜 신호와 제2 프로토콜 신호 사이에는 신호 레벨 등에 차이가 있다. 그러므로, 제1 통신 단말기(1)와 제2 통신 단말기(10)는 동일한 통신선(4)에 접속되어 있지만, 서로 통신을 할 수는 없다.

그런데, 전술한 통신 시스템에서는, 2선식의 통신선(4)에 복수의 단말기(베이스 유닛(2), 제1 통신 단말기(1), 및 제2 통신 단말기(10))가 접속된다. 그러므로, 각 단말기의 입력 임피던스가 통신선(4)을 통하여 병렬 접속된다. 따라서, 제2 통신 단말기(10)들 사이에서 전압 신호(제2 프로토콜 신호)를 사용하여 통신을 수행하기 위해서는, 통신선(4)에 접속되는 단말기의 임피던스를 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 이미 설치된 단말기 중에는 임피던스가 낮은 단말기도 존재한다. 특히, 베이스 유닛(2)은 전원으로도 기능하고 평활 커패시터(smoothing capacitor)를 출력단에 포함하므로, 비교적 낮은 임피던스를 나타낸다. 이와 같은 단말기는 통신선(4)과의 사이에 제2 프로토콜 신호에 대하여 고임피던스를 제공하는 고임피던스 모듈(도시하지 않음)을 접속함으로써, 신호 성분에 대한 입력 임피던스를 높게 할 필요가 있다.

그러나, 이미 설치된 통신 시스템을 이용하는 경우, 시공업자는 전술한 이미 설치된 단말기들 중 임피던스가 낮은 단말기와 통신선(4) 사이에 고임피던스 모듈을 접속하여, 전압 신호를 사용하여 제2 통신 단말기(10)들 사이의 통신을 수행할 필요가 있다. 그러므로, 제2 통신 단말기(10)를 도입할 때, 시공업자는 이미 설치된 단말기의 위치를 확인하여 고임피던스 모듈을 접속하는 작업을 수행하여야 한다. 만일, 시공업자가 고임피던스 모듈을 접속하는 것을 잊으면, 통신선(4)의 임피던스가 저하되어 제2 통신 단말기(10)들 사이의 통신이 성립하지 않게 될 가능성이 있다.

전술한 바와 같이, 상기한 통신 시스템의 도입에는, 현장의 상황을 조사하기 위한 시간과 수고가 들어, 시공업자에게 큰 부담이 되므로, 상기한 통신 시스템을 쉽게 도입할 수 없다는 문제가 있다.

전술한 상황을 감안하여, 본 발명이 제공되며, 본 발명의 목적은 통신선의 임피던스가 저하되어도 통신할 수 있어, 이 통신 시스템의 도입을 용이하게 할 수 있는 통신 시스템 및 통신 단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 통신 시스템은, 2선의 통신선에 접속되는 복수의 통신 단말기; 통신선의 2선 사이에 전압을 인가하도록 구성된 전원 장치; 및 통신선 상의 전류 변화를, 저항 성분으로 인한 전압 강하에 의한 통신선 상의 전압 변화로 변환하도록 구성된 전류/전압 변환기를 포함하고, 통신 단말기 각각은, 통신선에 접속되고 통신선으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호(primary signla)를 통신선 상에 생성하도록 구성된 송신 회로; 및 일차 신호를 전류/전압 변환기에 의해 전압 신호로 변환함으로써 생성되는 이차 신호를 수신하도록 구성된 수신 회로를 포함한다.

본 발명에 의하면, 통신 단말기의 송신 회로로부터의 신호는 전류 신호로서 송신되고, 이 신호는 전류 신호를 전류/전압 변환기에 의해 전압 신호로 변환함으로써 얻은 전압 신호로서 통신 단말기의 수신 회로에 의해 수신된다. 그러므로, 통신 시스템의 도입이 용이하게 된다는 이점이 있다.

이 통신 시스템에서, 통신선의 특성 임피던스는 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는 것이 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 전원 장치와 통신선 사이에 접속된 저항 소자는 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는 것이 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 전원 장치와 통신선 사이에 접속된 인덕턴스 소자는 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는 것이 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 수신 회로는, 송신 회로가 통신선으로부터 흘러드는 전류를 변화시켰을 때 통신선 상에 전압 강하에 의해 생기는 전압 변화를 이차 신호로서 수신하는 것이 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 전원 장치는, 통신선에 인가되는 전압의 크기를 변화시킴으로써 전압 신호인 제1 프로토콜 신호를 통신선에 송신하는 신호 송신부를 포함하고, 수신 회로는, 제1 프로토콜 신호의 주파수보다 주파수가 높고 제1 프로토콜 신호에 중첩되는 제2 프로토콜 신호를 이차 신호로서 수신하는 것이 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 수신 회로는 이차 신호의 크기를 미리 정해진 임계값과 비교함으로써 이차 신호를 이진화(binarizing)하여 이차 신호의 신호 성분을 추출하는 비교 회로를 포함하고, 통신 단말기는, 송신 회로로부터 일차 신호를 송신할 때, 이차 신호의 신호 성분 이외의 성분이 상기 임계값을 넘지 않게 이차 신호의 진폭을 억제하도록, 통신선에서 본 입력 임피던스를 저하시키는 것이 더욱 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 수신 회로는, 이차 신호를 증폭함으로써 제1 기준 전압으로부터의 전압 변화에 대해 변환을 수행하도록 구성된 증폭 회로; 및 증폭 회로의 출력을 제2 기준 전압과 비교함으로써 이차 신호를 이진화하도록 구성된 비교 회로를 포함하고, 제1 기준 전압은 제2 기준 전압에서 벗어나게 설정되는 것이 더욱 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 수신 회로가, 이차 신호의 크기를 미리 정해진 임계값과 비교함으로써 이차 신호를 이진화하도록 구성된 비교 회로; 및 이차 신호의 상승 또는 하강을 트리거(trigger)로서 검출하고, 이차 신호를 상기 트리거의 검출 시점으로부터 미리 정해진 펄스폭을 가지는 구형파(square wave)로 보정하도록 구성된 보정 회로를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

이 통신 시스템에서, 송신 회로는, 이차 신호에서 상기 트리거가 생성되지 않게 하는 값이 연속되지 않게, 송신 데이터를 부호화하도록 구성된 부호화부(encoding section)를 포함하고, 수신 회로는, 이차 신호로부터 얻은 부호화된 데이터를 복호화하여 송신 데이터를 취득하는 복호화부(decoding section)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 통신 단말기는, 통신선의 2선 사이에 전압을 인가하도록 구성된 전원 장치, 및 통신선 상의 전류 변화를 저항 성분으로 인한 전압 강하에 의한 통신선 상의 전압 변화로 변환하도록 구성된 전류/전압 변환기를 포함하는 통신 시스템에 사용되고, 통신 단말기는, 통신선에 접속되고 통신선으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호를 통신선에 송신하도록 구성된 송신 회로; 및 전류/전압 변환기에 의해 일차 신호를 전압 신호로 변환함으로써 생성되는 이차 신호를 수신하도록 구성된 수신 회로를 포함한다.

도 1은 실시예 1의 구성을 나타내는 개략 시스템 블록도이다.
도 2는 이 시스템에 사용되는 송신 신호 포맷의 설명도이다.
도 3은 이 시스템의 주요부를 나타내는 개략 회로도이다.
도 4는 이 시스템의 송신 회로의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 5는 이 시스템의 수신 회로의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 6은 이 시스템의 수신 회로의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 7은 이 시스템의 통신 단말기의 위치 관계를 나타내는 개략 시스템 블록도이다.
도 8은 이 시스템의 수신 신호의 진폭을 나타내는 그래프이다.
도 9는 이 시스템의 수신 신호의 진폭을 나타내는 그래프이다.
도 10은 이 시스템의 비교예의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 11은 이 시스템의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 12는 이 시스템의 상기 비교예의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 13은 이 시스템의 다른 비교예의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 14는 이 시스템의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 15는 실시예 2의 동작의 설명도이다.
도 16은 이 시스템의 동작의 설명도이다.
도 17은 이 시스템의 동작의 설명도이다.
도 18은 이 시스템의 동작의 설명도이다.
도 19는 이 시스템의 비교예의 동작의 설명도이다.
도 20은 전류/전압 변환기의 다른 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 21은 실시예 1과 실시예 2에서의 수신 회로의 동작예를 나타내는 파형도이다.
도 22는 실시예 1과 실시예 2에서의 수신 회로의 동작예를 나타내는 파형도이다.
도 23은 실시예 1과 실시예 2에서의 수신 회로의 동작예를 나타내는 파형도이다.
도 24는 실시예 1과 실시예 2에서의 수신 회로의 동작예를 나타내는 파형도이다.
도 25는 종래예를 나타내는 개략 시스템 블록도이다.
도 26은 다른 종래예를 나타내는 개략 시스템 블록도이다.

먼저, 이하의 각 실시예에 따른 통신 시스템의 기본 구성에 대하여 설명한다. 하기 실시예의 통신 시스템은, 2선식의 통신선(4)에 접속되는 전송 유닛(베이스 유닛)(2)을 포함하는 통신 시스템이다(도 26 참조). 이 종류의 통신 시스템으로서는 NMAST(등록상표)와 같은 시스템을 예로 들 수 있다. 이 통신 시스템은, 통신선(4)에 접속되고 송신 유닛(2)과 통신하도록 구성된 복수(도시한 예에서는 2개)의 제1 통신 단말기(1, 1); 및 통신선(4)에 접속되고 서로 직접 통신하도록 구성된 복수(도시한 예에서는 2개)의 제2 통신 단말기(10, 10)를 포함한다. 이 통신 시스템에서는, 통신선(4)을 통해 송신되는 제1 프로토콜 신호와, 제1 프로토콜 신호에 중첩되는 제2 프로토콜 신호를 사용하여 통신이 수행된다. 제2 프로토콜 신호는 제1 프로토콜 신호의 주파수보다 주파수가 높다.

복수의 제1 통신 단말기(1, 1)는 송신 유닛(2)에 대하여 통신선(4)에 의해 병렬 접속되어 있다. 시분할 다중 전송 시스템(time-sharing multiplexing transmission system)(이하 "기본 시스템"이라고 함)은 송신 유닛(2)와 제1 통신 단말기(1)로 구성되고, 송신 유닛(2)에서 통신 단말기(1)로의 데이터 송신과 제1 통신 단말기(1)에서 송신 유닛(2)으로의 데이터 송신이 시분할로 수행된다.

이 기본 시스템에서, 제1 통신 단말기(1)는 스위치와 센서 등(도시하지 않음)을 구비한 감시 단말 유닛(monitoring terminal unit)과 부하(도시하지 않음)를 구비한 제어 단말 유닛(control terminal unit), 2종류로 분류된다. 이로써, 감시 단말 유닛에 설치된 스위치와 센서로부터의 제1 감시 정보에 따라 제어 단말 유닛에 설치된 부하를 제어할 수 있다. 제1 통신 단말기(1)에는 어드레스(식별자)가 각각 할당되어 있다. 감시 단말 유닛은, 제1 감시 정보를 수신하면, 송신 유닛(2)에 제1 감시 정보에 대응하는 제어 정보를 송신한다. 송신 유닛(2)은, 제어 정보를 수신하면, 어드레스에 기초하여 감시 단말 유닛에 대응하는 제어 단말 유닛에 제어 정보를 송신한다. 제어 단말 유닛은, 제어 정보를 수신하면, 제어 정보에 따라 부하를 제어한다. 부하를 제어하기 위한 제어 정보는 제1 감시 정보를 반영하기 때문에, 감시 단말 유닛과 제어 단말 유닛 사이에 송신 유닛(2)이 개재되어 있지만, 통신선(4)을 통해 제어 정보를 송신함으로써 제1 감시 정보가 부하의 제어에 반영된다.

이어서, 기본 시스템의 동작에 대하여 설명한다.

송신 유닛(2)은 통신선(4)에 도 2에 나타낸 바와 같은 전압 파형을 가지는 송신 신호(제1 프로토콜 신호)를 송신한다. 즉, 송신 신호는 인터럽트 펄스 기간(interruption pulse period)(41), 예비 기간(spare period)(42), 신호 송신 기간(43), 신호 반송 기간(44), 인터럽트 펄스 기간(45), 단락 검출 기간(short-circuit detecting period)(46), 및 예비 영역 기간(spare region period)(47)으로 이루어지는 양극(bipolar)(±24 V)의 시분할 다중 신호이다. 인터럽트 펄스 기간(41)은 후술하는 인터럽트 신호를 검출하기 위한 기간이며, 예비 기간(42)은 인터럽트 펄스 기간(45) 및 단락 검출 기간(46)에 맞추어 설정된 기간이며, 신호 송신 기간(43)은 제1 통신 단말기(1)에 데이터를 송신하는 기간이다. 신호 반송 기간(44)은 제1 통신 단말기(1)로부터의 반송 신호를 수신하는 타임 슬롯(time slot)이며, 인터럽트 펄스 기간(45)은 인터럽트 신호를 검출하기 위한 기간이며, 단락 검출 기간(46)은 단락을 검출하기 위한 기간이다. 예비 영역 기간(47)은 처리가 제시간에 수행될 수 없는 경우를 위한 기간이다. 송신 신호는, 펄스 열(pulse train)로 이루어진 캐리어를 변조함으로써 데이터를 송신하는 신호이다.

각각의 제1 통신 단말기(1)에서는, 통신선(4)을 통하여 수신된 송신 신호의 신호 송신 기간(43)에 포함되는 어드레스 데이터가 각각의 제1 통신 단말기(1)에 할당된 어드레스와 일치하면, 송신 신호로부터 부하를 제어하기 위한 제어 정보를 획득한다. 이때, 제1 통신 단말기(1)는 또한, 송신 신호의 신호 반송 기간(44)에 동기하여 제어 정보를 전류 모드의 신호(적당한 저임피던스를 통하여 통신선(4)을 단락함으로써 송신되는 신호)로서 반송한다. 또, 제1 통신 단말기(1)의 내부 회로의 전원은 통신선(4)을 통하여 송신되는 송신 신호를 정류 및 안정화함으로써 공급된다.

송신 유닛(2)은, 보통은 송신 신호에 포함되는 어드레스 데이터를 주기적으로 변화시켜 제1 통신 단말기(1, 1)에 차례로 액세스함으로써 정기적인 폴링(regular polling)을 행한다. 이러한 정기적인 폴링 동안에, 송신 신호에 제어 정보가 포함되어 있으면, 자신의 어드레스가 송신 신호에 포함되는 어드레스 데이터와 일치하는 제1 통신 단말기(1)는 제어 정보를 획득한 후 동작하고, 자신의 동작 상태를 송신 유닛(2)에 반송한다.

한편, 송신 유닛(2)은, 어느 하나의 감시 단말 유닛(제1 통신 단말기(1))에서 제1 감시 정보에 대응하여 생성되는 인터럽트 신호를 수신했을 때, 인터럽트 폴링도 행한다. 이 인터럽트 폴링 시에, 송신 유닛(2)은 인터럽트 신호를 발생한 제1 통신 단말기(1)를 검색한 후, 그 제1 통신 단말기(1)에 액세스하여 제1 감시 정보에 대응하는 제어 정보를 반송한다.

즉, 송신 유닛(2)은, 어드레스 데이터가 주기적으로 변화되는 송신 신호를 통신선(4)에 송신하는 정기적인 폴링을 행한다. 또, 송신 유닛(2)은, 감시 단말 유닛(제1 통신 단말기(1))에서 생성된 인터럽트 신호를 송신 신호의 인터럽트 펄스 기간(41) 또는 인터럽트 펄스 기간(45)에 동기하여 검출하면, 모드 데이터를 인터럽트 폴링 모드로 설정한 송신 신호를 송신한다. 인터럽트 신호를 발생한 제1 통신 단말기(1)는, 인터럽트 폴링 모드로 설정된 송신 신호의 어드레스 데이터의 상위 비트(high-order bit)가 자신의 어드레스의 상위 비트에 일치하면, 그 송신 신호의 신호 반송 기간(44)에 동기하여 자신의 어드레스의 하위 비트(lowe-order bit)를 반송 데이터로서 반송한다. 이로써, 인터럽트 신호를 발생한 제1 통신 단말기(1)의 어드레스가 송신 유닛(2)에 의해 취득될 수 있다.

인터럽트 신호를 발생한 제1 통신 단말기(1)의 어드레스가 송신 유닛(2)에 의해 취득되면, 송신 유닛(2)은 제어 정보의 반송을 요구하는 송신 신호를 제1 통신 단말기(1)에 송신한다. 그러면 제1 통신 단말기(1)는 제1 감시 정보에 대응하는 제어 정보를 송신 유닛(2)에 반송한다. 송신 유닛(2)은, 제어 정보를 수신하면, 해당하는 제1 통신 단말기(1)의 제1 감시 정보를 클리어(clear)하도록 지시하고, 제1 통신 단말기(1)에 의해 제1 감시 정보가 클리어된다.

제어 정보를 수신한 송신 유닛(2)은, 어드레스의 상관관계에 기초하여, 이 제어 정보의 발신원(origin)인 제1 통신 단말기(감시 단말 유닛)(1)와 연관되어 있는 제1 통신 단말기(제어 단말 유닛)(1)에 송신되는 제어 정보를 생성한다. 송신 유닛(2)은 이 제어 정보를 포함하는 송신 신호를 통신선(4)에 송신하여, 제1 통신 단말기(제어 단말 유닛)(1)에 설치된 부하를 제어한다.

전술한 기본 시스템에서는, 폴링 선택 방식의 프로토콜(이하, 제1 프로토콜이라 함)에 따라, 송신 유닛(2)을 통하여 제1 통신 단말기(감시 단말 유닛, 제어 단말 유닛)(1)들이 서로 통신을 수행한다.

그런데, 전술한 시스템에서, 복수의 제2 통신 단말기(10, 10)가, 전술한 기본 시스템과 통신선(4)을 공용하도록 통신선(4)을 통하여 서로 병렬 접속되어 있다. 제2 통신 단말기(10) 중 하나에는, 제2 통신 단말기(10)들 사이에서 송신되는 제2 감시 정보를 출력하는 피감시 기기(monitored equipment)(도시하지 않음)가 접속되고, 다른 제2 통신 단말기(10)에는, 제2 감시 정보를 제2 통신 단말기(10)로부터 취득하는 감시 장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다.

즉, 제2 통신 단말기(10)는 통신선(4)을 통하여 통신(데이터 송신)을 수행하는 반면, 피감시 기기는 송신 데이터(제2 감시 정보)를 생성하고, 감시 장치는 수신 데이터를 처리한다. 제2 통신 단말기(10)는, 각각의 제2 통신 단말기(10)에 접속된 피감시 기기 또는 감시 장치로부터의 데이터를 변환하고, 그것을 통신선(4)에 송신하는 어댑터(adaptor)로서 기능한다. 피감시 기기와 감시 장치는, 정기적으로 서로 통신을 수행함으로써 제2 통신 단말기(10)와의 데이터 송수신을 행한다. 유의할 것은, 피감시 기기의 일례로는 기본 시스템에 의해 제어되는 조명기구의 소비 전력을 계량하는 전력 계측기가 고려될 수 있고, 감시 장치의 일례로는 전력 계측기로 계량된 소비 전력을 표시하는 검침 장치(meter reading device)가 있다는 것이다.

제2 통신 단말기(10)는, 전술한 제1 프로토콜과는 상이한 프로토콜(이하, 제2 프로토콜이라 함)에 기초하여, 송신 유닛(2)을 통하지 않고 데이터(제2 감시 정보)를 다른 제2 통신 단말기(10)에 송신하는 기능을 가진다. 제1 프로토콜 신호와 제2 프로토콜 신호 사이에는 주파수와 신호 레벨 등에 차이가 있으므로, 제1 통신 단말기(1)와 제2 통신 단말기(10)는 동일한 통신선(4)에 접속되고 통신선(4)을 공용할 수 있지만, 서로 통신을 수행할 수 없다.

구체적으로는, 제2 통신 단말기(10)는, 다른 제2 통신 단말기(10)에 송신해야 할 데이터를 포함하는 패킷을 제2 프로토콜에 기초하여 송신 신호에 중첩시켜 이를 통신선(4)에 송신하고, 다른 제2 통신 단말기(10)가 송신한 제2 프로토콜의 패킷을 수신한다. 즉, 제1 통신 단말기(1)들은 제1 프로토콜에 기초하여 전술한 바와 같이 송신 유닛(2)을 통하여 서로 통신을 수행하는 반면, 제2 통신 단말기(10)들은 제2 프로토콜에 기초하여 직접 서로 통신을 수행하고, 송신 유닛(2)에 의존하지 않는다. 그러므로, 제2 프로토콜에 기초한 통신의 통신 속도는, 제1 프로토콜에 기초한 통신의 통신 속도보다 고속화될 수 있어, 아날로그 데이터(전기 에너지의 연속 데이터)과 같이 비교적 데이터량이 많은 정보의 송신에 사용된다.

또, 제2 통신 단말기(10)는, 기본 시스템의 송신 유닛(2)과 제1 통신 단말기(1) 사이에서 송신되는 제1 프로토콜의 송신 신호를 감시하고, 감시한 송신 신호로부터 제1 프로토콜의 데이터 송신 상태(이하, 상태라고 함)를 해석한다. 또한, 제2 통신 단말기(10)는, 상태가 제2 프로토콜의 패킷의 송신에 적합한 상태인지 여부를 판단하고, 송신에 적합하다고 판단한 시각에 패킷을 송신하는 기능을 가진다.

즉, 기본 시스템에 사용되는 제1 프로토콜에는, 펄스 열로 이루어지는 캐리어를 펄스폭 변조하여 얻은 송신 신호가 사용된다. 이 송신 신호에 제2 프로토콜의 패킷을 중첩하는 데 있어, 송신 신호가 하이 레벨 또는 로우 레벨로 안정되어 있는 기간에 송신 신호에 중첩되는 것이 바람직하다.

여기서, 송신 신호는 도 2에 나타낸 바와 같은 신호 포맷을 채용하고 있다. 그러므로, 예비 기간(42), 단락 검출 기간(46), 및 예비 영역 기간(47)은 패킷을 전송하기에 적합한 기간(이하, 통신 적합 기간이라고 함)으로 고려될 수 있고, 그 외의 기간은 패킷을 전송하기에 부적합한 기간(이하, 통신 부적합 기간이라고 함)으로 고려될 수 있다. 즉, 예비 기간(42), 단락 검출 기간(46), 및 예비 영역 기간(47)은, 송신 신호가 하이 레벨 또는 로우 레벨로 안정되어 있는 시간이 상대적으로 길기 때문에, 패킷의 전송에 적합하다. 다른 기간은, 송신 신호가 하이 레벨 또는 로우 레벨에 안정되어 있는 시간이 상대적으로 짧고, 또 제1 프로토콜에 기초한 송신 유닛(2)과 제1 통신 단말기(1) 사이의 신호(인터럽트 신호와 반송 데이터)의 전송에 쉽게 영향을 받기 때문에, 패킷의 전송에 부적합하다. 또, 송신 신호의 상승 및 하강의 기간도, 고조파 노이즈(harmonic noise)의 영향과 신호의 전압 반전에 기인한 과도 응답(transient response)의 영향으로 인해 통신 부적합 기간으로 간주될 수 있다.

그러므로, 제2 통신 단말기(10)는 송신 신호의 상태를 해석하고, 그 해석 결과(송신 신호의 상태)에 기초하여 상태가 통신 적합 기간인지 통신 부적합 기간인지를 판단하고, 상태가 통신 적합 기간이라고 판단했을 때만 제2 프로토콜의 패킷을 송신하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 제1 프로토콜의 송신 신호에 동기하여 송신 신호에 제2 프로토콜의 패킷을 중첩함으로써, 공통의 통신선(4)을 사용하는 제1 프로토콜의 통신과 제2 프로토콜의 통신의 간섭을 방지할 수 있다. 제2 통신 단말기(10)는, 송신 데이터의 데이터량이 많아서 한 번의 통신 적합 기간 내에 데이터를 완전히 송신할 수 없으면, 통신 적합 기간의 종료 시점에 통신을 중단하고, 다음의 통신 적합 기간에 나머지의 데이터를 송신한다.

유의할 것은, 제2 통신 단말기(10)의 각 부(setcion)에는, 기본 시스템의 제1 통신 단말기(1)와 마찬가지로 송신 유닛(2)으로부터 통신선(4)을 통하여 송신되는 송신 신호를 정류 및 안정화하여 전원을 공급하는 방식(집중 급전 방식)으로 전원이 공급된다는 것이다. 그러나, 제2 통신 단말기(10)의 각 부로의 전원 공급 방식은 이 구성에 한정되지 않으며, 전원은 상용 전원(commercial power supply)을 정류 및 안정화하여 공급하는 방식(로컬 급전 방식)으로 공급될 수도 있다.

(실시예 1)

본 실시예의 통신 시스템은 전술한 통신 시스템에서의 제2 통신 단말기(10, 10)들 사이의 통신에 특징이 있다. 제1 통신 단말기(1)의 구성 및 기능은 전술한 기본 구성에 근거하므로, 이하에서는 제1 통신 단말기(1)에 대한 설명을 생략하고, 이하의 설명에서는 제2 통신 단말기(10)를 "통신 단말기(10)"로 간단히 표현한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 통신 시스템에서는, 송신 유닛(2)과 통신선(4) 사이에, 통신선(4) 상의 전류 변화를 통신선(4) 상의 전압 변화로 변환하기 위한 전류/전압 변환기(3)를 구비한다. 송신 유닛(2)은 통신선(4)의 2선 사이에 전압(여기서는 송신 신호)을 인가하는 전원 장치로서 기능한다.

통신 단말기(10)는 송신 유닛(2)으로부터 통신선(4)을 통하여 송신되는 송신 신호를 정류하는 다이오드 브리지로 이루어지는 정류기(11)와, 정류기(11)의 출력에 임피던스 회로(12)를 통하여 접속된 전원 회로(13)를 포함하고, 전원 회로(13)에 의해 내부 전원을 생성한다. 또한, 통신 단말기(10)는, 제2 프로토콜 신호를 송신하기 위한 송신 회로(14), 제2 프로토콜 신호를 수신하기 위한 수신 회로(15), 피감시 기기 및 감시 장치와의 통신을 수행하는 기기 통신부(16), 및 각 부의 동작을 제어하는 제어기(17)를 포함한다. 유의할 것은, 정류기(11)가 전원 공급을 위해 사용되고 또한 신호의 극성을 없앤다는 것이다.

제어기(17)는 주로 마이크로 컴퓨터로 이루어지고, 송신 회로(14)에 구형파의 송신 신호를 출력하고, 수신 회로(15)로부터는 구형파의 수신 신호를 입력한다. 이 제어기(17)는 피감시 기기로부터 기기 통신부(16)에 의해 취득된 데이터(제2 감시 정보)를 송신 회로(14)로부터 다른 통신 단말기(10)에 송신하고, 다른 통신 단말기(10)로부터 수신 회로(15)에 의해 취득된 데이터를 기기 통신부(16)로부터 감시 장치에 출력하는 기능을 가진다.

송신 회로(14)는 통신선(4)에 접속되고 통신선(4)으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호(51)를 통신선(4)에 송신하도록 구성된다. 또, 수신 회로(15)는, 송신 회로(14)로부터 송신된 일차 신호(51)를 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호로 변환하여 취득되는 신호인 이차 신호(52)를 수신하도록 구성된다. 즉, 통신 단말기(10)로부터 송신되는 전류 신호인 일차 신호(51)는, 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호인 이차 신호(52)로 변환된다.

다음에, 전류/전압 변환기(3) 및 송신 회로(14)의 구체적인 구성에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다.

전류/전압 변환기(3)는 송신 유닛(2)의 출력단과 통신선(4) 사이에 삽입된 저항 소자(R11, R12)로 이루어진다. 저항 소자(R11, R12)는 2선식의 통신선(4) 중 적어도 하나에 대해 삽입될 수 있다. 본 실시예에서, 저항 소자(R11, R12)는 2선 모두에 대해 삽입되고, 두 저항 소자(R11, R12)의 저항값은 동일하게 설정된다. 이 구성에 의해, 전류/전압 변환기(3)는 통신선(4) 상의 전류 변화를 저항 소자(R11, R12)로 인한 전압 강하에 의해 통신선(4) 상의 전압 변화로 변환한다. 따라서, 송신 유닛(2)과 통신선(4) 사이에 접속되는 저항 소자(R11, R12)의 저항값에 의해 이차 신호(52)의 진폭이 변화된다. 그러므로, 저항 소자(R11, R12)의 저항값의 설정을 변경함으로써 전송 품질을 향상시키기 위한 조정을 행할 수 있다.

그러나, 실제로는, 통신선(4) 자체의 특성 임피던스도 통신선(4) 상의 전류 변화를 통신선(4) 상의 전압 변화로 변환하는 전류/전압 변환기의 저항 성분으로서 중요한 역할을 한다. 즉, 전류 신호인 일차 신호(51)가 통신 단말기(10)에 의해 통신선(4)에 송신되면, 이 통신 단말기(10)와 전원 장치인 송신 유닛(2) 사이에 존재하는 통신선(4) 자체를 포함한 저항 성분이, 전류/전압 변환기로 기능하여, 일차 신호(51)를 이차 신호(52)로 변환한다. 또한, 통신선(4)의 특성 임피던스뿐 아니라, 송신 유닛(2)의 출력 임피던스와 같은, 송신 측의 통신 단말기(10)와 전원 장치 사이에 존재하는 모든 저항 성분도, 전류/전압 변환기로 사용될 수 있다.

그러므로, 저항 소자(R11, R12)를 새롭게 설치하지 않고, 통신선(4)의 특성 임피던스와 송신 유닛(2)의 출력 임피던스와 같은 저항 성분을 전류/전압 변환기로 사용한 경우에도, 본 실시예와 동작이 동일한 통신 시스템을 실현할 수 있다. 즉, 전류/전압 변환기가 통신선(4)의 특성 임피던스와 송신 유닛(2)의 출력 임피던스 등을 저항 성분으로서 이용하고, 통신선(4) 상에 전류/전압 변환기를 새로 추가할 필요가 없어, 통신 시스템의 구성 요소를 적게 억제할 수 있다.

이와 같이 통신선(4)의 특성 임피던스 등을 고려함으로써, 저항 소자(R11, R12)를 설치하는 경우에도, 이들 저항 소자(R11, R12)의 저항값을 충분히 작게 할 수 있다(예를 들면, 4.7 Ω). 이 경우, 저항 소자(R11, R12)는 통신선(4)에서 본 송신 유닛(2)의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정부로서 기능한다. 그러나, 전술한 바와 같이 통신선(4)의 특성 임피던스를 전류/전압 변환기로 사용한 경우, 분포 정수 회로(distributed constant circuit)를 고려할 필요가 있어, 설명이 번잡하게 된다. 그러므로, 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위하여, 시스템은 전류/전압 변환기(3)로 사용되는 저항 소자(R11, R12)를 구비한 집중 정수 회로(lumped constant circuit)로 간주된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 송신 회로(14)는 입력단(101)에 접속되고 입력단(101)으로부터 입력되는 구형파의 송신 신호(전압 신호)를 정현파의 전압 신호로 변환하도록 구성된 필터 회로(18)를 포함하고, 필터 회로(18)의 출력에 접속된 전류 제어 회로(19)를 포함한다. 입력단(101)은 제어기(17)에 접속된다.

도 3의 예에서, 필터 회로(18)는 비반전 입력 단자에 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기(operational amplifier)(OP1)를 사용한 능동 필터(active filter)이다. 이 필터 회로(18)는, 입력단(101)과 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자 사이에, 입력단(101) 측으로부터 차례로 직렬로 접속되는 저항(R1), 저항(R2), 및 저항(R3)과, 일단이 저항(R1)과 저항(R2)의 접속점에 접속되고 타단이 접지되어 있는 커패시터(C1)를 포함한다. 또한, 필터 회로(18)는, 일단이 저항(R2)과 저항(R3)의 접속점에 접속되고 타단이 접지되어 있는 커패시터(C2), 및 저항(R2)과 저항(R3)의 접속점과 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자 사이에 접속되는 저항(R4) 및 커패시터(C3)의 직렬 회로를 포함한다. 또한, 연산 증폭기(OP1)의 비반전 입력 단자에는, 정전압(Vcc)을 저항(R5, R6)의 직렬 회로로 분압하여 얻은 기준 전압이 입력된다.

이 구성에 의해, 필터 회로(18)는 저역 통과 필터 및 반전 증폭 회로로서의 기능을 가지고, 구형파의 전압 신호가 입력되면, 이 전압 신호를 극성이 반전된 정현파의 전압 신호로 변환하여 출력한다.

전류 제어 회로(19)는, 콜렉터가 정류기(11)를 통하여 통신선(4)에 접속되는 NPN형의 트랜지스터(Tr1)를 포함한다. 트랜지스터(Tr1)에서는, 이미터가 저항(R7)을 통하여 접지되고, 베이스가 필터 회로(18)의 출력단(연산 증폭기(OP1)의 출력 단자)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tr1)의 이미터는 저항(R4)과 커패시터(C3)의 접속점에 접속되어, 연산 증폭기(OP1)의 귀환 경로(feedback path)를 형성한다. 이와 같이, 연산 증폭기(OP1)의 피드백을 연산 증폭기(OP1)의 출력 단자로부터 직접 취하는 것이 아니라, 트랜지스터(Tr1)의 이미터로부터 취하므로, 트랜지스터(Tr1)의 온도 특성과 전압 강하를 고려하여 피드백을 줄 수 있다. 이로써, 전류 신호(일차 신호(51))의 추종성(followablility)이 개선될 수 있다는 이점이 있다.

이 구성에 의해, 필터 회로(18)의 입력단(101)에 구형파의 전압 신호인 송신 신호가 입력되면, 필터 회로(18)의 출력단(연산 증폭기(OP1)의 출력 단자)에는 정현파의 전압 신호가 나타난다. 이때, 전류 제어 회로(19)에서, 필터 회로(18)의 출력 전압 레벨에 따라 트랜지스터(Tr1)를 흐르는 전류의 크기가 변화되므로, 통신선(4)으로부터 통신 단말기(10)로 인입되는 전류의 크기가 변화한다. 그 결과, 필터 회로(18)에 의해 출력되는 전압 신호에 대응하는 전류 신호(일차 신호(51))가 통신선(4) 상에 생성된다. 즉, 송신 회로(14)가 통신선(4)으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호(51)를 통신선(4) 상에 생성하는 것과, 송신 회로(14)가 통신선(4)으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 일차 신호(51)를 통신선(4)에 송신하는 것은 같은 것이다.

이와 같이 송신 회로(14)에 의해 통신선(4) 상에 송신된(생성된) 일차 신호(51)는, 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 강하에 의해 전압 신호로 변환된다. 다시 말해, 송신 회로(14)는, 통신선(4)으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 통신선(4) 상에 전압 강하에 의한 전압 변화(전압 신호)를 생기게 하고, 그러한 전압 변화는 이차 신호(52)로서 수신 회로(15)에 의해 수신된다.

즉, 어떤 구형파의 송신 신호가 제어기(17)로부터 필터 회로(18)에 입력되면, 필터 회로(18)의 출력단에는 도 4 B에 나타낸 바와 같은 전압 신호가 생성되고, 전류 제어 회로(19)에 흐르는 전류가 변화된다. 이때 통신선(4) 상에 생성된 전류 신호인 일차 신호(51)는, 전류/전압 변환기(3)에 의해 도 4 A에 나타낸 바와 같이 극성이 반전된 전압 신호인 이차 신호(52)로 변환된다. 도 4 C는 수신 회로(15)가 수신한 데이터를 나타내는 것에 유의하기 바란다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 정류기(11)의 송신 회로(14)에 대한 접속단들 사이에는, 저항(R8)과 커패시터(C4)의 직렬 회로가 접속된다.

이어서, 수신 회로(15)의 구체적 구성에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.

수신 회로(15)는, 정류기(11)의 출력에 커패시터(C20)를 통하여 접속된 증폭 회로(21), 증폭 회로(21)의 출력에 접속된 비교 회로(22), 및 비교 회로(22)의 출력에 접속된 보정 회로(23)를 포함한다. 보정 회로(23)의 출력단(102)은 제어기(17)에 접속된다.

도 5의 예에서, 증폭 회로(21)는 비반전 입력 단자에 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기(OP2)를 사용하는 능동 필터이다. 이 증폭 회로(21)는 입력단과 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자 사이에 입력단 측으로부터 차례로 직렬로 접속되는 저항(R21)과 저항(R22), 및 일단이 저항(R21)과 저항(R22)의 접속점에 접속되고 타단이 접지되어 있는 커패시터(C21)를 포함한다. 또한, 증폭 회로(21)는 저항(R21)과 저항(R22)의 접속점과 연산 증폭기(OP2)의 출력 단자 사이에 접속되는 저항(R23), 및 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되는 커패시터(C22)를 포함한다. 또한, 연산 증폭기(OP2)의 비반전 입력 단자에는, 정전압(Vcc)을 저항(R24, R25)의 직렬 회로로 분압하여 얻은 기준 전압이 입력된다.

이 구성에 의해, 증폭 회로(21)는 반전 증폭 회로로서의 기능을 가지고, 전압 신호가 입력되면, 이 전압 신호를 극성이 반전된 전압 신호로 변환하여 출력한다.

비교 회로(22)는 반전 입력 단자에 기준 전압이 인가되는 연산 증폭기(OP3)를 포함한다. 비교 회로(22)는 또한 증폭 회로(21)의 출력(연산 증폭기(OP2)의 출력 단자)과 연산 증폭기(OP3)의 비반전 입력 단자 사이에 접속되는 저항(R26)과, 연산 증폭기(OP3)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속되는 저항(R27)을 포함한다. 또한, 연산 증폭기(OP3)의 반전 입력 단자에는, 정전압(Vcc)을 저항(R28, R29)의 직렬 회로로 분압하여 얻은 기준 전압이 입력되고, 정전압(Vcc)과 연산 증폭기(OP3)의 출력 단자 사이에는 저항(R30)이 접속된다.

상세하게 후술하는 바와 같이, 보정 회로(23)는 비교 회로(22)로부터 출력되는 신호 파형을 보정함으로써, 구형파의 전압 신호인 수신 신호를 제어기(17)에 출력하는 회로이다.

이 구성에 의해, 통신선(4) 상에 전압 신호인 이차 신호(52)가 생성되고, 증폭 회로(21)의 출력단(연산 증폭기(OP2)의 출력 단자)에는 이차 신호(52)의 전압 변화를 나타내는 신호인, 기준 전압을 기준으로 한 전압 신호가 나타난다. 이때, 비교 회로(22)는, 증폭 회로(21)에 의해 출력되는 전압 신호와 연산 증폭기(OP3)의 기준 전압을 비교함으로써, 이차 신호(52)를 이진화한다. 이와 같이 이진화된 이차 신호(52)는, 보정 회로(23)에 의해 파형이 보정되어 수신 신호로서 출력단(102)으로부터 제어기(17)에 출력된다.

즉, 도 6 A에 나타낸 이차 신호(52)가 통신선(4)으로부터 입력되면, 증폭 회로(21)의 출력 전압은 도 6 B에 나타낸 바와 같이 이차 신호(52)의 전압 변화에 따라 변화된다. 이때, 증폭 회로(21)의 출력 전압이 비교 회로(22)에 의해 이진화되어, 비교 회로(22)의 출력에 도 6 C에 나타낸 바와 같은 신호가 생성되고, 또한 보정 회로(23)에 의한 파형 보정에 의해, 도 6 D에 나타낸 바와 같은 구형파의 수신 신호가 제어기(17)에 출력된다.

통신 단말기(10)들의 통신에는 기저대역 송신 방식이 사용된다. 이 기저대역 송신 방식은 "1"과 "0" 두 개의 값에 대응하는 펄스 신호를, 신호를 변조하지 않고서 직류(DC)의 이진 부호화로서 송신하는 방식이다. 또한, 여기서는 신호 방식으로서 단류(single-flow) RZ(return to zero) 방식을 채용하고, 송신 신호와 수신 신호에서의 "L 레벨", "H 레벨"의 조합을 "1"이라고 하고, "H 레벨"과 "H 레벨"의 조합을 "0"이라고 한다.

이상 설명한 본 실시예의 통신 시스템에 의하면, 신호를 송신하는 측의 통신 단말기(10)는 전류 신호인 일차 신호(51)의 형태로 신호를 통신선(4) 상에 송신하고, 이 일차 신호(51)는 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호로 변환된다. 이로써, 신호를 수신하는 측의 통신 단말기(10)는 전압 신호인 이차 신호(52)를 수신한다. 즉, 통신은 통신 단말기(10)들 사이에서 수행되긴 하지만, 이차 신호(52)에 주목하면, 이차 신호(52)의 발신원인 전류/전압 변환기(전술한 바와 같이, 실제로는 통신선(4)의 특성 임피던스를 포함함)(3)와 수신 측의 통신 단말기(10) 사이에서 통신이 수행된다.

따라서, 통신 단말기(10, 10)들 사이에 전류/전압 변환기(3)를 설치함으로써, 높은 전송 품질을 확보하면서 통신 단말기(10, 10)들 사이의 통신 거리를 늘릴 수가 있다. 이와 같이, 상기 통신 시스템에서는, 통신 단말기(10, 10)들 사이의 외관상 통신 거리가 증대되어도 전류/전압 변환기(3)와 수신 측의 통신 단말기(10) 사이의 거리를 억제함으로써, 서로 비교적 멀리 떨어져 있는 통신 단말기(10, 10)들 사이에 통신을 수행할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 통신 시스템을 사용함으로써 다음과 같은 결과를 얻을 수 있음이 확인되었다. 여기서는, 도 7에 나타낸 다음의 경우를 가정한다. 즉, 전체 길이 1000 [m]의 통신선(4)을 사용하고, 그 일단으로부터 500 [m] 위치(중간 위치)에 전류/전압 변환기(3)를 통하여 송신 유닛(2)을 접속하고, 통신선(4) 상에서의 수신 측의 통신 단말기(10)의 설치 위치를 서서히 변화시킨다. 유의할 것은, 도 7의 예에서, 통신선(4)은 그 중간 위치에서 두 개의 지선으로 갈라진다는 것이다.

도 8은, 통신선(4)의 상기 일단으로부터 송신 측의 통신 단말기(10)까지의 거리를 0, 100, 200, 300, 400, 500 [m]의 차례로 변화시킨 경우에, 수신 측의 통신 단말기(10)에서의 이차 신호(52)의 진폭(피크투피크, peak to peak)을 나타낸다. 도 8에서, "D1"은 통신선(4)의 상기 일단으로부터 송신 측의 통신 단말기(10)까지의 거리가 0 [m]일 때의 진폭을 나타내고, "D2"는 상기 거리가 100 [m]일 때의 진폭이고, "D3"는 상기 거리가 200 [m]일 때의 진폭이고, "D4"는 상기 거리가 300 [m]일 때의 진폭이고, "D5"는 상기 거리가 400 [m]일 때의 진폭이고, "D6"은 상기 거리가 500 [m]일 때의 진폭이다. 도 8에서, 가로축은 통신선(4)의 상기 일단에서 수신 측의 통신 단말기(10)까지의 거리를 나타내고, 세로축은 이차 신호(52)의 진폭을 나타낸다.

도 8로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 통신 시스템을 이용함으로써, 통신선(4) 상의 통신 단말기(10)의 설치 위치와 상관없이, 수신 측의 통신 단말기(10)는 충분한 진폭을 가지는 이차 신호(52)를 수신할 수 있다. 예를 들면, 송신 측의 통신 단말기(10)를 통신선(4)의 상기 일단에 설치하고, 송신 측의 통신 단말기(10)를 통신선(4) 상의 타단에 설치하고, 통신 거리를 1000 [m]로 한 경우라도, 이차 신호(52)는 1 [Vpp]를 초과하는 충분한 진폭을 가지게 된다.

또한, 도 8과 동일한 조건에서, 송신 측의 통신 단말기(10)의 위치를 통신선(4)의 상기 일단으로부터 0 내지 500 [m] 범위에서 변화시키고, 수신 측의 통신 단말기(10)의 위치를 통신선(4)의 상기 일단으로부터 0 내지 1000 [m] 범위에서 변화시켰을 때, 어느 위치에서도 통신 에러가 생기지 않은 것이 확인되었다. 구체적으로는, 통신 단말기(10)의 위치에 관계없이, 송신 측의 통신 단말기(10)에서 1000 패킷의 데이터를 송신할 때, 수신 측의 통신 단말기(10)에 의해 1000 패킷의 데이터 모두를 수신할 수 있음이 확인되었다. 이와 같이, 상기 통신 시스템을 사용함으로써, 높은 전송 품질을 확보하면서 통신 단말기(10)들 사이의 통신 거리를 늘릴 수 있다.

또, 도 9는 도 7의 구성에서, 송신 측의 통신 단말기(10)가 통신선(4)의 상기 일단에 설치되고, 수신 측의 통신 단말기(10)의 위치가 변화된 경우에, 수신 측의 통신 단말기(10)에 의해 수신되는 이차 신호(52)의 진폭을 나타낸다. 여기서는, 전류/전압 변환기(3)를 구성하는 저항 소자(R11, R12)의 저항값을 4.7 Ω으로 했을 때의 결과를 나타낸다. 도 9에서 유의할 것은, 가로축은 통신선(4)의 상기 일단에서 수신 측의 통신 단말기(10)까지의 거리를 나타내고, 세로축은 이차 신호(52)의 진폭을 나타내고, 실측값은 검은 원으로 표시되고, 해석 값은 실선으로 표시되는 것이다.

도 9로부터도 명백한 바와 같이, 상기 통신 시스템에서는, 송신 유닛(2)의 입력 임피던스를 저하시킨 경우라도, 통신 단말기(10)들 사이의 통신이 가능하다. 이와 같이 송신 유닛(2)의 입력 임피던스를 낮춤으로써, 노이즈가 거의 발생하지 않게 하는 구성을 달성할 수 있다. 즉, 통신 단말기(10)로부터 송신되는 일차 신호(51)로서 전류 신호를 사용함으로써, 통신선(4)의 선 임피던스가 낮은 경우라도 일차 신호(51)의 송신이 가능하다.

따라서, 통신 단말기(10)의 도입될 때, 시공업자는 고임피던스 모듈을 접속할 때 이미 설치된 단말기(송신 유닛(2), 제1 통신 단말기(1))의 위치를 확인하는 작업이 불필요해지므로, 통신 단말기(10)를 통신선(4)에 간단히 접속하는 것만으로 충분하다. 그러므로, 통신 단말기(10)의 설치 작업의 부담을 대폭 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 통신 시스템에 따르면, 현장 상황의 조사와 통신 거리의 확인과 같은 수고가 경감되어 시공업자의 부담이 줄어들고, 통신 시스템의 도입이 용이하게 된다는 이점이 있다.

그런데, 전술한 바와 같은 구성의 통신 시스템에서는, 통신선(4)이 긴 경우, 통신선(4) 상에 생성되는 전압 신호(이차 신호(52))의 진폭이 커지고, 이에 따라 통신선(4) 상의 RC 성분에 의해 생성되는 과도 응답도 커지게 된다. 그러므로, 과 도 응답에 의한 전압 변화에 기인하여 통신 에러를 생길 가능성이 있다.

예를 들면, 도 10 C에 나타낸 구형파의 송신 신호가 제어기(17)로부터 송신 회로(14)에 입력되면, 송신 회로(전류 제어 회로(19))(14)에 흐르는 전류는 도 10 B에 나타낸 바와 같이 변화된다. 이때, 통신선(4) 상에 생성된 전류 신호(일차 신호(51))가 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호로 변환되어, 통신선(4) 상에는 도 10 A에 나타낸 바와 같은 전압 변화가 생긴다. 그러므로, 수신 측의 통신 단말기(10)는 도 10 A에 나타낸 전압 신호인 이차 신호(52)를 수신한다. 그러나, 이차 신호(52)의 진폭이 크기 때문에, 수신 회로(15)에서는, 송신 신호에 대응하는 신호 성분이 아닌 불필요한 성분(과도 응답 성분)도 비교 회로(22)의 기준 전압(임계값)을 넘으며, 도 10 D에 나타낸 바와 같이 불필요한 성분을 포함하는 수신 신호를 얻는다. 결국, 수신 신호는 과도 응답에 의해 유발된 전압 변화에 기인한 불필요한 성분을 포함하므로, 수신 신호는 송신 신호와 일치하지 않아 통신 에러를 발생시킨다. 유의할 것은, 도 10 B은 트랜지스터(Tr1)에 흐르는 전류를 반영하는 연산 증폭기(OP1)의 출력 전압을 나타낸다는 것이다.

그러므로, 본 실시예에서, 통신 단말기(10)는, 송신 회로(14)로부터 통신선(4)에 일차 신호(51)를 송신할 때, 통신선(4)에서 본 입력 임피던스를 저하시키는 구성을 가지고, 이에 따라 통신선(4) 상에 생성되는 이차 신호(52)의 진폭이 필요 이상으로 커지게 되는 것을 방지한다. 구체적으로는, 정류기(11)의 송신 회로(14)의 접속 단들 사이에 접속된 저항(R8)과 커패시터(C4)의 직렬 회로는 서로 분리될 수 있도록 구성되고, 이 직렬 회로는 송신 회로(14)로부터 일차 신호(51)가 송신될 때에만 접속됨으로써, 다른 기간의 임피던스에 비해 임피던스를 감소시킨다. 수신 회로(14)에 의해 수신 중에, 통신선(4) 상에 생성된 이차 신호(52)를 수신할 수 있도록 하기 위하여, 상기 직렬 회로는 분리되어 이차 신호(52)에 대하여 미리 정해진 임피던스를 가진다. 임피던스의 전환은 제어기(17)에 의해 제어 가능한 반도체 스위치 등을 사용하여 실현된다.

전술한 바와 같이 일차 신호(51)를 송신할 때 통신 단말기(10)의 입력 임피던스를 감소시킴으로써, 도 11 A에 나타낸 바와 같이 이차 신호(52)의 진폭이 필요 이상으로 커지지 않고, 과도 응답에 의한 전압 변화를 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 수신 측의 통신 단말기(10)에서는, 도 11 D에 나타낸 바와 같이, 과도 응답에 기인한 불필요한 성분을 포함하지 않는 수신 신호를 수신 회로(15)로부터 제어기(17)에 출력할 수 있으므로, 통신 에러를 줄일 수 있다. 도 11 C에는 송신 신호를 나타내고, 도 11 B에는 송신 회로(14)에 흐르는 전류를 반영하는 연산 증폭기(OP1)의 출력 전압을 나타낸다.

또한, 수신 회로(15)에서는, 증폭 회로(21)의 기준 전압(제1 기준 전압)이 비교 회로(22)의 기준 전압(제2 기준 전압)에서 벗어나 설정되므로, 과도 응답에 의한 전압 변화에 기인한 불필요한 성분이 수신 신호에 포함되지 않는다.

즉, 기준 전압을 기준으로 한 이차 신호(52)의 전압 변화에 따라 변화되는 전압 신호가 증폭 회로(21)로부터 출력된다. 그러므로, 만일, 증폭 회로(21)의 기준 전압과 비교 회로(22)의 기준 전압을 동일한 값으로 하면, 과도 응답에 기인한 불필요한 성분도 수신 신호에 포함될 수 있다. 예를 들면, 도 12 D에 나타낸 구형파의 송신 신호가 제어기(17)로부터 송신 회로(14)에 입력될 때, 통신선(4) 상에 생성된 전류 신호(일차 신호(51))가 전류/전압 변환기(3)에 의해 전압 신호로 변환되어, 통신선(4) 상에는 도 12 A에 나타낸 바와 같은 전압 변화가 생긴다. 이때, 수신 측의 통신 단말기(10)에서는, 도 12 A에 나타낸 전압 신호인 이차 신호(52)를 수신하고, 도 12 B에 나타낸 바와 같이 증폭 회로(21)의 출력은 비교 회로(22)의 기준 전압 Vs0을 기준으로, 이차 신호(52)의 전압 변화에 따라 변화된다. 그러므로, 수신 회로(15)로부터 제어기(17)에 출력되는 수신 신호는 도 12 C에 나타낸 바와 같이 과도 응답에 의해 유발된 전압 변화에 기인한 불필요한 성분을 포함하므로, 수신 신호는 송신 신호에 상응하지 않고 통신 에러를 야기한다.

한편, 본 실시예에서는, 수신 회로(15)의 저항(R24)과 저항(R28)의 저항값을 다르게 함으로써, 증폭 회로(21)의 기준 전압이 비교 회로(22)의 기준 전압보다 낮게 설정된다. 이로써, 도 13 B에 나타낸 바와 같이, 증폭 회로(21)의 출력은 비교 회로의 기준 전압 Vs2보다 낮은 기준 전압 Vs1를 기준으로, 이차 신호(52)의 전압 변화에 따라 변화된다. 그러므로, 비교 회로(22)에서는 과도 응답으로 인한 불필요한 성분을 없앨 수가 있고, 도 13 C에 나타낸 바와 같이, 수신 회로(15)로부터 제어기(17)에 출력되는 수신 신호에, 과도 응답에 기인한 불필요한 성분이 포함되는 것을 방지할 수 있으므로, 통신 에러를 감소시킬 수 있다. 도 13 D에는 송신 신호를 나타내고, 도 13 A에는 이차 신호(52)를 나타낸다.

다음에, 수신 회로(15)에 설치한 보정 회로(23)의 기능에 대하여 설명한다.

즉, 수신 회로(15)에서는, 전류 파형의 왜곡과 위상 지연으로 인해 이차 신호(52)가 때로 정규의 파형에서 벗어나서 수신되고, 이것이 전송 품질의 저하를 야기한다. 그러므로, 본 실시예에서는, 보정 회로(23)에 의해 비교 회로(22)로부터 출력되는 신호의 시간 폭(펄스폭)을 고정값으로 보정함으로써, 통신 에러를 감소시킨다.

보정 회로(23)는 이차 신호(52)의 상승 또는 하강을 트리거로서 검출하고, 이차 신호(52)를 트리거의 검출 시점으로부터 미리 정해진 펄스폭을 가지는 구형파로 보정하도록 구성된다. 보정 후의 신호의 펄스폭은, 예를 들면, 제어기(17)의 마이크로 컴퓨터의 타이머 기능(one-shot 타이머)을 사용하여 결정한다.

그러나, 송신 회로(14)로의 전류가 흐르기 시작할 때에 과도 응답이 비교적 크게 생기므로, 증폭 회로(21)의 출력에서, 선두(leading) 펄스의 펄스폭이 때로 후속 펄스에 비해 커진다. 즉, 도 13 B에 나타낸 바와 같이 증폭 회로(21)의 출력의 펄스폭은 일정하지 않으므로, 이차 신호(52)의 하강(증폭 회로(21)의 출력의 상승)을 트리거로 사용함으로써, 도 13 C에 나타낸 바와 같이 때로 보정 후의 신호에서 펄스폭의 변동(Variation)이 생긴다. 도 13 C의 예에서는, 값 "1"을 나타내는 선두 1 비트의 시간 폭(w2)이 후속의 1 비트의 시간 폭(w1)에 비해 크다.

그러므로, 보정 회로(23)는 이차 신호(52)의 상승(증폭 회로(21)의 출력의 하강)을 트리거로서 검출하는 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 이로써, 도 14 B에 나타낸 바와 같이 증폭 회로(21)의 출력의 펄스폭이 변동되더라도, 도 14 C에 나타낸 바와 같이 보정 후의 신호에서 1 비트의 시간 폭(w1)을 대략 일정하게 바로잡을 수 있다. 송신 신호는 도 14 D에 나타내고, 이차 신호(52)는 도 14 A에 나낸다.

이와 같이, 과도 응답의 영향으로 이차 신호(52)에 시간축 방향으로 왜곡이 생기더라도, 이차 신호(52)를 미리 정해진 펄스폭의 구형파로 보정하는 식으로, 이 왜곡을 보정함으로써, 통신 에러를 억제할 수 있다.

유의할 것은, 본 실시예에 따르면, 송신 회로(14)에서는, 반전 증폭 회로로서의 기능을 가진 필터 회로(18)를 사용함으로써, 제어기(17)로부터 출력되는 극성이 반전된 송신 신호의 전류 신호(일차 신호(51))를 통신선(4)으로부터 통신 단말기(10)로 인출한다는 것이다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않으며, 예를 들면, 필터 회로(18)를 비반전 증폭 회로로 사용함으로써, 제어기(17)로부터 출력되는 송신 신호의 극성과 동일한 극성의 전류 신호(일차 신호(51))를 통신선(4)으로부터 통신 단말기(10)로 인출할 수도 있다. 이 경우, 전류/전압 변환기(3)에 의해 일차 신호(51)의 전류 변화에 의해 생기는 전압 변화의 방향도 역으로 된다. 그러므로, 일차 신호(51)의 송신 시에, 통신선(4)들 사이에 생성되는 전압이 증대된다. 이 구성으로는, 상기 실시예에 비교하여, 대기 시의 전력 소비는 증대하지만, 신호 송신 시의 소비 전류는 줄일 수 있다. 또한, 송신 회로(14)의 구성을 바꾸지 않고, 제어기(17)로부터 출력되는 송신 신호의 극성 자체를 반전하더라도 마찬가지의 동작을 얻을 수 있다.

또한, 도 3 및 도 5에 나타낸 필터 회로(18), 증폭 회로(21), 및 비교 회로(22) 등의 구체적인 회로는 일례에 지나지 않고, 다른 회로 구성으로도 동등한 기능을 실현할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예의 통신 시스템은, 통신 단말기(10)들 사이에서 송수신되는 송신 데이터를 부호화하는 부호화부(도시하지 않음)를 송신 회로(14)에 설치하고, 데이터를 복호화하여 송신 데이터를 취득하는 복호화부(도시하지 않음)를 수신 회로(15)에 설치한 점이, 실시예 1의 통신 시스템과 상위하다.

즉, 수신 회로(15)는 보정 회로(23)에 의해 이차 신호(52)의 상승을 트리거로서 검출하여 펄스폭을 보정한다. 그러므로, 수신 회로(15)에서는, 이차 신호(52)에서 상승을 발생시키지 않는 값(여기서는 "0")이 연속하면, 보정 회로(23)에서 트리거가 검출되지 않고, 전송 품질의 저하를 야기할 수 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 부호화부에 의해 송신 데이터를 부호화함으로써, 이차 신호(52)에서 "0"의 값이 연속되는 것을 방지한다. 유의할 것은, 값 "1"은 상승을 발생시키므로, "1"의 값이 연속하는 경우라 하더라도 전송 품질에 영향은 없다는 것이다.

구체적으로 설명하면, 부호화부는 송신 데이터를 각각 5 비트의 데이터열로 분할하고, 각 데이터열을 "0"의 값이 연속하지 않는 8 비트의 데이터열로 변환한다. 통신 단말기(10)에는 표 1에 나타낸 바와 같은 데이터열을 변환할 때 사용하는 테이블이 미리 등록되어 있고, 부호화부는 이 테이블을 사용하여 데이터열의 변환을 행한다. 테이블에는, 5 비트의 데이터열(32개의 상이한 데이터열이 있음) 각각에 할당된 8 비트의 데이터열(표 1의 "1" 내지 "32")이 기억된다. 또한, 테이블에는, 또한 데이터 송신의 개시를 나타내는 시작 코드(표 1의 "Startcode") STX와 데이터 송신의 종료를 나타내는 정지 코드(표 1의 "Endcode") ETX가 기억된다.

즉, "0xFD" 및 "0xFF" 두 값은 모두, 데이터로서가 아니라 특수 코드인 시작 코드 STX, 정지 코드 ETX로 사용되어, 패킷의 분할을 명확하게 한다. 또한, 8 비트의 각 데이터열의 전후에는, 시작 비트 S로서의 "0"과 정지 비트 E로서의 "1"이 각각 할당된다. 따라서, 최종적으로는, 도 15 A에 나타낸 바와 같은 5 비트의 데이터열은 도 15 B에 나타낸 바와 같이 각각 10 비트의 데이터열로 변환된다. 유의할 것은, 표 1에서는 변환 후의 데이터열을 16진법으로 표현한다는 것이다.

[표 1]

복호화부는, 부호화부에 의해 변환된 8 비트의 데이터열을, 표 1에 기초하여 5 비트의 데이터열로 역변환함으로써 복호화한다. 이로써, 수신 회로(15)에 의해 부호화된 데이터로부터 부호화 전의 송신 데이터를 취득할 수 있다.

구체예를 들면, 도 16 A에 나타낸 바와 같이 5 바이트(40 비트)의 송신 데이터를 송신하는 경우, 먼저 부호화부는 송신 데이터를 도 16 B에 나타낸 바와 같이 5 비트의 8개 데이터열로 분할한다. 이어서, 부호화부는 각 데이터열을 표 1에 기초하여 8 비트의 데이터열로 변환한다. 또한, 부호화부는 송신 데이터의 전후에 시작 코드 STX, 정지 코드 ETX를 각각 부가함으로써, 도 16 C와 같이 총 10개의 8 비트(시작 비트, 정지 비트를 포함한 10 비트)의 데이터열로 변환한다. 그러므로, 5 바이트의 송신 데이터를 1 ms 동안에 송신할 때, 총 100 비트(= 10 비트 × 10)의 데이터가 송신된다.

여기서, UART(Universal Asynchronous Recei Ver Transmitter, 범용 비동기화 송수신기)의 데이터 전송 속도를 156.25 kbps로 설정하면, 1 비트의 송신에 6.4μs가 필요하므로, 100 비트의 데이터를 송신하는 데는 640μs가 필요하다. 유의할 것은, 송신 유닛(2)과 제1 통신 단말기(1) 사이의 통신에 사용되는 송신 신호에는, 1 주기(15 ms)당 1 ms의 통신 적합 기간이 3곳 존재한다는 것이다. 그러므로, 5 바이트의 송신 데이터를 변환하지 않고 송신하는 경우, 8000 bps(= 3/15 [ms]×40 [비트])의 데이터 전송 속도는 충분하다.

이상 설명한 본 실시예의 구성에 따르면, 송신 데이터를 부호화함으로써 이차 신호(52)에서 트리거를 발생시키지 않는 값이 연속하지 않고, 부호화된 송신 데터를 송신할 수 있다. 따라서, 보정 회로(23)에 의해 이차 신호(52)를 확실하게 보정할 수 있고, 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

본 실시예의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. 예를 들면, 데이터 "1101011"이 송신될 때, 통상 수신 회로(15)는 도 17 A에 나타낸 이차 신호(52)를 수신하고, 도 17 B에 나타낸 바와 같은 신호를 비교 회로(22)의 출력에 생성한다. 이로써, 보정 회로(23)에 의해 보정된 후의 신호는 도 17 C에 나타낸 바와 같이 송신 데이터 "1101011"에 대응하는 신호가 된다.

또, 도 18 A에 나타낸 바와 같이 이차 신호(52)에 왜곡이 생기면, 수신 회로(15)는 가끔 도 18 B에 나타낸 바와 같이 펄스폭이 일정하지 않은 신호를 비교 회로(22)의 출력에 생성한다. 이 경우에도, 보정 회로(23)에 의해 보정된 후의 신호는, 도 18 C에 나타낸 바와 같이 송신 데이터 "1101011"에 대응하는 신호가 된다.

한편, 데이터 "1100011"이 송신되고, 도 19 A에 나타낸 바와 같이 상승을 발생시키지 않는 값(여기서는 "0")이 연속되는 이차 신호(52)를 수신하면, 수신 회로(15)는 도 19 B에 나타낸 바와 같은 신호를 비교 회로(22)의 출력에 생성한다. 이 경우, 비교 회로(22)의 출력에 있어 "0"이 연속되는 부분에서는, 보정 회로(23)의 마지막 "0"에서만 트리거가 영향을 받으므로, 보정 후의 신호는 도 19 C에 나타낸 바와 같이 "1111011"이 되어, 송신 데이터 "1100011"과는 상위하여 통신 에러가 야기된다.

본 실시예의 구성에서는, 송신 데이터를 부호화하고 그 부호화된 송신데이터를 송신함으로써, 이차 신호(52)에서 트리거를 발생시키지 않는 값이 연속하지 않는다. 그러므로, 도 19 C에 나타낸 바와 같은 통신 에러를 회피할 수 있다.

그 외의 구성 및 기능은 실시예 1과 같다.

그런데, 상기 각 실시예는, 송신 유닛(2)이 전압 신호인 송신 신호를 송신함으로써 통신선(4)에 전압을 인가하는 예를 나타낸다. 그러나, 실시예는 이에 한정되지 않으며, 일정한 직류 전압을 통신선(4)에 인가하는 전원 장치를 송신 유닛(2) 대신에 설치할 수 있다. 이 경우, 통신 단말기(10)는 다른 통신 단말기(10)에 전송해야 할 데이터를 포함한 패킷을 제2 프로토콜에 기초하여 직류 전압에 중첩시켜 통신선(4)에 송신함으로써, 다른 통신 단말기(10)와 통신을 수행한다. 이 경우에, UART의 데이터 전송 속도는 전술한 156.25 kbps의 절반의 78.125 kbps이다.

또, 전류/전압 변환기(3)는 송신 유닛(2)의 출력단과 통신선(4) 사이에 삽입된 저항 소자(R11, R12)(도 3 참조)로 이루어지는 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면, 도 20에 나타낸 바와 같이 변압기를 사용한 임피던스 상부(impedance upper section)로 이루어진 구성일 수도 있다.

도 20의 예에서, 전류/전압 변환기(3)는 저항 소자(R101, R102) 외에, 일차 권선 및 이차 권선으로 구성되는 이차 권선 인덕터(secondary winding inductor)(변압기)(M1, M2) 및 다이오드(D1∼D8)를 포함한다. 이차 권선 인덕터(M1, M2)의 일차 권선과 이차 권선은 각각 인덕턴스 소자로 기능하고, 전류/전압 변환기(3)의 저항 성분으로 이용된다.

구체적으로는, 2선의 통신선(4) 중 한 쪽에 삽입된 저항 소자(R101)와 병렬로, 다이오드(D1, D5)의 직렬 회로와 다이오드(D2, D6)의 직렬 회로가 서로 역병렬(re Verse parallel)로 접속되어 있다. 2차 권선 인덕터(M1)에서는, 일차 권선이 다이오드(D2)의 양단 사이에 접속되고, 이차 권선이 다이오드(D1)의 양단 사이에 접속되어 있다.

마찬가지로, 2선의 통신선(4) 중 다른 쪽에 삽입된 저항 소자(R102)와 병렬로, 다이오드(D3, D7)의 직렬 회로와 다이오드(D4, D8)의 직렬 회로가 서로 역병렬로 접속되어 있다. 2차 권선 인덕터(M2)는 일차 권선이 다이오드(D3)의 양단 사이에 접속되고, 이차 권선이 다이오드(D4)의 양단 사이에 접속되어 있다.

이 구성에 의하면, 이차 권선 인덕터(M1, M2)의 인덕턴스를 사용함으로써, 전류/전압 변환기(3)는 통신에 사용되는 신호 성분에 대하여는 충분한 저항성 임피던스를 나타내면서도, 직류 성분에 대하여는 저저항을 나타낸다. 즉, 저항 소자(R101, R102)의 저항값을 예를 들면, 4.7 Ω으로 한 경우, 전류/전압 변환기(3)의 입력 임피던스는 통신에 사용되는 신호 성분의 주파수 대역(예를 들면, 78 kHz)에서는 약 10 Ω이 된다. 한편, 전류/전압 변환기(3)의 직류 저항은 이차 권선 인덕터(M1, M2)의 코일 저항(예를 들면, 약 2 Ω)으로 정해지므로, 저저항이 된다.

그 결과, 도 20에 나타낸 구성의 전류/전압 변환기(3)는 저항 소자(R11, R12)(도 3 참조)로 이루어지는 전류/전압 변환기(3)에 비하면, 신호 성분에 대한 임피던스는 동등하게 하면서도, 직류 저항을 작게 할 수 있다. 그러므로, 송신 유닛(2)으로부터 공급되는 전류가 증대됨으로써, 전류/전압 변환기(3)에서 전압 강하가 증대되더라도, 말단의 단말기에까지 충분한 전압을 인가할 수 있다는 이점이 있다. 예를 들면, 선로 저항이 16 Ω인 통신선(4)에 500 mA의 전류가 흐르는 경우, 전류/전압 변환기(3)의 저항이 10 Ω이면 최후의 단에서는 약 13 V의 전압 강하가 발생한다. 그러나, 전류/전압 변환기(3)의 저항이 2 Ω이면, 최후의 단에서도 전압 강하가 약 9 V로 억제된다.

또한, 도 20에 나타낸 구성의 전류/전압 변환기(3)에서는, 이차 권선 인덕터(M1, M2)의 일차 권선과 이차 권선 중에서, 신호의 극성마다 상이한 코일에 전류가 흐르므로, 신호의 극성이 반전될 때에 역 기전력(counter-electromotive force)이 작다. 따라서, 인덕턴스 소자에 의해 입력 임피던스를 높이면서도, 통신선(4) 상에 신호의 극성 반전 시에 생기는 파형 왜곡을 억제하고, 통신 품질의 열화를 억제할 수 있다는 이점이 있다.

또, 도 21 내지 도 24에서는, 상기 각 실시예의 구성에서, 송신 측의 통신 단말기(10)와 수신 측의 통신 단말기(10) 사이의 거리, 및 통신선(4)에 접속되는 통신 단말기(10)의 수가 변경된 경우에, 수신 측의 통신 단말기(10)의 각 부에서 얻은 파형을 나타낸다. 도 21 내지 도 24에서, "A"는 통신 단말기(10)가 수신한 이차 신호(52)를 나타내고, "B"는 증폭 회로(21)의 출력을 나타내고, "C"는 비교 회로(22)의 출력을 나타내고, "D"는 보정 회로(23)의 출력(수신 데이터)을 나타낸다.

이들 도 21 내지 도 24로부터도 명백한 바와 같이, 상기 구성의 통신 시스템에서는, 통신 단말기(10)들 사이의 거리와 통신 단말기(10)의 수가 변경되더라도, 또한 이차 신호(52)에서 파형의 왜곡과 신호의 감쇄가 생겨도, 수신 측의 통신 단말기(10)는 규칙적으로 수신 데이터를 수신할 수 있다.

Claims

2선의 통신선에 접속되는 복수의 통신 단말기;
상기 통신선의 2선 사이에 전압을 인가하도록 구성된 전원 장치; 및
상기 통신선 상의 전류 변화를 저항 성분으로 인한 전압 강하에 의한 상기 통신선 상의 전압 변화로 변환하도록 구성된 전류/전압 변환기
를 포함하고,
상기 통신 단말기 각각은,
상기 통신선에 접속되고, 상기 통신선으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호를 상기 통신선 상에 생성하도록 구성된 송신 회로; 및
상기 일차 신호를 상기 전류/전압 변환기에 의해 전압 신호로 변환함으로써 생성되는 이차 신호를 수신하도록 구성된 수신 회로를 포함하는, 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 통신선의 특성 임피던스는 상기 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전원 장치와 상기 통신선 사이에 접속된 저항 소자는 상기 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전원 장치와 상기 통신선 사이에 접속된 인덕턴스 소자는 상기 전류/전압 변환기에 의해 상기 저항 성분으로 이용되는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수신 회로는, 상기 송신 회로에 의해 상기 통신선으로부터 흘러드는 전류가 변화되었을 때 상기 통신선 상에 전압 강하에 기인하여 생기는 전압 변화를 상기 이차 신호로서 수신하는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전원 장치는, 상기 통신선에 인가되는 전압의 크기를 변화시킴으로써 전압 신호인 제1 프로토콜 신호를 상기 통신선 상에 송신하는 신호 송신부를 포함하고;
상기 수신 회로는, 상기 제1 프로토콜 신호의 주파수보다 주파수가 높고 상기 제1 프로토콜 신호에 중첩되는 제2 프로토콜 신호를 이차 신호로서 수신하는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수신 회로는, 상기 이차 신호의 크기를 미리 정해진 임계값과 비교함으로써 이차 신호를 이진화하여 상기 이차 신호의 신호 성분을 추출하는 비교 회로를 포함하고;
상기 송신 회로로부터 일차 신호를 송신할 때, 상기 통신 단말기는 상기 이차 신호의 신호 성분 이외의 성분이 상기 임계값을 넘지 않게 상기 이차 신호의 진폭을 억제하도록, 상기 통신선에서 본 입력 임피던스를 저하시키는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수신 회로는,
상기 이차 신호를 증폭함으로써 제1 기준 전압으로부터의 전압 변화에 대해 변환을 수행하도록 구성된 증폭 회로; 및
상기 증폭 회로의 출력을 제2 기준 전압과 비교함으로써 상기 이차 신호를 이진화하도록 구성된 비교 회로를 포함하고,
상기 제1 기준 전압은 상기 제2 기준 전압에서 벗어나게 설정되는, 통신 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수신 회로는,
상기 이차 신호의 크기를 미리 정해진 임계값과 비교함으로써 상기 이차 신호를 이진화하도록 구성된 비교 회로; 및
상기 이차 신호의 상승 또는 하강을 트리거로서 검출하고, 상기 이차 신호를 상기 트리거의 검출 시점으로부터 미리 정해진 펄스폭을 가지는 구형파로 보정하도록 구성된 보정 회로를 포함하는, 통신 시스템.
제9항에 있어서,
상기 송신 회로는, 상기 이차 신호에서 상기 트리거가 생성되지 않게 하는 값이 연속되지 않게, 상기 송신 데이터를 부호화하도록 구성된 부호화부를 포함하고;
상기 수신 회로는, 상기 이차 신호로부터 얻은 부호화된 데이터를 복호화하여 송신 데이터를 취득하는 복호화부를 포함하는, 통신 시스템.
통신선의 2선 사이에 전압을 인가하도록 구성된 전원 장치, 및 상기 통신선 상의 전류 변화를 저항 성분으로 인한 전압 강하에 의한 상기 통신선 상의 전압 변화로 변환하도록 구성된 전류/전압 변환기를 포함하는 통신 시스템에 사용되는 통신 단말기로서,
상기 통신 단말기는,
상기 통신선에 접속되고 상기 통신선으로부터 흘러드는 전류를 변화시킴으로써 전류 신호인 일차 신호를 상기 통신선에 송신하도록 구성된 송신 회로; 및
상기 전류/전압 변환기에 의해 상기 일차 신호를 전압 신호로 변환함으로써 생성되는 이차 신호를 수신하도록 구성된 수신 회로
를 포함하는 통신 단말기.