KR101560661B1

KR101560661B1 - 옵토-아이솔레이션 회로

Info

Publication number: KR101560661B1
Application number: KR1020137009410A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 에스. 크라비츠
Original assignee: 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2015-11-10
Also published as: BR112013005837A2; KR20130108353A; CN103141038A; JP2013541902A; BR112013005837B1; US20130240764A1; US9068888B2; CA2810817C; AU2010360803B2; MX2013002476A; EP2617142B1; SG188506A1; AR082905A1; DK2617142T3; WO2012036661A1; HK1186013A1; JP5530567B2; AU2010360803A1; RU2549203C2; CN103141038B

Abstract

옵토-아이솔레이션 회로(300)가 제공되며, 상기 옵토-아이솔레이션 회로(300)는, 미가공 출력 신호를 광학적으로 전달하도록 구성되는 옵토커플러(303), 및 옵토커플러 출력에 결합되고 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하도록 구성되는 변환 회로(317), 및 옵토커플러 출력에 결합되는 제어 회로(306)를 포함한다. 제어 회로(306)는, 미가공 출력 신호가 옵토커플러(303)를 통과한 이후, 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호(autonomous control signal)를 발생시키고 ― 자율 제어 신호는 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만 발생됨 ― , 변환 회로(317)를 제어하고, 자율 제어 신호가 제어 회로(306)에 의해 발생된다면 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하며, 자율 제어 신호가 제어 회로(306)에 의해 발생되지 않는다면 출력 포트에 미가공 출력 신호를 출력하도록, 구성된다.

Description

옵토-아이솔레이션 회로 {OPTO-ISOLATION CIRCUIT}

발명은 옵토-아이솔레이션(opto-isolation) 회로들의 분야에 관련되며, 특히, 적어도 2개의 상이한 신호들을 자율적으로(autonomously) 출력할 수 있는 옵토-아이솔레이션 회로들에 관련된다.

코리올리(Coriolis) 질량 유량계(mass flow meter)들은 파이프라인을 통해 흐르는 물질들에 관한 질량류(mass flow) 및 다른 정보를 측정한다. 이들 유량계들은 통상적으로 유량계 전자장치 부분 및 유량계 센서 부분을 포함한다. 유량계 센서들은 직선 또는 곡선 구성의 하나 또는 그 초과의 유동 튜브(flow tube)들을 갖는다. 각각의 유동 튜브 구성은, 단순 굽힘(simple bending), 비틀림(torsional), 레이디얼(radial), 또는 결합(coupled) 타입일 수 있는, 고유 진동 모드(natural vibration mode)들의 세트를 갖는다. 각각의 유동 튜브는 이들 고유 진동 모드들 중 하나의 고유 진동 모드에서 공진에서 오실레이팅하도록(oscillate) 구동된다. 진동하는(vibrating), 물질 충진된 시스템들의 고유 진동 모드들은 부분적으로 유동 튜브들 내의 물질 및 유동 튜브들의 조합된 질량에 의하여 정의된다. 코리올리 유량계 센서를 통해 흐르는 물질이 없다면, 유동 튜브들을 따르는 모든 포인트들은 실질적으로 동일한 위상으로 오실레이팅한다. 물질이 유동 튜브들을 통해 흐름에 따라, 코리올리 가속도(Coriolis acceleration)들은 유동 튜브들을 따르는 포인트들로 하여금 상이한 위상을 갖게 한다. 유량계 센서의 유입구 측 상의 위상은 드라이버에 뒤지는(lag) 반면, 유량계 센서의 배출구 측 상의 위상은 드라이버에 앞선다(lead).

도 1은 코리올리 유량계(5)를 예시한다. 코리올리 유량계(5)는 코리올리 유량계 센서(10) 및 코리올리 유량계 전자장치(20)를 포함한다. 유량계 전자장치(20)는 질량 유량, 밀도, 체적 유량, 총괄된(totalized) 질량류 정보 및 경로(26)에 대한 다른 정보를 제공하기 위하여, 경로(100)를 통해 유량계 센서(10)에 연결된다. 포트(26)는 유량계(5)에 의하여 발생되는 측정치들과 같은 정보를 출력할 수 있다.

유량계 센서(10)는 플랜지들(101 및 101')의 쌍, 매니폴드(102), 및 유동 튜브들(103A 및 103B)을 포함한다. 드라이버(104), 픽-오프 센서들(105 및 105') 및 온도 센서(107)가 유동 튜브들(103A 및 103B)에 연결된다. 브레이스 바(brace bar)들(106 및 106')은 축(W 및 W')을 정의하는 역할을 하며, 각각의 유동 튜브(103A 및 103B)가 축(W 및 W') 주위에서(about) 오실레이팅한다. 듀얼 튜브의, 곡선 계량기(curved meter)가 도시되나, 본 명세서의 논의는 단일 튜브를 갖는 계량기 또는 직선 튜브 또는 튜브들을 갖는 계량기에 동일하게 적용될 것임이 이해되어야 한다.

유량계 센서(10)가 파이프라인 시스템(미도시)에 삽입될 때, 파이프라인의 물질은 플랜지(101)를 통해 유량계 센서(10)에 진입하고, 매니폴드(102)를 통과하고(물질은 유동 튜브들(103A 및 103B)에 진입하도록 지향됨), 유동 튜브들(103A 및 103B)을 통과하여 다시 매니폴드(102)로 흐르며, 매니폴드(102)로부터 물질이 유량계 센서(10)를 빠져나간다.

유동 튜브들(103A 및 103B)은, 각각 휨축(bending axis)들(W-W 및 W'-W') 주위에 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트들 및 탄성 모듈들을 갖도록 선택되고 매니폴드(102)에 적절히 장착된다. 유동 튜브들(103A-103B)은 본질적으로 유사한(parallel) 방식으로 매니폴드(102)로부터 바깥쪽으로 연장된다.

유동 튜브들(103A-103B)은, 유량계(5)의 제 역위상 굽힘 모드(out of phase bending mode)로 명명되는, 그들의 개별적인 휨축들(W 및 W') 주위에 반대 방향으로 드라이버(104)에 의하여 구동된다. 드라이버(104)는 유동 튜브(103A)에 장착되는 자석 및 유동 튜브(103B)에 장착되는 대향(opposing) 코일과 같은, 다수의 잘 알려진 배열(arrangement)들 중 임의의 하나의 배열을 포함할 수 있으며, 이를 통하여 유동 튜브들 모두를 진동시키기 위하여 교류 전류가 전달된다. 적절한 구동 신호가 유량계 전자장치(20)에 의하여 리드(110)를 통해 드라이버(104)에 인가된다.

픽-오프 센서들(105 및 105')은 유동 튜브들의 오실레이션을 측정하기 위하여 유동 튜브의 대향 단부들 상의 유동 튜브들(103A 및 103B) 중 적어도 하나에 부착된다. 유동 튜브들(103A-103B)이 진동함에 따라, 픽-오프 센서들(105-105')은 제1 픽-오프 신호 및 제2 픽-오프 신호를 발생시킨다. 제1 및 제2 픽-오프 신호들이 리드들(111 및 111')에 인가된다.

온도 센서(107)가 유동 튜브들(103A 및 103B) 중 적어도 하나에 부착된다. 온도 센서(107)는 시스템의 온도에 대한 방정식들을 변형하기 위하여 유동 튜브의 온도를 측정한다. 경로(112)는 온도 센서(107)로부터 유량계 전자장치(20)로 온도 신호들을 반송한다(carry).

유량계 전자장치(20)는 각각 리드들(111 및 111') 상에 나타나는 제1 및 제2 픽-오프 신호들을 수신한다. 유량계 전자장치(20)는 유량계 센서(10)를 통과하는 물질의 질량 유량, 밀도 및/또는 다른 특성들을 계산하기 위하여 제1 및 제2 픽-오프 신호들을 프로세싱한다. 이 계산된 정보는 경로(26)에 걸쳐 계량 전자장치(20)에 의해, 예컨대 외부 디바이스 또는 디바이스들에 인가된다.

도 2는 2개의 통신 포맷들 중 하나의 포맷으로 유량계 출력을 발생시키는데 사용될 수 있는 통상적인 종래 기술의 출력 회로를 보여준다. 도면은 2개의 옵토커플러들을 포함하며, 옵토커플러들은 예를 들어, 계량 전자장치(20)와 출력 포트(26) 사이의 전기적 절연을 포함한다. 예를 들어, 이것은 전력(electric power) 소모를 제한하기 위하여 수행될 수 있으며, 여기서 계량 전자장치(20)(및/또는 유량계 어셈블리(10))는 전력을 절연 디바이스의 능력 이상으로 이끌어낼(draw) 수 없다. 이것은 예를 들어, 전기적 단락의 경우에 손상으로부터 보호한다. 이것은 유량계(5)가 폭발성 또는 위험한 환경에서 사용되는 경우에 수행될 수 있다. 절연은 계량 전자장치(20)의 본질 안전(IS: intrinsic safety) 구성의 일부일 수 있으며, 여기서 배리어는 초과 전력이 배리어에 걸쳐 그리고 안전 영역과 위험 영역 사이에서 전달되는 것을 방지할 수 있다.

도면에서, 상부 옵토커플러는 입력으로부터의 신호를 출력으로 전달하는데 사용된다. 신호가 적어도 하나의 다른 통신 포맷으로 변환될 수 있기 때문에, 출력은 변환 회로를 포함할 수 있다. 그 결과, 상부 옵토커플러의 출력은 제어 신호에 따라 선택적으로 변환 회로에 제공될 수 있다.

제어 신호는 계량 전자장치(20)에 의하여 제공된다. 따라서 제어 신호는 계량 전자장치(20)의 메모리에 저장되는 코맨드 또는 데이터의 결과일 수 있으며, 여기서 프로세서 또는 다른 회로소자는 결과적인 제어 신호를 하부 옵토커플러에 전송한다. 대안적으로, 제어 신호는 외부 디바이스로부터 수신되고, 하부 옵토커플러에 중계(relay)될 수 있다.

종래 기술에서, 하부 옵토커플러는 제어 신호를 전달한다. 제어 신호는 변환 회로를 선택함으로써 출력 포맷을 선택하는데 사용된다. 제어 신호가 변환 회로를 선택하지 않으면, 신호는 있는 그대로(as-is)(즉, "미가공(raw)" 신호) 출력된다. 변환 회로가 선택되면, 변환 회로는 출력에서 이용가능한 새로운 포맷으로 신호를 변환한다.

옵토-아이솔레이션은 계량 전자장치(20) 및 하나 또는 그 초과의 외부 디바이스들이 통신하는 IS 애플리케이션들에 대해 사용될 수 있다. 옵토-아이솔레이션은 계량 전자장치(20)가 안전 영역과 위험 영역 사이에서 배리어를 걸쳐 통신해야 하는 IS 애플리케이션들에 대하여 사용될 수 있다. 불행히도, 적절한 옵토커플러들은 비싸고 크다. 더욱이, 각각의 옵토커플러는 전력을 소모한다.

도 1의 계량 전자장치(20)에 대해, 도 2에 도시된 바와 같이 원하는 미가공 신호 및 제어 신호 양자 모두를 발생시키는데 2개의 10 밀리미터 옵토커플러들이 이용될 수 있다. 이것은 컴포넌트 비용들 및 보드 부지(board real estate) 양자 모두의 측면에서 많은 비용이 드는데, 이는 그러한 옵토커플러들이 크고 비싼 컴포넌트들이기 때문이다.

따라서 개별적 제어 신호를 필요로 하지 않는 향상된 옵토-아이솔레이션 회로가 필요하다.

발명의 일 양상에서, 옵토-아이솔레이션 회로는:

미가공 출력 신호를 광학적으로 전달하도록 구성되는 옵토커플러;

옵토커플러 출력에 결합되고, 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하도록 구성되는, 변환 회로; 및

옵토커플러 출력에 결합되는 제어 회로를 포함하며, 상기 제어 회로는,

미가공 출력 신호가 옵토커플러를 통과한 이후, 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호(autonomous control signal)를 발생시키고 ― 자율 제어 신호는 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만 발생됨 ― , 그리고

변환 회로를 제어하고, 자율 제어 신호가 제어 회로에 의해 발생된다면 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하며, 자율 제어 신호가 제어 회로에 의해 발생되지 않는다면 출력 포트에 미가공 출력 신호를 출력하도록 구성된다.

바람직하게, 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 에너지 임계치를 포함한다.

바람직하게, 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 주파수 임계치를 포함한다.

바람직하게, 미리 결정된 변환 임계치는 약 2 kHz 또는 그 초과의 미리 결정된 주파수 임계치를 포함한다.

바람직하게, 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하고, 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반한다.

바람직하게, 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하고, 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반하며, 미가공 출력 신호는 픽오프 센서에 의하여 발생된다.

바람직하게, 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하며, 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함한다.

바람직하게, 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하는 센서 시간 기간(STP) 모드 신호를 포함하며, 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는 밀리암페어 출력(MAO) 모드 신호를 포함한다.

바람직하게, 옵토-아이솔레이션 회로는, 옵토커플러 출력에 결합되고 출력 포트와 변환 회로 사이에서 스위칭하는 스위치를 더 포함하며, 변환 회로는 스위치 및 출력 포트에 결합되고, 스위치는 제어 회로에 의하여 제어된다.

바람직하게, 제어 회로는: 제1 노드(N1)에 결합되는 U1 입력 및 제2 노드(N2)에 결합되는 U1 출력을 포함하고, U1 입력 전압이 미리 결정된 U1 임계치를 초과할 때 미리 결정된 양의(positive) 출력 전압을 발생시키는, 제1 앰프(U1); 제1 노드(N1)에 결합되고, 미가공 출력 신호를 제1 노드(N1)에 전달하는, 제1 캐패시터(C1); 제1 노드(N1)와 접지 사이에 결합되는 제1 저항기(R1) ― 제1 캐패시터(C1) 및 제1 저항기(R1)는 제1 앰프(U1)에 의하여 발생되는 구형파의 펄스 폭을 결정함 ― ; 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되고, 제1 앰프(U1)에 의하여 순방향 바이어싱되는, 다이오드(D1); 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 결합되는 제2 저항기(R2); 제4 노드(N4)에 결합되는 U2 입력 및 U2 입력 전압이 미리 결정된 U2 임계치를 초과하는 경우 자율 제어 신호를 제공하는 U2 출력을 포함하는, 제2 앰프(U2); 제4 노드(N4)와 접지 사이에 연결되는 제2 캐패시터(C2); 및 제4 노드(N4)와 접지 사이에 결합되는 제3 저항기(R3)를 포함하며, 여기서, 제1 저항기(R1), 제1 캐패시터(C1), 제2 저항기(R2), 제2 캐패시터(C2) 및 제3 저항기(R3)는, 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과할 때, 제2 앰프(U2)가 자율 제어 신호를 생성하는 것을 트리거하도록 선택된다.

발명의 일 양상에서, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법은:

옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 단계;

미가공 출력 신호가 옵토커플러를 통과한 이후, 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호를 발생시키는 단계 ― 자율 제어 신호는 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만 발생됨 ― ; 및

자율 제어 신호가 발생된다면 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하고, 자율 제어 신호가 발생되지 않는다면 미가공 출력 신호를 출력 포트에 출력하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하고, 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함한다.

바람직하게, 방법은 출력 포트와 변환 회로 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하며, 변환 회로는 스위치 및 출력 포트에 결합되고, 변환 회로는 미리 결정된 변환된 신호를 발생시킨다.

모든 도면들 상에서 동일한 참조 번호는 동일한 엘리먼트를 나타낸다.

도 1은 코리올리 유량계를 보여준다.
도 2는 2개의 통신 포맷들 중 하나의 통신 포맷으로 유량계 출력을 발생시키는데 사용될 수 있는 통상적인 종래 기술의 출력 회로를 보여준다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 옵토-아이솔레이션 회로를 보여준다.
도 4는 옵토-아이솔레이션 회로를 보여주며, 일 실시예에서, 변환 회로는 저역 통과 필터(LPF) 및 전류원을 포함한다.
도 5는 발명의 일 실시예에 따른 제어 회로를 보여준다.

도 1-5 및 하기의 설명은 발명의 최상의 모드를 만들고 사용하는 방법을 본 기술 분야의 당업자들에게 알려주기 위하여 특정 예들을 도시한다. 발명의 원리들을 알려주기 위한 목적으로, 몇몇 종래의 양상들은 간략화되거나 생략되었다. 본 기술분야의 당업자들은 발명의 범위 내에 포함되는 이들 예들로부터의 변형들을 인식할 것이다. 본 기술분야의 당업자들은 하기에 설명된 피쳐들이 발명의 다수의 변형들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 발명은 하기에 설명된 특정 예들이 아니라, 단지 청구항들 및 그들의 동등물들로만 제한된다

도 3은 발명의 일 실시예에 따른 옵토-아이솔레이션 회로(300)를 보여준다. 옵토-아이솔레이션 회로(300)는 미가공 출력 신호를 수신하고 전달한다. 미가공 출력 신호는 몇몇 실시예들에서 코리올리 유량계(5)의 측정치 출력을 포함할 수 있다. 옵토-아이솔레이션 회로(300)는, 입력 포트 및 출력 포트를 포함하는 단일 옵토커플러(303), 옵토커플러 출력에 결합되는 제어 회로(306), 옵토커플러 출력에 그리고 제어 회로(306)에 결합되는 스위치(311), 및 스위치(311)에 결합되는 변환 회로(317)를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하고, 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하는 센서 시간 기간(STP) 모드 신호를 포함하고, 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는 밀리암페어 출력(MAO) 모드 신호를 포함한다. 그러나 다른 통신 포맷들 또는 다른 통신 배열들이 고려되고, 이들은 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다는 것이 이해되어야 한다.

미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함할 수 있다. 그러나 계량 전자장치(20)는 계량 전자장치(20)의 구성/동작에 따라 상이한 미가공 출력 신호를 발생시킬 수 있다. 계량 전자장치(20)가 STP 모드에서 가동할 때, 미가공 출력 신호는 통상적으로 50 퍼센트 듀티 사이클을 갖는 50-700 Hz 범위의 구형파 신호를 포함할 것이다. 계량 전자장치(20)가 MAO 모드에서 가동할 때, 실제 출력 신호(즉, 변환된 신호)는 l-24mA 범위를 갖는 전류-변조된 신호인 반면, 미가공 출력 신호는 통상적으로 4 퍼센트에서 96 퍼센트까지 변화할 수 있는 듀티 사이클을 갖는, 통상적으로 10 kHz 캐리어, 펄스 폭 변조된(PWM) 구형파이다. 결과적으로, 옵토-아이솔레이션 회로(300)는 미가공 출력 신호에 기반하여 원하는 출력을 자율적으로 발생시키도록 구성될 수 있다.

옵토-아이솔레이션 회로(300)는 자율적이며, 외부 제어 신호를 필요로 하지 않고 미가공 출력 신호를 전달한다. 옵토-아이솔레이션 회로(300)는 자율적이며, 미가공 출력 신호와 동시에, 예컨대 종래 기술에서 수행된 것과 같이, 제2 옵토커플러를 통해, 제어 신호를 전달할 필요 없이 미가공 출력 신호를 전달한다. 옵토-아이솔레이션 회로(300)는 미가공 출력 신호를 수신하며, 미가공 출력 신호의 변환을 제어하기 위하여 미가공 출력 신호를 사용하여 미가공 출력 신호를 자율적으로 변환한다. 옵토-아이솔레이션 회로(300)는 출력 포트에서 적어도 2개의 상이한 신호들을 자율적으로 출력한다.

옵토커플러(303)는 입력 포트에서 미가공 출력 신호를 수신하고, 미가공 출력 신호를 옵토커플러 출력에 전달한다. 전달은 광학적으로 달성되며, 여기서 옵토커플러는 입력 포트에 연결되는 회로소자와 출력 포트에 연결되는 회로소자 사이에 전기적 절연을 제공한다. 전기적 절연은 과잉의 전류(electric current) 소모를 방지한다. 전기적 절연은 회로소자에 대한 손상을 방지한다. 전기적 절연은 폭발성 또는 위험 환경에서 점화를 제공할 수 있는 레벨에서의 전력 전달을 방지한다.

옵토커플러(303)는 본질 안전(IS) 디바이스의 컴포넌트를 포함할 수 있다. IS 방식은 전력의 소모를 제한하기 위한 회로소자를 포함할 수 있다. IS 방식은 안전 영역과 위험 영역을 분리하는 물리적 배리어 또는 배리어들을 포함할 수 있다. 옵토커플러(303)는, 배리어를 통해 데이터를 전달하도록 구성되지만, 몇몇 실시예들에서, 배리어를 통해 전류를 통과시키지 않는, 디바이스를 포함할 수 있다.

미가공 출력 신호는 옵토커플러 출력에서 이용가능하다. 그러나 상이한 통신 포맷이 요구될 수 있다. 이 때문에, 변환 회로(317)는 스위치(311)를 통해 옵토커플러 출력에 결합된다. 스위치(311)의 사용에 의해, 통신 포맷은 변환 회로(317)에 의하여 출력되는 미리 결정된 변환된 신호로 선택적으로 변화될 수 있다.

미가공 출력 신호가 옵토커플러(303)를 통과한 이후, 제어 회로(306)는 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호를 발생시키도록 구성된다. 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만, 자율 제어 신호가 발생된다. 제어 회로(306)는, 변환 회로(317)를 제어하고, 자율 제어 신호가 제어 회로(306)에 의하여 발생되는 경우에 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하며, 자율 제어 신호가 제어 회로(306)에 의하여 발생되지 않는 경우에 미가공 출력 신호를 출력하도록, 구성된다.

제어 회로(306)는 스위치(311)를 작동시킴으로써 변환 회로(317)를 제어한다. 몇몇 실시예들에서, 제어 회로(306)는 자율 제어 신호를 발생시키거나 또는 발생시키지 않음으로써 스위치(311)의 동작을 제어한다. 따라서 제어 회로(306)는 미가공 출력 신호 또는 미리 결정된 변환된 신호 중 어느 하나의 출력을 야기한다. 자율 제어 신호는 스위치(311)에 제공되고, 스위치(311)를 작동시킨다.

몇몇 실시예들에서, 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 에너지 임계치를 포함한다. 대안적으로, 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 주파수 임계치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 변환 임계치는 약 2 kHz 또는 그 초과의 미리 결정된 주파수 임계치를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 자율 제어 신호는 미가공 출력 신호의 주파수의 함수로서 발생된다. 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 누적되는 미리 결정된 전압 레벨을 포함할 수 있으며, 미리 결정된 시간 기간은 미리 결정된 주파수에 대응한다. 미가공 출력 신호가 미리 결정된 최소 주파수 값 미만인 경우, 제어 회로(306)는 자율 제어 신호를 발생시킨다. 그렇지 않다면, 제어 회로(306)는 자율 제어 신호를 발생시키지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 미가공 출력 신호가 통상적으로 STP 신호에 대하여 2 kHz 미만일 것이고, 통상적으로 MAO 신호에 대하여 10 kHz 또는 그 초과일 것임에 따라, 미리 결정된 주파수 임계치는 약 2 킬로헤르츠(kHz) 내지 약 10 kHz 범위의 주파수를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 자율 제어 신호는 미가공 출력 신호의 전기 에너지의 함수로서 발생된다. 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 누적된 에너지 콘텐츠를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 누적 또는 집적 회로에서 결정된 바와 같이, 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치 미만인 경우, 제어 회로(306)는 자율 제어 신호를 발생시킨다. 그렇지 않으면, 제어 회로(306)는 자율 제어 신호를 발생시키지 않는다.

미가공 출력 신호의 주파수는 정량화하기 어려울 것임이 이해되어야 한다. 가변 듀티 사이클 구형파 펄스 트레인의 주파수가 정확성 및 신뢰성을 확인하기가 어려움에 따라, 종래 기술은 통상적으로 이러한 이유로 외부 코맨드를 수신한다. 주파수는 그것이 빈번하게 및/또는 신속하게 변화할 때 훨씬 더 결정하기가 어렵다. 이들 이유들로, 그리고 듀티 사이클이 변화중일 수 있기 때문에, 신호의 피크들을 검출하는 것은 허용가능한 주파수 결정을 산출해내지 않을 수 있다. 결과적으로, 종래 기술은 IS 배리어를 광학적으로 통과해야 하는 개별적으로 발생된 제어 신호에 의존하였다.

몇몇 실시예들에서, 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하며, 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반한다. 예를 들어, 미가공 출력 신호는 코리올리 유량계(5) 또는 진동 덴시토미터(densitometer)(5)의 픽오프 센서(105 또는 105')에 의하여 발생될 수 있다.

도 4는 옵토-아이솔레이션 회로(300)를 보여주며, 일 실시예에서, 변환 회로(317)는 저역 통과 필터(LPF)(323) 및 전류원(327)을 포함한다. LPF(323)는 미리 결정된 변환 임계치 미만의 주파수의 신호들을 통과시키도록 구성된다. LPF 컷오프(cutoff) 주파수는, 실질적으로 미리 결정된 변환 임계치에 매칭되어야 하는 것이 아니며, 잡음이 신호에 함유되는 것을 방지하기 위하여 포함된다는 것이 이해되어야 한다. 전류원(327)은 펄스-폭 변조(PWM) 구형파를 미가공 출력 신호의 밀리암페어 전류 버전으로 변환하도록 구성된다. 변환된 밀리암페어 전류 신호는 전류-변조된 신호를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 변환된 밀리암페어 전류 신호는 실질적으로 특성 면에서(in nature) 아날로그일 수 있다. 예를 들어, LPF(323) 및 전류원(327)은 표준 4-20 밀리암페어 출력 통신 포맷을 생성할 수 있으며, 여기서 미가공 출력 신호의 듀티 사이클은 4 밀리암페어와 20 밀리암페어 사이의 밀리암페어 레벨 전류로 전환(translate)된다. 그러나 다른 전류-변조된 신호들이 고려되며, 이들은 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.

도 5는 발명의 일 실시예에 따른 제어 회로(306)를 보여준다. 이 실시예의 제어 회로(306)는, 제1 노드(N1)에 결합되는 U1 입력 및 제2 노드(N2)에 결합되는 U1 출력을 포함하는 제1 앰프(U1)를 포함한다. U1 입력 전압이 미리 결정된 U1 임계치를 초과할 때, 제1 앰프(U1)는 미리 결정된 양의 출력 전압을 발생시킨다. 제1 캐패시터(C1)는 제1 노드(N1)에 커플링되며, 미가공 출력 신호를 제1 노드(N1)에 전달한다. 제1 저항기(R1)는 제1 노드(N1)와 접지 사이에 커플링된다. 제1 캐패시터(C1) 및 제1 저항기(R1)는 제1 앰프(U1)에 의하여 발생되는 구형파의 펄스 폭을 결정한다. 다이오드(D1)는 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되며, 제1 앰프(U1)에 의하여 순방향 바이어싱된다. 다이오드(D1)는 제1 앰프(U1)가 제3 노드(N3)에서 역 바이어스 전압을 생성하는 것을 방지한다. 제2 저항기(R2)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 커플링된다. 제2 앰프(U2)는 제4 노드(N4)에 커플링되는 U2 입력 및 자율 제어 신호를 제공하는 U2 출력을 포함한다. 제2 캐패시터(C2)는 제4 노드(N4)와 접지 사이에 연결된다. 제3 저항기(R3)는 제4 노드(N4)와 접지 사이에 결합된다.

동작 시, 제1 캐패시터(C1)와 제1 저항기(R1)의 조합은 제1 앰프(U1)가 턴 온될 펄스 폭을 설정한다. 제2 캐패시터(C2), 제2 저항기(R2) 및 제3 저항기(R3)의 조합은 제2 앰프(U2)가 턴 온될 전압 레벨을 설정한다. 그 결과, 제1 앰프(U1)의 입력에 존재하는 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과할 때, 제2 앰프(U2)는 자율 제어 신호를 발생시킬 것이다.

몇몇 실시예들에서, 제1 저항기(R1), 제1 캐패시터(C1), 제2 저항기(R2), 제2 캐패시터(C2) 및 제3 저항기(R3)는, 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과할 때 제2 앰프(U2)가 자율 제어 신호를 생성하는 것을 트리거하도록, 선택된다. 몇몇 실시예들에서, 제1 저항기(R1), 제1 캐패시터(C1), 제2 저항기(R2), 제2 캐패시터(C2) 및 제3 저항기(R3)는, 제1 앰프(U1)로부터의 펄스에 의해 전달되는 전하가, 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 미가공 출력 신호 주파수에서 제2 앰프(U2)가 자율 제어 신호를 생성하는 것을 트리거하는 C2 전하 전압을 생성하도록, 선택된다.

제2 앰프(U2)는 히스테레시스(hysteresis)를 포함할 수 있으며, 여기서 제2 앰프(U2)의 턴-온 임계치 및 턴-오프 임계치는 상이하다. 그 결과, 제2 앰프(U2)가 온 상태와 오프 상태 사이에서 오실레이팅할 수 있고 불안정한 자율 제어 신호를 생성할 수 있는 상황이 방지된다.

상기 실시예들에 대한 상세한 설명들은 발명자들에 의해 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되는 모든 실시예들에 대한 완전한 설명들이 아니다. 실제로, 본 기술분야의 당업자는 상기 설명된 실시예들의 특정 엘리먼트들이 추가적 실시예들을 생성하기 위하여 다양하게 조합되거나 제거될 수 있음을, 그리고 그러한 추가적 실시예들이 발명의 교시 및 범위 내에 포함됨을 인식할 것이다. 상기 설명된 실시예들이 발명의 교시들 및 범위 내에서 부가적인 실시예들을 생성하기 위하여 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 것이 또한 본 기술분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 발명의 범위는 하기의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims

옵토-아이솔레이션(opto-isolation) 회로(300)로서,
미가공(raw) 출력 신호를 광학적으로 전달하도록 구성되는 옵토커플러(optocoupler)(303);
옵토커플러 출력에 결합되고, 상기 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하도록 구성되는, 변환 회로(317); 및
상기 옵토커플러 출력에 결합되는 제어 회로(306) ― 상기 제어 회로(306)는,
상기 미가공 출력 신호가 상기 옵토커플러(303)를 통과한 이후, 상기 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호(autonomous control signal)를 발생시키고, 그리고
상기 변환 회로(317)를 제어하고, 상기 자율 제어 신호가 상기 제어 회로(306)에 의해 발생된다면 상기 미가공 출력 신호를 상기 미리 결정된 변환된 신호로 변환하며, 상기 자율 제어 신호가 상기 제어 회로(306)에 의해 발생되지 않는다면 출력 포트에 상기 미가공 출력 신호를 출력하도록
구성되며, 상기 자율 제어 신호는 상기 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만 발생됨 ―
를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 에너지 임계치를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 주파수 임계치를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 약 2 kHz 또는 그 초과의 미리 결정된 주파수 임계치를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 구형파(square wave)를 포함하고, 상기 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하고, 상기 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반하며, 상기 미가공 출력 신호는 픽오프 센서(pickoff sensor)에 의하여 발생되는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하고, 상기 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하는 센서 시간 기간(STP: sensor time period) 모드 신호를 포함하고, 상기 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는 밀리암페어 출력(MAO: milliamp output) 모드 신호를 포함하는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서,
상기 옵토커플러 출력에 결합되고 상기 출력 포트와 상기 변환 회로(317) 사이에서 스위칭하는, 스위치(311)를 더 포함하며, 상기 변환 회로(317)는 상기 스위치(311) 및 상기 출력 포트에 결합되고, 상기 스위치(311)는 상기 제어 회로(306)에 의하여 제어되는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
제1항에 있어서, 상기 제어 회로(306)는:
제1 노드(N1)에 결합되는 U1 입력 및 제2 노드(N2)에 결합되는 U1 출력을 포함하고, U1 입력 전압이 미리 결정된 U1 임계치를 초과할 때 미리 결정된 양의(positive) 출력 전압을 발생시키는, 제1 앰프(U1);
상기 제1 노드(N1)에 결합되고, 상기 미가공 출력 신호를 상기 제1 노드(N1)에 전달하는, 제1 캐패시터(C1);
상기 제1 노드(N1)와 접지 사이에 결합되는 제1 저항기(R1) ― 상기 제1 캐패시터(C1) 및 상기 제1 저항기(R1)는 상기 제1 앰프(U1)에 의하여 발생되는 구형파의 펄스 폭을 결정함 ― ;
상기 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되고, 상기 제1 앰프(U1)에 의하여 순방향 바이어싱되는, 다이오드(D1);
상기 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 결합되는 제2 저항기(R2);
상기 제4 노드(N4)에 결합되는 U2 입력 및 U2 입력 전압이 미리 결정된 U2 임계치를 초과하는 경우 상기 자율 제어 신호를 제공하는 U2 출력을 포함하는, 제2 앰프(U2);
상기 제4 노드(N4)와 상기 접지 사이에 연결되는 제2 캐패시터(C2); 및
상기 제4 노드(N4)와 상기 접지 사이에 결합되는 제3 저항기(R3)
를 포함하며,
상기 제1 저항기(R1), 상기 제1 캐패시터(C1), 상기 제2 저항기(R2), 상기 제2 캐패시터(C2) 및 상기 제3 저항기(R3)는, 상기 미가공 출력 신호가 상기 미리 결정된 변환 임계치를 초과할 때 상기 제2 앰프(U2)가 상기 자율 제어 신호를 생성하는 것을 트리거하도록 선택되는, 옵토-아이솔레이션 회로(300).
옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법으로서,
상기 옵토커플러를 통해 상기 미가공 출력 신호를 전달하는 단계;
상기 미가공 출력 신호가 상기 옵토커플러를 통과한 이후, 상기 미가공 출력 신호로부터 자율 제어 신호를 발생시키는 단계 ― 상기 자율 제어 신호는 상기 미가공 출력 신호가 미리 결정된 변환 임계치를 초과하는 경우에만 발생됨 ― ; 및
상기 자율 제어 신호가 발생된다면 상기 미가공 출력 신호를 미리 결정된 변환된 신호로 변환하고, 상기 자율 제어 신호가 발생되지 않는다면 상기 미가공 출력 신호를 출력 포트에 출력하는 단계
를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제11항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 에너지 임계치를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제11항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 미리 결정된 주파수 임계치를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제11항에 있어서,
상기 미리 결정된 변환 임계치는 약 2 kHz 또는 그 초과의 미리 결정된 주파수 임계치를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하고, 상기 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 구형파를 포함하고, 상기 미가공 출력 신호의 주파수는 정보를 운반하며, 상기 미가공 출력 신호는 픽오프 센서에 의하여 발생되는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하고, 상기 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 미가공 출력 신호는 주파수-변조된 구형파 신호를 포함하는 센서 시간 기간(STP) 모드 신호를 포함하며, 상기 미리 결정된 변환된 신호는 전류-변조된 신호를 포함하는 밀리암페어 출력(MAO) 모드 신호를 포함하는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 방법은 출력 포트와 변환 회로 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하며, 상기 변환 회로는 스위치 및 상기 출력 포트에 결합되고, 상기 변환 회로는 상기 미리 결정된 변환된 신호를 발생시키는, 옵토커플러를 통해 미가공 출력 신호를 전달하는 방법.