KR101696887B1 - 무선 통신 장치를 위한 유에스비 연결장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신장치들간의 유에스비(USB) 통신을 위해 무선 통신 장치에 연결되는 유에스비 연결장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 유에스비 통신 규격에 따라 타 통신장치와 데이터를 송수신하기 위한 회로를 포함하는 PCB(Printed circuit board)와, 상기 타 통신장치의 유에스비 단자와 연결되는 연결부와, 상기 PCB의 출력단과 상기 연결부 사이에 연결되어 데이터 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 저감회로를 포함하며, 상기 노이즈 저감 회로는, (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호 사이에서 발생하는 하모닉 성분을 제거하고 차동모드로 동작하는 상기 (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호를 통과시키는 공통모드 필터를 포함한다.

Description

무선 통신 장치를 위한 유에스비 연결장치{USB CONNECTOR FOR WIRELESS COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 무선 통신 장치를 위한 유에스비 연결장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 장치와 전자기기간의 유에스비 통신시 노이즈를 차단하여 무선 통신 장치의 수신감도를 향상시키기 위한 유에스비 연결장치에 관한 것이다.
최근 무선 통신 장치에서는 컴퓨터와 고속의 데이터를 송수신하기 위해 USB(Universal Serial Bus) 방식의 단자를 사용한다. USB는 다양한 기존의 직렬, 병렬 방식의 연결을 대체하기 위해 고안된 것으로, 키보드, 마우스, 스캐너, 디지털 카메라, 프린터, 저장장치와 같은 다양한 장치를 연결하는데 사용된다.
USB는 하나의 선을 통해 호스트에서 모든 장치를 일괄적으로 관리하며 데이터의 전송은 호스트와 장치간만 가능하며, 각 장치간은 데이터 교환을 할 수 없으며, 직렬방식이기 때문에 한 선에 하나의 데이터 신호만 송수신이 가능하므로 여러 장치에서 동시에 데이터를 받을 수가 없다. 이런 장애를 극복하기 위해 USB는 데이터를 패킷 단위로 전송을 한다. 호스트는 패킷 전송에 관한 명령을 SOF(Start Of Frame)이라는 신호를 1ms마다 보낸다. 즉 1ms를 하나의 프레임으로 인식해서 장치와 차례대로 패킷 송수신을 명령한다.
USB 전송방식은 고속의 클럭을 사용하기 때문에 클럭의 하모닉 주파수가 무선통신 주파수에 간섭 성분으로 작용하며, 이에 따라 수심감도가 열화된다. 뿐만 아니라 컴퓨터 내부의 노이즈가 USB 신호라인 및 전원 라인으로 커플링되어 USB의 수신감도를 열화시킨다.
따라서 종래에는 USB 전송시의 노이즈를 차단하기 위해 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치의 PCB(Printed Circuit Board)에 데이터 라인에서 발생하는 잡음성분을 제거하기 위한 LC 저역 필터를 추가하거나 기국적인 쉴딩(shielding)을 통해 수신감도를 개선하였다.
도 1은 LC 저역 필터를 구비한 USB 통신 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
그러나 무선 통신 장치의 PCB에 필터를 추가하거나 기기적인 쉴딩을 적용하는 경우 케이블에서 노이즈가 방사되기 때문에 USB 동글(dongle) 등 USB 연결장치가 회전하는 형태의 무선 통신 장치에서는 컴퓨터로부터 발생하는 노이즈와 USB의 노이즈를 효과적으로 제거할 수 없다.
본 발명이 해결하려는 과제는 USB 전송방식을 사용하는 무선 통신 장치의 노이즈를 효과적으로 줄일 수 있는 USB 연결장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하려는 과제는 USB 전송방식에서 노이즈를 제거하기 위한 회로를 포함하는 USB 연결장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하려는 과제는 무선 통신 장치에 사용되는 회전하는 타입의 USB 연결장치에서 노이즈를 효과적으로 줄일 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 통신장치들간의 유에스비(USB) 통신을 위해 무선 통신 장치에 연결되는 유에스비 연결장치에 있어서, 유에스비 통신 규격에 따라 타 통신장치와 데이터를 송수신하기 위한 회로를 포함하는 PCB(Printed circuit board)와, 상기 타 통신장치의 유에스비 단자와 연결되는 연결부와, 상기 PCB의 출력단과 상기 연결부 사이에 연결되어 데이터 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 저감회로를 포함하며, 상기 노이즈 저감 회로는, (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호 사이에서 발생하는 하모닉 성분을 제거하고 차동모드로 동작하는 상기 (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호를 통과시키는 공통모드 필터를 포함한다.
상기 노이즈 저감회로는, 상기 (+) 데이터 신호가 출력되는 (+) 데이터 라인과 접지 라인 사이, 상기 (-) 데이터 신호가 출력되는 (-) 데이터 라인과 상기 접지 라인 사이에 각각 연결되어 상기 (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호에 포함된 고주파 노이즈를 차단하는 바이패스 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 노이즈 저감회로는, 전원을 공급하는 전원 라인과 접지 라인 사이에 연결되어 상기 전원 라인과 상기 접지 라인으로 커플링되는 고주파 노이즈를 차단하는 디커플링 커패시터를 더 포함할 수 있다.
이하에서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 노이즈를 제거하기 위한 회로를 USB 연결장치 내부에 구비함으로써 USB 전송방식에서 발생하는 노이즈를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 노이즈를 제거하기 위한 회로를 USB 연결장치 내부에 구비함으로써 회전하는 USB 연결장치를 구비한 타입의 무선 통신 장치에서 노이즈를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명은 노이즈를 제거하기 위한 회로를 USB 연결장치 내부에 구비함으로써 기기적인 쉴딩 없이도 효과적으로 노이즈를 줄일 수 있으며, 따라서 단가적인 측면에서도 이득을 얻을 수 있다.
도 1은 LC 저역 필터를 구비한 USB 통신 장치의 일 실시예를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 필드 분포를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 노이즈 방사량을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 컴플라이언스 테스트 결과를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 수신감도 개선 효과를 도시한 도면
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 USB 단자에서 발생하는 노이즈를 줄이기 위해 USB 연결장치 내부에 노이즈 저감을 위한 회로를 추가한다.
일반적인 USB 연결장치에 사용되는 PCB는 USB 통신 규격에 따라 타 통신수단과 정보를 인터페이싱하기 위한 회로들을 포함하며, PCB의 출력단은 신호 라인인 USB D+/D- 차동라인과 전원라인(Power) 및 접지라인(Ground)으로 구성된다. USB 연결장치의 PCB는 외부의 기구물에 의해 지지되며, USB 단자를 사용하는 전자기기에 삽입 및 고정된다. 따라서 본 발명에서는 USB 연결장치의 PCB와 외부 기기가 연결되는 부분에 노이즈 저감 회로를 추가한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 저감 회로를 구비한 USB 연결장치를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치(200)는 컴퓨터 등의 호스트(100)와 연결되며, 노이즈 저감회로(210)와 PCB(220)를 포함하여 구성된다.
노이즈 저감회로(210)는 공통모드 필터(212)와 바이패스 커패시터(214) 및 디커플링 커패시터(216)를 포함한다.
공통모드 필터(Common Mode Filter, 212)는 데이터 라인인 USB D+/D- 라인에 장착되며, USB 데이터 전송시 USB D+ 라인과 USB D- 라인 사이에서 발생하는 공통모드 신호인 하모닉 주파수 신호를 차단함과 동시에 USB D+ 라인과 USB D- 라인에서 크기는 동일하나 위상이 반대인 차동모드로 동작하는 데이터 신호는 손실 없이 전송시킨다. 공통모드 필터(212)는 100MHz 이상의 노이즈를 차단할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 공통모드 필터(212)의 임피던스는 70 내지 120 옴 사이의 값이 적당하다.
바이패스 커패시터(214)는 USB D+/D- 라인과 접지(Ground) 라인 사이에 각각 장착된다. 본 발명에서는 고주파 노이즈를 저감하기 위해 고주파에서 공진하여 그 주파수의 노이즈 성분을 접지단으로 흘려서 제거한다. 바이패스 커패시터(214)는 USB 전송 신호의 왜곡을 최소화하기 위해 10pF 이하의 값이 적당하다.
디커플링 커패시터(216)는 전원(Power) 라인과 접지라인 사이에 연결되어 전원 라인과 접지 라인으로 커플링되는 고주파 노이즈를 저감하는 역할을 한다. 디커플링 커패시터(216)는 USB 연결장치(200)가 연결되는 무선 통신 장치의 동작 주파수에 따라 10 pF 내지 300 pF의 값을 사용한다.
이러한 구성을 가지는 노이즈 저감 회로는 회로의 변경 없이 시정수값을최적화함으로써 USB 전송속도에 관계 없이 USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 등 모든 무선 통신 시스템에서 성능 개선 효과를 얻을 수 있다.
도 3과 도 4는 종래의 USB 연결장치와 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 저감 회로를 구비한 USB 연결장치의 근접 필드 및 방사량을 시뮬레이션 한 결과를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 노이즈 저감 회로를 구비한 USB 연결장치의 경우 종래의 USB 연결장치에 비해 근접 필드 레벨이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 4를 참조하면 종래 대비 모든 주파수 영역에서 약 8 내지 10 dB의 노이즈 저감효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 컴플라이언스 테스트 결과를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치에서의 수신감도 개선 효과를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치를 이용하여 데이터 통신을 할 때 USB 데이터 신호는 차동 모드로 동작하기 때문에 신호 품질에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 구비한 무선 통신 장치는 USB 연결장치를 회전시키는 구조나 일체형 구조에서 동일하게 노이즈를 차단함으로써 수신 감도를 개선할 수 있다. 도 6은 GSM 통신방식을 사용하는 USB 동글에 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 저감 회로를 적용한 후 수신 감도를 측정한 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 USB 연결장치 대비 본 발명의 실시예에 따른 USB 연결장치를 사용한 경우 평균 10dB, 최대 20 dB 정도 수신감도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

  1. 유에스비(universal serial bus: USB) 연결 장치에 있어서,
    유에스비 통신을 이용하여 타 통신장치와 데이터를 송수신하기 위한 회로를 포함하는 PCB(Printed circuit board);
    상기 타 통신장치의 유에스비 단자와 연결되는 연결부;
    상기 PCB의 출력단과 상기 연결부 사이에 연결되며, (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호를 포함하는 데이터 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 저감회로를 포함하며,
    상기 노이즈 저감회로는,
    상기 (+) 데이터 신호와 상기 (-) 데이터 신호 사이에서 발생하는 하모닉 성분을 제거하고, 크기는 동일하고 위상이 반대인 차동모드로 동작하는 상기 (+) 데이터 신호와 상기 (-) 데이터 신호를 통과시키는 공통모드 필터;
    상기 (+) 데이터 신호가 출력되는 (+) 데이터 라인과 접지 라인 사이에 연결된 제1 바이패스 커패시터;
    상기 (-) 데이터 신호가 출력되는 (-) 데이터 라인과 상기 접지 라인 사이에 연결된 제2 바이패스 커패시터를 포함하며,
    상기 제1 바이패스 커패시터와 상기 제2 바이패스 커패시터는 각각 상기 (+) 데이터 신호와 상기 (-) 데이터 신호에 포함된 고주파 노이즈를 차단하며,
    상기 제1 바이패스 커패시터와 상기 제2 바이패스 커패시터 각각의 커패시턴스는 10 피코 패럿(pico Farad: pF) 이하임을 특징으로 하는 유에스비 연결 장치.
  2. 삭제
  3. 유에스비(universal serial bus: USB) 연결 장치에 있어서,
    유에스비 통신을 이용하여 타 통신장치와 데이터를 송수신하기 위한 회로를 포함하는 PCB(Printed circuit board);
    상기 타 통신장치의 유에스비 단자와 연결되는 연결부;
    상기 PCB의 출력단과 상기 연결부 사이에 연결되며, (+) 데이터 신호와 (-) 데이터 신호를 포함하는 데이터 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 저감회로를 포함하며,상기 노이즈 저감회로는,
    상기 (+) 데이터 신호와 상기 (-) 데이터 신호 사이에서 발생하는 하모닉 성분을 제거하고, 크기는 동일하고 위상이 반대인 차동모드로 동작하는 상기 (+) 데이터 신호와 상기 (-) 데이터 신호를 통과시키는 공통모드 필터; 및
    전원을 공급하는 전원 라인과 접지 라인 사이에 연결되어 상기 전원 라인과 상기 접지 라인으로 커플링되는 고주파 노이즈를 차단하는 디커플링 커패시터를 더 포함하며,
    상기 디커플링 커패시터의 커패시턴스는 10피코 패럿(pico Farad: pF) 이상이고 300pF 이하임을 특징으로 하는 유에스비 연결 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 회전이 가능한 형태로 상기 노이즈 저감회로와 연결되는 유에스비 연결 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 저감회로는, 상기 노이즈를 모든 주파수 도메인에서 8dB(decibel) 이상 10dB 이하로 감소시킴을 특징으로 하는 유에스비 연결 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공통모드 필터의 임피던스의 범위는 70옴(ohm) 이상 120옴 이하임을 특징으로 하는 유에스비 연결 장치.
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