KR19990054183A

KR19990054183A - 장거리 신호전송을 위한 전류 변환회로

Info

Publication number: KR19990054183A
Application number: KR1019970073971A
Authority: KR
Inventors: 이승욱
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 음파탐지기의 음향센서부 서브먹스 출력회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음향센서부를 구성하는 신호전송모듈 내에서 장거리 신호전송을 위하여 전압변화형태의 신호를 전류변화 형태의 신호로 변환하여 전송하기 위한 회로구조에 관한 것이다.

본 발명은 차동출력을 갖는 서브먹스부와, 상기 서브먹스부의 신호를 각 그룹별로 다중화하는 프리먹스부를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템에 있어서, 서브먹스부의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기와; 상기 제 1 연산증폭기의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기와; 상기 전류감지용 저항기를 통한 출력측에, 저항기를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기과 같은 값의 저항기가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류변환회로를 제공함으로서, 장거리 전송에 의한 전압강하 영향을 받지 않고 원하는 신호를 안정적으로 전송할 수 있는 기술적 효과가 달성될 수 있다.

Description

장거리 신호전송을 위한 전류변환회로

일반적으로 수중의 음향 신호를 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하기 위한 음향탐지기에 있어서, 수중의 음파를 감지하는 방식은 음향에너지를 방사하여 그 음향에너지가 물체로부터 반사되는 것을 수신하는 능동 소나(Sonar)방식과, 다른 음원으로부터 방사하는 음향에너지만을 수신하는 수동 소나방식이 있다.

도 1은 일반적인 음파탐지기를 개략적으로 나타낸 블럭회로도이다. 이 음향탐지기 시스템은, 수중의 음향 신호를 감지하고 이를 전기적 아날로그 신호로 변환하고 이를 다시 디지털 신호로 변환한 후 다중화하여 전송하기 위한 음향센서부(10)와; 상기 음향센서부(10)를 함상(40)에 연결하기 위한 예인케이블(30)과; 상기 예인케이블(30)에 의해 상기 음향센서부(10)와 연결되는 함상(40)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 함상(40)은 음향센서부(10)로부터 전송된 먹스신호를 처리하는 데이터 수신장치(42)와, 상기 데이터 수신장치(42)로부터 수신된 전기신호 데이터를 분류, 검색, 처리하여 음향신호를 복원하는 자료처리부(44)로 구성되는 한편, 상기 음향센서부(10)를 제어하고 전원을 공급하는 제어신호 및 전원공급부(46)를 포함하여 구성된다.

수중에서 발생하는 음향은 해수 입자의 기계적인 소밀 작용에 의해 주변으로 전파된다. 이러한 음향진동은 주파수의 제곱과 진폭과의 곱에 정비례하는 크기로 수중청음기(12)에 도달되어 체적변화를 일으키고, 수중청음기(12)는 상기 체적변화에 반응하여 그 음파와 동형인 전기파형에 해당하는 전기적 신호를 발생한다. 이러한 전기신호는 잡음제거를 위한 차동증폭기(14)를 거쳐 먹스부(16)에 입력된다.

먹스부(16)에 입력된 신호는 순차적으로 멀티플렉싱되어진 후 샘플링 및 양자화 과정을 거쳐 디지털 신호화된 후, 진동격리모듈(미도시)을 거쳐 예인케이블(30)을 통하여 함상(40)으로 전송한다. 이때의 전송신호는 전류의 변화 또는 전압의 변화형태로 표현될 수 있으나, 예인케이블(30)은 수킬로미터에 이르는 장거리이므로, 전류형태로 변환하여 전송하는 것이 일반적이다.

그러나 상기와 같이 수중청음기로부터 감지되어 전치증폭기를 거쳐 신호전송모듈의 먹스에 인가되는 신호는 그 출력레벨이 낮을 뿐만 아니라, 전치증폭기에서 먹스까지의 거리가 길게는 120m까지이므로 각종 신호 전송선간의 회선에서 유입되는 잡음들이 먹스에 그대로 입력되며, 먹스의 후단의 게인 컨트롤러에서는 이와같이 잡음레벨이 상승된 상태에서 그 이득이 제어되므로 인해 원신호에 대한 처리가 적절하게 이루어지지 않는 문제점이 존재하고 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 음향센서부를 구성하는 신호전송모듈 내에서 서브먹스부에서 마스터먹스로의 장거리 신호전송을 위하여 전압변화형태의 신호를 전류변화 형태의 신호로 변환하여 전송할 수 있는 회로구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 음파탐지기의 회로구성을 개략적으로 나타낸 블럭회로도,

도 2는 본 발명이 적용되는 음향센서부 서브먹스부의 구성을 나타낸 블럭구성도,

도 3은 본 발명에 따라 구성한 전류변환회로의 회로도,

도 4는 본 발명이 적용되는 음향센서부 프리먹스부의 구성을 나타낸 블럭구성도,

도 5는 본 발명이 적용되는 음향센서부 마스터먹스부의 구성을 나타낸 블럭구성도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 ; 음향센서부 30 ; 예인케이블

35 ; 윈치 36 ; 슬립링

40 ; 함상 42 ; 데이터 수신장치

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 차동출력을 갖는 서브먹스부와, 상기 서브먹스부의 신호를 각 그룹별로 다중화하는 프리먹스부를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템에 있어서, 서브먹스부의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기와; 상기 제 1 연산증폭기의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기와; 상기 전류감지용 저항기를 통한 출력측에, 저항기를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기과 같은 값의 저항기가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류변환회로를 제공한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용되는 음향센서부 서브먹스부의 구성을 나타낸 블럭구성도이다.

서브먹스부는 채널 1에서 채널 12까지의 각 채널별 수증청음기로부터 신호를 입력받는 필터(110), 샘플 앤드 홀드 회로부(120), 먹스부(130), 차동 자동이득조절증폭기(140), 전류변환회로(150), 그리고, 차동수신기(160)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 각 회로부의 작동을 위해서는 함상으로부터 공급되는 전원입력으로서, 논리회로의 작동을 위한 +5V의 전원이 각 부에 공급된다.

필터(110)는 입력케이블에 유도되는 고주파성 노이즈를 제거하기 위한 것으로서, 전류변화 형태로 전송되는 신호를 입력받기 위한 종단저항을 포함한다. 이 필터는 단순한 RC 로우패스 필터로서 기능하며, 이때의 차단주파수는 약 1.6㎑가 바람직하다.

샘플 앤드 홀드 회로부(120)는 모든 채널의 신호를 동시에 샘플링하기 위한 것이다. 이러한 샘플 앤드 홀드 회로는 채널이 바뀔 때마다 신호가 완전히 세틀링된 후에 신호전압을 홀드하고 다음구간에서 먹스처리를 하기 위한 것으로서, 예를 들어, 4.096㎑의 주기마다 4.88㎲의 샘플 신호에 의해, 입력신호를 샘플한 후 홀드한다.

먹스부(130)는 서브 먹스부에 입력되는 12개의 채널신호를 다중화 하여 전송하기 위한 것이다. 12개의 신호는 3개씩 나뉘어서 4개의 소그룹으로 상기 샘플 앤드 홀드 회로부(120)를 거처 먹스부(130)에 인가된다. 이때, 채널 선택신호는 디코더(도면 미도시)에 의해 디코드되어 각 멀티플렉서의 인에이블 단자에 인가되어 각각의 소그룹을 형성하며, 이때, 샘플 앤드 홀드 회로의 오프세트 검출신호도 같이 선택된다.

차동 자동이득조절증폭기(140)는 0㏈에서 24㏈까지의 이득조절 및 샘플 앤드 홀드 회로의 오프세트를 보정하기 위한 차동증폭기이다.

차동수신기(160)는 RS-422방식의 수신기이다. 이 수신기는 RS-422방식의 디지탈 차동신호를 수신하여 로직 레벨로 변환한다. 이때, 케이블의 임피던스 매칭을 위하여 선로의 맨끝에 위치한 서브먹스에는 종단저항이 설치된다. 또한 이 차동수신기(160)는 소비전류를 줄이기 위해서 CMOS 형태의 집적회로를 사용하는 것이 바람직하다.

차동수신기(160)는 채널선택신호를 수신하며, 샘플신호로서 전채널 동시 샘플명령을 수신함과 동시에, 24㏈의 자동이득조절명령을 수신하여 각 회로부에 공급한다.

도 3은 본 발명에 따라 구성한 전류변환회로의 회로도이다.

본 발명에 따른 전류변환회로는 두개의 연산증폭기(U1, U2)와, 저항기(R1, R2, R3, R4) 및 저항기(R5, R6, R7, R8)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 전류변환회로는 서브먹스로부터의 전송신호를 마스터 먹스로 전송하기 위하여 전류형태로 변환한다. 이때, 출력되는 전류의 변화폭은 연산증폭기의 출력전류를 고려할 때, 최대값을 ±20㎃로 정하는 것이 바람직하다.

한편, 연산증폭기에는 동작전압(Vcc)으로서, ±5V의 전압이 인가된다. 따라서, 전류 변환비율은 다음과 같다.

전류/전압 변환비 = 20㎃ : 5V 차동

도 3의 회로에서 각각의 저항의 기능에 대해 설명한다. 저항기(R1, R2, R3, R4)는 차동증폭기의 기능수행, 저항기(R5)는 출력전류 감지용, 저항기(R6, R7)은 외부에서 유입될 가능성이 있는 서지전압에서 연산증폭기(U2)를 보호하기 위한 것이다. 또한, 저항기(R8)는 출력 케이블에 의한 용량성 부하에서 연산증폭기(U1)가 안정하게 작동할 수 있게 하기 위한 것이다.

한편, 커패시터(C1, C2)는 연산증폭기(U1, U2)의 안정화를 위한 커패시터이다. 이는 연산증폭기(U1, U2)의 입력단은 아날로그 먹스에 의하여 스위칭되는 회로이므로, 동작파형의 순간변화에 대하여 이를 안정화시키는 것이 필요하다.

여기서, 저항기(R3)/저항기(R1) = 저항기(R4)/저항기(R2)를 G라 하고, 출력전류를 I라 하고, 입력전압을 V라 하면,

I = -(G/R5)×V ==> G = -I × R5/V

이때, I = 20㎃, V = 5V, R5 = 100Ω을 대입하면, G = 2.5를 얻는다.

따라서,

R3 = R4 = 1㏀ 인 경우, R1 = R2 = 2.5㏀이 되어야 한다.

이때, 연산증폭기(U1, U2)는 저 오프세트, 저잡음, 고속 특성 외에 전류 출력이 20㎃이상 되는 것을 사용하여야 한다.

한편, 본 발명에 따라 전류형태로 변환된 신호는 그 후단의 프리먹스부에 인가된다. 이러한 프리먹스부는 서브먹스에서 12:1로 다중화된 신호를 각 그룹별로 다시 다중화하여 마스터 먹스부에 전송하기 위한 먹스부이다.

도 4는 본 발명이 적용되는 음향센서부 프리먹스부의 구성을 나타낸 블럭구성도이다.

프리먹스부는 입력필터(210), 4:1 먹스(220) 및 2:1 먹스(240), 그리고, 보상증폭기(230)를 포함하여 구성된다.

입력필터(210)는 입력케이블에 유도되는 고주파성 노이즈를 제거하기 위한 것으로서, 서브먹스에서 전류변화 형태로 전송되는 신호를 입력받기 위한 종단저항을 포함한다.

먹스(220, 240)는 3채널 또는 6채널로 다중화된 서브먹스 신호를 12채널의 다중화 신호로 만들어 주기 위한 것이다. 이때, 채널간의 크로스토크를 최소화하는 것이 바람직하다.

보상 증폭기(230)는 전류 전송과정에서의 손실을 보상하기 위한 것이다.

한편, 이러한 프리먹스부의 자세한 작동에 대해서는 출원인의 "노이즈 감소를 위한 입력필터를 내장한 프리먹스회로"에서 자세히 설명되고 있다.

마스터 먹스는 차동입력을 증폭하는 증폭기(510), 샘플 앤드 홀드 회로부(520), 4:1 먹스(530), 그리고, 완충증폭기(540)를 포함하여 구성된다.

마스터 먹스부는 12:1로 다중화되어 입력된 입력신호 4개를 다중화 하는 것으로서 최종적으로는 48:1로 다중화하여 출력한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 음향신호를 장거리 전송하기 위하여, 전압변화 형태의 신호를 전류변화 신호의 형태로 변환하여 전송함으로써, 장거리 전송에 의한 전압강하 영향을 받지 않고 원하는 신호를 안정적으로 전송할 수 있는 기술적 효과가 달성될 수 있다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims

차동출력을 갖는 서브먹스부와, 상기 서브먹스부의 신호를 각 그룹별로 다중화하는 프리먹스부를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템에 있어서,

서브먹스부의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기(U1)와;

상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기(R5)와;

상기 전류감지용 저항기(R5)를 통한 출력측에, 저항기(R7)를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기(R7)과 같은 값의 저항기(R8)가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기(U2)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전류변환회로.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력과 전류감지용 저항기(R5) 사이에 연결된 저항기(R6)와,

상기 전류감지용 저항기(R5)의 후단과 상기 제 2 연산증폭기(U2)의 정단자(+)에 연결된 저항기(R7)로 구성되어,

외부에서 유입되는 서지전압으로부터 상기 제 2 연산증폭기(U2)를 보호하는 것을 특징으로 하는 전류변환회로.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력과 그 부단자(-)에 연결된 커패시터(C1);

상기 제 2 연산증폭기(U2)의 출력과 그 부단자(-)에 연결된 커패시터(C2)로서, 아날로그 먹스의 스위칭 작용에 대해 동작을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 전류변환회로.