KR20010050452A - 데이터 및 에너지 전송용 네트워크 - Google Patents

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KR20010050452A
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Abstract

본 발명은 적어도 두개의 라인과 네트워크 유저 장치를 포함하는 네트워크에 관한 것으로, 두개의 네트워크 라인(1,2)이 네트워크 유저 장치간의 데이터 전송과 전원(a voltage source)으로부터 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)로의 에너지 전송용으로 형성되며, 데이터가 두개의 라인(1,2)을 통해 대칭 및 차동적으로(symmetrically and differentially) 전송되고, 전원 단자가 두개의 라인(1,2)에 접속되며, 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)가 네트워크로부터 분리된 상이한 전기 접속을 통해 다른 전원 단자에 접속되고, 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 두개의 네트워크 라인(1,2)을 통해 에너지 전송을 대칭적으로 커플링 아웃하며, 그리고 두개의 라인(1,2)을 상호간에 절연시킴으로써 데이터 전송 및 네트워크를 통한 에너지 전송용 단자가 구현된다.

Description

데이터 및 에너지 전송용 네트워크{NETWORK FOR DATA AND ENERGY TRANSFER}
본 발명은 적어도 두개의 라인과 네트워크 유저 장치를 포함하는 네트워크에 관한 것이다. 이러한 네트워크는 다양한 형태로 기지되어 있으며 네트워크 유저 장치간의 데이터 전송에 사용될 수 있다.
차량(vehicles)의 사용에 있어서, 다양한 버스 시스템이 또한 알려져 있다. 최근 몇 년간, 특히 CAN 버스가 알려져 왔다. 그것은 특히 제어 정보의 전송(control information) 및 센서 탐지(sensor detection)에 사용된다. 그러나, 다른 기지된 버스 시스템과 유사하게, 이 버스 시스템은 네트워크 유저 장치에 적합한 데이터 및 에너지를 전송할 수 없다.
본 발명의 목적은 데이터 및 에너지 전송에 균등하게 적합하고 최소 접속 라인 수로 충분한 네트워크를 제공하는데 있다. 본 발명에 따르면, 이 목적은 두개의 네트워크 라인 수가 네트워크 유저 장치간의 데이터 전송 및 전원(a voltage source)으로부터 네트워크 유저 장치까지의 에너지 전송을 위해 형성된다는 점과, 데이터가 두개의 라인을 통해 대칭 및 차동적으로(symmetrically and differentially) 전송된다는 점과, 전원 단자가 두개의 라인에 접속된다는 점과, 네트워크 유저 장치가 네트워크로부터 분리된 상이한 전기 접속부를 통해 상이한 전원 단자에 접속된다는 점과, 네트워크 유저 장치가 두개의 네트워크 라인을 통한 에너지 전송을 대칭적으로 커플링 아웃한다는 점 및 두개의 라인이 상호간에 절연되므로서 달성된다.
그러므로, 네트워크는 네트워크 유저 장치간의 데이터 전송 및 네트워크 유저 장치로의 에너지 전송을 위해 형성되는 두개의 라인을 포함한다. 두개의 네트워크 라인을 통해 전원 단자가 네트워크 유저 장치에게 접속된다. 또 다른 단자는 네트워크에 속하지 않는 또 다른 경로를 통해 네트워크 유저 장치에 접속된다.
데이터 전송은 두개의 라인을 통해 대칭적 차동적으로 행해진다. 즉 데이터 비트는 두개의 라인을 통해 상이한 극성(polarities)으로 전송된다.
그러나, 가능한한 두개의 라인에 전류 흐름을 동일하게 하는 방식으로 에너지 전송이 구현된다. 이것은 두개의 네트워크 라인으로부터의 네트워크 유저 장치에 의한 대칭형 에너지 커플링-아웃(a smmetrical coupling-out of energy)에 의해 달성된다.
그러므로 이것은 두개의 라인은 에너지 및 데이터 전송에 모두 적합하게 사용된다.
이 두개의 라인에 의한 데이터의 차동형 전송 및 전원 장치 전류(power supply currents)의 대칭형 전송으로 인해, 전원 장치 라인에서의 교란(disturbances)은 데이터 전송상에 매우 적은 영향만을 미치므로 정보 전송은 이들 환경하에서 영향을 받지 않는다.
기지된 해결책과 비교하여, 보다 적은 라인 및 보다 적은 접점(contact points)이 요구된다. 이것은 신뢰성을 향상시킨다.
에너지 전송용 단자가 두개의 네트워크 라인을 통해 함께 바뀌기때문에, 라인이 드롭-아웃(a drop-out)되거나 이러한 라인이 네트워크 유저 장치에게 접속되는 경우에도 에너지는 여전히 전송된다. 이후에 단지 데이터 전송만이 방해받는다. 그러나 네트워크 유저 장치는 예를 들면, 비상용 프로그램(an emergency program)으로 작업을 계속할 수 있다. 이것은 특히 차량에 있어서 매우 중요하다. 에너지 전송의 극(pole)을 두개의 네트워크 라인을 통해 함께 바꿈으로써, 개별 라인의 단면(the corss-section)은 원 전원 장치 라인(the original power supply line)과 비교해 양분될 수 있으므로 신호 전송은 실질적으로 임의의 부가적인 라인 단면을 요구하지 않는다.
두개의 네트워크 라인 사이에는 양호한 자기 및 정전 결합(magnetic and capacitive coupling)이 존재해야 한다. 이것은 예를 들면, 라인을 트위스팅(twisting)시킴으로써 획득될 수 있다. 이 두 라인사이에서 획득되는 만족스러운 결합으로 인해, 주위 자기 및 전기 교번장(ambient magnetic and electric alternating fields)은 실질적으로 두 라인상에 공통 모드 교란에 영향을 미치므로 차동적으로 발생하는 데이터 전송을 방해하지 않는다.
청구한 제 2 항에 규정된 바와 같은 본 발명의 실시예는 특히 네트워크 유저 장치에게 바람직한 실시예를 제공한다. 이들은 데이터를 유도적 또는 용량적으로 커플링 인(couple in)하고 커플링 아웃(couple out)시킬 수 있다. 두 네트워크 라인으로부터의 그것의 소비 전류의 대칭적 커플링 아웃이 매우 중요하므로,
인덕턴스(inductances)가 네트워크 유저 장치에게 제공되며, 인덕턴스를 통해 이들 전류가 커플링 아웃된다. 동시에 이들 인덕턴스는 이 두 라인을 상호 분리시키므로 다시 데이터 전송에 필수적이게 된다. 따라서, 이 비교적 간단한 방식에서, 이들 라인의 분리(decoupling)및 소비 전류의 대칭형 커플링 아웃이 획득될 수 있다.
청구항 제 3 항에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공된 바와 같이, 두개의 네트워크 라인을 통해 전송된 차동 데이터 평가(the differential evalution of the data)는 차동 증폭기(a differential amplifier)에 의해 바람직하게 실현될 수 있다.
청구항 4 항에 규정된 바와 같이 이 두 네트워크 라인 중 하나에 각각 결합되는 비-반전(a non-inverting)출력 및 반전 출력을 가지는 증폭기에 의해 커플링-인(coupling-in)이 또 다시 바람직하게 발생된다.
청구항 제 5 항에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 네트워크는 기본적으로 성형 구성(a star configuration)으로 배열되어져야 한다. 네트워크내의 링형 배선(ring-shaped wiring)은 저 주파수 전류를 발생시킬 수 있다. 이를 피하기 위해, DC는 그러한 회로내의 라인을 구별하는 링 커플러(ring coupler)를 제공하는 것이 바람직하다. 따라서 그러한 링내에 저 주파수 전류의 단락(short circuit)이 방지된다. 청구항 제 6 항에 의해 규정된 바와 같이 네트워크의 기능(function)에 바람직한 이 두개의 네트워크 라인간의 자기 및 정전 결합은 이들 라인을 트위스팅 함으로써 달성될 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 에너지 공급 단자는 네트워크를 통해 접속될 수 있다. 또 다른 단자가 상이한 경로를 통하여 네트워크 유저 장치에게 접속되어져야 한다. 예를 들면 차량에서, 이것은 섀시(chassis)가 될 수도 있다. 그러나 주어진 적용예의 경우에, 청구항 제 8 항에 규정된 바와 같이 그것은 가능한한 에너지 공급을 위한 단자를 각각 인계 받는(taking over) 본 발명에 따른 두개의 네트워크를 제공해야 한다. 이 경우에, 이후에 데이터는 두 네트워크를 통해 중복적으로(recundantly) 바람직하게 전송될 수 있다. 이것은 부가적인 전송 신뢰성 및 결함에 대한 보안성(security)을 유발한다.
도 1은 소정의 네트워크 유저 장치 및 전원 장치(a power supply)를 가진 본 발명에 따른 네트워크를 도식적으로 도시한 도면,
도 2는 데이터의 용량성 커플링-인 및 커플링-아웃(a capacitive coupling-in and coupling-out of data)을 가지는 네트워크 유저 장치의 실시예를 도시한 도면,
도 3은 데이터의 유도성 커플링-인 및 커플링-아웃(an inductive coupling-in and coupling-out of data)을 가진 네트워크 유저 장치의 실시예를 도시한 도면,
도 4는 특정 네트워크 커플러(network coupler)에 의한 데이터의 유도성 커플링 인 및 커플링 아웃의 실시예를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 2 : 라인 3, 4, 5, 6 : 네트워크 유저 장치
16, 17 : 캐패시턴스 13, 14 : 인덕턴스
18, 19 : 증폭기
도 1은 본 발명에 따른 네트워크의 토폴로지(topology)를 도시한다.
예를 들면, 네트워크는 차량에서 다수의 네트워크 유저 장치를 상호접속시키는 차량에서 사용되는 타입일 수도 있다. 네트워크는 전기적 및 자기적으로 만족스럽게 접속되어져야 하며 단부에서, 예를 들면 트위스트되어지는 라인(1,2)을 가져야 한다.
네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 이들 네트워크 라인(1,2)에 의해 접속된다. 네트워크에 에너지를 제공하는 네트워크 유저 장치(7)가 또한 제공된다.
네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 두 라인(1,2)을 가지는 네트워크를 통해 데이터를 상호교환할 수 있다. 또한, 이들은 네트워크를 통해 전원 장치 단자에 접속된다.
데이터 전송은 라인(1,2)을 통하여 대칭적 차동적으로 발생, 즉, 데이터 비트는 두 라인(1,2)을 통해 반대 극성으로 전송되고 네트워크 유저 장치 수신에 따라 적절히 평가된다.
에너지 공급은 두 라인(1,2)을 통해 대칭적으로 발생한다. 이 경우에, 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 두 라인(1,2)으로부터의 전원 장치 전류를 대칭적으로 커플링 아웃한다, 즉, 각각의 네트워크 유저 장치는 이 두 라인으로부터 동일한 전원 장치 전류를 커플링 아웃한다.
전원 UB단자의 커플링-인(coupling-in)이 네트워크 유저 장치(7)에 의해 영향을 받는다. 이 경우에 두 라인(1,2)이 전원 UB의 포지티브 단자에 대해 동일한 방식으로 커플링인되어 두 라인(1,2)을 통해 흐르는 전원 장치 전류가 균등하게 커지는 것이 중요하다. 다른 전원 장치 UB단자는 예를 들면, 차량 섀시를 통해 접속될 수 있다. 또한 다른 네트워크 유저 장치(3,4,5,6) 각각은 도 2내지 4를 참조하여 후술될 결합 회로(8) 구조를 갖는다. 한편, 이 결합 회로(80)의 목적은 전원 장치 전류가 대칭형의 두 네트워크 라인(1,2)으로부터 네트워크 유저 장치(3 내지 6)에 의해 커플링 아웃, 즉 그것이 각각의 네트워크 유저 장치를 위해 각각의 유저 장치들이 두 라인(1,2)으로부터 균등한 값의 전원 장치 전류를 커플링 아웃하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 또한 두 라인(1,2)를 통해 대칭적 차동적으로 전송된 데이터를 커플링 인 및 커플링 아웃할 수 있도록 결합 회로(8)가 요구된다.
도 1에 도시된 바와 같이 네트워크의 토폴로지는 어떠한 링형 소자도 네트워크 내에 형성되지 않도록 성형 구성(a star configuration)을 갖는다. 그러나, 링형 소자가 네트워크의 일부내에 형성될 때, 저-주파수 전류(low-frequency currents)가 이들 일부에 흐르는 것이 가능하다. 이것이 해결되어져야 하므로, 그러한 링에 링 커플러(a ring coupler)가 제공되는 것이 바람직하며, 링 커플러 DC 는 회로에서 라인을 분리한다.
도 1에 도시된 바와 같이 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)에서 거의 실행불가능한 결합 회로(80)의 실시예가 이후에 도 2내지 4를 참조하여 기술될 것이다.
도 2는 두 네트워크 라인(1,2)으로부터 접속되고 두 네트워크 라인(1,2)내에 용량성으로 접속되는 결합 회로를 위한 제 1 실시예이다. 에너지 공급의 한 단자가 또한 이 결합 회로를 통해 두 라인(1,2)으로부터 접속된다.
도 2는 전원 장치 단자(15)를 두개의 네트워크 라인(1,2)에 접속시키는 인덕턴스를 도시한다. 동일한 전원 장치 전류가 요구된 방식으로 두 네트워크 라인(1,2)으로부터 획득되기 위해서는 (take from) 두 인덕턴스(13,14)은 절대적으로 동일한 값을 가져야 한다.
데이터는 두 캐패시턴스(16,17)를 통해 커플링 인 및 아웃되고 커패시턴스는 두 네트워크 라인(1,2)의 한 단부에 접속되며 증폭기(18,19) 제각각의 나머지 단부에 접속된다.
도 2에 도시된 결합 회로에 제공된 네트워크 유저 장치는 데이터가 제 1 데이터 단자(20)에서 이용 가능한 네트워크를 통해 전송되어지도록 한다. 도면에서 D_로 나타내진 이들 데이터가 제 1 증폭기(18)에 적용된다. 제 1 증폭기(18)는 캐패시턴스(16)에 접속되는 비-반전 출력을 갖는다. 제 2 반전 출력이 네트워크 라인(1)에 접속되는 캐패시턴스(17)에 접속된다. 그로 인해 데이터 D_in은 두 개의 네트워크 라인(1,2)상의 캐패시턴스(16,17)를 통해 대칭적 및 차동적 형태로 전송된다. 예를 들면 데이터 비트는 라인(2)상에서 포지티브 극성 및 네트워크의 라인(1)상에 네거티브 극성으로 전달된다.
두 개의 네트워크 라인(1,2)을 통해 전송되고 도 2의 결합 회로에 제공되는 네트워크 유저 장치에 의해 평가되어 지는 데이터가 커패시턴스(16,17)를 통해 제 2 증폭기(19)에 적용된다. 제 2 증폭기(19)는 차동 증폭기(a differential amplifier)이며, 그것의 하나의 입력은 라인(2)을 통해 포지티브 극성을 가진체 전송된 데이터를 수신하고, 나머지 입력은 라인(1)을 통해 네거티브 극성으로 전송된 데이터를 수신한다. 차동 증폭기의 출력은 소스(21)에서 도 2의 결합 회로에 제공되는 네트워크 유저 장치에게 이용가능하도록 데이터 신호 D_out를 제공한다.
두 개의 라인(1,2)을 통한 차동적 및 대칭적으로 전송된 용량성 데이터의 커플링-아웃으로 인해, DC 교란 또는 매우 낮은 주파수를 가진 교란은 데이터 평가에 어떠한 영향도 미치지 않으면 또한 라인내의 데이터 커플링에도 영향을 미치지 않는다. 반대로, 두 인덕턴스(13,14)를 통한 전원 장치 전류의 대칭적 커플링-아웃은 데이터 전송이 방해받지 않도록 한다.
도 3은 데이터 회로에서 유도성으로 커플링 인 커플링 아웃되는 결합 회로의 제 2 실시예를 도시한다. 여기에서 또한, 단자(15)에 결합 회로에서 제공되는 네트워크 유저 장치에게 이용가능하도록 전원 장치 전위 +Ub가 만들어진다. 커플링-아웃은 두 네트워크 라인(1,2)으로부터의 두 인덕턴스(22,23)을 통해 발생한다. 여기에서 또한, 인덕턴스(22,23)는 동일한 값을 가지는 것이 필수적이다.
도 2의 회로와 도 3의 회로의 본질적인 차이는 도 3의 회로는 유도적으로 데이터를 커플링 인 및 아웃한다는 것이다.
이것은 자기 커플링(magnetic coupling:25)을 통해 두 인덕턴스(22,23)에 자기적으로 결합되는 제 3 인덕턴스(24)를 제공함으로써 달성된다.
제 3 인덕턴스(24)의 두 단자는 반전 및 비반전 출력을 가지는 증폭기(18)의 출력에 결합된다. 이 증폭기는 데이터 단자(20)로부터 데이터 D_을 제공한다. 또한, 제 3 인덕턴스(24)의 두 단자가 증폭기(9)의 반전 입력 및 비반적 입력에 접속되고 증폭기의 출력은 데이터 단자(21)에서 데이터 D_out을 제공한다. 따라서, 증폭기(18,19)의 회로도 및 데이터 단자(20,21)는 도 2의 결합회로의 제 1 실시예의 회로도에 대응한다.
도 4는 유도성 커플링-아웃이 인덕턴스(22,23,24)에 의해 실제로 어떠한 방식으로 구현되어지는지를 도시한다. 도 4에서, 이들 3개의 인덕턴스는 자기적으로 결합되는 인덕턴스 통해 공통 자기 코어(a common magnet core)상의 권선(winding)으로서 제공된다.
요약하면, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 네트워크의 실시예는 차동적 대칭적 데이터 전송 및 에너지 공급 단자의 공급은 이들 상호간 각각의 방해없이 두 네트워크 라인(1,2)을 통해 일어난다.
네트워크는 자유자재로 이용가능하다. 예를 들면, 모든 네트워크 유저 장치가 실제로 데이터 단자를 사용할 필요는 없다. 이와 달리 유저 장치가 에너지 공급을 배타적으로 사용하는 네트워크에 접속하는 것이 가능하다. 그러나, 이후에 그것은 또한 전원 장치 전류가 두 네트워크 라인(1,2)으로부터 대칭적으로 결합될 수 있는 것을 보장해야한다.
네트워크는 중복적으로 구현될 수 있다. 즉 그것은 데이터가 두 네트워크를 통해 중복적으로 전송되고 더욱이 에너지 공급 단자가 두 네트워크를 통해 전송되는 이중 형태로 구성될 수 있다. 또한 두 네트워크는 네트워크가 에너지 공급 단자를 네트워크 유저 장치에 결합시키는 형태로 제공될 수 있으며, 이 경우에, 예를 들면, 차량에서, 차량 섀시를 통한 에너지 공급의 극성 전달이 더 이상 요구되지 않는다. 둘 다의 경우에, 데이터는 두 네트워크를 통해 가외로 전송될 수 있으므로 결함에 대한 부가적인 보안이 획득된다.
그러한 네트워크는 차량에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 전달 및 통신간의 접속이 유리한 다른 영역에서 사용될 수 있다. 실시예는 산업 자동화(industrial automation), 특히 예를 들면 조명 기술(lighting techniques), 알람, 가열 설비(heating installations) 또는 공기-조절 시스템용으로 사용될 수 있는 네트워크에서 특히 필드 버스 시스템, 항공 기술 및 가정용 오토메이션에서 존재한다.
본 발명은 데이터 및 에너지 전송에 균등하게 적합하고 최소 접속 라인 수로 충분한 네트워크를 제공하는데 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 두개의 라인(1,2) 및 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)를 포함하는 네트워크에 있어서,
    상기 네트워크의 두 라인(1,2)은 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)간의 데이터 및 전원(a voltage source)으로부터 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)로의 에너지 전송용으로 형성되며, 상기 데이터가 두 라인(1,2)을 통해 대칭 및 차동적으로 전송(symmetrically and differentially)되고, 상기 전원 단자가 상기 두 라인(1,2)에 접속되며, 상기 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)가 네트워크로부터 분리된 상이한 전기 접속부를 통해 다른 전원 단자에 결합되고, 상기 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)가 상기 두개의 네트워크 라인(1,2)을 통해 에너지 전송을 대칭적으로 커플링 아웃(couple out)하며 상기 두 라인(1,2)을 상호 절연시키는 네트워크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 데이터를 유도성 또는 용량성으로(inductively or capacitively) 커플링 인(couple in) 또는 커플링 아웃하며, 상기 네트워크 유저 장치는 인덕턴스(13,14,22,23)를 통해 상기 네트워크의 두 라인(1,2)로부터 그들의 소비 전류를 대칭적으로 접속(couple)시키며, 상기 두 라인(1,2)은 상기 인덕턴스(13,14,22,23)을 통해 상호 분리(decouple)되는 네트워크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 차동 증폭기(differential amplifiers:19)에 의해 상기 라인(1,2)으로부터 접속된 데이터를 차동적으로 평가하는 네트워크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 네트워크 유저 장치(3,4,5,6)는 비반전 출력부 및 반전 출력부(a non-inverting and an inverting output)를 가지는 증폭기(18)에 의해 데이터를 차동적으로 공급하는 네트워크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크는 본질적으로 성형 구조(a star configuration)로 배열되어 있으며, 가능한한 상기 두 라인의 폐회로에 회로내의 라인을 DC로 구분하는 링 커플러가 제공되는 네트워크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 라인(1,2) 사이에는 자기 및 정전 결합(a magnetic and capacitive coupling)이 존재하는 네트워크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 라인의 단면은 상기 두 라인을 통해 에너지가 함께 전달되기에 충분할 정도로 디멘젼되는 네트워크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    두 네트워크를 통해 전원 공급 단자가 상기 네트워크 유저 장치에게 접속되며, 상기 데이터는 상기 두 네트워크를 통해 중복적으로 전송되는 네트워크.
  9. 제 1 항에서 청구된 네트워크를 사용한 차량에 있어서,
    상기 차량의 배터리의 포지티브 단자는 네트워크에 접속되고, 그 네거티브 단자는 차량의 섀시에 접속되는 차량.
  10. 제 1 항에 청구된 네트워크를 적용한 가정용 전원 장치 및 통신 장치.
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