KR20010067178A - 네트워크 커플러 및 네트워크 유저 장치 - Google Patents

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KR20010067178A
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롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 적어도 두개의 라인을 포함하는, 네트워크에서의 네트워크 유저 장치를 위한 네트워크 커플러(a network coupler)를 개시하는데, 이 네트워크 커플러는 두개의 네트워크 라인(1,2)을 통한 데이터 전송과 상기 두 라인으로부터 전원 단자가 접속되어 있는 단자로 에너지를 커플링 아웃(coupling out)하기에 적합한 방식으로 형성되고, 또한 네트워크 커플러는 에너지를 두개의 라인(1,2)내로 또는 두개의 라인(1,2)으로부터 대칭적으로 커플링하며, 또한 네트워크 커플러는 데이터를 이 두 라인(1,2)내로 또는 이 두 라인(1,2)으로부터 대칭적, 차동적 및 유도적 또는 용량적으로(symmetrically, differentially and inductively or capacitively) 커플링하며, 그리고 네트워크 커플러는 이 두 라인(1,2)을 대칭적으로 종단시킴으로써 데이터(a simultaneous data) 및 에너지의 동시 전송을 가능하게 한다.

Description

네트워크 커플러 및 네트워크 유저 장치{NETWORK COUPLER}
본 발명은 적어도 두개의 라인을 포함하는, 네트워크에서의 네트워크 유저 장치를 위한 네트워크 커플러에 관한 것이다.
네트워크 커플러는 일반적으로 네트워크를 통해 전송된 데이터를 커플링 인(coupling in) 및 커플링 아웃(coupling out)하는데 사용된다. 그러므로, 이들 네트워크 커플러는 네트워크 유저 장치 및 네트워크 사이에 접속을 설정한다. 네트워크 유저 장치에 의해 제공된 데이터는 네트워크 커플러에 의해 네트워크로 커플링(coupled)된다. 반대로, 네트워크를 통해 전송된 데이터는 네트워크 커플러에 의해 커플링 아웃되어 네트워크 유저 장치에게 이용 가능하게 된다.
주지된 네트워크 커플러는 데이터를 커플링 인 및 커플링 아웃하는것에 국한되어 있다.
본 발명의 목적은 데이터 전송에 적합할 뿐만 아니라 에너지 전송에도 적합한 네트워크 커플러를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 그것이 두 네트워크 라인을 통한 데이터 전송에 적합하고 전원 단자가 결합되는 두 네트워크 라인으로부터 에너지를 커플링 아웃하는데 적합하도록 네트워크 커플러가 형성되고, 네트워크 커플러가 에너지를 두개의 라인(1,2)내로 또는 두개의 라인(1,2)으로부터 대칭적으로 커플링하며, 네트워크 커플러가 데이터를 이 두 라인(1,2)내로 또는 이 두 라인(1,2)으로부터 대칭적, 차동적 및 유도적 또는 용량적으로(symmetrically, differentially and inductively or capacitively) 커플링하며, 그리고 네트워크 커플러가 이 두 라인(1,2)을 대칭적으로 종단시킴으로써 달성되어진다.
데이터 전송을 위해, 데이터는 두 네트워크 라인상에서 대칭 및 차동적으로 전송된다. 예를 들면, 네트워크 라인을 통해 전송된 데이터 비트는 그러나, 두 라인을 통해 반대 극성(opposite polarities)으로 전달된다. 네트워크 커플러는 이들 데이터를 유도적 또는 용량적 및 대칭적 또는 차동적으로 커플링 인 또는 커플링 아웃한다.
또한, 네트워크 커플러는 에너지 전송에 또한 적합한다. 전원 단자가 두 네트워크 라인에 접속된다. 네트워크 커플러는 두 라인으로부터 이 에너지를 커플링 아웃할 수 있는 방식으로 형성된다. 이것은 대칭적으로 행해지는데, 즉, 네트워크 커플러에 의해 네트워크 라인으로부터 유도된(drawn) 전류는 두 라인에서 균등한 크기를 가진다. 이것은 두 네트워크 라인에 대해 네트워크 커플러에 의해 나타나는 부하(load)가 두 라인에서 균등한 크기가 되어 두 라인이 대칭적으로 종단되도록 달성된다.
한편, 데이터 및 에너지 전송은 네트워크 커플러를 통해 또는 두 네트워크 라인을 통해 실행가능하도록 달성된다. 두 라인 상의 엄격한 대칭형 커플링-아웃 및 두 라인상의 대칭적 차동형 데이터 전송으로 인해, 데이터 전송이 두 네트워크라인상의 교란(disturbances)에 의해 방해받지 않게 된다 - 예를 들면, 교란은 에너지 교란(energy distribution)에 의해 발생된다 -.
이러한 네트워크 커플러가 비교적 단순한 구성 이로 인한 저 비용 방식(low-cost way)으로 구성될 수 있다.
청구항 제 2 항에 규정된 바와 같이, 본 발명에 따른 네트워크 커플러의 실시예는 이러한 단순한 구조에 의해 특징지워지지만 그럼에도 불구하고 상술된 조건을 이행할 수 있다. 한편, 동일한 저항 또는 임피던스를 가지는 두 개의 제 1 및 제 2의 1차 코일(the two first and second primary coils)이 두 네트워크 라인으로부터 에너지를 커플링 아웃하는데 사용된다. 이것은 대칭적으로 행해지는데, 즉, 에너지의 커플링 아웃에 응답하여 흐르는 전류는 두 라인상에서 균등하게 나누어진다.
제1의 1차 코일 및 제2의 1차 코일이 2차 코일에 자기적으로(magnetically) 결합된다. 2차 코일에서, 전압은 차동 전류가 제1의 1차 코일의 두개의 제 1 단자 및 제2의 1차 코일 사이에 차동 전류가 흐를때만 전압이 유도된다. 한편, 이 두 권선(windings)에서 동일한 부호(sign)의 전류는 2차 코일에서 전압 유도(a voltage induction)를 발생시키지 않는다. 이로 인해, 이 두 라인을 통해 차동적으로 전송된 데이터는 2차 코일에서 전압 유도를 발생시키지만 동일한 부호에서 발생하는 교란을 발생시키지 않으면, 상기 교란은 예를 들면 변동하는 부하의 결과로서, 전원 장치 전압의 요동(fluctuations of the power supply voltage)으로 인해 발생된다.
전술된 바와 같이 대칭형 커플링-아웃을 달성하기 위해, 두개의 1차 코일이 청구항 제 3 항에 규정된 바와 같이 형성되는 것이 바람직하다. 가장 단순하게는, 이것은 청구항 제 4 항에 의해 규정된 바와 같이, 동일한 재료의 권선(winding)을 가지고 여기에 동일한 단면 및 동일한 권수(the same number of turns)를 제공함으로서 달성될 수 있다.
1차 코일의 권수 및 2차 코일의 권수 사이의 권수비(the ration of turns)는 2차 코일 단자에서 차동 전압의 전압 비를 규정한다. 청구항 제 5 항에 규정된 본 발명의 또 다른 실시예에서와 같이, 2차 코일은 1차 코일보다 더 높은 권수를 가지는 것이 바람직하다는 것이 증명되었다.
1차 코일이 예를 들면 본 발명의 또 다른 실시예에서와 같이 금속 스트립(metal strips)으로 형성되고 n=1의 권수를 가질 수 있는 것으로 형성되는 비교적 단순한 방식으로 구성될 수 있다.
또 다른 코일의 바람직한 구성으로는 이들이 플레이트(plate)상에 인쇄 배선(a printed circuit)으로서 제공되는 것이다.
본 발명의 이것 및 다른 양태는 이후에 기술된 실시예를 참조하여 더욱 분명해지고 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 네트워크 커플러(a network coupler)의 회로도,
도 2는 자기적으로 커플링되는 두개의 1차 코일(two primary coils) 및 하나의 2차 코일(one secondary coil)을 가진 네트워크 커플러의 구성을 도식적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 네트워크 커플러의 개략도이고 1차 코일의 권수(the number of turns)가 1로 선택되는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 바와 같이 코일을 가진 제 1 네트워크 커플러의 구현 형태(realization)를 도시한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 바와 같이 코일을 가진 제 2 네트워크 커플러의 구현 형태를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1,2 : 네트워크 라인 4,13,21,32 : 1차 코일
5,14,22,33 : 2차 코일 7,12,24,34 : 코어
3,23,36 : 전원 공급 포인트
도 1은 본 발명에 따른 네트워크 커플러의 회로도이다.
네트워크 커플러는 네트워크의 라인(1,2) 제각각내의 데이터를 커플링하거나네트워크의 라인(1,2) 제각각으로부터 데이터를 커플링하며 전원 장치 단자(a power supply terminal)는 라인(1,2)에 접속된다.
이를 위해, 이상적인 경우로, 동일한 구조를 가지는 즉, 동일한 재료로 구성되며 동일한 단면 및 동일한 권수를 가지는 두개의 1차 코일(4,5)이 제공된다. 여하튼, 두개의 1차 코일(4,5)은 동일한 저항 및 임피던스를 가져야 한다.
두개의 1차 코일(4,5)의 제 1 단자가 네트워크 라인 제각각 (1,2) 중 하나에 접속된다. 제 2 단자가 공통 전원 공급 포인트(3)에 접속된다.
이 특정 네트워크 구성으로 인해, 전원 공급 포인트(3)에 흐르는 전원 장치 전류가 1차 코일(4,5)에 흘러 이로 인해 두개의 네트워크 라인(1,2)에 흐르는 두개의 균등한 크기의 전류로 나누어지는 것이 달성된다. 그러므로, 전원 장치 전류를 가지는 두 라인(1,2)의 엄격한 대칭형 부하가 달성된다.
두 라인상에 대칭적 차동적으로 전송되는 데이터는 또한 두 네트워크 라인(1,2)을 통해 전송될 수 있다.
이들 데이터를 커플링 아웃하기 위해, 도 1에 도시된 네트워크 커플러는 자기 결합(a magnetic coupling:7)에 의해 두개의 1차 코일(4,5)에 자기적으로 접속된다.
차동적 전류가 1차 코일(4,5)에서 발생할 때, 전압은 단지 2차 코일(6)의 권선에서만 유도된다. 이것은 정확히 데이터가 두 네트워크 라인(1,2)을 상에 대칭적 차동적으로 전송되는 경우이다. 이후에, 2차 코일(6)에 대응 전압 유도가 존재하게 된다.
반대로, 1차 코일(2) 및 커플링(7)에 의한 두 네트워크 라인(1,2) 및 두개의 1차 코일(4,5)로의 차동적 형태로 커플링될 수 있는 데이터를 커플링인하는데 동일하게 적용한다.
데이터를 커플링 아웃하기 위해, 데이터를 네거티브 극성으로 전송하는 2차 코일(6)의 제 1 단자가 증폭기(8)의 반전 입력(inverting input_)에 접속된다. 2차 코일(6)의 제 2 단자가 동일한 증폭기의 두번째 비반전 입력(non-inverting input)에 접속된다. 그러므로 그러한 증폭기(8)에 의해 데이터가 평가될 수 있다. 출력에서, 증폭기(8)은 도면에서 D_out으로 나타내지는 단자(11)에 대응 데이터를 제공한다.
네트워크 커플러에 의해 두 네트워크 라인(1,2)내의 데이터를 커플링하기 위해, 증폭기(9)가 제공되며, 이 증폭기(9)의 비반전 출력이 2차 코일(6)의 제 2 단자에 접속되고 반전 출력은 2차 코일(6)의 제 1 단자에 접속된다. 따라서 제 2 접속 포인트(10)로부터 중폭기의 입력에 적용된 데이터는 증폭기 (9)에 의한 상이한 극성의 신호 +D 및 -D로서 이용가능하고 1차 코일(2) 및 1차 코일(4,5)에 대한 자기 결합(7)을 통해 전송되므로, 대응하는 대칭적 차동적 전압 신호가 네트워크 라인(1,2)내로 접속된다.
도 1에 도시된 비교적 단순한 네트워크 커플러 구성에도 불구하고, 그것은 데이터 전송 및 에너지 공급을 허락한다. 에너지 공급 전류의 엄격한 대칭형 커플링-아웃으로 인해, 데이터가 교란되지 않는다. 반대로 전원 장치 전압이 교란되지 않도록 데이터는 차동적으로 전송된다.
그러므로 네트워크 커플러는 두 네트워크 라인을 통해 동시에 교란되지 않는 데이터 전송 및 에너지 전송이 부과되어지도록 하는 모든 요구 조건을 수행한다.
도 2는 도 1에 도시된 두개의 1차 코일(4,5), 2차 코일(7) 및 자기 결합(magnetic coupling:7)이 어떠한 방식으로 실제로 구현되는지를 도식적으로 도시한다.
이를 위해, 도 2는 자속(a magnetic flux)을 전달할 수 있는 코어(core:12)를 도시한다.
도면에 도시된 실시예에서, 3-권선(three winding) 각각을 가지는 두개의 1차 코일(13,14)이 제공된다. 2차 코일(15)는 동일한 코어(12) 둘레에 권선되며 이 코일은 또한 본 실시예에서 3-권선을 갖는다.
2차 코일(15)의 두 단자는 포지티브 및 네거티브 데이터 신호 +D 및 -D 제각각을 제공한다. 두개의 1차 코일(13,14)의 제1 단자는 두 네트워크 라인(1,2)에 젖ㅂ속되고 이들의 제 2 단자는 전원 공급 포인트(3)에 함께 접속된다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 자기 결합을 갖는 권선의 배열이 공통 자기화 코어(a common magnetizable core) 둘레의 3-권선에 의해 매우 용이하게 구현될 수 있음을 도시한다.
도 2에서, 두개의 2차 코일(13,14)은 n1의 권수(a number of turns)를 가지는 반면, 2차 코일은 n2의 권수를 갖는다. 2.n1 및 n2사이의 권수비는 포지티브 데이터 신호 +D 및 네거티브 데이터 신호 -D가 2차 코일(15)의 두 단자(16,17)에서 이용가능한 전압비를 결정한다.
이 점에서 충분히 높은 전압을 달성하기 위해, 그것은 n2가 n1보다 크게되도로 선택되는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다.
도 3은 도 2에서와 같이 도식적으로 및 유사하게 도시하며, 두개의 1차 코일(13,14)의 권수는 오직 n1=1를 갖는다. 그러나 2차 코일(15)은 n2=5의 권수를 갖는다.
2차 코일(15)의 단자(16,17)에서의 차동 전압은 비교적 큰값인 이 권수비에 의해 달성된다.
도 4는 도 3에서 도식적으로 도시된 바와 같이 권수비가 그 비로 선택되어진 네트워크 커플러의 첫번째 구체적인 실시예(a first concrete embodiment)를 도시한다.
비교적 큰 단면을 가지고 공통 전원 공급 포인트(23)에 접속되는 두개의 금속 스트립(21,22)이 제공된다. 도 4a에 도시된 바와 같이. 두개의 금속 스트립(21,22)은 자기 코어를 십자형으로 감고(run cross-wise) 1회의 권수를 갖는 코일을 각각 구성한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 2차 코일(25)은 이 자기 코어(24)를 감는다.
도 4에 도시된 실시예는 2차 코일(25) 및 1차 코일(21,22)의 권선비 n2:n1으로 인해 비교적 높은 차동 전압이 2차 코일(25)에 유도되어진다는 이점을 갖는다.
전류가 전압 장치 포인트(23)에 함께 공급되어 1차 코일(21,22)에 흐르는 비교적 큰 전압 장치 전류가 어떠한 문제도 없이 이들 전류를 차지(take up)할 수 있는 금속 스트립(21,22)을 통과한다.
도 4에 도시된 바와 같이 그러한 배치는 하우징(housing)에서 바람직하게 조정될 수 있거나 또는 주형(molded)될 수 있으며, 예를 들면 합성 재료(a synthetic material)로 전개될 수도 있다. 이후에 접점(the connection points:1,2,23) 및 두개의 2차 코일(25)만이 외부로 통한다.
단자는 플러그 접속부로서 실현되거나(press on) 또는 구현된다. 특히 네트워크측상에서, 전원 장치 전류의 요동(fluctuations)이 데이터 전송을 교란시키지 않도록 대략 낮은 접촉 저항(contact resistance)이 이 경우에 고려된다.
전기 장치에 이러한 네트워크 커플러를 합체시키기 위해, 도 5에 도시된 바와 같은 제 2 실시예를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 본 실시예에서, 그것의 양면에 1차 권선(32,33) 중 하나를 가지는 2-층 플레이트(31)가 제공되며, 권선은 자기 코어(34) 둘레를 한번 각각 감아 n1=1의 권수를 각각 갖는다. 플레이트의 양 측면상에 2차 코일(35)이 또한 제공되는데 코일은 한편으로는 두개의 1차 코일(32,33)간에 한편으로는 2차 코일(35)간의 자기 결합이 달성되도록 자기 코어(34) 둘레를 여러번 감는다.
이러한 배치에서, 3개의 코일이 네트워크 커플러의 구성을 매우 단순화시킬 수 있는 2-층 플레이트상에 함께 형성될 수 있다.
또한 이 경우에, 권선은 엄격히 대칭적이고 특히 두개의 1차 코일(32,33)은 전원 공급 포인트(36)를 통해 흐르는 전류의 대칭적 전류 분배를 보장하는 것이 필수적이다. 따라서, 전원 공급 포인트(36)가 대칭형으로 배열되고 스루-컨택트(a through-contact)에 의해 구현된다.
2층 이상의 층을 가지는 플레이트가 제공될 수 있으며 전원 공급 포인트(36)가 1차 권선(32,33)이외의 또 다른 층상에 바람직하게 제공된다.
자기 코어(34)는 플레이트(31)상의 양 측면으로부터 배치되는 두개의 부분으로 바람직하게 구성될 수 있다. 다른 코어 또한 도 5에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다.
도면은 본 발명에 따른 네트워크 커플러의 비교적 단순한 구현이 가능하다는 것을 도시하며, 두 네트워크 라인을 통해 상호간의 어떠한 외란도 없는 데이터 전송 및 에너지 전송을 허락한다.
본 발명은 데이터 전송에 적합할 뿐만 아니라 에너지 전송에도 적합한 네트워크 커플러를 제공하는데 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 두개의 라인(1,2)을 포함하는 네트워크에서의 네트워크 유저 장치를 위한 네트워크 커플러(a network coupler)에 있어서,
    상기 네트워크 커플러는 상기 두 네트워크 라인(1,2)을 통한 데이터 전송과 상기 두 라인으로부터 전원(a voltage source) 단자가 접속되어 있는 단자로 에너지를 커플링 아웃(coupling out)하기에 적합한 방식으로 형성되고, 상기 네트워크 커플러는 또한 상기 두 라인(1,2)내 또는 상기 두 라인으로부터의 에너지를 대칭적으로 커플링하며, 그리고 상기 네트워크 커플러는 상기 데이터를 상기 두 라인(1,2)내로 또는 상기 두 라인(1,2)으로부터 대칭적, 차동적 및 유도적 또는 용량적으로(symmetircally, differentially and inductively or capacitively) 커플링하는 네트워크 커플러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 커플러는 상기 네트워크의 제 1 라인(1)에 접속되는 제 1 단자를 가지는 제1의 1차 코일(a first primary coil:4,13,21,32) 및 상기 네트워크의 제 2 라인(2)에 접속되는 제 1 단자를 가지는 제2의 1차 코일(a second primary coil:5,14,22,33)을 포함하며, 상기 제 1의 1차 코일(4,13,21,32) 및 상기 제2의 1차 코일(5,14,22,23)의 두개의 단자는 전원 전압(a power supply voltage)을 제공하는 전원 고급 포인트(a power supply point:3,23,36)에서 상호접속되며, 상기 네트워크 커플러는 상기 데이터를 상기 두개의 네트워크 라인(1,2)내로 또는 부터 커플링하는 2차 코일(5,15,25,34,35)을 포함하며, 그리고 코어(7,12,24,34)의 상기 1차 코일(4,13,21,32)(5,14,22,33) 및 상기 2차 코일(5,15,25,34,35)이 함께 자기적으로 결합되는 네트워크 커플러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전원 공급 포인트(3,23,36)를 통해 흐르는 전류가 상기 두 네트워크 라인(1,2)에 흐르는 두개의 균등한 크기로 전류로 분할되도록 상기 두개의 1차 코일(4,13,21,32)(5,14,22,33)을 형성하는 네트워크 커플러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 두개의 1차 코일(4,13,21,32)(5,14,22,33)이 동일한 재료로 구성되고 동일한 단면, 길이 및 권수(number of turns)를 가지는 네트워크 커플러.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 코일(5,15,25,34,35)은 상기 1차 코일(4,13,21,32)(5,14,22,33)보다 더 높은 권수를 갖는 네트워크 커플러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코일(4,13,21,32)(5,14,22,33)은 n=1의 권수를 갖는 네트워크 커플러.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코일이 바람직하게 상기 코어(24)를 통하여 십자형(cross-wise)으로되는 금속 스트립(a metal strips:21,22)으로서 형성되는 네트워크 커플러.
  8. 제 1 항에 있어서,
    2층 플레이트(a two-layer plate:31)를 갖는 인쇄 배선상에는 도체 트랙(conductor tracks)으로서 상기 두개의 1차 코일(32,33) 및 상기 2차 코일(34,35)이 인쇄되는 네트워크 커플러.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 네트워크 커플러를가진 네트워크 유저 장치에 있어서,
    상기 네트워크의 상기 네트워크 유저 장치에 의해 전송된 또는 수신된 상기 데이터는 상기 네트워크 커플러에 의해 상기 두 네트워크 라인(1,2)내로 또는 부터 접속되며, 상기 네트워크 유저 장치의 에너지 공급은 상기 네트워크 커플러에 의해 상기 두 네트워크 라인(1,2)으로부터 접속되고 상기 전원 공급 포인트(3,23,36)에서 이용가능하게 되는 에너지에 의해 수행되는 네트워크 커플러를 가진 네트워크 유저 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 네트워크 유저 장치는 차량의 센서(a sensor), 액츄에이터(an actuator) 또는 제어 장치(a control device of a vehicle)인 네트워크 유저 장치.
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