KR20010080169A

KR20010080169A - 다중 모드 ｉ／ｏ 시그널링 회로

Info

Publication number: KR20010080169A
Application number: KR1020017004738A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 엠. 만스필드
Original assignee: 제프리 디. 웨어; 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2001-08-22
Also published as: KR100514548B1; DE69901403T2; EP1121674A1; CN1133137C; CN1323431A; HK1041085A1; PL348116A1; AU6239799A; DE69901403D1; RU2220455C2; EP1121674B1; US6351691B1; WO2000022592A1; CA2344936C; JP2002527838A; ID28895A; BR9914369A; AR020659A1; CA2344936A1; BRPI9914369B1

Abstract

본 발명은 I/O 시그널링 회로(250)는 복수의 모드 중 하나에서 동작하도록 구성될 수 있는 회로를 통해 단일 경로를 갖는 것에 관한 것이다. I/O 시그널링 회로에서 제 1 회로(251)는 전압 공급기로부터 접지로 흐르는 전류를 조정한다. 제 2 회로(252)는 제 2 프로세싱 장치를 통해 고 전위 단자와 저 전위 단자 사이의 전압을 조정한다. 프로세서는 적절한 모드를 결정하며, 여기서 회로는 동작하여 회로를 구성하기 위한 제 1 및 제 2 회로를 조정하기 위한 신호를 발생시킨다.

Description

다중 모드 Ｉ／Ｏ 시그널링 회로{A MULTIMODE I/O SIGNALING CIRCUIT}

U.S. Patent No.4,491,025 issued to J.E. Smith, et al. of January 1, 1985 and Re.31,450 to J.E. Smith of February 11, 1982 에 개시된 바와 같이 파이프라인을 통해 흐르는 질량 흐름 및 물질의 다른 정보를 측정하기 위해 코리올리 효과 질량 유량계가 사용되는 것이 공지되었다. 이러한 유량계는 하나 이상의 곡선 구조의 흐름관을 갖는다. 코리올리 질량 유량계에서 각 흐름관 구조는 고유 진동 모드의 세트를 가지며, 이는 단순한 구부러짐, 비틀림, 방사형 또는 결합된 타입일 수 있다. 각 흐름관은 이러한 고유 모드 중 하나에서 공명으로 진동하도록 구동된다. 재료 충전 시스템인 진동의 고유 진동 모드는 흐름관의 결합된 질량 및 흐름관 내의 재료에 의해 부분적으로 한정된다. 재료는 유량계의 인입구 측 상의연결된 파이프라인으로부터 유량계로 흐른다. 이어 재료는 흐름관 또는 흐름관들을 통해 흘러서 배출구 측 상에 연결된 파이프라인으로 유량계를 빠져나간다. 구동기는 흐름관에 힘을 인가한다. 이 힘은 흐름관이 진동하게 한다. 유량계를 통한 재료 흐름이 없는 경우, 흐름관을 따르는 모든 포인트 이상적인 위상으로 진동한다. 재료가 흐름관을 통해 흐르기 시작하면서, 코리올리 가속도는 흐름관을 따르는 각 포인트가 흐름관을 따르는 다른 포인트에 관하여 상이한 위상을 갖도록 한다. 흐름관의 인입구 측 상의 위상은 구동이 늦고 배출구 측 상의 위상은 구동이 앞선다. 센서는 두 포인트에서 흐름관의 움직임을 나타내는 사인파 신호를 발생시키기 위해 흐름관 상에 상이한 두 포인트에 놓인다. 센서로부터 수신된 두 신호의 위상차는 시간 단위로 계산된다.

두 센서 신호 사이의 위상차는 흐름관 또는 흐름관들을 통해 흐르는 재료의 질량 흐름율에 비례한다. 재료의 질량 흐름율은 흐름 교정 계수에의해 위상차를 곱함으로써 결정된다. 이 흐름 교정 계수는 재료의 성질 및 흐름관의 단면 특성에 의해 결정된다.

프로세서를 포함하는 전자 계량기 및 연결된 메모리는 센서 신호를 수신하여 질량 흐름율 및 흐름관을 통해 흐르는 재료의 다른 특성을 결정하는 지시를 실행한다. 전자 계량기는 코리올리 유량계 성분의 특성을 모니터링하기 위해 신호를 사용할 수 있다. 이어 전자 계량기는 이러한 정보를 제 2 프로세싱 장치에 전송할 수 있다. 전자 계량기가 유량계 동작을 수정하기 위해 제 2 장치로부터 신호를 수신하는 것이 가능하다. 논의를 위해, 제 2 프로세싱 장치는 전자 계량기로부터 신호를 수신 및/또는 전자 계량기로 신호를 전송할 수 있는 소정의 시스템이다. 제 2 장치의 실제의 기능 및 동작 본 발명의 사상의 범위 밖이다.

상이한 타입의 제 2 프로세싱 장치가 전자 장치에 연결될 수도 있다는 것이 특히 코리올리 흐름 계측 분야 및 통상적인 다른 분야에서의 문제점이다. 각각 상이한 타입의 제 2 프로세싱 장치는 몇몇 다른 모드 중 하나로 통신할 수 있다. 상이한 모드의 몇몇 예는 디지털 시그널링, 4-20 밀리암페어 아날로그 시그널링,능동 이산 시그널링, 수동 이산 시그널링, 능동 주파수 시스널링 및 수동 주파수 시그널링을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 전자 계량기계 또는 다른 분야의 전자 장치에 의해 지원되는 각 모드에 대해, 전자 장치는 적어도 하나의 단자 및 통상적으로 모드를 지원하는데 필요한 회로에 연결된 두 단자를 갖는다.

전자 장치에 의해 지원되는 각 모드를 위해 독립된 회로에 대한 필요성이 문제점이다. 만일 전자 장치가 상이한 모드를 지원하기 위해 상이한 모드에서 신호를 제공하기 위해 적용될 수 있다면, 추가의 회로는 전자 장치에 의해 지원되는 각 모드에 대해 추가되어야 한다. 각 추가의 회로는 재료 비용 및 전자 장치의 어셈블리 비용을 추가시킨다. 더욱이, 특정 모드를 위해 특정 회로가 추가되지 않으면, 특정 모드는 전자 계량기에 의해 지원될 수 없다. 회로에 의해 지원되는 모드의 수를 최대화하는 동안 I/O 회로에서 회로의 수를 줄이는 시스템을 위해 통상적으로 입출력 시그널링 기술에서 그리고 특히 코리올리 유량계 기술에서 부족한 점이 있다.

본 발명은 제 1과 제 2 장치 사이의 I/O 신호를 제공하기 위해 사용되는 회로에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 회로를 통해 하나의 경로를 사용하는 다중 모드 중 하나에서 동작을 위해 구성될 수 있는 회로에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 상이한 모드에서 동작하는 다른 제 2의 장치를 지원하기 위한 전자 계량기(meter electronics)에 요구되는 단자의 수를 최소화 하는 코리올리 질량 유량계의 전자 계량기에서의 I/O 회로에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 코리올리 유량계를 나타낸 도면이다.

도 2는 코리올리 유량계에서 전자 계량기를 나타낸 블록 선도이다.

도 3은 본 발명의 I/O 시그널링 회로를 나타낸 블록 선도이다.

도 4는 선택된 모드에서 동작하기 위한 I/O 시그널링 회로를 구성하는 프로세스를 나타낸 흐름도이다.

제 2 장치로의 신호의 전송 및/또는 그로부터 신호를 수신하기 위해 회로를 통해 단일 경로를 사용 동안 복수의 모드로 동작할 수 있는 I/O 시그널링 회로의 설비를 통해 전술한 문제 및 다른 문제가 해결되고 기술 분야에서 진보가 달성된다. 이는 장치내의 각 I/O 회로가 제 1과 제 2 장치 사이에서 I/O 시그널링을 제공하는데 필요한 회로의 수를 감소시키는 복수의 모드 중 소정의 하나에서 동작하도록 한다.

회로를 통해 단일 경로를 사용하는 동안 복수의 모드에서 동작할 수 있는 I/O 시그널링 회로는 이하와 같은 방법으로 동작한다. 파워 공급기가 양의 출력 단자에 연결된다. 트랜지스터 같은 가변 임피던스 장치가 양의 단자와 음의 단자 사이의 회로에 연결된다. 제 2 가변 임피던스 장치는 음의 단자를 고정된 저항에 연결시킨다. 이어 고정된 저항은 접지에 연결된다.

제 1 가변 임피던스 장치는 양 및 음의 단자 사이에서 전압을 제어하기 위해 I/O 회로 내부의 양 및 음의 단자 사이에서 회로를 완전하게 하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 제 2 가변 임피던스 장치는 파워 공급기로부터 접지로 전류의 흐름을 제어한다. 두 가변 임피던스 장치는 특정 모드에서 동작하도록 I/O 시그널링 회로를 구성하기 위해 이하의 방법으로 제어된다. 제어기는 신호가 전송되고 회로를 구성하는 신호를 발생시키는 모드를 결정하는 지시를 실행한다.

제어기는 제 1 가변 임피던스 장치로 인가되는 제 1 신호를 발생시킨다. 제 1 신호는 제 1 가변 임피던스 장치가 회로를 연결 또는 차단하도록 하며, 이 회로는 교대로 양의 단자로부터 음의 단자로 제 2 장치를 통해 흐르는 전류를 교대로제어한다. 실시예에서, 제 1 신호는 p-채널 MOSFET을 개방 또는 폐쇄하는 디지털 신호이다. 제 2 신호는 또한 제어기에 의해 발생된다. 제 2 신호는 제 2 가변 임피던스에 인가된다. 제 2 신호는 제 2 가변 임피던스 장치가 제 2 가변 임피던스 장치를 통해 접지로 흐르는 전류의 양을 변화시키게 한다. 전류가 접지로 흐름에 따라, 제 2 가변 임피던스에 연결된 저항은 연산 증폭기(Op-Amp)에 인가되며 아날로그 대 디지털(A/D) 컨버터에 사용가능한 전압을 발생시킨다. 이어 연산 증폭기는 파워 공급기로부터 저항으로 흐르는 전류를 제어하기 위해 제 2 가변 임피던스 장치에 인가된다. 제 1 및 제 2 신호는 이하에서 설명될 것처럼 소정의 모드에서 신호를 전송 또는 수신하기 위해 제어기에 의해 변화된다.

본 발명은 고전위 단자 및 저전위 단자가 부하에 연결된 파워를 수신하는 파워 수신 회로를 갖는 복수의 모드 중 하나에서 동작 가능한 집적된 I/O 시그널링 회로에 관한 것이다. 본 발명의 일특징은 I/O 시그널링 회로를 통해 파워 수신 회로를 고전위 단자에 연결시키는 구성 회로 및 구성 회로를 통해 단일 경로로 고전위 단자 및 저전위 단자에 전류를 제공하는 저전위 단자이며, 여기서 구성 회로는 입력을 수신하는 구성 회로에 대해 반응하는 복수의 모드 중 하나에서 전류를 제공하는 단일 경로를 구성한다.

본 발명의 다른 특징은 구성 회로가 수신 회로와 접지 사이에 흐르는 전류를 제어하기 위한 전류 흐름 제어 회로 및 고전위 단자와 저전위 단자 사이의 전압을 제어하기 위한 전압 제어 회로를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 전류 흐름 제어 회로가 제 1 저항을 포함하는 것이며, 제 1 저항은 저전위 단자 및 제 1 저항의 입력에 연결된다.

본 발명의 또다른 특징은 전류 흐름 제어 회로가 또한 제 1 저항 입력단에 근접한 픽오프(pick-off) 및 연산 증폭기를 포함하는 것이며, 연산 증폭기는 프로세서로부터 아날로그 제어 신호 및 픽오프로부터 전압을 수신하며 제 1 저항을 통한 전류 흐름을 제어하는 제 1 저항의 게이트에 인가되는 제어 전압을 발생시킨다.

본 발명의 또다른 특징은 전류 흐름 제어 회로가 픽오프에 연결된 제 1 모니터닝 경로를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 전압 제어 회로가 고전위 단자와 저전위 단자 사이에 연결된 제 2 저항을 포함하는 것이며, 제 2 저항은 디지털 입력을 수신하며 고전위 단자와 저전위 단자 사이의 회로 경로를 설정한다.

본 발명의 또다른 특징은 전압 제어 회로가 또한 파워 수신 회로와 제 2 트랜지스터 및 양의 레일을 바이어싱시키기 위한 제 2 트랜지스터의 게이트 사이에 연결된 제 1 바이어싱 저항을 포함한다.

본 발명의 또다른 특징은 전압 제어 회로가 또한 프로세서로부터 입력 신호를 수신하는 제 2 바이어싱 저항을 포함하며 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결된 출력을 갖는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 제 2 트랜지스터가 드레인 트랜지스터에 대해 소오스이며 파워 수신 회로는 제 2 트랜지스터의 출력과 저전위 단자 사이에 연결된 퓨즈를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 파워 수신 회로가 파워 공급기가 오프된 경우 파워수신 회로에 연결된 낮은 임피던스 파워 공급기로 전류가 흐르는 것을 방지하는 다이로드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 4-20 밀리암페어 출력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 4-20 밀리암페어 입력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 능동 이산 출력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 수동 이산 출력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 능동 주파수 출력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 수동 주파수 출력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 디지털 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 능동 입력 이산 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 수동 이산 입력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 수동 주파수 입력 모드를 포함하는것이다.

본 발명의 또다른 특징은 복수의 모드가 능동 주파수 입력 모드를 포함하는 것이다.

본 발명의 또다른 특징은 집적된 I/O 시그널링 회로가 코리올리 질량 유량계의 전자 계량기 내에 통합된다는 것이다.

상기한 특징 및 본 발명의 다른 장점은 상세한 설명 및 도면을 통해 명백해 질 것이다.

코리올리 유량계-도 1

도 1은 유량계 어셈블리(10) 및 전자 계량기(20)를 포함하는 코리올리 유량계(5)를 나타낸다. 전자 계량기(20)는 경로(26)를 통해서 밀도, 질량 흐름율, 체적 흐름율, 총합된 질량 흐름 및 다른 정보를 제공하기 위한 리드선을 거쳐 유량계 어셈블리에 연결된다. 본 발명이 구동기의 수 또는 픽오프 센서의 수에 무관하게 코리올리 유량계의 소정의 타입에 의해 사용될 수 있다는 것이 당업자에 명백하다.

유량계 어셈블리(10)는 한 쌍의 플랜지(101 및 101'), 분기관(102) 및 흐름관(103A 및 103B)을 포함한다. 구동기(104) 및 픽오프 센서(105 및 105')가 흐름관(103A 및 103B)에 연결된다. 브레이스 바(106 및. 106')는 각 흐름관(103A 및 103B)이 진동하는 축(W 및 W')을 한정하기 위해 작용한다.

유량계 어셈블리(10)가 측정된 재료를 운반하는 파이프 시스템(미도시) 내로 삽입된 경우, 재료는 플랜지(101)을 통해 유량계 어셈블리(10)로 유입되고, 분기관(102)을 통과하여 흐름관(103A 및 103B) 바로 유입되며, 흐름관(103A 및 103B)을 통과하여 다시 분기관으로 돌아와서 플랜지(101')을 통해 유량계 어셈블리(10)를 빠져나간다.

흐름관(103A 및 103B)은 실질적으로 동일한 질량 분배, 내부 모멘트 및 각각의 벤딩 축(W-W 및 W'-W') 주위에 탄성 모듈을 갖도록 선택되어 적절하게 분기관(102)에 장착된다. 흐름관은 평행하게 분기관으로부터 외부로 연장한다.

흐름관(103A-B)은 각각의 벤딩 축(W 및 W')에 대해 그리고 유량계의 벤딩 폴드로부터 처음에는 반대 방향으로 구동기(104)에 의해 구동된다. 구동기(104)는 흐름관(103A)에 장착된 자석 및 흐름관(103B)에 장착된 반대 코일(opposing coil)같은 많은 공지된 장치중 하나를 포함할 수도 있다. 적절한 구동 신호는 리드선(110)을 통해 구동기(104)로 전자 계량기에 의해 제공된다. 도 1의 설명은 단지 코리올리 유량계의 동작 예로서 제공되며 본 발명의 사상을 한정하지 않는다.

전자 계측기(20)는 각각 리드선(111 및 111')에 나타나는 좌우 속도 신호를 수신한다. 전자 계측기(20)는 구동기(104)가 흐름관(130A 및 103B)을 진동시키도록 하는 리드선 상에 구동 신호를 발생시킨다. 설명되었듯이 본 발명은 다중 구동으로부터 다중 구동 신호를 발생시킨다. 전자 계측기(20)는 질량 흐름율을 계산하기 위해 좌우 속도 신호를 처리하며 본 발명의 검증 시스템을 제공한다. 경로(26)는 전자 계량기(20)가 연산자와 상호 작용하도록 하는 입출력 수단을 제공한다.

전자 계량기(20)-도 2

도 2는 본 발명과 관련한 프로세스를 실행하는 전자 계량기(20)의 실시예의 요소를 나타내는 블록 선도이다. 도시된 전자 계량기(20)의 요소가 단지 실예를 들기 위한 것임을 기술분야의 당업자는 알 것이다. 본 발명과 관련하여 다른 타입의 프로세서 및 전자 장치가 사용될 수 있다. 프로세서(201)는 경로(221)를 통해 ROM(220)으로부터 재료의 질량 흐름율, 재료의 체적 흐름율 및 재료의 밀도(그러나 이에 한정되지 않음)를 계산하는 것을 포함하여 유량계의 다양한 기능을 수행하기 위해 지시를 판독한다. 데이터 및 다양한 기능을 실행하기 위한 지시는 RAM(230)에 저장된다. 프로세서(201)는 경로(231)를 통해 RAM 메모리(230)에서 판독 및 기록을 실행한다.

경로(111 및 111')는 유량계 어셈블리(10)로부터의 좌우 속도를 전자 유량계(20)로 전달한다. 속도 신호는 전자 유량계(20) 내의 아날로그 대 디지털(A/D) 컨버터(203)에 의해 수신된다. A/D 컨버터(203)는 좌우 속도 신호를 프로세서(201)에 의해 사용가능한 디지털 신호로 변환하며 디지털 신호를 경로(213)를 통해 I/O 버스(210)로 전송한다. 디지털 신호는 I/O 버스(210)를 통해 신호를 디지털 대 아날로그(D/A) 컨버터(202)로 제공하는 경로(212)로 전송된다. D/A 컨버터로부터의 아날로그 신호(202)는 경로(110)를 통해 구동기(104)로 전송된다.

경로(26)는 전자 계량기(20) 및 제 2 프로세싱 장치(260)가 통신하도록 하는 신호를 제 2 프로세싱 장치(260)로 운반한다. 경로(26)는 I/O 시그널링 회로프로세서(201))의 양 전위 단자(253) 및 음 전위 단자(254)에 연결된 경로(261 및 262)를 포함한다. I/O 시그널링 회로프로세서(201))는 전자 계량기(20)에서 I/O 신호를 제공하는 회로이다. 기술 분야의 당업자는 전자 계량기(20)가 하나 이상의 I/O 시그널링 회로를 가질 수도 있다는 것을 알 것이다. 그러나, 단지 하나의 I/O 회로(250)만 간략화를 위해 도시되었다. 더욱이, 당업자는 I/O 시그널링 회로(250)의 기능 및 회로가 I/O 시그널링 회로(250)의 기능을 제공할 수 있는 소정의 회로 조합에 의해 제공될 수 있다는 것을 알 것이다.

I/O 시그널링 회로(250)는 신호를 수신하여 경로(214)를 통해 I/O 버스(210)로 신호를 전송한다. 전자 시그널링 기술 분야의 당업자는 I/O 시그널링 회로(250)가 I/O 시그널링을 필요로하는 다른 장치에 사용될 수 있으며 코리올리 전자 유량계(20)에 한정되지 않음을 알것이다. 경로(214)는 파워 공급기(240), 제 1 데이터 경로(241) 및 제 2 데이터 경로(242)를 포함한다. 기술 분야의 당업자는 제 1 및 제 2 데이터 경로(241 및 242)가 데이터를 회로(250)로 운반하거나 동일한 라인을 통해 복합 신호를 운반하는 버스(214)에서의 복수의 라인일 수 있다는 것을 알 것이다. 파워 공급기 경로(240)는 전류 흐름 제어 회로(251) 및 회로(250)의 전압 제어 회로(252)에 의해 양 전위 단자(253)로 연결된다. 음 전위 단자(254)는제 2 프로세싱 장치(260)로부터 회로(250)로 전류 흐름을 역전환하기 위해 전류 흐름 회로(251) 및 전압 제어 회로(252)에 연결된다.

전류 흐름 제어 회로(251)는 I/O 시그널링 회로(250)를 통해 접지로 전류의 흐름을 제어하는 회로이다. 입력(241)은 전류 흐름 제어 회로(251)에 의해 수신되며 접지로 흐르는 전류의 양이 조정되게 한다. 전압 제어 회로(252)는 제 2 입력(242)을 수신하여 수신된 신호에 응답하여 제 2 프로세싱 장치(260)에 인가되는 전압을 조정한다.

I/O 시그널링 회로(250)는 회로(250)가 단일 경로를 통해 회로(250)를 거쳐 흐르는 전류를 갖는 시스템에 의해 지원되는 다중 모드 중 하나에서 I/O 시그널을 제공하기 위해 이하의 방법에서 구성될 수 있다는 점에서 종래 기술의 다른 I/O 회로와 구별된다. 이는 회로(250)을 제작하는데 필요한 요소의 수를 차례로 줄이는 I/O 시그널링 회로(250)를 통해 회로 경로의 수를 줄인다. I/O 시그널링 회로(250)의 구성은 소정의 모드에서 동작을 위해 I/O 시그널링 회로(250)를 구성하기 위해 적절한 신호를 발생 및 전송하는 지시를 실행하는 프로세서(201)에 의해 수행된다. 실시예의 이하의 설명은 I/O 신호가 회로(250)를 통해 한 경로를 사용하는 것에 대해 특정 모드에서 수행하기 위하여 어떻게 구성되는 지를 설명한다.

I/O 시그널링 회로(250)-도 3

도 3은 I/O 회로(250)의 실시예를 도시한다. 당업자는 동일한 결과를 얻기 위해 사용될 수 있는 다른 가능한 회로 구성이 있음을 알 것이다. I/O 시그널링 회로(250)는 파워 공급기로부터 경로(300)를 통해 파워를 수신한다. 이 실시예에서, 파워 공급기는 단극성 파워 공급기이다.

경로(300)는 파워 공급기가 오프인 경우 파워 공급기로 전류가 흐르는 것을 방지하는 다이오드(301)를 통과한다. 다이오드(301)는 모토로라 사에 의해 생산되는 다이오드(IN4001) 같은 통상적인 다이오드이다. 이어 경로(300)은 가장 높은 양 전위 단자(253)를 가진 단자에 연결된다. 제 2 단자는 가장 낮은 음 전위 단자(254)에 연결된다. 양 전위 단자(253) 및 음 전위 단자(254)는 I/O 시그널링 회로(250)로부터 제 2 프로세싱 장치(260)를 통해 전류가 흘러서 다시 회로(250)로 귀환하도록 제 2 프로세싱 장치(260)에 연결된다. 당업자는 반대 방향으로 흐를 수 있다는 것을 알 것이다.

제 1 가변 임피던스 장치(310)는 I/O 회로 250 내의 양 전위 단자(253)와 음 전위 단자(254) 사이에 연결된다. 이러한 실시예에서, 제 1 가변 임피던스 장치는 모토로라 사에서 생산되는 트랜지스터(4P06) 같은 p-채널 MOSFET이다.

제 1 가변 임피던스(301)는 경로(309)를 거쳐 경로(300)에 연결되며 경로(311)를 거쳐 열 보호 소자(312)에 연결된다. 열 보호 소자(312)는 이하에서 설명될 과전류로부터 회로를 보호한다. 열 보호 소자는 Raychem에 의해 생산되는 부품 번호 SMD050 같은 자동 리세팅 가능한 퓨즈이다. 열 보호 소자(312)의 출력은 경로(313)에 연결된다.

이 실시예에서, 전압 제어 회로(252)는 제 1 가변 임피던스 장치(310)에 의해 제공된다. 디지털 신호는 가변 임피던스 장치(310)를 개방 및 폐쇄하기 위해 경로(330)를 통해 프로세서(201)에 의해 제공된다. 저항(305)은 경로(300)과경로(330) 사이에 연결된다. 경로(330)는 저항(325)을 통과한다. 저항(305 및 325)는 경로(300)로부터 가변 임피던스 장치를 바이어싱한다. 저항(305 및 325)는 ten Kohm metal film 같은 통상적인 저항이다. 본 발명에서 많은 상이한 강도의 저항을 사용하는 것이 가능하다.

음 전위 단자(254)는 또한 경로(335)를 통해 비교기(340)에 연결된다. 비교기(340)는 단자(253)에 대하여 단자(254)에 존재하는 전압 레벨을 감지한다. 경로(335)는 비교기를 통과하여 신호를 경로(391)를 통해 I/O 버스(210)로 운반하고 프로세서(201)로 전송한다. 제 2 가변 임피던스 장치(345)는 음 전위 단자(254)로부터 되돌아오는 경로(335)에 연결된다. 이러한 실시예에서, 제 2 가변 임피던스 장치(345)는 n-채널 MOSFET 트랜지스터이다. 저항(350)은 경로(349)를 통해 제 2 가변 임피던스와 접지 사이에 연결된다.

픽오프 경로(355)는 저항(350) 양단에 걸리는 전압을 Op-Amp(360)에 공급한다. 픽오프 경로(355)는 또한 저항(350) 양단에 걸리는 전압을 모니터(미도시)에 공급한다. 모니터(미도시)는 경로(355)를 통해 수신된 전압을 프로세서(201)에 의해 판독될 수 있는 디지털 신호로 변환시키는 아날로그 대 디지털 컨버터이다. 이어 디지털 신호는 I/O 버스(210)를 통해 프로세서(201)로 전송된다.

Op-Amp(360)는 경로(362)를 통해 프로세서로부터 아날로그 제어 신호 및 경로(355)를 통해 저항(350) 양단에 걸리는 전압을 수신한다. Op-Amp(360)는 저항(350)으로부터의 전압을 갖는 수신된 신호를 비교하여 경로(361)를 통해 제 2 임피던스 장치(345)에 인가되는 제어 전압을 발생시킨다. 제어 전압은 제 2 임피던스 장치(345)를 통해 접지로 흐르는 전류의 양을 제어한다.

제 2 가변 임피던스 장치(345) 및 부착된 회로는 도 2의 전류 흐름 제어 회로(251)이다. Op-Amp(60)에 인가된 아날로그 신호는 제 2 가변 임피던스 장치(345)에 인가될 수 있는 전압으로 변환된다. 이어 제 1 및 제 2 가변 임피던스 장치(310 및 345)는 하나의 선택된 모드에서 동작하기 위해 프로세서로부터 신호에 의해 조정된다.

I/O 시그널링 회로(250)는 상기한 회로에 이하의 신호를 제공함으로써 이하의 모드에서 구성된다. 이하의 예는 I/O 회로(250)를 한정하려는 것은 아니다. 이하에 주어진 실예의 모드와 다른 모드에서 동작하기 위해 프로세서(201)를 프로그래밍하는 것은 당업자에게 남겨둔다.

I/O 시그널링 회로(250)가 제공하기 위해 구성될 수 있는 제 1 모드는 아날로그 4-20 밀리암페어 출력이다. 4-20 밀리암페어 출력을 제공하기 위해, 프로세서(201)는 제 1 가변 임피던스 장치(310)가 개방을 유지하게 하는 제 1 가변 임피던스 장치(310)에 신호를 인가하지 않는다. 프로세서(201)는 스케일링된 선형 가변 전압을 Op-Amp로 인가하며, 이는 파워 공급기로부터 접지로 흐르는 전류를 조정하는 제 2 가변 임피던스에 인가되는 제어 전압을 발생시킨다. 신호의 강도는 데이터를 제 2 프로세싱 장치(260)를 통해 흐르는 전류로 엔코딩하기 위해 조정된다. 이는 프로세서(201)가 제 2 프로세싱 장치(260)를 통해 양 전위 단자(253)로부터 음 전위 단자(254)로 흐르는 전류를 변화시키게 한다. 이어 제 2 프로세싱 장치(260)는 전송된 데이터를 결정하기 위해 인가된 전류를 판독할 수 있다.

I/O 시그널링 시스템은 또한 4-20 밀리암페어 입력으로 사용될 수 있다. 4-20 밀리암페어 입력으로 동작하도록 회로(250)를 구성하기 위해, 프로세서(201)는 신호를 제 1 가변 임피던스 장치(310)로 인가하지 않는다. 신호의 결핍은 제 1 가변 임피던스 장치가 개방을 유지하게 한다. 프로세서(250)는 일정한 최대 전압 신호를 Op-Amp(340)로 인가하며, Op-Amp는 일정 제어 전압이 생성되어 제 2 가변 임피던스 장치(345)에 인가되도록 한다. 이는 전류 흐름이 250에 의해 제한되게 하지만, 제 2 프로세싱 장치에 의해 제어된다. 프로세서(250)는 음 전위 단자(254)로부터 경로(335)를 통해 전류 흐름을 수신하며 수신된 전류 흐름은 제 2 프로세싱 장치(260)로부터의 데이터를 포함한다.

이산 데이터는 디지털 상태를 나타내기 위한 메커니즘이다. 이산 값은 디지털 형식의 0 또는 1이며, 제 2 프로세싱 장치(260)를 통해 단자(253 및 254) 양단에 걸리는 전압으로 나타난다. I/O 시그널링 회로(250)는 이산 데이터를 엔코딩하기 위해 사용될 수 있다. 능동 이산 입력 모드를 제공하기 위해, 프로세서(201)은 일정한 최대 전압을 차례로 제 2 가변 임피던스 장치(345)를 통해 일정 제어 전압을 발생시키는 Op-Amp로 제공한다. 이어 이산 값은 제 1 가변 임피던스 장치(310)로 신호를 어서팅(assert) 또는 디어서팅(de-assert)함으로써 인가된다. 이 신호는 제 1 가변 임피던스 장치(310)가 개방 또는 폐쇄되게 하여 양 전위 단자(253)와 제 2 프로세싱 장치(260)에 제공되는 음 전위 단자(254) 사이의 전압을 변화시킨다. 전압은 전송된 데이터를 나타낸다. I/O 시그널링(250)은 제 2 가변 임피던스 장치(345)에 대한 일정 제어 전압을 발생시키기 위해 최대 전압 신호를 인가함으로써 데이터를 수신하기 위한 능동 이산 입력 모드에서의 동작으로 구성될 수 있다. 이어 데이터는 비교기(340)에 의해 경로(355)를 통하여 검출된 전압에 의해 검출된다.

수동 이산 출력 모드에서, 프로세서(201)는 0 V를 Op-Amp로 인가하며, 이는 전류가 접지로 흐르는 것을 방지하는 제어 전압을 발생시킨다. 데이터는 제 1 가변 임피던스 장치(310)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 제 1 가변 임피던스 장치(310)로 인가된 신호를 어서팅 또는 디어서팅함으로써 엔코딩된다. I/O 시그널링 회로(250)은는 2 가변 임피던스 장치(345)를 위해 일정 제어 전압을 발생시키는 Op-Amp로 0 볼트 신호를 인가하는 프로세서(201)에 의해 데이터를 수신하기 위한 수동 이산 입력 모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 이어 데이터는 경로(335)를 거쳐 Op-Amp를 통해 수신된 전류에 대해 검출된다.

I/O 시그널링 회로(250)는 능동 및 수동 주파수 입력 및 출력 모드로 동작하기 위해 구성될 수 있다. 주파수 모드에서, 데이터는 엔코딩된 아날로그 값이다. 프로세서(201)는 이하의 방법으로 능동 주파수 출력 모드로 동작하기 위해 I/O 회로(250)를 구성한다. 프로세서(201)는 제 2 가변 임피던스 장치(345)로 최대 전압을 인가한다. 제 2 프로세싱 장치(260)를 위해 데이터를 엔코딩하기 위해, 프로세서(201)는 제 1 가변 임피던스 장치(310)로 주파수 신호를 인가하며, 이는 제 2 프로세싱 장치(260) 양단의 전압을 변화시킨다. I/O 시그널링 회로(250)는 제 2 가변 임피던스 장치(345)를 위해 일정한 제어 전압을 발생시키기 위해 Op-Amp(360)로 최대 전압 신호를 인가함으로써 데이터를 수신하기 위하여 능동 주파수 입력 모드로 동작하기 위해 구성될 수 있다. 이어 데이터는 경로(335)를 거쳐 비교기(340)를 통해 수신된 전류에 대해 검출된다.

프로세서(201)는 또한 수동 주파수 출력 모드로 동작하기 위해 I/O 회로(250)를 구성할 수 있다. 프로세서(201)는 0 볼트 신호를 제 2 가변 임피던스 장치(345)로 인가한다. 데이터를 제 2 프로세싱 장치(260)로 인가된 전류로 엔코딩하기 위해, 프로세서(201)는 제 1 가변 인피던스 장치(310)로 주파수 신호를 인가한다. I/O 시그널링 회로(250)는 제 2 가변 임피던스 장치(345)를 위해 일정한 제어 전압을 발생시키기 위해 0 볼트 전압 신호를 Op-Amp(360)로 인가함으로써 데이터를 수신하기 위하여 수동 주파수 입력 모드로 동작하기 위해 구성될 수도 있다. 이어 데이터는 경로(335)를 거쳐 Op-Amp(340)을 통해 수신된 전류에 대해 검출된다.

I/O 시그널링 회로(250)는 또한 디지털 데이터를 전송 및 수신하기 위해 구성될 수도 있다. 이러한 디지털 프로토콜은 Bell(202) 디지털 통신 프로토콜이다. 디지털 모드로 동작하기 위한 I/O 시그널링 회로를 구성하기 위해, 프로세서(201)는 제 1 임피던스 장치(310)가 양 전위 단자(253)와 음 전위 단자(254) 사이에 회로를 갖추는 것을 방지하기 위해 제 1 가변 임피던스 장치(310)로 신호를 인가하지 않는다. 스케일링된 선형 가변 신호는 신호에 대해 겹쳐진 1200Hz/2200Hz 데이터를 갖는 Op-Amp(345)에 인가된다. 전송 데이터는 경로(335)를 거쳐 비교기(340)를 통해 수신된다.

I/O 회로를 구성하기 위한 방법-도 4

도 4는 I/O 시그널링 회로(250)를 구성하기 위한 프로세스에서 프로세서(201)에 의한 동작 단계를 나타낸다. 프로세스(400)는 어떤 모델의 I/O 시그널링 회로가 지원되는 지를 결정함으로써 단계(401)에서 시작한다. 단계(402)에서 회로를 구성하기 위해 필요한 신호는 I/O 시그널링 회로(250)에 인가된다. 단계(402)에서 회로를 구성하기 위해 필요한 신호는 I/O 시그널링 회로(250)에 인가된다. 단계(403)에서, 프로세서(201)는 지원될 모드가 입력 모드인지 또는 출력 모드인지를 결정한다. 만일 지원될 모드가 입력 모드이면, 프로세서(201)는 단계(402)에서 I/O 시그널링 회로(250)로부터 전위 신호를 판독한다. 단계(402)는 회로(250)의 모드가 프로세서(201)에 의해 변화될 때까지 반복된다. 만일 지원될 시그널링 모드가 입력 모드인 경우, 단계(410-412)가 실행된다. 단계(410)에서, 프로세서(201)는 출력될 데이터를 수신한다. 엔코딩된 신호 데이터는 단계(411)에서 발생되며 단계(412)에서 I/O 신호 회로(250)에 인가된다. 단계(410-412)는 회로(250)가 다른 모드로 동작하기 위해 구성될 때까지 반복된다.

상기한 내용은 복수의 모드 중 하나로 동작하기 위해 구성될 수 있는 회로를 통해 단일 경로를 갖는 I/O 시그널링 회로에 대한 설명이다. 기술 분야의 당업자는 이하의 청구항에서 설명될 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 택일적으로 I/O 시그널링 회로를 설계할 수 있다.

Claims

파워를 수신하는 파워 수신 회로(300), 부하에 연결한 고 전위 단자(253) 및 부하에 연결한 저 전위 단자(254)를 갖는, 복수의 모드 중 하나에서 동작할 수 있는 집적된 I/O 시그널링 회로(250)로서,

단일 경로를 통해 상기 고 전위 단자(253) 및 상기 저 전위 단자(254)로 전류를 공급하도록 상기 I/O 시그널링 회로(250)를 통해서 상기 파워 수신 회로를 상기 고 전위 단자(253) 및 상기 저 전위 단자(254)에 연결하는 구성 회로(251-252)를 포함하며, 상기 구성 회로는 입력을 수신하는 상기 구성 회로에 응답하여 상기 복수의 모드 중 하나에서 전류를 공급하기 위한 상기 단일 경로를 구성하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 구성 회로(254)는,

상기 파워 수신 회로와 접지 사이의 전류 흐름을 제어하기 위한 전류 흐름 제어 회로(251); 및

상기 고 전위 단자(253)와 상기 저 전위 단자(254) 사이의 전압을 제어하는 전압 제어 회로(252)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 전류 흐름 제어 회로(251)는,

제 1 저항(350); 및

상기 저 전위 단자 및 제 1 저항의 입력에 연결된 제 1 트랜지스터(345)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 3 항에 있어서, 상기 전류 흐름 제어 회로는,

상기 제 1 트랜지스터(350)의 입력에 근접한 픽오프(355); 및

상기 픽오프(355)로부터 아날로그 제어 신호(362) 및 전압(354)을 수신하여 상기 제 1 트랜지스터(345)를 통해 상기 전류 흐름을 제어하는 상기 제 1 트랜지스터의 게이트로 인가되는 제어 전압을 발생시키는 연산 증폭기(360)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 4 항에 있어서, 상기 전류 흐름 제어 회로는 상기 픽오프(355)에 연결된 제 1 모니터 경로(357)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로(252)는 상기 고 전위 단자(253)와 상기 저 전위 단자(254) 사이에 연결되며 디지털 입력을 수신하여 상기 고 전위 단자(253)와 상기 저 전위 단자(254) 사이에서 회로 경로(309)를 설정하는 제 2 트랜지스터(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 6 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로(252)는 상기 제 2 트랜지스터(310)및 양의 레일을 바이어싱하기 위해 상기 파워 수신 회로(300)와 상기 제 2 트랜지스터(310)의 게이트 사이에 연결된 제 1 바이어싱 저항(305)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 7 항에 있어서, 상기 전압 제어 회로(252)는 상기 입력 신호를 수신하며 상기 제 2 트랜지스터(310)의 게이트에 연결된 출력을 갖는 제 2 바이어싱 저항(325)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 6 항에 있어서, 상기 제 2 트랜지스터(310)는 소오스-드레인간 트랜지스터이며,

상기 파워 수신 회로는 상기 제 2 트랜지스터(310)와 상기 저 전위 단자(253) 사이에 연결된 퓨즈(312)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 파워 수신 회로는,

저임피던스 파워 공급기가 오프인 경우, 전류가 상기 파워 수신 회로(300)에 연결된 상기 저임피던스 파워 공급기로 흐르는 것을 방지하는 다이오드(301)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 4-20 밀리암페어 출력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 4-20 밀리암페어 입력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 능동 이산 출력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 수동 이산 출력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 능동 주파수 출력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 수동 주파수 출력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 디지털 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 능동 이산 입력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 수동 이산 입력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 수동 주파수 입력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 모드는 능동 주파수 입력 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 집적된 I/O 시그널링 회로(250)는 코리올리 질량 유량계(5)의 전자 계량기(20) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 집적된 I/O 시그널링 회로.
복수의 모드 중 하나에서 동작하기 위해 집적된 I/O 시그널링 회로(250)를 구성하는 방법(400)에 있어서,

고 전위 단자(253)와 저 전위 단자(254) 사이의 전압을 제어하기 위해 상기 고 전위 단자(253)와 상기 저 전위 단자(254) 사이에 연결된 제 1 저항(310)으로제 1 입력을 인가하는 단계(402);

상기 저 전위 단자(253)와 접지에 연결된 저항(353) 사이에 연결된 제 2 트랜지스터(345)의 게이트로 제 2 입력을 인가하는 단계(402)를 포함하는데, 상기 제 2 트랜지스터(345)는 파워 공급기(300)로부터 수신된 전류가 접지로 흐르는 것을 제어하며; 및

상기 제 1 및 제 2 입력을 수신하는 상기 회로에 응답하여 상기 회로에 파워를 공급하는 단계(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 23 항에 있어서,

복수의 모드 중 어느 것이 상기 집적된 I/O 시그널링 회로(250)에 의해 제공될 것인 지를 결정하는 단계(401);

제공될 상기 복수의 모드 중 하나에 대한 결정에 응답하는 프로세서를 사용하여 제 1 입력을 발생시키는 단계(411);

제공될 상기 복수의 모드 중 하나에 대한 결정에 응답하는 프로세서를 사용하여 제 2 입력을 발생시키는 단계(411); 및

상기 제 1 입력을 상기 제 1 트랜지스터로, 상기 제 2 입력을 상기 트랜지스터로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.