KR20110049839A - 펄스 폭 변조 신호 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

신호 처리기(30)가 제공된다. 신호 처리기(30)는 제1 아날로그 신호를 수신하고 상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 상기 디지털 신호는 전기 배리어를 가로질러 송신되고 스케일링된 펄스 폭 변조 신호로 변환된다. 상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호는 그 후 제2 아날로그 신호로 변환되고, 이는 신호 처리기(30)에 의해 출력된다.

Description

펄스 폭 변조 신호 처리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PULSE WIDTH MODULATION SIGNAL PROCESSING}
본 발명은 신호 처리기에 관한 것이고, 보다 구체적으로, 스케일링된 아날로그 신호를 가진 신호 처리기에 관한 것이다.
특정 전기 회로들은 서로로부터 전기적으로 절연된 전기 기기들 사이의 데이터 송신을 필요로 한다. 일 예는 전기 기기들이 버스 루프에 결합되는 경우이다. 버스 루프들은 전력에 부가하여 전기 기기들 사이에 통신을 제공하므로, 만약 전기 기기와 버스 루프 사이의 신호 인코딩 방식들이 실질적으로 동일하지 않다면 문제가 존재할 수 있다. 버스 루프들을 이용하는 전기 기기들, 예를 들어, 2선식(two-wire) 버스 루프는 전력을 수신하고, 전압 또는 전류 드로우(draw)를 제어함으로써 아날로그 신호들을 이용하여 버스 루프를 통해 통신한다. 이 제1 아날로그 신호는 그 후 디지털 신호로 변환되고, 처리되고, 다시 제2 아날로그 신호로 변환되고, 또 다른 기기 또는 호스트 시스템으로 송신된다. 이 통신 방법은 제1 신호 및 제2 신호가 동일 스케일에 기초하는 한 적절하다. 일반적으로, 2선식 버스 루프에서, 기기는 전류를 약 4-20 mA 사이에서 변경하며, 여기서 4 mA는 최소값에 해당하고 20 mA는 최대값에 해당한다. 그러나, 예를 들어, 아날로그 신호가 약 12-20 mA 사이로 제한되는 경우, 전기 기기들 중 하나가 상이한 전류 범위에서 동작하고 있다면 문제가 발생할 수 있다. 이 전류 범위를 이용하면, 12 mA는 최소값에 해당할 것이고 20 mA는 최대값에 해당할 것이다. 12-20 mA 스케일에서 동작하는 전기 기기로부터 수신된 아날로그 신호가 4-20 mA 스케일에서 동작하는 전기 기기에 보내진다면, 에러가 발생할 수 있다.
이 에러는 기기들이 서로 전기적으로 절연되는 상황들에서 악화될 수 있다. 이러한 데이터 송신이 가능한 다양한 구성들이 존재하지만, 하나의 일반적인 구성은 광 커플링된 회로들을 이용하는 것이다. 일반적으로, 광 커플링된 회로들 중 하나의 기기는 제1 아날로그 데이터 신호를 생성하고, 상기 제1 아날로그 데이터 신호는 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호는 광커플러를 이용하여 송신되는 직렬 비트 스트림 값을 포함할 수 있다.
선행 기술 광 커플링된 회로들이 갖는 한 가지 문제점은 이들이 상이한 시그널링을 이용하는 기기들을 수용하기 위해 제1 신호를 스케일링하는 이들의 능력에 있어서 제한이 있다는 것이다. 다시 말해서, 송신되는 신호는 일반적으로 제1 아날로그 신호 인코딩에 대응하며 제2 아날로그 신호 인코딩에 대응하지 않는다. 이는 제한된 상황들에서 허용가능할 수 있다; 그러나, 상이한 신호 처리를 수용하기 위하여 제1 신호를 스케일링하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기기들 중 하나가 기기 자체와 상이한 스케일에서 동작하는 버스 루프에 광 커플링되는 경우, 제1 신호를 제2 신호와 대응하도록 스케일링하는 것이 필요할 수 있다. 스케일링은, 신호가 다른 전기 기기에 대응하는 출력 아날로그 신호 인코딩을 수용하도록 변하는 신호에 대한 선형 또는 비선형 스케일링의 임의의 방식을 포함할 수 있다. 따라서, 선행기술은 기기에 이용가능한 제1 신호들을 제한하고, 따라서, 전기 기기의 능력들을 제한한다.
본 발명은 이러한 그리고 다른 문제점들을 극복하며, 제1 시그널링이 제2 시그널링과 실질적으로 매칭되지 않는 상황들에서 정확한 제2 신호를 제공하기 위하여 비트스트림의 런타임 스케일링을 수행함으로써 기술분야에서의 개선이 성취된다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 신호 처리기는:
제1 아날로그 신호를 수신하고;
상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고;
상기 디지털 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하고;
상기 디지털 신호에 기초하여 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성하고; 그리고
상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 제2 아날로그 신호로 변환하도록
구성된다.
바람직하게는, 상기 전기 배리어는 광커플러(optocoupler)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 신호 처리기는, 상기 신호 처리기(30)의 입력에 결합된 버스 기기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 신호 처리기의 출력에 결합된 버스 루프에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링하도록 더 구성된다.
바람직하게는, 상기 디지털 신호는 직렬 비트 스트림을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 신호 처리기를 이용하여 버스 루프로부터 전기적으로 절연된 버스 기기를 포함하는 버스 루프 시스템은:
상기 버스 기기에 의해 수신된 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 컨버터; 및
상기 디지털 신호를 신호 스케일러로 송신하도록 적응된 신호 송신기
를 포함하고,
상기 신호 스케일러는, 상기 디지털 신호를 스케일링된 펄스 폭 변조 신호로 변환하고 상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하도록 적응된다.
바람직하게는, 상기 신호 송신기는 상기 버스 기기를 상기 버스 루프로부터 전기적으로 절연시키도록 적응된 광커플러를 포함한다.
바람직하게는, 제1 아날로그 신호 인코딩은 제2 아날로그 신호 인코딩과 상이하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 신호 처리기는:
제1 아날로그 신호를 수신하고;
상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고;
상기 디지털 신호에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고;
상기 펄스 폭 변조 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하고; 그리고
상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하도록
구성된다.
바람직하게는, 신호 처리기는, 상기 신호 처리기의 입력에 결합된 버스 기기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 신호 처리기의 출력에 결합된 버스 루프에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하여 상기 디지털 신호를 스케일링하도록 더 구성된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법은:
제1 아날로그 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하는 단계;
상기 디지털 신호에 기초하여 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계; 및
상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 디지털 신호를 송신하기 위하여 광커플러를 이용하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 스케일링된 제2 아날로그 신호는, 상기 아날로그 신호 생성기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 아날로그 신호 수신기에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법은:
제1 아날로그 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계;
상기 펄스 폭 변조 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하는 단계; 및
상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 디지털 신호를 송신하기 위하여 광커플러를 이용하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 스케일링된 제2 아날로그 신호는, 상기 아날로그 신호 생성기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 아날로그 신호 수신기에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버스 루프 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리기를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 스케일러에 의해 수행되는 알고리즘을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리기를 도시한다.
도 1 내지 도 4 및 다음의 기재는 본 발명의 최선의 실시예를 제조 및 사용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위하여 특정 예들을 설명한다. 발명의 원리들을 교시하는 목적을 위해, 일부 종래의 양상들은 간략화되거나 생략되었다. 당업자는 본 발명의 범위 내에 드는 이들 실시예들로부터의 변형들을 이해할 것이다. 당업자는 이하에 기재되는 특징들이 본 발명의 다수의 변형들을 형성하기 위해 다양한 방법들로 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 이하에 기재된 특정 예들로 제한되는 것이 아니라, 청구범위 및 이들의 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버스 루프 시스템(100)을 도시한다. 버스 루프(100)는 호스트 시스템(1), 버스 루프(4), 버스 기기(10), 및 버스 기기(10)를 버스 루프(4)에 커플링하는 신호 처리기(30)를 포함한다. 호스트 시스템(1)은 버스 루프(4)를 통해 루프 전압(VL) 및 루프 전류(IL)를 생성한다. 호스트 시스템(1)은 중앙처리유닛(CPU), 또는 버스 루프(4)를 통해 수신되는 신호들을 처리하기 위해 사용되는 일부 다른 처리 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스 루프(4)는 2선식 버스 루프(4)를 포함한다. 그러나, 버스 루프(4)는 2선식 버스 루프를 포함해야 하는 것은 아님이 이해되어야 한다.
버스 기기(10)는 유량계(flow meter)와 같은 임의의 방식의 센서 또는 계측기를 포함한다. 버스 기기(10)가 유량계를 포함하는 실시예들에서, 유량계는 코리올리(Coriolis) 유량계 또는 농도계(densitometer)와 같은 진동 유량계를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 버스 기기(10)는 센서(13) 및 버스 기기 전자장치(20)를 포함할 수 있다. 버스 기기 전자장치(20)는 임의의 방식의 CPU, 프로세싱 시스템, 또는 마이크로-프로세싱 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서(13)는 제1 아날로그 신호들을 생성하고 제1 아날로그 신호들을 버스 기기 전자장치(20)로 입력하도록 구성된다. 버스 기기 전자장치(20)는 버스 루프(4)에서 흐르는 가변 루프 전류(IL)의 형태인 제2 아날로그 신호들을 생성할 수 있다. 버스 기기(10)는 2선식 버스(4)와 함께 사용될 때 미리결정되거나 제한된 양의 전력을 인출(draw)하도록 구성될 수 있다. 버스 루프 시스템(100) 내에 형성되는 측정 통신 프로토콜 및 전력 제한들로 인하여, 버스 기기(10)는 신호 처리기(30)를 이용하여 2선식 버스 루프(4)로부터 절연될 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 처리기(30)는 본질안정(instrinsically safe; I.S.) 배리어(대시선)를 포함할 수 있다.
절연은 버스 기기(10)가 2선식 버스 루프(4) 및 호스트 시스템(1)으로부터 인출할 수 있는 전기 전력을 제한한다. 절연은 버스 기기(10)의 파국적 고장의 경우에 2선식 버스 루프(4) 및 호스트 시스템(1)에 대한 손상을 방지한다. 또한, 절연은 버스 기기(10)의 환경에서 폭발 위험을 제거하고 임의의 폭발성 또는 가연성 물질들의 점화를 방지하기 위하여, I.S. 배리어를 통해 전기 전력 전달을 제한한다.
도 2는 신호 처리기(30)의 절연 특징의 보다 구체적인 내용을 도시한다. 신호 처리기는 버스 기기(10)로부터 제1 아날로그 신호를 수신하는 것으로 도시된다. 그러나, 제1 아날로그 신호는 버스 기기(10)로부터 발신될 필요는 없고, 오히려 신호 처리기(30)는 아날로그 신호 처리가 요구되는 다른 환경들에서 이용될 수 있다. 리드들(220)을 통해 버스 기기(10)로부터 수신된 아날로그 신호는 신호들이 디지털화되는 아나로그-디지털 컨버터(240)에 의해 수신된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아날로그-디지털 컨버터(240)는 아날로그 신호를 직렬 비트 스트림으로 변환하는 델타 시그마 컨버터를 포함한다. 그러나, 다른 아날로그-디지털 컨버터들이 사용될 수 있고 특히 사용되는 아날로그-디지털 컨버터는 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 함이 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 처리기(30)는 2선식 버스 루프(4) 및 아날로그-디지털 컨버터(240) 사이에 연결되는 광커플러(115)를 포함한다. 광커플러(115)는 또한 광절연기, 광학 커플러, 또는 포토커플러로 지칭될 수도 있다. 광커플러(115)는 호스트 시스템(1)으로부터 버스 기기(10)를 전기적으로 절연시킨다. 결과적으로, 버스 기기(10)는 2선식 버스 루프(4)를 단락(short out)시킬 수 없다. 또한, 버스 기기(10)의 파국적 고장은 호스트 시스템(1)으로부터 과도한 전류를 인출할 수 없다. 송신기 및 수신기 광 소스들(122, 123)은 레이저 송신기 및 수신기 레이저 광 소스들, LED 송신기 및 수신기 광소스들, LED 레이저 송신기 및 수신기 광 소스들 등을 포함하는, 임의 방식의 광-반응 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
송신기 광 소스(122) 및 수신기 광 소스(123)는 서로 인접하여 공동으로 형성되며, 송신기 광 소스(122)에 의해 생성되는 광은 수신기 광 소스(123)에 의해 직접 수신된다. 다른 실시예들에서, 송신기 광 소스(122) 및 수신기 광 소스(123)는 예를 들어 광섬유 케이블과 같은 일부 광학 디바이스에 의해 분리된다. 일부 실시예들에서, 상기 두 컴포넌트들은 도 2에서 도시된 단일 패키지로 형성된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 송신기 광 소스(122) 및 수신기 광 소스(123)는 별도의 컴포넌트들을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
송신기 광 소스(122)는 전기 전류를 방사된 광으로 변환하는 것을 포함하는 광-인코딩된 신호를 생성한다. 수신기 광 소스(123)는 광-인코딩된 신호를 수신하고 수신된 광을 다시 송신기 광 소스(122)에서의 원래 전기 신호와 실질적으로 동일한 전기 신호로 변환한다. 광커플러(115)는 따라서 디지털 신호를 전달하는 데 잘 적응된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 버스 기기(10)는 제1 아날로그 신호를 생성하고, 이는 아날로그-디지털 컨버터(240)로 송신된다. 아날로그-디지털 컨버터(240)는 디지털 신호를 출력한다. 디지털 신호는 송신기 광 소스(122)에 의해 수신되고 수신기 광 소스(123)로 송신된다. 수신기 광 소스(123)는 그 후 수신된 신호를 신호 스케일러(250)로 송신할 수 있다.
신호 스케일러(250)는 예를 들어 직렬 비트 스트림의 형태일 수 있는 디지털 신호들을 처리할 수 있고 디지털 신호를 스케일링된 펄스 폭 변조(PMW) 신호로 변환할 수 있다. PMW 신호는 그 후 제2 아날로그 신호로 변환될 수 있고 버스 루프(4)로 출력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 스케일러(250)는 수신기 광 소스(123)로부터의 들어오는 비트 스트림을 스케일링하도록 구성된다. 스케일링은 임의의 방식의 선형 또는 비선형 스케일링을 포함할 수 있다. 스케일링은 디지털 신호의 펄스 폭 변조 신호로의 변환 이전에 또는 변환 동안 발생할 수 있다. 다른 실시예들에서, 스케일링은 디지털 신호의 펄스 폭 변조 신호로의 변환 이후에 발생할 수 있다. 이는 신호 처리기가 버스 루프(4)에 의해 사용되는 인코딩과 상이하게 인코딩되는 제1 아날로그 신호들을 수신하고 있는 상황들에서 유용할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(30)가 유량계와 같은 12-20mA에 기초한 신호들(여기서 12mA는 0의 유량을 나타내고 20mA는 최대 유량을 나타냄)을 송신하는 버스 기기(10)에 결합되지만, 버스 루프(4)가 4-20mA 스케일(여기서 4mA는 0의 유량을 나타내고 20mA는 최대 유량을 나타냄)로 동작하고 있는 2선식 버스를 포함하는 상황이 그러하다. 비트 스트림을 스케일링 하지 않으면, 제2 아날로그 신호는 12-20mA 범위의 아날로그 신호들을 나타낼 것이다. 제2 아날로그 신호는 사실상 0의 유량이 존재할 때 시스템에서의 유량을 나타낼 것이다. 따라서, 비트 스트림을 스케일링하지 않으면, 에러는 시스템을 통하여 전파될 수 있다. 위에서 사용된 특정 값들은 단지 일 예로서 제공되고 특정 값들이 구체적 실시에 따라 변화함에 따라 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 함이 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 스케일러(250)는 들어오는 비트 스트림을 동시에 스케일링하면서 펄스 폭 변조 신호를 생성한다. 본 발명에 따른 신호 스케일러는 버스 기기(10) 및 버스 루프(4)에 의해 사용되는 신호의 인코딩에 있어서의 차에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 스케일링할 수 있다. 따라서, 신호 스케일러(250)에 의해 수행되는 스케일링은 호스트 시스템(1)에 의해 사용되는 신호 스케일을 수용하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 스케일링을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 스케일러(250)는 다양한 버스 기기들(10)을 수용하기 위하여 펄스 폭 변조 신호를 스케일링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 스케일러(250)는 비트 스트림에서 논리 '0'과 논리 '1'을 나타내는 식들에 기초하여 스케일링된 PWM 신호를 생성한다. 예시적인 식들이 이하에서 식 1 및 식 2로서 도시된다. 식들 1 및 2는 단지 예들이고 다른 식들이 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 펄스 폭 변조 신호를 생성하기 위해 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.
Figure pct00001
여기서:
Figure pct00002
그리고 여기서 상수들은:
R1 = 제1 임피던스
R2 = 제2 임피던스
Vref -1 = 제1 기준 전압
Vref -2 = 제2 기준 전압
Digoff -1 = 제1 디지털 오프셋
Digper = 주기적 오프셋
DigFB -1 = 피드백 값
I1 = 제1 전류
I2 = 제2 전류
식들 1 및 2는 식들에서 사용되는 상수들을 변화시킴으로써 조정될 수 있음이 이해되어야 한다. 상수들은 제1 및 제2 아날로그 신호 사이의 차들을 수용하도록 펄스 폭 변조 신호를 스케일링하기 위하여 변경될 수 있다. 구체적으로, 상수들은 제1 전류 및 제2 전류의 신호 인코딩 사이의 변화들을 수용하도록 변경될 수 있다. 식들은 시스템의 물리적 거동에 기초한다. 호스트 시스템(1)이 약 4-20mA 사이에서 동작하는 2선식 버스(4)에 결합되는 실시예들에서, 약 4mA의 제2 전류 I2는 0%에 대응하는 한편, 약 20mA의 제2 전류 값은 100%에 대응한다. 제1 전류 값들 I1은 제2 전류와 동일할 수 있거나, 즉 4mA-20mA이거나, 상이한 스케일, 예를 들어, 12mA-20mA일 수 있다. 따라서, 제1 스케일 및 제2 스케일이 상이한 실시예들에서, 상수 값들은 차에 대해 보상하도록 조정될 수 있고 따라서 버스 루프(4)에 의해 사용되는 아날로그 시그널링에 대응하는 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
제1 및 제2 시그널링 사이의 차들을 수용하기 위해 상수들을 조정하는 것에 부가하여, 상수들은 상이한 버스 기기들을 수용하기 위하여 조정될 수도 있다. 따라서, 비록 버스 기기(10) 및 호스트 시스템(1)이 동일한 시그널링을 이용한다 하더라도, 신호 스케일러(250)는 센서들(13) 사이의 차들에 대해 신호를 조정하도록 신호를 스케일링할 수 있다. 따라서, 동일한 신호 처리기(30)가 식들 1 및 2로의 상수 입력을 간단히 변경함으로써 다수의 환경들에서 다수의 센서들과 함께 사용될 수 있다. 상수들은 신호 처리기(30)의 내부 또는 외부 시스템에 저장되거나, 사용자/운용자에 의해 수동으로 입력되는 검색 테이블의 형태로 존재할 수 있다.
일단 신호 스케일러(250)가 비트 스트림에 기초하여 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성하면, 스케일링된 펄스 폭 변조 신호는 호스트 시스템(1)에 의해 사용되는 아날로그 시그널링에 대응하는 제2 아날로그 시그널로 변환된다. 호스트 시스템(1)은 신호의 어떠한 추가적인 스케일링도 수행하도록 요구되지 않음이 이해되어야 한다. 오히려 신호의 모든 요구되는 스케일링은 신호 스케일러(250)에 의해 이미 수행된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 스케일러(250)에 의해 수행되는 알고리즘(300)을 도시한다. 알고리즘은 비트 스트림이 광커플러(115)로부터 수신되는 단계 301에서 시작한다. 비트 스트림 값이 1과 같다면, 알고리즘은 식 1로부터의 'A' 값을 신호 스케일러(250)의 누산기(비도시)에 부가함으로써 펄스 폭 값이 계산되는 단계 302로 이동한다. 한편, 비트스트림 값이 0과 같다면, 알고리즘은 식 2로부터의 'B' 값을 누산기에 부가함으로써 펄스 폭 값이 계산되는 단계 303으로 이동한다. 따라서, 누산기는 비트 스트림에서 'A' 및 'B' 값들의 수에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 생성한다. 스케일링된 PWM 신호는 그 후 단계 404에서 출력될 수 있다. 일단 신호가 송신되면, 알고리즘은 단계 301로 복귀한다. 'A' 및 'B' 값들에 기초하여, 신호 스케일러(250)는 제1 아날로그 신호 인코딩이 아닌 제2 아날로그 신호 인코딩에 대응하는 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 신호 스케일러(250)가 펄스 폭 변조 신호를 제2 아날로그 신호로 변환할 때, 정확한 값은 제2 아날로그 신호로 표현된다. 따라서, 비록 버스 기기(10)가 12-20 mA 스케일에서 동작하고 있다 하더라도, 생성된 펄스 폭 변조 신호는 호스트 시스템(1) 및 버스 루프(4)에 의해 사용되는 4-20 mA에 대응한다. 스케일링은 버스 기기(10) 및 호스트 시스템(1) 사이의 시그널링에 있어서의 차로 인해 에러가 발생하는 것을 실질적으로 방지한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신호 처리기(30)를 도시한다. 도 4에 도시된 신호 처리기(30)는 제1 아날로그 신호를 수신하고, 아날로그 신호를 디지털 표현으로 변환하고, 디지털 신호에 기초하여 PWM 신호를 생성하고, PWM 신호를 광커플러를 통해 송신하고, PWM 신호를 PWM 디코더(442)를 이용하여 스케일링하고, 스케일링된 신호를 다시 제2 아날로그 신호로 변환하도록 구성되며, 제1 및 제2 아날로그 신호는 동일한 값을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 도 2에 도시된 컴포넌트들에 부가하여, 도 5의 신호 처리기(30)는 펄스 폭 생성기(241) 및 펄스 폭 디코더(242)를 또한 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 폭 생성기(241)는 아날로그-디지털 컨버터(240)로부터 수신된 직렬 비트 스트림에 기초하여 PWM 신호를 생성한다. PWM 신호는 그 후 광커플러(115)를 통해 송신될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 폭 디코더(242)는 수신기 광 소스(123)로부터 수신된 PWM 신호를 버스 루프(4)에 의해 이용가능한 신호로 스케일링한다. 스케일링된 PWM 신호는 그 후 제2 아날로그 신호로 변환되고 버스 루프(4)로 출력될 수 있다. 이는 PWM 신호를 생성하면서 신호를 스케일링하는 도 2에 도시된 신호 처리기와 대조된다. 따라서, 도 4의 신호 처리기(30)는 PWM 신호를 스케일링하기 위하여 펄스 폭 디코더(242)를 요함으로써 추가적인 단계를 요한다. 그러나, 도 4의 전체적인 신호 처리기(30)는 여전히 신호를 버스 루프(4)에 출력하기 전에 신호를 스케일링할 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 버스 기기(10) 및 호스트 시스템(1)는 여전히 상이한 시그널링 또는 상이한 스케일들을 이용하여 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 펄스 폭 생성기(241)는 신호를 광커플러(115)로 송신하기 전에 전술한 것처럼 PWM 신호를 스케일링한다. 따라서, 펄스 폭 디코더(242)는 신호를 버스 루프(4)로 출력하기 전에 스케일링된 PWM 신호를 제2 아날로그 신호로 변환할 필요만이 있다.
비록 전술한 기재는 신호 처리기(30)를 버스 기기(10)로부터 이격된 컴포넌트를 포함하는 것으로서 기재되었지만, 일부 실시예들에서는, 신호 처리기(30)는 버스 기기(10)의 일체화된 컴포넌트를 포함함이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스 기기 전자장치(20)는 스케일링된 PWM 신호를 생성할 수 있고 스케일링된 PWM 신호를 신호 출력 이전에 제2 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 또한, 전술한 기재가 버스 기기(10)와 조합된 신호 처리기(30)를 논의하였지만, 신호 처리기(30) 내에서 발생하는 스케일링은 임의의 입력 아날로그 신호에 동등하게 적용가능함이 이해되어야 한다. 또한, 신호 처리기(30)는 버스 루프(4)에 연결될 필요가 없다. 이러한 컴포넌트들과 관련한 본 발명의 논의는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 목적을 위한 것이고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다.
전술한 청구된 발명은 상이한 인코딩 방식들 하에서 동작할 수 있는 둘 이상의 루프 시스템들 사이에 신호를 송신할 수 있는 신호 처리 시스템(100)을 제공한다. 신호 처리 시스템(100)은 제1 아날로그 신호가 아닌 제2 아날로그 신호의 인코딩 방식에 대응하는 신호로 입력 디지털 신호를 스케일링하도록 구성된다. 따라서, 전달된 디지털 신호는 추가의 처리 없이 아날로그 신호로 다시 변환될 수 있다.
상기 실시예들의 세부적 기재들은 본 발명의 범위 내에 있도록 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들의 완벽한 기재들은 아니다. 사실, 당업자는 전술한 실시예들의 특정 요소들이 추가의 실시예들을 생성하기 위하여 다양하게 결합되거나 제거될 수 있고, 이러한 추가의 실시예들은 본 발명의 범위 및 교시 내에 든다는 것을 인식할 것이다. 전술한 실시예들은 본 발명의 범위 또는 교시 내에 드는 추가의 실시예들을 생성하기 위하여 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
따라서, 비록 본 발명의 구체적 실시예들 및 예시들이 여기에 설명 목적을 위하여 기재되었지만, 관련 기술분야의 당업자가 인식할 것처럼 다양한 등가의 수정들이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 여기에 제공된 교시들은 다른 버스 루프 전자장치에 적용될 수 있고, 위에서 기재되고 첨부 도면들에서 도시된 실시예들에만 적용되지는 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 청구범위로부터 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 제1 아날로그 신호를 수신하고;
    상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고;
    상기 디지털 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하고;
    상기 디지털 신호에 기초하여 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성하고; 그리고
    상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 제2 아날로그 신호로 변환하도록
    구성된 신호 처리기(30).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 배리어는 광커플러(optocoupler, 115)를 포함하는,
    신호 처리기(30).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리기(30)의 입력에 결합된 버스 기기(10)에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 신호 처리기(30)의 출력에 결합된 버스 루프(4)에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링하도록 더 구성되는,
    신호 처리기(30).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호는 직렬 비트 스트림을 포함하는,
    신호 처리기(30).
  5. 신호 처리기(30)를 이용하여 버스 루프(4)로부터 전기적으로 절연된 버스 기기(10)를 포함하는 버스 루프 시스템(100)으로서,
    상기 버스 기기에 의해 수신된 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 컨버터(240); 및
    상기 디지털 신호를 신호 스케일러(250)로 송신하도록 적응된 신호 송신기(115)
    를 포함하고,
    상기 신호 스케일러(250)는, 상기 디지털 신호를 스케일링된 펄스 폭 변조 신호로 변환하고 상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하도록 적응되는,
    버스 루프 시스템(100).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 송신기(115)는 상기 버스 기기(10)를 상기 버스 루프(4)로부터 전기적으로 절연시키도록 적응된 광커플러를 포함하는,
    버스 루프 시스템(100).
  7. 제 5 항에 있어서,
    제1 아날로그 신호 인코딩은 제2 아날로그 신호 인코딩과 상이한,
    버스 루프 시스템(100).
  8. 제1 아날로그 신호를 수신하고;
    상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고;
    상기 디지털 신호에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고;
    상기 펄스 폭 변조 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하고; 그리고
    상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하도록
    구성된 신호 처리기(30).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호 처리기(30)의 입력에 결합된 버스 기기(10)에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 신호 처리기(30)의 출력에 결합된 버스 루프(4)에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하여 상기 디지털 신호를 스케일링하도록 더 구성되는,
    신호 처리기(30).
  10. 신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법으로서,
    제1 아날로그 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하는 단계;
    상기 디지털 신호에 기초하여 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 스케일링된 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계
    를 포함하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 송신하기 위하여 광커플러를 이용하는 단계를 더 포함하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스케일링된 제2 아날로그 신호는, 상기 아날로그 신호 생성기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 아날로그 신호 수신기에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
  13. 신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법으로서,
    제1 아날로그 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호에 기초하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 펄스 폭 변조 신호를 전기 배리어를 가로질러 송신하는 단계; 및
    상기 펄스 폭 변조 신호를 스케일링된 제2 아날로그 신호로 변환하는 단계
    를 포함하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 송신하기 위하여 광커플러를 이용하는 단계를 더 포함하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 스케일링된 제2 아날로그 신호는, 상기 아날로그 신호 생성기에 의해 이용되는 제1 아날로그 신호 인코딩 및 상기 아날로그 신호 수신기에 의해 이용되는 제2 아날로그 신호 인코딩 사이의 차에 기초하는,
    신호들을 아날로그 신호 생성기로부터 아날로그 신호 수신기로 송신하기 위한 방법.
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