KR20120040205A

KR20120040205A - 표준 광결합기의 멀티-비트 사용

Info

Publication number: KR20120040205A
Application number: KR1020127001785A
Authority: KR
Inventors: 지안 쑤; 존 제라드 핀치
Original assignee: 리버티 하드웨어 매뉴팩처링 코포레이션
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US20100327194A1; CA2769273A1; AR077253A1; IL216219A0; BRPI1016113A2; JP2012531162A; CL2010000534A1; WO2010151371A1; EP2446558A1; CN102804645A; ZA201108182B

Abstract

본원의 단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값을 표시하는 방법은 광결합기 출력 전압의 제1범위에 응답하는 제1멀티-비트 값을 표시하는 단계와, 광결합기 출력 전압의 제2범위에 응답하는 제2멀티-비트 값을 표시하는 단계를 포함한다. 상기 제1범위는 제2범위와 다르다.

Description

표준 광결합기의 멀티-비트 사용{MULTI-BIT USE OF A STANDARD OPTOCOUPLER}

본원은 광결합기(optocouplers)에 관한 것으로서, 특히 단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값(multi-bit values)을 표시하는 방법에 관한 것이다.

광결합기는 회로소자의 전기적 절연 상태를 지키면서 짧은 광전송로(short optical transmission path)를 사용하여 회로 소자 사이의 신호를 전달하는 장치이다. 하나의 광결합기는 포토 다이오드를 포함하게 형성되며, 상기 포토 다이오드는 포토 트랜지스터를 온(ON)으로 전환하며 전류가 흐르게 하여 출력 전압(output voltage)을 발생시키는 광을 방출한다. 따라서, 상기 포토 다이오드는 포토 트랜지스터로부터 전기적 절연 상태를 유지하면서 포토 트랜지스터를 제어할 수 있다.

광결합기는 넓은 공차범위(wide tolerance ranges)를 가져서, 광결합기로의 입력 전류가 넓은 범위의 출력 전압을 발생시킬 것이다. 따라서, 데이터 전송용으로 사용된 광결합기는 단일 비트 값(예를 들면, 논리 0 은 오프(OFF), 논리 1 은 온(ON))을 패스시키는데만 사용된다. 멀티-비트 데이터의 전송은 데이터의 각 비트용 광결합기를 필요로 한다.

단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값을 표시하는 방법은 광결합기 출력 전압의 제1범위에 응답하는 제1멀티-비트 값을 표시하고, 광결합기 출력 전압의 제2범위에 응답하는 제2멀티-비트 값을 표시한다. 상기 제1범위는 제2범위와 다르다.

단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값을 표시하는 시스템은 광결합기와, 제어기, 및 AD 변환기(analog to digital converter)를 포함한다. 상기 제어기는 특정한 입력 전류를 광결합기에 주입(inject)하여 복수개의 사전 한정된 범위 중의 1개의 범위 내의 출력 전압을 발생시키는데 사용된다. 상기 AD 변환기는 광결합기에 연결되며, 복수개의 사전 한정된 범위 중의 1개의 범위 내인 광결합기의 출력 전압에 응답하는 멀티-비트 값을 표시하는데 사용된다. 복수개의 사전 한정된 범위의 각각에는 멀티-비트 값이 할당된다.

도1은 광결합기의 1예를 개략적으로 예시한 도면이다.
도2는 50% - 200%의 전류전달비(CTR: current transfer ratio)를 가진 광결합기에 대응하는 1예의 입력 전류 및 출력 전압 범위의 테이블을 개략적으로 예시한 도면이다.
도3은 50% - 200%의 전류전달비를 가진 광결합기에 대응하는 1예의 입력 전류 및 출력 전압 범위의 그래프를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 상기 내용 및 그 밖의 특징들을 이해가 용이하게 첨부된 도면을 참고로 바람직한 실시예를 통해 이하에 기술한다.

도1은 서로 전기적으로 절연된 포토 다이오드(12)와 포토 트랜지스터(14)를 포함하는 1예의 광결합기(10)를 개략적으로 나타내었다. 제어기(16)는 다이오드 전류(I_D)를 제어하며, 상기 다이오드 전류는 포토 다이오드(12)를 통해 흐르며 포토 다이오드(12)가 광을 방출하게 한다. 상기 방출된 광은 포토 트랜지스터(14)를 온으로 전환시키어 트랜지스터 전류(I_T)가 흐르게 하여, 출력 전압(V_out)을 발생시킨다. 저항기(18)(R₁)는 제어기(16)와 포토 다이오드(12)에 연결된다. 저항기(19)(R₂)는 포토 트랜지스터(14)에 연결되며, AD 변환기(20)에 연결된다. AD 변환기(20)는 아날로그 출력 전압(V_out)을 마이크로프로세서(도시되지 않음)에 의해 판독할 수 있는 디지털 신호로 변환시키는데 사용된다.

트랜지스터 전류(I_T)의 크기는 아래의 방정식 #1에 의해 정해지며, 출력 전압(V_out)의 크기는 아래의 방정식 #2에 의해 정해진다.

I_T = I_D * CTR 방정식 #1

여기서, I_T는 트랜지스터 전류; I_D 는 다이오드 전류; CTR은 입력 전류(I_D)에 대한 출력 전류(I_T)의 비를 나타내는 광결합기 전류전달비이다.

V_out = I_T * R₂ 방정식 #2

도2는 R₂는 1kΩ으로 가정하고, 50% - 200%의 CTR을 가진 광결합기용의 1예의 입력 전류(22a-d), 1예의 출력 전압 범위(24a-d), 및 1예의 2진수 값 할당(26)의 테이블(21)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 테이블(21)에 도시한 바와 같이, 특정 다이오드 전류(I_D)를 광결합기(10)에 주입하여, 특정한 전압 범위가 달성될 수 있다. 각 범위(24a-d)에 다른 멀티-비트 값(26)을 할당함으로써, 상기 광결합기가 넓게 변하는 전류전달비(CTR)(예, 50% - 200%)를 가졌더라도, 단일 광결합기(10)가 복수개의 멀티-비트 값(26a-d)을 나타내는데 사용될 수 있다.

도2의 예에서, 범위(24a)는 멀티-비트 값(26a)("00")에 대응하며, 범위(24b)는 멀티-비트 값(26b)("01")에 대응하며, 범위(24c)는 멀티-비트 값(26c)("10")에 대응하며, 범위(24d)는 멀티-비트 값(26d)("11")에 대응한다. 상기 멀티-비트 값(26)은 조명 시스템과 같은 시스템 상태를 표시하는데 사용될 수 있다. 1예에서, 멀티-비트 값(26a)("00")은 무고장(no fault)에 대응하며, 멀티-비트 값(26b)("01")은 과온도 고장에 대응하며, 멀티-비트 값(26c)("00")은 과전류 고장에 대응하며, 멀티-비트 값(26d)("01")은 하드웨어 고장(예, 손상된 MOSFET)에 대응한다. 물론, 상기 멀티-비트 값(26)은 다른 상태 또는 상태가 없는 다른 정보의 피스(piece)를 표시하는데 사용될 수 있다.

도3은 50% - 200%의 전류전달비(CTR)를 가진 광결합기에 대응하는 1예의 입력 전류 및 출력 전압 범위의 그래프를 개략적으로 나타낸 것이다. 도2의 테이블(21)과 도3의 그래프의 예에서, 전압 범위(24a-d)의 각각은 비-중첩되며, 최소 전압 범위 스페이싱(spacing)에 의해 떨어져 있게 된다. 테이블(21)의 예에서, 최소 전압 범위 스페이싱은 .05V 이다. 물론 도2의 값과 도3의 그래프는 단지 예를 든 것이며, 다른 전류전달비, 전류값, 저항값, 및 전압 분리범위가 사용될 수 있다. 만일 전압 범위가 중첩되었으면, 공지된 방법에 따른 통계학적 분석기술이 주어진 출력 전압이 그 범위 내에 있는 전압 범위를 결정하는데 사용될 수 있다.

도2의 테이블(21)의 값을 참고하여, .00625mA의 제1전류(22a)는 .003125 - .0125V의 제1전압 범위(24a)(.00625mA의 50 - 200%)를 발생시킨다. .125mA amps의 제2전류(22b)는 .0625 - .25V의 제2전압 범위(24b)(.125의 50 - 200%)를 발생시킨다. .6mA의 제3전류(22c)는 .3 - 1.2V의 제3전압 범위(24c)(16의 50 - 200%)를 발생시킨다. 2.5mA amps의 제4전류(22d)는 1.25 - 5V의 제4전압 범위(24d)(64의 50 - 200%)를 발생시킨다.

오직 4개의 전압 범위(24a-d)와 4개의 멀티-비트 값(26a-d) 만이 기술되었지만, 추가적인 범위 및 대응 멀티-비트 값이 달성될 수 있다. 이용할 수 있는 비-중첩 범위(24)의 최대 수는 주어진 디지털 광결합기(10)의 CTR의 최대 공차에 따르며, 어떻게 별개로 비-중첩 범위가 주어진 광결합기의 전체 전류 범위를 가로질러 분할될 수 있는 가에 따른다.

본 발명의 바람직한 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 당업자가 본 발명의 범위 내에서 어떠한 변경 및 개조를 할 수 있는 것이기에, 본 발명은 상술한 실시예가 아닌 첨부된 청구범위에 의해 한정되어야 한다.

Claims

단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값을 표시하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
광결합기 출력 전압의 제1범위에 응답하는 제1멀티-비트 값을 표시하는 단계와;
광결합기 출력 전압의 제2범위에 응답하는 제2멀티-비트 값을 표시하는 단계를 포함하며;
상기 제2범위는 제1범위와는 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 제3범위에 응답하는 제3멀티-비트 값을 표시하는 단계도 포함하며;
상기 제3범위는 제1범위 및 제2범위와는 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 제4범위에 응답하는 제4멀티-비트 값을 표시하는 단계도 포함하며;
상기 제4범위는 제1범위, 제2범위, 및 제3범위와는 다른 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 범위의 각각에 멀티-비트 값을 할당하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 범위의 각각은 광결합기 입력 전류와 광결합기 전류전달비에 비례하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2범위는 제1범위보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 범위의 각각은 비-중첩되는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 사전 한정된 범위의 각각은 최소 전압 범위 스페이싱에 의해 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 최소 전압 범위 스페이싱은 적어도 .05volts 인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 중첩되는 광결합기 출력 전압의 범위 중의 적어도 1개의 범위에 응답하며, 주어진 출력 전압이 그 안에 있는 광결합기 출력 전압의 범위를 적어도 하나의 통계학적 분석기술을 사용하여 결정하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
단일 광결합기를 사용하여 멀티-비트 값을 표시하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
광결합기와;
복수개의 사전 한정된 범위 중의 1개의 범위 내의 출력 전압을 발생시키도록 광결합기 내로 특정한 입력 전류를 주입하는데 사용하는 제어기; 및
복수개의 사전 한정된 범위 중의 1개의 범위 내인 광결합기의 출력 전압에 응답하는 멀티-비트 값을 표시하는 광결합기에 연결되어 사용되는 AD변환기를 포함하며;
상기 복수개의 사전 한정된 범위의 각각에는 멀티-비트 값이 할당되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제11항에 있어서, 상기 사전 한정된 범위의 각각은 최소 전압 범위 스페이싱에 의해 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제12항에 있어서, 상기 최소 전압 범위 스페이싱은 적어도 .05volts 인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 광결합기 출력 전압의 어떤 범위가 중첩되면, 적어도 하나의 통계학적 분석기술을 사용하여 주어진 출력 전압이 그 범위 내에 있는 광결합기 출력 전압의 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 광결합기는 서로 전기적으로 절연된 포토 다이오드와 포토 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제어기는 포토 다이오드의 광 방출을 제어하여 포토 트랜지스터를 통한 전류의 흐름을 선택적으로 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제15항에 있어서, 제어기와 포토 다이오드에 연결된 제1저항기와;
포토 트랜지스터와 AD 변환기에 연결된 제2저항기를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제11항에 있어서, 제1멀티-비트 값은 무고장에 대응하며, 제2멀티-비트 값은 과온도 고장에 대응하며, 제3멀티-비트 값은 과전류 고장에 대응하며, 제4멀티-비트 값은 하드웨어 고장에 대응하는 것을 특징으로 하는 시스템.