KR20140067485A - Spi통신 장치 - Google Patents

Abstract

SPI(serial peripheral interface) 통신 간 발생하는 노이즈를 제거하는 SPI 통신 장치는 SPI 마스터 모듈과 SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 노이즈를 제거하여 출력하는 라인 드라이버와 라인 드라이버의 출력을 받는 SPI 슬레이브 모듈을 포함하며 라인 드라이버는 SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 두 개의 신호로 출력하는 차동 드라이버 및 두 개의 신호를 입력으로 받아 노이즈를 제거하여 하나의 신호로 변조하는 차동 라인 수신기를 포함한다.

Description

SPI통신 장치{SPI COMMUNICATION APPARATUS}

본 발명은 SPI 통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SPI 통신 간 발생하는 노이즈를 제거하는 SPI 통신 장치에 관한 것이다.

두 개의 장치 간에 직렬 통신으로 데이타를 주고 받을 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(serial peripheral interface 직렬 인터페이스)는, 데이타 출력 핀, 데이타 입력 핀, 클럭 핀, 슬레이브 선택 핀만을 사용하여 인터페이스 자체가 간단하고 직렬이지만 속도가 빠르므로 편리하게 다양한 기능을 구현할 수 있다.

이러한 SPI는, 예를 들면 비디오게임 시스템, 디지털 카메라, 카 오디오, 네비게이션, 세톱 박스, PDA, MP3 플레이어 등 빠르게 변하는 대용량 데이타를 갖는 애플리케이션에 다양한 주변 기기들을 추가, 연결할 수 있게 해주는 프로토콜로서, 대부분 CPU(Central Processor Unit)와 주변 기기들간의 통신을 위한 시스템에 채용된다.

특히 배전자동화 단말장치에서 SPI를 이용한 통신을 함에 있어서, SPI통신은 SPI 마스터 모듈과 SPI 슬레이브 모듈간에 이루어 진다. 이때 각 모듈이 데이터 신호를 송수신 함에 있어서, 통신 환경 등에 따른 노이즈가 발생하면 원신호에 영향을 미쳐 신호가 왜곡되는 문제가 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 SPI 마스터 모듈과 SPI 슬레이브 모듈간에 SPI 통신을 함에 있어서, 노이즈를 제거하는 SPI 통신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 SPI 통신 장치는 SPI(serial peripheral interface) 통신 간 발생하는 노이즈를 제거하는 SPI 통신 장치에 있어서, SPI 마스터 모듈 상기 SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 노이즈를 제거하여 출력하는 라인 드라이버; 및

상기 라인 드라이버의 출력을 받는 SPI 슬레이브 모듈을 포함하며, 상기 라인 드라이버는 상기 SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 두 개의 신호로 출력하는 차동 드라이버; 및 상기 두 개의 신호를 입력으로 받아 노이즈를 제거하여 하나의 신호로 변조하는 차동 라인 수신기를 포함한다.

본 발명에 의하면 SPI 마스터 모듈의 출력을 차동 드라이버가 두 개의 신호로 변환시켜 출력하고 차동 라인 수신기가 두 개의 신호를 다시 하나의 신호로 변조하는 과정에서 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SPI(serial peripheral interface) 통신을 위한 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SPI 통신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라인 드라이버의 입력을 나타낸 파형도 이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차동 드라이버의 출력에 대한 파형도 이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차동 드라이버의 또 다른 출력에 대한 파형도 이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차동 라인 수신기의 출력에 대한 파형도 이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SPI(serial peripheral interface) 통신을 위한 모듈을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SPI 통신을 위한 모듈과 SPI 통신을 설명한다.

SPI 마스터 모듈(100)은 SPI 슬레이브 모듈(200)과 신호를 송수신하고, 데이터를 출력하거나, 데이터를 입력받을 수 있다. SS핀은 로우레벨 상태인 경우에만 데이터의 송수신이 가능하다.

SPI 모듈(100,200)은 SCLK(Select Clock), 마스터 출력 슬레이브(Master Out Slave IN, MOSI), 마스터 입력 슬레이브 출력(Master In Slave Out, MISO), 슬레이브 선택(Slaver Slecct,SS) 핀을 포함한다. SCLK핀 은 데이터 전송에 필요한 클럭신호를 발생시킨다. MOSI핀은 SPI 마스터 모듈(100)이 SPI 슬레이브 모듈(200)에게 테이터를 전송하기 위해 사용된다. MISO핀은 SPI 슬레이브 모듈(200)이 SPI 마스터 모듈(100)에게 데이터를 전송하기 위해 사용된다. 슬레이브 선택핀은 SPI 슬레이브 모듈(200)이 복수개인 경우 하나의 슬레이브를 선택하기 위해 사용된다. 슬레이브 선택핀은 로우레벨 상태인 경우에만 데이터의 송수신이 가능하다. 도 1에는 미도시하고 있지만 SPI모듈(100,200)은 3개의 레지스터를 포함할 수 있다. SPI 통신을 하기 위한 각종 설정을 관리하는SPCR(SPI Control Register)과, SPI로 송수신되는 데이터가 저장되는 8-비트 레지스터인 SPDR(SPI DataRegister)과, 데이터의 전송과 속도를 관리하는 SPSR(SPI Status Register)이다. 그 중 SPSR의 소정 비트에 포함된 플래그(Flag) 값에 따라 데이터 전송의 완료 여부를 확인하게 된다. 예컨대 상기 플래그가 셋팅(Setting)되면 데이터가 전송되었다고 판단하여 아래에서 설명될 버퍼에 기록된 값을 리드한다.

그리고 SPI 마스터 모듈(100)은 제어부(110)를 포함할 수 있다. 제어부(110)는 SPI 마스터 모듈(100)과 SPI 슬레이브 모듈(200)간의 데이터 통신을 전반적으로 제어한다.

SPI 마스터 모듈(100) 및 SPI 슬레이브 모듈(200)은 SPDR에 의해 데이터를 저장하기 위한 버퍼를 포함할 수도 있다. 버퍼는 8-비트 시프트레지스터(이하, '시프트레지스터'라 함)(120)(220)로 구성될 수 있다.

시프트레지스터(120)(220)는 환형 큐(circular queue)처럼 동작한다.

이하에서는 SPI 마스터 모듈(100) 과 SPI 슬레이브 모듈(200) 상호간의 데이터 전송에 대해 설명하기로 한다.

먼저, SPI 마스터 모듈(100)이 1-바이트 데이터를 SPI 슬레이브 모듈(200)에게 전송하는 경우이다. SPI 방식에서는 1-바이트 단위로 데이터 전송이 이루어진다.

우선 SPI 마스터 모듈(100)의 제어부(110)는 슬레이브 선택핀(SS)을 로우레벨 상태가 되게한다. 그런 상태에서 SPI 마스터 모듈(100)은 시프트레지스터(120)에 새로운 1-바이트 데이터를 기록하고, 클럭핀(SCLK)을 통해 소정 주파수의 클럭신호를 발생시킨다. 상기 클럭신호는 제어부(110)가 SPI 인터페이스를 지원하면 자동으로 클럭핀(SCLK)에서 출력되지만, 미지원하는 경우에는 SPI 마스터 모듈(100)이 직접 발생시켜야 한다.

클럭신호 발생에 따라 SPI 마스터 모듈(100)은 MOSI 핀을 통해 데이터를 상기 SPI 슬레이브 모듈(200)에게 전송한다. SPI 슬레이브 모듈(200)은 전송된 데이터를 시프트 레지스터(220)에 저장한다. 데이터가 전송되면, SPI 마스터 모듈(100)은 슬레이브 선택핀(SS)을 하이레벨 상태로 설정하여 SPI 슬레이브 모듈(200)에게 데이터 송신이 완료되었음을 알린다.

SPI 슬레이브 모듈(200)은 슬레이브 선택핀(SS)이 로우레벨 상태가 되면 상기 시프트레지스터(220)의 플래그 셋팅을 확인하고, 플래그가 셋팅되면 시프트레지스터(220)에 저장된 데이터를 리드하게 된다.

플래그는 1-바이트 데이터가 수신되면 셋팅되지만, 인터럽트 서비스 루틴(ISR)을 사용하지 않을 경우에는 플래그 상태를 계속 검사해야 한다.

SPI 슬레이브 모듈(200)이 1-바이트 데이터를 SPI 마스터 모듈(100)로 전송하는 경우이다.

SPI 슬레이브 모듈(200)은 시프트레지스터(220)에 전송할 데이터를 기록한다. 그런 다음 SPI 마스터 모듈(100)의 클럭핀(SCLK)에서 클럭신호가 발생할 때까지 대기한다. 즉 클럭신호는 SPI 마스터 모듈(100)에서만 발생하기 때문이다.

이 상태에서, SPI 마스터 모듈(100)가 슬레이브 선택핀(SS)을 로우레벨로 설정하면, 클럭핀(SCLK)을 통해 클럭신호가 발생한다. 상기 클럭신호가 발생하면 상기 SPI 슬레이브 모듈(200)은 MISO핀을 통해 SPI 마스터 모듈(100)에게 데이터를 전송한다.

SPI 마스터 모듈(100)은 클럭신호가 모두 출력되면, 즉 데이터가 모두 전송되면 시프트레지스터(120)를 리드하여 데이터를 읽는다.

다음은 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SPI 통신 간 노이즈 제거 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SPI 마스터 모듈, SPI 슬레이브 모듈 및 라인 드라이버를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 SPI 통신 장치(400)는 SPI 마스터 모듈(100), SPI 슬레이브 모듈(200) 또는 라인 드라이버(300)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 라인 드라이버(Line Driver, 300)는 차동 드라이버(Differential Driver, 310)와 차동 라인 수신기(Differential Line Receiver, 320)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 라인 드라이버(300)는 SPI 마스터 모듈(100)의 출력을 입력으로 받아 노이즈를 제거하고 SPI 마스터 모듈(100)로 출력한다. 본 발명의 실시예에 따른 SPI 마스터 모듈(100)의 출력은 SPI 마스터 모듈(100)의 4개의 핀 중 어느 한 핀에서의 출력일 수도 있다.

라인 드라이버(300)가 노이즈를 제거하는 과정에서, 라인 드라이버(300)의 출력의 크기는 라인 드라이버(300)의 입력보다 2배 커진다.

차동 드라이버(310)는 SPI 마스터 모듈(100)의 출력을 입력으로 받는다. 차동 드라이버(310)의 입력, 라인 드라이버(300)의 입력 또는 SPI 마스터 모듈(100)의 출력은 같을 수 있다. 차동 드라이버(310)는 받은 입력을 두 개의 신호로 출력한다. 차동 드라이버(310)는 차동 드라이버(310)의 입력을 그대로 출력(이하 제 1 출력이라고 하겠다)한다. 이때 차동 드라이버(310)는 차동 드라이버(310)의 입력에 포함된 노이즈 또한 그대로 출력한다. 또한 차동 드라이버(310)은 차동 드라이버(310)의 입력을 위상만 180도 반전시켜서 출력(이하 제 2출력이라고 하겠다)한다. 이때 차동 드라이버(310)는 차동 드라이버(310)의 입력에 포함된 노이즈를 그대로 출력한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차동 드라이버의 입력을 나타낸 파형도 이다.

본 발명의 실시예에 따른 라인 드라이버(300)의 입력은 도 3에 도시된 것처럼 최대 크기가 V인 싸인파형 일 수도 있다. 그러나 라인 드라이버(300)의 입력은 이에 한정되지 않고, 얼마든지 다른 형태의 파형일 수도 있다. 본 명세서에는 라인 드라이버(300)가 노이즈를 제거하는 과정을 설명하기 위하여 라인 드라이버(300)의 입력의 한 예로 최대 크기가 V인 싸인파형을 들고 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차동 드라이버의 출력에 대한 파형도 이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차동 드라이버의 또 다른 출력에 대한 파형도 이다.

도 4a를 보면 차동 드라이버(310)의 제 1출력은 차동 드라이버(310)의 입력을 그대로 출력했음을 알 수 있다.

또한 도4b를 보면 차동 드라이버(310)의 또 다른 제 2출력은 차동 드라이버(310)의 입력을 180도 반전 시켜 출력했음을 알 수 있다.

차동 라인 수신기(320)는 차동 드라이버(310)의 두 개의 출력(제 1,2 출력)을 입력으로 받아 하나의 신호로 변조하여 출력할 수 있다. 차동 라인 수신기(320)는 변조된 신호를 SPI 슬레이브 모듈(200)로 출력할 수 있다.

차동 라인 수신기(320)가 두 개의 입력을 하나의 신호로 변조하는 과정에 있어서 차동 라인 수신기(320)는 입력받은 제1,2 출력을 제1출력에서 제 2출력을 빼는 과정을 통해 새로운 형태의 파형으로 변조시킨다. 이 과정을 통해 차동 라인 수신기(320)의 출력은 차동 드라이버(310)의 입력보다 크기가 두 배가 된다. 제 2 출력은 제 1출력과 비교하여 크기는 같고 위상은 180도 차이 나기 때문이다.

한편, 차동 라인 수신기(320)의 출력은 노이즈가 제거되는 형태를 띄게 된다이는 제 1출력에 포함된 노이즈와 제 2출력에 포함된 노이즈는 크기와 위상이 같기 때문이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차동 라인 수신기의 출력에 대한 파형도 이다.

도 5에 따르면 차동 라인 수신기의 출력은 차동 드라이버(310)의 입력보다 크기가 두 배인 형태를 띄게 된다.

상기와 같이 설명된 SPI 통신 장치(400)는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. SPI(serial peripheral interface) 통신 간 발생하는 노이즈를 제거하는 SPI 통신 장치에 있어서,
   SPI 마스터 모듈;
   상기SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 노이즈를 제거하여 출력하는 라인 드라이버; 및
   상기 라인 드라이버의 출력을 받는 SPI 슬레이브 모듈을 포함하며
   상기 라인 드라이버는
   상기 SPI 마스터 모듈의 출력을 받아 두 개의 신호로 출력하는 차동 드라이버; 및
   상기 두 개의 신호를 입력으로 받아 노이즈를 제거하여 하나의 신호로 변조하는 차동 라인 수신기를 포함하는
   SPI 통신 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 두 개의 신호는
   SPI 마스터 모듈의 출력과 상기 SPI 마스터 모듈의 출력에 포함된 노이즈를 출력하는 제 1출력과 이때 SPI 마스터 모듈의 출력을 위상을 180도 반전 시켜 출력하고 상기 SPI 마스터 모듈의 출력에 포함된 노이즈는 그대로 출력하는 제 2출력인
   SPI 통신 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 차동 라인 수신기는
   상기 제 1출력에서 상기 제 2출력을 빼서 하나의 신호로 변조하는
   SPI 통신 장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 차동 라인 수신기는
   상기 제 1,2 출력을 입력으로 받아 노이즈를 제거하고 크기는 두 배로 하여 출력하는
   SPI 통신 장치.

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