KR20140101743A - 2-와이어 통신 라인의 전원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2-와이어 통신 라인의 전원장치에 관한 것으로, 상기 전원장치는 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송, 뿐만 아니라 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송 및 이들에 전력을 공급하도록 의도된다. 디바이스는 통신 라인 와이어들에서 잡음 신호의 보상으로 인한 잡음 여유도 증가를 통해 통신 범위 및 신뢰도가 증가될 수 있다. 잡음 신호의 보상은, 2-극 주 전원장치를 포함하는 전원장치가 보조 전원장치를 더 포함한다는 점에서 달성되는데, 이 보조 전원장치의 극들은 통신 라인 와이어들에 연결되며, 뿐만 아니라 동일한 값의 레지스터들을 통해 주 전원장치의 해당 극들에 연결된다.

Description

2-와이어 통신 라인의 전원장치{POWER SUPPLY FOR TWO-WIRE COMMUNICATION LINE}
본 발명은, 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 송신뿐만 아니라, 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 송신 및 이들에 전력을 공급하도록 의도된 2-와이어 통신 라인의 전원장치들의 설계에 관한 것이다.
전자 디바이스들 사이의 통신 라인의 전원장치는 송신기로부터 수신기로 신호들의 송신을 위한 것으로 공지되어 있으며, 이 전원장치는 송신기와 결합된다. 통신 라인의 전원장치는, 각각, 3-와이어 통신 라인 버전 또는 2-와이어 통신 라인 버전에 적용되는 3-극 또는 더블-극 버전에서 이용될 수 있다. 디바이스는 RS-485 인터페이스("IBM PC 하드웨어". Encyclopedia. S-Pb, "Piter" publishing house, 2001,p. 351)에 적용되는 것으로 알려져 있다.
공지된 RS-485 통신 라인의 전원장치에 대한 단점은, 통신 라인으로부터 전자 디바이스들의 전력 공급이 불가능하다는 사실에 있다. 이는 각각의 전자 디바이스의 설계에 있어 통신 라인 전원장치들의 통합을 요구할 수 있고 이는 장비가 더 값비싸지게 만들 것이다. 이외에도, 통신이 길어지고 있는 디바이스들에 전력을 개별 공급하는 것은, 이들의 공통 버스의 전위들에 대한 비정합(mismatch)을 유도하며, 이는 디바이스들의 전기적 브레이크다운 및 손상을 야기할 수 있다. 브레이크다운을 방지하기 위해, 디바이스들은 통신 라인으로부터 갈바닉방식으로(galvanically) 분리되고, 이는 장비가 더욱 값비싸지게 만든다.
달성되는 기술적 본질 및 결과와 관련하여 가장 밀접한 것이, 통신 라인 MicroLAN(www.maxim-ic.com, 실리콘 시리얼 번호 DS2401)의 전원 장치이다. 공지된 전원장치의 극들 중 하나는 공통 버스 그리고 2-와이어 통신 라인의 와이어들 중 하나에 연결되는 반면, 다른 극은 제한 레지스터(limiting resistor)를 통해 2-와이어 통신 라인의 제 2 와이어에 연결된다.
통신 라인 MicroLAN의 전원장치는 통신 라인으로부터 다수의 디바이스들로의 전력 공급을 가능케하며, 이는 장비에 대한 비용을 줄인다.
공지된 통신 라인 MicroLAN의 전원장치의 단점은 신호들을 송신하는 과정에서의 그의 낮은 잡음 여유도(noise immunity)에 있다. 이 잡음 여유도는 통신 라인의 와이어들 중 하나에서의 제한 레지스터의 이용가능성에 관련된 라인 와이어들에서의 전류 흐름에 대한 상이한 조건들에 의해 결정되며, 이는 전자기장들의 영향력 하에서의 잡음 전압의 발생에 기여한다.
동일한 방식의 통신 라인 와이어들 양자 모두에 잡음이 영향을 미친다는 사실에도 불구하고, 이 영향력에 대한 결과들은 상이한데, 이 차이는 공통 버스에 연결된 통신 라인 와이어 및 제한 레지스터를 통해 연결된 제 2 와이어에서의 잡음 전파 조건들로 인한 것이다. 공통 버스에 연결된 와이어에서의 잡음에 의해 생성된 전류 값은 와이어 저항(resistance)에 의해서만 결정된다. 통신 라인의 제 2 와이어에서, 잡음 전류는 제한 레지스터 및 와이어의 저항들의 합에 의해 결정되는 것보다 훨씬 낮다. 결과적으로, 통신 라인 와이어들에 대한 잡음 영향력이 동일하더라도, 통신 라인 와이어들에 대한 잡음 전압 강하들은 상이한데(통신 라인 와이어들 사이에 전위차가 발생함), 이는 원하는 신호에 대한 적절한 송신을 방해한다.
"공통 버스(common bus)"라는 용어는, 일반적으로 와이어 형태로 물리적으로 구현되는 가상 포인트로서 이해되며, 이와 관련하여 전자 디바이스의 다른 부품들 및 컴포넌트들 모두의 전위 값이 측정된다.
잡음에 대한 영향력을 감소시키기 위한 통상의 방안은, 수신기에 잡음 신호(이 잡음 신호의 주파수는 원하는 신호의 주파수와 상이함)가 제공되는 것을 방지하기 위해, 주파수에 주파수 필터들을 설치하는 것이다. 그러나, 이는 신호 수신기의 설계에 더 많은 비용을 들게 하며, 게다가 이 방법은 주파수들이 원하는 신호의 주파수에 근접하게 작용(work)하지 못할 수 있다. 통신 라인에 이미 침투된 잡음 신호를 억제(suppression)하기보다는, 잡음이 통신 라인에 완전히 제공되지 못하게 하는 것이 더 효율적일 수 있다.
본 출원에서, 상기 문제는 통신 라인의 전기 신호들의 송신 과정에서 잡음 여유도를 높여 해결되며, 동시에 설계는 더욱 간단해지며, 통신 라인에 연결된 전자 디바이스들 ―수신기들 및 송신기들―은, 양자 모두의(both) 통신 라인 와이어들에서의 잡음 신호의 자동 보상을 보장하는, 통신 라인의 전원장치의 설계 개선으로 인해 더 싸지게 된다 . 이 문제는, 결과적으로 통신 라인 와이어들로의 잡음 신호의 침투를 허용하지 않을 수 있는 전원장치의 이러한 설계의 개선으로 해결되며, 이에 따라 통신 라인에 연결된 전자 디바이스들 모두에 대한 보호가 보장되며 이들이 비용이 절감된다.
본 발명에 명시된 목적은 전원장치에 대한 다수의 실시예들에서 구현된다.
전원장치의 실시예들 중 하나에서, 명시된 목적은, 전자 디바이스들 사이에서 신호들의 송신, 뿐만 아니라 전자 디바이스들 사이에서 신호들의 송신 및 이들에 전력을 공급하도록 의도되며 2-극 주(primary) 전원장치를 포함하는, 2-와이어 통신 라인의 전원장치에 있어서, 상기 전원장치는, 통신 라인 와이어들에 자신의 극들이 연결되며, 동일한 값의 레지스터들을 통해 주 전원장치의 해당(eponymous) 극들에 연결되는, 2-극 보조 전원장치를 더 포함한다는 점에서 해결된다.
바람직하게, 2-극 주 전원장치는 적어도 0.1V의 값 만큼 보조 전원장치의 전압을 초과하는 전압을 가지며, 2-극 보조 전원장치로서 스태빌리트론(stabilitron)이 포함된다.
전원장치의 또 다른 실시예에서, 상기 2-와이어 통신 라인의 전원장치가 통신 라인 와이어들 및 공통 버스를 연결되는 2개의 극들을 포함한다는 점에서 명시된 목적이 달성되는데, 여기서 상기 전원장치의 극들은 동일한 값의 레지스터들을 통해 공통 버스에 연결된다.
본 발명의 본질은 하기 도면들을 포함하는 그래픽 자료들에서 분명해진다.
도 1은, 전원장치의 바람직한 실시예에 대한 개략적인 전기 다이어그램이며, 여기서 2-극 보조 전원장치의 극들은 통신 라인 와이어들에 연결될 뿐 아니라, 동일한 값의 레지스터들을 통해 주 전원장치의 해당 극들에 연결된다.
도 2는 전원장치의 바람직한 실시예에 대한 개략적 전기 다이어그램이며, 여기서 2-극 보조 전원장치로서 스태빌리트론이 포함된다.
도 3은 전원장치의 바람직한 실시예에 대한 개략적 전기 다이어그램이며, 여기서 전원장치의 극들은 동일한 값의 레지스터들을 통해 공통 버스에 연결된다.
본 발명의 본질에 대한 개시에 대해, 하기 통상적인 명칭들이 도면들에서 사용된다: 1 ― 전원장치; 2 ― 주 전원장치; 3,4 ― 동일 값의 레지스터들; 5 ― 보조 전원장치; 6 ― 2-와이어 통신 라인; 7,....N ― 수신기들; 8,....M ― 송신기들; 9 ― 공통 버스.
2-와이어 통신 라인의 전원장치에 대한 실시예들의 본질이 하기에서 제시된다.
청구된 2-와이어 통신 라인의 전원장치에서, 전기 신호들의 송신 조건들은 통신 라인의 양자 모두의 와이어들에서 동일하며, 통신 라인의 각각의 와이어에 대해 말하자면, 주 전원장치의 관련 극(relevant pole)과 잡음 영향 포인트 사이의 저항은 동일한 값의 레지스터들의 이용가능성으로 인해 동일하다. 따라서, 동위상(in-phase) 잡음 신호의 전압은 통신 라인 전체에 걸쳐 보상되며, 라인에서의 전압은 어떠한 잡음 신호도 갖지 않으며 송신기 신호를 변질(corrupt)시키지 않는다. 여기서, 라인에서의 잡음 신호의 레벨은 몇 천배 더 낮아진다. 청구된 전원장치는, 프로토타입(prototype) 전원장치가 사용되는 경우, 잡음 전압이 원하는 신호를 훨씬 초과하는 조건들에 있더라도, 통신이 활성화(exercise)되게 한다.
본 디바이스의 기본 사상은, 통신 라인 와이어들에 도입되는 동위상 잡음 신호에 대한 통상의 억제(통상적으로 신호 수신기에 포함되는 주파수 필터들에 의해 달성됨)보다는, 통신 라인 와이어들로의 잡음 신호 침투를 방지하는데 있다. 동시에, 잡음 억제에 대한 통상의 방법들을 사용하는 경우, 청구된 본 발명에서는, 전원장치에서 이루어지는 잡음 보호를 통해, 통신 라인에 연결된 디바이스들 각각을 자체 보호하며, 이는 통신 라인에 연결된 다른 디바이스들 전부, 즉, 수신기들, 송신기들을 보호한다.
통신 라인으로부터 전력이 공급되는 송신기들 및 수신기들과 함께, 장거리(long-distance) 신호 송신의 과정에서 잡음 신호의 보상을 보장하는 2-와이어 통신 라인에 대해 청구된 전력원(power source)의 본질은, 그의 구현에 대한 비제한적인 예들에 의해 명확해진다.
예 1
전원장치(1)에서는, 1 kOhm 저항의 동일한 레지스터들(3, 4)를 통해, 12V 전압의 저장 배터리 형태인 2-극 주 전원장치(2)의 극들에, 6V 전압의 저장 배터리의 형태인 2-극 보조 전원장치(5)의 해당한 극들, 및 소위 "트위스티드 페어(twisted pair)" 형태로 구현된 통신 라인(6) 와이어들이 연결된다(도 1 참조). 통신 라인(6)의 와이어들에는, 통신 라인(6)으로부터 전력이 공급되며 서로 간에 신호들을 통신하는 전자 디바이스들, 즉 , 수신기들(7...N) 및 송신기들(8....M)이 연결된다. 필요한 경우, 주 전원장치(2)의 음극(negative pole)은 디바이스의 공통 버스(9)에 연결된다.
송신기들(8....M)은, 통신 라인(6)에 병렬로 연결된 마이크로프로세서-제어 키(microprocessor-controlled key) 형태의 출력 캐스케이드를 갖는 마이크로프로세서들이다.
통신 라인(6)의 통상의 상태는 논리 유닛의 송신에 해당하며; 동시에 통신 라인에서의 전압은 보조 전원장치-6V에 근접한 최대 값을 갖는다. 논리 제로는 (미도시된) 키를 이용한 통신 라인(6) 폐쇄를 통해 송신기들(8....M)에 의해 형성된다.
통신 라인(6)의 와이어들은, 잡음 생성 전자기장에 놓이게 된다; 대안적으로, 동위상 잡음 전압은 발생기로부터 통신 라인(6)의 양자 모두의 와이어들에 공급된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
프로토타입(비교 목적용)에서의 잡음 전파 조건들에 대한 시뮬레이션의 경우 레지스터(4)는 폐쇄된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
비교의 결과로서, 청구된 디바이스에서, 잡음 전압은 프로토타입에서의 잡음 전압 보다 몇 천배 더 낮다.
예 1에서, 주 전원장치(2)의 전압은, 보조 전원장치(5)의 전압보다 더 높거나, 이와 같거나, 또는 이 보다 더 낮을 수 있다. 동시에, 디바이스의 파라미터들, 및 잡음 전압 측정치들의 결과들은 변화없이 유지된다.
예 2
전원장치(1)에서는, 100 Ohm 저항의 동일한 레지스터들(3, 4)을 통해, 12V 전압의 저장 배터리 형태인 2-극 주 전원장치(2)의 극들에, 5.6V 전압의 스태빌리트론 형태의 보조 전원장치(5)의 출력들, 및 소위 "트위스트 페어" 형태로 구현된 통신 라인(6)의 와이어들이 연결된다(도 2 참조). 통신 라인(6)의 와이어들에는, 통신 라인(6)으로부터 전력이 공급되며 서로 간에 신호들을 통신하는, 전자 디바이스들, 즉 수신기들(7...N) 및 송신기들(8...M)이 연결된다. 필요한 경우, 주 전원장치의 음극이 디바이스의 공통 버스(9)에 연결된다.
스태빌리트론의 정상 동작 동안, 그리고 수신기들(7...N) 및 송신기들(8...M)에 대한 전력 공급의 프로비전(provision) 동안, 주 전원장치(2)의 전압은 스태빌리트론(5)의 작동 전압을 3.4V 만큼 초과하여 9V와 같다.
논리 제로는 (미도시된) 키를 이용한 통신 라인(6)의 폐쇄에 의해 송신기들(8...M)에 의해 형성된다.
통신 라인(6)의 와이어들은 잡음 생성 전자기장에 놓인다; 대안적으로, 동위상 잡음 전압은 발생기로부터 통신 라인(6)의 양자 모두의 와이어들에 공급된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
프로토타입(비교 목적용)에서의 잡음 전파 조건들에 대한 시뮬레이션의 경우 레지스터(4)는 폐쇄된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
비교의 결과로서, 청구된 디바이스에서, 잡음 전압은 프로토타입에서의 잡음 전압 보다 몇 천배 더 낮다.
예 3
전원장치(1)에서는, 6V 전압의 저장 배터리 형태의 2-극 주 전원장치(5)의 극들에, 소위 "트위스트 페어" 형태로 구현된 통신 라인(6)의 와이어들 및 1 kOhm 저항의 동일한 레지스터들(3, 4)에 연결되며, 레지스터들의 제 2 출력들은 서로 폐쇄되며 디바이스의 공통 버스(9)에 연결된다(도 3 참조). 라인의 와이어들에는 통신 라인(6)으로부터 전력이 공급되며 서로간에 신호들을 통신하는 전자 디바이스들, 즉, 수신기들(7...N) 및 송신기들(8...M)이 연결된다.
통신 라인(6)의 와이어들은 잡음 생성 전자기장에 놓인다; 대안적으로, 동위상 잡음 전압은 발생기로부터 통신 라인(6)의 양자 모두의 와이어들에 공급된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
프로토타입(비교 목적용)에서의 잡음 전파 조건들에 대한 시뮬레이션의 경우 레지스터(4)는 폐쇄된다. 통신 라인(6)의 와이어들 간의 잡음 전압은 그의 상이한 섹션들에서 측정된다.
비교의 결과로서, 청구된 디바이스에서, 잡음 전압은 프로토타입에서의 잡음 전압 보다 몇 천배 더 낮다.
통신 라인 와이어들에서의 잡음 전압의 보상의 결과로서, 잡음 레벨이 몇 천배 더 낮아진다는 점으로 인해 본 발명의 장점들이 결정된다. 이는, 잡음 여유도 높힘을 통해, 통신 라인에 연결되는 수신기들과 송신기들 간의 통신 범위 및 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
각각의 수신기 및 송신기에 전원장치들을 장착하거나 또는 그 안에 주파수 필터들을 장착하는 것이 요구되지 않는다는 점으로 인해, 더 간단하고 더 값싼 설계를 만드는 것이 달성된다. 이런 전원장치의 설계는 통신 라인의 와이어들에 잡음 신호의 침투 조차(very) 방지하여, 통신 라인에 연결된 모든 전자 디바이스들에 대한 보호를 보장하고 이들의 비용을 줄인다.

Claims (3)

  1. 2-와이어 통신 라인의 전원장치로서,
    상기 전원장치는 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송, 뿐만 아니라 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송 및 이들에 전력을 공급하도록 의도되며, 상기 전원장치는 2-극 주 전원장치를 포함하며,
    상기 전원장치는, 통신 라인 와이어들에 자신의 극들이 연결되며, 동일한 값의 레지스터들을 통해 상기 주 전원장치의 해당(eponymous) 극들에 연결되는, 2-극 보조 전원장치를 더 포함하는, 2-와이어 통신 라인의 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 전원장치는 적어도 0.1V의 값 만큼 상기 2-극 보조 전원장치의 전압을 초과하는 전압을 가지며, 2극 보조 전원장치로서 스태빌리트론(stabilitron)이 포함되는, 2-와이어 통신 라인의 전원장치.
  3. 2-와이어 통신 라인의 전원장치로서,
    상기 전원장치는 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송, 뿐만 아니라 전자 디바이스들 사이에서의 신호들의 전송 및 이들에 전력을 공급하도록 의도되며, 상기 전원장치는 통신 라인 와이어들에 연결되는 2개의 극들 및 공통 버스를 포함하며,
    상기 전원장치의 극들은 동일한 값의 레지스터들을 통해 상기 공통 버스에 연결되는, 2-와이어 통신 라인의 전원장치.
KR1020147013952A 2011-10-24 2011-10-24 2-와이어 통신 라인의 전원장치 KR20140101743A (ko)

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