KR20210100691A - 데이터 전송을 위한 양방향 전류 변조를 갖는 네트워크 통신 시스템 - Google Patents

데이터 전송을 위한 양방향 전류 변조를 갖는 네트워크 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 통신 버스(56), 통신 버스(56)를 통해 서로 연결되는 제 1 통신 장치(52) 및 복수의 제 2 통신 장치(54)를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템(50)으로서, 제 1 통신 장치(52)는 통신 버스(56) 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하기 위한 바이어스 전압원(64)을 포함하고, 제 1 통신 장치(52)는 통신 버스(56) 상의 전류를 캡처하기 위한 전류 측정 장치(66)를 포함하고, 네트워크 통신 시스템(50)은 복수의 제 2 통신 장치(54)와 병렬로 배열된 종단 저항기(60)를 가지며, 제 1 통신 장치(52)는 통신 버스(56) 상에서 바이어스 전압 및 종단 저항기(60)에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 1 변조 장치(72)를 포함하고, 각각의 제 2 통신 장치(54)는 바이어스 전압 및 종단 저항기(60)에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 2 변조 장치(78)를 포함하고, 각각의 제 2 통신 장치(54)는 종단 저항기(60)에서 전압을 캡처하기 위한 제 2 전압 측정 장치(80)를 갖는, 네트워크 통신 시스템(50)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 네트워크 통신 시스템(50)에서의 통신을 위한 대응하는 방법에 관한 것이다.

Description

데이터 전송을 위한 양방향 전류 변조를 갖는 네트워크 통신 시스템
본 발명은, 통신 버스, 통신 버스를 통해 서로 연결된 제 1 통신 장치 및 복수의 제 2 통신 장치를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 통신 버스, 통신 버스를 통해 서로 연결된 제 1 통신 장치 및 복수의 제 2 통신 장치를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템에서의 통신 방법에 관한 것이다.
종래 기술은 다양한 유형의 네트워크 통신 시스템을 개시한다. 네트워크 통신 시스템의 한 유형은 단순히 마스터로도 지칭되는 마스터 네트워크 노드와 아래에서 슬레이브로도 지칭되는 복수의 위성 네트워크 노드를 갖는 소위 1:N 네트워크 통신 시스템이다. 마스터는 슬레이브에 정보를 전송할 수 있고 슬레이브로부터 정보를 수신할 수 있다. 그러나, 슬레이브는 서로 통신할 수 없다. 이 경우, 마스터는 제 1 통신 장치에 대응하고 슬레이브는 제 2 통신 장치에 대응한다.
정보는 전기 연결 라인 또는 통신 버스인 전송 매체를 통해 마스터에서 슬레이브로 및 개별 슬레이브 각각에서 마스터로 전송된다. 한 방향 또는 다른 방향으로 전송될 정보는 연결 라인에서 전기 신호로 변조되거나 코딩된다. 따라서, 마스터는 하나 이상의 슬레이브에 의해 수신되는 데이터를 변조하고, 슬레이브는 데이터를 디코딩한다. 마찬가지로, 슬레이브는 전송될 데이터를 변조하고, 이것은 다음에 마스터에 의해 수신되어 디코딩된다.
정보를 전송하는 데 사용된 연결 라인의 물리적 특성으로 인해, 연결 라인의 전기적 상태가 변하기 시작하는 즉시 전자기 방사가 발생한다. 이것은 연결 라인의 전기 신호가 더 이상 일정하지 않고 데이터에 따라 변조되는 즉시 적용된다.
도 1은 이러한 네트워크 통신 시스템(10)을 예로서 도시한다. 전술한 바와 같이, 네트워크 통신 시스템(10)은 마스터(12) 및 복수의 슬레이브(14)를 포함하는데, 도 1에서는 단순함을 위해 복수의 슬레이브 중 하나의 슬레이브(14)만이 도시되어 있다. 마스터(12)와 슬레이브(14)는 통신 버스(16)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 신호 전류(교류 전류)가 흘러나갈 수 있는 부유(stray) 커패시턴스(18)가 통신 버스(16)를 따라 발생하여 전자기 방사를 생성한다. 따라서, 마스터(12)에서 슬레이브(14)로 흐르는 전류는 각 부유 커패시턴스에서 흘러나가는 전류의 비율만큼 감소되며, 그 결과, 마스터(12)의 출력 전류(i0)에서 시작하면 입력 전류(in)만이 슬레이브(14)에서 수신된다. 마찬가지로, 도 1에서는 통신 버스(16)의 서로 다른 세그먼트 사이에 마스터(12)의 출력 전류(i0)에 비해 감소된 전류(i1 및 i2)가 발생한다.
부유 전류는 I = C * dV/dt가 되는데, 여기서 "C"는 부유 커패시턴스이고 "V"는 연결 라인의 대응 섹션 상에서의 전압을 나타낸다. 연결 라인의 방사(R)는 dI/dt = C * d2V/dt2에 비례하는데, 여기서 "dI/dt"는 연결 라인의 부유 전류의 1차 도함수이고 "d2V/dt2"는 연결 라인의 전압의 2차 도함수이다. 따라서, 방사(R)는 버스 전류의 변경 속도에 비례하거나 버스 전압의 2차 도함수에 비례한다.
자동차 EMC(electromagnetic compatibility) 표준 분야의 높은 요건과 개별 OEM 제조업체의 높은 요건을 충족시키기 위해, 방사는 서로 다른 주파수 범위에서 정의되는 특정 한계값 미만이어야 한다. 표준을 준수하기 위해, 데이터 변조는 일반적으로 마스터와 슬레이브 사이의 연결 라인을 사용하여 조정된다.
방사를 제한하기 위해 전류의 1차 도함수에 따라 정확한 조정을 구현하는 것은 비교적 쉽게 가능하다. 따라서, 이러한 조정은 데이터가 전류를 사용하여 변조("전류 셰이핑")되는 네트워크 통신 시스템에서 쉽게 수행될 수 있다. 그러나, 하나의 마스터와 N개의 슬레이브를 갖는 1:N 네트워크 통신 시스템에서 종래의 전자 회로의 특수한 특징에 기초하여, 전류 변조는 한 방향, 즉, 각각의 슬레이브에서 마스터로 향하는 방향에서만 사용된다.
데이터는 일반적으로 전압 변조를 사용한 코딩에 의해 마스터에서 슬레이브로 향하는 방향으로 전송되는데, 전압의 2차 도함수에 따른 조정에 기초한 전압의 최적 셰이핑은 전류의 1차 도함수에 따른 조정에 따른 조정보다 훨씬 더 복잡하다. 또한 위에서 언급한 방정식은 선형 전자 회로에만 적용된다. 통신 버스도 비선형 임피던스를 갖는 경우, 예를 들어 버스가 통신에만 사용되는 것이 아닌 경우, 버스 전압의 2차 도함수에 따른 정확한 조정은 실제로 가능할지라도 매우 어려워진다. 따라서, 실제로, 버스 전압 변조의 이러한 정확한 조정은 수행되지 않으며, 대신 데이터의 전송이 일반적으로 느려진다. 따라서, 마스터에서 슬레이브로의 달성가능한 데이터 전송 속도는 종종 각 슬레이브에서 마스터로의 데이터 전송 속도보다 배수만큼 더 낮다.
이러한 네트워크 통신 시스템(10)은 도 2에 상세히 도시되어 있다. 도 1을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 마스터(12)는 여기서 통신 버스(16)를 통해 복수의 슬레이브(14)에 연결된다.
제 1 통신 장치(12)는 전압원(20)를 포함하는데, 전압원(20)는 변조될 수 있으며, 제 1 통신 장치(12)에 의해 전송될 데이터를 전압으로 변조하고 상기 데이터를 통신 버스(16)에 전달하는 데 사용된다. 그런 다음, 변조된 전압은 전압 측정 장치(28)를 사용하여 통신 버스(16)에 연결된 모든 슬레이브(14)에서 캡처될 수 있다. 따라서 마스터(12)에 의해 전송된 데이터는 각각의 슬레이브(14)에서 각각 디코딩될 수 있다.
각각의 슬레이브(14)는 또한 변조될 수 있는 전류 싱크(30)를 포함하는데, 전류 싱크(30)는 슬레이브(14)에 의해 전송될 데이터를 통신 버스(16)를 통해 전류 측정 장치(26)를 사용하여 마스터(12)에 존재하는 전압원(20)에 의해 인출되는 전류로 변조하는데 사용된다. 변조된 전류는 전류 측정 장치(26)를 사용하여 캡처된다. 따라서 각 슬레이브(14)에 의해 전송된 데이터는 마스터(12)에서 디코딩될 수 있다. 이러한 방식으로 설정된 통신 네트워크(10)는 매우 비용 효율적인 방식으로 구현될 수 있다.
이러한 맥락에서, WO 03/053018 A1은 적어도 두 명의 통신 참가자 사이에 신호 형태의 데이터를 통신 경로를 통해 양방향으로 전송하는 방법을 개시하는데, 여기서 참가자는 각각 적어도 하나의 전환 가능한 부하 유닛, 부하 유닛에 할당된 적어도 하나의 전환 가능한 전류원 유닛, 및 부하 유닛에 할당된 적어도 하나의 비교기를 가지며, 데이터를 전송할 때 참가자에게는 적어도 일시적으로 송신기의 기능이 할당되거나 적어도 일시적으로 수신기의 기능이 할당되어, 송신기의 전류원 유닛은 신호를 전송하기 전에 연결이 끊어지고, 송신기의 전류원 유닛은 그에 따라 클럭킹되어 통신 경로를 통해 전송될 신호를 생성하고, 이러한 방식으로 생성된 신호는 통신 경로를 통해 전송되고, 그 결과 수신기에 할당된 비교기 장치에서 대응 출력 신호가 생성되고, 송신기의 부하 유닛은 송신 후 다시 온으로 전환된다.
EP 1 371 045 B1은 차량 센서와 제어 유닛 사이에서 데이터를 전송하기 위한 장치를 개시하는데, 여기서 데이터는 제 1 데이터 텔레그램을 사용하여 각 차량 센서에서 제어 유닛으로 비동기식으로 전송된다. 제어 유닛은, 각각의 차량 센서로부터의 센서 데이터를 사용하여 제 1 데이터 텔레그램을 디코딩하고 그것을 제 2 데이터 텔레그램으로 재포맷하는 인터페이스 모듈을 갖는다. 인터페이스 모듈은 제 2 데이터 텔레그램을 제어 유닛의 프로세서로 동기식으로 전송하며, 인터페이스 모듈은 센서 데이터를 버퍼링하기 위한 메모리를 갖는다. 제 2 데이터 텔레그램은 각각의 차량 센서로부터의 센서 데이터를 선택하기 위한 에이지 비트(age bit)를 가지며, 메모리는 각 차량 센서에 대해 이전 센서 데이터에 대한 제 1 데이터 필드와 새로운 센서 데이터에 대한 제 2 데이터 필드를 가지며, 프로세서는 에이지 비트를 설정한다.
US 9,325,245 B2는 2개의 연결부, 2개의 전압 절연 및 전류 절연 캡처 유닛, 처리 모듈, 2개의 필터 회로 유닛 및 양방향 전류 변환 모듈을 포함하는 양방향 절연 DC/DC 컨버터에 관한 것이다. 두 포트 중 하나는 양방향 절연 DC/DC 컨버터의 입력 연결부로 선택적으로 사용되며 두 포트 중 다른 하나는 출력 연결부로 사용된다. 2개의 연결부에서 전압 및 전류를 샘플링하고 대응 피드백 신호를 생성하기 위해 2개의 전압 절연 및 전류 절연 캡처 유닛은 각각 2개의 연결부에 연결된다. 프로세싱 모듈은 피드백 신호를 수신하고 피드백 신호에 따라 대응 제어 신호를 출력한다. 처리 모듈에 의해 출력되는 제어 신호에 따라 2개의 연결부 사이에서 서로 다른 전압의 변환을 수행하기 위해, 양방향 전력 변환 모듈은 2개의 전압 절연 및 전류 절연 캡처 유닛을 통해 2개의 연결부에 연결된다.
US 9,496,969 B1은 방사선 방출 레벨을 감소시키기 위한 펄스파 형성기를 개시한다. 펄스파 형성기는 제 1 적분기를 포함하는데, 제 1 적분기는 제 1 펄스파를 수신하고 제 2 펄스파를 생성하고, 제 1 적분기에는 제 2 적분기가 결합되고, 제 2 적분기는 제 2 펄스파를 수신하고 펄스파 진폭을 갖는 제 3 펄스파를 생성한다. 제 1 펄스파는 제 1 펄스파 형상을 포함하고, 제 2 펄스파는 제 2 펄스파 형상을 포함하고, 제 3 펄스파는 제 3 펄스파 형상을 포함한다. 제 3 펄스파 형상은 버스를 통해 전송될 때 감소된 방사선 방출 레벨을 생성한다.
따라서, 위에서 인용된 종래 기술로부터 진행하여, 본 발명은 마스터에서 슬레이브로의 전송 방향 및 각 슬레이브에서 마스터로의 전송 방향으로 빠르고 효율적인 통신을 가능하게 하는 네트워크 통신 시스템 및 위에서 언급한 유형의 방법을 명시하려는 목적에 기초한다.
이 목적은 본 발명에 따라 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 구성은 종속항에 명시된다.
따라서, 본 발명은, 통신 버스, 통신 버스를 통해 서로 연결되는 제 1 통신 장치 및 복수의 제 2 통신 장치를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템으로서, 제 1 통신 장치는 통신 버스 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하기 위한 바이어스 전압원을 포함하고, 제 1 통신 장치는 통신 버스 상의 전류를 캡처하기 위한 전류 측정 장치를 포함하고, 네트워크 통신 시스템은 복수의 제 2 통신 장치와 병렬로 배열된 종단 저항기를 가지며, 제 1 통신 장치는 통신 버스 상에서 바이어스 전압 및 종단 저항기에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 1 변조 장치를 포함하고, 각각의 제 2 통신 장치는 바이어스 전압 및 종단 저항기에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 2 변조 장치를 포함하고, 각각의 제 2 통신 장치는 종단 저항기에서 전압을 캡처하기 위한 제 2 전압 측정 장치를 갖는, 네트워크 통신 시스템을 명시한다.
본 발명은 또한, 통신 버스, 통신 버스를 통해 서로 연결되는 제 1 통신 장치 및 복수의 제 2 통신 장치, 복수의 제 2 통신 장치와 병렬로 배열된 종단 저항기를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템에서 전류 변조에 기초한 양방향 통신을 위한 방법으로서, 제 1 통신 장치를 사용하여 통신 버스 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하는 단계와, 제 1 통신 장치를 사용하여 통신 버스 상에 변조된 전류를 생성하는 단계와, 제 2 통신 장치의 각각을 사용하여 종단 저항기에서 제 1 통신 장치를 사용하여 변조된 전류에 의해 초래된 전압을 캡처하는 단계와, 제 2 통신 장치 중 하나를 사용하여 통신 버스 상에 변조된 전류를 생성하는 단계와, 제 1 통신 장치를 사용하여 통신 버스 상에서 제 2 통신 장치 중 하나를 사용하여 변조된 전류를 캡처하는 단계를 포함하는 방법을 명시한다.
따라서, 본 발명의 기본 사상은, 아래에서 마스터로도 지칭되는 제 1 통신 장치와 아래에서 슬레이브로도 지칭되는 복수의 제 2 통신 장치 간의 통신 중에 전송될 데이터를 변조하기 위해 전류 변조를 양방향으로 사용하는 것이다. 이것은, 전압 변조의 경우 일반적으로 달성될 수 있고 더 느린 마스터에서 슬레이브를 향하는 방향으로의 데이터 전송 속도가 전류 변조의 경우 증가될 수 있다는 이점을 갖는다. 전류 변조를 통해 전류를 직접 조정할 수 있으므로 네트워크 통신 시스템의 EMC(electromagnetic compatibility)에 부과된 요건을 보다 쉽게 준수할 수 있다. 전자기 방사는 전류의 1차 도함수, 즉 전류의 변화에 비례하기 때문에, 변조는 방사가 필요하거나 원하는 정도로 감소될 수 있는 방식으로 수행될 수 있다. 방사를 간단히 제어하면 전압 변조에 기초한 통신에 비해 마스터와 슬레이브 간의 통신을 개선하고 가속화할 수 있다. 전압 변조의 경우에 전압 변조 동안의 방사를 제한하기 위해 종래 기술에서 수행되는 데이터 전송 속도의 제한은 필요하지 않다.
통신 버스는 일반적으로 2개의 전기 라인으로 설계되며, 라인 중 하나는 접지에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 통신 장치는 2개의 라인에 병렬로 연결된다.
바이어스 전압원에 의해 생성된 일정한 바이어스 전압은, 제 1 통신 장치 및 각각의 제 2 통신 장치에 의해 데이터가 변조되는 통신 버스 상에 일정한 대기 전류를 생성할 수 있게 한다. 이 경우, 변조는 대기 전류로부터 시작하여 제 1 또는 각각의 제 2 변조 장치에 의해 수행된다. 이 경우, 제 2 통신 장치는 특히, 대기 전류에서 시작하여 예를 들어 전류의 도함수에 의해 전류 변조를 수행할 수 있으며, 그 결과 이들은 반드시 자체 전류원을 필요로 하지는 않는다.
통신 버스 상에서 제 1 통신 장치에 의해 수행되는 전류의 변조를 캡처하기 위해, 제 2 통신 장치에 의해 종단 저항기에 걸쳐 강하된 전압의 변화를 사용하여 통신 버스 상의 전류가 결정된다. 따라서, 제 1 통신 장치에 의해 변조된 데이터를 디코딩하기 위해 제 1 통신 장치에 의한 전류 변조는 각각의 제 2 통신 장치에 의해 캡처될 수 있다. 제 2 통신 장치가 통신 버스와 병렬로 연결되어 있기 때문에, 제 2 통신 장치에 의한 직접적 전류 측정은 어려울 수 있다. 그러나, 각각의 제 2 통신 장치는 전류 변경을 초래하는 종단 저항기의 전압을 병렬로 측정할 수 있다. 종단 저항기에 대한 정보를 사용하여 통신 버스 상의 전류가 결정될 수 있다. 원칙적으로, 전류 변조에 대한 정확한 값을 결정할 필요는 없다. 증가되거나 감소된 레벨은, 예를 들어 변조 전류를 정확히 결정할 필요없이, 개별 디지털 상태를 코딩할 수 있다.
데이터는 각각의 경우에 독립적으로 그리고 기본적으로 임의의 원하는 시간 순서로 제 1 통신 장치로부터 제 2 통신 장치 중 하나로 그리고 제 2 통신 장치 각각으로부터 제 1 통신 장치로 전송된다. 2개의 통신 장치가 동시에 데이터를 전송하려는 상황을 피하는 것이 필요할 뿐이다.
본 발명의 유리한 구성에서, 전류 측정 장치는, 제 2 통신 장치에 의해 변조된 전류가 흐르는 측정 저항기와, 측정 저항기 양단의 전압 강하를 캡처하기 위한 제 1 전압 측정 장치를 갖는다. 예를 들어, 측정 저항기는 1 옴 이하의 작은 저항값을 갖는 션트 형태이다. 이러한 션트의 결과로서, 통신 버스 상의 전류는 약간만 영향을 받는다. 션트를 사용한 전압 측정은 매우 쉽고 안정적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 대안적인 구성에서, 전류 측정 장치는, 제 2 통신 장치에 의해 변조된 전류가 흐르는 전류 미러와, 전류계를 가질 수 있다. 따라서, 전류계는 특히 통신 버스 상의 전류 또는 버스 전류를 전류 미러를 사용하여 정확하게 측정할 수 있다. 전류 미러를 사용하면 전류 측정이 나머지 회로에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
본 발명의 유리한 구성에서, 바이어스 전압원 및 제 1 변조 장치는 제 1 통신 장치에서 병렬로 배열되고, 바이어스 전압원의 업스트림에는 다이오드가 연결되어 제 1 변조 장치에서 바이어스 전압원으로의 전류를 차단한다. 따라서, 다이오드는 변조된 전류가 바이어스 전압원에 의해 평활화되거나 심지어 완전히 흡수되는 것을 방지한다. 대기 전류 및 변조된 전류는 합해져서 변조된 형태로 전송된 데이터를 포함하는 전체 전류를 형성한다.
본 발명의 유리한 구성에서, 바이어스 전압원 및 전류 측정 장치는 직렬로 연결된다. 따라서, 제 1 통신 장치는 간단한 구조를 가질 수 있다. 바이어스 전압원은 저항기(예컨대, 종단 저항기)와 함께 통신 버스 상에 대기 전류를 제공할 수 있다. 이 경우 전류는 전압원을 통해 흐르고, 따라서 전류 측정 장치를 통해서도 흐를 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 바이어스 전압원은 정전압원(constant voltage source)의 형태이다. 따라서, 정전압원은 통신 버스 상의 데이터를 변조하는 데 사용되지 않는다. 대기 전류는 종단 저항기와 함께 정전압원을 선택함으로써 설정될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 제 1 변조 장치는 제 1 전압원과 직렬로 연결된다. 제 1 전압원은 제 1 변조 장치를 미리 설정한다. 제 1 변조 장치의 기능을 보장하기 위해 회로 조정이 수행된다.
본 발명의 유리한 구성에서, 제 1 변조 장치 및/또는 제 2 변조 장치는 대기 전류의 아날로그 변조를 위해 설계된다. 따라서, 전류 변조는 전송될 아날로그 신호에 따라 수행되고, 그 결과 대기 전류는 이에 기초하여 변조된다.
본 발명의 유리한 구성에서, 제 1 변조 장치 및/또는 제 2 변조 장치는 바람직하게는 복수의 상이한 변조 전류 레벨을 갖는 전류의 디지털 변조를 위해 설계된다. 예를 들어, 제 1 통신 장치의 일 구현에서, 제 1 변조 장치는 우세 데이터 레벨에서 데이터 전송 중에 전류를 구동하도록, 즉, 통신 버스에 전류를 공급하도록 구성될 수 있고, 수동 데이터 레벨에서 전류를 차단하도록, 즉, 대기 전류를 변경시키지 않도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 변조된 데이터는 통신 버스 상에서 대기 전류보다 높게 나타나며, 따라서 정전압원의 전압보다 큰 종단 저항기에서의 전압의 결과로서 나타난다. 복수의 변조 전류 레벨을 사용하면 이진 데이터 전송에 비해 더 많은 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 종단 저항기는 제 1 통신 장치 내에 배열된다. 통신 버스 상에 종단 저항기를 별도로 배열할 필요가 없으므로, 네트워크 통신 시스템은 전반적으로 단순화된다. 제 1 통신 장치 내의 버스 저항기의 배열은 모든 제 2 통신 장치가 동일한 구조를 가질 수 있게 한다. 이것은 네트워크 통신 시스템의 구조 및 유지를 용이하게 한다.
본 발명의 유리한 구성에서, 종단 저항기는 제 2 통신 장치 중 하나 내에 배열된다. 통신 버스 상에 종단 저항기를 별도로 배열할 필요가 없으므로, 네트워크 통신 시스템은 전반적으로 단순화된다.
본 발명의 유리한 구성에서, 종단 저항기는 통신 버스에 직접 배열된다. 이는 종단 저항기를 가질 필요가 없는 제 1 및 제 2 통신 장치를 제공할 수 있게 한다. 따라서, 모든 제 1 및 제 2 통신 장치는 각각 동일한 방식으로 생산될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 변조 장치는 전류 싱크의 형태이다. 제 1 통신 장치에 의해 미리 설정된 통신 버스 상의 대기 전류에 기초하여, 전류 싱크를 통해 대기 전류를 감소시킴으로써 변조가 수행된다. 따라서, 제 1 통신 장치에 의해 설정된 대기 전류의 더 낮은 부분이 종단 저항기를 통해 흐르고, 그 결과 종단 저항기에 인가되는 전압이 그에 따라 저하된다. 전류 싱크를 갖는 제 2 통신 장치의 실시예는 능동적으로 전류를 제공할 필요가 없기 때문에 쉽게 가능하다. 전류 싱크가 사용되는 경우, 종단 저항기를 통한 전류의 원하지 않는 변동을 방지하기 위해, 모든 전류 싱크는, 사용중이 아닐 때, 즉, 통신 버스 상의 대기 전류에 대해 어떠한 데이터도 변조하지 않는 동안, 차단을 수행해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하고 바람직한 실시예에 기초하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 예시된 특징은 각각의 경우에 개별적으로 그리고 조합하여 본 발명의 측면을 나타낼 수 있다. 서로 다른 예시적인 실시예의 특징은 하나의 예시적인 실시예에서 다른 실시예로 이전될 수 있다.
도 1은 부유 커패시턴스를 갖는 연결 라인을 통해 서로 연결된 마스터 및 슬레이브를 갖는 종래 기술의 통신 네트워크의 개략도를 도시한다.
도 2는 마스터가 변조될 수 있는 전압원을 갖고 각 슬레이브가 변조될 수 있는 전류 싱크를 갖는 도 1의 통신 네트워크의 특정 구성을 도시한다.
도 3a는 통신 버스와 병렬로 연결되는 제 1 통신 장치, 복수의 제 2 통신 장치 및 종단 저항기를 갖는 바람직한 제 1 실시예에 따른 네트워크 통신 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3b는 전류 미러에 기초한 전류 측정 장치를 갖는 대안적인 제 2 실시예에 따른 네트워크 통신 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 이진 디지털 변조가 사용될 때 종단 저항기에서의 전압 프로파일과 함께 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 사이의 데이터 전송을 갖는 예시적인 시간 다이어그램을 도시한다.
도 5는 3개의 상이한 신호 레벨을 갖는 디지털 변조가 사용될 때 종단 저항기에서의 전압 프로파일과 함께 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 사이의 데이터 전송을 갖는 예시적인 시간 다이어그램을 도시한다.
도 3a는 제 1 바람직한 실시예에 따른 네트워크 통신 시스템(50)을 도시한다.
제 1 실시예의 네트워크 통신 시스템(50)은 제 1 통신 장치(52), 복수의 제 2 통신 장치(54), 및 제 1 통신 장치(52)와 복수의 제 2 통신 장치(54)를 서로 연결하는데 사용되는 통신 버스(56)를 포함한다. 통신 버스(56)는 2개의 전기 라인(58)을 사용하여 구현된다.
통신 버스(56)는 또한 통신 장치(52, 54)와 병렬로 통신 버스(56)에 연결되는 종단 저항기(60)를 갖는다. 대안적인 실시예에서, 종단 저항기(60)는 종단 정전압원(62)과 직렬로 배열될 수 있고, 그 결과 종단 저항기(60)의 값은 낮게 유지될 수 있다.
제 1 통신 장치(52)는 통신 버스(56) 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하기 위한 바이어스 전압원(64)을 포함한다. 일정한 바이어스 전압은 종단 저항기(60)를 통해 대기 전류(quiescent current)를 생성한다. 바이어스 전압원(64)은 정전압원(64)의 형태이다.
제 2 통신 장치(54) 각각은 통신 버스(56) 상의 싱크 전류를 변조하기 위한 제 2 변조 장치(78) 및 종단 저항기(60)에서 전압을 측정하기 위한 제 2 전압 측정 장치(80)를 포함한다. 제 2 전압 측정 장치(80)를 사용하여 종단 저항기(60)의 전압을 측정함으로써, 종단 저항기(60)의 정보를 갖는 각각의 제 2 통신 장치(54)는 통신 버스(56) 상의 전체 전류를 결정할 수 있다.
제 1 통신 장치(52)는 바이어스 전압원(64)과 직렬로 연결되는 전류 측정 장치(66)를 포함한다. 도 3a의 이 실시예에서, 전류 측정 장치(66)는 측정 저항기(68)를 포함하는데, 이를 통해 대기 전류가 각각의 제 2 통신 장치(54)의 전류 싱크(78)에 의해 변조된 전류와 함께 흐른다. 이 전류는 통신 버스(56) 상의 전류에 대응한다. 제 1 통신 장치(52) 또는 전류 측정 장치(66)는 또한 측정 저항기(68) 양단의 전압 강하를 측정하기 위한 제 1 전압 측정 장치(70)를 포함한다. 측정 저항값(68)의 정보를 사용하여, 통신 버스(56) 상의 변조된 전류의 값이 결정될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 전류 측정 장치(66)는 또한 측정 저항기(68) 및 전압 측정 장치(70) 없이 다른 수단을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 제 2 실시예에서, 전류 측정 장치(66)는, 도 3b에 상징적으로 도시된 바와 같이, 전류 미러(69) 및 전류계(71)를 사용하여 구현될 수 있다. 따라서, 전류 측정 장치(66)는 전류 미러(69)를 포함하는데, 이를 통해 대기 전류가 각각의 제 2 통신 장치(54)의 전류 싱크(78)에 의해 변조된 전류와 함께 흐른다. 이 전류는 또한 여기서 통신 버스(56) 상의 전류 또는 버스 전류에 대응한다. 제 1 통신 장치(52) 또는 전류 측정 장치(66)는 또한 전류 미러를 통해 통신 버스 상의 전류를 측정하기 위한 전류계(71)를 포함한다. 전류 미러를 사용함으로써, 전류 측정은 나머지 회로에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
다음 설명은 도 3a의 실시예와 도 3b의 실시예 양쪽 모두에 관한 것이다. 제 1 변조 장치(72)는 바이어스 전압원(64) 및 전류 측정 장치(66)와 병렬로 제 1 공급 전압원(74)과 직렬로 배열된다. 본 경우에, 제 1 변조 장치(72)는 변조될 수 있는 전류원의 형태이다. 제 1 공급 전압원(74)은 변조될 수 있는 전류원(72)이 일정한 대기 전류에 추가하여 변조된 전류가 통신 버스(56)로 흐를 수 있게 하는 것을 가능하게 한다.
이러한 맥락에서, 바이어스 전압원(64) 및 전류 측정 장치(66)를 포함하는 직렬 회로의 업스트림에 다이오드(76)가 연결되어, 제 1 변조 장치(72)로부터 바이어스 전압원(64)으로의 전류를 차단한다. 따라서, 다이오드(76)는, 제 1 변조 장치(72)에 의해 변조된 전류가 통신 버스(56)로만 흐르고 바이어스 전압원(64)에 의해 평활화되거나 심지어 완전히 흡수되지 않는 것을 보장한다. 대기 전류 및 변조된 전류는 합해져서 전송된 데이터를 포함하는 전체 전류(버스 전류)를 형성한다.
동작 중에, 먼저, 제 1 통신 장치(52)로부터 통신 버스(56) 상에 일정한 대기 전류가 네트워크 통신 시스템(50)의 바이어스 전압원(64)에 의해 생성된다. 제 1 통신 장치(52)의 제 1 변조 장치(72) 및 모든 제 2 통신 장치(54)는 활성화되지 않고, 즉, 대기 전류에 추가하여 어떠한 전류도 통신 버스(56) 상에 생성되거나 인출되지 않는다. 이에 기초하여, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 제 1 통신 장치(52) 및 각각의 제 2 통신 장치(54)에 의해 시간적 오프셋 방식으로 전류 변조를 사용하여 데이터가 변조될 수 있다.
제 1 통신 장치(52)가 하나 이상의 제 2 통신 장치(54)에 데이터를 전송하기를 원하는 경우, 제 1 통신 장치(52)는 제 1 변조 장치(72)를 사용하여 데이터를 변조된 전류로 변조하고, 변조된 전류가 일정한 대기 전류에 추가하여 통신 버스(56)로 흐르도록 허용한다. 제 2 통신 장치(54)의 제 2 변조 장치(78)는 비활성 상태를 유지한다. 그 결과, 통신 버스(56)를 통해 흐르는 전류, 즉, 제 1 변조 장치(72)에 의해 변조된 전류와 함께 대기 전류는 종단 저항기(60)를 통해 완전히 흐른다. 대기 전류에 비해, 제 1 변조 장치(72)에 의해 변조된 전류는 종단 저항기(60)에 추가 전압 강하를 일으킨다. 제 2 통신 장치(54)는 각자의 제 2 전압 측정 장치(80)를 사용하여 종단 저항기(60)에서 전압을 측정함으로써 변조된 데이터를 디코딩할 수 있다. 따라서, 제 1 통신 장치(52)에 의해 변조된 데이터는 각각의 제 2 통신 장치(54)에서 디코딩될 수 있다.
따라서, 제 2 통신 장치(54)는 데이터를 제 1 통신 장치(52)로 전송하기 위해 대응하는 제 2 변조 장치(78)를 사용하여 통신 버스(56)로부터 변조된 전류를 각각 인출할 수 있다. 이것은 바이어스 전압과 그에 따른 대기 전류에 의해 가능해지며, 그 결과, 각각의 제 2 통신 장치(54)의 제 2 변조 장치(78)는 변조된 싱크 전류를 인출할 수 있고, 그에 따라 바이어스 전압원(64)으로부터 흐르는 대기 전류가 증가된다.
각자의 제 2 변조 장치(78)에 의해 인출된 변조된 싱크 전류는 측정 저항기(68) 양단의 전압 강하의 변화를 야기하는데, 이 변화는 제 2 통신 장치(54) 중 하나에 의해 변조된 전류에 대응한다. 제 1 통신 장치(52)는 측정 저항기(68)에서의 전압을 측정하고, 그 결과, 제 2 통신 장치(54) 중 하나에 의해 변조된 데이터는 디코딩될 수 있다.
데이터는 제 1 통신 장치(52)로부터 제 2 통신 장치(54) 중 하나로, 그리고 각각의 제 2 통신 장치(54)로부터 제 1 통신 장치(52)로, 각각의 경우에 독립적으로 그리고 기본적으로 임의의 원하는 시간 순서로 전송된다. 통신 장치들(52, 54) 중 2개가 동시에 데이터를 전송하고자 하는 상황을 피하는 것이 필요할 뿐이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 제 1 또는 하나의 제 2 통신 장치(52, 54)에 의한 통신 버스(56) 상의 전류의 변조를 도시한다. 제 1 전송 단계(82) 동안, 제 1 통신 장치(52)는 우세 레벨 및 수동 레벨을 갖는 이진 디지털 데이터인 데이터를 전송한다. 따라서, 통신 버스(56) 상의 전류는 우세 레벨을 변조하기 위해 제 1 변조 장치(72)에 의해 증가된다. 그 결과, 통신 버스(56) 상의 전압의 순시값도 증가되는데, 이는 제 2 전압 측정 장치(80)를 사용하여 캡처 및 디코딩될 수 있다. 수동 레벨의 경우, 통신 버스(56) 상의 전류는 변경되지 않고 유지되며, 제 1 변조 장치(72)는 0을 사용하여 수동 레벨을 디지털 코딩한다. 능동 레벨의 경우, 통신 버스(56) 상의 전류는 그에 따라 변경되며, 제 1 변조 장치(72)는 능동 레벨을 1을 사용하여 디지털 코딩한다. 제 2 통신 장치(54) 중 하나에서 제 1 통신 장치(52) 로의 데이터의 변조 및 전송에도 동일한 것이 적용된다. 제 2 통신 장치(54) 중 하나가 자신의 제 2 변조 장치를 사용하여 데이터를 변조하는 동안, 바이어스 전압원(64)에 의해 인출된 총 전류는 증가된다. 직렬로 연결된 측정 저항기(68) 때문에, 통신 버스(56)의 전압의 순시값은 감소된다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 제 1 통신 장치(52)에 의한 통신 버스(56) 상의 전류의 변조를 도시한다. 변조될 데이터는 여기에서 3개의 상이한 레벨, 즉, 2개의 우세 레벨 및 하나의 수동 레벨을 가질 수 있다. 따라서, 통신 버스(56) 상의 데이터를 변조하기 위해 제 1 또는 제 2 우세 레벨에 따라 제 1 변조 장치(72)에 의해 통신 버스(56) 상의 전류가 증가된다.
추가 실시예에서, 전송될 데이터는 복수의 변조 레벨을 사용하여 양방향으로 코딩될 수 있으며, 다른 쪽에서 수신한 후 그에 따라 디코딩될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 종단 저항기(60)는 제 1 통신 장치(52) 또는 제 2 통신 장치(54) 내에 배열된다.
네트워크 통신 시스템(50)에서 데이터를 전송하기 위한 전류 변조의 배타적 사용에 기초하여, 변조된 전류의 구성은 EMC(electromagnetic compatibility)에 부과된 요건을 충족시키기 위해 조정될 수 있다. 네트워크 통신 시스템(50)에 의한 EMC 방출을 감소시키기 위한 변조의 실제 조정은 본 발명의 범위 내에 있지 않으므로 여기에서 설명되지 않는다. 본 경우에, 네트워크 통신 시스템(50)은 이러한 변조의 조정을 수행할 수 있도록 제공된다.
10: 네트워크 통신 시스템(종래 기술)
12: 마스터(선행 기술)
14: 슬레이브(종래 기술)
16: 통신 버스(종래 기술)
18: 부유 커패시턴스(종래 기술)
20: 변조될 수 있는 전압원(종래 기술)
22: 측정 저항기(종래 기술)
24: 제 1 전압계(종래 기술)
26: 전류 측정 장치(종래 기술)
28: 제 2 전압계(종래 기술)
30: 전류 변조 장치, 변조될 수 있는 전류 싱크(종래 기술)
In: 슬레이브에 의해 변조된 전류(종래 기술)
UM: 마스터에 의해 변조된 전압(종래 기술)
50: 네트워크 통신 시스템
52: 제 1 통신 장치, 마스터
54: 제 2 통신 장치, 슬레이브
56: 통신 버스
58: 라인
60: 종단 저항기
62: 종단 전압원, 정전압원
64: 바이어스 전압원, 정전압원
66: 전류 측정 장치
68: 측정 저항기
69: 전류 미러
70: 제 1 전압 측정 장치
71: 전류계
72: 제 1 변조 장치, 변조될 수 있는 전류원
74: 공급 전압원
76: 다이오드
78: 제 2 변조 장치, 변조될 수 있는 전류 싱크
80: 제 2 전압 측정 장치
82: 제 1 전송 단계
84: 제 2 전송 단계
IM: 마스터에 의해 변조된 전류

Claims (14)

  1. 통신 버스(56), 상기 통신 버스(56)를 통해 서로 연결되는 제 1 통신 장치(52) 및 복수의 제 2 통신 장치(54)를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템(50)으로서,
    상기 제 1 통신 장치(52)는 상기 통신 버스(56) 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하기 위한 바이어스 전압원(64)을 포함하고,
    상기 제 1 통신 장치(52)는 상기 통신 버스(56) 상의 전류를 캡처하기 위한 전류 측정 장치(66)를 포함하고,
    상기 네트워크 통신 시스템(50)은 상기 복수의 제 2 통신 장치(54)와 병렬로 배열된 종단 저항기(60)를 가지며,
    상기 제 1 통신 장치(52)는 상기 통신 버스(56) 상에서 상기 바이어스 전압 및 상기 종단 저항기(60)에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 1 변조 장치(72)를 포함하고,
    각각의 제 2 통신 장치(54)는 상기 바이어스 전압 및 상기 종단 저항기(60)에 의해 설정된 전류를 변조하기 위한 제 2 변조 장치(78)를 포함하고,
    각각의 제 2 통신 장치(54)는 상기 종단 저항기(60)에서 전압을 캡처하기 위한 제 2 전압 측정 장치(80)를 갖는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 측정 장치(66)는, 제 2 통신 장치(54)에 의해 변조된 전류가 흐르는 측정 저항기(68)와, 상기 측정 저항기(68) 양단의 전압 강하를 캡처하기 위한 제 1 전압 측정 장치(70)를 갖는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 측정 장치(66)는, 상기 제 2 통신 장치(54)에 의해 변조된 전류가 흐르는 전류 미러(69)와, 전류계(71)를 갖는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압원(64)과 상기 제 1 변조 장치(72)는 상기 제 1 통신 장치(52)에서 병렬로 배열되고,
    상기 바이어스 전압원(64)의 업스트림에는 다이오드(76)가 연결되어 상기 제 1 변조 장치(72)로부터 상기 바이어스 전압원(64)으로의 전류를 차단하는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압원(64)과 상기 전류 측정 장치(66)는 직렬로 연결되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바이어스 전압원(64)은 정전압원(constant voltage source)의 형태인,
    네트워크 통신 시스템(50).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 장치(72)는 제 1 전압원(74)과 직렬로 연결되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 장치(72) 및/또는 상기 제 2 변조 장치(78)는 전류의 아날로그 변조를 위해 설계되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 장치(72) 및/또는 상기 제 2 변조 장치(78)는 복수의 상이한 변조 전류 레벨을 갖는 전류의 디지털 변조를 위해 설계되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종단 저항기(60)는 상기 제 1 통신 장치(52) 내에 배열되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종단 저항기(60)는 상기 제 2 통신 장치(54) 중 하나 내에 배열되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종단 저항기(60)는 통신 버스(56) 상에 직접 배열되는,
    네트워크 통신 시스템(50).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 변조 장치(78)는 변조될 수 있는 전류 싱크의 형태인,
    네트워크 통신 시스템(50).
  14. 통신 버스(56), 상기 통신 버스(56)를 통해 서로 연결되는 제 1 통신 장치(52) 및 복수의 제 2 통신 장치(54), 상기 복수의 제 2 통신 장치(54)와 병렬로 배열된 종단 저항기(60)를 갖는 특히 차량용인 네트워크 통신 시스템(50)에서 전류 변조에 기초한 양방향 통신을 위한 방법으로서,
    상기 제 1 통신 장치(52)를 사용하여 상기 통신 버스(56) 상에 일정한 바이어스 전압을 생성하는 단계와,
    상기 제 1 통신 장치(52)를 사용하여 상기 통신 버스(56) 상에 변조된 전류를 생성하는 단계와,
    상기 제 2 통신 장치(54)의 각각을 사용하여 상기 종단 저항기(60)에서 상기 제 1 통신 장치(52)를 사용하여 변조된 상기 전류에 의해 초래된 전압을 캡처하는 단계와,
    상기 제 2 통신 장치(54) 중 하나를 사용하여 통신 버스(56) 상에 변조된 전류를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 통신 장치(52)를 사용하여 통신 버스(56) 상에서 상기 제 2 통신 장치(54) 중 하나를 사용하여 변조된 상기 전류를 캡처하는 단계를 포함하는
    방법.
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