KR101791373B1 - 장애 적응형 송수신기 - Google Patents

Abstract

데이터 버스 라인들 중 하나의 장애 발생에 불구하고 에러 없는 통신을 유지하는 차동 데이터 버스 시스템이 개시된다.

Description

장애 적응형 송수신기{FAULT TOLERANT TRANSCEIVER}

본 발명 장치 및 방법은 2선 차동 시그널링(two wire differential signalling) 통신 시스템 분야에 관한 것이며, 구체적으로는 라인의 장애상태 동안 통신을 유지하는 방법에 관한 것이다.

하나의 전자장치에서 다른 전자장치로 정보를 통신하는 여러 가지 아키텍처가 존재한다. 흔히 사용되는 아키텍처가 도 1에 도시되어 있다. 이 아키텍처에서 장치들은 데이터 버스 또는 통신 버스로 종종 불리는 공통의 통신 구조체를 공유한다. 상기 버스에 연결된 각각의 장치는 정보를 상기 버스에 송신하거나, 상기 버스 상에 송신된 임의의 정보를 수신할 수 있다. 또한, 버스 상에 송신된 정보는 상기 장치들의 각각을 통해서 왜곡 없이 전달할 수 있다. 하나의 장치를 다른 장치에 연결하는 통신 버스 부분은 통신 버스 라인 또는 링크로 지칭될 수 있다. 신호가 전송되는 물리적 매체는 전선 또는 광섬유일 수 있다. 통신 버스를 통해 하나의 장치에서 다른 장치로 송신된 신호는 RF(radio frequency) 변조 또는 유사한 구현이 기저를 이루는 전기 펄스, 광 펄스, 또는 전압의 변화일 수 있다. 그와 같은 버스들의 예는 Mil-Std-1553, CAN, FlexRay, RS485, RS42 등이 있다. 송신된 신호들은 복수의 장치들을 통과하기 때문에, 각각의 장치에 대한 연결은 신호에 어떤 변화도 일으키지 않아야 하는 것이 분명하다. 모든 장치들이 장치와 장치를 연결하는 기껏 2개의 링크를 가지는 경우 버스는 1차원 버스라고 불린다. 만일 적어도 하나의 장치가 다른 장치들에 대해 3개 이상의 버스 링크를 가진다면 그 버스는 2차원 버스라고 불린다.

흔히 사용되는 통신 버스는 2선 차동 시그널링 통신 버스이다. 이 버스에는 각각의 장치를 연결하는 2개의 병렬 통신 버스가 있다. 이 버스 내의 신호는 한 버스 내의 신호와 병렬 버스 내의 신호 사이의 차이이다. 예를 들어, 만일 각각의 버스가 장치들을 연결하는 전선이고 만일 신호가 상기 전선 내의 전압 변화라면, 차동 버스에서, 상기 신호는 2개 전선들 상의 전압 사이의 전압 차이이다. 어떤 불리한 물리적 상태를 극복하기 위해 차동 버스가 사용된다. 예를 들어 만일 버스가 심각한 전기적 간섭을 받는다면, 한 전선 상의 전압은 예측될 수 없으며 버스는 작동하지 않을 수 있다. 그러나 2선 버스가 2개의 전선 상에 동일한 전압 간섭을 만날 경우 결과적인 차이는 전기 간섭에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 그러므로 2선 차동 버스는 더 나은 잡음 내력(noise immunity)을 제공한다. 버스 경계에서 또는 장치-버스 연결부에서 신호 반사를 방지하기 위해, 버스는 특성 임피던스를 갖도록 설계되며 버스 종단 또는 연결 지점들은 버스 임피던스와 정합하는 종단 임피던스를 가진다.

종단을 가진 최신 차동 버스들은 만일 버스의 선들 중 하나에 절단 또는 개방 회로와 같은 장애가 있으면 송신된 신호를 검출할 수 없다. 장애의 경우에, 한 라인의 전압은 종단 저항기(저항) 때문에 제2 라인 상의 전압을 따를 것이며 송신이 일어났음을 지시하기 위해 필요한 전압 차이가 상기 라인들 사이에 없을 수 있다. 차동 통신 버스에 장애가 있더라도 계속해서 기능을 할 수 있는 송수신기 구조체를 가지는 것이 바람직하다. 장애의 예로는 데이터 버스 선들 중 하나에서 기계적 절단 또는 다른 형태의 분리가 있다. 그와 같은 장애의 발생 동안 데이터 버스 상의 송신된 데이터는 다수의 에러와 함께 수신될 수 있으며, 이것은 데이터 버스의 이용을 원래 용량의 10% 미만으로 감소시킬 수 있다. 또한, 그와 같은 장애의 발생 동안 장애의 일 측의 송신 데이터는 그 장애를 통과하여 장애의 다른 측의 유닛들에 도달할 수 없을 것이다. 또한, CAN 버스와 같은 자생적(self-eruptive) 프로토콜의 경우에, 만일 2선 중 하나가 여전히 온전하다면, 버스 장애의 양측에서 동시에 송신하는 유닛들은 서로의 송신과 간섭할 수 있다.

그러므로 차동 데이터 버스에서 장애 발생시 송신 에러의 수를 감소시킬 수 있는 데이터 버스 아키텍처를 제공하는 것이 바람직하다.

도 1a는 복수의 장치들을 연결하는 종래의 통신 버스 아키텍처의 예이다.
도 1b는 전자장치들을 연결하는 차동 데이터 버스의 예이다.
도 2는 최신 송수신기의 예이다.
도 3은 통신 버스에서의 장애의 예이다.
도 4a는 데이터 버스 상의 수신 신호들의 예이다.
도 4b는 데이터 버스에서의 장애 발생 시 데이터 버스 상의 수신 신호들의 예이다.
도 4c는 버스에서의 장애로 인한 차동 신호의 예이다.
도 5는 장애 적응형 송수신기의 예이다.
도 6은 3개의 표준 수신기 및 논리회로에 기초한 장애 적응형 송수신기의 실시예이다.
도 7은 장애 적응형 데이터 버스의 예이다.
도 8은 전자장치들을 연결하는 장애 적응형 데이터 버스 상의 수신 신호들의 예이다.
도 9a는 장애 적응형 데이터 버스를 지원하는 종단 유닛의 일 예이다.
도 9b는 장애 적응형 데이터 버스를 지원하는 종단 유닛의 또 다른 예이다.
도 10a는 데이터 버스에 연결된 전자장치의 일 예이다.
도 10b는 데이터 버스에 연결된 전자장치의 추가의 예이다.

용어 정의

"통신 버스" - 본 명세서에서 사용될 때, 하나 이상의 신호 소스들과 버스에 의해 주관되는 하나 이상의 장치들 또는 모듈들 사이에 송신 및 수신하도록 구성된 상이한 장치들 또는 모듈들 사이를 연결하는 구조체를 의미한다.

"2진 데이터 버스" - 본 명세서에서 사용될 때, 2개의 전압 레벨 한 세트를 가진 데이터 버스를 의미한다.

"버스 링크 또는 라인" - 본 명세서에서 사용될 때, 버스 상의 2개 이상의 장치들 또는 모듈들를 통해서 연장되는 연속적인 전기 또는 광학 라인을 의미한다.

"데이터 버스" - 본 명세서에서 사용될 때, 신호의 하나 이상의 소스들과 버스에 의해 주관되는 하나 이상의 장치들 또는 모듈들 사이에 송신 및 수신하도록 구성된 상이한 전자 장치들 또는 모듈들 사이를 연결하는 구조체를 의미한다. 상기 구조체는 예를 들면 하나 이상의 전선 또는 광섬유 버스일 수 있다.

"2선 차동 시그널링 통신 버스" - 본 명세서에서 사용될 때, 2개의 병렬 통신 버스로 구성된 통신 버스를 의미하며, 여기서 송신된 신호는 상기 각각의 병렬 버스들 상의 신호들 사이의 차이이다.

"전기 간섭" - 본 명세서에서 사용될 때, 통신 라인 상의 전압이 외부 전기장으로 인해 신뢰할 수 없는 상황을 의미한다.

"노이즈 내력" - 본 명세서에서 사용될 때, 불리한 물리적 상태하에서 기능할 수 있는 버스의 능력이다.

"차동 수신기" 또는 "수신기" - 본 명세서에서 사용될 때, 통신 버스에 연결되어 버스 상의 2개의 선들 사이의 전압 차이를 검출하는 요소이다.

"차동 송신기" 또는 "송신기" - 본 명세서에서 사용될 때, 버스에 연결되어 버스 상의 2개의 선들 사이의 전압 차이를 생성하는 요소이다.

"송수신기(transceiver)" - 본 명세서에서 사용될 때, 송신기 및 수신기로 구성된 요소이다.

"전압 레벨" - 본 명세서에서 사용될 때, 데이터 버스 라인의 미리 정해진 전압을 의미한다.

"라인 임피던스(line impedance)" - 본 명세서에서 사용될 때, 2개의 통신 버스 라인들 사이의 특성 임피던스이다.

"리피터(repeater)" - 본 명세서에서 사용될 때, 손상 가능성이 있는 전자적 신호를 수신하고 그것의 수선된 버젼을 송신하는 요소이다.

"저 전압 레벨" - 본 명세서에서 사용될 때, 2진 데이터 버스에서 사용되는 2개의 전압의 세트 중 더 낮은 전압 레벨을 의미한다.

"고 전압 레벨" - 본 명세서에서 사용될 때, 2진 데이터 버스에서 사용되는 2개의 전압의 세트 중 더 높은 전압 레벨을 의미한다.

"기준 전압" - 본 명세서에서 사용될 때, 차동 데이터 버스의 전압 레벨들의 세트 사이의 공통 전압에 대응하는 전압을 의미한다.

"라인 전압 신호" - 본 명세서에서 사용될 때, 차동 데이터 버스 상의 시변 전압 레벨을 의미한다.

"데이터 신호" - 본 명세서에서 사용될 때, 차동 데이터 버스의 2개의 데이터 버스 라인 상의 전압 레벨들 사이의 차이를 의미한다.

"장애 상태" - 본 명세서에서 사용될 때, 데이터 버스 라인을 통해 전류가 흐르는 것을 차단하는 장애, 전기적 분리, 개방 회로, 고장난 커넥터 또는 다른 기구를 의미한다.

"전압 제어 유닛" - 본 명세서에서 사용될 때, 데이터 버스에 연결되어 그 데이터 버스에 기준 전압을 제공하는 유닛을 의미한다.

상세한 설명

도 1에는 전형적인 통신 버스가 도시되어 있다. 이 버스는 다수의 장치들(101, 104, 106, 108, 130, 132, 134)을 포함하며, 이것들은 통신 버스(120)에 연결되어 있다. 통신 버스(120)는 버스(120)에 연결된 장치들 사이의 통신을 지원한다. 정상적인 통신 버스(120) 동작 과정에서, 신호들은 버스를 따라, 각각의 장치들(101, 104, 106, 108, 130, 132, 134)을 통과하여 변화 또는 왜곡 없이 송신되며, 또는 통신 버스(120)의 정의된 범위를 충족하는 신호의 작은 변화를 수반할 수도 있다. 총 카운트는 신호 내의 중요 이벤트의 지속시간을 제공한다. 이런 방식으로, 이 방법은 저렴하고 간단한 시간 카운터를 사용하여 그것들의 시간 길이를 식별함으로써 복잡한 아날로그 신호들의 분석을 제공한다. 2 라인 차동 통신 버스를 따르는 전압 전송의 경우에, 전송된 전압 신호의 지속시간은 수신된 전압 차이의 지속시간과 비교된다. 도 1b는 전자장치들(예컨대, '106', '104')을 서로 연결하는 수단을 제공하는 차동 데이터 버스(119, 121)의 실시예를 도시한다. 도 1a는 데이터 버스의 예이며, 도면에서 장치(101)는 라인(111, 113)을 통해서 데이터 버스(119, 121)에 연결되고, 장치(103)는 라인(115, 117)을 통해서 데이터 버스(119, 121)에 연결된다. 장치(106, 104)는 데이터 버스(119, 121)에 전압을 인가함으로써 데이터를 전송한다. 일 실시예에서, 차동 데이터 버스 내, 데이터 버스 라인(119)의 최초 라인 전압 레벨은 데이터 버스 라인(121)의 최초 전압 레벨과 같다. 장치(106, 104)가 데이터를 전송할 때, 이 장치들은 한 세트의 전압 레벨들로 구성된 시변 라인 전압 신호를 생성한다. 비트(bit)는 최소의 데이터 정보 단위이다. 그것은 2개의 값 '1' 또는 '0'을 가질 수 있다. 각각의 비트는 비트 지속시간에 대응하는 지속 시간 동안 장치(106, 104)에 의해 데이터 버스(119, 121)에 인가되는 한 세트의 2개 전압 레벨들에 의해 정해진다. 종단 저항기(130, 132)는 버스의 종단점에서 정합된 임피던스를 제공하여 버스의 종단점으로부터의 신호 반사를 방지한다.

도 2는 전자장치(106)에 연결된 기존 송수신기 요소의 예이다. 2선 통신 버스(210, 212)가 연결 선들(214, 224)을 통해서 수신기(202)에 연결되어 있다. 송신기(204)는 연결 선들(220, 222)을 통해서 통신 버스 선들에 연결되어 있다. 수신기(202)는 선들(214, 224) 사이의 전압 차이를 측정한다. 만일 전압 차이가 미리 정해진 값, 예를 들면 1볼트보다 더 크면, 수신기는 수신된 신호가 '1'이라는 것을 전자장치(106)의 입력(216)에 표시한다. 만일 전압 차이가 상기 미리 정해진 값보다 더 작으면, 수신기는 수신된 신호가 '0'이라는 것을 전자장치의 입력(216)에 표시한다. 수신기(202)는 차동 증폭기를 가지고 구현될 수 있다. 여기서 차동 증폭기는 입력에서의 전압 차이가 미리 정해지 문턱보다 클 때 전압 바이어스를 제공하도록 설정된다. 전자장치(106)는 또한 버스(210, 212)에 신호들을 전송할 수 있다. 만일 상기 전자장치가 '0'을 전송할 필요가 있다면 라인(218)은, 아무것도 해서는 안 된다는 것을 송신기(204)에 지시하며 버스(210)와 버스(212) 사이의 전압 차이는 변하지 않는다. 만일 전자장치(106)가 '1'을 전송하면, 송신기(204)는 연결선(218)을 통해서 그 신호를 수신하여 연결선(220)와 연결선(222) 사이에 전압 차이를 생성한다. 이들 두 라인(220, 222)은 통신 버스(210 및 212 각각) 내 대응하는 선에 연결되며, 이제 상기 전압 차이는 라인(210)과 라인(212) 사이이다. 이들 라인을 통해서 상기 신호는 모든 다른 장치들에 도달할 것이다.

도 3은 상기 통신 버스 내 장애의 예이다. 도 2와 관련하여 설명된 알려진 송수신기 실시예는 라인의 장애(302 또는 304)의 경우에 기능을 할 수 없는데, 이는 장애 이후 라인들 사이의 전압 차이가 수신기(202)에 의해 예상된 전압 차이에 대응하지 않기 때문이다. 도 4a는 데이터 버스(도 1b에서 '119' 및 '121') 상의 라인 전압 신호들(151, 153)의 예이다. 결과적인 데이터 신호(155)는 라인 전압 신호들(151, 153) 사이의 전압 차이이다. 라인(151)은 제1 데이터 버스 라인(119) 상의 라인 전압 신호이고, 라인(153)은 제2 데이터 버스 라인(121) 상의 라인 전압 신호이다. 라인(151)은 2개의 전압 레벨을 포함한다. 전압 레벨의 예는 3V의 높은 전압 레벨과 2.5V의 낮은 전압 레벨이다. 다른 전압 레벨의 예들이 CAN Bus Spec 2.0, ISO 11898-2와 같은 관련 통신 표준에 기재되어 있다. CAN Bus Spec에서, 버스 라인 선(119) 상의 CAN 높은 전압은 3.5V이고, 버스 라인 선(121) 상의 CAN 낮은 전압은 1.5V이다. 상기 신호들은 우위와 열위로 명명된다. 우위 신호(dominant signal), '0'은 버스 라인 선들(119, 121) 사이의 전압 차이가 2V보다 더 높을 때이다. 열위 신호(recessive signal), '1'은 전압 차이가 0V(제로)이고 2개 선이 2.5V의 공통 전압 위에 부유하고 있을 때이다. 라인(153)은 2개의 전압 레벨을 포함한다. 일 실시예에서 라인(153)의 높은 전압 레벨은 라인(151)의 낮은 전압 레벨과 같다. 또 다른 실시예에서 데이터 버스 라인(153)의 높은 전압 레벨은 데이터 버스 라인(151)의 낮은 전압 레벨보다 더 낮다. 일 실시예에서 데이터 버스 라인(153)의 높은 전압 레벨은 데이터 버스 라인(151)의 낮은 전압 레벨에 비해서 0.5V보다 더 낮다.

도 4a에 도시된 데이터 신호는 복수의 비트로 구성된다. 일 실시예에서 '1' 비트는 타원(145) 내에 도시되어 있다. 일 실시예에서 '1' 데이터 신호는 라인 전압(151) 내 전압 레벨이 높고 라인 전압(153) 내 전압 레벨이 타원(141) 내에 도시된 것과 같이 낮을 때 얻어진다. 또 다른 실시예에서 '0' 데이터 신호는 타원(147) 내에 도시되어 있다. 일 실시예에서 '0' 데이터 신호는 라인 전압(151) 내 전압 레벨이 낮고 라인 전압(153) 내 전압 레벨이 타원(143) 내에 도시된 것과 같이 높을 때 얻어진다.

도 4b는 장애 상태 동안 데이터 버스(119, 121) 상의 데이터 신호 및 라인 전압 신호의 예이다. 장애 상태의 예는 데이터 버스 라인(121) 중 하나의 접촉 불량이나 "분리"이다. 장애 상태의 일 예가 도 1b에서 원(125) 내에 도시되어 있다. 이 예에서, 데이터 버스 라인(119) 상의 라인 전압 신호는 그 정상 동작 값으로부터 변화없이 유지되며 라인(151)으로 표시되어 있다. 데이터 버스 라인(121) 상의 라인 전압은 라인(도 1b의 '153')으로부터 라인(도 4b의 '161')까지 변한다. 데이터 버스 라인(121)의 라인 전압 신호(161)는 데이터 버스 라인(119)의 라인 전압 신호(151)를 추적한다. 라인 전압 신호들에서의 차이는 차동 데이터 버스 라인의 저항 및 커패시턴스에 기인한다. (163)은 결과적인 데이터 신호이며, 이것은 라인 전압 신호(161, 151) 사이의 차이이다. 결과적인 데이터 신호(163)는 '1'(177) 또는 '0'(175)에 대응하지 않고 전자장치(106, 104)의 수신기에서 에러를 발생시킬 수있는 애매한 데이터 신호이다.

도 5는 버스에 하나 이상의 장애가 있더라도 버스의 장애를 극복하고 버스 내 통신을 유지하도록 설계된 수정된 송수신기(501)의 예이다. 수정된 송수신기는, 차동 2선 통신 링크로 전압 신호를 전송하도록 구성된 송신기; 상기 차동 2선 통신 링크로 송신된 전압 차이를 검출하도록 구성된 수신기; 상기 송신기에 연결된 장치(106)을 포함하며, 상기 수신기는 통신 링크의 선들 사이에 복수의 전압 차이들을 검출하며 상기 송신기는 상기 전압 차이들을 기초로 상기 수신된 신호를 판정한다. 일 사용 예에서, 수정된 송수신기(501)는 도 4c에 도시된 복수의 전압 차이들을 검출한다. 송수신기는 상기 수신된 신호가 도 4c에 도시된 신호 차이들(402, 404, 406)의 세트 중 하나인지 식별한다. 송수신기(501)는 만일 전압 차이가 도 4c에 도시된 전압 차이들(402, 404, 408) 중 어느 것도 아니라면 신호가 수신되지 않은 것으로 판정한다.

몇몇 사용 예들에서, 송수신기(501)는 장치(106)에 통신 링크의 에러 상태를 통지할 필요가 있을 수 있다. 라인(524)은 송수신기(501)와 장치(106) 사이에 논리 연결을 생성함으로써 그러한 기능을 제공한다. 일 예로서, 에러 발생 시, 라인(524)은 양(positive)이 될 수 있으며, 장치(106)는 통신 링크에 장애가 있는 것으로 통지될 것이다. 에러 표시는 통신 링크 및 장치들의 동작 중에 장치(106) 내에 위치된 반도체 기억장치 또는 하드 디스크 상의 로그 파일에 저장될 수 있다. 로그 파일은 장치(106)를 통해 또는 통신 링크를 통해 액세스될 수 있다. 로그 파일은 통신 링크의 모든 에러 상태에 대해 표시를 제공할 수 있다. 에러 상태는 연결된 장치, 이 경우에는 장치(106) 이전에 장애가 일어났음을 지시한다. 송수신기가 에러 신호를 정정한 후, (106) 이후의 어떤 장치도 에러를 등록하지 않을 것이다. 이런 방식으로, 로그 파일에 에러를 가진 장치들은 그 장치에 연결되는 링크에 에러 상태가 일어났음을 지시한다. 그러므로 그 내부에 로깅 기능이나 에러 지시자를 구비하여, 장치(106)에 연결되어 통신 링크에 에러 상태가 있다는 지시를 장치(106)에 제공하는 제안된 송수신기는, 라인(524)이 통신 링크 내의 고정된 또는 간헐적인 장애의 위치확인에 사용될 수 있다.

도 6은 수정된 송수신기(501)의 실시예이다. 이 예에서, 수정된 수신기는 표준 수신기(202)와 2개의 추가 수신기(602, 604)를 포함한다. 3개의 수신기(202, 602, 604)는 전자적 판단회로(606)에 연결되어 있다. 수신기(602)는 신호(도 4c의 '402')와 같은 라인(214, 224) 사이의 작은 전압 차이를 검출하도록 설계된다. 예를 들어, 만일 수신기(202)가 신호로서 1V의 차이를 식별하면, 수신기(602)는 라인 임피던스를 기초로 계산될 수 있는 더 작은 전압 차이, 예컨대 0.5V를 검출할 것이다. 수신기(604)는 라인들(214, 224) 사이의 작은 음의 전압 차이를 검출하도록 설계된다. 이것은 라인(210)의 절단(304)과 결과적인 신호(도 4c의 '406')에 대응한다. 그러므로 수신기는 적어도 3개의 수신기(602, 604, 202)를 포함하며, 각각은 단일의 전압 차이를 검출하도록 구성된다. 상기 전자적 판단회로는 3개의 수신기(602, 604, 202)의 각각의 한 신호에 대응하는 3개의 입력을 수신한다. 만일 수신기가 자신의 지정된 전압 차이를 수신하면, 상기 전자적 판단회로에 대한 신호는 양이 될 것이다. 전자석 판단회로는 상기 검출기들 중 하나라도 그것에 양의 신호를 제공하면 양의 출력을 제공할 것이다. 또한 전자적 판단회로는 다음 상태들을 제공할 수 있다. 만일 (202)로부터의 신호가 양이면, 버스는 정상적으로 동작하며 (202)로부터의 양의 신호가 장치(106)에 전달된다. 만일 (202)로부터의 신호가 음이지만, 2개 수신기(602, 604) 중 하나로부터의 양의 신호가 있다면, 버스에 장애 상태가 있다. 전자회로(606)는 정상 동작에서와 같이 연결선(620)을 통해서 수신기(602) 또는 수신기(604)로부터의 양의 신호를 장치(106)에 전달한다. 또한 송수신기(501)는 추후 분석을 위해 장애의 발생을 휘발성 또는 비휘발성 메모리에 등록할 수 있다. 그러므로 전자적 판단회로는 수신기들 중 어느 것에서의 전압 차이가 한 세트의 정의된 전압들 중 하나라면 신호가 수신된 것으로 판정한다. 전자회로(606)는 라인(518)을 통해서 송신기(204)에도 연결된다. 이 연결을 사용하여, 전자적 판단회로(606)는 송신기(204)에 라인(210, 212) 사이에 차동 전압 신호를 생성하도록 지시한다. 이런 식으로 상기 유닛은 리피터로서 기능하여, 절단 후의 상기 라인에 원래의 신호를 복구한다. 이제 리피터 이후의 모든 장치들은 표준 전압 차이를 수신한다. 그러므로 수신기는 2선 통신 링크의 장애로 인한 왜곡된 신호를 수신하며 송신기는 2선 통신 링크 상에 왜곡되지 않은 신호를 전송한다. 도 5의 실시예에 유사한 방식으로 라인(524)과 같은 에러 지시자는 통신 버스의 에러 상태의 표시를 장치(106)에 제공할 수 있다. 장치(106)는 추후 분석을 위해서 에러 상태를 기록할 수 있다.

그러므로 도 6에 도시된 시스템은 상기 송수신기에 연결된 장치와 차동 2선 통신 링크 상에 전압 신호들을 검출 및 전송하는 송수신기를 제공하며, 그에 의해 수신기 부분은 상기 선들 사이의 상이한 전압 레벨을 검출하도록 구성된 3개의 차동 증폭기, 장치에 연결된 논리회로, 수신기들 및 송신기로 구성된다. 또한 송신기는 2선 통신 링크에 연결되고 논리회로에 의해 생성된 신호들을 전송한다.

도 6에서, 장치(106)가 통신 버스에 신호를 전송할 필요가 있을 때, 그것은 그 신호를 라인(522)에 제공한다. 전자회로(606)는 그 신호를 송신기(204)에 전달하여 필요한 신호를 전압 차이로서 생성한다. 또 다른 실시예에서, 장치(106)는 라인(518)에 연결되어 그 신호를 송신기(204)에 직접 전달할 수도 있다.

데이터 버스의 장애의 치유를 제공하는 대안의 방법이 도 7에 도시되어 있다. 특수한 송수신기에 의해 신호가 재건되는 이전의 실시예와 달리, 도 7은 장애 적응형 데이터 버스의 예이며, 이것은 장애의 경우라도 재생성 없이 버스 상의 신호들의 무결성을 유지한다. 장애에 대한 적응은 데이터 버스(119, 121)에 전압제어유닛(701, 703, 705, 707)을 부가함으로써 달성된다. 전압제어유닛(701, 703, 705, 707)은 데이터 버스(119, 121)를 위한 기준 전압을 제공한다. 일 실시예에서 기준 전압은 데이터 버스 라인들(119, 121)의 전압들의 세트의 공통 전압 레벨이다. 수치 예에서, 만일 데이터 버스 라인(119) 상의 전압 레벨들이 각각 2.5V 및 3V이고 데이터 버스 라인(121) 상의 전압 레벨들이 각각 2V 및 2.5V라면, 공통 전압은 2.5V이다. 전압제어유닛(701, 703, 705, 707)은 신호(도 4b의 '161')가 발생하는 것을 방지한다. 일 실시예에서, 데이터 버스에 장애(125)에 있을 때, 장애가 있는 데이터 버스 라인(121)의 라인 전압 신호는, 도 4b에서와 같이, 장애가 없는 데이터 버스 라인(119)의 라인 전압 신호를 따를 것이다. 라인(121)의 라인 전압 신호가 (119)의 라인 전압 신호를 따를 때, 데이터 버스 라인들(119, 121)의 라인 전압 신호 사이의 차이인 데이터 신호는 감소되며 데이터 버스는 정보를 전송하기 위해 사용될 수 없다. 일 실시예에서, 전압제어유닛(707)은 데이터 버스 라인(121)의 라인 전압 신호(도 4b의 '161')가 기준 전압을 초과하는 것을 방지한다.

도 8은 데이터 버스 라인(도 7의 119, 121) 상의 라인 전압 신호들(151, 803)의 예이다. 라인 전압 신호(151)는 장애가 없는 데이터 버스 라인(도 7의 121)의 라인 전압 신호이다. 라인(801)은 장애 이후 데이터 버스 라인(도 7의 121) 상의 라인 전압 신호이다. 라인 상의 최대 전압 레벨은 유닛(도 7의 707)에 의해 제어되며 기준 전압에 의해 정해진다. 데이터 버스 라인(도 7의 121) 상의 최소 전압 레벨은 라인(도 7의 121)의 원래의 낮은 전압 레벨이다. 일 실시에에서 각각의 전압들은 다음과 같이 요약된다: 라인 데이터 버스(도 7의 119) 상의 높은 전압 레벨은 3V; 데이터 버스 라인(도 7의 119) 상의 낮은 전압 레벨은 2.5V; 데이터 버스 라인(도 7의 121) 상의 장애 상태 이전의 높은 전압 레벨은 2.5V; 데이터 버스 라인(도 7의 121) 상의 장애 상태 이전의 낮은 전압 레벨은 2V; 기준 전압은 2.5V; 데이터 버스 라인(도 7의 121) 상의 장애 상태 이후의 높은 전압 레벨은 전압제어유닛(도 7의 707)에 의해 상기 기준전압 미만으로 제한된다.

이것 때문에 도 7은 차동 데이터 버스를 포함하는 장애 적응형 시스템의 일 예이며, 2개의 데이터 버스 라인; 기준 전압; 차동 데이터 버스에 라인 전압 신호를 생성하는 적어도 하나의 송신기; 상기 차동 데이터 버스로부터 라인 전압 신호를 수신하는 적어도 하나의 수신기; 및 차동 데이터 버스에 연결된 적어도 하나의 전압제어유닛을 포함하며, 제어전압유닛은 제1 데이터 버스 라인의 전압을 기준 전압 위로 유지하고 제2 데이터 버스 라인의 전압을 기준 전압 아래로 유지한다.

도 9a는 장애 적응형 데이터 버스를 지원하는 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)의 실시예이다. 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)은 전압원(401) 또는 전압 레귤레이터, 및 다이오드(403)로 이루어진다. 일 실시예에서, 전압제어유닛(707)(도 7 참조)은 데이터 버스 라인(도 7의 121)에 연결되어 있다. 전압제어유닛(도 7의 707)은 데이터 버스 라인(121)의 전압이 0V 아래로 떨어지는 것을 방지한다. 전압원(401)은 Vs = V0-VD로 주어지는 전압을 제공하며, Vs는 전압원(401)의 전압이고, VD는 다이오드(403)의 순방향 전압이다. 또 다른 실시예에서, 만일 전압이 V0을 초과하면, 다이오드는 전압원에 대향하는 순방향 단자와 역방향 조립될 것이며 전압원은 전류를 "감소(sink)"시킬 수 있을 것이다. 예를 들어, 이 경우에 전압원에는 그라운드에 연결된 제너 다이오드가 구비될 수 있다. 이 실시예에서 전압원(401)의 전압(Vs)은 Vs = V0 + VD로 주어진다.

또 다른 실시예에서, 저항기(405)는 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709) 기능, 그러므로 일 실시예에서, 저항기에 연결된 전압원 및 다이오드에 대한 전압 제어 중 하나의 결과로서 전기적으로 스파이크(spikes)에 직렬 연결될 수 있다. 또 다른 예에서, 전압제어유닛은 데이터 버스 라인에 연결된 저항기, 및 다이오드에 연결된 저항기, 및 저항기에 연결된 전압원을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 연결유닛(407)은 장애 검출 시 작동되는 전자 스위치이다. 이 실시예에서, 정상 동작 상태하에서 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)은 데이터 버스 라인(도 7의 119, 121)으로부터 분리된다. 데이터 버스에 연결된 장치들(106, 104)에 의해 장애 상태가 검출될 때, 장채를 검출하는 장치들(106, 104)은 연결유닛(407)을 동작시켜 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)을 데이터 버스 라인(도 7의 119, 121)에 연결시킨다. 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)이 데이터 버스 라인(도 7의 119, 121)에 연결될 때 데이터 버스(도 7의 119, 121)는 장애에도 불구하고 정보를 전송한다. 이 실시예에서, 전압제어유닛은 장애 상태 시 전압제어유닛을 데이터 버스 라인(도 7의 119, 121)에 연결하는 연결유닛을 포함한다. 연결유닛(407)은 장애를 가진 전압제어유닛을 연결한다. 일 실시예에서, 라인(121)에 장애가 있을 때 연결유닛(407)은 전압제어유닛(도 7의 203 및 207)을 연결할 것이다.

도 9b는 RS485와 같은 장애 적응형 데이터 버스를 지원하는 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)의 또 다른 예이다. 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)은 전압원(401) 또는 전압 레귤레이터로 이루어진다. 전압원(401)은 저항기(411, 413)를 통해서 그라운드 단자(415)에 연결된다. 버스 라인(121)은 저항기를 통해 그라운드 단자(415)에 연결되고 저항기(411)를 통해 전압원(401)에 연결된다. 버스 라인(121)에서의 전압은 V*R2/(R1+R2)로 주어지며 여기서 V는 전압원의 전압이고, R1 저항기(411)의 저항이고, R2는 저항기(413)의 저항이다. 저항기(411, 413)의 값은 종단 저항(도 7의 130, 132)에 유사하게 선택된다. 일 실시예에서 저항기(411)는 120 Ohm이고, 저항기(413)도 120 Ohm옴이다. 추가의 실시예에서, 저항기(411, 413)은 각각 100 내지 150 Ohm 사이이다. 라인(121)의 절단(도 7의 125)과 같은 장애 상태의 경우에, 라인(121)의 전압은 전압제어유닛의 전압원(401) 및 저항기(411, 413)에 의해 정해진다. 요약하면, 전압제어유닛은 전압원(401)과 적어도 2개의 저항기를 포함하며, 상기 전압원은 한 저항기에 연결되고, 제2 저항기는 제1 저항기에 연결되고 제2 저항기는 그라운드 단자에 연결되며, 데이터 버스 라인은 제1 및 제2 저항기에 연결된다. 스위치(407)는 장애의 경우에 전압제어유닛(703)을 연결하기 위해 사용될 수 있다.

도 9b에 도시된 회로의 동작을 이해하기 위해, 회로의 상이한 소자들에서의 전압에 대한 검토가 제공된다. 그라운드 단자(415)의 전압은 0V이다. 라인(121) 상에 버스 장애(125)가 있고 송신기가 장애를 넘을 때, 데이터 버스 라인(121)에서의 전압은 저항들의 네트워크[도 9b의 411, 413, 및 도 7의 저항기(132)]에 의해 정해진다. 예를 들면, 만일 3개 저항기의 값이 모두 같으면, 데이터 버스 라인(121)에서의 전압은 전압원(401)의 전압의 1/3이다. 일 실시예에서 전압원(401)의 전압이 3V이면, 데이터 버스 라인(121)에서의 전압은 1V이다. 따라서 전압제어유닛(703)과 장치(106)의 입력들에서의 전압 차이는 1V이다. 장치(도 7의 106)에서 차동 문턱이 200mV인 실시예에서, 장치(106)는 장애에도 불구하고 장치(도 7의 104)의 전송된 데이터를 검출할 것이다.

마찬가지로, 장치(도 7의 104)가 반대의 값을 전송할 때, 예컨대 라인(도 7의 115)에서 3V, 라인(도 7의 117)에서 0V, 라인(도 7의 113)에서의 전압 2V일 때, 반대 극성의 1V 차이를 제공한다.

대칭적으로, 장치(도 7의 106)가 장치(도 7의 104)에 전송하고 라인(도 7의 121)에 절단(도 7의 125)이 있을 때, 전자장치(도 7의 104)는 전압제어회로(도 7의 705, 707) 덕분에 정보를 수신할 것이다.

도 10a는 장치들(도 1b의 106, 104)과 같은 전자장치의 실시예이며, 그것들은 데이터 버스(도 1b의 119, 121)에 연결되어 있다. 일 실시예에서 전자장치(106)는 전자기능유닛(1001), 차동 수신기(1003), 차동 송신기(1005), 차동 송신기(1005) 및 차동 수신기(1003)와 전자기능유닛(1001) 사이의 전기배선(1011, 1013) 및 전압제어유닛(1015, 1017)을 포함한다. 전압제어유닛(1015, 1017)은 전압제어유닛(도 7의 703, 705, 707, 709)과 같은 기능을 수행한다. 일 실시예에서, 전압제어유닛(1015)은 라인(111)의 전압이 정해진 전압 아래로 내려가는 것을 차단한다. 전압제어유닛(1017)은 라인(113)의 전압이 정해진 전압을 초과하는 것을 차단한다.

도 10b는 장치들(도 1b의 106, 104)과 같은 전자장치의 실시예이며, 그것들은 데이터 버스(도 1b의 119, 121)에 연결되어 있다. 일 실시예에서 전자장치(106)는 전자기능유닛(1001), 차동 수신기(1003), 차동 송신기(1005), 차동 송신기(1005) 및 차동 수신기(1003)와 전자기능유닛(1001) 사이의 전기배선(1011, 1013)을 포함한다. 이 실시예에서 차동 수신기(1003) 또는 차동 송신기(1005) 또는 양자는 전압제어유닛(1015, 1017, 1019, 1021)을 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 차동 송신기(1005) 및 차동 수신기(1003)는 하나의 집적회로로 또는, 전압제어유닛(1015, 1017)이 내장된 전자 모듈로서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 전압제어유닛(1015)은 라인(111)의 전압이 정해진 전압 아래로 내려가는 것을 차단한다. 전압제어유닛(1017)은 라인(113)의 전압이 정해진 전압을 초과하는 것을 차단한다. 요약하면, 전압제어유닛(1015, 1017, 1019, 1021)은 차동 송신기(1005) 또는 차동 수신기(1003) 내에 내장될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 높은 전압 차이가 1V보다 높으면, 송신기의 실제 높은 전압 차이는 1.9V이다. 버스 라인(도 7의 121)의 장애의 경우에 전압제어유닛(도 7의 703, 707)의 동작 시 높은 전압 차이는 1V로 감소될 수 있다. 감소된 높은 전압 차이는 송신된 신호의 검출을 방해할 수 있다. 이 문제를 극복하기 위해 본 발명을 사용하는 통신 시스템의 송신기들은 프로토콜 표준에 대해 최대로 허용되는 전압 차이를 전송하는 것이 제안된다. 예를 들어, CAN Bus 시스템에서 전송 전압 차이는 2.5V이다. 또 다른 예에서 전압제어유닛(1015, 1017)이 송신기(1005) 내에 내장될 때, 송신기는 장애 상태가 발생할 때 최대로 허용되는 전압까지 그 송신 전압을 증가시킨다.

Claims (22)

1. 차동 2선 통신 링크로 통신하기 위한 송수신기에 있어서,
   차동 2선 통신 링크 상에서 전압 차이를 발생시키는 송신기; 및
   상기 차동 2선 통신 링크 상에서 전압 차이를 검출하는 수신기 유닛;을 포함하고,
   제 1 전자장치가 상기 송수신기에 연결되고,
   상기 수신기 유닛은 표준 수신기, 2개의 추가 수신기 및 논리회로를 포함하고, 상기 2개의 추가 수신기는 서로 다른 전압 차이 레벨을 검출하고, 상기 논리회로는 상기 송신기에 연결되고,
   상기 수신기 중 어느 하나가 양의 출력을 제공하면, 상기 논리회로는 상기 제 1 전자장치에 양의 출력을 제공하고,
   1개의 수신기가 신호를 검출하고 2개의 수신기가 신호를 검출하지 않으면, 상기 논리회로는 상기 차동 2선 통신 링크에 장애가 있는 것으로 판정하고, 상기 송신기는 제 1 전자장치의 상황(status)에 관계없이 상기 차동 2선 통신 링크 상에 전압 차이를 발생시키는, 송수신기.
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