KR19990016256A - Multi-channel analog signal input device with single path. - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 다수의 센서들을 통해 입력되는 아날로그 신호들을 다중화하고 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치에 관한 것이다. 종래의 센서를 통한 아날로그신호 입력장치는 채널 수 만큼 증폭회로와 잡음제거회로를 각각 구현하여 각각의 채널에 대응하는 센서들로부터 입력되는 아날로그 신호를 증폭 및 필터링한 후 다중화하여 출력하도록 구성되었지만, 입력채널 수를 증가시킬 경우 회로가 복잡해지고 가격이 비싸지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 고안에 따른 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치는 다수의 채널에 대응하는 각각의 센서들로부터 입력되는 신호를 먼저 다중화한후 단일 경로내에서 증폭, 필터링 및 출력을한다. 따라서, 각 채널마다 증폭 및 필터링회로를 각각 구현할 경우 각 회로들의 특성차이로 인해 발생하는 신호값의 오차를 방지할 수 있고 회로가 간단해져 가격이 저렴해지는 장점이 있다.The present disclosure relates to a multi-channel analog signal input device having a single path for multiplexing analog signals input through a plurality of sensors, converting them into digital signals, and outputting the digital signals. The conventional analog signal input device through the sensor is configured to amplify and filter the analog signals input from the sensors corresponding to each channel by implementing the amplification circuit and the noise canceling circuit as many as the number of channels, respectively, but the output is multiplexed. Increasing the number of channels has a problem that the circuit is complicated and expensive. In order to solve this problem, the multi-channel analog signal input device having a single path according to the present invention first multiplexes signals input from respective sensors corresponding to a plurality of channels, and then amplifies, filters, and outputs within a single path. do. Therefore, when the amplification and filtering circuits are implemented for each channel, the error of the signal value caused by the characteristic difference of the circuits can be prevented and the circuit can be simplified and the price can be reduced.
Description
본 발명은 다수의 센서들을 통해 입력되는 아날로그 신호들을 다중화하고 증폭 및 필터링한 후 디지털 변환하여 출력하는 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel analog signal input device having a single path for multiplexing, amplifying and filtering analog signals input through a plurality of sensors, and digitally converting and outputting the same.
일반적으로, 다수의 센서들을 통해 입력되는 아날로그(analogue)신호를 처리하는 장치는 다수의 다른 아날로그신호 입력장치들과 함께 외부의 제어시스템에 연결되어서 제어시스템의 제어를 받아 동작한다.In general, an apparatus for processing an analog signal input through a plurality of sensors is connected to an external control system together with a plurality of other analog signal input devices to operate under the control of the control system.
도 1을 참조하여 종래의 다채널 아날로그신호 입력장치의 동작에 대해 간단히 설명한다.Referring to Fig. 1, the operation of the conventional multi-channel analog signal input device will be briefly described.
도 1은 종래의 다채널 아날로그신호 입력장치를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이 종래의 다채널 아날로그신호 입력장치는 증폭부(12)에 각 채널마다 각각의 채널에 대응하는 센서로부터 입력되는 아날로그 신호를 증폭하고 저역통과 필터링하여 잡음을 제거하는 오피앰프(OP-AMP) 및 저역통과필터를 구비한다. 증폭부(12)에는 증폭부(12)의 각 채널에서 출력되는 신호를 다중화하여 출력하는 다중화기(13)가 연결된다. 또한, 종래의 다채널 아날로그신호 입력장치는 출력부(14)에 다중화기(13)로부터 입력되는 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기 및 이를 외부의 제어시스템으로 전송하는 버스인터페이스를 구비한다.1 is a block diagram showing a conventional multi-channel analog signal input device. As shown in the drawing, a conventional multichannel analog signal input device includes an op amp that amplifies an analog signal input from a sensor corresponding to each channel to the amplifier 12 and removes noise by low pass filtering. AMP) and a low pass filter. The amplifying unit 12 is connected to a multiplexer 13 for multiplexing and outputting a signal output from each channel of the amplifying unit 12. In addition, the conventional multi-channel analog signal input device has an A / D converter for converting an analog signal input from the multiplexer 13 into a digital signal to the output unit 14 and a bus interface for transmitting it to an external control system. do.
먼저, 센서부(11)의 각 센서들은 온도, 압력등의 물리량을 측정하고 전기적신호로 변환하여 증폭부(12)의 각 채널에 입력된다. 증폭부(12)의 오피앰프는 센서부(11)의 각 센서들로부터 입력되는 4㎃에서 20㎃범위의 미세한 전류를 증폭하고 저역통과필터는 증폭된 신호의 노이즈(noise)를 제거한다. 다중화기(13)는 아날로그먹스로써 증폭부(12)의 각 채널에서 출력되는 아날로그신호를 다중화하여 출력한다. 출력부(14)의 A/D변환기는 다중화기(13)에서 출력한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하고 버스인터페이스(BUS I/F)는 외부의 제어시스템과 연결된 버스와 인터페이스하여 외부 제어시스템의 제어신호를 입력받고 A/D변환기로부터 입력된 신호를 외부 제어시스템으로 전송한다. 위의 다중화기(13) 및 출력부(14)는 모두 외부의 제어시스템의 제어하에 동작한다.First, each sensor of the sensor unit 11 is input to each channel of the amplifier 12 by measuring physical quantities such as temperature, pressure and the like converted into an electrical signal. The op amp of the amplifier 12 amplifies a minute current in the range of 4 mA to 20 mA input from each sensor of the sensor unit 11, and the low pass filter removes noise of the amplified signal. The multiplexer 13 multiplexes and outputs an analog signal output from each channel of the amplifier 12 as an analog mux. The A / D converter of the output unit 14 converts the analog signal output from the multiplexer 13 into a digital signal, and the bus interface BUS I / F interfaces with a bus connected to an external control system to It receives the control signal and transmits the signal input from the A / D converter to the external control system. The multiplexer 13 and the output unit 14 above all operate under the control of an external control system.
하지만, 종래의 아날로그신호 입력장치는 각 채널마다 오피앰프(OP-AMP)와 저역통과필터를 구비하므로 각각의 오피앰프와 저역통과필터의 동작특성차이로 인해 출력되는 신호값의 오차가 발생하며 입력채널 수를 증가시킬 경우 회로가 복잡해지고 가격이 비싸지는 문제점이 있었다.However, since the conventional analog signal input device includes an OP-AMP and a low pass filter for each channel, an error of the output signal occurs due to a difference in the operation characteristics of the respective op amps and the low pass filter. Increasing the number of channels has a problem that the circuit is complicated and expensive.
따라서 본 발명의 목적은 다수의 채널에 대응하는 각각의 센서들로부터 입력되는 신호를 먼저 다중화한후 단일 경로내에서 증폭, 필터링 및 출력을 함으로써 신호값의 오차를 방지할 수 있고 회로가 간단하며 가격이 저렴한 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to first multiplex the signals input from the sensors corresponding to the multiple channels, and then amplify, filter, and output the signals in a single path, thereby preventing errors in the signal values, and the circuit is simple and costly. This low cost single path multi channel analog signal input device is provided.
도 1은 종래의 다채널 아날로그신호 입력장치를 나타낸 구성도,1 is a block diagram showing a conventional multi-channel analog signal input device,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치를 나타낸 구성도.2 is a block diagram showing a multi-channel analog signal input device having a single path according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 센서부 12 : 증폭부11 sensor 12 amplification
13 : 다중화기 14 : 출력부13 multiplexer 14 output unit
21 : 센서부 22 : 다중화기21: sensor unit 22: multiplexer
23 : 증폭부 23a : 오피앰프23: amplifier 23a: op amp
23b : 저역통과필터 24 : 출력부23b: low pass filter 24: output unit
24a : A/D변환기 24b : 저장부24a: A / D converter 24b: storage
24c : 버스인터페이스 25 : 제어부24c: bus interface 25: control unit
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치는 복수의 센서들로부터 다채널을 통해 입력되는 신호들을 외부의 제어시스템으로 출력하는 다채널 아날로그신호 입력장치에 있어서, 복수의 입력채널에 대응하는 각 센서로부터 신호를 입력받아 제어부의 제어신호에 근거하여 다중화한 후 출력하는 다중화기를 구비한다. 그리고, 본 발명은 다중화기로부터 출력된 신호를 입력받아 증폭하고 잡음을 제거하여 출력하는 증폭부, 증폭부로부터 출력된 신호를 입력받아 제어부의 제어신호에 근거하여 임시 저장하였다가 외부의 제어시스템으로 출력하는 출력부, 및 각 구성의 동작을 전반적으로 제어하는 제어부를 포함한다.In the multi-channel analog signal input device having a single path of the present invention for achieving the above object in a multi-channel analog signal input device for outputting signals input through a multi-channel from a plurality of sensors to an external control system, A multiplexer receives a signal from each sensor corresponding to a plurality of input channels and multiplexes the signal based on a control signal of a controller. In addition, the present invention receives the signal output from the multiplexer to amplify and remove the noise to output the amplification unit, the signal output from the amplifying unit receives the temporarily stored based on the control signal of the control unit to the external control system An output unit for outputting, and a control unit for controlling the overall operation of each configuration.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치를 나타낸 구성도 이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 여러종류의 물리량을 측정하는 다수의 센서들로 구성된 센서부(21)를 구비한다. 센서부(21)에는 다중화기(22)가 연결되어 제어부(25)의 제어신호에 따라 센서부(21)의 각 센서들로부터 입력되는 아날로그신호들을 다중화한다. 다중화기(22)에는 증폭부(23)가 연결되어 다중화기(22)로부터 입력되는 신호를 증폭 및 저역통과필터링하여 잡음을 제거한다. 증폭부(23)에는 출력부(24)가 연결되어 제어부(25)의 제어신호에 따라, 증폭부(23)로부터 출력된 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하고 저장하며 저장된 데이터를 외부로 전송한다.2 is a block diagram showing a multi-channel analog signal input device having a single path according to a preferred embodiment of the present invention. As shown, the apparatus of the present invention includes a sensor portion 21 composed of a plurality of sensors for measuring various kinds of physical quantities. The multiplexer 22 is connected to the sensor unit 21 to multiplex the analog signals input from the sensors of the sensor unit 21 according to the control signal of the controller 25. An amplifier 23 is connected to the multiplexer 22 to amplify and low pass filter the signal input from the multiplexer 22 to remove noise. An output unit 24 is connected to the amplifying unit 23 to convert and store the analog signal output from the amplifying unit 23 into a digital signal according to a control signal of the control unit 25 and transmit the stored data to the outside.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 단일경로를 갖는 다채널 아날로그신호 입력장치의 동작을 좀 더 구체적으로 설명한다.The operation of the multi-channel analog signal input device having a single path according to the present invention configured as described above will be described in more detail.
먼저, 다중화기(22)는 아날로그 다중화기로써 다중화기(22)의 각 입력채널에 대응하는 센서부(21)의 각 센서들로부터 입력받은 아날로그신호를 제어부(25)로부터 인가받은 어드레스신호에 근거하여 다중화해서 증폭부(23)로 출력한다. 이때 제어부(25)는 다중화기(22)에서 출력된 신호가 증폭부(23)에 입력된 후 증폭부(23)가 이에 반응하여 신호를 출력할 때까지 소요되는 시간(대략 40㎳정도)을 단위로 하여 다중화기(22)에 어드레스를 지정한다. 즉, 다중화기(22)가 한 채널을 스위칭하고 있는 시간이 약 40㎳이고 16채널을 사용할 경우 모든 채널에 대해 한번 다중화 하는데 소요되는 시간은 약 640㎳이다. 증폭부(23)의 오피앰프(23a)는 다중화기(22)로부터 입력된 신호를 입력받아 증폭하고 저역통과필터(23b)는 증폭된 신호의 잡음을 제거하여 출력부(24)로 출력한다. 출력부(24)의 A/D변환기(24a)는 증폭부(23)로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 제어부(25)의 제어신호에 따라 디지털신호로 변환한다. 저장부(24b)는 동시에 쓰기와 읽기가 가능한 듀알포트램(dual port RAM)으로써, A/D변환기(24a)로부터 디지털신호를 입력받아 제어부(25)의 제어신호에 근거하여 데이터를 저장함과 동시에 제어시스템이 요구하는 데이터를 출력한다. 버스인터페이스(24c)는 제어부(25)의 제어신호에 근거하여 저장부(24b)에 저장된 데이터를 읽어와서 외부의 제어시스템으로 전송한다. 제어부(25)는 내부에 2개의 제어기를 구비하는데, 다중화기(22), A/D변환기(24a) 및 저장부(24b)를 제어하는 이피엘디(EPLD; Erasible Programable Logic Device)1과 외부의 제어시스템이 데이터를 요구할 경우 제어시스템으로 데이터가 전송되도록 저장부(24b) 및 버스인터페이스(24c)를 제어하는 이피엘디2를 구비한다.First, the multiplexer 22 is an analog multiplexer based on an address signal applied from the controller 25 to an analog signal input from each sensor of the sensor unit 21 corresponding to each input channel of the multiplexer 22. To multiplex and output to the amplifier 23. At this time, the controller 25 controls the time required for the signal output from the multiplexer 22 to be inputted to the amplifier 23 and until the amplifier 23 outputs the signal in response thereto. An address is assigned to the multiplexer 22 in units of units. That is, the time for the multiplexer 22 switching one channel is about 40 ms and when using 16 channels, the time required for multiplexing once for all channels is about 640 ms. The op amp 23a of the amplifying unit 23 receives and amplifies the signal input from the multiplexer 22, and the low pass filter 23b removes noise of the amplified signal and outputs the amplified signal to the output unit 24. The A / D converter 24a of the output unit 24 receives the analog signal output from the amplifier 23 and converts the analog signal into a digital signal according to the control signal of the controller 25. The storage unit 24b is a dual port RAM capable of writing and reading at the same time. The storage unit 24b receives a digital signal from the A / D converter 24a and stores data based on a control signal of the controller 25. Output the data required by the control system. The bus interface 24c reads data stored in the storage 24b based on the control signal of the controller 25 and transmits the data to the external control system. The control unit 25 has two controllers inside, an Erasible Programmable Logic Device (EPLD) 1 that controls the multiplexer 22, the A / D converter 24a, and the storage unit 24b. If the control system requires data, it is equipped with EPDL2 which controls the storage unit 24b and the bus interface 24c so that the data is transmitted to the control system.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다수의 채널에 대응하는 각각의 센서들로부터 입력되는 신호를 먼저 다중화한후 단일 경로내에서 증폭, 필터링 및 출력을 함으로써 신호값의 오차를 방지할 수 있고 회로가 간단하며 가격이 저렴하다는 효과를 제공한다.As described above, the present invention can prevent the error of the signal value by first multiplexing the signals input from the respective sensors corresponding to the plurality of channels and then amplifying, filtering, and outputting in a single path, and the circuit is simple. The effect is low price.
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