입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로{MULTI-INPUT ANALOG TO DIGITAL CONVERSION CIRCUIT WITH SWITCHING OF AMPLIFYING METHOD}
본 발명은 아날로그 입력 변환회로에 관한 것으로, 특히 차동입력 처리방식과 단상입력 처리방식 간에 상호절환을 가능하도록 함으로써 외부 아날로그 신호 변환기의 출력방식에 용이하게 대응하면서, 사용자의 필요에 따라 아날로그 입력 채널수를 가변하여 사용하는데 적당하도록 한 입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로에 관한 것이다. 다채널 아날로그 입력 변환회로에는, 아날로그 입력신호 처리 방식으로 차동(Differential)입력 처리방식과 단상(Single-ended)입력 처리 방식이 있다. 외부 아날로그 신호변환기의 출력 방식에 대응하는 아날로그 입력신호 처리 방식을 적용한 아날로그 입력 변환회로를 접속시켜 변환 처리하도록 함으로써, 보다 안정된 아날로그 입력 변환결과를 얻을 수 있다. 그리고, 단상입력 처리방식을 사용하는 경우에는 차동입력 처리방식을 사용하는 경우보다 동일한 아날로그 입력 변환회로를 이용하면서도 접속 가능한 아날로그 입력 채널 수가 2배로 증가되는 장점이 있어 다채널 아날로그 입력 변환회로를 적용하고 있는 제품의 신뢰성과 응용성을 향상시킬 수 있는데, 이에 대하여 뒤에 살펴보기로 한다. 도 1은 종래의 다채널 아날로그 입력 변환회로에 대한 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 외부에서 입력되는 각 채널의 아날로그 입력신호를 입력 변환회로에접속시키는 입력 접속부(1)와, 상기에서 접속된 각 채널의 외부 아날로그 신호를 입력선택 제어신호(CS)에 따라 한 채널씩 순차적으로 선택하는 입력 선택부(2)와, 상기에서 선택된 채널의 아날로그 입력 신호를 차동 증폭시켜 처리하는 입력 증폭부(3)와, 상기에서 증폭된 아날로그 입력 신호를 디지탈 데이터값으로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기(4)와, 상기에서 변환된 디지탈 데이터값을 연산 처리하는 마이크로 프로세서(5)로 구성된다. 이와 같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다. 입력 접속부(1)에 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력 양신호(CH0+,CH1+)는 입력 선택부(2)의 양신호 입력측(a0.a1)에 연결되고, 상기 입력 접속부(1)에 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력 음신호(CH0-,CH1-)는 각각 상기 입력 선택부(2)의 음신호 입력측(b0,b1)에 연결된다. 이렇게 양신호 입력측(a0.a1)과 음신호 입력측(b0,b1)에 각각 연결된 상태에서, 마이크로 프로세서(5)로부터의 입력선택 제어신호(CS)에 의해 한 채널씩 순차적으로 입력 선택부(2)의 양신호 출력측(a)과 음신호 출력측(b)에 접속되어 신호를 선택한다. 예를 들어, 입력선택 제어신호(CS)에 의해 외부 채널 0의 아날로그 입력신호를 변환 처리하는 경우에 대하여 살펴보면, 우선 외부 채널 0의 입력 양신호(CH0+)와 음신호(CH0-)가 각각 입력 선택부(2)의 양신호 입력측(ao)과 음신호 입력측(bo)에 연결되고, 외부 채널 1의 입력 양신호(CH1+)와 음신호(CH1-)가 각각 입력 선택부(2)의 양신호 입력측(a1)과 음신호 입력측(bo)에 연결된 상태에서, 마이크로 프로세서(5)에서 외부 채널 0의 신호를 선택하기 위한 입력신호 제어신호(CS)를 입력 선택부(2)로 출력한다고 가정한다. 그러면 상기 입력 선택부(2)의 가동단자는 양신호 입력측(ao)과 음신호 입력측(bo)에 각각 연결되어 그의 양신호 출력측(a)과 음신호 출력측(b)에 접속된다. 상기 입력 선택부(2)의 양신호 출력측(a)에 연결된 신호에 의한 양전압(V+)은 입력 증폭부(3)내 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력되고, 상기 입력 선택부(2)의 음신호 출력측에 연결된 신호에 의한 음전압(V-)은 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 입력된다. 이에 상기 증폭기(OP1)는 중첩특성에 의해 아래의 수학식1과 같이 증폭된 증폭신호(Vo)를 출력한다.
Vo = ( 1 + R/R) * {R/(R+R)*V + } + (R/R) * (- V_ ) = V + - V_ 상기 증폭부(3)에서 증폭된 증폭신호(Vo)는 아날로그/디지탈 변환기(4)를 통해 디지탈 데이터값으로 변환되고, 이 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(5)에 의해 외부 채널 0의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산처리된다. 이렇게 디지탈 변환 처리가 완료되면, 상기 마이크로 프로세서(5)는 외부 채널 1을 선택하기 위한 입력신호 제어신호(CS)를 입력 선택부(2)로 출력시킨다. 그러면 상기 입력 선택부(2)의 가동단자는 양신호 입력측(a1)과 음신호 입력측(b1)에 연결되어 각 채널의 외부 아날로그 입력 양신호(CH1+)와 음신호(CH1-)는 양신호 출력측(a)과 음신호 출력측(b)에 연결된다. 상기 입력 선택부(2)의 양신호 출력측에 연결된 신호에 의한 양전압(V+)은 입력 증폭부(3)내 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력되고, 상기 입력 선택부(2)의 음신호 출력측에 연결된 신호에 의한 음전압(V-)은 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 입력된다. 이에 상기 증폭기(OP1)는 중첩특성에 의해 증폭된 증폭신호(Vo)를 아날로그/디지탈 변환기(4)로 제공하여 디지탈 데이터 값으로 변환 후 마이크로 프로세서(5)로 제공하도록 한다. 상기에서 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(5)에 의해 외부 채널 1의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산 처리된다. 이후에 상기 마이크로 프로세서(5)에 의해 이 회로가 응용되는 제품의 규격에 따라 변환결과를 다양하게 이용하게 된다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 외부 아날로그 입력에 대해 차동입력 처리방식만을 적용한 다채널 아날로그 입력 변환회로의 경우, 그 외부 신호원이 되는 아날로그 신호변환기의 출력방식이 차동출력 형태보다 단순한 단상출력 형태인 외부 아날로그 신호에 대해서는 접속가능 채널수가 한정되는 등 다수의 접속 채널을 요구하는 시스템에 적용되는 경우에는 부적합하게 되며, 반대로 외부 아날로그 입력에 대해 단상 입력 처리방식만을 적용한 다채널 아날로그 입력 변환회로의 경우에는 그 외부 신호원이 되는 아날로그 신호변환기의 출력방식이 차동출력 형태인 외부 아날로그 신호에 대해서는 임피던스 정합 등의 문제로 안정된 변환결과를 얻는데 어려움이 따르는 문제점이 있다. 따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부 아날로그 신호 변환기의 출력방식에 용이하게 대응하면서, 사용자의 필요에 따라 아날로그 입력 채널수를 가변할 수 있도록 한 입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 외부 아날로그 입력에 대해 차동입력 처리방식과 단상입력 처리방식간에 상호 절환이 가능하도록 한 입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 다채널 아날로그 입력 변환회로에 대한 구성도. 도 2는 본 발명 입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로에 대한 구성도. ***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***** 101 : 입력 접속부 102 : 차동 입력신호 선택부 103 : 입력 증폭부 104 : 아날로그/디지탈 변환기 105 : 마이크로 프로세서 106 : 단상 입력신호 선택부 107 : 입력 절환부 108 : 제어신호 생성부 109 : 입력방식 설정부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각 채널의 외부 아날로그 입력신호를 입력변환 회로에 접속하는 입력 접속부와, 상기에서 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력신호중 차동입력 선택신호에 의해 차동 입력신호를 선택하여 출력하는 차동 입력신호 선택부와, 상기 입력 접속부에서 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력신호중 단상입력 선택신호에 의해 단상 입력신호를 선택하여 출력하는 단상 입력신호 선택부와, 입력처리 방식에 따라 상기 차동 및 단상 입력신호 선택부의 출력을 절환해주는 입력 절환부와, 상기 입력 절환부를 포함하여 절환된 아날로그 입력 신호를 증폭 처리하는 입력 증폭부와, 상기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지탈 데이터값으로 변환하여 주는 아날로그/디지탈 변환기와, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 입력 � ��리방식을 선택하는 입력방식 설정부와, 상기에서 선택한 입력 처리방식을 처리하기 위하여 입력선택 제어신호를 출력하고, 상기 변환기에서 제공하는 디지털값을 연산 처리하는 마이크로 프로세서와, 상기 입력선택 제어신호에 의해 차동입력 및 단상입력 처리를 위한 차동입력 선택신호, 단상입력 선택신호 및 입력절환 제어신호를 생성하여 제공하는 제어신호 생성부를 포함한 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명 입력방식 절환을 이용한 다채널 아날로그 입력 변환회로에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 각 채널의 외부 아날로그 입력신호를 입력변환 회로에 접속하는 입력 접속부(101)와, 상기 입력 접속부(101)를 통해 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력신호중 차동입력 선택신호(CS1)에 의해 차동 입력신호를 선택하는 차동 입력신호 선택부(102)와, 상기 입력 접속부(101)를 통해 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력신호중 단상입력 선택신호(CS2)에 의해 단상 입력신호를 선택하는 단상 입력신호 선택부(106)와, 입력절환 제어신호(CS3)에 따라 상기 차동 입력신호 선택부(102) 또는 단상 입력신호 선택부(106)에서 선택되어 출력되는 아날로그 신호를 절환해주는 입력 절환부(107)와, 상기 입력 절환부(107)를 포함하여 절환된 아날로그 입력 신호를 증폭 처리하여 출력하는 입력 증폭부(103)와, 상기에서 증폭된 아날로그 신호를 디지탈 데이터값으로 변환하여 주는 아날로그/디지탈 변환기(104)와, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 입력 처리방식을 선택하는 입력방식 설정부(109)와, 상기에서 선택한 입력 처리방식을 처리하기 위하여 입력선택 제어신호(SEL)를 출력하고, 상기 변환기에서 제공하는 디지털값을 연산 처리하는 마이크로 프로세서(105)와, 상기 입력선택 제어신호(SEL)에 의해 차동입력 처리를 위한 차동입력 선택신호(CS1)를 생성하여 상기 차동 입력신호 선택부(102)로 제공하고, 단상입력 처리를 위한 단상입력 선택신호(CS2)를 생성하여 상기 단상 입력신호 선택부(106)로 제공하고, 아울러 입력처리방식에 따라 상기 차동 및 단상 입력신호 선택부(102)(106)의 출력중 하나를 선택하 기 위한 입력절환 제어신호(CS3)를 생성하여 상기 입력 절환부(107)로 제공하는 제어신호 생성부(108)로 구성한다. 이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 입력 접속부(101)에 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력 양신호(CH0+,CH1+)는 차동 입력신호 선택부(102)의 양신호 입력측(a0.a1)에 연결되고, 상기 입력 접속부(101)에 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력 음신호(CH0-,CH1-)는 각각 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 음신호 입력측(b0,b1)에 연결되어 있다. 이와 같이 연결된 상태에서 외부 채널 0과 외부 채널 1의 아날로그 입력신호를 순차적으로 차동입력 처리방식으로 처리하는 과정에 대하여 살펴보면, 먼저 입력방식 설정부(109)에서 차동입력 처리방식을 선택한 아날로그 입력방식 설정신호(SEL)를 마이크로 프로세서(105)로 제공하면, 상기 마이크로 프로세서(105)는 차동입력 처리방식을 인식한다. 차동입력 처리방식을 인식한 마이크로 프로세서(105)는 제어신호생성부(108)로 차동입력 처리를 위한 입력선택 제어신호(CS)를 제공한다. 이에 상기 제어신호 생성부(108)는 차동입력 선택신호(CS1)와 입력절환 제어신호(CS3)를 각각 생성하여, 상기 차동입력 선택신호(CS1)는 차동 입력신호 선택부(102)로 제공하고 입력절환 제어신호(CS3)는 입력 증폭부(103)로 각각 제공한다. 그러면 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 가동단자는 양신호 입력측(ao)과 음신호 입력측(bo)에 연결되어, 그의 양신호 출력측(a)과 음신호 출력측(b)으로 외부 아날로그 입력의 양신호(CH0+)와 음신호(CH0-)를 전달한다. 그리고 상기 입력 증폭부(103)의 입력 절환부(107)는 입력절환 제어신호(CS3)에 의해 가동단자는 양신호 입력측(do)과 음신호 입력측(eo)에 연결된다. 따라서 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 양신호 출력측(a)에 연결된 신호에 의한 양전압(V+)은 입력 절환부(107)의 양신호 입력측(do)과 양신호 출력측(d)을 통해 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력하고, 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 음신호 출력측(b)에 연결된 신호에 의한 음전압(V-)은 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 입력한다. 이에 상기 증폭기(OP1)는 앞에서 설명한 수학식1에 의해 증폭되고, 그 증폭된 증폭신호(Vo)를 출력한다. 상기 증폭부(OP1)에서 증폭된 증폭신호(Vo)는 아날로그/디지탈 변환기(104)를 통해 디지탈 데이터값으로 변환하고, 이 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(105)에 의해 외부 채널 0의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산처리한다. 이렇게 디지탈 변환 처리가 완료되면, 상기 마이크로 프로세서(105)는 외부 채널 1을 선택하기 위한 입력신호 제어신호(CS)를 상기 제어신호 생성부(108)로 제공한다. 그러면 상기 제어신호 생성부(108)는 차동입력 선택신호(CS1)와 입력절환 제어신호(CS3)를 각각 생성하여, 차동 입력신호 선택부(102)와 입력 증폭부(103)로 각각 제공한다. 이에 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 가동단자는 외부 채널 1의 신호를 선택하기 위하여 양신호 입력측(a1)과 음신호 입력측(b1)에 연결되어, 그의 양신호 출력측(a)과 음신호 출력측(b)으로 외부 아날로그 입력의 양신호(CH1+)와 음신호(CH1-)를 전달한다. 그리고 상기 입력 증폭부(103)의 입력 절환부(107)는 입력절환 제어신호(CS3)에 의해 가동단자는 양신호 입력측(do)과 음신호 입력측(eo)에 연결한다. 따라서 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 양신호 출력측(a)에 연결된 신호에 의한 양전압(V+)은 입력 절환부(107)의 양신호 입력측(do)과 양신호 출력측(d)을 통해 증폭기(OP1)의 비반전단자(+)로 입력하고, 상기 차동 입력신호 선택부(102)의 음신호 출력측(b)에 연결된 신호에 의한 음전압(V-)은 상기 입력 절환부(107)의 음신호 입력측(eo)과 양신호 출력측(e)을 통해 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 입력한다. 이에 상기 증폭기(OP1)는 앞에서 설명한 수학식1에 의해 증폭되고, 그 증폭된 증폭신호(Vo)를 출력한다. 상기 증폭부(OP1)에서 증폭된 증폭신호(Vo)는 아날로그/디지탈 변환기(104)를 통해 디지탈 데이터값으로 변환되고, 이 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(105)에 의해 외부 채널 1의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산처리한다. 이와 같은 동작에 의해 선택된 차동입력 처리방식에 따라 각 채널의 외부 아날로그 차동입력에 대한 변환동작을 능동적으로 수행한다. 그리고, 입력 접속부(101)에 접속된 각 채널의 외부 아날로그 입력 신호(CH0,CH1,CH2,CH3)는 단상 입력신호 선택부(103)의 입력측(c0,c1,c2,c3)에 연결된다. 이렇게 연결된 상태에서 단상입력 선택신호(CS2)에 의해 한 채널씩 순차적으로 단상입력의 출력측(c)에 접속된다. 그러면 외부 채널 0,1,2,3이 순차적으로 입력되는 경우 단상입력 처리방식으로 처리하는 과정에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저 입력방식 설정부(109)에서 단상입력 처리방식을 선택한 아날로그 입력방식 설정신호(SEL)를 마이크로 프로세서(105)로 제공하면, 상기 마이크로 프로세서(105)는 단상입력 처리방식을 인식한다. 단상입력 처리방식을 인식한 마이크로 프로세서(105)는 제어신호생성부(108)로 단상입력 처리를 위한 입력선택 제어신호(CS)를 제공한다. 이에 상기 제어신호 생성부(108)는 단상입력 선택신호(CS2)와 입력절환 제어신호(CS3)를 각각 생성하여, 단상입력 선택신호(CS2)는 단상 입력신호 선택부(106)로 제공하고, 입력절환 제어신호(CS3)는 입력 증폭부(103)로 각각 제공한다. 그러면 상기 단상 입력신호 선택부(106)의 가동단자는 외부 채널 0의 입력신호(CH0)를 선택하여 입력측(co)과 출력측(c)을 연결하여 입력 절환부(107)에 제공한다. 따라서 상기 단상 입력신호 선택부(106)의 출력측(c)에 연결된 신호에 의한 전압(Vi)은 입력 절환부(107)의 입력측(e1)에 전달된다. 이때 입력 절환부(107)의 가동단자는 각각 입력절환 제어신호(CS3)에 의해 양신호 입력측(d1)과 양신호 출력측(d)을 연결하고, 음신호 입력측(e1)과 음신호 출력측(e)을 연결한다. 여기서 양신호 입력측(d1)은 접지단자에 연결되어 있다. 따라서 입력 증폭부(103)내 증폭기(OP1)의의 비반전단자(+)에는 접지단자에 의한 제로전압을 입력하고, 상기 단상 입력신호 선택부(106)의 출력측(c)에 연결된 신호에 의한 전압(Vi)은 상기 증폭기(OP1)의 반전단자(-)로 입력한다. 이에 상기 증폭기(OP1)는 아래의 수학식2에 의해 증폭하고, 이 증폭한 증폭신호(Vo)를 출력한다.
Vo = -Vi 상기 증폭부(OP1)에서 증폭된 증폭신호(Vo)는 아날로그/디지탈 변환기(104)를통해 디지탈 데이터값으로 변환하고, 이 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(105)에 의해 외부 채널 0의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산처리한다. 이렇게 디지탈 변환 처리가 완료되면, 상기 마이크로 프로세서(105)는 외부 채널 1을 선택하기 위한 입력신호 제어신호(CS)를 상기 제어신호 생성부(108)로 제공한다. 그러면 상기 제어신호 생성부(108)는 단상입력 선택신호(CS2)와 입력절환 제어신호(CS3)를 각각 생성하여, 단상 입력신호 선택부(106)와 입력 증폭부(103)로 각각 제공한다. 이에 상기 단상 입력신호 선택부(106)의 가동단자는 외부 채널 1의 신호를 선택하기 위하여 입력측(c1)과 출력측(c)에 연결되어, 이 출력측(c)에 의한 전압(Vi)을 입력 절환부(7)의 입력측(e1)과 출력측(e)을 통해 증폭기(OP1)의 비반전단자(-)로 전달한다. 따라서 상기 증폭기(OP1)는 상기에서 설명한 수학식2에 의해 증폭하고, 이 증폭한 증폭신호(Vo)를 아날로그/디지탈 변환기(104)를 통해 디지탈 데이터값으로 변환하고, 이 변환된 디지탈 데이터값은 마이크로 프로세서(105)에 의해 외부 채널 0의 아날로그 입력에 대한 디지탈 변환 결과로 연산처리한다. 이렇게 디지탈 변환 처리가 완료되면, 상기 마이크로 프로세서(105)는 외부 채널 2를 선택하기 위한 입력신호 제어신호(CS)를 상기 제어신호 생성부(108)로 제공한다. 이상에서와 같은 방법으로 채널0, 채널1, 채널2, 채널3의 외부 아날로그 입력신호(CH0,CH1,CH2,CH3)를 순차적으로 디지탈 데이터값으로 변환하는 동작을 수행한다. 결국, 상기에서와 같은 동작에 의해 선택된 단상입력 처리방식에 따라 각 채널의 외부 아날로그 단상입력에 대한 변환동작을 능동적으로 수행한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 외부 아날로그 신호변환기의 출력방식에 대응하는 아날로그 입력 처리방식(차동입력 처리방식 또는 단상입력 처리방식)을 적용한 아날로그 입력변환회로를 접속시켜 변환 처리하도록 함으로써 보다 안정된 아날로그 입력 변환결과를 얻을 수 있고, 단상입력 처리방식을 사용하는경우에는 차동입력 처리방식을 사용하는 경우보다 동일한 아날로그 입력변환 회로를 이용하면서 접속가능한 아날로그 입력 채널 수가 2배로 증가되는 장점이 있어서 다채널 아날로그 입력 변환회로를 적용하고 있는 제품의 신뢰성 및 응용성을 향상시키는 효과가 있다. |
