JP2021027529A - Field apparatus and filter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、フィールド機器及びフィルタ回路に関する。 The present disclosure relates to field equipment and filter circuits.
従来、フィルタ回路を介して外部機器と通信可能なフィールド機器が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a field device capable of communicating with an external device via a filter circuit is known (see, for example, Patent Document 1).
フィルタ回路は、通信信号を伝送する伝送線に印加されるコモンモードノイズを減衰させる場合、伝送線間のインピーダンスを低下させ、通信に影響を及ぼすことがある。通信の質を向上させながら、機器のノイズ耐性を向上させることが求められる。 When the filter circuit attenuates the common mode noise applied to the transmission line that transmits the communication signal, the impedance between the transmission lines is lowered, which may affect the communication. It is required to improve the noise immunity of equipment while improving the quality of communication.
本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、通信の質を向上できるとともにノイズ耐性を向上できるフィールド機器及びフィルタ回路を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above points, and an object of the present disclosure is to provide a field device and a filter circuit capable of improving communication quality and noise immunity.
幾つかの実施形態に係るフィールド機器は、一対の伝送線を介して通信回路に接続可能に構成され、前記一対の伝送線を介して、前記通信回路へ通信信号を送信する処理、及び、前記通信回路から通信信号を受信する処理のうち少なくとも一方の処理を実行する信号入出力回路と、前記信号入出力回路と前記通信回路との間に、前記信号入出力回路に対して並列に接続されているフィルタ回路とを備え、前記フィルタ回路は、接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に直列に接続されている、フィルタ部とスイッチング部とを有し、前記スイッチング部は、前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に前記所定の閾値以上の振幅を有する信号が印加された場合にオン状態になる。このように、スイッチング部が所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、所定の閾値以上の振幅を有する信号に対してオン状態になることで、フィルタ回路は、過大なノイズを減衰させつつ、通信信号に影響を及ぼしにくくなる。その結果、通信の質が向上およびノイズ耐性が向上する。 The field equipment according to some embodiments is configured to be connectable to a communication circuit via a pair of transmission lines, and a process of transmitting a communication signal to the communication circuit via the pair of transmission lines, and the above-mentioned A signal input / output circuit that executes at least one of the processes of receiving a communication signal from the communication circuit is connected in parallel to the signal input / output circuit between the signal input / output circuit and the communication circuit. The filter circuit includes a filter unit and a switching unit, which are connected in series between a grounding point and each line of the pair of transmission lines. When a signal having an amplitude less than a predetermined threshold is applied between the grounding point and each of the pair of transmission lines, the off state is set, and the grounding point and each of the pair of transmission lines are turned off. It is turned on when a signal having an amplitude equal to or higher than the predetermined threshold value is applied between the line and the line. In this way, the filter circuit is turned off when a signal having an amplitude less than a predetermined threshold value is applied to the switching unit, and is turned on for a signal having an amplitude equal to or more than a predetermined threshold value. It is less likely to affect the communication signal while attenuating excessive noise. As a result, communication quality is improved and noise immunity is improved.
一実施形態に係るフィールド機器において、前記フィルタ部は、コンデンサを含んでよい。このようにすることで、高周波のノイズが減衰される。その結果、通信の質が向上する。また、過大なノイズを減衰させてノイズ耐性が向上する。 In the field equipment according to one embodiment, the filter unit may include a capacitor. By doing so, high frequency noise is attenuated. As a result, the quality of communication is improved. In addition, excessive noise is attenuated to improve noise immunity.
一実施形態に係るフィールド機器において、前記フィルタ部は、前記コンデンサと直列に接続されている抵抗を含んでよい。このようにすることで、フィルタ部が過大なノイズから保護される。その結果、フィールド機器の信頼性が高まる。 In the field equipment according to one embodiment, the filter unit may include a resistor connected in series with the capacitor. By doing so, the filter unit is protected from excessive noise. As a result, the reliability of field equipment is increased.
一実施形態に係るフィールド機器において、前記スイッチング部は、並列に接続されている第1ダイオードと第2ダイオードとを含んでよく、前記第1ダイオードの順方向と、前記第2ダイオードの順方向とは、互いに逆向きであり、前記所定の閾値は、前記第1ダイオード及び前記第2ダイオードの順方向電圧降下の大きさに基づいて定まる。このようにすることで、スイッチング部が簡易な回路で構成されるとともに閾値の設定の自由度が高まる。その結果、フィールド機器の利便性が向上する。 In the field apparatus according to one embodiment, the switching unit may include a first diode and a second diode connected in parallel, and the forward direction of the first diode and the forward direction of the second diode. Are opposite to each other, and the predetermined threshold value is determined based on the magnitude of the forward voltage drop of the first diode and the second diode. By doing so, the switching unit is composed of a simple circuit, and the degree of freedom in setting the threshold value is increased. As a result, the convenience of field equipment is improved.
一実施形態に係るフィールド機器は、外部電源にさらに接続可能に構成され、前記伝送線を介して前記外部電源から直流電力の供給を受けてよい。このようにすることで、共通の伝送線で電力が供給されるとともに、通信信号を送受信できる。その結果、フィールド機器の利便性が向上する。 The field device according to the embodiment may be configured to be further connectable to an external power source and may receive DC power from the external power source via the transmission line. By doing so, electric power can be supplied by a common transmission line, and communication signals can be transmitted and received. As a result, the convenience of field equipment is improved.
幾つかの実施形態に係るフィルタ回路は、フィルタ部とスイッチング部とを備え、前記フィルタ部及び前記スイッチング部は、接地点と、通信信号を伝搬する一対の伝送線の各々の線との間に直列に接続され、前記スイッチング部は、前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に前記所定の閾値以上の振幅を有する信号が印加された場合にオン状態になる。このように、スイッチング部が所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、所定の閾値以上の振幅を有する信号に対してオン状態になることで、フィルタ回路は、過大なノイズを減衰させつつ、通信信号に影響を及ぼしにくくなる。その結果、通信の質が向上およびノイズ耐性が向上する。 The filter circuit according to some embodiments includes a filter unit and a switching unit, and the filter unit and the switching unit are located between a grounding point and each line of a pair of transmission lines propagating a communication signal. Connected in series, the switching unit is turned off when a signal having an amplitude less than a predetermined threshold is applied between the grounding point and each line of the pair of transmission lines, and the grounding point is turned off. It is turned on when a signal having an amplitude equal to or higher than the predetermined threshold value is applied between the pair of transmission lines and each line of the pair of transmission lines. In this way, the filter circuit is turned off when a signal having an amplitude less than a predetermined threshold value is applied to the switching unit, and is turned on for a signal having an amplitude equal to or more than a predetermined threshold value. It is less likely to affect the communication signal while attenuating excessive noise. As a result, communication quality is improved and noise immunity is improved.
本開示によれば、通信の質を向上できるとともにノイズ耐性を向上できるフィールド機器及びフィルタ回路が提供される。 According to the present disclosure, there are provided field devices and filter circuits that can improve the quality of communication and the noise immunity.
図1に示されるように、比較例に係るフィールド機器900は、2本の伝送線L1及びL2を介して電圧源12を含む外部電源10に接続されている。フィールド機器900は、電圧源12が供給する電力によって動作する。電圧源12は、伝送線L1及びL2に対して直列に接続されている。フィールド機器900は、伝送線L1に接続する端子951と、伝送線L2に接続する端子952とを備える。
As shown in FIG. 1, the
比較例に係るフィールド機器900は、センサ50を備える。センサ50は、フィールド機器900の外部に接続されるように構成されてもよい。フィールド機器900は、センサ50から測定データを取得する。センサ50は、フィールド機器900からの電力で動作する。センサ50は、圧力、流量又は温度等の物理量を測定し、測定データをフィールド機器900に出力する。
The
比較例に係るフィールド機器900は、信号処理回路910と、レギュレータ920と、信号入出力回路930と、フィルタ回路940とを備える。
The
フィールド機器900は、伝送線L1と伝送線L2とを介して、外部電源10に接続される。外部電源10は、伝送線L1及びL2に直流電力を供給する。つまり、外部電源10は、伝送線L1及びL2に直流信号を印加する。フィールド機器100は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から電力を受けることによって動作する。直流信号の電圧は、VDCで表されるとする。外部電源10は、伝送線L1と接地点COMとの間、及び、伝送線L2と接地点COMとの間それぞれに逆符号の電圧を印加する。接地点COMに対する伝送線L1及びL2の電位は、それぞれV1及びV2で表されている。外部電源10は、V1として+VDC/2で表される直流電圧を印加し、V2として−VDC/2で表される直流電圧を印加する。これによって、伝送線L1と伝送線L2との間に、VDCで表される直流電圧が印加される。
The
信号入出力回路930とフィルタ回路940とレギュレータ920とは、伝送線L1と伝送線L2との間に並列に接続されている。信号入出力回路930とフィルタ回路940とは、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から供給される電力で動作する。レギュレータ920は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から供給される電力を、電圧又は電流が所定値となるように制御して信号処理回路910に供給する。信号処理回路910は、レギュレータ920から供給される電力で動作する。
The signal input /
フィールド機器900は、伝送線L1及びL2を介して、通信回路20に接続されている。通信回路20は、信号入出力回路930に対して並列に接続されている。信号入出力回路930と通信回路20とは、伝送線L1及びL2を介して、互いに通信信号を送受信する。信号入出力回路930及び通信回路20の一方は、伝送線L1及びL2に通信信号を交流信号として重畳する。信号入出力回路930及び通信回路20の他方は、伝送線L1及びL2に重畳されている交流信号を通信信号として取得する。伝送線L1及びL2には、外部電源10から供給される直流電力としての直流信号が印加されている。つまり、伝送線L1及びL2で伝送される信号は、直流電力としての直流信号と、通信信号としての交流信号とを含んでいる。信号入出力回路930及び通信回路20は、伝送線L1及びL2で伝送される信号から通信信号としての交流信号を分離する。
The
フィールド機器900は、信号処理回路910でセンサ50に接続されている。センサ50は、圧力、流量又は温度等の物理量を測定し、測定データを電気信号に変換し、フィールド機器900に出力する。信号処理回路910は、センサ50から測定データを取得する。
The
信号処理回路910は、センサ50との間で所定の通信規格に基づいて通信し、センサ50の測定データに基づく信号を信号入出力回路930に出力する。信号処理回路910は、信号入出力回路930が通信回路20から受信した通信信号に基づく信号を信号入出力回路930から取得する。
The
信号入出力回路930は、信号処理回路910が出力した信号に基づいて通信信号を生成し、伝送線L1及びL2で伝送される信号に交流信号として重畳する。信号入出力回路930は、伝送線L1及びL2で伝送される信号に重畳されている交流信号を分離して通信信号からの通信信号を取得する。
The signal input /
フィルタ回路940は、伝送線L1及びL2で伝送される信号に重畳されるノイズを減衰させる。フィルタ回路940は、抵抗941及び943、並びに、コンデンサ942及び944を含む。抵抗941及びコンデンサ942は、伝送線L1と接地点COMとの間に直列に接続されている。抵抗943及びコンデンサ944は、伝送線L2と接地点COMとの間に直列に接続されている。
The
接地点COMに対する伝送線L1及びL2の電位は、それぞれV1及びV2で表されている。V1とV2との差は、伝送線L1と伝送線L2との間に印加されている信号の電圧に対応する。伝送線L1と伝送線L2との間に、直流信号と交流信号とが重畳された信号が印加されている場合、その信号の電圧の大きさは、V1とV2との差に対応する。 The potentials of the transmission lines L1 and L2 with respect to the grounding point COM are represented by V1 and V2, respectively. The difference between V1 and V2 corresponds to the voltage of the signal applied between the transmission line L1 and the transmission line L2. When a signal in which a DC signal and an AC signal are superimposed is applied between the transmission line L1 and the transmission line L2, the magnitude of the voltage of the signal corresponds to the difference between V1 and V2.
信号入出力回路930及び通信回路20が送受信する通信信号は、矩形波で表されるパルス信号であるとする。パルス信号は、2つの電圧レベルを含む。一方の電圧レベルは、Hレベルと称される。他方の電圧レベルは、Lレベルと称される。信号入出力回路930及び通信回路20は、伝送線L1及びL2に交流信号として通信信号を印加する場合、伝送線L1と接地点COMとの間、及び、伝送線L2と接地点COMとの間それぞれに逆位相の電圧を印加する。Hレベルの電圧が+Vaで表される場合、通信信号をHレベルとするために伝送線L1及びL2に印加される電圧は、それぞれ+Va/2及び−Va/2とされる。Lレベルの電圧が−Vaで表される場合、通信信号をLレベルとするために伝送線L1及びL2に印加される電圧は、それぞれ−Va/2及び+Va/2とされる。つまり、伝送線L1及びL2に印加される電圧は、互いに逆符号の値とされる。
It is assumed that the communication signals transmitted and received by the signal input /
VDCで表される電圧の直流信号にHレベルの通信信号が重畳される場合、伝送線L1と伝送線L2との間の電位差に対応するV1とV2との差は、VDC+Vaとなる。Lレベルの通信信号が重畳される場合、V1とV2との差は、VDC−Vaとなる。 When an H-level communication signal is superimposed on a DC signal having a voltage represented by VDC , the difference between V1 and V2 corresponding to the potential difference between the transmission line L1 and the transmission line L2 is VDC + Va. .. When the L level communication signal is superimposed, the difference between V1 and V2 is VDC − Va.
伝送線L1及びL2に、ノイズが重畳されることがある。ノイズは、コモンモードノイズと、ノーマルモードノイズとを含む。コモンモードノイズは、伝送線L1及びL2それぞれと、接地点COMとの間に同位相で印加されるノイズ電圧として表される。ノーマルモードノイズは、伝送線L1と伝送線L2との間に印加されるノイズ電圧として表される。 Noise may be superimposed on the transmission lines L1 and L2. The noise includes common mode noise and normal mode noise. The common mode noise is represented as a noise voltage applied in the same phase between each of the transmission lines L1 and L2 and the grounding point COM. The normal mode noise is represented as a noise voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2.
フィルタ回路940に流れる電流は、V1の値とV2の値とに基づいて定まる。フィルタ回路940において伝送線L1及びL2それぞれと接地点COMとの間に直列に接続されているコンデンサ942及び944は、直流信号に対して無限大のインピーダンスを有する。一方で、交流信号に対するコンデンサ942及び944のインピーダンスは、直流信号に対するインピーダンスよりも低い。また、交流信号の周波数が高いほど、交流信号に対するコンデンサ942及び944のインピーダンスが低くなる。これによって、フィルタ回路940は、ローパスフィルタとして機能し、コモンモードノイズ又はノーマルモードノイズを減衰させる。
The current flowing through the
図2に示されるグラフは、伝送線L1及びL2に印加される電圧の時間変化、及び、フィルタ回路940に流れる電流の時間変化の一例を表している。横軸は、時刻を表している。下から1段目に位置するグラフ(C1)は、直流信号と通信信号とが重畳した信号の時間変化を表している。グラフ(C1)の縦軸は、伝送線間電圧を表している。伝送線間電圧は、V1とV2との差に対応し、直流信号と通信信号とが重畳した信号の電圧を表している。伝送線間電圧は、Tsで表される周期で変動する。Tsは、通信信号の周期に対応する。伝送線間電圧は、通信信号がHレベルである場合にVHと表され、通信信号がLレベルである場合にVLと表されている。この場合、VH及びVLはそれぞれ、VDC+Va、及び、VDC−Vaに対応する。
The graph shown in FIG. 2 shows an example of the time change of the voltage applied to the transmission lines L1 and L2 and the time change of the current flowing through the
下から2段目に位置するグラフ(C2)は、コモンモードノイズとして伝送線L1及びL2それぞれに重畳されるノイズの時間変化を表している。グラフ(C2)の縦軸は、ノイズ電圧を表している。グラフ(C2)は、ノイズ電圧のグラフとして、ノイズ源電圧の時間変化のグラフと、端子ノイズ電圧の時間変化のグラフとを含む。ノイズ源電圧は、伝送線L1及びL2それぞれにCDN(Coupling Decoupling Network)を介して接続されているノイズ源が伝送線L1及びL2の両方に印加するコモンモードノイズの電圧である。ノイズ源電圧の周期は、Tnで表されている。端子ノイズ電圧は、ノイズ源電圧がフィルタ回路940によって減衰した結果として端子951又は952に伝搬する電圧である。端子ノイズ電圧は、接地点COMに対する端子951又は952の電圧に対応しており、V1とV2との和に1/2を乗じて算出される値に対応する。
The graph (C2) located in the second row from the bottom shows the time change of the noise superimposed on each of the transmission lines L1 and L2 as the common mode noise. The vertical axis of the graph (C2) represents the noise voltage. The graph (C2) includes, as a graph of noise voltage, a graph of time change of noise source voltage and a graph of time change of terminal noise voltage. The noise source voltage is a voltage of common mode noise applied to both transmission lines L1 and L2 by a noise source connected to each of transmission lines L1 and L2 via a CDN (Coupling Decoupling Network). The period of the noise source voltage is represented by Tn. The terminal noise voltage is a voltage propagated to the terminal 951 or 952 as a result of the noise source voltage being attenuated by the
下から3段目に位置するグラフ(C3)は、伝送線L1と接地点COMとの間に接続されているコンデンサ942に流れる電流I1の時間変化を表している。電流I1が伝送線L1から接地点COMに向けて流れる場合に、電流I1の値が正であるとする。下から4段目に位置するグラフ(C4)は、伝送線L2と接地点COMとの間に接続されているコンデンサ944に流れる電流I2の時間変化を表している。電流I2が接地点COMから伝送線L2に向けて流れる場合に、電流I2の値が正であるとする。グラフ(C3)及び(C4)の縦軸は、それぞれ電流I1及び電流I2の大きさを表している。電流I1及びI2の大きさが変化する周期は、ノイズ源電圧の周期と同じであり、Tnで表されている。コンデンサ942及び944にノイズ源電圧に基づく電流I1及びI2が流れることによって、ノイズがフィルタ回路940で減衰する。ノイズが減衰することによって、グラフ(C2)において端子ノイズ電圧がノイズ源電圧よりも低くなっている。
The graph (C3) located in the third row from the bottom shows the time change of the current I1 flowing through the
一方で、伝送線L1と伝送線L2との間に印加される伝送線間電圧に基づく電流がフィルタ回路940に流れる。伝送線間電圧の時間変化を表す矩形波の立ち上がり時又は立ち下がり時において、電圧変化に基づく電流がフィルタ回路940に流れる。グラフ(C1)における電圧の立ち上がり時の波形は、フィルタ回路940の過渡応答特性によって、電圧がVHに到達するまでに遅延する影響を受けている。また、電圧の立ち下がり時の波形は、フィルタ回路940の過渡応答特性によって、電圧がVLに到達するまでに遅延する影響を受けている。その結果、直流信号に重畳された通信信号が劣化する。通信信号の劣化は、通信の質に影響を及ぼす。
On the other hand, a current based on the transmission line voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2 flows through the
過渡応答特性による影響を低減するためにコンデンサ942及び944の容量を小さくすることが考えられる。しかし、コンデンサ942及び944の容量を小さくすることによって、各コンデンサのインピーダンスが増加して、フィルタ回路940がノイズを減衰させにくくなる。つまり、フィルタ回路940のフィルタとしての能力が制限される。フィルタの能力が制限されて低下する場合、伝送線L1及びL2に印加された過大なコモンモードノイズが回路の誤動作を引き起こしたり、回路に含まれるCPU(Central Processing Unit)を暴走させたりすることがある。
It is conceivable to reduce the capacitance of the
以上述べてきたとおり、フィルタ回路940が通信信号を伝送する伝送線L1と伝送線L2との間に印加されるコモンモードノイズを減衰させる場合、フィルタ回路940によって接地点を通じて伝送線L1と伝送線L2との間が接続される状態になる。フィルタ回路940は、伝送線L1と伝送線L2との間を接続することによって、フィルタ回路940のインピーダンスに応じて伝送線L1と伝送線L2との間のインピーダンスを低下させうる。伝送線L1と伝送線L2との間のインピーダンスの低下は、通信信号の劣化を引き起こす場合がある。このため、フィルタ回路940による通信信号の劣化を抑えようとすると、フィルタリングの能力が制限されて低下する場合がある。そして、伝送線L1と伝送線L2との間に印加された所定の大きさ以上のコモンモードノイズが、CPUを含む内部回路の誤動作又は暴走を引き起こし、機器に影響を及ぼすことがある。よって、通信信号の劣化などの通信への影響を抑えて通信の質を向上させながら、機器のノイズ耐性の向上が求められる。
As described above, when the
そこで、本開示は、通信の質を向上できるとともにノイズ耐性を向上できるフィールド機器及びフィルタ回路を説明する。 Therefore, the present disclosure describes a field device and a filter circuit that can improve the quality of communication and the noise immunity.
(本開示の実施形態)
図3に示されるように、一実施形態に係るフィールド機器100は、信号処理回路110と、信号入出力回路130と、フィルタ回路140とを備える。フィールド機器100は、レギュレータ120をさらに備えてよい。
(Embodiment of the present disclosure)
As shown in FIG. 3, the
フィールド機器100は、一対の伝送線L1と伝送線L2とを介して、外部電源10に接続可能に構成されている。フィールド機器100は、伝送線L1に接続する端子151と、伝送線L2に接続する端子152とを備えてよい。外部電源10は、電圧源12を有し、伝送線L1及びL2に直流電力を供給する。つまり、伝送線L1及びL2には、外部電源10から直流信号が印加される。外部電源10は、伝送線L1と伝送線L2との間にVDCで表される直流電圧を印加する。伝送線L1には、+VDC/2で表される直流電圧が印加されるとする。伝送線L2には、−VDC/2で表される直流電圧が印加されるとする。つまり、外部電源10は、中点で接地されていてもよい。フィールド機器100は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から電力を受けることによって動作してよい。フィールド機器100の少なくとも一部は、他の電源から供給される電力で動作してもよい。
The
信号入出力回路130とフィルタ回路140とレギュレータ120とは、伝送線L1と伝送線L2との間に並列に接続されている。信号入出力回路130とフィルタ回路140とは、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から電力を受ける。レギュレータ120は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10から供給される電力を、電圧又は電流が所定値となるように制御して信号処理回路110に供給してよい。信号処理回路110は、レギュレータ120から供給される電力で動作してよい。信号処理回路110は、他の電源から供給される電力で動作してもよい。
The signal input /
レギュレータ120は、スイッチングレギュレータとして構成されてもよい。レギュレータ120は、降圧型のスイッチングレギュレータとして構成されてもよいし、昇圧型のスイッチングレギュレータとして構成されてもよい。
The
フィールド機器100は、伝送線L1及びL2を介して通信回路20に接続可能に構成されている。通信回路20は、信号入出力回路130と並列に接続されてよい。信号入出力回路130は、伝送線L1及びL2を介して、通信回路20に対して通信信号を送信してよい。つまり、信号入出力回路130は、通信回路20に対して通信信号を出力してよい。信号入出力回路130は、伝送線L1及びL2を介して、通信回路20から通信信号を受信してよい。つまり、信号入出力回路130は、通信回路20から通信信号の入力を受け付けてよい。信号入出力回路130は、通信回路20から通信信号を取得してもよい。言い換えれば、信号入出力回路130は、一対の伝送線L1及びL2を介して、通信回路20に対して通信信号を送信する処理、及び、通信回路20から通信信号を受信する処理のうち少なくとも一方の処理を実行する。通信信号は、電圧信号として表されてもよいし、電流信号として表されてもよい。本実施形態において、通信信号は、電圧信号として表されるとする。
The
フィールド機器100は、センサ50をさらに備えてよい。フィールド機器100は、信号処理回路110でセンサ50に接続されている。センサ50は、フィールド機器100の外部に接続されるように構成されてもよい。信号処理回路110は、センサ50に接続されている場合に、センサ50から測定データを取得する。センサ50は、圧力、流量又は温度等の物理量を測定し、測定データを電気信号に変換し、フィールド機器100に出力する。電気信号は、電流信号を含んでもよいし、電圧信号を含んでもよい。センサ50は、フィールド機器100から供給される電力で動作してよい。信号処理回路110は、センサ50に接続されている場合に、センサ50に電力を供給してよい。センサ50は、フィールド機器100から供給される電力ではなく、他の電源から供給される電力によって動作してもよい。
The
図4に示されるように、信号処理回路110は、増幅器112と、A/Dコンバータ114と、プロセッサ116とを備えてよい。
As shown in FIG. 4, the
信号処理回路110は、センサ50との間で所定の通信規格に基づいて通信し、センサ50から送信される電気信号の入力を増幅器112で受け付ける。つまり、増幅器112は、センサ50から送信される電気信号を取得する。増幅器112は、アナログ信号として電気信号を取得してよい。増幅器112は、例えばオペアンプで構成されてよい。増幅器112は、バッファ回路を構成してよい。バッファ回路は、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスとを有することによって、インピーダンスを変換する。増幅器112がバッファ回路を構成する場合、増幅器112の非反転端子にセンサ50から入力される電気信号が増幅器112の出力端子からそのまま出力される。つまり、増幅器112は、センサ50から送信される電気信号をそのまま出力する。
The
A/Dコンバータ114は、増幅器112から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。つまり、A/Dコンバータ114は、センサ50から入力される電気信号をデジタル信号に変換する。
The A /
プロセッサ116は、A/Dコンバータ114から入力されるデジタル信号に基づいて、センサ50の測定データを取得する。プロセッサ116は、センサ50の測定データに基づく信号を信号入出力回路130に出力する。プロセッサ116は、センサ50の測定データに基づく信号をデジタル信号として信号入出力回路130に出力してよい。プロセッサ116は、デジタル信号をアナログ信号に変換した信号を信号入出力回路130に出力してもよい。
The
プロセッサ116は、信号を信号入出力回路130から取得してよい。信号入出力回路130からの信号は、信号入出力回路130が通信回路20から通信信号を受信し、変換したデジタル信号を含んでよい。プロセッサ116は、信号入出力回路130からアナログ信号を取得してもよい。この場合、プロセッサ116は、アナログ信号をデジタル信号に変換する入力回路を含んでもよい。
The
プロセッサ116は、CPU等の汎用的な集積回路によって構成されてよい。プロセッサ116は、所定のプログラムを実行することによって、種々の機能を実現してよい。プロセッサ116は、記憶部を有してよい。記憶部は、プロセッサ116の動作に用いられる各種情報、又は、プロセッサ116が信号処理回路110の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、プロセッサ116のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。
The
信号入出力回路130は、信号処理回路110が出力したデジタル信号又はアナログ信号に基づいて通信信号を生成し、伝送線L1及びL2で伝送される信号に交流信号として重畳する。伝送線L1及びL2で伝送される信号は、外部電源10から供給される電力に対応する直流信号と、信号入出力回路130が出力する交流信号としての通信信号とを含む。通信回路20は、伝送線L1及びL2で伝送される信号から交流信号を分離することによって通信信号を取得できる。
The signal input /
伝送線L1及びL2で伝送される信号は、信号入出力回路130が出力する交流信号としての通信信号を含んでもよい。信号入出力回路130は、伝送線L1及びL2で伝送される信号に交流信号が重畳されている場合、交流信号を分離することによって通信信号を取得できる。つまり、信号入出力回路130は、通信回路20が伝送線L1及びL2で伝送される信号に交流信号としての通信信号を重畳している場合に、通信回路20が出力した通信信号を取得できる。信号入出力回路130は、通信回路20が出力した通信信号を、信号処理回路110のプロセッサ116に出力してもよい。このようにすることで、プロセッサ116は、通信回路20から通信信号を取得できる。
The signals transmitted on the transmission lines L1 and L2 may include a communication signal as an AC signal output by the signal input /
別の言い方をすれば、伝送線L1及びL2には、外部電源10から印加されている直流信号に加えて、信号入出力回路130又は通信回路20からの通信信号が交流信号としてさらに重畳される。信号入出力回路130は、伝送線L1及びL2に交流信号を重畳することによって、通信回路20に通信信号を送信できる。信号入出力回路130は、通信回路20によって伝送線L1及びL2に重畳された交流信号を分離することによって、通信回路20から通信信号を受信できる。
In other words, in addition to the DC signal applied from the
信号入出力回路130及び通信回路20が送受信する通信信号は、矩形波で表されるパルス信号であるとする。パルス信号は、2つの電圧レベルを含む。一方の電圧レベルは、Hレベルと称される。他方の電圧レベルは、Lレベルと称される。信号入出力回路930及び通信回路20は、伝送線L1及びL2に交流信号として通信信号を印加する場合、伝送線L1と接地点COMとの間、及び、伝送線L2と接地点COMとの間それぞれに逆位相の電圧を印加する。Hレベルの電圧が+Vaで表される場合、通信信号をHレベルとするために伝送線L1及びL2に印加される電圧は、それぞれ+Va/2及び−Va/2とされる。Lレベルの電圧が−Vaで表される場合、通信信号をLレベルとするために伝送線L1及びL2に印加される電圧は、それぞれ−Va/2及び+Va/2とされる。つまり、伝送線L1及びL2に印加される電圧は、互いに逆符号の値とされる。
It is assumed that the communication signals transmitted and received by the signal input /
伝送線L1及びL2で伝送される信号にノイズが重畳されることがある。フィルタ回路140は、伝送線L1及びL2で伝送される信号に重畳されるノイズを減衰させる。フィルタ回路140は、伝送線L1及びL2で伝送される信号のうち、所定周波数を有する成分を所定周波数以外の周波数を有する成分よりも大きく減衰させてよい。つまり、フィルタ回路140は、所定周波数を有する成分を減衰させ、所定周波数以外の周波数を有する成分を通過させてよい。フィルタ回路140は、所定周波数以上の周波数を有する成分を減衰させるローパスフィルタとして機能してもよい。
Noise may be superimposed on the signals transmitted on the transmission lines L1 and L2. The
図5に示されるように、フィルタ回路140は、抵抗141及び143と、コンデンサ142及び144と、スイッチング部145及び146とを含む。コンデンサ142及び144はそれぞれ、フィルタ部とも称される。抵抗141とコンデンサ142とスイッチング部145とは、伝送線L1と接地点COMとの間に直列に接続されている。抵抗143とコンデンサ144とスイッチング部146とは、伝送線L2と接地点COMとの間に直列に接続されている。つまり、フィルタ部とスイッチング部とは、接地点COMと一対の伝送線L1及びL2の各々の線との間に直列に接続されている。抵抗141及び143と、コンデンサ142及び144と、スイッチング部145及び146とが接続されている順序は、変更されてもよい。
As shown in FIG. 5, the
接地点COMに対する伝送線L1及びL2の電位は、それぞれV1及びV2で表されている。V1とV2との差は、伝送線L1と伝送線L2との間に印加されている電圧に対応する。伝送線L1と伝送線L2との間に印加されている電圧は、伝送線間電圧とも称される。伝送線L1と伝送線L2との間に、直流信号と交流信号とが重畳された信号が印加されている場合、その信号の電圧の大きさは、V1とV2との差に対応する。 The potentials of the transmission lines L1 and L2 with respect to the grounding point COM are represented by V1 and V2, respectively. The difference between V1 and V2 corresponds to the voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2. The voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2 is also referred to as a transmission line voltage. When a signal in which a DC signal and an AC signal are superimposed is applied between the transmission line L1 and the transmission line L2, the magnitude of the voltage of the signal corresponds to the difference between V1 and V2.
VDCで表される電圧を有する直流信号にHレベルの通信信号が重畳される場合、伝送線L1と伝送線L2との間の電位差に対応するV1とV2との差は、VDC+Vaとなる。つまり、VDCで表される電圧を有する直流信号と、+Vaで表されるHレベルの電圧の通信信号とが重畳された信号が伝送線L1及びL2に入力されている。Lレベルの通信信号が重畳される場合、V1とV2との差は、VDC−Vaとなる。つまり、VDCで表される電圧を有する直流信号と、−Vaで表されるLレベルの電圧の通信信号とが重畳された信号が伝送線L1及びL2に入力されている。Hレベル及びLレベルそれぞれの電圧が+Va及び−Vaであるパルス信号の振幅は、Vaと表されるとする。 When an H-level communication signal is superimposed on a DC signal having a voltage represented by VDC , the difference between V1 and V2 corresponding to the potential difference between the transmission line L1 and the transmission line L2 is VDC + Va. Become. That is, a signal in which a DC signal having a voltage represented by VDC and a communication signal having an H level voltage represented by + Va are superimposed is input to the transmission lines L1 and L2. When the L level communication signal is superimposed, the difference between V1 and V2 is VDC − Va. That is, a signal in which a DC signal having a voltage represented by VDC and a communication signal having an L level voltage represented by −Va are superimposed is input to the transmission lines L1 and L2. It is assumed that the amplitude of the pulse signal in which the voltages of the H level and the L level are + Va and −V, respectively, is expressed as Va.
伝送線L1及びL2に重畳されうるノイズは、コモンモードノイズと、ノーマルモードノイズとを含む。コモンモードノイズは、伝送線L1及びL2それぞれと、接地点COMとの間に同位相で印加されるノイズ電圧として表される。ノーマルモードノイズは、伝送線L1と伝送線L2との間に印加されるノイズ電圧として表される。例えば、接地点COMは、フィールド機器100に接続される大地であり、伝送線L1又は伝送線L2に重畳されるコモンモードノイズの電流がフィルタ回路140を介して流れていく行き先に対応する。
The noise that can be superimposed on the transmission lines L1 and L2 includes common mode noise and normal mode noise. The common mode noise is represented as a noise voltage applied in the same phase between each of the transmission lines L1 and L2 and the grounding point COM. The normal mode noise is represented as a noise voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2. For example, the grounding point COM is the ground connected to the
フィルタ回路140に流れる電流は、V1の値とV2の値とに基づいて定まる。フィルタ回路140において伝送線L1及びL2それぞれと接地点COMとの間に直列に接続されているコンデンサ142及び144は、直流信号に対して無限大のインピーダンスを有する。一方で、交流信号に対するコンデンサ142及び144のインピーダンスは、直流信号に対するインピーダンスよりも低い。また、交流信号の周波数が高いほど、交流信号に対するコンデンサ142及び144のインピーダンスが低くなる。これによって、フィルタ回路140は、高周波のノイズを減衰させるローパスフィルタとして機能し、コモンモードノイズ又はノーマルモードノイズを減衰させる。
The current flowing through the
スイッチング部145及び146は、所定の閾値未満の電圧が印加された場合にオフ状態になり、所定の閾値以上の電圧が印加された場合にオン状態になるように機能する。オフ状態は、電流を流せない状態であるとされてもよいし、所定値未満の電流しか流せない状態であるとされてもよい。オン状態は、電流を流せる状態であるとされてもよいし、所定値以上の電流を流せる状態であるとされてもよい。所定の閾値は、Vthとも称される。
The switching
スイッチング部145及び146は、ダイオードを含んでよい。ダイオードは、整流特性を有する。ダイオードは、順方向電圧降下以上の電圧が順方向に印加される場合と、逆方向に電圧が印加される場合及び順方向電圧降下未満の電圧が順方向に印加される場合とで異なる抵抗値を有する。順方向電圧降下以上の電圧が順方向印加される場合の抵抗値は、逆方向に電圧が印加される場合及び順方向電圧降下未満の電圧が順方向に印加される場合の抵抗値よりも低い。ダイオードは、順方向電圧降下以上の電圧が順方向に印加された場合、大きい電流を流すことができるオン状態になっているとみなされる。ダイオードは、逆方向に電圧が印加された場合及び順方向電圧降下未満の電圧が順方向に印加された場合、ほとんど電流を流すことができないオフ状態になっているとみなされる。
Switching
スイッチング部145は、ダイオード145a及び145bを含むとする。ダイオード145a及び145bは、互いに並列に接続されている。ダイオード145aは、伝送線L1から接地点COMに向かう方向を順方向として電流を流す。ダイオード145bは、接地点COMから伝送線L1に向かう方向を順方向として電流を流す。つまり、ダイオード145aの順方向と、ダイオード145bの順方向とは、互いに逆になっている。ダイオード145a及び145bの順方向が互いに逆になっていることによって、スイッチング部145は、信号を双方向に伝達可能に構成されている。例えば、ダイオード145a及び145bは、伝送線L1と接地点COMとの間を双方向に電流を流すことができる。
It is assumed that the
スイッチング部146は、ダイオード146a及び146bを含むとする。ダイオード146a及び146bは、互いに並列に接続されている。ダイオード146aは、伝送線L2から接地点COMに向かう方向を順方向として電流を流す。ダイオード146bは、接地点COMから伝送線L2に向かう方向を順方向として電流を流す。つまり、ダイオード146aの順方向と、ダイオード146bの順方向とは、互いに逆になっている。ダイオード146a及び146bの順方向が互いに逆になっていることによって、スイッチング部146は、信号を双方向に伝達可能に構成されている。例えば、ダイオード146a及び146bは、伝送線L2と接地点COMとの間を双方向に電流を流すことができる。
It is assumed that the
ダイオード145a、145b、146a及び146bの数は、図5においてそれぞれ2個とされている。2個のダイオードが直列に接続されている回路は、順方向電圧降下の大きさの2倍の電圧以上の電圧が順方向に印加された場合にオン状態になる。順方向電圧降下がVfと表される場合、2個のダイオードが直列に接続されている回路は、順方向に2Vf以上の電圧が印加された場合にオン状態になる。2個の直列に接続されるダイオードを有するスイッチング部145及び146は、所定の閾値を2Vfとして、所定の閾値未満の電圧が印加された場合にオフ状態になり、所定の閾値以上の電圧が印加された場合にオン状態になるように機能する。
The number of
ダイオード145a、145b、146a及び146bの数は、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。ダイオード145a、145b、146a及び146bそれぞれの数は、同じであってもよいし、異なってもよい。直列に接続されるダイオードの数がn個である場合、それらの順方向電圧降下の大きさの合計は、Vf×nで表される。つまり、スイッチング部145及び146における所定の閾値は、ダイオード1個あたりの順方向電圧の大きさと直列に接続されているダイオードの数との積に基づいて定まる。
The number of
ダイオード145a及び145bのうち一方のダイオード、又は、ダイオード146a及び146bのうち一方のダイオードは、第1ダイオードとも称される。他方のダイオードは、第2ダイオードとも称される。第1ダイオードと第2ダイオードとは、第1ダイオードの順方向と第2ダイオードの順方向とが互いに逆向きになるように並列に接続されてよい。第1ダイオード及び第2ダイオードそれぞれの順方向電圧降下は、第1ダイオード及び第2ダイオードを構成するダイオードの数と、ダイオード1個あたりの順方向電圧降下との積で定まる。
One of the
スイッチング部145及び146は、ダイオードとして、整流ダイオード、スイッチングダイオード又はツェナーダイオード等を含んで構成されてもよい。スイッチング部145及び146は、TVS(Transient Voltage Suppressor)ダイオード等の、フィルタ回路140を保護する機能を有するダイオードを含んで構成されてもよい。スイッチング部145及び146がダイオードを含んで構成されることによって、フィルタ回路140の所定の閾値が簡易な回路構成で設定される。
The switching
図5の例において、スイッチング部145及び146に含まれるダイオードの数は、2個であるが、所定の閾値の大きさの設定値に合わせて決定されてよい。例えば、ダイオードの数が3個にされることによって、所定の閾値の大きさが3Vfに設定されてよい。また、ダイオードが異なるVfを有するダイオードに置き換えられてもよい。スイッチング部145及び146に含まれるダイオードの数、又は、ダイオードのVfが変更可能であることによって、フィルタ回路140の所定の閾値の設定の自由度が高まる。その結果、フィールド機器100の利便性が向上する。
In the example of FIG. 5, the number of diodes included in the switching
スイッチング部145及び146は、例えば、FET(Field Effect Transistor)等の能動素子を含んで構成されることによって、オフ状態とオフ状態とを有するように機能してもよい。能動素子が用いられることによって、フィルタ回路140の所定の閾値の設定の自由度が高まりうる。また、スイッチング部145及び146は、能動素子を含んで構成されることによって、スイッチング部145及び146に印加される電圧が所定の閾値に近い値である場合に、オン状態とオフ状態とを急峻に切り替えることができる。このようにすることで、スイッチング部145及び146のスイッチング特性が向上する。
The switching
抵抗141は、伝送線L1と接地点COMとの間に流れる電流の大きさを制限する。抵抗143は、伝送線L2と接地点COMとの間に流れる電流の大きさを制限する。例えば、伝送線L1及びL2に雷サージ電流等の突発的に大きい電流が流れる場合、抵抗141及び143は、スイッチング部145及び146に流れ込む電流の大きさを制限できる。つまり、抵抗141及び143は、スイッチング部145及び146の保護素子として機能する。また、抵抗141及び143は、フィールド機器100が防爆規格を満たすように挿入される。抵抗141及び143の抵抗値は、防爆規格に応じて適宜設定されてよい。フィルタ回路140が抵抗141及び143を備えることによって、フィルタ回路140が過大なノイズから保護される。その結果、フィールド機器100の信頼性が高まる。コンデンサ142及び144はそれぞれ、抵抗141及び143とともにフィルタ部を構成してもよい。
The
図6に示されるグラフは、伝送線L1と伝送線L2との間に印加される電圧の時間変化及びフィルタ回路140に流れる電流の時間変化の一例を表している。横軸は、時刻を表している。下から1段目に位置するグラフ(1)は、直流信号と通信信号とが重畳した信号の時間変化を表している。グラフ(1)の縦軸は、伝送線間電圧を表している。伝送線間電圧は、V1とV2との差に対応し、直流信号と通信信号とが重畳した信号の電圧を表している。伝送線間電圧は、Tsで表される周期で変動する。Tsは、通信信号の周期に対応する。VDCは、直流信号の電圧に対応する。Vaは、通信信号の振幅に対応する。伝送線間電圧は、通信信号がHレベルである場合にVHと表され、通信信号がLレベルである場合にVLと表されている。VH及びVLはそれぞれ、VDC+Va、及び、VDC−Vaに対応する。
The graph shown in FIG. 6 shows an example of the time change of the voltage applied between the transmission line L1 and the transmission line L2 and the time change of the current flowing through the
下から2段目に位置するグラフ(2)は、コモンモードノイズとして伝送線L1及びL2それぞれに重畳されるノイズの時間変化を表している。グラフ(2)の縦軸は、ノイズ電圧を表している。グラフ(2)は、ノイズ電圧のグラフとして、ノイズ源電圧の時間変化のグラフと、端子ノイズ電圧の時間変化のグラフとを含む。ノイズ源電圧は、伝送線L1及びL2それぞれにCDN(Coupling Decoupling Network)を介して接続されているノイズ源が伝送線L1及びL2の両方に印加するコモンモードノイズの電圧である。ノイズ源電圧の周期は、Tnで表されている。端子ノイズ電圧は、ノイズ源電圧がフィルタ回路140によって減衰した結果として端子151又は152に伝搬する電圧である。端子ノイズ電圧は、接地点COMに対する端子151又は152の電圧に対応しており、V1とV2との和に1/2を乗じて算出される値に対応する。
The graph (2) located in the second row from the bottom shows the time change of the noise superimposed on each of the transmission lines L1 and L2 as the common mode noise. The vertical axis of the graph (2) represents the noise voltage. The graph (2) includes a graph of the time change of the noise source voltage and a graph of the time change of the terminal noise voltage as a graph of the noise voltage. The noise source voltage is a voltage of common mode noise applied to both transmission lines L1 and L2 by a noise source connected to each of transmission lines L1 and L2 via a CDN (Coupling Decoupling Network). The period of the noise source voltage is represented by Tn. The terminal noise voltage is a voltage propagated to the
グラフ(2)において、ノイズ源電圧の振幅は、時間の経過とともに大きくなっている。ノイズ源電圧の振幅が所定の閾値(Vth)以上になった場合に、フィルタ回路140にノイズ源電圧に基づく電流が流れ始める。言い換えれば、ノイズ源電圧がVth以上又は−Vth以下になった場合に、フィルタ回路140にノイズ源電圧に基づく電流が流れ始める。フィルタ回路140は、ノイズの振幅がVth未満の成分に基づく電流を流さず、ノイズ振幅がVth以上の成分に基づく電流を流すともいえる。その結果、フィルタ回路140は、ノイズ源電圧の振幅がVth以上となった場合に、ノイズの一部の成分に基づく電流を伝送線L1及びL2と接地点COMとの間に流し、ノイズを減衰させる。
In the graph (2), the amplitude of the noise source voltage increases with the passage of time. When the amplitude of the noise source voltage becomes equal to or higher than a predetermined threshold value (Vth), a current based on the noise source voltage starts to flow in the
下から3段目に位置するグラフ(3)は、伝送線L1と接地点COMとの間に接続されているコンデンサ142に流れる電流I1(図5参照)の時間変化を表している。電流I1が伝送線L1から接地点COMに向けて流れる場合に、電流I1の値が正であるとする。下から4段目に位置するグラフ(4)は、伝送線L2と接地点COMとの間に接続されているコンデンサ144に流れる電流I2(図5参照)の時間変化を表している。電流I2が接地点COMから伝送線L2に向けて流れる場合に、電流I2の値が正であるとする。グラフ(3)及び(4)の縦軸は、それぞれ電流I1及び電流I2の大きさを表している。電流I1は、伝送線L1に印加されるノイズ源電圧の振幅がVth以上になった場合に流れる。電流I2は、伝送線L2に印加されるノイズ源電圧の振幅がVth以上になった場合に流れる。電流I1及びI2の大きさが変化する周期は、ノイズ源電圧の周期と同じであり、Tnで表されている。コンデンサ142及び144にノイズに基づく電流I1及びI2が流れることによって、ノイズが減衰する。ノイズが減衰することによって、グラフ(2)において端子ノイズ電圧がノイズ源電圧よりも低くなっている。
The graph (3) located in the third row from the bottom shows the time change of the current I1 (see FIG. 5) flowing through the
スイッチング部145及び146が双方向に電流を流すことができるように構成されることによって、フィルタ回路140は、入力されるコモンモードノイズの極性にかかわらず、コモンモードノイズを減衰させることができる。
By configuring the switching
一方で、伝送線L1及びL2それぞれと接地点COMとの間に印加される通信信号の電圧の振幅(Va/2)がVth未満であれば、フィルタ回路140は、オフ状態となり、通信信号に基づく電流を流さない。その結果、通信信号が劣化しにくくなる。言い換えれば、伝送線L1と伝送線L2との間に印加される通信信号の電圧の振幅(Va)が2Vth未満であれば、通信信号が劣化しにくくなる。グラフ(1)において直流信号に重畳されている通信信号の電圧の波形が立ち上がったり立ち下がったりするタイミングにおいても、比較例に係るフィルタ回路940とは異なり、フィルタ回路140に流れる電流が制限される。フィルタ回路140は、振幅がVth未満である信号に基づく電流を制限できることによって、通信信号に対して過渡応答特性の影響を及ぼしにくくなり、通信信号の波形を劣化させにくくなる。その結果、フィルタ回路140は、コモンモードノイズを減衰させつつ、通信信号の品質を向上できる。
On the other hand, if the voltage amplitude (Va / 2) of the communication signal applied between each of the transmission lines L1 and L2 and the grounding point COM is less than Vth, the
伝送線L1及びL2それぞれと接地点COMとの間にコモンモードノイズが印加される場合、フィルタ回路140は、以下のように機能する。
When common mode noise is applied between each of the transmission lines L1 and L2 and the grounding point COM, the
コモンモードノイズの電圧の振幅がVth未満である場合、スイッチング部145及び146は、伝送線L1及びL2それぞれからフィルタ部を通って接地点COMに向かう経路に流れる電流を遮断する。これによって、フィルタ部は、伝送線L1及びL2から切り離される。その結果、フィルタ回路140は、コモンモードノイズを減衰させない。しかし、この場合、ノイズの振幅がもともと小さいので、信号入出力回路130又は通信回路20に対するノイズの影響は限定されている。
When the voltage amplitude of the common mode noise is less than Vth, the switching
コモンモードノイズの振幅がVth以上である場合、スイッチング部145及び146は、伝送線L1及びL2それぞれからフィルタ部を通って接地点COMに向かう経路に電流を流す。これによって、フィルタ部は、伝送線L1及びL2に接続される。その結果、フィルタ回路140は、コモンモードノイズのうち、振幅がVth以上となる成分を減衰させる。コモンモードノイズが減衰されることによって、信号入出力回路130又は通信回路20が過大なノイズから保護されうる。
When the amplitude of the common mode noise is Vth or more, the switching
伝送線L1及びL2に通信信号が印加される場合、フィルタ回路140は、以下のように機能する。
When a communication signal is applied to the transmission lines L1 and L2, the
伝送線L1及びL2それぞれと接地点COMとの間に印加された通信信号の電圧の振幅(Va/2)がVth未満である場合、通信信号に基づく電流は、伝送線L1及びL2から接地点COMに向かう経路を含むフィルタ回路140に流れない。言い換えれば、伝送線L1と伝送線L2との間に印加された通信信号の電圧の振幅(Va)が2Vth未満である場合、通信信号に基づく電流は、フィルタ回路140に流れない。通信信号の電圧の振幅の大きさに基づいてVthが設定されることによって、フィルタ回路140が通信信号に及ぼす影響を低減できるとともに影響を制御できる。その結果、通信の質が向上する。
When the voltage amplitude (Va / 2) of the communication signal applied between each of the transmission lines L1 and L2 and the grounding point COM is less than Vth, the current based on the communication signal is from the transmission lines L1 and L2 to the grounding point. It does not flow to the
本実施形態に係るフィールド機器100は、通信信号に対するフィルタ回路140のインピーダンスがノイズに対する通信信号に対するインピーダンスよりも高くなるように構成されうる。その結果、フィールド機器100は、通信信号に含まれるノイズを減衰させつつ通信に影響を及ぼしにくい構成を実現しうる。
The
本実施形態に係るフィールド機器100は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10に接続されるか否かにかかわらず、通信回路20との間の通信の質を高めることができるとともにノイズ耐性を向上できる。本実施形態に係るフィールド機器100は、伝送線L1及びL2を介して外部電源10に接続される場合、電力の供給と通信とを共通の伝送線L1及びL2によって実現できる。その結果、フィールド機器100の利便性が向上する。
The
本実施形態に係るフィルタ回路140は、フィールド機器100に含まれない場合であっても、通信信号を伝送するラインにおいて、重畳されたノイズを減衰させつつ、通信信号に影響を及ぼしにくいように機能しうる。その結果、通信の質が向上するとともにノイズ耐性が向上する。
The
本実施形態において、通信信号が電圧信号として表されるとしたが、本実施形態に係るフィールド機器100及びフィルタ回路140は、通信信号が電流信号として表される場合に適用されてもよい。通信信号が電流信号として表される場合、フィルタ回路140のスイッチング部145及び146は、信号の電流の振幅の大きさが所定値以上である場合にオン状態になるように構成されてもよい。
In the present embodiment, the communication signal is represented as a voltage signal, but the
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the embodiments according to the present disclosure have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications or modifications based on the present disclosure. It should be noted, therefore, that these modifications or modifications are within the scope of this disclosure. For example, the functions included in each component or each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of components or steps can be combined or divided into one. ..
10 外部電源(12:電圧源)
20 通信回路
50 センサ
100 フィールド機器
110 信号処理回路
112 増幅器
114 A/Dコンバータ
116 プロセッサ
120 レギュレータ
130 信号入出力回路
140 フィルタ回路
141、143 抵抗
142、144 コンデンサ
145、146 スイッチング部
145a、145b、146a、146b ダイオード
151、152 端子
10 External power supply (12: voltage source)
20
Claims (6)
前記一対の伝送線を介して、前記通信回路へ通信信号を送信する処理、及び、前記通信回路から通信信号を受信する処理のうち少なくとも一方の処理を実行する信号入出力回路と、
前記信号入出力回路と前記通信回路との間に、前記信号入出力回路に対して並列に接続されているフィルタ回路と
を備え、
前記フィルタ回路は、接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に直列に接続されている、フィルタ部とスイッチング部とを有し、
前記スイッチング部は、
前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、
前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に前記所定の閾値以上の振幅を有する信号が印加された場合にオン状態になる、フィールド機器。 A field device that can be connected to a communication circuit via a pair of transmission lines.
A signal input / output circuit that executes at least one of a process of transmitting a communication signal to the communication circuit and a process of receiving a communication signal from the communication circuit via the pair of transmission lines.
A filter circuit connected in parallel to the signal input / output circuit is provided between the signal input / output circuit and the communication circuit.
The filter circuit has a filter unit and a switching unit connected in series between the grounding point and each line of the pair of transmission lines.
The switching unit
It is turned off when a signal having an amplitude less than a predetermined threshold value is applied between the grounding point and each line of the pair of transmission lines.
A field device that is turned on when a signal having an amplitude equal to or greater than the predetermined threshold value is applied between the grounding point and each line of the pair of transmission lines.
前記第1ダイオードの順方向と、前記第2ダイオードの順方向とは、互いに逆向きであり、
前記所定の閾値は、前記第1ダイオード及び前記第2ダイオードの各々の順方向電圧降下の大きさに基づいて定まる、請求項1から3までのいずれか一項に記載のフィールド機器。 The switching unit includes a first diode and a second diode connected in parallel, and includes a second diode.
The forward direction of the first diode and the forward direction of the second diode are opposite to each other.
The field device according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined threshold value is determined based on the magnitude of the forward voltage drop of each of the first diode and the second diode.
前記伝送線を介して前記外部電源から直流電力の供給を受ける、請求項1から4までのいずれか一項に記載のフィールド機器。 It is configured to be able to connect to an external power supply.
The field device according to any one of claims 1 to 4, wherein DC power is supplied from the external power source via the transmission line.
前記フィルタ部及び前記スイッチング部は、接地点と、通信信号を伝搬する一対の伝送線の各々の線との間に直列に接続され、
前記スイッチング部は、
前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に所定の閾値未満の振幅を有する信号が印加される場合にオフ状態になり、
前記接地点と前記一対の伝送線の各々の線との間に前記所定の閾値以上の振幅を有する信号が印加された場合にオン状態になる、フィルタ回路。 Equipped with a filter section and a switching section
The filter unit and the switching unit are connected in series between the grounding point and each line of a pair of transmission lines propagating a communication signal.
The switching unit
It is turned off when a signal having an amplitude less than a predetermined threshold value is applied between the grounding point and each line of the pair of transmission lines.
A filter circuit that is turned on when a signal having an amplitude equal to or greater than the predetermined threshold value is applied between the grounding point and each line of the pair of transmission lines.
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JP2019145735A JP2021027529A (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Field apparatus and filter circuit |
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Family Applications (1)
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JP2019145735A Pending JP2021027529A (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Field apparatus and filter circuit |
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2019
- 2019-08-07 JP JP2019145735A patent/JP2021027529A/en active Pending
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