DE112010004941B4 - Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung und damit ausgestattete Blutdruckmeßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung mit:a) einem RC-Schwingkreis (34) mit einer kapazitiven Komponente und einer ohmschen Komponente, wobeib) der RC-Schwingkreis Folgendes aufweist:b1) einen Eingangskontakt (Vin), an den eine Eingangsspannung angelegt wird,b2) ein erstes Widerstandselement (13, 16), das zwischen den Eingangskontakt (Vin) und einen ersten internen Knoten (NA) geschaltet ist,b3) einen ersten Kondensator (14), dessen eine Elektrode mit dem ersten internen Knoten (NA) und dessen andere Elektrode mit einem zweiten internen Knoten (NC) verbunden ist,b4) ein zweites Widerstandselement (12) mit einem leitfähigen Kontakt, der mit dem ersten internen Knoten (NA) verbunden ist, das parallel zu dem ersten Kondensator (14) geschaltet ist,b5) eine erste Logikschaltung (11A, 11B), die mit dem anderen leitfähigen Kontakt des zweiten Widerstandselements (12) verbunden und über das zweite Widerstandselement (12) zwischen den ersten internen Knoten (NA) und den zweiten internen Knoten (NC) geschaltet ist,b6) eine zweite Logikschaltung (11C), die mit dem zweiten internen Knoten (NC) verbunden ist und dazu dient, in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung (11A, 11B) ein Schwingungssignal (NB, F) auszugeben,undb71) ein erstes Schaltelement (15) zum elektrischen Verbinden des ersten internen Knotens (NA), der mit der einen Elektrode verbunden ist,mit einer festen Spannung (GND) zum Entladen des ersten Kondensators (14) gemäß einem Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) im geschlossenem Zustand; wobeib72) das erste Schaltelement (15) im unterbrochenen Zustand gemäß dem Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) das Laden des ersten Kondensators (14) durch die Eingangsspannung (Vin) über das erste Widerstandselement (13, 16) erlaubt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung und insbesondere eine Blutdruckmessvorrichtung.
• STAND DER TECHNIK
• Herkömmlich wird zum Messen einer analogen Größe wie einer Spannung, eines Stroms, einer Kapazität und dergleichen von einem analogen Wert in einen digitalen Wert umgewandelt (A/D-Wandlung). Es gibt verschiedene Typen Verfahren, darunter Verfahren mit Integration, Verfahren mit schrittweiser Näherung und Verfahren mit künstlicher Intelligenz, bei denen das jeweils für den zu messenden Analogwert am besten geeignete Wandlungsverfahren gewählt wird. Verschiedene Hersteller haben integrierte Schaltkreise (IC) auf den Markt gebracht, die solche Schaltungen integrieren.
• Die Kosten solcher IC sind jedoch hoch, und sie müssen von Software gesteuert werden.
• Wenn ferner die Auflösung erhöht wird, um eine hochgradig exakte Messung durchzuführen, neigen die Kosten dazu, entsprechend anzusteigen.
• Im Einsatz in der Praxis ermöglicht die Frequenz die zuverlässigste und exakteste Messung, so dass mit der Frequenz eine kostengünstige und hochgradig exakte A/D-Wandlung möglich ist.
• Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. JP H09-113310 A eine Sensoreinrichtung vom Piezowiderstandstyp sowie ein Verfahren zum Korrigieren der Schwankung des Sensors und zum Umwandeln derselben in Frequenz.
• Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. JP H10-104292 A offenbart eine Sensoreinrichtung vom Kapazitätstyp sowie eine Schaltung zum Wandeln einer Kapazitätskomponente, die druckabhängig variiert, in Frequenz.
• Die deutsche Druckschrift DE 20 03 040 B offenbart eine Verstärkeranordnung für einen Elektrokardiographen mit einem vom Ausgangssignal des Verstärkers gesteuerten Schwellwertdetektor zur Verstärkungsbeeinflussung, wobei eine von dem Detektor gesteuerte Schaltstufe bei Ansprechen des Detektors den Frequenzgang des Verstärkers beeinflussende Kopplungsglieder in den Verstärkerzug einbindet.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
• Allerdings offenbart die in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. JP H09-113 310 A beschriebene Sensoreinrichtung vom Piezowiderstandstyp ein Verfahren mit einem CR-Schwingkreis, wendet jedoch ein kompliziertes Wandlungsverfahren an, bei dem eine Differenz der Periodendauern der Schwingfrequenzen der beiden CR-Schwingkreise berechnet wird, und ist daher von dem Nachteil hoher Kosten behaftet. An der in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. JP H10-104 292 A beschriebenen Sensoreinrichtung vom Kapazitätstyp ist nachteilig, dass sie den Einflüssen von Temperaturkennlinien ausgesetzt ist und die Kosten hoch sind.
• MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung mit hoher Genauigkeit und eine damit ausgestattete Blutdruckmessvorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung nach Anspruch 1 und eine Blutdruckmessvorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Verbesserungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachstehend werden Aspekte der Erfindung beschrieben, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragen. Es sei jedoch auch darauf hingewiesen, dass die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird und jegliche Aspekte und Beispiele, die nachstehend aufgeführt werden, lediglich zum Verständnis der Erfindung, wie in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 6 beansprucht, beitragen.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung einen RC-Schwingkreis mit einer kapazitiven Komponente und einer ohmschen Komponente auf. Der RC-Schwingkreis weist Folgendes auf: einen Eingangskontakt, an den eine Eingangsspannung angelegt wird, ein erstes Widerstandselement, das zwischen den Eingangskontakt und einen ersten internen Knoten geschaltet ist, einen ersten Kondensator, dessen eine Elektrode mit dem ersten internen Knoten und dessen andere Elektrode mit einem zweiten internen Knoten verbunden ist, ein zweites Widerstandselement mit einem leitfähigen Kontakt, der mit dem ersten internen Knoten verbunden ist, das parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist, eine erste Logikschaltung, die mit dem anderen leitfähigen Kontakt des zweiten Widerstandselements verbunden und über das zweite Widerstandselement zwischen den ersten internen Knoten und den zweiten internen Knoten geschaltet ist, eine zweite Logikschaltung, die mit dem zweiten internen Knoten verbunden ist und dazu dient, in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung ein Schwingungssignal auszugeben, und ein erstes Schaltelement zum elektrischen Verbinden des ersten internen Knotens, der mit einer Elektrode verbunden ist, mit einer festen Spannung zum Laden und Entladen des ersten Kondensators gemäß einem Spannungspegel des zweiten internen Knotens.
• Die Eingangsspannung entspricht bevorzugt der Ausgangsspannung des Sensors vom Piezowiderstandstyp.
• Das erste Schaltelement wird bevorzugt durchgeschaltet, wenn der Spannungspegel des zweiten internen Knotens größer oder gleich dem Schwellwert ist, und der erste interne Knoten, der mit einer Elektrode verbunden ist, wird elektrisch mit der festen Spannung verbunden, so dass der erste Kondensator entladen wird. Das erste Schaltelement wird unterbrochen, wenn der Spannungspegel des zweiten internen Knotens kleiner als der Schwellwert ist, und der erste interne Knoten, der mit einer Elektrode verbunden ist, wird mit der Eingangsspannung verbunden, so dass der erste Kondensator geladen wird.
• Vorgesehen sind ein drittes Widerstandselement, das zwischen den Eingangskontakt und einen dritten internen Knoten geschaltet ist, ein zweiter Kondensator, dessen eine Elektrode mit dem dritten internen Knoten und dessen andere Elektrode mit einem vierten internen Knoten verbunden ist, und ein viertes Widerstandselement mit einem leitenden Kontakt, der mit dem dritten internen Knoten verbunden ist, das parallel zu dem zweiten Kondensator geschaltet ist. Die erste Logikschaltung weist eine erste Inverterschaltung, die mit dem anderen leitenden Kontakt des zweiten Widerstandselements verbunden ist, und eine Exklusiv-Oder-Schaltung zum Empfangen des Eingangs des Ausgangskontakts der dritten Inverterschaltung und des anderen leitenden Kontakts des vierten Widerstandselements und zum Ausgeben des Eingangs für den zweiten internen Knoten auf. Die zweite Logikschaltung weist einen zweiten Inverter, der zwischen den zweiten internen Knoten und den vierten internen Knoten geschaltet ist, und eine dritte Inverterschaltung auf, die mit dem vierten internen Knoten verbunden ist. Ferner ist ein zweites Schaltelement zum elektrischen Verbinden des dritten internen Knotens, der mit der einen Elektrode verbunden ist, und der festen Spannung zum Entladen des zweiten Kondensators in Übereinstimmung mit dem Spannungspegel des vierten internen Knotens vorgesehen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Blutdruckmessvorrichtung eine um eine vorbestimmte Messstelle einer zu messenden Person zu legende Manschette und ein Drucknachweismittel zum Nachweisen des Drucks der Manschette auf. Das Drucknachweismittel weist einen Sensor vom Piezowiderstandstyp, der dazu dient, in Übereinstimmung mit dem Druck der Manschette eine Spannung zu generieren, und einen RC-Schwingkreis mit einer kapazitiven Komponente und einer ohmschen Komponente auf. Der RC-Schwingkreis weist Folgendes auf: einen Eingangskontakt, an den eine Eingangsspannung angelegt wird, ein erstes Widerstandselement, das zwischen den Eingangskontakt und einen ersten internen Knoten geschaltet ist, einen ersten Kondensator, dessen eine Elektrode mit dem ersten internen Knoten und dessen andere Elektrode mit einem zweiten internen Knoten verbunden ist, ein zweites Widerstandselement mit einem leitfähigen Kontakt, der mit dem ersten internen Knoten verbunden ist, das parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist, eine erste Logikschaltung, die mit dem anderen leitfähigen Kontakt des zweiten Widerstandselements verbunden und über das zweite Widerstandselement zwischen den ersten internen Knoten und den zweiten internen Knoten geschaltet ist, eine zweite Logikschaltung, die mit dem zweiten internen Knoten verbunden ist und dazu dient, in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung ein Schwingungssignal auszugeben, und ein erstes Schaltelement zum elektrischen Verbinden des ersten internen Knotens, der mit einer Elektrode verbunden ist, mit einer festen Spannung zum Laden und Entladen des ersten Kondensators gemäß einem Spannungspegel des zweiten internen Knotens.
• EFFEKT DER ERFINDUNG
• Die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung und die Blutdruckmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ein erstes Schaltelement auf, das in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung den ersten Kondensator lädt oder entlädt. Die Ladezeit des ersten Kondensators verändert sich in Abhängigkeit von der Eingangsspannung, die am Eingangskontakt anliegt, und somit kann die Frequenz des Schwingungssignals mit einem einfachen Verfahren angepasst werden.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Erscheinungsbilds eines Blutdruckmessers 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Hardwarekonfiguration des Blutdruckmessers 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 3 ist eine Ansicht, die einen Drucksensor 32 vom Piezowiderstandstyp gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
• 4 ist eine Ansicht, die einen herkömmlichen RC-Schwingkreis beschreibt.
• 5 sind Ansichten, die Spannungspegel der einzelnen Knoten des herkömmlichen RC-Schwingkreises beschreiben.
• 6 ist eine Ansicht, die eine Spannungs-Frequenz-wandlerschaltung 34 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
• 7 ist eine Ansicht, die die Spannungspegel der einzelnen Knoten der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
• 8 ist eine Ansicht, die eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß einer Variante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
• 9 ist eine Ansicht, die die Spannungspegel der einzelnen Knoten der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß der Variante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
• AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
• Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Gleiche oder entsprechende Abschnitte in den Figuren tragen gleiche Bezugszeichen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
• <Hinsichtlich des äußeren Erscheinungsbildes und der Konfiguration>
• Zunächst werden das äußere Erscheinungsbild und die Konfiguration einer Blutdruckmessvorrichtung (im Weiteren „Blutdruckmesser“) 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• (Hinsichtlich des äußeren Erscheinungsbilds)
• Der Blutdruckmesser 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand 1 beschrieben.
• Unter Bezugnahme auf 1 weist der Blutdruckmesser 1 einen Hauptkörperabschnitt 10 und eine Manschette 20 auf, die um das Handgelenk einer zu messenden Person gelegt werden kann. Der Hauptkörper 10 ist an der Manschette 20 befestigt. Auf der Oberfläche des Hauptkörpers 10 sind eine mit Flüssigkristallen oder dergleichen konfigurierte Anzeigeeinheit 40 und eine Bedieneinheit 41 zum Entgegennehmen von Anweisungen vom Benutzer (repräsentativ für die zu messende Person) angeordnet. Die Bedieneinheit 41 weist mehrere Schalter auf.
• (Hinsichtlich der Hardwarekonfiguration)
• Die Hardwarekonfiguration des Blutdruckmessers 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand 2 beschrieben.
• Es wird auf 2 Bezug genommen. Die Manschette 20 des Blutdruckmessers 1 weist einen Luftbalg 21 auf. Der Luftbalg 21 ist über einen Luftschlauch 31 mit einem Luftsystem 30 verbunden.
• Neben der Anzeigeeinheit 40 und der Bedieneinheit 41 weist der Hauptkörper 10 Folgendes auf: das Luftsystem 30, eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 100 zum Steuern der einzelnen Einheiten in zusammenhängender Weise und zum Durchführen verschiedener Typen von Berechnungsprozessen, einen Speicher 42 zum Speichern von Programmen, die dazu dienen, die CPU 100 dazu zu veranlassen, einen vorbestimmten Arbeitsschritt auszuführen, sowie von verschiedenen Typen von Daten, einen nichtflüchtigen Speicher (z.B. Flashspeicher) 43 zum Speichern des gemessenen Blutdrucks, eine Stromversorgung 44 zum Versorgen der CPU 100 oder dergleichen mit Strom, eine Zeitgebereinheit 45 zum Durchführen der Zeitsteuerung, eine Dateneingabe-/- ausgabeeinheit 46 zum Entgegennehmen von externen Dateneingaben und einen Summer 62 zum Ausgeben eines Warntons oder dergleichen.
• Die Bedieneinheit 41 weist Folgendes auf: einen Netzschalter 41A zum Entgegennehmen der Eingabe der Anweisung zum EINSCHALTEN oder AUSSCHALTEN der Stromversorgung, einen Messungsschalter 41B zum Entgegennehmen der Anweisung zum Starten der Messung, einen Stoppschalter 41C zum Entgegennehmen der Anweisung zum Stoppen der Messung und einen Speicherschalter 41D zum Entgegennehmen der Anweisung zum Auslesen von Informationen wie etwa eines Blutdrucks, die im Flashspeicher 43 aufgezeichnet sind. Die Bedieneinheit 41 kann außerdem einen ID-Schalter (nicht gezeigt) aufweisen, der bedient wird, um ID-Angaben (die Kennung) einzugeben, die dazu dienen, die zu messende Person zu identifizieren. Somit können für jede zu messende Person die Messdaten aufgezeichnet und ausgelesen werden.
• Das Luftsystem 30 weist Folgendes auf: einen Drucksensor 32 zum Nachweisen des Drucks (Manschettendrucks) des Luftbalgs 21, eine Pumpe 51 zum Leiten von Luft zur Luftblase 21 zum Aufbauen von Druck in der Manschette und ein Ventil 52, das geöffnet oder geschlossen wird, um die Luft aus dem Luftbalg 21 abzulassen oder die Luft im Luftbalg 21 einzuschließen.
• Der Hauptkörper 10 weist bezüglich des Luftsystems 30 ferner einen Verstärker 33, eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung (Schwingkreis) 34, eine Pumpentreiberschaltung 53 und eine Ventiltreiberschaltung 54 auf.
• Bei dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Drucksensor 32 im Sinne eines Beispiels um einen Drucksensor vom Piezowiderstandstyp. Der Verstärker 33 verstärkt die Ausgangsspannung des Drucksensors 32 und gibt diese an die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 aus. Die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gibt über den Verstärker 33 ein Signal an die CPU 100 aus, dessen Schwingfrequenz der Ausgangsspannung des Drucksensors 32 entspricht. Die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 wird später beschrieben. Der Verstärker 33 ist dazu vorgesehen, die Differenz zu verstärken, da die Spannungspegeldifferenz (Amplitude) des Ausgangssignals vom Drucksensor 32 klein ist, er muss jedoch nicht im Speziellen vorgesehen sein, wenn die Spannungspegeldifferenz (Amplitude) des Ausgangssignals vom Drucksensor 32 groß ist und eine Konfiguration gewählt werden kann, bei der der Drucksensor 32 direkt angeschlossen wird.
• Die CPU 100 wandelt die von der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 erhaltene Schwingfrequenz in einen Druck um und weist den Druck nach. Die Pumpentreiberschaltung 53 steuert auf der Grundlage eines von der CPU 100 bereitgestellten Steuersignals den Antrieb der Pumpe 51. Die Ventiltreiberschaltung 54 steuert auf der Grundlage eines von der CPU 100 bereitgestellten Steuersignals das Öffnen und Schließen des Ventils 52.
• Die Pumpe 51, das Ventil 52, die Pumpentreiberschaltung 53 und die Ventiltreiberschaltung 54 bilden einen Anpassungsmechanismus 50 zum Anpassen des Manschettendrucks. Vorrichtungen zum Anpassen des Manschettendrucks sind nicht hierauf beschränkt.
• Zum Beispiel liest und schreibt die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 46 Programme und Daten von dem bzw. auf das wechselbare Aufzeichnungsmedium 132. Die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 46 kann Programme und Daten über eine Datenübertragungsleitung an einen externen Computer (nicht gezeigt) senden und von diesem empfangen.
• Wie in 1 gezeigt ist, ist bei dem Blutdruckmesser 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Hauptkörper 10 an der Manschette 20 angebracht, aber der Hauptkörper 10 und die Manschette 20 können auch - wie bei dem Oberarm-Blutdruckmesser - über einen Luftschlauch (Luftschlauch 31 in 2) miteinander verbunden sein.
• Der Luftbalg 21 ist in der Manschette 20 angeordnet, aber das an die Manschette 20 gelieferte Fluid ist nicht auf Luft beschränkt; es kann sich auch um eine Flüssigkeit oder ein Gel handeln. Alternativ hierzu ist es auch nicht auf ein Fluid beschränkt, sondern es kann sich um gleichförmige Feinpartikel wie Mikroperlen handeln.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei einer vorbestimmten Messstelle um das Handgelenk, die vorbestimmte Messstelle ist jedoch nicht hierauf beschränkt und es kommen auch andere Stellen wie der Oberarm in Frage.
• Anhand von 3 wird der Drucksensor 32 vom Piezowiderstandstyp gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Es wird auf 3 Bezug genommen. Der Drucksensor 32 weist parallel zwischen eine Stromversorgungsspannung Vd und eine Erdspannung GND - die feste Spannung - geschaltete Widerstandselemente Rp1 bis Rp4 auf. Ein Verbindungsknoten zwischen den Widerstandselementen Rp1 und Rp2 ist mit einer Ausgangskontakt-(+)-Seite verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Widerstandselementen Rp3 und Rp4 ist mit einer Ausgangskontakt-(-)-Seite verbunden. Der Drucksensor vom Piezowiderstandstyp erzeugt am Ausgangskontakt eine Potentialdifferenz, wenn sich die Widerstandswerte der einzelnen Widerstandselemente abhängig vom Druck ändern. Der Drucksensor 32 gibt das am Ausgangskontakt generierte Spannungssignal über den Verstärker 33 an die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 aus.
• Zunächst wird der herkömmliche RC-Schwingkreis beschrieben.
• Der herkömmliche RC-Schwingkreis wird anhand 4 beschrieben.
• Es wird auf 4(a) Bezug genommen. Der herkömmliche RC-Schwingkreis weist Widerstandselemente 12, 13, NOR-Schaltungen 11A bis 11C und einen Kondensator 14 auf.
• Das Widerstandselement 13 ist zwischen dem Konten NA und dem Knoten NB angeordnet. Das Widerstandselement 12 ist zwischen dem Knoten NA und einer Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A angeordnet.
• Eine Elektrode des Kondensators 14 ist mit dem Knoten NA und die andere Elektrode mit dem Knoten NC verbunden. Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A ist über das Widerstandselement 12 mit dem Knoten NA verbunden, und die andere Seite ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an eine Seite der NOR-Schaltung 11B ausgegeben.
• Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11B ist mit dem Ausgangsknoten der NOR-Schaltung 11A verbunden, und die andere Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11B ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an den Knoten NC der NOR-Schaltung 11C übermittelt.
• Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11C ist mit dem Knoten NC verbunden, und die andere Seite ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an den Ausgangsknoten NB übermittelt.
• Der andere Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A, 11B, 11C ist mit der Erdspannung GND verbunden. Daher funktionieren die einzelnen NOR-Schaltungen 11A, 11B, 11C jeweils als Inverterschaltung zum Invertieren und Ausgeben des Eingangssignals.
• Jetzt wird der Betrieb des RC-Schwingkreises beschrieben. Die Schwingfrequenz des RC-Schwingkreises wird über die Zeit festgelegt, die benötigt wird, bis über die Zeitkonstantenschaltung aus Widerstandselement 13 und Kondensator 14 der Schwellwert der NOR-Schaltung 11A erreicht wird.
• Im Speziellen wird, wenn der Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A auf „L“-Pegel liegt und der Pegel am Ausgang der NOR-Schaltung 11A „H“ wird, über die NOR-Schaltungen 11B, 11C auch der Knoten NB auf „H“-Pegel gelegt.
• Wenn der Kondensator 14 geladen wird und die Spannung des Knotens NA „H“-Pegel erreicht, wird der Pegel eines Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A ebenfalls „H“, und der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A ändert sich. Davon begleitet geht der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A von „H“-Pegel auf „L“-Pegel über, so dass der Knoten NB über die NOR-Schaltungen 11B, 11C ebenfalls auf „L“-Pegel übergeht.
• Wenn danach die im Kondensator 14 gespeicherte elektrische Ladung entladen wird und der Spannungspegel des Knotens NA „L“-Pegel erreicht, wird der Pegel eines Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A ebenfalls „L“, so dass der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A von „L“-Pegel auf „H“-Pegel übergeht. Der Knoten NB wird über die NOR-Schaltungen 11B, 11C ebenfalls auf „H“-Pegel gelegt.
• Ladevorgang und Entladevorgang werden wiederholt, so dass der Spannungsausgang des Knotens NB abwechselnd auf „L“-Pegel und „H“-Pegel liegt und also einen Schwingvorgang vollführt.
• Anhand 5 werden nun die Spannungspegel der einzelnen Knoten des herkömmlichen RC-Schwingkreises beschrieben.
• In 5 sind die Spannungswellenformen der Knoten NA, NB, NC gezeigt.
• Es werden nun die Ladevorgangsperiode und die Entladevorgangsperiode beschrieben.
• 4b) beschreibt den Ladevorgang einer typischen Zeitkonstantenschaltung, die mit einem Widerstandswert R und einer Kapazität C konfiguriert ist.
• Mit anderen Worten entspricht der Widerstandswert R der ohmschen Komponente des Widerstandselements 13 aus 4(a), und die Kapazität C entspricht der kapazitiven Komponente des Kondensators 14 aus 4(a).
• Die Spannung Vo der Zeitkonstantenschaltung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 1] $$\begin{array}{ll}\frac{Vi-Vo}{R}=C\frac{dVo}{dt}\hfill & \hfill \\ \frac{1}{RC}{\displaystyle \int dt}={\displaystyle \int \frac{1}{Vi-Vo}dVo}\hfill & \hfill \\ \frac{t}{RC}+A=-\text{log}\left(Vi-Vo\right)\hfill & {}_{\text{A}:\text{Integrationskonstante}}\hfill \\ Vi-Vo=e^{-\frac{t}{RC}+A}\hfill & \hfill \\ Vo=Vi-B{e}^{-\frac{t}{RC}}\hfill & \hfill \end{array}$$

  
• Die Anfangsbedingung zur Berechnung der Integrationskonstanten A bedingt,dass die Spannung Vo durch folgende Gleichung ausgedrückt wird, wenn zum Zeitpunkt t = 0 die Spannung Vo = 0 ist.
  [Gleichung 2] $$\begin{array}{l}0=Vi-B\\ B=Vi\\ \therefore Vo=Vi-Vi{e}^{-\frac{t}{RC}}\\ =Vi\left(1-e^{-\frac{t}{RC}}\right)\end{array}$$

  
• Andererseits lautet die Anfangsbedingung des Ladevorgangs des in 4(a) gezeigten RC-Schwingkreises, dass der Ladevorgang unmittelbar startet, nachdem die Spannung beim Entladevorgang Vth erreicht hat. Mit anderen Worten wird die Spannung Vo des Knotens NA zum Zeitpunkt t = 0 zu Vth - Vd.
• Setzt man daher diese Anfangsbedingung in Gleichung (1) ein, so erhält man die folgende Gleichung.
  [Gleichung 3] $$\begin{array}{l}Vth-Vd=Vd-B\left(Vi=Vd\right)\\ B=2Vd-Vth\\ Vo=Vd-\left(2Vd-Vth\right)e^{-\frac{t}{RC}}\end{array}$$

  
• Lösen nach t ergibt folgende Gleichung:
  [Gleichung 4] $$\begin{array}{l}\left(2Vd-Vth\right)e^{-\frac{t}{RC}}=Vd-Vo\\ e^{-\frac{t}{RC}}=\frac{Vd-Vo}{2Vd-Vth}\\ t=-RC\text{log}\left(\frac{Vd-Vo}{2Vd-Vth}\right)\end{array}$$

  
• Wenn die Spannung Vo an den Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A übermittelt wird und den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A erreicht, ändert sich der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A und wird auf „L“-Pegel gelegt. Mit anderen Worten ist die Zeit, bis der Schwellwert Vth des NOR-Gates erreicht wird, die Zeit, bei der Vo = Vth. Der Schwellwert Vth des NOR-Gates wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, indem in die obige Gleichung eingesetzt wird, da der Schwellwert Vth im Allgemeinen 1/2 der Versorgungsspannung Vd beträgt.
  [Gleichung 5] $$\begin{array}{c}Vo=Vd-\left(2Vd-\frac{1}{2}Vd\right)e^{-\frac{t}{RC}}\\ =Vd-\frac{3}{2}Vd{e}^{-\frac{t}{RC}}\\ =Vd-\left(1-\frac{3}{2}{e}^{-\frac{t}{RC}}\right)\end{array}$$

  
• Die Zeit tc, die für den Ladevorgang benötigt wird, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 6] $$\begin{array}{c}t=-RC\text{log}\left(\frac{Vd-\frac{1}{2}Vd}{2Vd-\frac{1}{2}Vd}\right)\\ =-RC\text{log}\frac{\frac{1}{2}}{\frac{3}{2}}Vd\\ tc=-RC\text{log}\frac{1}{3}Vd\end{array}$$

  
• Nun wird der Entladevorgang betrachtet.
• 4(c) beschreibt den Entladevorgang einer typischen Zeitkonstantenschaltung, die mit einem Widerstandswert R und einer Kapazität C konfiguriert ist.
• Mit anderen Worten entspricht der Widerstandswert R der ohmschen Komponente des Widerstandselements 13 aus 4(a), und die Kapazität C entspricht der kapazitiven Komponente des Kondensators 14 aus 4(a).
• Die Spannung Vo der Zeitkonstantenschaltung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 7] $$\begin{array}{l}C\frac{d\left(Vi-Vo\right)}{dt}=\frac{Vo}{R}\\ -\frac{dVo}{dt}=\frac{Vo}{RC}\\ {\displaystyle \int \frac{1}{Vo}dVo}=-\frac{1}{RC}{\displaystyle \int dt}\\ \text{log}Vo=-\frac{t}{RC}+A\\ Vo=B{e}^{-\frac{t}{RC}}\end{array}$$

  
• Die Anfangsbedingung des Entladevorgangs des in 4(a) gezeigten RC-Schwingkreises lautet, dass der Entladevorgang unmittelbar startet, nachdem die Spannung beim Ladevorgang Vth erreicht hat. Mit anderen Worten wird die Spannung Vo des Knotens NA zum Zeitpunkt t = 0 zu Vth + Vd.
• Setzt man daher diese Anfangsbedingung in Gleichung (7) ein, so erhält man die folgende Gleichung.
  [Gleichung 8] $$\begin{array}{l}Vth+Vd=B\\ \therefore Vo=\left(Vth+Vd\right)e^{-\frac{t}{RC}}\end{array}$$

  
• Lösen nach t ergibt folgende Gleichung:
  [Gleichung 9] $$t=-RC\text{log}\left(\frac{Vo}{Vth+Vd}\right)$$

  
• Die Zeit, bis der Schwellwert Vth des NOR-Gates erreicht wird, ist die Zeit, bei der Vo = Vth. Der Schwellwert Vth des NOR-Gates wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, indem in die obige Gleichung eingesetzt wird, wobei der Schwellwert Vth im Allgemeinen 1/2 der Versorgungsspannung Vd beträgt.
  [Gleichung 10] $$Vo=\frac{3}{2}Vd{e}^{-\frac{t}{RC}}$$

  
• Die Zeit td, die für den Entladevorgang benötigt wird, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 11] $$td=-RC\text{log}\frac{1}{3}Vd$$

  
• Der in 4(a) gezeigte RC-Schwingkreis kann somit eine Impulswellenform mit einem Tastverhältnis von 50 % erzielen, da er ein Zeitenverhältnis tc = td aufweist.
• Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Periode die Gesamtdauer aus der für den Ladevorgang benötigten Zeit tc und der für den Entladevorgang benötigten Zeit td.
• Daher lässt sich die Schwingfrequenz verändern, indem die ohmsche Komponente, die kapazitive Komponente oder dergleichen geändert wird, wie aus den Gleichungen (6) und (11) hervorgeht.
• Bei der herkömmlichen Sensoreinrichtung vom kapazitiven Typ wird der RC-Schwingkreis benutzt und ein Verfahren zum Ändern der Schwingfrequenz durch Ändern der Kapazität des Kondensators gewählt.
• Anhand 6 wird die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• In 6 weist die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Widerstandselemente 12, 13, 16, die NOR-Schaltungen 11A bis 11C, einen Kondensator 14 und ein Schaltelement 15 auf.
• Das Widerstandselement 16 ist zwischen dem Eingangskontakt und dem Knoten NO angeordnet. Das Schaltelement 15 ist zwischen dem Knoten N0 und der Erdspannung GND - einer festen Spannung - angeordnet und schaltet abhängig vom Spannungspegel des Knotens NC durch. Das Widerstandselement 13 ist zwischen dem Knoten N0 und dem Knoten NA angeordnet. Das Widerstandselement 12 ist zwischen dem Knoten NA und einer Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A angeordnet.
• Eine Elektrode des Kondensators 14 ist mit dem Knoten NA und die andere Elektrode mit dem Knoten NC verbunden. Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11A ist über das Widerstandselement 12 mit dem Knoten NA verbunden, und die andere Seite ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an eine Seite der NOR-Schaltung 11B ausgegeben.
• Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11B ist mit dem Ausgangsknoten der NOR-Schaltung 11A verbunden, und die andere Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11B ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an den Knoten NC der NOR-Schaltung 11C übermittelt.
• Eine Seite des Eingangsknotens der NOR-Schaltung 11C ist mit dem Knoten NC verbunden, und die andere Seite ist mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden, und das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation wird an den Ausgangsknoten NB übermittelt.
• Analog zu dem RC-Schwingkreis wird auch bei dem vorliegenden Beispiel die Schwingfrequenz über die Zeit festgelegt, die benötigt wird, bis über die Zeitkonstantenschaltung mit den Widerstandselementen 13, 16 und dem Kondensator 14 der Schwellwert der NOR-Schaltung 11A erreicht wird.
• Im Speziellen wird das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11A auf „H“-Pegel gelegt, wenn deren Eingangsknoten auf „L“-Pegel liegt. Davon begleitet werden das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B auf „L“-Pegel und das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C auf „H“-Pegel gelegt.
• Da der Spannungspegel des Knotens NC auf „L“-Pegel liegt, ist eine Elektrode des Kondensators 14 über die Widerstandselemente 13, 16 mit dem Eingangskontakt verbunden, wobei die Spannung des Knotens NA während des Ladevorgangs mittels der mit den Widerstandselementen 13, 16 und dem Kondensator 14 konfigurierten Zeitkonstantenschaltung durch folgende Gleichung ausgedrückt wird. Mit anderen Worten wird die Anfangsbedingung des Ladevorgangs des RC-Schwingkreises wie oben beschrieben mit Gleichung (1) eingegeben.
• Die Anfangsbedingung lautet, dass die Spannung Vo des Knotens Na zum Zeitpunkt t = 0 gleich Vth - Vd ist.
  [Gleichung 12] $$Vo=Vi-B{e}^{-\frac{t}{RC}}$$

  

  
• Lösen nach t ergibt folgende Gleichung:
  [Gleichung 13] $$t=-RC\text{log}\left(\frac{Vi-Vo}{Vi+Vd-Vth}\right)$$

  
• Die Zeit, bis der Schwellwert Vth des NOR-Gates erreicht wird, ist die Zeit, bei der Vo = Vth. Der Schwellwert Vth des NOR-Gates wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, indem in die obige Gleichung eingesetzt wird, da der Schwellwert Vth im Allgemeinen 1/2 der Versorgungsspannung Vd beträgt.
  [Gleichung 14] $$Vo=Vi-\left(Vi+\frac{1}{2}Vd\right)e^{-\frac{t}{RC}}$$

  
• Die Zeit te, die für den Ladevorgang benötigt wird, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 15] $$tc=-RC\text{log}\frac{Vi-\frac{1}{2}Vd}{Vi+\frac{1}{2}Vd}$$

  
• Wenn die Ladespannung an den Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A übermittelt wird und den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A erreicht, ändert sich der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A und wird auf „L“-Pegel gelegt. Davon begleitet geht das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C geht von „H“-Pegel auf „L“-Pegel über.
• Das Schaltelement 15 wird gemäß dem Spannungspegel („H“-Pegel) des Knotens N0 durchgeschaltet (EIN), wenn das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B auf „H“-Pegel gelegt wird. Dadurch werden die Erdspannung GND - die feste Spannung - und der Knoten N0 elektrisch verbunden. Davon begleitet wird die Spannung des Knotens NB während des Entladevorgangs über die Zeitkonstantenschaltung aus Widerstandselement 13 und Kondensator 14 durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 16] $$td=-RC\text{log}\left(\frac{1}{3}Vd\right)$$

  
• Mit anderen Worten ist Gleichung (16) die gleiche wie Gleichung (11).
• Wenn die jeweilige Ladespannung an den Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A übermittelt wird und kleiner als der Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A wird, ändert sich der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A und geht von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über.
• Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B geht von „H“-Pegel auf „L“-Pegel über. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C geht von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über.
• Das Schaltelement 15 wird durch den Spannungspegel („L“-Pegel) des Knotens NC unterbrochen (AUS-geschaltet), wenn das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B auf „L“-Pegel gelegt wird. Dadurch werden die Erdspannung GND - die feste Spannung - und der Knoten N0 elektrisch getrennt. Davon begleitet wird eine Elektrode des Kondensators 14 über das Widerstandselement 13, 16 mit dem Eingangskontakt verbunden und dadurch der oben beschriebene Ladevorgang ausgeführt.
• Mit anderen Worten gibt das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C je nach Ladevorgang und Entladevorgang ein Schwingungssignal auf „L“-Pegel, „H“-Pegel, „L“-Pegel usw. aus.
• Bei der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die kapazitive Komponente und die ohmsche Komponente des Kondensators 14 und der Widerstandselemente 12, 13, 16 feste Größen; veränderlich ist die an den Eingangskontakt angelegte Eingangsspannung. Die an den Eingangskontakt angelegte Eingangsspannung ist die vom Druck abhängige Ausgangsspannung des Drucksensors.
• Anhand 7 werden die Spannungspegel der einzelnen Knoten der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• In 7 sind die Spannungspegel des Knotens NA und des Knotens NC gezeigt.
• Bei der Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform, d. h., der Konfiguration, bei der die am Eingangskontakt anliegende Eingangsspannung variiert, ändert sich die Ladezeit te wie in Gleichung (15) gezeigt. Die Entladezeit verändert sich nicht, da die kapazitive Komponente und die ohmsche Komponente des Kondensators 14 und der Widerstandselemente 12, 13, 16 fest sind. Die ohmsche Größe R in Gleichung (15) entspricht dem Gesamtwert der ohmschen Komponenten der Widerstandselemente 13, 16 aus 6. Die Kapazität C entspricht der kapazitiven Komponente des Kondensators 14 aus 6.
• Da die bis zum Erreichen des Schwellwerts der NOR-Schaltung 11A benötigte Ladezeit von der Eingangsspannung abhängt, verändert sich der Zyklus des Schwingungssignals, und die Schwingfrequenz kann verändert werden.
• Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34 das Signal mit einer von der Ausgangsspannung des Drucksensors 32 abhängigen Schwingfrequenz an die CPU 100 ausgegeben, und die CPU 100 wandelt die Schwingfrequenz in Druck um und weist den Druck nach.
• Somit kann in einem einfachen Verfahren eine preiswerte und hochgradig genaue Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung realisiert werden. Außerdem lässt sich die Blutdruckmessvorrichtung, die dieses Verfahren einsetzt, realisieren.
• Bei der Konfiguration aus 6 wurde eine Konfiguration der NOR-Schaltung beschrieben, bei der ein Eingangsknoten mit der Erdspannung GND („L“-Pegel) - der festen Spannung - , verbunden ist, jedoch kann auch eine Konfiguration gewählt werden, bei der statt der NOR-Schaltung eine NAND-Schaltung benutzt wird, indem ein Eingangsknoten mit der Versorgungsspannung Vd („H“-Pegel) verbunden wird.
• Bei der Konfiguration aus 6 wurde die Konfiguration beschrieben, die die NOR-Schaltungen 11A bis 11C benutzt, wobei der jeweilige Eingangsknoten mit der Erdspannung GND - der festen Spannung - verbunden ist und somit als Inverterschaltung zum Invertieren des Logikpegels des Eingangssignals dient. Daher kann eine Konfiguration gewählt werden, bei der die NOR-Schaltungen 11A bis 11C durch Inverterschaltungen ersetzt sind. Gemäß einer solchen Konfiguration kann die Anzahl der Konfigurationselemente der Schaltung reduziert und das Schaltungslayout kleiner gemacht werden.
• (Variante der Ausführungsform)
• Anhand 8 wird die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß einer Variante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• In 8 unterscheidet sich die Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß der Variante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch von der in 6 beschriebenen Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34, dass ferner eine NOR-Schaltung 11D, Widerstandselemente 17, 20, 21, ein Schaltelement 18 und ein Kondensator 19 vorgesehen sind.
• Im Speziellen ist das Widerstandselement 17 zwischen dem Eingangskontakt und dem Knoten N1 angeordnet. Das Schaltelement 18 ist zwischen dem Knoten N1 und der festen Spannung angeordnet und schaltet abhängig vom Spannungspegel des Knotens NB durch oder öffnet. Das Widerstandselement 20 ist zwischen dem Knoten NE und dem Knoten N1 angeordnet. Eine Elektrode des Kondensators 19 ist mit dem Knoten NE und die andere Elektrode mit dem Knoten NB verbunden. Ein Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11D ist mit dem Knoten NB und der andere mit der festen Spannung verbunden, und die NOR-Schaltung 11D übermittelt das Ergebnis der logischen NOR-Operation an den Knoten ND. Ein leitender Kontakt des Widerstandselements 21 ist mit dem Knoten NE verbunden, und der andere leitende Kontakt ist mit dem Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11B verbunden.
• Die NOR-Schaltung 11B empfängt das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11A und das Signal vom Knoten NE über das Widerstandselement 21 und übermittelt das Ergebnis der logischen Exklusiv-NOR-Operation an den Knoten NC.
• Bei der Konfiguration nach der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein Verfahren beschreiben, bei dem in Abhängigkeit von der Eingangsspannung die Ladezeit und dadurch die Periode des „H“-Pegels des Schwingungssignals angepasst wird, aber bei der Konfiguration gemäß der Variante der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ferner die Periode des „L“-Pegels des Schwingungssignals angepasst wird.
• Im Speziellen wird das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C auf „H“-Pegel gelegt, wenn der Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A auf „L“-Pegel liegt. Davon begleitet werden das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B auf „L“-Pegel und das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C auf „H“-Pegel gelegt. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11D wird ebenfalls auf „L“-Pegel gelegt.
• In diesem Fall liegt der Knoten NC auf „L“-Pegel und somit ist das Schaltelement 15 unterbrochen. Der Knoten NB liegt auf „H“-Pegel, und somit ist das Schaltelement 18 durchgeschaltet. Daher sind die Erdspannung GND - die feste Spannung - und der Knoten N1 elektrisch gekoppelt. Mit anderen Worten wird der über die Widerstandselemente 20, 21 an der NOR-Schaltung 11B anliegende Eingangsknoten auf „L“-Pegel gelegt. Somit funktioniert die NOR-Schaltung 11B als Inverterschaltung, da ein Eingangsknoten auf „L“-Pegel liegt.
• Da der Spannungspegel des Knotens NC auf „L“-Pegel liegt, ist eine Elektrode des Kondensators 14 über die Widerstandselemente 13, 16 mit dem Eingangskontakt verbunden, und der Ladevorgang wird wie oben beschrieben ausgeführt. Wenn die Spannung des Knotens NA durch den Ladevorgang an den Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11A übermittelt wird und den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A erreicht, ändert sich der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11A und wird auf „L“-Pegel gelegt. Davon begleitet geht das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C geht von „H“-Pegel auf „L“-Pegel über. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11D geht von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über.
• Das Schaltelement 15 wird durch den Spannungspegel („H“-Pegel) des Knotens NC durchgeschaltet (EIN-geschaltet), wenn das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11B auf „H“-Pegel gelegt wird. Dadurch werden die Erdspannung GND - die feste Spannung - und der Knoten NO elektrisch verbunden. Davon begleitet wird der Entladevorgang ausgeführt. In diesem Fall wird das Schaltelement 18 unterbrochen (AUS), da das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C von „H“-Pegel auf „L“-Pegel übergeht. Die NOR-Schaltung 11B funktioniert als Inverterschaltung, da ein Eingangsknoten auf „L“-Pegel liegt, da das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11A auf „L“-Pegel liegt.
• Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C liegt auf „L“-Pegel und der Spannungspegel des Knotens NB ist „L“, so dass eine Elektrode des Kondensators 19 über die Widerstandselemente 17, 20 mit dem Eingangskontakt verbunden ist und der Ladevorgang ausgeführt wird. Wenn die Spannung des Knotens NE durch den Ladevorgang an den Eingangsknoten der NOR-Schaltung 11B übermittelt wird und den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11B erreicht, ändert sich der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11B und wird auf „L“-Pegel gelegt. Das Schaltelement 15 ist dann unterbrochen (AUS). Daher sind die Erdspannung GND - die feste Spannung - und der Knoten NO elektrisch getrennt. Davon begleitet wird eine Elektrode des Kondensators 14 über die Widerstandselemente 13, 16 mit dem Eingangskontakt verbunden, und damit wird der oben beschriebene Ladevorgang ausgeführt.
• Der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11C geht von „L“-Pegel auf „H“-Pegel über, wenn der Ausgangspegel der NOR-Schaltung 11B auf „L“-Pegel gelegt wird. Daher liegt das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11C auf „H“-Pegel, und das Schaltelement 18 wird durchgeschaltet. Davon begleitet wird der Knoten N1 mit der Erdspannung GND verbunden. Damit wird der Entladevorgang ausgeführt.
• Mit anderen Worten gibt das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 11D je nach Ladevorgang und Entladevorgang ein Schwingungssignal auf „H“-Pegel, „L“-Pegel, „H“-Pegel, „L“-Pegel usw. aus.
• Bei der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# nach der vorliegenden Ausführungsform sind die ohmsche Komponente und die kapazitive Komponente dergestalt eingestellt, dass die Ladezeit, innerhalb derer der Knoten NE über die Zeitkonstantenschaltung mit den Widerstandselementen 17, 20 und dem Kondensator 19 den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11B erreicht, kürzer wird als die Entladezeit, innerhalb derer der Knoten NA über die Zeitkonstantenschaltung mit dem Widerstandselement 13 und dem Kondensator 14 kleiner oder gleich dem Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A wird.
• Bei der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die kapazitive Komponente und die ohmsche Komponente der Kondensatoren 14, 19 und der Widerstandselemente 12, 13, 16, 17, 20, 21 feste Größen; veränderlich ist die an den Eingangskontakt angelegte Eingangsspannung. Die an den Eingangskontakt angelegte Eingangsspannung ist die vom Druck im Drucksensor abhängige Ausgangsspannung.
• Anhand 9 werden die Spannungspegel der einzelnen Knoten der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# gemäß einer Variante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• In 9(a) sind die Spannungspegel des Knotens NA und des Knotens NE gezeigt.
• Die Ladezeit tf des Knotens Na und die Ladezeit tg des Knotens Ne verändern sich in der Konfiguration gemäß der Variante der vorliegenden Ausführungsform, d. h., der Konfiguration, bei der die am Eingangskontakt anliegende Eingangsspannung variiert. Die Entladezeit verändert sich nicht, da die kapazitive Komponente und die ohmsche Komponente der Kondensatoren 14, 19 und der Widerstandselemente 12, 13, 16, 17, 20, 21 fest sind.
• Nachstehend werden die Ladezeit des Knotens NA und die Ladezeit des Knotens NE beschrieben.
• Zunächst wird der Knoten NE beschrieben.
• Für die Anfangsbedingung beim Laden ist Vo gleich 0 - Vd wenn t = 0.
• Daher kann die Spannung des Knotens NE durch Einsetzen der Anfangsbedingung wie in folgender Gleichung ausgedrückt werden.
  [Gleichung 17] $$\begin{array}{l}Vo=Vi-B{e}^{-\frac{t}{RC}}\\ -Vd=Vi-B\\ B=Vi+Vd\\ \therefore Vo=Vi-\left(Vi+Vd\right)e^{-\frac{t}{RC}}\end{array}$$

  
• Lösen nach t ergibt folgende Gleichung:
  [Gleichung 18] $$t=-RC\text{log}\frac{Vi-Vo}{Vi+Vd}$$

  
• Die Zeit, bis der Schwellwert Vth des NOR-Gates erreicht wird, ist die Zeit, bei der Vo = Vth.
• Daher wird die Zeit tg, die für den Ladevorgang benötigt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
  [Gleichung 19] $$tg=-RC\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}$$

  
• Die ohmsche Größe R in Gleichung (19) entspricht dem Gesamtwert der ohmschen Komponenten der Widerstandselemente 17, 20 aus 8. Die Kapazität C entspricht der kapazitiven Komponente des Kondensators 19 aus 8.
• Nun wird der Knoten NA betrachtet.
• Zunächst lautet die Anfangsbedingung zur Zeit des Entladens des Knotens NA, dass Vo = Vth + Vd zum Zeitpunkt t = 0.
• Daher ergibt sich bezüglich des Knotens NA der Knoten NA zur Zeit des Entladens zu Gleichung (8), wie oben beschrieben.
• Wie oben beschrieben sind bei der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# nach der vorliegenden Ausführungsform die ohmsche Komponente und die kapazitive Komponente dergestalt eingestellt, dass die Ladezeit, innerhalb derer der Knoten NE über die Zeitkonstantenschaltung mit den Widerstandselementen 17, 20 und dem Kondensator 19 den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11B erreicht, kürzer wird als die Entladezeit, innerhalb derer der Knoten NA über die Zeitkonstantenschaltung mit dem Widerstandselement 13 und dem Kondensator 14 kleiner oder gleich dem Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11A wird.
• Wenn daher der Knoten NE den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11B erreicht, wird der Knoten NA auf eine Spannung gelegt, die den Schwellwert Vth um eine vorbestimmte Spannung überschreitet, wie in 9 gezeigt ist.
• Zunächst wird die Spannung ermittelt, wenn der Knoten NE den Schwellwert Vth der NOR-Schaltung 11B erreicht.
• Im Speziellen wird die Zeit tg, zu der die Spannung des Knotens NE gleich Vth wird, in Gleichung (8) eingesetzt.
  [Gleichung 20] $$\begin{array}{l}Vo=\left(Vth+Vd\right)e^{-\frac{t}{RC}\times \left(-RC\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}\right)}\\ =\left(Vth+Vd\right)\cdot e^{\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}}\\ \frac{Vo}{Vth+Vd}=e^{\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}}\\ \text{log}\frac{Vo}{Vth+Vd}=\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}\\ \therefore \frac{Vo}{Vth+Vd}=\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd}\\ Vo=\frac{\left(Vth+Vd\right)\left(Vi-Vth\right)}{Vi+Vd}=K\end{array}$$

  
• Die relevante Spannung ist die Spannung des Knotens NA, wenn die Spannung des Knotens NE gleich Vth wird.
• Die Anfangsbedingung zur Zeit des Ladevorgangs des Knotens NA lautet, dass Vo = K - Vd bei t = 0, und daher wird die Spannung des Knotens NA durch folgende Gleichung ausgedrückt, wenn die Anfangsbedingung in Gleichung (1) eingesetzt wird.
  [Gleichung 21] $$\begin{array}{l}k-Vd=Vi-B\\ B=Vi+Vd-K\\ Vo=Vi-\left(Vi+Vd-K\right)e^{-\frac{t}{RC}}\end{array}$$

  
• Lösen nach t ergibt für die für den Ladevorgang benötigte Zeit tf die folgende Gleichung:
  [Gleichung 22] $$\begin{array}{l}tƒ=-RC\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd-k}\\ =-RC\text{log}\frac{Vi-Vth}{Vi+Vd-\frac{\left(Vth+Vd\right)\left(Vi-Vth\right)}{Vi+Vd}}\end{array}$$

  
• Die ohmsche Größe R in Gleichung (22) entspricht dem Gesamtwert der ohmschen Komponenten der Widerstandselemente 13, 16 aus 8. Die Kapazität C entspricht der kapazitiven Komponente des Kondensators 14 aus 8.
• Da die bis zum Erreichen des Schwellwerts der NOR-Schaltung 11A und der NOR-Schaltung 11B benötigte Ladezeit daher von der Eingangsspannung abhängt, verändert sich der Zyklus des Schwingungssignals, und die Schwingfrequenz kann verändert werden.
• Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung 34# das Signal mit einer von der Ausgangsspannung des Drucksensors 32 abhängigen Schwingfrequenz an die CPU 100 ausgegeben, und die CPU 100 wandelt die Schwingfrequenz in Druck um und weist den Druck nach.
• Somit kann in einem einfachen Verfahren eine preiswerte und hochgradig genaue Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung realisiert werden. Außerdem lässt sich die Blutdruckmessvorrichtung, die dieses Verfahren einsetzt, realisieren.
• Bei der Konfiguration gemäß der Variante der vorliegenden Ausführungsform wird die Ladezeit über die von den Widerstandselementen 13, 16 und dem Kondensator 14 konfigurierte Zeitkonstantenschaltung abhängig von der Eingangsspannung angepasst, um die Periode des „H“-Pegels des Knotens NB des Schwingungssignals anzupassen, und ferner wird die Ladezeit über die von den Widerstandselementen 17, 20 und dem Kondensator 19 konfigurierte Zeitkonstantenschaltung abhängig von der Eingangsspannung angepasst, um die Periode des „L“-Pegels des Knotens NB des Schwingungssignals anzupassen.
• Die Schwingfrequenz, die als Schwingungssignal der NOR-Schaltung 11D zum Ausgeben eines invertierten Signals des Knotens NB dient, wird angepasst.
• Bei der Konfiguration aus 8 wurde die Konfiguration der NOR-Schaltungen 11A, 11C und 11D beschrieben, bei denen ein Eingangsknoten mit der Erdspannung GND („L“-Pegel) - der festen Spannung -, verbunden ist, jedoch kann auch eine Konfiguration gewählt werden, bei der statt der NOR-Schaltung eine NAND-Schaltung benutzt wird, indem ein Eingangsknoten mit der Versorgungsspannung Vd („H“-Pegel) verbunden wird.
• Bei der Konfiguration aus 8 kann die Konfiguration gewählt werden, bei der die Inverterschaltung zum Invertieren des Logikpegels des Eingangssignals die Konfiguration der NOR-Schaltungen 11A, 11C, 11D ersetzt. Gemäß einer solchen Konfiguration kann die Anzahl der Konfigurationselemente der Schaltung reduziert und das Schaltungslayout kleiner gemacht werden.
• Gemäß der Konfiguration der Variante der vorliegenden Ausführungsform werden die Periode des „H“-Pegels und die Periode des „L“-Pegels des Schwingungssignals abhängig von der Eingangsspannung angepasst, so dass ein großer Aussteuerbereich möglich ist, wodurch sich eine exaktere Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung realisieren lässt. Außerdem wird die Blutdruckmessvorrichtung realisiert, die dieses Verfahren einsetzt.
• Die hier offenbarten Ausführungsformen dienen in jeder Hinsicht der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend aufzufassen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird von den Ansprüchen festgelegt und nicht von der vorstehenden Beschreibung, und alle Modifikationen, die der Bedeutung nach zu den Ansprüchen äquivalent sind und in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, gelten als hierin eingeschlossen.
• Bezugszeichenliste

1

elektronischer Blutdruckmesser

10

Hauptkörper

20

Manschette

21

Luftblase

30

Luftsystem

31

Luftschlauch

32

Drucksensor

33

Verstärker

34, 34#

Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung

40

Anzeigeeinheit

41

Bedieneinheit

41A

Netzschalter

41B

Messschalter

41C

Stoppschalter

41D

Speicherschalter

42

Speicher

43

Flashspeicher

44

Stromversorgung

45

Zeitgebereinheit

46

Dateneingabe-/-augabeeinheit

50

Anpassungsmechanismus

51

Pumpe

52

Ventil

53

Pumpentreiberschaltung

54

Ventiltreiberschaltung

62

Summer

100

CPU

132

Aufzeichnungsmedium

Claims (6)

1. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung mit: a) einem RC-Schwingkreis (34) mit einer kapazitiven Komponente und einer ohmschen Komponente, wobei b) der RC-Schwingkreis Folgendes aufweist: b1) einen Eingangskontakt (Vin), an den eine Eingangsspannung angelegt wird, b2) ein erstes Widerstandselement (13, 16), das zwischen den Eingangskontakt (Vin) und einen ersten internen Knoten (NA) geschaltet ist, b3) einen ersten Kondensator (14), dessen eine Elektrode mit dem ersten internen Knoten (NA) und dessen andere Elektrode mit einem zweiten internen Knoten (NC) verbunden ist, b4) ein zweites Widerstandselement (12) mit einem leitfähigen Kontakt, der mit dem ersten internen Knoten (NA) verbunden ist, das parallel zu dem ersten Kondensator (14) geschaltet ist, b5) eine erste Logikschaltung (11A, 11B), die mit dem anderen leitfähigen Kontakt des zweiten Widerstandselements (12) verbunden und über das zweite Widerstandselement (12) zwischen den ersten internen Knoten (NA) und den zweiten internen Knoten (NC) geschaltet ist, b6) eine zweite Logikschaltung (11C), die mit dem zweiten internen Knoten (NC) verbunden ist und dazu dient, in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung (11A, 11B) ein Schwingungssignal (NB, F) auszugeben, und b71) ein erstes Schaltelement (15) zum elektrischen Verbinden des ersten internen Knotens (NA), der mit der einen Elektrode verbunden ist, mit einer festen Spannung (GND) zum Entladen des ersten Kondensators (14) gemäß einem Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) im geschlossenem Zustand; wobei b72) das erste Schaltelement (15) im unterbrochenen Zustand gemäß dem Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) das Laden des ersten Kondensators (14) durch die Eingangsspannung (Vin) über das erste Widerstandselement (13, 16) erlaubt.
2. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Eingangsspannung einer Ausgangsspannung eines Sensors vom Piezowiderstandstyp entspricht.
3. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltelement (15) in den geschlossenen Zustand geschaltet wird, wenn ein Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) größer oder gleich einem Schwellwert (Vth) ist, und der erste interne Knoten (NA), der mit der einen Elektrode verbunden ist, elektrisch mit der festen Spannung (GND) verbunden ist, so dass der erste Kondensator (14) entladen wird, und das erste Schaltelement (15) in den unterbrochenen Zustand geschaltet wird, wenn der Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) kleiner als der Schwellwert (Vth) ist, und der erste interne Knoten (NA), der mit der einen Elektrode verbunden ist, elektrisch mit der Eingangsspannung (Vi) verbunden ist, so dass der erste Kondensator (14) geladen wird.
4. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung nach Anspruch 3, wobei die erste Logikschaltung (11A, 11B) ein erstes und ein zweites NOR-Gatter (11A, 11B) umfasst, wobei jeweils ein erster Eingangsanschluss des jeweiligen NOR Gatters (15A, 15B) mit der festen Spannung (GND) verbunden ist, wobei der zweite Eingangsanschluss des ersten NOR-Gatters (11A) über das zweite Widerstandselement (12) mit dem ersten Knoten (NA) verbunden ist, der zweite Eingangsanschluss des zweiten NOR-Gatters (11B) mit dem Ausgang des ersten NOR-Gatters (11A) verbunden ist, und der Ausgang des zweiten NOR-Gatters (11B) mit dem zweiten Knoten verbunden ist; wobei der Schwellwert (Vth) der Schwellwert (Vth) des ersten NOR-Gatters (11A) ist.
5. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: ein drittes Widerstandselement (17, 20), das zwischen den Eingangskontakt und einen dritten internen Knoten (NE) geschaltet ist, einen zweiten Kondensator (19), dessen eine Elektrode mit dem dritten internen Knoten und dessen andere Elektrode mit einem vierten internen Knoten (NB) verbunden ist, und ein viertes Widerstandselement (21) mit einem leitenden Kontakt, der mit dem dritten internen Knoten verbunden ist, das parallel zu dem zweiten Kondensator geschaltet ist, wobei die erste Logikschaltung eine erste Inverterschaltung (11A), die mit dem anderen leitenden Kontakt des zweiten Widerstandselements verbunden ist, und eine Exklusiv-Oder-Schaltung (11B) zum Empfangen des Eingangs des Ausgangskontakts der ersten Inverterschaltung und des anderen leitenden Kontakts des vierten Widerstandselements und zum Ausgeben an den zweiten internen Knoten aufweist, die zweite Logikschaltung einen zweiten Inverter (11C) aufweist, der zwischen den zweiten internen Knoten und den vierten internen Knoten geschaltet ist, und eine dritte Inverterschaltung (11D), die mit dem vierten internen Knoten verbunden ist, und ferner ein zweites Schaltelement (18) zum elektrischen Verbinden des dritten internen Knotens, der mit der einen Elektrode verbunden ist, mit der festen Spannung zum Entladen des zweiten Kondensators in Übereinstimmung mit dem Spannungspegel des vierten internen Knotens vorgesehen ist.
6. Blutdruckmessvorrichtung, die Folgendes aufweist: a) eine Manschette (20), die um eine vorbestimmte Messstelle einer zu messenden Person gelegt wird, und b) ein Drucknachweismittel (32) zum Nachweisen des Drucks der Manschette, wobei c) das Drucknachweismittel Folgendes aufweist: c1) einen Sensor (Rp1 bis Rp4) vom Piezowiderstandstyp, der dazu dient, in Übereinstimmung mit dem Druck der Manschette eine Spannung zu generieren, und c2) einen RC-Schwingkreis (34) mit einer kapazitiven Komponente und einer ohmschen Komponente, und wobei d) der RC-Schwingkreis Folgendes aufweist: d1) einen Eingangskontakt, an den eine Eingangsspannung angelegt wird, d2) ein erstes Widerstandselement (13, 16), das zwischen den Eingangskontakt und einen ersten internen Knoten (NA) geschaltet ist, d3) einen ersten Kondensator (14), dessen eine Elektrode mit dem ersten internen Knoten und dessen andere Elektrode mit einem zweiten internen Knoten verbunden ist, d4) ein zweites Widerstandselement (12) mit einem leitfähigen Kontakt, der mit dem ersten internen Knoten verbunden ist, das parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist, d5) eine erste Logikschaltung (11A, 11B), die mit dem anderen leitfähigen Kontakt des zweiten Widerstandselements verbunden und über das zweite Widerstandselement zwischen den ersten internen Knoten und den zweiten internen Knoten geschaltet ist, d6) eine zweite Logikschaltung (11C), die mit dem zweiten internen Knoten verbunden ist und dazu dient, in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der ersten Logikschaltung ein Schwingungssignal auszugeben, und d71) ein erstes Schaltelement (15) zum elektrischen Verbinden des ersten internen Knotens, der mit der einen Elektrode verbunden ist, mit einer festen Spannung zum Entladen des ersten Kondensators gemäß einem Spannungspegel des zweiten internen Knotens im geschlossenem Zustand; wobei d72) das erste Schaltelement (15) im unterbrochenen Zustand gemäß dem Spannungspegel des zweiten internen Knotens (NC) das Laden des ersten Kondensators (14) durch die Eingangsspannung (Vin) über das erste Widerstandselement (13, 16) erlaubt.

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