JP2001024588A - 信号変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 双方向の信号変換器は、発振が起きると、そ
の間通信が阻害される不具合があった。 【解決手段】 両方の入出力端を監視して発振を検出す
る発振検知部15を備える。この発振検知部15内では、送
信継続時間計測タイマ19が、信号波形整形部11の出力を
監視して、送信継続時間を計測するとともに、送信方向
判定部20で送信方向を判定する。さらに、発振判定部21
は、送信継続時間が所定以下の信号が互いに送信方向を
反転しながら３回送信された場合に発振と判定し、送信
機能停止期間計測タイマ22を作動させて、一定期間送信
を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光リピータおよび電
気／光信号変換器からなる信号変換器に関し、詳しく
は、例えばプラント内の流量、圧力、温度等をフィール
ドに設置されたフィールド機器で測定し、遠方の制御室
で一括してデータ処理・制御をする計装システムいわゆ
る光フィールドバスの中および光フィールドバスと２線
式電気バスの接続部分に設けられて波形の整形をすると
ともに、必要に応じて減衰した信号のパワーレベルを増
幅する双方向の光リピータおよび電気／光信号変換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光フィールドバスシステムは、図
６のように構成されており、図６に示されている光リピ
ータ１の内部構成は図７のように構成されている。図６
において、光リピータ１の一方の入出力端は光ファイバ
２を介してホスト機器４と接続され、他方の入出力端は
光ファイバ３、光分岐器５、光ファイバ６を介してフィ
ールド機器７に接続されている。ここで光分岐器５は導
波路、ミラーなどを用いた光学素子であり、電気的なエ
ネルギを持たず、ある一つの入出力端から入力された光
信号を他の入出力端に均等に分配する。通常ホスト機器
４を除く他の機器はフィールドと呼ばれる遠方の現場に
設置されることが多く、光ファイバ２は数百mから数km
程度の長さとなることがある。

【０００３】一般に電気式のバスを用いたシステムでは
ノイズや雷に弱いなどの欠点があるが、光式のフィール
ド機器はその伝送媒体が光でありノイズや雷に強いなど
の理由から、特に高い安全性を必要とするシステムに適
用される場合が多い。ホスト機器４は光ファイバ２、光
リピータ１、光ファイバ３、光分岐器５、光ファイバ６
を介してフィールド機器７と双方向の通信を行ってお
り、フィールドでの流量、圧力、温度等の監視・制御を
行っている。この中にあって光リピータ１の主な役割
は、光ファイバ２，３の光通信経路中で歪んだ信号の波
形を整形し、かつ減衰した光信号のパワーを増幅するこ
とにあり、それにより、ホスト機器４から各フィールド
機器７までの距離を遠方まで延長しようとするものであ
る。

【０００４】図７において、光リピータ１は電源線９を
介して電力が供給されており、絶縁部13で外部と絶縁さ
れた後、回路電源部14によって機器内部の回路を駆動す
るための所定の電源電圧が生成されて各回路部へ供給さ
れている。光信号送受信部10,12は、図示しないがフォ
トダイオード等の受光素子とLED等の発光素子を兼ね備
えたいわゆる一体型受発光素子とアンプ回路と発光駆動
回路とで構成されており、光信号を電気信号に変換する
機能と、電気信号を光信号に変換する両方の機能を備え
ている。光通信信号が光ファイバ２より光信号送受信部
10に入力されると、光信号送受信部10がロジックレベル
の電気信号に変換して信号波形整形部11へ出力する。

【０００５】ここで、光信号送受信部10の出力する電気
信号には、光ファイバ２までの伝送経路及び光信号送受
信部10の変換過程で発生するジッタを含んでいる。一般
にこのような信号変換器が設置される場合、そのシステ
ムにおける信号の伝送形態、ビットレートは予め分って
いるので、信号波形整形部11は光信号送受信部10から入
力された信号を、本来伝送される既定値の信号幅、ビッ
トレートに整形した後、光信号送受信部12へ出力する。
光信号送受信部12では信号波形整形部11から受け取った
電気信号を、既定値の光信号パワーレベルに変換して光
ファイバ３へ出力する。

【０００６】これら一連の動作によって光ファイバ２か
ら入力された通信信号は、そのジッタ成分が除去された
後、既定値の光パワーに増幅されて光ファイバ３へ出力
される。また反対に、光ファイバ３から光信号が入力さ
れた場合は、変換作業が逆方向になり同様に整形および
増幅された光信号が光ファイバ２へ送出される。これら
の動作により、光リピータ１は双方向で光信号パワーを
増幅する機器として機能する。

【０００７】図６、図７に示した光フィールドバスシス
テムは、信号伝送路を光ファイバのみで構成した例を示
したが、光ファイバの一部を２線式電気バスに置き換え
てフィールドバスシステムを構成する場合もある。図８
は、光ファイバの一部を２線式電気バスに置き換えた場
合の全体構成を示す。ここでは、図６における光ファイ
バ２を、２線式電気バス23に置き換えるとともに、２線
式電気バス23と光ファイバ３との接続部を電気／光信号
変換器24に置き換えたものであり、他の部分は、図６と
同一の構成であるので同一部分の説明は省略する。図９
は、図８の電気／光信号変換器24の内部構成を示す。

【０００８】図９において、電気／光信号変換器24は電
源線９を介して電力が供給されており、絶縁部13で外部
と絶縁された後、回路電源部14によって機器内部の回路
を駆動するための所定の電源電圧が生成されて各回路部
へ供給されている。光信号送受信部12は、図示しないが
フォトダイオード等の受光素子とLED等の発光素子を兼
ね備えたいわゆる一体型受発光素子とアンプ回路と発光
駆動回路とで構成されており、光信号を電気信号に変換
する機能と、電気信号を光信号に変換する両方の機能を
備えている。

【０００９】電気信号送受信部25は、電源に信号が重畳
されている2線式電気バス23から信号分のみを分離受信
する受信回路と送信時に信号を重畳して出力する送信部
とで構成されている。電気通信信号は2線式電気バス23
より電気信号送受信部25に入力されると、電気信号送受
信部25の作用によって信号波形整形部11にロジックレベ
ルの電気信号として出力される。

【００１０】ここで、電気信号送受信部25の出力する電
気信号は、2線式電気バス23までの伝送経路、及び電気
信号送受信部25の変換過程で発生するジッタを含んでい
る。一般にこのような信号変換器が設置される場合、そ
のシステムにおける信号の伝送形態、ビットレートは予
め分っているので、信号波形整形部11は電気信号送受信
部25から入力される信号を、本来伝送される既定値の信
号幅、ビットレートに整形した後、光信号送受信部12に
出力する。光信号送受信部12では、信号波形整形部11か
ら受け取った電気信号を、既定値の光信号パワーレベル
で光ファイバ3に出力する。

【００１１】これら一連の動作によって2線式電気バス2
3から入力された通信信号はそのジッタ成分が排除され
た後、光信号として光ファイバ3に出力されることにな
る。また反対に、光ファイバ3から光信号が入力された
場合は、電気と光の変換作業が逆になるだけであり、同
様の作用によって2線式電気バス23に整形された電気信
号か送出されることになり、その具体的な動作の説明は
重複するので省略する。上述した作用により電気／光信
号変換器24は双方向で信号媒体を変換する機器として動
作する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の光
リピータの主な機能は、双方向通信の中にあって信号波
形歪みの整形と光信号パワーの増幅を行うことであり、
また従来の電気／光信号変換器の主な機能は、双方向通
信の中にあって信号波形歪みの整形と信号媒体の変換を
行うことである。これら光リピータおよび電気／光信号
変換器は、通常の動作では、一方の信号送受信部から信
号を受信した場合に他方の信号送受信部の送信機能が動
作可能になると同時に、受信機能を停止することで送受
信方向の制御をしている。

【００１３】この受信機能の停止期間は、信号送受信時
にその信号送受信部の内部受信回路が不安定になること
により送受信終了後に誤受信することを考慮し、送受信
終了後も一定期間延長するようにしている。特に一体型
受発光素子を用いている信号送受信部では、自己送信
(発光)と同時にその受信回路に過大入力が与えられるた
め、アンプ回路が飽和して不安定状態になり易い。しか
し、この受信機能停止期間が長いと通信の速度に悪影響
を及ぼすことになるので、受信停止期間は必要最低限と
している。

【００１４】ところで、一方の信号送受信部で自己送信
後、上記の受信停止期間を超えて誤受信がされた場合、
他方の信号送受信部には誤受信した信号が送出されるこ
とになる。これに引き続き他方のその受信部でも同様に
自己送信後上記の受信停止期間を超えて誤受信がされる
ことを想定すると、誤受信信号は双方の信号送受信部で
送信が繰り返されることとなり、いわゆる発振状態とな
る。これは通常通信では発生しない現象であるが、一旦
発生した場合は、光リピータまたは電気／光信号変換器
の発振が終了するまでの期間通信が阻害されることにな
る。そこで、本発明の課題は、双方向の光通信システム
の中にあって、光リピータまたは電気／光信号変換器自
体が自己発振状態に陥ることで通信を長時間に渡って阻
害することが無いようにして通信システムの信頼性を向
上することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光ファイバ中に接続される双方向の光リ
ピータからなる信号変換器、または光ファイバと２線式
電気バスとの間に接続されて一方から入力された光／電
気信号の波形歪みを整形して他方へ出力する双方向の信
号変換器において、両方の入出力端を監視して発振を検
出する発振検知部と、発振が検知された場合に所定時間
信号の送信を停止する送信停止手段とを備える。ここ
で、発振検知部は、両入出力端から送信された信号の送
信継続時間を計測する手段と、両入出力端から送信され
た信号の送信方向を検知する手段と、送信継続時間が所
定時間以内である送信信号が連続して３個発生しかつそ
れらの送信方向が毎回反転した場合に発振であると判別
する手段とにより構成する。

【００１６】また換言すると、本発明は、光信号を電気
信号に変換する受信手段と電気信号を光信号に変換して
送出する送信手段とからなる２つの光信号送受信部と、
これら２つの光信号送受信部の受信する信号の波形歪み
を整形する波形整形部とを備え、一方の光信号入出力端
より受信した光信号のパワーレベルを既定値まで増幅し
かつ波形整形して他方の光信号入出力端に出力する双方
向の光リピータにおいて、受信した信号の期間及び送受
信方向の切り替わり状況から誤出力動作が連続して発生
したことを検知する手段を備え、誤出力動作が連続して
発生した場合には一定時間双方の信号送受信部の機能を
停止して機器が発振状態に陥ることを防止するものであ
る。

【００１７】さらに本発明は、光信号を電気信号に変換
する受信手段と電気信号を光信号に変換して送出する送
信手段とからなる光信号送受信部と、電源に信号を重畳
する2線式電気バスの信号を受信及び送信する電気信号
送受信部と、これら2つの信号送受信部の受信する信号
の波形歪みを整形する波形整形部とからなり、光信号入
出力端より受信する光信号を電気信号入出力端に整形し
て出力し、電気信号入出力端より受信する2線式電気バ
スの電気信号を光信号入出力端に整形して出力する双方
向の電気／光信号変換器において、受信した信号の期間
及び送受信方向の切り替わり状況から誤出力動作が連続
して発生したことを検知する手段を備え、誤出力動作が
連続して発生した場合には一定時間双方の信号送受信部
の機能を停止して機器が発振状態に陥ることを防止する
ものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は本発明に係る光リピータからなる
信号変換器の内部構成を示す説明図であり、図２は図１
中の発振検知部15の内部構成を示すブロック図あり、図
３、図４は動作を説明する図である。図１において、光
リピータ１の光信号送受信部10は光ファイバ２に接続
し、光信号送受信部12は光ファイバ３に接続している。
光信号送受信部10及び光信号送受信部12はそれぞれの物
理層規格に適合する送受信機能を有するものであり基本
的に周知の技術であるので詳細な説明は省略する。

【００１９】また、図１、図２ではその内部回路の構成
の一例を説明しているが、本回路ではステータスの移動
を含む判定回路を含んでおり、回路の構成が煩雑なた
め、一般には、これら信号波形整形部11、発振検知部1
5、ANDゲート16,17をまとめてHDLなどの記述言語で設計
している。ここでまず最初に、光ファイバ３から光信号
が入力した場合を例にして動作を説明する。光ファイバ
３から光信号が入力すると、光信号送受信部12では、光
信号をロジックレベルの電気信号に変換して信号波形整
形部11に出力し、信号波形整形部11では入力された信号
のジッタを除去し規定の信号幅に整形してANDゲート16
に出力する。信号波形整形部11の内部回路の構成及び動
作は本発明には直接関係が無いので詳細な説明は省略す
る。

【００２０】ここで、正常な通信状態では発振検知部15
は発振を検知しないので、ANDゲート16,17には出力変化
可能である論理の信号が入力されており、信号波形整形
部11より出力された信号はANDゲート16を介して光信号
送受信部10に入力し光ファイバ２へ既定レベルの信号が
送出される。一方、光リピータ１が発振状態にある場合
は、発振検知部15からANDゲート16,17の出力変化を禁止
する論理の信号が出力され、信号波形整形部11の出力す
る信号は光信号送受信部10へは伝達されない。なお、図
１で光ファイバ２から光信号が入力された場合も、詳細
な説明は省略するが、各部が同様に作用して、正常な場
合は光ファイバ３へ信号が送出され、発振が発生した場
合は送出されない。

【００２１】図２は発振検知部15の内部構成を示すブロ
ック図である。図２において、送信継続時間計測タイマ
19には、ORゲート18を介して信号波形整形部11の出力が
入力されており、送信時間を計測している。タイマ19は
クロックをカウントすることで送信時間の計測をし、送
信時間が通信規格に定められている最短のフレーム時間
以上継続したか否かを判別することにより、正常な送信
信号であるか異常な送信信号であるかを簡易的に判定す
る。

【００２２】信号波形整形部11からの信号は、同時に送
信方向判定部20にも入力されており、送信の方向を２値
の信号で出力している。発振判定部21では、送信継続時
間計測タイマ19及び送信方向判定部20の出力から、表１
に示す判定基準に基づき、光リピータ１自体の誤受信に
よって発振が発生しているか否かの判定を行う。

【００２３】

【表１】

【００２４】ここで、発振が発生していると判定された
場合は、送信機能停止期間計測タイマ22に送信の停止信
号を出力する。送信機能停止期間計測タイマ22は、AND
ゲート16,17の信号変化を禁止する論理の信号を出力す
ると同時に、その停止期間をタイマで計測して発振を停
止させるのに十分な時間が経過した後、ANDゲート16,17
の信号変化を許可し通常の通信機能が可能な状態に自己
復帰する。表１は発振判定部21の発振判定基準の一例と
内部動作を示したものである。表１において、正常な通
信状態では送信継続時間計測タイマ19の出力は必ず既定
値以上となるので発振判定部21の内部ステータスは送信
が行われる毎にリセットされる。

【００２５】一方、誤受信により送信継続時間が既定値
以下の送信がされた場合、ノイズによる単発的なもので
ある場合も考えられるので、この例の場合では連続回数
２回までは内部回路のステータスを進めるだけとし、３
回連続して規定値以下の送信が行われた場合に判定が行
われるようにしている。発振が発生している場合は、送
信方向は必ず１送信毎に変化するので、発振が発生して
いると判定されて送信が停止されるのは、表１のように
送信継続時間が既定値以下である状態が３回連続し、か
つ送信方向が毎回変化した時点で発振と判定される。

【００２６】図３は正常通信時の送受信動作を示し、図
４は発振状態の場合の送受信動作を示す説明図である。
図３において、光信号送受信部12に光信号が入力すると
(ｅ)、信号が信号波形整形部11に入力し、光信号送受信
部10から(ａ)の波形が送信される。ここで、光信号送受
信部10では(ｂ)のように自己の送信する信号を同時に受
信しているので、信号波形整形部11では(ｃ)のように自
己送信時は光信号送受信部10の方向からの受信機能を停
止している。

【００２７】(ｅ)で受信が終了すると波形整形部は
(ｃ),(ｆ)のように一定期間双方向の受信機能を停止し
て終了する。従って、受信終了後の不安定な内部回路の
動作によって(ｂ)のように誤受信があったとしても受信
機能停止期間中であればその信号が外部に送出されるこ
とはない。次に受信機能停止期間終了後、光信号送受信
部10に光信号が入力されると、同様な動作をして、光信
号送受信部12から出力される。この図３の例では、光信
号送受信部12と光信号送受信部10に交互に光信号が入力
された場合が示されている。

【００２８】図４は誤受信により発振を起す場合の例で
あるが、(ｅ)のように誤受信が信号波形整形部11の受信
機能停止期間(ｆ)を超えて継続して誤受信となった場
合は、その信号は正規の受信信号とみなされて光信号送
受信部10に、(ａ)のように出力されて誤送信となる。
ここで、信号波形整形部11では単発のノイズにより受信
停止が行われ正規の信号受信が阻害されないように既定
値以下の受信時間であった場合受信停止機能は延長しな
いように配慮されているので、(ａ)の最初の誤送信に
よって(ｂ)のように再び誤受信がされ、それにより誤
送信がなされる。

【００２９】続いて、次の停止期間が終了すると、誤受
信が発生し誤送信が引き起こされることになる。以
後、際限なく同様の動作を繰り返すことが考えられる。
そこで、上述のように、発振判定部21において、短期間
の送信を３回すなわち誤送信,,がカウントされた
時点で、送信機能停止期間計測タイマ22の出力(ｇ)が、
Ｈレベルに反転して送信機能を停止することで、さら
に、誤受信が発生してもその信号は光信号送受信部12
には伝達されないので発振は停止されることになる。次
に、一定時間経過すると、送信機能停止期間計測タイマ
22の出力(ｇ)が、Ｌレベルに復帰して、次の送受信が可
能となる。

【００３０】次に、本発明を電気／光信号変換器に適用
した場合の実施形態について説明する。図５がその構成
を示すブロック図であり、図示した電気／光信号変換器
24の主要な構成部分は図１の光リピータ１と共通であ
り、異なるのは、光信号送受信部10が電気信号送受信部
25となり、光ファイバ２が２線式電気バス23となった点
である。動作も電気信号送受信部25の外部との入出力信
号が電気信号となる以外は、全て図１の光リピータ１と
同一である。また、発振検知部15の構成は図２と同一で
あり、各部の動作も図３、図４と同一であるので説明を
省略する。

【００３１】このようにして本発明では、光リピータま
たは電気／光信号変換器において、受信した信号の期間
及び送受信方向の切り替わり状況から誤出力動作が連続
して発生したことを検知して、誤出力動作が連続して発
生した場合には一定時間双方の信号送受信部の機能を停
止することで、不慮の動作によって発振が発生して通信
を阻害することが無いようにしたものである。その結
果、光ファイバまたは２線式電気バスを備えたフィール
ドバスシステムの信頼性を向上させることが可能とな
る。なお、上述した実施形態では、発振の判定基準を短
期間の送信３回としたが、これを４回以上に設定するこ
とも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、双方
向の信号変換器に発振検知部を設けておき、入出力端に
発振が検出された場合に所定時間出力を停止するように
したことで、発振の発生による通信の阻害が解消され、
光ファイバおよび２線式電気バスからなるフィールドバ
スシステムの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光リピータの内部構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１中の発振検知部の内部構成を示すブロック
図である。

【図３】図１の動作を示すタイムチャートである。

【図４】図１の動作を示すタイムチャートである。

【図５】本発明に係る電気／光信号変換器の内部構成を
示すブロック図である。

【図６】本発明が適用される光フィールドバスシステム
の構成図である。

【図７】従来例の光リピータの内部構成を示すブロック
図である。

【図８】本発明が適用される２線式電気バスシステムの
構成図である。

【図９】従来例の電気／光信号変換器の内部構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ 光リピータ ２,３ 光ファイバ 10 光信号送受信部 11 信号波形整形部 12 光信号送受信部 15 発振検知部 16,17 ANDゲート 18 ORゲート 19 送信継続時間計測タイマ 20 送信方向判定部 21 発振判定部 22 送信機能停止期間計測タイマ 23 ２線式電気バス 24 電気／光信号変換器 25 光信号送受信部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ中に接続される双方向の光リ
   ピータからなる信号変換器において、 両方の入出力端を監視して発振を検出する発振検知部
   と、 発振が検知された場合に所定時間信号の送信を停止する
   送信停止手段と、 を備えたことを特徴とする信号変換器。
2. 【請求項２】 光ファイバと２線式電気バスとの間に接
   続されて一方から入力された光／電気信号の波形歪みを
   整形して他方へ出力する双方向の信号変換器において、 両方の入出力端を監視して発振を検出する発振検知部
   と、 発振が検知された場合に所定時間信号の送信を停止する
   送信停止手段と、 を備えたことを特徴とする信号変換器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の信号変換器にお
   ける発振検知部を、 両入出力端から送信された信号の送信継続時間を計測す
   る手段と、 両入出力端から送信された信号の送信方向を検知する手
   段と、 送信継続時間が所定時間以下である送信信号が連続して
   Ｎ個発生しかつそれらの送信方向が毎回反転した場合に
   発振であると判別する手段と、 から構成したことを特徴とする信号変換器。
4. 【請求項４】 請求項３記載の信号変換器において、Ｎ
   を３とした信号変換器。