JP2007097058A - 双方向バスアイソレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＰ−ＩＢバスのように多数の信号で構成されたバスを電気的に絶縁することは困難である。光信号に変換して送信することも行われているが、構成が複雑になり、かつ遅延が大きくなるという課題を解決する。
【解決手段】 コントローラになる機器を固定し、トーカコマンドから信号の方向を示すバス方向制御信号を作成し、コントローラが出力する制御信号を一方向絶縁回路で電気的に絶縁し、データバスおよびその他の制御信号を双方向絶縁回路で電気的に絶縁して、この双方向絶縁回路の信号の方向をバス方向制御信号で決定するようにした。コントローラになる機器を固定することにより、簡単な構成でＧＰ−ＩＢバスを電気的に絶縁することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、双方向性バスを電気的に絶縁する装置に関し、特にＧＰ−ＩＢ(General Purpose Interface Bus)バスに用いて好適な双方向バスアイソレーション装置に関するものである。

双方向性デジタルバスを電気的に絶縁する装置の先行技術として、特許文献１がある。以下、この特許文献１に記載された発明を図８に基づいて説明する。なお、図８は説明上必要のない部分は簡略化している。

図８において、通信制御回路１１と双方向性バス１４は双方向絶縁回路１２およびバストランシーバ１３で接続され、この双方向性バス１４には複数の相手側装置１５が接続される。通信制御回路１１は双方向絶縁回路１２およびバストランシーバ１３を介して相手側装置１５にデータを送信し、また相手側装置１５から送信されたデータを受信する。

双方向絶縁回路１２は互いに逆方向に接続されたフォトカプラの組を複数組内蔵しており、複数のデジタル信号を電気的に絶縁し、且つ双方向に伝達することができる。バストランシーバ１３は互いに逆方向に接続されたトライステートバッファの組を複数組内蔵しており、複数のデジタル信号を双方向に伝達する。双方向絶縁回路１２とバストランシーバ１３共にどちらの方向に伝達するかは、信号ＤＩＲで指定する。なお、信号ＤＩＲはフォトカプラ１７で絶縁されてバストランシーバ１３に入力される。

遅延回路１６は入力された信号を所定の時間遅延して出力する。この遅延時間は、双方向絶縁回路１２の遅延時間より大きな値に設定される。

通信制御回路１１から相手側装置１５にデータを送信するときは、信号ＤＩＲによって双方向絶縁回路１２およびバストランシーバ１３を、双方向性バス１４側が出力になるようにする。そして、線路Ｄ０、Ｄ１・・・・・ＤＮにデータを乗せて信号ＳＥＮＤを有効にする。

データは双方向絶縁回路１２で絶縁され、相手側装置１５に達する。また、信号ＳＥＮＤは遅延回路１６で遅延されてＳＥＮＤＹとなり、さらに双方向絶縁回路１２で絶縁されてＳＥＮＤＸになる。相手側装置１５は、ＳＥＮＤＸが有効になったときにデータを取り込む。通信制御回路１１から出力されたデータは双方向絶縁回路１２で遅延するが、遅延回路１６の遅延時間はそれより大きな値に設定されているので、相手方装置１５は安定したデータを取り込むことができる。

相手側装置１５は、データを取り込むと信号ＲＥＣＶＸを有効にする。このＲＥＣＶＸは双方向絶縁回路１２で絶縁されて信号ＲＥＣＶになり、通信制御回路１１に入力される。通信制御回路１１は信号ＲＥＣＶの有効を確認すると信号ＳＥＮＤを無効にする。相手方装置１５は、ＳＥＮＤＸが無効になるとＲＥＣＶＸを無効にする。こうして、一連のデータ送信が完了する。

通信制御回路１１がデータを受信するときは、信号ＤＩＲにより通信制御回路１１側が出力になるようにして、相手側装置１５からのデータを待つ。相手側装置１５はデータを線路Ｄ０Ｘ、Ｄ１Ｘ、・・・・・ＤＮＸに乗せて信号ＳＥＮＤＸを有効にする。通信制御回路１１は、信号ＳＥＮＤが有効になるとデータを取り込み、ＲＥＣＶを有効にする。相手側装置１５は、ＲＥＣＶＸが有効になるとＳＥＮＤＸを無効にする。通信制御回路１１は、ＳＥＮＤが無効になるとＲＥＣＶを無効にする。

ＧＰ−ＩＢ(General Purpose Interface Bus)バスでは制御信号の数が多く、また通信手順も複雑なので、図８の装置をそのまま用いることは難しい。そのため、データをシリアル信号に変換し、光を用いて伝送することが行われている。図９にこの装置の構成を示す。

図９において、ＧＰ−ＩＢ機器３１は、変換器３３、光ケーブル３５および変換器３４を介してＧＰ−ＩＢ機器３２と接続される。変換器３３と３４は同じ構成である。ＧＰ−ＩＢコネクタ２１から入力されたＧＰ−ＩＢ信号はバストランシーバ２２を経てパラレル−シリアル変換器２３でシリアル信号に変換される。このシリアル信号は電気−光変換器２４で光信号に変換されて、光コネクタを経て光ケーブル３５によって相手方変換器に伝送される。

伝送された光信号は光−電気変換器２６で電気信号に変換され、シリアル−パラレル変換器２７でパラレル信号に変換される。このパラレル信号はバストランシーバ２２、ＧＰ−ＩＢコネクタ２１を経て相手側のＧＰ−ＩＢ機器に入力される。このようにすることにより、電気的に絶縁することができる。
特開平７−７４６９８号公報

しかし、このような信号を電気的に絶縁する手法には、次のような課題があった。図８に示した絶縁装置は一般的なパラレル信号の絶縁手法であり、ＧＰ−ＩＢバスのように制御信号が多いインターフェイスバスにはそのままでは適用することができないという課題があった。ＧＰ−ＩＢバスには複数のＧＰ−ＩＢ機器が接続でき、各ＧＰ−ＩＢ機器はコントローラ、トーカ、リスナ機能を有している。従って、特殊なＧＰ−ＩＢコントローラＩＣやＣＰＵ回路で構成しなければ絶縁装置を構成することができなかった。また、ＧＰ−ＩＢ機器毎に絶縁装置が必要であり、コストがかかるという課題もあった。

図９に示した絶縁装置は構成が複雑であるためにコストアップの要因になり、またパラレル−シリアル変換、電気−光変換など複数の変換を行うために応答速度が低下するという課題があった。また、ＧＰ−ＩＢ機器毎に変換器が必要であるという課題もあった。従って、この構成は電気的な絶縁を目的とするよりも、ＧＰ−ＩＢ機器間の伝送距離を伸ばすことを目的として採用されることが多いのが現状である。

従って本発明の目的は、簡単な構成でＧＰ−ＩＢ機器間を電気的に絶縁することができる双方向バスアイソレーション装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
データバスおよび複数の制御信号を有する通信バスによって接続された複数の機器のそれぞれに異なるアドレスを設定し、コントローラ機器がコマンドを用いて送信機器および受信機器を指定して、前記送信機器から前記受信機器にデータを転送する計測システムに用いる、通信バスを電気的に絶縁する双方向バスアイソレーション装置において、
前記データバス上のデータがコマンドであることを表す制御信号および前記データバスが入力され、これらの入力信号から信号の方向を表す第１のバス方向制御信号を出力するバス方向制御部と、
前記第１のバス方向制御信号が入力され、この入力信号を電気的に絶縁した第２のバス方向制御信号を出力する第１の一方向絶縁回路と、
前記第１および第２のバス方向制御信号および前記通信バスの制御信号のうちコントローラ機器が出力する制御信号が入力され、前記第１および第２のバス方向制御信号により、前記コントローラ機器が出力する制御信号を電気的に絶縁した制御信号または固定値を出力する第２の一方向性絶縁回路と、
前記第１および第２のバス方向制御信号、前記通信バスのデータバスおよび前記第２の一方向絶縁回路に入力されない制御信号が入力され、前記第１および第２のバス方向制御信号によって前記データバスおよび前記入力された制御信号の方向を決定し、これらデータバスおよび制御信号を電気的に絶縁した信号を出力する双方向絶縁回路と、
を具備したものである。簡単な構成で通信バスを電気的に絶縁できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記バス方向制御部には機器のアドレスを設定するスイッチが接続され、
送信機器のアドレスを保存するトーカアドレスレジスタと、
このトーカアドレスレジスタと前記スイッチに設定されたアドレスを比較し、その比較結果に関連する信号が前記第１のバス方向制御信号となるコンパレータと、
を具備したものである。バス方向制御部を簡単に構成できる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
データバス上のデータが送信機器の設定コマンドであることを検出するトーカコマンド検出部と、
データバス上の信号が有効であり、かつコマンドであることを検出する第１のゲートと、
前記トーカコマンド検出部の出力と前記第１のゲートの出力の論理積を演算する第２のゲートと、
を具備し、前記トーカアドレスレジスタは前記第２のゲートの出力に基づいてデータバス上のアドレスを保存するようにしたものである。簡単な構成でトーカアドレスを保存できる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとの間に遅延部を設けたものである。トーカコマンド検出部の遅れを補償できる。

請求項５記載の発明は、請求項１若しくは請求項４いずれかに記載の発明において、
前記第１および第２の一方向性絶縁回路、および前記双方向絶縁回路はフォトカプラを内蔵し、このフォトカプラによって信号を電気的に絶縁するようにしたものである。簡単に信号を絶縁できる。

請求項６記載の発明は、請求項１若しくは請求項５いずれかに記載の発明において、
前記双方向バスアイソレーション装置は、電気的に絶縁された電圧を出力する絶縁型電源部を具備したものである。双方向バスアイソレーション装置を単一電源で駆動できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、ＧＰ−ＩＢバスのような多数の信号線がある通信バスを電気的に絶縁する装置であって、コマンドから信号の方向を表すバス方向制御信号を作成し、コントローラが出力する制御信号を一方向絶縁回路で絶縁した信号を作成し、データバスおよびその他の制御信号を双方向絶縁回路で絶縁した信号を作成して、この双方向絶縁回路の方向を前記バス方向制御信号で制御するようにした。

比較的簡単な構成で、ＧＰ−ＩＢバスのような多数の信号線を有する通信バスを電気的に絶縁することができるという効果がある。また、複数の機器の間に本双方向バスアイソレーション装置を挿入するだけで絶縁することができるので、機器毎に設置する必要がない。そのため、システム構成が簡単になり、低価格でシステムを構成することができるという効果もある。

また、フォトカプラを用いることにより、より簡単かつ低価格な装置を実現することができる。さらに、絶縁型電源部を内蔵することにより、単一電源を供給するだけでよく、システム構成をさらに簡単化かつ低コスト化することができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る双方向バスアイソレーション装置の一実施例を示す構成図である。図１において、４０は双方向バスアイソレーション装置であり、電源部４１、絶縁型電源部４２、ＧＰ−ＩＢバスの電気仕様を満たすトランシーバ４４および４９、バス方向性制御部４５、アドレススイッチ４３、一方向性絶縁回路４６および４７、双方向絶縁回路４８で構成される。なお、この双方向バスアイソレーション装置４０はコントローラ機能を持つＧＰ−ＩＢ機器を固定することにより、構成を簡単にしている。

５１はコントローラ機能、トーカ機能、リスナ機能を有するＧＰ−ＩＢ機器であり、トランシーバ４４に接続される。５４は双方向性ＧＰ−ＩＢバスであり、トランシーバ４９に接続される。この双方向性ＧＰ−ＩＢバス５４にはトーカ機能とリスナ機能を有するＧＰ−ＩＢ機器５２および５３が接続される。双方向バスアイソレーション装置４０は、ＧＰ−ＩＢ機器５１と同５２、５３間を電気的に絶縁するために用いられる。なお、この実施例では双方向性ＧＰ−ＩＢバス５４に２台のＧＰ−ＩＢ機器５２、５３が接続されているが、最大１３台を接続することができる。

この双方向バスアイソレーション装置４０では、ＧＰ−ＩＢ機器５１と同５２、５３間が絶縁されるので、互いに絶縁された２種類の電源部が必要になる。電源部４１はＧＰ−ＩＢ機器５１側の電源を供給する。この電源部４１の出力をＶ１、共通電位点をＧ１とする。絶縁型電源部４２には電源部４１の出力Ｖ１、Ｇ１が入力され、ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３側の電源を供給する。この絶縁型電源部４２の出力をＶ２、共通電位点をＧ２とする。絶縁型電源部４２は、入出力間が絶縁されるＤＣ−ＤＣコンバータのような絶縁型電源を用いる。このようにすると、双方向バスアイソレーション装置４０には単一電源のみ供給すればよい。

なお、双方向バスアイソレーション装置４０に互いに絶縁された２種類の電源を供給し、電源部４１、絶縁型電源部４２を内蔵しないなど、必要に応じて適宜構成を変更することができる。

バス方向制御部４５は送信機器のアドレスを保持し、双方向バスアイソレーション装置４０の内部バスの方向を制御する部分であり、ＧＰ−ＩＢバスの制御信号の１つであるＡＴＮおよび８ビットのデータバスＤＩＯ［８：１］が入力される。［８：１］はビット８〜１からなる８ビットバスであることを表している。このバス方向制御部４５にはアドレススイッチ４３が接続される。このアドレススイッチ４３にはＧＰ−ＩＢ機器５１と同じアドレスが設定される。

バス方向制御部４５の出力であるＢＵＳＤＩＲ１は一方向性絶縁回路４６に入力される。この一方向性絶縁回路４６にはフォトカプラが内蔵されており、ＢＵＳＤＩＲ１を電気的に絶縁したＢＵＳＤＩＲ２を出力する。なお、信号ＢＵＳＤＩＲ１は一方向絶縁回路４７、トランシーバ４４および双方向絶縁回路４８にも入力され、信号ＢＵＳＤＩＲ２は一方向絶縁回路４７、双方向絶縁回路４８およびトランシーバ４９に入力される。

一方向絶縁回路４７にはＧＰ−ＩＢの制御信号の１つであるＡＴＮ、ＲＥＮ、ＩＦＣが入力され、これらの信号を電気的に絶縁した信号を出力する。コントローラとして動作するＧＰ−ＩＢ機器はＧＰ−ＩＢ機器５１だけなので、これらの制御信号の方向は一方向に限定される。そのため、一方向絶縁回路４７は双方向性である必要はない。絶縁された制御信号ＡＴＮ、ＲＥＣ、ＩＦＣはトランシーバ４９に入力される。

なお、ＡＴＮはデータバス上の信号がコマンドであるかデータであるかを表す制御信号、ＲＥＮはＧＰ−ＩＢ機器をリモート制御するかローカル制御するかを指示する制御信号、ＩＦＣはＧＰ−ＩＢ機器のインターフェイスを初期化する制御信号であり、いずれもコントローラが出力する。

双方向絶縁回路４８にはＧＰ−ＩＢバスのデータバスＤＩＯおよび制御信号ＥＯＩ、ＳＲＱ、ＤＡＶ、ＮＤＡＣ、ＮＲＦＤが入力され、これらの信号を絶縁した信号をトランシーバ４９に出力する。これらの信号は双方向性であるので、双方向性絶縁回路４８は逆方向に並列接続されたフォトカプラの組を複数組有している。

なお、ＤＡＶ、ＮＤＡＣ、ＮＲＦＤはハンドシェイクのための制御信号であり、後述する。ＥＯＩはデータ転送の終了を表す制御信号、ＳＲＱは他のＧＰ−ＩＢ機器からコントローラに割り込みを要求するときの制御信号である。

次に、図２に基づいてＧＰ−ＩＢバスのデータ転送時のハンドシェイクタイミングを説明する。データ転送を行うためには、データバスＤＩＯの他にＤＡＶ、ＮＲＦＤ、ＮＤＡＶの３つの制御信号を用いる。データバスＤＩＯとＤＡＶは送信側が出力し（(T)で示す）、ＮＲＦＤとＮＤＡＣは受信側が出力する（(P)で示す）。なお、図２は負論理で記載されている。

図２において、（１）はデータバスＤＩＯ、（２）はＤＡＶ、（３）はＮＲＦＤ、（４）はＮＤＡＣの波形である。受信側は、（３）に示すようにＮＲＦＤを高レベルにしてデータ受信が可能なことを送信側に知らせる。送信側はＮＲＦＤの高レベルを検出すると、データバスＤＩＯにデータを出力し、この出力が安定するのを待ってＤＡＶを低レベルにして、データが有効であることを受信側に知らせる。

受信側は、ＤＡＶが低レベルになるとＮＲＦＤを低レベルに戻す。そして、データを受信するとＮＤＡＣを高レベルにしてデータを受信したことを送信側に知らせる。送信側は、ＮＤＡＣの高レベルを検出するとＤＡＶを高ベルに戻し、データバスＤＩＯをハイインピーダンスにしてデータ送信を終了する。受信側は、ＤＡＶが高レベルになるとＮＤＡＣを低レベルにする。

このため、ＧＰ−ＩＢ機器５１からＧＰ−ＩＢ機器５２、５３にデータを送信するときは、バス方向制御部４５はトランシーバ４４、４９と双方向性絶縁回路４８のＤＩＯとＤＡＶの部分をＧＰ−ＩＢ機器５１が出力側になるようにし、ＮＲＦＤとＮＤＡＣの部分をＧＰ−ＩＢ機器５２，５３が出力側になるようにする。

逆に、ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３からＧＰ−ＩＢ機器５１にデータを送信するときは、バス方向制御部４５はトランシーバ４４、４９と双方向性絶縁回路４８のＤＩＯとＤＡＶの部分をＧＰ−ＩＢ機器５２，５３が出力側になるようにし、ＮＲＦＤとＮＤＡＣの部分をＧＰ−ＩＢ機器５１が出力側になるようにする。すなわち、バス方向制御部４５は、トランシーバ４４、４９と双方向性絶縁回路４８の対応する部分が同じ方向になるように制御する。

次に、図３を用いてデータ送信時の動作を説明する。図３（１）はＡＴＮ、（２）はデータバスＤＩＯ、（３）はＤＡＶ、（４）はＮＲＦＤ、（５）はＮＤＡＣ、（６）はＢＵＳＤＩＲ１、（７）はＢＵＳＤＩＲ２の波形を表す。

ＧＰ−ＩＢバスでは、最初にコントローラがコマンドを用いて、データを送信するトーカ（送信機器）と受信するリスナ（受信機器）を指定する。トーカおよびリスナはいずれもＧＰ−ＩＢ機器である。図１実施例ではＧＰ−ＩＢ機器５１のみがコントローラになれるので、コマンドはＧＰ−ＩＢ機器５１から同５２、５３に送信される。コマンドを送信する期間をコマンドモード、データを送信する期間をデータモードという。コマンドモードでは、ＡＴＮは低レベルに保持され、データモードでは高レベルに保持される。

図３において、時刻ｔ１でコントローラはＡＴＮを低レベルにし、コマンド１〜３を送信してトーカとリスナを指定する。各コマンドは図２で説明したハンドシェイクタイミングで送信される。（３）〜（５）のＤＡＶ、ＮＲＦＤ、ＮＤＡＣの波形はこのハンドシェイクを表しているが、重複するので説明を省略する。時刻ｔ２でコントローラはＡＴＮを高レベルにする。トーカは図２のハンドシェイクによりデータ１〜３を送信する。

ＡＴＮが低レベルになると、バス方向制御部４５はＢＵＳＤＩＲ１を低レベルにする。これによりＢＵＳＤＩＲ２も低レベルになり、バストランシーバ４４、４９と双方向絶縁回路４８はＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側、ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３が受信側になるようにセットされる。

一方向絶縁回路４７は、ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が低レベルのときはＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側、同５２、５３が受信側になるように信号を伝達する。ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が高レベルのときは、プルアップ抵抗により出力信号を高レベルに固定する。

図３のコマンド１はトーカアドレス指定、コマンド２、３はリスナアドレス指定とする。ＧＰ−ＩＢ機器５１〜５３のアドレスを同じ５１〜５３とする。コマンド１〜３は、ＧＰ−ＩＢ機器５２をトーカ、５１、５３をリスナに設定するものとする。

バス方向制御部４５はコマンドを監視し、トーカアドレス（５２）をレジスタに記憶する。このアドレスはアドレススイッチ４３に設定されたアドレスと一致しないので、バス方向制御部４５はＧＰ−ＩＢ機器５１がリスナあるいは未指定であると認識し、次のデータモード（ＡＴＮ＝高レベル）でＢＵＳＤＩＲ１を高レベルにする。トランシーバ４４、４９および双方向絶縁回路４８は、ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３が送信側、同５１が受信側にセットされる。

記憶したトーカアドレスがアドレススイッチ４３で指定されたアドレスに一致すると、バス方向制御部４５はデータモードでＢＵＳＤＩＲ１を低レベルにする。トランシーバ４４、４９および双方向絶縁回路４８は、ＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側、同５２、５３が受信側にセットされる。

最後のデータ送信時に、送信側ＧＰ−ＩＢ機器はＥＯＩを低レベルにして受信側ＧＰ−ＩＢ機器に最後のデータ転送であることを通知する。データモードが終了すると、再度ＧＰ−ＩＢ機器５１がコントローラになり、次のデータ転送のためにＡＴＮを低レベルにして次のコマンドを送信する。

図４にＧＰ−ＩＢ機器５１〜５３のトーカ、リスナの組み合わせとそれに対するバス方向制御信号（ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２）の信号レベルを示す。ＧＰ−ＩＢ機器の中にはトーカにもリスナにも指定されない場合があるが、その場合は“未指定”とした。なお、コントローラにはＧＰ−ＩＢ機器５１のみがなることができる。コマンドモードのときは、ＧＰ−ＩＢ機器５１のみが送信側になるので、ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２は低レベルになる。

データモードのときは、ＧＰ−ＩＢ機器５１〜５３のいずれもトーカになることができる。トーカにならなかったＧＰ−ＩＢ機器はリスナになるか、未指定となる。未指定の場合でも、双方向バスアイソレーション装置４０内ではリスナとして扱われる。

ＡＴＮは、コマンドモードでは低レベル、データモードでは高レベルになる。ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２は、ＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側になるときは低レベル、その他のときは高レベルになる。

ＡＴＮ、ＲＥＮ、ＩＦＣは、ＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側のときはＧＰ−ＩＢ機器５１側が出力になり、その他のときはハイインピーダンスになる。これらの制御信号は、コントローラ（ＧＰ−ＩＢ機器５１）のみが出力するためである。

ＤＩＯ、ＤＡＶ、ＥＯＩは送信機器が出力するものであるので、ＧＰ−ＩＢ機器５１が送信側のときはＧＰ−ＩＢ機器５１から同５２、５３の方向になり、その他のときは逆方向になる。ＮＤＡＣ、ＮＲＦＤは受信機器が出力するものであるので、ＤＩＯ等とは逆の方向に制御される。ＳＲＱはコントローラ以外のＧＰ−ＩＢ機器が出力するものであるので、常にＧＰ−ＩＢ機器５２、５３側から同５１の方向になる。

図５にバス方向制御部４０の構成の一例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。またＤＩＯを除き、負論理を前提として構成されている。またコマンドモードのときは、ＤＩＯのビット８（ＭＳＢ）は使用せず、ビット７〜５をコマンドとして使用する。但し、トーカとリスナの指定のときは、ビット７〜６をコマンド、ビット５〜１をアドレスとして使用する。

図５において、６９はアンドゲートであり、ＤＡＶとＡＴＮを反転した信号が入力される。すなわち、アンドゲート６９はＡＴＮとＤＡＶの両方が低レベルになると、その出力は高レベルになる。６１はコマンドレジスタであり、ＤＩＯのビット７〜５が入力され、アンドゲート６９の出力でこの入力値をラッチする。６２はデコーダであり、コマンドレジスタ６１にラッチされたコマンドが入力される。

６４はオアゲートであり、デコーダ６２の４および５の信号が入力される。このオアゲート６４は、トーカアドレスのラッチ信号を生成するためのものである。トーカアドレス指定のコマンドはビット７〜６がバイナリで“１０”になる。そのため、４（バイナリで“１００”）と５（バイナリで“１０１”）の論理和をオアゲート６４で取り、ラッチ信号を生成する。なお、ここでは他の回路の都合上デコーダ６２にＤＩＯのビット７〜５を入力したが、ビット７〜６を入力し、デコーダ６２の“２”に相当する出力をラッチ信号としてもよい。

オアゲート６４の出力はアンドゲート７２に入力される。７１は遅延部であり、アンドゲート６９の出力を所定時間だけ遅延させる。この遅延部７１の出力ＣＫＤＬＹはアンドゲート７２に入力される。デコーダ６２、オアゲート６４の出力が安定するまでに若干の時間がかかるので、遅延部７１を挿入して、オアゲート６４の出力が安定するのを待つようにしている。

６５はトーカアドレスレジスタであり、ＤＩＯのビット５〜１が入力され、この入力値をアンドゲート７２の出力信号でラッチする。このため、トーカアドレスレジスタ６５にはトーカのアドレスが保存される。

６６はコンパレータであり、トーカアドレスレジスタ６５およびアドレススイッチ４３の出力が入力され、この２つの入力値を比較して、比較結果ＸＴａｌｋｅｒ−Ｓｅｌを出力する。このＸＴａｌｋｅｒ−ｓｅｌは、比較結果が一致していれば低レベル、一致していなければ高レベルになる。

７４はオアゲートであり、ＸＴａｌｋｅｒ−ＳｅｌおよびＡＴＮを反転した信号が入力される。７５はアンドゲートであり、オアゲート７４の出力およびＡＴＮが入力される。アンドゲート７５の出力がＢＵＳＤＩＲ１である。このＢＵＳＤＩＲ１は、ＡＴＮが低レベルのときは低レベルになり、高レベルのときはＸＴａｌｋｅｒ−Ｓｅｌと同レベルになる。このため、コマンドモードまたはＧＰ−ＩＢ機器５１がトーカのときはＢＵＳＤＩＲ１は低レベルになり、その他のときは高レベルになる。

６３はアンドゲートであり、リセット信号ＸＰＯＮＲＳＴおよびＩＦＣが入力され、その出力はコマンドレジスタ６１のリセット端子に入力される。ＩＦＣはＧＰ−ＩＢ機器のインターフェイスの初期化信号なので、この信号ＩＦＣまたはリセット信号ＸＰＯＮＲＳＴが低レベルになると、コマンドレジスタ６１はクリアされる。

６８はコンパレータであり、トーカアドレスレジスタ６５の出力と固定値出力部６７の出力を比較し、一致していればＸＵＮＴを低レベルにする。固定値出力部６７は１ＦＨ（３１）を出力する。アドレスとして使用できるのは０〜３０で、１ＦＨはトーカアドレスの解除として定義されている。コンパレータ６８はトーカアドレスの解除コマンドを検出する。

７３はアンドゲートであり、ＸＰＯＮＲＳＴ、ＩＦＣおよびＸＵＮＴが入力され、その出力はトーカアドレスレジスタ６５をリセットする。すなわち、リセット信号ＸＰＯＮＲＳＴ、初期化信号ＩＦＣ、イレギュラーアドレス信号ＸＵＮＴのいずれかが低レベルになると、トーカアドレスレジスタ６５はクリアされる。

なお、この実施例ではコマンドレジスタ６１、デコーダ６２およびオアゲート６４でトーカコマンド検出部を構成しているが、必要に応じて他の構成とすることができる。要は、送信機器を指定するコマンドが出力されたことを検出できる構成であればよい。また、この実施例は負論理で構成しているが、適宜変更することにより、正論理信号で構成することもできる。

図６は、図４で説明したバス方向制御部のタイムチャートである。遅延部６６の出力であるＣＫＤＬＹは、コマンドモード（ＡＴＮ＝低レベル）のときに、ＤＡＶより遅れた信号を出力する。時刻ｔ３でトーカアドレスが出力される。このトーカアドレスはトーカアドレスレジスタ６５にラッチされ、コンパレータ６６でアドレススイッチの値と比較される。ＧＰ−ＩＢ機器５１がトーカに指定されているとＸＴａｌｋｅｒ−Ｓｅｌは低レベル、指定されていないと高レベルになる。

図７に双方向性絶縁回路４８と一方向性絶縁回路４７の構成を示す。図７（１）は双方向絶縁回路４８のＤＩＯ、ＤＡＶ、ＥＯＩ部分の構成である。これらは送信側から受信側に伝達される。

図７（１）において、８１、８２は互いに逆方向に接続されたトライステートバッファであり、ＢＵＳＤＩＲ１によって出力制御される。８５、８６も互いに逆方向に接続されたトライステートバッファであり、ＢＵＳＤＩＲ２によって出力制御される。８３はフォトカプラであり、その発光ダイオードはトライステートバッファ８５で制御され、出力はトライステートバッファ８１に入力される。８４はフォトカプラであり、その発光ダイオードはトライステートバッファ８２で制御され、その出力はトライステートバッファ８６に入力される。フォトカプラ８３、８４は、信号を電気的に絶縁するために用いられる。

Ｒ１〜Ｒ３はプルアップ抵抗であり、電源Ｖ１に接続される。Ｒ４〜Ｒ６もプルアップ抵抗であり、電源Ｖ２に接続される。トライステートバッファ８２の入力と８１の出力の接続点にはＧＰ−ＩＢ機器５１の信号線が接続され、トライステートバッファ８５の入力と８６の出力の接続点にはＧＰ−ＩＢ機器５２、５３の信号線が接続される。

このような構成において、ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が低レベルになるとトライステートバッファ８２と８６の出力がアクティブになり、同８１と８５の出力はハイインピーダンスになる。そのため、フォトカプラ８３には電流は流れない。ＧＰ−ＩＢ機器５１の信号はトライステートバッファ８２、フォトカプラ８４、トライステートバッファ８６の経路でＧＰ−ＩＢ機器５２、５３に出力される。

ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が高レベルになるとトライステートバッファ８１と８５の出力がアクティブになり、同８２と８６の出力はハイインピーダンスになる。ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３の信号はトライステートバッファ８５、フォトカプラ８３、トライステートバッファ８１の経路でＧＰ−ＩＢ機器５１に出力される。

図７（２）は双方向絶縁回路４８のＮＤＡＣ、ＮＲＦＤ、ＳＲＱ部分の構成である。（１）とほぼ同じ構成であるが、トライステートバッファ８１と８２、同８５と８６が入れ替わっている。そのため、ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が低レベルであると信号はＧＰ−ＩＢ機器５２、５３からＧＰ−ＩＢ機器５１に伝達され、高レベルであるとＧＰ−ＩＢ機器５１からＧＰ−ＩＢ機器５２、５３に伝達される。

これらの回路では、フォトカプラの左側と右側では電源のみならず共通電位点もＧ１とＧ２のごとく異なっている。従って、電気的に完全に絶縁された信号を伝達することができる。

図７（３）に一方向絶縁回路４７の構成を示す。８７はトライステートバッファであり、ＧＰ−ＩＢ機器５１の信号が入力され、ＢＵＳＤＩＲ１でその出力が制御される。８８はフォトカプラであり、トライステートバッファ８７の出力でその内部の発光ダイオードが駆動される。８９はトライステートバッファであり、フォトカプラ８８の出力が入力され、ＢＵＳＤＩＲ２でその出力が制御される。Ｒ７、Ｒ８はプルアップ抵抗であり、電源Ｖ１に接続される。Ｒ９、Ｒ１０もプルアップ抵抗であり、電源Ｖ２に接続される。

ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が低レベルの時はトライステートバッファ８７、８９の出力はオンになり、ＧＰ−ＩＢ機器５１の信号は同５２、５３に伝達される。ＢＵＳＤＩＲ１、ＢＵＳＤＩＲ２が高レベルのときはトライステートバッファ８７、８９の出力はオフになる。ＧＰ−ＩＢ機器５２、５３の信号は抵抗Ｒ１０によってプルアップされ、高レベルを維持する。

なお、図１では双方向性ＧＰ−ＩＢバス５４に接続されるＧＰ−ＩＢ機器の数を２台としたが、１台あるいは３台以上接続するようにしてもよい。

また、図５のバス方向制御部ではアンドゲート６９の出力を遅延部７１で遅らせてトーカアドレスレジスタ６５のラッチ信号を作成しているが、シーケンスカウンタを設け、クロックに同期したタイミングで遅らせるなど、他の構成を用いることもできる。

本発明の一実施例を示す構成図である。 ＧＰ−ＩＢバスのハンドシェイク手順を示す図である。 ＧＰ−ＩＢバスのタイミングチャートである。 ＧＰ−ＩＢ機器の組合せを示す表である。 バス方向制御部の構成図である。 バス方向制御部の動作タイミングチャートである。 一方向絶縁回路、双方向絶縁回路の構成図である。 従来のデジタルバス絶縁装置の構成図である。 ＧＰ−ＩＢ機器の絶縁装置の構成図である。

符号の説明

４０ 双方向バスアイソレーション装置
４１ 電源部
４２ 絶縁型電源部
４３ アドレススイッチ
４４、４９ トランシーバ
４５ バス方向制御部
４６、４７ 一方向絶縁回路
４８ 双方向絶縁回路
５１〜５３ ＧＰ−ＩＢ機器
６１ コマンドレジスタ
６２ デコーダ
６４、７４ オアゲート
６５ トーカアドレスレジスタ
６６ コンパレータ
６９、７２、７５ アンドゲート
７１ 遅延部

Claims (6)

1. データバスおよび複数の制御信号を有する通信バスによって接続された複数の機器のそれぞれに異なるアドレスを設定し、コントローラ機器がコマンドを用いて送信機器および受信機器を指定して、前記送信機器から前記受信機器にデータを転送する計測システムに用いる、前記通信バスを電気的に絶縁する双方向バスアイソレーション装置において、
   前記データバス上のデータがコマンドであることを表す制御信号および前記データバスが入力され、これらの入力信号から信号の方向を表す第１のバス方向制御信号を出力するバス方向制御部と、
   前記第１のバス方向制御信号が入力され、この入力信号を電気的に絶縁した第２のバス方向制御信号を出力する第１の一方向絶縁回路と、
   前記第１および第２のバス方向制御信号および前記通信バスの制御信号のうちコントローラ機器が出力する制御信号が入力され、前記第１および第２のバス方向制御信号により、前記コントローラ機器が出力する制御信号を電気的に絶縁した制御信号または固定値を出力する第２の一方向性絶縁回路と、
   前記第１および第２のバス方向制御信号、前記通信バスのデータバスおよび前記第２の一方向絶縁回路に入力されない制御信号が入力され、前記第１および第２のバス方向制御信号によって前記データバスおよび前記入力された制御信号の方向を決定し、これらデータバスおよび制御信号を電気的に絶縁した信号を出力する双方向絶縁回路と、
   を具備したことを特徴とする双方向バスアイソレーション装置。
2. 前記バス方向制御部には機器のアドレスを設定するスイッチが接続され、
   送信機器のアドレスを保存するトーカアドレスレジスタと、
   このトーカアドレスレジスタと前記スイッチに設定されたアドレスを比較し、その比較結果に関連する信号が前記第１のバス方向制御信号となるコンパレータと、
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の双方向バスアイソレーション装置。
3. データバス上のデータが送信機器の設定コマンドであることを検出するトーカコマンド検出部と、
   データバス上の信号が有効であり、かつコマンドであることを検出する第１のゲートと、
   前記トーカコマンド検出部の出力と前記第１のゲートの出力の論理積を演算する第２のゲートと、
   を具備し、前記トーカアドレスレジスタは前記第２のゲートの出力に基づいてデータバス上のアドレスを保存するようにしたことを特徴とする請求項２記載の双方向バスアイソレーション装置。
4. 前記第１のゲートと前記第２のゲートとの間に遅延部を設けたことを特徴とする請求項３記載の双方向バスアイソレーション装置。
5. 前記第１および第２の一方向性絶縁回路、および前記双方向絶縁回路はフォトカプラを内蔵し、このフォトカプラによって信号を電気的に絶縁するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項４いずれかに記載の双方向バスアイソレーション装置。
6. 前記双方向バスアイソレーション装置は、電気的に絶縁された電圧を出力する絶縁型電源部を具備していることを特徴とする請求項１若しくは請求項５いずれかに記載の双方向バスアイソレーション装置。
   

Images