JP2007201846A - アナログ入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流変換精度への影響がなく、サージ吸収素子を不要とし、誤ったアナログ電圧が入力されるのを防止できる。
【解決手段】多数のアナログ入力信号をマルチプレクサで切り替えて取り込み、アナログ入力回路毎にアナログ電圧信号とアナログ電流信号を切替可能にしたアナログ入力装置において、各アナログ入力回路は、電圧／電流入力端に短絡ソケットＳＷと電流−電圧変換抵抗Ｒの直列回路とを設け、電圧入力時には短絡ソケットＳＷの短絡ピンを抜いて電圧入力を取り込み、電流入力時には短絡ソケットＳＷに短絡ピンを挿入して電流入力を電圧信号に変換して取り込み、電流−電圧変換抵抗Ｒの抵抗値と同程度の抵抗ｒを短絡ソケットに並列接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多数のアナログ入力回路によって入力する各アナログ入力信号をマルチプレクサで切り替えて取り込むアナログ入力装置に係り、特にアナログ入力回路毎にアナログ電圧信号とアナログ電流信号を切替可能にしたアナログ入力装置に関する。

この種のアナログ入力装置は、図２に回路例を示すように、Ｎ個のアナログ入力信号ＡＩ₁〜ＡＩ_Nをそれぞれローパスフィルタ１₁〜１_Nを通すことでノイズ・高周波成分を取り除き、これら各アナログ入力信号をマルチプレクサ２で順次切り替える（チャンネル選択）ことで、出力端子に各アナログ入力信号を選択的に取り出す。この選択したアナログ信号は、例えば、サンプルホールド回路３によってアナログ入力信号をコンデンサ４の電圧として保持し、Ａ／Ｄ変換器５によるアナログ−ディジタル変換入力とすることでディジタルデータに変換し、これら変換したデータがコンピュータ処理に利用される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ここで、アナログ入力信号には、電圧信号と電流信号が混在する場合がある。この場合、アナログ入力信号を全て電圧信号に合わせるために、電流信号はアナログ入力回路に設ける抵抗で電圧信号に変換する。この変換回路は、いずれのアナログ入力回路にも持たせて汎用性を高めるには、各アナログ入力回路に電流／電圧切替スイッチ回路を設ける。

図３は、電流／電圧切替スイッチ回路を設けたアナログ入力回路の１回路分のみを示す。アナログ入力回路は、電圧／電流入力端に短絡ソケットＳＷと電流−電圧変換抵抗Ｒの直列回路を設け、電圧入力時には同図中に示すように短絡ソケットＳＷの短絡ピンを抜いておくことで電圧入力をそのまま取り込み、電流入力時には同図中に示すように短絡ソケットＳＷに短絡ピンを挿入しておくことで電流入力を電圧信号に変換して取り込む。電流／電圧変換をした電圧信号は、ローパスフィルタ１ｘを通してマルチプレクサ２に取り込まれる。

このような構成のアナログ入力回路によれば、電流／電圧切替スイッチ回路としては、１回路当たり抵抗Ｒと短絡ソケットＳＷのみを追加しておくことで済み、多数のアナログ入力回路を設ける場合にも回路の大型化、コストアップを招くことはない。
特開２００４−０８０２８１号公報 特開平０５−３１５９５８号公報

前記の電流／電圧切替スイッチ回路を設けたアナログ入力回路において、電圧入力時には短絡ソケットの短絡ピンを抜いておく構成となるため、外部からのアナログ電圧入力配線が断線した場合、アナログ入力回路がオープン状態になり、サージ電圧によるコンデンサＣｆやマルチプレクサの素子破損のおそれがあり、サージ吸収素子が不可欠となる。また、オープン状態では、コンデンサＣｆの容量で決まる放電時定数τ≒（Ｒｉ＋Ｒｆ）×Ｃｆが大きくなり、ローパスフィルタのコンデンサＣｆの充電電荷が放電されないままマルチプレクサに取り込まれ、誤ったアナログ電圧が入力されてしまう。

この対策として、図４に示すように、入力端に並列に抵抗Ｒｉを設けておくことが考えられる。この抵抗Ｒｉの追加により、アナログ電圧入力配線が断線した場合にはコンデンサＣｆの電荷を抵抗Ｒｉで放電させることができる。また、配線の断線にもアナログ電圧入力が常に零ボルトになることで、Ａ／Ｄ変換器の出力を取り込むコンピュータ側で入力異常監視ができる。しかし、抵抗Ｒｉの介挿によって、以下の問題が起きる。

（１）電流入力精度への影響
アナログ入力回路を電流入力に切り替えたとき、図４中に示すように、抵抗Ｒｉは抵抗Ｒに並列接続され、電流−電圧変換精度に所期のものが得られない。すなわち、抵抗Ｒｉを設けない場合の電流−電圧変換はＶ＝Ｉ×Ｒの関係にあるが、抵抗Ｒｉを設けた場合の電流−電圧変換はＶ＝Ｉ×（Ｒ×Ｒｉ）／（Ｒ＋Ｒｉ）の関係になり、抵抗ＲｉをＲの抵抗値よりも充分に大きなものとしない限り、電流変換精度に大きな影響を及ぼす。

（２）放電時間への影響
上記の電流入力精度への影響を少なくするため、抵抗ＲｉにＭΩ級のものを使用すると、アナログ電圧入力に切り替えた状態ではその入力配線が断線した場合に、前記と同様に、サージ電圧によるコンデンサＣｆやマルチプレクサの素子破損の問題が残る。

本発明の目的は、上記の課題を解決したアナログ入力装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、電流−電圧変換抵抗Ｒの抵抗値と同程度の抵抗を短絡ソケットに並列接続したもので、以下の構成を特徴とする。

（１）多数のアナログ入力回路によって入力する各アナログ入力信号をマルチプレクサで切り替えて取り込み、アナログ入力回路毎にアナログ電圧信号とアナログ電流信号を切替可能にしたアナログ入力装置であって、
各アナログ入力回路は、電圧／電流入力端に短絡ソケットＳＷと電流−電圧変換抵抗Ｒの直列回路を設け、電圧入力時には前記短絡ソケットＳＷの短絡ピンを抜いて電圧入力を取り込み、電流入力時には前記短絡ソケットＳＷに短絡ピンを挿入して電流入力を電圧信号に変換して取り込み、前記電流−電圧変換抵抗Ｒの抵抗値と同程度の抵抗ｒを前記短絡ソケットに並列接続したことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、電流−電圧変換抵抗Ｒの抵抗値と同程度の抵抗を短絡ソケットに並列接続した構成とするため、以下の効果がある。

（１）アナログ電圧入力配線が断線した場合、サージ電圧によるコンデンサＣｆやマルチプレクサの素子破損を防止するためのサージ吸収素子が不要となる。また、誤ったアナログ電圧が入力されるのを防止できる。

（２）アナログ電流入力に切り替えにも、電流変換精度に影響しない。

図１は、本発明の実施形態を示すアナログ入力装置の構成図であり、アナログ入力回路は１回路分のみを示す。

同図が図３と異なる部分は、電流／電圧切替スイッチ回路として、電流−電圧変換抵抗Ｒと直列接続する短絡ソケットＳＷに並列に抵抗ｒを設けた点にある。ただし、抵抗ｒは抵抗Ｒの抵抗値と同等（数百Ω〜数ｋΩ）のものとする。

この構成にしたアナログ入力回路において、電圧入力時には同図中に示すように短絡ソケットＳＷの短絡ピンを抜いておくことで電圧入力をそのまま取り込む。この場合、アナログ入力配線に断線が生じた場合にも、放電時定数τ≒（ｒ＋Ｒ＋Ｒｆ）×Ｃｆと小さくなり、アナログ入力回路がオープンに近い状態になることの弊害はなくなる。すなわち、サージ吸収素子を設けなくとも、サージ電圧によるコンデンサＣｆやマルチプレクサの素子破損を防止でき、またアナログ電圧の誤入力を起こすこともない。

また、電流入力時には同図中に示すように短絡ソケットＳＷに短絡ピンが挿入されるため、抵抗ｒが抵抗Ｒに直列接続されることがなく、電流−電圧変換式はＶ＝Ｉ×Ｒとなり、抵抗ｒが電流入力精度へ影響することはない。

なお、実施形態では、アナログ入力回路の出力をマルチプレクサで直接に取り込む場合を示したが、この間に各アナログ入力回路間を絶縁するためのリレー回路を設けた構成、さらに各アナログ入力回路の出力を個別のサンプルホールド回路で取り込み、各サンプルホールド回路の出力をマルチプレクサで切り替える構成のものなど、後段のアナログ信号処理回路は適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。

本発明の実施形態を示すアナログ入力装置の構成図。 従来のアナログ入力装置の回路例。 従来の電流／電圧切替スイッチ回路を設けたアナログ入力回路図。 従来の電流／電圧切替スイッチ回路の動作説明図。

符号の説明

１₁〜１_N ローパスフィルタ
２ マルチプレクサ
３ サンプルホールド回路
５ Ａ／Ｄ変換器
Ｒ 電流−電圧変換抵抗
ＳＷ 短絡ソケット
ｒ 抵抗

Claims (1)

1. 多数のアナログ入力回路によって入力する各アナログ入力信号をマルチプレクサで切り替えて取り込み、アナログ入力回路毎にアナログ電圧信号とアナログ電流信号を切替可能にしたアナログ入力装置であって、
   各アナログ入力回路は、電圧／電流入力端に短絡ソケットＳＷと電流−電圧変換抵抗Ｒの直列回路を設け、電圧入力時には前記短絡ソケットＳＷの短絡ピンを抜いて電圧入力を取り込み、電流入力時には前記短絡ソケットＳＷに短絡ピンを挿入して電流入力を電圧信号に変換して取り込み、前記電流−電圧変換抵抗Ｒの抵抗値と同程度の抵抗ｒを前記短絡ソケットに並列接続したことを特徴とするアナログ入力装置。
   

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