JP2010231793A - インタフェースシステム - Google Patents

Abstract

【課題】異なるタイプのモニタリング装置が処理装置、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などとで信号を交換することを可能にするアダプタを提供する。
【解決手段】インタフェースシステムは、第一の信号特性及び第二の異なる信号特性を有する第一及び第二の入力信号に応答して第一の信号特性を有する出力信号を供給する。インタフェースシステムは、第一の信号特性を有する第一の信号と第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるための信号入力と、入力における信号が第一の信号であるのか第二の信号であるのかを検出するための検出回路と、第一の信号又は第二の信号のいずれかを出力信号に変換するための変換回路とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は一般に、モニタリングシステムにおける改善に関し、より具体的には、二以上の異なるモニタリング装置を処理装置、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、手のひらサイズのシステムなどと相互接続するための新規なインタフェース装置に関する。

本発明は他にも用途を見いだすことができるが、以下の記載は、血中グルコースモニタリングシステムに関するその使用を具体的に述べる。

不規則な血中グルコース濃度レベルを有する人は、医療上、自らの血中グルコース濃度レベルを定期的にセルフモニタすることを求められる。不規則な血中グルコースレベルは、糖尿病のような疾病をはじめとする多様な理由によって起こりうる。血中グルコース濃度レベルをモニタする目的は、血中グルコース濃度レベルを測定したのち、そのレベルが高すぎるのか低すぎるのかに基づいて是正措置を講じて、そのレベルを正常範囲内に戻すためである。是正措置を講じることができないと、深刻な事態が暗示される。血中グルコースレベルが低下しすぎると（低血糖症として知られる症状）、神経質になり、震えが起こり、錯乱する。その人の判断力は損なわれ、最終的には失神することもある。また、血中グルコースレベルが上昇しすぎるならば（高血糖症として知られる症状）、非常に重い症状になる。

人の血中グルコースレベルをモニタする一つの方法は、手のひらサイズの携帯式血中グルコース試験装置を使用する方法である。このような装置の携帯性は、使用者が、どこにいようとも、自らの血中グルコースレベルを簡便に試験することを可能にする。グルコース試験装置は、分析のために血液を採取するためのバイオセンサを含む。あるタイプのバイオセンサは電気化学的バイオセンサである。電気化学的バイオセンサは、血液中のグルコースと反応して使用者の血中グルコース濃度に正比例する酸化電流を電気化学的バイオセンサ内に配置された電極で発生させるように設計された試薬を含む。このようなバイオセンサは、米国特許第５，１２０，４２０号、第５，６６０，７９１号、第５，７５９，３６４号及び第５，７９８，０３１号に記載されている。もう一つのタイプのセンサは、使用者の血中グルコース濃度レベルを示す熱量測定反応を起こすように設計された試薬を組み込む光学バイオセンサである。そして、この熱量測定反応が、試験装置に組み込まれた分光計によって読み取られる。このような光学バイオセンサは米国特許第５，１９４，３９３号に記載されている。

人の血中グルコースレベルをチェックするためには、穿刺装置を使用してその人の指先から血滴を得て、バイオセンサを使用してその血液を採取する。試験装置又は「計器」に挿入されているバイオセンサを血滴と接触させる。バイオセンサが毛管作用によって血液をバイオセンサの中に引き込み、続いて起こる電気化学的反応が試験装置によって計測され、この試験装置が血中グルコース濃度を測定する。ひとたび試験結果が試験装置の表示装置に表示されたならば、バイオセンサは廃棄される。新たな試験ごとに新たなバイオセンサが必要になる。

本発明は、異なるタイプのモニタリング装置が処理装置、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などとで信号を交換することを可能にするアダプタに関する。これは、オープンコレクタ信号規定又はＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号規定を電子的に区別し、それに自動的に適合することを含む。

ある既存の血中グルコース計は、カスタムコネクタ付きのＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）互換出力ポートを有する。コストを下げるため、この計器の電子系の設計変更が図られた。しかし、コネクタが筐体中に成形されているため、金型の変更はプロジェクトの範囲を超えている。したがって、設計変更された計器は、以前の計器と同じコネクタを使用せざるを得ない。しかし、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）互換インタフェースをオープンコレクタ（ＯＣ）インタフェースで代えるならば、部品及び費用の節約が生じる。しかし、計器をＰＣに結合するために使用される既存の入出力ケーブルはこの変更に適合しないであろう。両計器タイプ（すなわち、ＯＣ及びＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２））を理解している専門家のために計器・コンピュータ間インタフェースを簡素化するには、いずれの計器とでも自動的に動作する単一のケーブルを開発することが有利であろう。本発明は、上記を達成するための、改変されたケーブルで実現される電子回路を提供する。ステレオプラグをプラグと並列に配線するならば、適合性を他の既存のオープンコレクタ出力計にも拡張することができる。

既存のケーブルは、これらの信号規定の両方とは適合性ではない。ある従来のインタフェース装置Basic Cradle（商標）は、両方の信号規定を取り扱うことができるが、共用コネクタを介して自動的に扱うことはできない。これは、一部には、他のＯＣタイプ計器の非互換プラグ／コネクタ設計のせいで当てはまる。

本発明は、共用プラグを介して両方の信号規定を自動的に取り扱う。本発明は、既存の計器のＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）互換インタフェースに特有である負のマーキング電圧をモニタすることにより、信号規定を識別する。本発明は、検出したインタフェースタイプを使用して自動的に信号極性を修正し、シリアルデータストリームのための信号検出レベルを調節する。そして、レベルシフトされ、極性修正されたデータストリームが別のレベル変換器に送られて、ホストコンピュータのためのＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号を発生させる。少なくとも一つの既存のケーブルと同様に、インタフェースは、ホストコンピュータインタフェースの信号ピンを介して給電される。

したがって、本発明の一般的な目的は、異なるタイプのモニタリング装置が処理装置、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などとで信号を交換することを可能にするアダプタを提供することである。

簡潔にいうと、前記にしたがって、第一の信号特性及び第二の異なる信号特性を有する第一及び第二の入力信号に応答して信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェースシステムは、第一の信号特性を有する第一の信号と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるための信号入力と、前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するための検出回路と、前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するための変換回路と、を含む。

本発明のもう一つの態様にしたがって、第一の信号特性及び第二の異なる信号特性を有する第一及び第二の入力信号に応答して所与の信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェース方法は、第一の信号特性を有する第一の信号と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるステップと、前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するステップと、前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するステップと、を含む。

本発明のもう一つの態様にしたがって、第一の信号特性及び第二の異なる信号特性を有する第一及び第二の入力信号に応答して所与の信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェースシステムは、第一の信号特性を有する第一の信号と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるための手段と、前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するための手段と、前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するための手段と、を含む。

従来技術のケーブル装置のブロック図である。 図１の装置のより詳細な図である。 本発明のインタフェースの簡略図である。 本発明の計器インタフェースを示す、図３に類似した第二の図である。 図３及び４のインタフェースの詳細図である。 インタフェースケーブルの例を示す図である。

本Dex（商標）計（血中グルコースモニタリング装置）は、カスタムコネクタを備えた入出力ポートを有し、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号を使用する。Dex CURE（商標）と呼ばれる新たな計器設計でコストを節約するためには同じコネクタを使用することが必要であるが、従来のElite（商標）計で使用されている、以前に設計されたデータ取得ＡＳＩＣに組み込まれたオープンコレクタ（ＯＣ）インタフェースを使用することが望ましいであろう。ＯＣ計出力は、直列抵抗器を備えたオープンコレクタトランジスタである。このトランジスタのエミッタは信号接地電位を基準にしている。二つの計器出力（ＯＣ及びＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２））の極性を逆にしてもよい。したがって、本入出力ケーブルは、この新規な計器インタフェースとの使用には不適当である。Dex（商標）計及びDex CURE（商標）計の両方とで使用するための、接続される計器のインタフェースタイプ（ＯＣ又はＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２））に自動的に適合する共通入出力ケーブル又は「インタフェース」を有することが有用であろう。

（従来技術）のBasic Cradle（商標）電子系は、Dex（商標）計のＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）互換インタフェース又はElite（商標）計のオープンコレクタ論理レベルインタフェースのいずれかと結びつける能力を有していた。これら２種の計器には異なるコネクタ１０、１２が必要であった。Dex（商標）計の出力（コネクタ１０）を適切に信号レベル変換し、逆転させたのち、２種の接続からの信号どうしを１４で配線的に論理積するものであった。そして、この複合信号を使用して、ホストコンピュータの入力２０に供給する信号レベル変換器１６を駆動していた。このBasic Cradle（商標）回路図を図１及び２に示す。

本発明のインタフェース３０（図３〜５参照）は、計器出力を緩衝し、本発明が使用する排他的論理和論理を駆動するのに必要な信号レベル変換を実施して、ホストコンピュータのＥＩＡ−２３２Ｄインタフェースを駆動するために使用されるレベル変換器に供給する。バッファ入力はまた、オープンコレクタ（ＯＣ）出力計型インタフェースをサポートするためのプルアップを有する。ＯＣ計インタフェースは１０KΩまでの直列抵抗値を含むため、バッファ入力電圧振幅は完全に接地電位することはなく、プルアップの強さによって影響を受ける。プルアップは、予想されるリーク電流を解消するのに十分に強く、かつ、適切な信号振幅を可能にするのに十分に弱いべきである。ブロック図（図３及び４）では、プルアップ電圧から負にオフセットされた電圧を基準とする比較器３２が、ＯＣ信号遷移を検出し、電圧レベル変換を実施するための電圧レベル変換器として使用されている。実際には、比較器及び基準機能をＰＮＰトランジスタ７０によって具現化することもある（図５参照）。

既存のＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）計器出力は、スペース状態で高レベルに駆動される。低バッテリ条件下では、スペース出力の大きさはわずか３Ｖ〜４Ｖになることがある。遷移を検出するためには、バッファの遷移レベルが最小スペース電圧未満であるべきである。ブロック図（図３及び４）に示すように、これは、プルアップ電圧を最小スペース電圧の３Ｖ〜４Ｖ範囲のすぐ下に調整することによって達成されるかもしれない。代替方法（図示せず）は、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）タイプ又はDex（商標）計が検出されたときに比較器４８の出力を利用して入力しきい値を変更する方法である。インタフェースバッファは、損傷することなく、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）信号レベル（最大±１５Ｖ）に耐えるべきである。コンピュータインタフェースソフトウェアは、Dex（商標）計を接続又は切り離すときに起こるおそれのある遮断特性又はチャタを許容するべきである。

Basic Cradle（商標）と同様、本発明のインタフェースの電源は、ホストコンピュータのＤＴＲ及びＴｘＤ信号から導き出される。これらのピンの最大負荷は、ＥＩＡ−２３２インタフェースの駆動能力と合致すべきである。理想的には、インタフェースを作動させるのに要する電流は１mA未満であるべきである。

図示しないが、すべての露出するインタフェース信号に関してＥＳＤ（静電気放電）保護が推奨される。

Elite（商標）計に互換のステレオプラグ１２（図４には示さず）がDex（商標）プラグ１０（図６をも参照）に並列に接続されるならば、Bayer社のElite（商標）及びCatalyst（商標）計にもインタフェースケーブル８０を使用することができる。

本ケーブルインタフェース８０（図６参照）の場合、単一のDex（商標）互換コネクタ１０が両方の（ＯＣ及びＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２））信号規定に共用されなければならない。Basic Cradle（商標）設計におけるように、ホストコンピュータのＴｘＤ出力４０（図３〜５）は、共用ＲｘＤ／ＤＡＴＡ＿ＩＮ計器入力４２を直接駆動することができる。共用ＴｘＤ／ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ計器出力接続は、インタフェースタイプごとに特有の取り扱いを要する。

接続される計器インタフェースのタイプを識別するために本インタフェースが使用することができる差別化信号特性はマーキング電圧レベルである。マーキング状態では、Dex（商標）型インタフェース電圧は、通常５Ｖ〜１５Ｖだけ負に変動する。オープンコレクタインタフェースは、負の電圧に駆動されることはない。計器の信号出力が適切に整流され、小さなコンデンサ４４を充電するために使用されるならば、Dex（商標）計（ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）出力）が接続されたとき、コンデンサ電圧は負に変動するはずである。Dex（商標）計が切り離されるならば、コンデンサ４４を分路させる大きな値のブリーダ抵抗器４６（図５参照）がコンデンサ４４を放電させる。コンデンサは、計器出力に過度な負荷を加えたり、ひずみを加えたりすることのないサイズであるべきである。ＲＣ時定数は、Dex（商標）データ伝送の正規スペースビットの間、コンデンサ電圧が負のしきい値よりも低くとどまるように最適化されるべきである。最大放電時間は、インタフェースが妥当な時間（数秒）内にDex（商標）型計器からElite（商標）型計器への切り替えを認識することができるように制限されるべきである。コンデンサ４４は、適切なしきい電圧（ＯＣ計器出力に特徴的であるように、計器の出力が接地電位以上の電圧に維持されているとき、コンデンサ４４によって駆動される入力の電圧に対して負）を基準とする比較器４８によってモニタされる。比較器出力はインタフェースタイプを反映する。これは、排他的論理和論理回路５０を制御して計器出力の極性を適切に逆転させるために使用することができる。

作動中、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号が存在するときは、整流された計器出力信号を使用してコンデンサ４４を負に帯電させる。ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号が除かれると、コンデンサと平行する抵抗器４６を使用してコンデンサを放電させる。比較器４８を使用してコンデンサ電圧を負のしきい電圧と比較する。ＲＣ時定数は、データ信号のひずみを最小にし、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）データストリームのスペースビットの間、コンデンサ電圧をしきい電圧よりも負に維持し、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）マーキング電圧が数秒を超える期間存在しないならば、コンデンサがしきい電圧よりも上に放電することを可能にするように最適化される。

計器出力はまた、電圧レベル変換器３２（７０）に供給されて、いずれのタイプの計器出力にも共通の電圧振幅を発生させる。Elite（商標）型インタフェースのオープンコレクタ出力を取り扱うために、このレベル変換器への入力でプルアップが使用されている。図５では、電圧レギュレータ６０は、レベル変換器の遷移レベルが、プルアップを備えたオープンコレクタ及びＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）の両方の信号振幅の範囲内になることを保証する。あるいはまた、インタフェースタイプ検出比較器４８の出力は、現在接続されているインタフェースタイプに適合するように遷移レベルを順応に調節するために使用することもできる。Elite（商標）型インタフェースの直列抵抗値は、インタフェースのプルアップ電圧に近く、かつそれ未満にセットされた遷移電圧を要する。非適応性インタフェースでは、この電圧は、低バッテリ条件下、Dex（商標）計の最大３Ｖ〜４Ｖの正振幅未満でなければならず、そうでなければ、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）遷移は認識されない。適応性システムでは、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）信号のしきい電圧は、接地電位により近いところまで下げることができる。レベル変換器３２及びインタフェースタイプ検出比較器４８の出力は排他的論理和論理回路５０に供給される。この論理回路は、二つのインタフェースタイプに固有である信号極性逆転を補正する。そして極性補正された信号がレベル変換器５２を駆動し、このレベル変換器がホストコンピュータのためのＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）適合性信号を発生させる。
。

図５、図３及び４の比較器４８に供給する回路配線に関して、比較器入力が接地電位に対して正及び負の両方に振れることができると仮定した。これは、正及び負の両方の供給を必要とする比較器を要したであろう。図５の具現態様は、レベル変換器に給電するために使用される３Ｖ調整器のみから作動することができる低電圧比較器を使用する。単一電源比較器が作動するためには、両方の入力が接地電位に対して正のバイアスをかけなければならない。比較器４８の基準入力（＋）には、負の基準電圧ではなく、接地電位よりもわずかに高い電圧が抵抗分圧器によって供給される。この分圧器は、３Ｖ調整器６０によって供給を受ける。第二の抵抗分圧器もまたこの３Ｖ調整器によって供給を受け、他方の比較器４８入力（−）のためのコンデンサ４４電圧から正のバイアスを生じさせる。この分圧器はまた、図３及び４のブリーダ抵抗器４６の等価機能を提供する。コンデンサ４４を接地電位までブリードさせるのではなく、ブリードは＋３Ｖまでである。負のDexマーキング電圧が存在するとき、コンデンサ４４は、ＭＭＢＤ９１４ＬＴ１ダイオード５４を介して負に駆動される。分圧器の下寄りレグが負に変動すると、そのセンタタップによって駆動される比較器４８入力は、基準入力よりも負に変動し、比較器状態は変化する。コンデンサ電圧が負に変動するとき、比較器が負の電圧スイングによって損傷しないよう、ＢＡＳ４０ＬＴ１ダイオード５６が比較器入力を接地電位の近くにクランプする（マーキング電圧は−１５Ｖまで低下することもあり、比較器はダイオードなしでは耐えられないであろう）。このダイオードは正電圧のコンデンサをブリードさせない。単一電源比較器を使用することを可能にする正バイアスをかける技の他には、機能は他の図３及び４と完全に合致している。

本発明は、既存のDex（商標）計のＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）互換インタフェースによって発生する負のマーキング電圧が、インタフェースタイプを区別するために信頼して使用することができる差別化信号特性であると認識する。また、整流器とコンデンサの組み合わせが、ＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）データストリームのスペースビットを除く簡単な検出方法を提供し、このろ波された信号を使用して入力バッファの極性補正及びしきい値設定を制御することができるということを認識する。

本発明の具体的な実施態様及び応用を例示し、説明したが、本発明が本明細書で開示した正確な構造及び組成に限定されず、請求の範囲で定義する発明の本質及び範囲を逸することなく種々の変形、変更及び改変が前記記載から明らかになるということが理解されよう。

Claims (21)

1. 第一の信号特性と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性とを有する第一及び第二の入力信号に応答して信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェースシステムであって、
   第一の信号特性を有する第一の信号と、前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号と、を受けるための信号入力と、
   前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するための検出回路と、
   前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するための変換回路と、
   を含むシステム。
2. 前記第一及び第二の信号が計測装置の出力信号を含み、かつ、前記出力信号が、デジタル信号処理装置の入力とで適合性のある信号を含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記検出回路が、前記第一の信号及び前記第二の信号それぞれに特徴的であるマーキング電圧を認識することができる、請求項１記載のシステム。
4. 前記検出回路が整流器・コンデンサ回路又は抵抗器・コンデンサ回路を含む、請求項３記載のシステム。
5. 前記変換回路が極性設定回路及びレベル設定回路を含む、請求項１記載のシステム。
6. 前記検出回路が信号特性タイプ検出回路及び電圧レベル変換器を含む、請求項１記載のシステム。
7. 前記第一の信号がＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）出力信号であり、前記第二の信号がオープンコレクタ出力信号である、請求項１記載のシステム。
8. 第一の信号特性と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性とを有する第一及び第二の入力信号に応答して所与の信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェース方法であって、
   第一の信号特性を有する第一の信号と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるステップと、
   前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するステップと、
   前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するステップと、
   を含む方法。
9. 前記第一及び第二の信号が計測装置の出力信号を含み、かつ、前記出力信号が、デジタル信号処理装置の入力とで適合性のある信号を含む、請求項８記載の方法。
10. 前記検出ステップが、前記第一の信号及び前記第二の信号それぞれに特徴的であるマーキング電圧を認識するステップを含む、請求項８記載の方法。
11. 前記検出ステップが整流器・コンデンサ回路又は抵抗器コンデンサ回路を使用する、請求項１０記載の方法。
12. 前記変換ステップが極性設定ステップ及びレベル設定ステップを含む、請求項８記載の方法。
13. 前記検出ステップが、前記信号特性を検出するステップと、前記第一及び第二の信号の少なくとも一方の電圧レベルを変換するステップと、を含む、請求項８記載の方法。
14. 前記第一の信号がＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）出力信号であり、前記第二の信号がオープンコレクタ出力信号である、請求項８記載の方法。
15. 第一の信号特性と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性とを有する第一及び第二の入力信号に応答して所与の信号特性を有する出力信号を供給するためのインタフェースシステムであって、
    第一の信号特性を有する第一の信号と前記第一の信号特性とは異なる第二の信号特性を有する第二の信号とを受けるための手段と、
    前記入力における信号が前記第一の信号であるのか前記第二の信号であるのかを検出するための手段と、
    前記第一の信号又は前記第二の信号のいずれかを前記出力信号に変換するための手段と、
    を含むインタフェースシステム。
16. 前記第一及び第二の信号が計測装置の出力信号を含み、かつ、前記出力信号が、デジタル信号処理装置の入力とで適合性のある信号を含む、請求項８記載のインタフェースシステム。
17. 前記検出手段が、前記第一の信号及び前記第二の信号それぞれに特徴的であるマーキング電圧を認識するための手段を含む、請求項８記載のインタフェースシステム。
18. 前記検出手段が整流器・コンデンサ回路又は抵抗器・コンデンサ回路を使用する、請求項１０記載のインタフェースシステム。
19. 前記変換手段が、極性設定のための手段及びレベル設定のための手段を含む、請求項８記載のインタフェースシステム。
20. 前記検出手段が、前記信号特性を検出するための手段及び前記第一及び第二の信号の少なくとも一方の電圧レベルを変換するための手段を含む、請求項８記載のインタフェースシステム。
21. 前記第一の信号がＲＳ−２３２（ＥＩＡ−２３２）出力信号であり、前記第二の信号がオープンコレクタ出力信号である、請求項８記載のインタフェースシステム。

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