JP2012531162A - 標準光カプラのマルチビット使用 - Google Patents

Abstract

単一の光カプラを用いてマルチビット値を表示する方法は、第１の範囲に含まれる光カプラ出力電圧に応答して第１のマルチビット値を表示し、また第２の範囲に含まれる光カプラ出力電圧に応答して第２のマルチビット値を表示する。第１の範囲は、第２の範囲と異なる。

Description

（発明の背景）
本出願は、光カプラに関するものであって、さらに詳細には単一の光カプラを使用してマルチビット値を表示する方法に関する。

光カプラは、回路要素同士を電気的に分離したままで、回路要素間で信号を運ぶ短い光学的通信経路を使用するデバイスである。光カプラの１つの構成には、光を放射してフォト・トランジスタをターン・オンさせて電流を流し、出力電圧を生じさせるフォト・ダイオードが含まれる。すなわち、フォト・ダイオードは、フォト・トランジスタから電気的に分離された状態で、フォト・トランジスタを制御できる。

光カプラは、広い許容範囲（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｒａｎｇｅ）を持つため、光カプラへの入力電流は、広範囲の出力電圧を生ずる。この結果、データ通信に用いられる光カプラは、１つのビット値（例えば、論理０がＯＦＦで、論理１がＯＮ）を通すためだけに使用される。マルチビットのデータを送信するためにデータの各ビットに対して１つの光カプラが必要となる。

単一の光カプラを使用してマルチビット値を表示する方法は、第１の範囲に含まれる光カプラ出力電圧に応答して第１のマルチビット値を表示し、また第２の範囲に含まれる光カプラ出力電圧に応答して第２のマルチビット値を表示する。第１の範囲は、第２の範囲と異なる。

単一の光カプラを使用してマルチビット値を表示するためのシステムは、光カプラ、コントローラおよびアナログ−デジタル変換器を含む。コントローラは、光カプラに特定の入力電流を注入して、複数の予め定められた範囲の１つに含まれる出力電圧を生じさせるように動作する。アナログ−デジタル変換器は、光カプラに接続されて、複数の予め定められた範囲の１つに含まれる光カプラの出力電圧に応答して１つのマルチビット値を表示するように動作する。複数の予め定められた範囲の各々には、１つのマルチビット値が割り当てられる。

本発明のこれらおよびその他の特徴については、以下の説明および図面から最もよく理解することができる。次は、それの簡単な説明である。

例示的光カプラの模式図。 ５０％から２００％の電流伝達率を有する光カプラに対応する例示的入力電圧および出力電圧の範囲を示す模式的表。 ５０％から２００％の電流伝達率を有する光カプラに対応する例示的入力電圧および出力電圧の範囲を示す模式的グラフ。

（好適な実施の形態の詳細な説明）
図１は、互いに電気的に分離されたフォト・ダイオード１２とフォト・トランジスタ１４とを含む例示的光カプラ１０を模式的に示している。コントローラ１６は、フォト・ダイオード１２を流れてフォト・ダイオード１２から光を放射させるダイオード電流Ｉ_Ｄを制御する。放射された光は、フォト・トランジスタ１４をターン・オンさせ、トランジスタ電流Ｉ_Ｔが流れるのを許可し、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを生じさせる。抵抗１８（“Ｒ_１”）は、コントローラ１６とフォト・ダイオード１２に接続されている。抵抗１９（“Ｒ_２”）は、フォト・トランジスタ１４とアナログ−デジタル変換器２０に接続されている。アナログ−デジタル変換器２０は、アナログ出力電圧Ｖ_ｏｕｔを、マイクロプロセッサ（図示せず）が読めるデジタル信号に変換する。

トランジスタ電流Ｉ_Ｔの大きさは、下記の式＃１によって決まり、また出力電圧Ｖ_ｏｕｔの大きさは、下記の式＃２によって決まる。

Ｉ_Ｔ ＝ Ｉ_Ｄ×ＣＴＲ 式＃１
ここで、Ｉ_Ｔは、トランジスタの電流で、Ｉ_Ｄは、ダイオード電流である。またＣＴＲは、光カプラの電流伝達率（“ＣＴＲ”）であり、入力電流（“Ｉ_Ｄ”）に対する出力電流（“Ｉ_Ｔ”）の比率を表す。

Ｖ_ｏｕｔ ＝ Ｉ_Ｔ×Ｒ_２ 式＃２

図２は、Ｒ_２が１ｋΩであると仮定して、５０％から２００％のＣＴＲを有する光カプラについて、例示的入力電流２２ａ−ｄ、例示的出力電圧範囲２４ａ−ｄおよび例示的２進値割当て２６の表２１を模式的に示す。表２１に示すように、光カプラ１０に一定のダイオード電流Ｉ_Ｄを注入することによって特定の電圧範囲を得ることができる。各々の範囲２４ａ−ｄに対して異なるマルチビット値２６を割り当てることによって、光カプラが広範囲に変動するＣＴＲ（例えば、５０％から２００％）を有する場合でも、単一の光カプラ１０を用いて複数のマルチビット値２６ａ−ｄを表現できる。

図２の例では、範囲２４ａがマルチビット値２６ａ（“００”）に対応し、範囲２４ｂがマルチビット値２６ｂ（“０１”）に対応し、範囲２４ｃがマルチビット値２６ｃ（“１０”）に対応し、範囲２４ｄがマルチビット値２６ｄ（“１１”）に対応する。このマルチビット値２６を利用して照明システムなどのシステムの状態を表示することができる。一例では、マルチビット値２６ａ（“００”）が故障なしに対応し、マルチビット値２６ｂ（“０１”）が過熱故障に対応し、マルチビット値２６ｃ（“１０”）が過電流故障に対応し、マルチビット値２６ｄ（“１１”）がハードウエア故障（例えば、損傷したＭＯＳＦＥＴ）に対応する。もちろんマルチビット値２６は、その他の状態を表示するためにも使用でき、さらに状態でないその他の情報を表示するためにも使用できる。

図３は、５０％から２００％のＣＴＲを有する光カプラに対応する例示的入力電流および出力電圧の範囲のグラフを模式的に示す。図２の表２１および図３のグラフの例では、各々の電圧範囲２４ａ−ｄは、重なっておらず、最小の電圧範囲間隔で分離されている。表２１の例で、最小の電圧範囲間隔は、０．０５Ｖである。もちろん図２の値および図３のグラフは、ほんの一例であり、これ以外の電流伝達率、電流値、抵抗値および電圧分離範囲を使用することもできる。電圧範囲が重なり合う場合には、既知の方法に従う統計的分析技術を利用して与えられた出力電圧がどの電圧範囲に含まれるかを決定することができる。

図２の表２１の値を参照すると、０．００６２５ｍＡである第１の電流２２ａは、０．００３１２５−０．０１２５Ｖ（０．００６２５ｍＡの５０％−２００％）という第１の電圧範囲２４ａをもたらす。０．１２５ｍＡアンペアである第２の電流２２ｂは、０．０６２５−０．２５Ｖ（０．１２５の５０％−２００％）という第２の電圧範囲２４ｂをもたらす。０．６ｍＡである第３の電流２２ｃは、０．３−１．２Ｖ（１６の５０％−２００％）という第３の電圧範囲２４ｃをもたらす。２．５ｍＡアンペアである第４の電流２２ｄは、１．２５−５Ｖ（６４の５０％−２００％）という第４の電圧範囲２４ｄをもたらす。

４つの電圧範囲２４ａ−ｄおよび４つのマルチビット値２６ａ−ｄだけについて説明してきたが、範囲の追加およびそれに対応するマルチビット値の追加も可能である。重なりのない利用可能な範囲２４の最大個数は、与えられたデジタル式光カプラ１０のＣＴＲの最大許容値に依存し、さらに与えられた光カプラの電流範囲全体で重なりのないようにどのように範囲を明確に分割できるかに依存する。

本発明の好適な実施の形態について開示したが、当該分野の従事者であれば本発明の範囲内で一定の修正を行うことが可能であることを理解されよう。従って、以下の請求項は、本発明の範囲および内容を決定するものとして理解されなければならない。

Claims (18)

1. 単一の光カプラを用いてマルチビット値を表示する方法であって、
   光カプラ出力電圧の第１の範囲に応答して第１のマルチビット値を表示する工程と、
   前記第１の範囲と異なる光カプラ出力電圧の第２の範囲に応答して第２のマルチビット値を表示する工程と、
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、さらに
   前記第１の範囲および第２の範囲のいずれとも異なる光カプラ出力電圧の第３の範囲に応答して第３のマルチビット値を表示する工程、
   を含む前記方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、さらに
   前記第１の範囲、第２の範囲および第３の範囲のいずれとも異なる光カプラ出力電圧の第４の範囲に応答して第４のマルチビット値を表示する工程、
   を含む前記方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、さらに
   前記光カプラ出力電圧の範囲の各々に対して１つのマルチビット値を割り当てる工程、
   を含む前記方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記光カプラ出力電圧の各範囲が光カプラ入力電流および光カプラ電流伝達率に比例する前記方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記第２の範囲が前記第１の範囲よりも広い前記方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記光カプラ出力電圧の各範囲が重ならない前記方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記予め定められた各範囲が、最小の電圧範囲間隔で分離されている前記方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記最小の電圧範囲間隔が少なくとも０．０５ボルトである前記方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、さらに
    光カプラ出力電圧の範囲のうち少なくとも１つが重なり合う場合に、少なくとも１つの統計的分析技術を用いて与えられた出力電圧がどの光カプラ出力電圧範囲に含まれるかを決定する工程、
    を含む前記方法。
11. 単一の光カプラを用いてマルチビット値を表示するためのシステムであって、
    光カプラと、
    前記光カプラに一定の入力電流を注入して、複数の予め定められた範囲の１つに含まれる出力電圧を生じさせるように動作するコントローラと、
    光カプラに接続されて、それぞれ１つのマルチビット値を割り当てられた前記複数の予め定められた範囲の１つに含まれる前記光カプラ出力電圧に応答して１つのマルチビット値を表示するように動作するアナログ−デジタル変換器と、
    を含むシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、前記予め定められた各範囲が最小の電圧範囲間隔で分離されている前記システム。
13. 請求項１２に記載のシステムであって、前記最小の電圧範囲間隔が少なくとも０．０５ボルトである前記システム。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記光カプラ出力電圧の範囲のうちのいずれかが重なっている場合に、少なくとも１つの統計的分析技術を用いて与えられた出力電圧がどの光カプラ出力電圧範囲に含まれるかを決定する前記方法。
15. 請求項１１に記載のシステムであって、互いに電気的に分離されたフォト・ダイオードとフォト・トランジスタとを前記光カプラが含む前記システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、前記フォト・トランジスタを通る電流の流れを選択的に制御する光を放射させるように前記コントローラが前記フォト・ダイオードを制御する前記システム。
17. 請求項１５に記載のシステムであって、さらに
    前記コントローラと前記フォト・ダイオードに接続された第１の抵抗と、
    前記フォト・トランジスタと前記アナログ−デジタル変換器に接続された第２の抵抗と、
    を含む前記システム。
18. 請求項１１に記載のシステムであって、第１のマルチビット値が故障なしに対応し、第２のマルチビット値が過熱故障に対応し、第３のマルチビット値が過電流故障に対応し、第４のマルチビット値がハードウエア故障に対応する前記システム。

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