以下、信号生成装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図1,2に示す信号生成装置1は、「信号生成装置」の一例であって、第1インピーダンス素子2、第2インピーダンス素子3、差動増幅部4、信号生成部5、LVDSドライバ6および出力コネクタ7(または出力ケーブル)を備えて構成されている。この信号生成装置1は、自動車に配設されているCAN通信用のシリアルバスSB(「CAN通信路」の一例)からCANフレーム(「CAN通信路を介して伝送される2線差動電圧方式のロジック信号」の一例)を読み取り、読み取ったCANフレームと同じCANフレームCsを示すLVDS(後述するLVDS信号Vf)を各種のLVDS対応機器(収集装置など)に出力することができるように(CAN−LVDS変換器として)構成されている。なお、シリアルバスSBは、それぞれ被覆導線で構成された一対の信号線(高電位側信号線(CANH)と低電位側信号線(CANL))で構成されている。
この場合、シリアルバスSBを介してのCANプロトコルに準拠した通信時には、図2に示すように、CANフレーム(符号列)を構成する各符号を表すロジック信号Saが、シリアルバスSBにおける2本の信号線のうちのCANHigh(CANH)の信号線としての被覆導線Laに伝送される電圧信号の電圧Va(以下、理解の容易のため、この電圧信号自体を電圧信号Vaともいう)と、2本の信号線のうちのCANLow(CANL)の信号線としての被覆導線Lbに伝送される電圧信号の電圧Vb(以下、理解の容易のため、この電圧信号自体を電圧信号Vbともいう)との間の電位差(Va−Vb)である差動信号として伝送される。信号生成装置1は、このロジック信号Sa(具体的には、電圧信号Va,Vbに基づき、図6に示すように、電圧信号Va,Vbに対応する符号Cs(電位差(Va−Vb)である差動信号に対応する符号Cs(「1」または「0」)))を特定可能な符号特定用信号Sfを生成すると共に、LVDS信号Vfに変換して装置外部に出力する。
なお、シリアルバスSBを介してのロジック信号Saの伝送原理については公知のため、詳細な説明を省略するが、CANHigh(CANH)の電圧信号VaおよびCANLow(CANL)の電圧信号Vbの仕様について簡単に説明する。図6に示すように、電圧信号Va,Vbは、ベースになる電圧(+2.5V)から逆方向に変化する電圧信号であって、電圧信号Vaがこのベースの電圧のときには、電圧信号Vbも同じ期間に亘り同じベースの電圧になって、電位差(Va−Vb)がゼロ(最小)となるこの期間に伝送されるCANフレームを構成する符号Cs(論理値)は「1」を示すものとなる。一方、電圧信号Vaがこのベースの電圧よりも高電圧の規定電圧(+3.5V)のときには、電圧信号Vbは同じ期間に亘り、逆にベースの電圧よりも低電圧の他の規定電圧(+1.5V)になって、電位差(Va−Vb)が最大となるこの期間に伝送されるCANフレームを構成する符号Cs(論理値)は「0」を示すものとなる。また、シリアルバスSBにおいて差動信号を伝送するための基準電位となる信号線である「SG」や、差動信号の伝送の用途以外に配設されている信号線および電力線等の図示および説明を省略する。
信号生成装置1は、図1,2に示すように、一対のプローブPLa,PLb(特に区別しないときには、プローブPLともいう)を介して被覆導線La,Lb(特に区別しないときには、被覆導線Lともいう)に接続される。一例として、プローブPLaは、電極部11aおよびシールドケーブル(同軸ケーブル)CBaを備えて構成されて、第1インピーダンス素子2に接続される。プローブPLbは、電極部11bおよびシールドケーブル(同軸ケーブル)CBbを備えてプローブPLaとは別体に構成されて、第2インピーダンス素子3に接続される。
電極部11a,11bは、電極21およびシールド22を備えて同一に構成されている。また、各電極部11a,11bは、被覆導線La,Lbのうちの任意の一方に対して着脱可能に構成されている。なお、理解の容易のため、図1,2に示すように、電極部11aは被覆導線Laに装着され、電極部11bは被覆導線Lbに装着されるものとする。また、電極部11a,11bは、対応する被覆導線Lへの装着状態において、その被覆導線Lの絶縁被覆部(以下、単に「被覆部」ともいう)に電極21が接触(当接)するように構成されている。この構成により、電極部11a,11bの各電極21は、対応する被覆導線La,Lbの金属部(芯線)と接触することなく非接触の状態(つまり、金属非接触の状態)で容量結合する。なお、この結合容量の容量値は、一般的に数pF程度の小容量値である。また、シールド22は、各電極部11a,11bが対応する被覆導線La,Lbに装着されている状態において、被覆導線La,Lbの被覆部における電極21の接触部位を、この電極21を含めて覆うことで、電極21が対応する被覆導線Laの金属部以外の金属部と容量結合することを防止する。
したがって、信号生成装置1では、被覆導線La,Lbの金属部(芯線)と電極部11a,11bの各電極21との間に形成される各結合容量は、被覆導線La,Lbと信号生成装置1側の電子回路とを直流的に絶縁するガルバニック絶縁回路として機能して、被覆導線La,Lbに重畳する虞のある直流電圧の信号生成装置1への印加を回避して、安全性を高めることが可能となっている。
第1インピーダンス素子2は、本例では一例として、図2に示すように、抵抗31a、および抵抗31aに並列接続されたコンデンサ32aを備えて構成され、また第2インピーダンス素子3は、抵抗31b(抵抗31aと同じ抵抗値)、および抵抗31bに並列接続されたコンデンサ32b(コンデンサ32aと同じ容量値)を備えて構成されている。第1インピーダンス素子2では、抵抗31aは、高抵抗値の抵抗(少なくとも数MΩ程度の高(ハイ)インピーダンス抵抗)で構成されて、その一端(第1インピーダンス素子2の一端)がプローブPLaを構成するシールドケーブルCBaの芯線を介して電極部11aの電極21に接続されると共に後述する差動増幅回路41の入力段に配設された演算増幅器41aの入力端子(非反転入力端子)に接続され、その他端(第1インピーダンス素子2の他端)が信号生成装置1における基準電位の部位(グランドG)に接続されている。
また、第2インピーダンス素子3では、抵抗31bは、高抵抗値の抵抗(高インピーダンス抵抗)で構成されて、その一端(第2インピーダンス素子3の一端)がプローブPLbを構成するシールドケーブルCBbの芯線を介して電極部11bの電極21に接続されると共に後述する差動増幅回路41の入力段に配設された演算増幅器41bの入力端子(非反転入力端子)に接続され、その他端(第2インピーダンス素子3の他端)がグランドGに接続されている。また、コンデンサ32a,32bの容量値は、上記した結合容量の容量値(数pF程度)に対して十分に大きな値(例えば、数十pF程度)に規定されている。
また、シールドケーブルCBaのシールドは、電極部11a側の端部(シールドケーブルCBaの自由端側の端部)が電極部11aのシールド22に接続されると共に、第1インピーダンス素子2側の端部(シールドケーブルCBaの基端部側の端部)がグランドGに接続されている。また、シールドケーブルCBbのシールドは、電極部11b側の端部(シールドケーブルCBbの自由端側の端部)が電極部11bのシールド22に接続されると共に、第2インピーダンス素子3側の端部(シールドケーブルCBbの基端部側の端部)がグランドGに接続されている。
この構成により、第1インピーダンス素子2は、電極部11aの電極21と容量結合する一方の被覆導線Laに伝送されている電圧信号Vaの電圧Vaに応じて電圧が変化する(電圧Vaが上記のベースの電圧のときに低電圧となり、電圧Vaが上記の高電圧の規定電圧のときに高電圧となるように変化する)第1電圧信号Vc1を、両端間に発生させる。また、第2インピーダンス素子3は、電極部11bの電極21と容量結合する他方の被覆導線Lbに伝送されている電圧信号Vbの電圧Vbに応じて電圧が変化する(電圧Vbが上記のベースの電圧のときに高電圧となり、電圧Vbが上記の低電圧の規定電圧のときに低電圧となるように変化する)第2電圧信号Vc2を、両端間に発生させる。また、第1電圧信号Vc1および第2電圧信号Vc2は、共に、容量結合によって検出される信号であることから、電圧信号Va,Vbの変化(電圧信号Va,Vbのパルスの長さの変化や、このパルスの密度の変化)に応じて、直流レベル(直流成分)が変化する信号となっている。
なお、各インピーダンス素子2,3は、上記の構成(抵抗31aおよびコンデンサ32aの並列回路、抵抗31bおよびコンデンサ32bの並列回路)に限定されるものではない。例えば、抵抗31aや抵抗31bだけの回路や、コンデンサ32aやコンデンサ32bだけの回路で構成してもよい。また、コンデンサ32a,32bについては、ディスクリート部品で構成することもできるし、インピーダンス素子2,3と対応する電極21とを接続するシールドケーブル(同軸ケーブル)CBa,CBbの配線容量(芯線とシールドとの間に形成される容量)で構成することもできる。
また、被覆導線Laの金属部(芯線)と、上記のような小容量値(数pF程度)の結合容量を介してハイインピーダンス状態で接続されるプローブPLaおよび第1インピーダンス素子2は、全体として第1ハイインピーダンス回路HIC1(電圧信号Vaの周波数域において、数十kΩ以上のハイインピーダンスとなる回路)を構成して、上記したように第1電圧信号Vc1を出力する。また、被覆導線Lbの金属部(芯線)と、上記のような小容量値(数pF程度)の結合容量を介してハイインピーダンス状態で接続されるプローブPLbおよび第2インピーダンス素子3は、全体として第2ハイインピーダンス回路HIC2(電圧信号Vbの周波数域において、数十kΩ以上のハイインピーダンスとなる回路)を構成して、上記したように第2電圧信号Vc2を出力する。また、この信号生成装置1では、被覆導線La,Lbに対して、このように各プローブPLa,PLbを介して高(ハイ)インピーダンスで接続される。したがって、信号生成装置1は、被覆導線La,Lbに伝送されている電圧信号Va,Vbに対して殆ど影響を与えることなく、電圧信号Va,Vbを検出することが可能となっている。
差動増幅部4は、第1電圧信号Vc1および第2電圧信号Vc2を入力すると共に各電圧信号Vc1,Vc2の差分電圧(Vc1−Vc2)に応じて電圧が変化するシングルエンド信号Vdを出力する。
具体的には、差動増幅部4は、図2に示すように、差動増幅回路41および波形整形回路42を備えて構成されている。本例では、差動増幅回路41および波形整形回路42は、演算増幅器やコンパレータで構成されている。具体的には、差動増幅回路41は、一例として、正電源電圧Vccおよび負電源電圧Vee(例えば、±10V)で動作する3つの演算増幅器41a,41b,41c、および7つの抵抗41d,41e,41f,41g,41h,41i,41jを備えて、全体として計装アンプに構成されている。この差動増幅回路41では、演算増幅器(第1演算増幅器)41aは、非反転入力端子が第1インピーダンス素子2の一端に接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗41d(帰還抵抗)が接続されている。演算増幅器(第2演算増幅器)41bは、非反転入力端子が第2インピーダンス素子3の一端に接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗41e(抵抗41dと同一抵抗値の帰還抵抗)が接続されている。また、演算増幅器41aおよび演算増幅器41bの各反転入力端子は抵抗41f(演算増幅器41aおよび演算増幅器41bの共通の入力抵抗)を介して接続されている。演算増幅器(第3演算増幅器)41cは、反転入力端子が抵抗41g(一方の入力抵抗)を介して演算増幅器41aの出力端子に接続され、非反転入力端子が抵抗41h(抵抗41gと同一抵抗値の他方の入力抵抗)を介して演算増幅器41bの出力端子に接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗41i(帰還抵抗)が接続され、かつ反転入力端子は抵抗41j(抵抗41iと同一抵抗値)を介してグランドGに接続されて、各演算増幅器41a,41bから出力される出力信号の差分を増幅して出力する差動増幅器として機能する。
この構成により、差動増幅回路41は、電圧信号Vc1,Vc2の差分電圧(Vc1−Vc2)を各抵抗41d,41e,41f,41g,41iの抵抗値で規定される公知の増幅率で反転増幅して、電圧信号としての差分信号Vd0を出力する。この差分信号Vd0は、シリアルバスSBにCANフレーム(符号列)を構成する符号Cs(「1」)が伝送されている期間において(電圧Va,Vbが共にベースの電圧のときに)高電位側電圧となり、CANフレームを構成する符号Cs(「0」)が伝送されている期間において(電圧Vaが高電圧の規定電圧で、電圧Vbが低電圧の規定電圧のときに)低電位側電圧となる電圧信号である。また、上記したように、各電圧信号Vc1,Vc2は共に電圧信号Va,Vbの変化に応じて直流レベルが変化する信号であることから、電圧信号Vc1,Vc2に基づいて生成される差分信号Vd0もまた、差動増幅回路41においてこの直流レベルの変化について軽減されてはいるものの、直流レベル(直流成分)が変化する信号である。
なお、この差動増幅回路41では、演算増幅器41aおよび演算増幅器41bの各反転入力端子に接続される入力抵抗を共通の1つの抵抗41fとする構成(計装アンプとする構成)を採用しているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、図3に示すように、演算増幅器41aの反転入力端子に抵抗41faを個別の入力抵抗として接続して、この抵抗41faを介してこの反転入力端子をグランドGに接続し、かつ演算増幅器41bの反転入力端子に抵抗41fb(抵抗41faと同一抵抗値)を個別の入力抵抗として接続して、この抵抗41fbを介してこの反転入力端子をグランドGに接続する構成を採用することもできる。この構成においても差動増幅回路41は、上記の差分電圧(Vc1−Vc2)を、各抵抗41d,41e,41fa,41fb,41g,41iの抵抗値で規定される公知の増幅率で増幅して、差分信号Vd0を出力する。
また、図3に示す上記の差動増幅回路41では、演算増幅器41aおよび演算増幅器41bが、各電圧信号Vc1,Vc2の交流成分のみならず、直流成分をも増幅する構成であることから、この直流成分の大きいときには演算増幅器41aおよび演算増幅器41bの各出力端子から出力される出力信号が飽和することがある。この出力信号の飽和を軽減するため、図4に示す差動増幅回路41のように、演算増幅器41aの反転入力端子とグランドG(基準電位)との間に接続される抵抗41faに直列にコンデンサ41kを接続し、かつ演算増幅器41bの反転入力端子とグランドGとの間に接続される抵抗41fbに直列にコンデンサ41mを接続する構成を採用することもできる。この構成の演算増幅器41aおよび演算増幅器41bは、各電圧信号Vc1,Vc2の直流成分は増幅せずに交流成分のみを増幅して出力する交流増幅器として機能することから、出力端子から出力される出力信号が各電圧信号Vc1,Vc2の直流成分に起因して飽和する事態の発生を大幅に軽減することが可能となっている。
波形整形回路42は、差分信号Vd0を入力すると共に、この差分信号Vd0を、差分信号Vd0の交流成分のピークtoピーク電圧(ピークピーク電圧)と同等のピークtoピーク電圧(ピークピーク電圧)で、かつその高電位側電圧(高電圧期間の電圧)および低電位側電圧(低電圧期間の電圧)のうちのいずれか一方の電圧が予め規定されたターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して出力する。この構成により、波形整形回路42は、シングルエンド信号Vdの上記のいずれか一方の電圧を、信号についての基準電位(ピークピーク電圧がゼロボルトのときの電圧。本例では、ターゲット定電圧Vtg)に固定する基準電位固定回路とも言える。
一例として、波形整形回路42は、図5に示すように、差分信号Vd0が入力される入力部42a、シングルエンド信号Vdが出力される出力部42b、コンデンサ42c、第3インピーダンス素子42d、ダイオードを含まずに直列接続された第4インピーダンス素子42eおよびスイッチ42fで構成された直列回路SC、並びにコンパレータなどで構成されると共にスイッチ42fをオン状態からオフ状態へ、またオフ状態からオン状態へ移行させる制御パルス信号Vctを、差分信号Vd0に基づいて生成して出力するスイッチ制御回路SWCを備えている。
具体的には、コンデンサ42cは、一端部が入力部42aに接続されると共に他端部が出力部42bに接続されている。第3インピーダンス素子42dは、一例として抵抗(1つの抵抗、または複数の抵抗を直列や並列に接続して構成された抵抗回路)で構成されて、一端部がコンデンサ42cの他端部に接続されると共に他端部にターゲット定電圧Vtgが印加されて、ターゲット定電圧Vtgをコンデンサ42cの他端部(および出力部42b)に供給する。なお、ターゲット定電圧Vtgは、正電源電圧Vccを下回り、かつ負電源電圧Veeを上回る任意の1つの定電圧に予め規定されている。第3インピーダンス素子42dについては、最も簡易な構成として、上記したように抵抗だけの構成とすることもできるが、この構成に限定されるものではない。図示はしないが、第3インピーダンス素子42dは、抵抗と共に、または抵抗に代えてインダクタを使用した構成としてもよい。なお、第3インピーダンス素子42dは、全体としてのインピーダンス値(抵抗だけで構成されているときには抵抗値)が第4インピーダンス素子42eのインピーダンス値(抵抗だけで構成されているときには抵抗値)よりも大きい値(例えば、抵抗だけの場合には、数kΩから数百kΩ程度)に規定されている。
直列回路SCは、図5に示すように、直列接続された第4インピーダンス素子42eおよびスイッチ42fで構成されると共に、一端部がコンデンサ42cの他端部(および出力部42b)に接続されると共に他端部にターゲット定電圧Vtgが印加されている。この構成により、直列回路SCは、スイッチ制御回路SWCから出力される制御パルス信号Vctによってスイッチ42fがオン状態に移行させられたときには、ターゲット定電圧Vtgのコンデンサ42cの他端部(および出力部42b)への印加を実行し、オフ状態に移行させられたときには、ターゲット定電圧Vtgのコンデンサ42cの他端部(および出力部42b)への印加を停止する。また、直列回路SCは、その順方向電圧が温度によって変動し易いダイオードを含まない構成であるため、温度変動の影響を受けることなく、ターゲット定電圧Vtgをそのままコンデンサ42cの他端部に印加することが可能となっている。
スイッチ42fは、オン状態において低インピーダンスとなって、直列回路SCの他端部に印加されているターゲット定電圧Vtgを第4インピーダンス素子42e(例えば、第3インピーダンス素子42d全体の抵抗値に対して十分に小さい抵抗値の抵抗)を介して出力部42bに印加し得る半導体スイッチであれば、アナログスイッチ、バイポーラトランジスタおよび電界効果型トランジスタなどの種々の半導体スイッチで構成することができる。また、スイッチ42fは、本例では一例として、制御パルス信号Vctが高電位のときにオン状態に移行し、制御パルス信号Vctが低電位のときにオフ状態に移行するように(いわゆる、正論理(ハイアクティブ)で動作するように)構成されている。
第4インピーダンス素子42eは、本例では一例として、スイッチ42fがオン状態のときに、他端部に印加されているターゲット定電圧Vtgをコンデンサ42cの他端部(および出力部42b)に低インピーダンスで供給し得る十分に低い抵抗値に規定された抵抗で構成されている。ただし、第4インピーダンス素子42eの抵抗値は、スイッチ42fがオン状態(ターゲット定電圧Vtgの供給状態)のときであっても、差分信号Vd0の立ち下がりや立ち上がり時にはこの電圧変化の影響を受けて、コンデンサ42cの他端部の電圧がターゲット定電圧Vtgから若干変動し得る(差分信号Vd0の立ち下がり時には瞬間的に若干低下したり、立ち上がり時には瞬間的に若干上昇したりし得る)程度の抵抗値(例えば、十数Ωから数十Ω程度の抵抗値)に規定されている。また、第4インピーダンス素子42eについては、最も簡易な構成として、図5に示すように1本の抵抗で構成することもできるが、複数の抵抗を直列や並列に接続して構成してもよい。また、図示はしないが、第4インピーダンス素子42eは、抵抗と共に、または抵抗に代えてインダクタを使用した構成としてもよい。また、直列回路SCにおける第4インピーダンス素子42eとスイッチ42fの並び順は、図5に示す並び順の逆の順とすることもできる。
スイッチ制御回路SWCは、図5に示す構成では、図6に示すように、入力部42aに入力される差分信号Vd0の交流成分Vd0ac(図6参照)における低電圧期間TLにスイッチ42fをオン状態に移行させるために高電位(高レベル。例えば、後述するコンパレータ42gについての正電源電圧Vccの近傍の電圧レベル)となり、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにスイッチ42fをオフ状態に移行させるために低電位(低レベル。例えば、後述するコンパレータ42gについての負電源電圧Veeの近傍の電圧レベル)となる制御パルス信号Vctを出力する。
具体的には、スイッチ制御回路SWCは、図5に示すように、正電源電圧Vccおよび負電源電圧Veeで動作する1つのコンパレータ42g、および直流定電圧(バイアス電圧)Vbi1(≠0ボルト)を出力する1つの基準電源42hを有して構成されている。また、基準電源42hは、負極側がターゲット定電圧Vtgに接続されることにより、ターゲット定電圧Vtgに直流定電圧Vbi1が加算された電圧(Vtg+Vbi1)を基準電圧(第1基準電圧)Vr1として正極側から出力する。直流定電圧Vbi1は、差分信号Vd0の交流成分Vd0acについてのピークtoピーク電圧Vp(図6参照)の例えば数%から十数%の電圧値に規定されている。したがって、基準電圧Vr1は、ターゲット定電圧Vtgよりも若干高い電圧に規定されている。また、コンパレータ42gは、反転入力端子がコンデンサ42cの他端部に接続され、かつ非反転入力端子に基準電圧Vr1が入力されることで、出力端子から上記の制御パルス信号Vctを出力するように構成されている。
この制御パルス信号Vctにより、スイッチ42fが、交流成分Vd0acにおける低電圧期間TLにオン状態に移行し、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにオフ状態に移行したときの波形整形回路42の動作について説明する。なお、図6では理解の容易のため、差分信号Vd0の直流成分Aが差分信号Vd0の交流成分Vd0acの1周期内で大きく変動する状態で、差分信号Vd0を図示しているが、実際には、商用周波数のような100Hz未満の低周波ノイズが重畳することで、直流成分Aは、交流成分Vd0acの1周期(通常は、数μs以下)に対して十分に長い周期で変動する。このため、直流成分Aは差分信号Vd0の交流成分Vd0acの1周期内でほぼ一定であるものとして説明する。また、交流成分Vd0acについてのピークtoピーク電圧を符号Vpで示し、高電圧期間THにおける差分信号Vd0の電圧値は、直流成分Aよりも電圧Vp1だけ高く、低電圧期間TLにおける差分信号Vd0の電圧値は、直流成分Aよりも電圧Vp2だけ低いものとする。また、シングルエンド信号Vdに生じるサグは無視するものとする。
まず、スイッチ42fがオン状態になる低電圧期間TLでは、直列回路SCからターゲット定電圧Vtgが第4インピーダンス素子42eを介して低インピーダンスで供給されることにより、コンデンサ42cの他端部(および出力部42b)の電圧、つまり、シングルエンド信号Vdは、図6に示すように、ターゲット定電圧Vtgに規定される。また、差分信号Vd0が印加されるコンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧は、低電圧期間TLであることから、電圧(A−Vp2)となっている。これにより、コンデンサ42cは、ターゲット定電圧Vtgに規定されている他端部の電圧を基準として一端部側の電圧を正電圧としたときに、電圧(A−Vp2−Vtg)に充電される。
この状態から、スイッチ42fがオフ状態になる高電圧期間THになったときには、直列回路SCからのターゲット定電圧Vtgの供給が停止されると共に、コンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧が電圧(A+Vp1)となる。これにより、コンデンサ42cの他端部(および出力部42b)の電圧は、電圧(A+Vp1)から電圧(A−Vp2−Vtg)を減算した電圧(A+Vp1−(A−Vp2−Vtg))、すなわち電圧(Vp1+Vp2+Vtg)となる。また、電圧(Vp1+Vp2)は交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpである。このことから、コンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧である電圧(Vp1+Vp2+Vtg)、つまり、シングルエンド信号Vdは、図6に示すように、電圧(Vp+Vtg)に規定される。
以上のことから、図5に示す波形整形回路42は、スイッチ制御回路SWCがスイッチ42fをオン状態およびオフ状態に交互に移行させることにより、図6に示すように、差分信号Vd0(ピークtoピーク電圧Vpの交流成分Vd0acに直流成分Aが重畳した信号)を、差分信号Vd0の交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpと同等のピークtoピーク電圧Vpで、かつその低電位側電圧(低電圧期間TLの電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して出力部42bから出力する。すなわち、波形整形回路42は、差分信号Vd0に重畳している直流成分Aを除去(つまり、低周波ノイズを除去)する機能を備えている。これにより、この波形整形回路42は、CANフレームを構成する符号Csの変化に対応して電圧が変化する信号、つまり、この符号Csが「0」の期間には信号の電圧が低電位(ターゲット定電圧Vtg)になり、この符号Csが「1」の期間には信号の電圧が高電位になるシングルエンド信号Vdを出力する。
次いで、スイッチ制御回路SWCのコンパレータ42gが、上記の制御パルス信号Vctを出力する動作について説明する。
交流成分Vd0acが低電圧期間TLから高電圧期間THに切り替わるとき(交流成分Vd0acの立ち上がり時)には、直列回路SCから第4インピーダンス素子42eを介して低インピーダンスでターゲット定電圧Vtgが印加されている出力部42bの電圧(コンデンサ42cの他端部の電圧。つまり、シングルエンド信号Vdの電圧)が、この交流成分Vd0acの電圧の変化の影響を受けてターゲット定電圧Vtgから瞬間的に上昇して、基準電圧Vr1を上回る。したがって、コンパレータ42gは、図6に示すように、制御パルス信号Vctを高電位から低電位に移行させる。この場合、直列回路SCではスイッチ42fがオフ状態に移行するため、直列回路SCによる出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加が停止されて、シングルエンド信号Vdの電圧は、電圧(Vp+Vtg)に移行する。この結果、その後は、シングルエンド信号Vdの電圧は、基準電圧Vr1を上回る状態に維持される。なお、交流成分Vd0acの低電圧期間TLのときには、上記したようにシングルエンド信号Vdの電圧はターゲット定電圧Vtgになり、コンパレータ42gの反転入力端子もこのターゲット定電圧Vtgになる。しかしながら、コンパレータ42gの非反転入力端子に入力されている基準電圧Vr1(=Vtg+Vbi1)はこのターゲット定電圧Vtgよりも高い電圧である(同じ電圧ではない)ことから、コンパレータ42gは、高電位の制御パルス信号Vctの出力を継続する(つまり、直列回路SCから出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加を継続させる)。
また、交流成分Vd0acが高電圧期間THから低電圧期間TLに切り替わるとき(交流成分Vd0acの立ち下がり時)には、シングルエンド信号Vdの電圧は、交流成分Vd0acの電圧の低下に伴って電圧(Vp+Vtg)から低下して、基準電圧Vr1を下回る。したがって、コンパレータ42gは、図6に示すように、制御パルス信号Vctを低電位から高電位に移行させる。この場合、直列回路SCではスイッチ42fがオン状態に移行する。このため、直列回路SCによる出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加が開始されて、その後は、シングルエンド信号Vdの電圧は、基準電圧Vr1より低いターゲット定電圧Vtgに維持される。
信号生成部5は、一例として、図5に示すように、正電源電圧Vccおよび負電源電圧Veeで動作する1つのコンパレータ14a、および直流定電圧(バイアス電圧)Vbi2(≠0ボルト)を出力する1つの基準電源14bを有して構成されている。また、基準電源14bは、負極側がターゲット定電圧Vtgに接続されることにより、ターゲット定電圧Vtgに直流定電圧Vbi2が加算された電圧(Vtg+Vbi2)を閾値電圧Vthとして正極側から出力する。直流定電圧Vbi2は、差分信号Vd0の交流成分Vd0acについてのピークtoピーク電圧Vpの例えば数%から十数%の電圧値に規定されている。したがって、閾値電圧Vthは、ターゲット定電圧Vtgよりも若干高い電圧に規定されている。なお、閾値電圧Vthと上記した基準電圧Vr1との大小関係には、同じであってもよいし、いずれが高い状態であってもよい(なお、図6では、一例として、基準電圧Vr1が閾値電圧Vthよりも高い状態となっている)。
コンパレータ14aは、出力部42bに非反転入力端子が接続され、かつ閾値電圧Vthが反転入力端子に入力されて、出力部42bから出力されるシングルエンド信号Vdを閾値電圧Vthと比較して二値化することにより、出力端子から符号特定用信号Sfを出力する。上記したように、閾値電圧Vthがターゲット定電圧Vtgよりも若干高い電圧に規定されていることから、このコンパレータ14aを備えた信号生成部5は、図6に示すように、シングルエンド信号Vd(ピークtoピーク電圧が電圧Vpで、かつその低電位側電圧がターゲット定電圧Vtgに規定された信号)を閾値電圧Vthで確実に二値化して、シリアルバスSBを介して伝送されるCANフレームを構成する符号Csが「1」の期間において高電位(コンパレータ14aの最大出力電圧)となり、この符号Csが「0」の期間において低電位(コンパレータ14aの最小出力電圧)となる符号特定用信号Sfを生成して出力する。
ターゲット定電圧Vtgは、上記したように、正電源電圧Vccを下回り、かつ負電源電圧Veeを上回る任意の1つの定電圧に規定されるが、図5に示す構成の波形整形回路42および信号生成部5では、通常は、信号生成装置1におけるグランドGの電位(ゼロボルト)に規定される。したがって、波形整形回路42は、ピークtoピーク電圧Vpで、かつその低電位側電圧がターゲット定電圧Vtg(ゼロボルト)に規定されたシングルエンド信号Vdを出力する。
なお、波形整形回路42は、上記した図5の構成、すなわち、差分信号Vd0を入力すると共に、この差分信号Vd0を、差分信号Vd0の交流成分のピークtoピーク電圧Vpと同等のピークtoピーク電圧Vpで、かつその低電位側電圧(低電圧期間TLの電圧。ボトム電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して出力する構成に限定されない。例えば、波形整形回路42を図7に示すように構成することで、差分信号Vd0の交流成分のピークtoピーク電圧Vpと同等のピークtoピーク電圧Vpで、かつその高電位側電圧(高電圧期間THの電圧。トップ電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して出力する構成とすることもできる。
以下、図7に示す波形整形回路42および信号生成部5について説明する。なお、図5に示す波形整形回路42および信号生成部5と同一の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
一例として、波形整形回路42は、差分信号Vd0が入力される入力部42a、シングルエンド信号Vdが出力される出力部42b、コンデンサ42c、第3インピーダンス素子42d、第4インピーダンス素子42eおよびスイッチ42fで構成された直列回路SC、並びにダイオードを含まずにコンパレータなどで構成されると共にスイッチ42fをオン状態からオフ状態へ、またオフ状態からオン状態へ移行させる制御パルス信号Vctを出力するスイッチ制御回路SWCを備えている。
具体的には、第3インピーダンス素子42dは、一例として図7に示すように1本の抵抗(一端部がコンデンサ42cの他端部に接続され、他端部にターゲット定電圧Vtgが印加された抵抗)で構成されている。
スイッチ制御回路SWCは、図7に示すように、正電源電圧Vccおよび負電源電圧Veeで動作する1つのコンパレータ42g、および直流定電圧(バイアス電圧)Vbi1を出力する1つの基準電源42hを有して構成されている。また、基準電源42hは、正極側がターゲット定電圧Vtgに接続されることにより、ターゲット定電圧Vtgから直流定電圧Vbi1が減算された電圧(Vtg−Vbi1)を基準電圧Vr1として負極側から出力する。直流定電圧Vbi1はピークtoピーク電圧Vpの例えば数%から十数%の電圧値に規定されていることから、基準電圧Vr1は、ターゲット定電圧Vtgよりも若干低い電圧に規定されている。また、コンパレータ42gは、非反転入力端子がコンデンサ42cの他端部に接続され、かつ反転入力端子に基準電圧Vr1が入力されることで、図8に示すように、差分信号Vd0の交流成分Vd0acにおける低電圧期間TLにスイッチ42fをオフ状態に移行させるために低電位となり、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにスイッチ42fをオン状態に移行させるために高電圧となる制御パルス信号Vctを出力する。
この制御パルス信号Vctにより、スイッチ42fが、交流成分Vd0acにおける低電圧期間TLにオフ状態に移行し、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにオン状態に移行したときの波形整形回路42の動作について説明する。なお、図8では理解の容易のため、差分信号Vd0の直流成分Aが差分信号Vd0の交流成分Vd0acの1周期内で大きく変動する状態で、差分信号Vd0を図示しているが、実際には、直流成分Aは、交流成分Vd0acの1周期(通常は、数μs以下)に対して十分に長い周期で変動する。このため、直流成分Aは差分信号Vd0の交流成分Vd0acの1周期内でほぼ一定であるするものとして説明する。また、交流成分Vd0acについてのピークtoピーク電圧を符号Vpで示し、高電圧期間THにおける差分信号Vd0の電圧値は、直流成分Aよりも電圧Vp1だけ高く、低電圧期間TLにおける差分信号Vd0の電圧値は、直流成分Aよりも電圧Vp2だけ低いものとする。また、シングルエンド信号Vdに生じるサグは無視するものとする。
まず、スイッチ42fがオン状態になる高電圧期間THでは、直列回路SCからターゲット定電圧Vtgが第4インピーダンス素子42eを介して低インピーダンスで供給されることにより、コンデンサ42cの他端部(および出力部42b)の電圧、つまり、シングルエンド信号Vdは、図8に示すように、ターゲット定電圧Vtgに規定される。また、差分信号Vd0が印加されるコンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧は、高電圧期間THであることから、電圧(A+Vp1)となっている。これにより、コンデンサ42cは、ターゲット定電圧Vtgに規定されている他端部の電圧を基準として一端部側の電圧を正電圧としたときに、電圧(A+Vp1−Vtg)に充電される。
この状態から、スイッチ42fがオフ状態になる低電圧期間TLになったときには、直列回路SCからのターゲット定電圧Vtgの供給が停止されると共に、コンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧が電圧(A−Vp2)となる。これにより、コンデンサ42cの他端部(および出力部42b)の電圧は、電圧(A−Vp2)から電圧(A+Vp1−Vtg)を減算した電圧(A−Vp2−(A+Vp1−Vtg))、すなわち電圧(−(Vp1+Vp2)+Vtg)となる。また、電圧(Vp1+Vp2)は交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpである。このことから、コンデンサ42cの一端部(入力部42a側の端部)の電圧である電圧(−(Vp1+Vp2)+Vtg)、つまり、シングルエンド信号Vdは、図8に示すように、電圧(−Vp+Vtg)に規定される。
以上のことから、図7に示す波形整形回路42は、スイッチ制御回路SWCがスイッチ42fをオン状態およびオフ状態に交互に移行させることにより、図8に示すように、差分信号Vd0(ピークtoピーク電圧Vpの交流成分Vd0acに直流成分Aが重畳した信号)を、差分信号Vd0の交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpと同等のピークtoピーク電圧Vpで、かつその高電位側電圧(高電圧期間THの電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して、つまり、直流成分Aの変動による影響を除去して出力部42bから出力する。これにより、この波形整形回路42は、CANフレームを構成する符号Csの変化に対応して電圧が変化する信号、つまり、この符号Csが「0」の期間には信号の電圧が低電位になり、この符号Csが「1」の期間には信号の電圧が高電位(ターゲット定電圧Vtg)になるシングルエンド信号Vdを出力する。
また、スイッチ制御回路SWCのコンパレータ42gが、上記の制御パルス信号Vctを出力する動作について説明する。
交流成分Vd0acが高電圧期間THから低電圧期間TLに切り替わるとき(交流成分Vd0acの立ち下がり時)には、直列回路SCから第4インピーダンス素子42eを介して低インピーダンスでターゲット定電圧Vtgが印加されている出力部42bの電圧(コンデンサ42cの他端部の電圧。つまり、シングルエンド信号Vdの電圧)が、この交流成分Vd0acの電圧の変化の影響を受けてターゲット定電圧Vtgから瞬間的に低下して、基準電圧Vr1を下回る。したがって、コンパレータ42gは、図8に示すように、制御パルス信号Vctを高電位から低電位に移行させる。この場合、直列回路SCではスイッチ42fがオフ状態に移行するため、直列回路SCによる出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加が停止されて、シングルエンド信号Vdの電圧は、電圧(−Vp+Vtg)に移行する。この結果、その後は、シングルエンド信号Vdの電圧は、基準電圧Vr1を下回る状態に維持される。なお、交流成分Vd0acの高電圧期間THのときには、上記したようにシングルエンド信号Vdの電圧はターゲット定電圧Vtgになり、コンパレータ42gの非反転入力端子もこのターゲット定電圧Vtgになる。しかしながら、コンパレータ42gの反転入力端子に入力されている基準電圧Vr1(=Vtg−Vbi1)はこのターゲット定電圧Vtgよりも低い電圧である(同じ電圧ではない)ことから、コンパレータ42gは、高電位の制御パルス信号Vctの出力を継続する(つまり、直列回路SCから出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加を継続させる)。
また、交流成分Vd0acが低電圧期間TLから高電圧期間THに切り替わるとき(交流成分Vd0acの立ち上がり時)には、シングルエンド信号Vdの電圧は、交流成分Vd0acの電圧の上昇に伴って電圧(−Vp+Vtg)から上昇して、基準電圧Vr1を上回る。したがって、コンパレータ42gは、図8に示すように、制御パルス信号Vctを低電位から高電位に移行させる。この場合、直列回路SCではスイッチ42fがオン状態に移行する。このため、直列回路SCによる出力部42bへのターゲット定電圧Vtgの印加が開始されて、その後は、シングルエンド信号Vdの電圧は、基準電圧Vr1より高いターゲット定電圧Vtgに維持される。
信号生成部5は、一例として、図7に示すように、1つのコンパレータ14aおよび1つの基準電源14bを有して構成されている。また、基準電源14bは、正極側がターゲット定電圧Vtgに接続されることにより、ターゲット定電圧Vtgから直流定電圧Vbi2が減算された電圧(Vtg−Vbi2)を閾値電圧Vthとして負極側から出力する。直流定電圧Vbi2はピークtoピーク電圧Vpの例えば数%から十数%の電圧値に規定されているため、閾値電圧Vthは、ターゲット定電圧Vtgよりも若干低い電圧に規定されている。
コンパレータ14aは、出力部42bに非反転入力端子が接続され、かつ閾値電圧Vthが反転入力端子に入力されて、出力部42bから出力されるシングルエンド信号Vdを閾値電圧Vthと比較して二値化することにより、出力端子から符号特定用信号Sfを出力する。上記したように、閾値電圧Vthがターゲット定電圧Vtgよりも若干低い電圧に規定されていることから、このコンパレータ14aを備えた信号生成部5は、図8に示すように、シングルエンド信号Vd(ピークtoピーク電圧が電圧Vpで、かつその高電位側電圧がターゲット定電圧Vtgに規定された信号)を閾値電圧Vthで確実に二値化して、シリアルバスSBを介して伝送されるCANフレームを構成する符号Csが「1」の期間において高電位(コンパレータ14aの最大出力電圧)となり、この符号Csが「0」の期間において低電位(コンパレータ14aの最小出力電圧)となる符号特定用信号Sfを生成して出力する。
図7に示す構成の波形整形回路42および信号生成部5では、上記の構成により、例えば、ターゲット定電圧Vtgを、グランドGの電位(ゼロボルト)を超え、かつ正電源電圧Vcc未満の正の所定の電圧としたときには、波形整形回路42は、ピークtoピーク電圧Vpで、かつその高電位側電圧がこの正のターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdを出力する。
なお、波形整形回路42については、図5に示す構成や図7に示す構成に限定されるものではなく、図示はしないが、同等の機能を有する種々の構成で実現することができる。
LVDSドライバ6は、信号生成部5から出力される符号特定用信号Sfを入力すると共にLVDS(以下、説明のため、LVDS信号Vfともいう)に変換して出力コネクタ7に出力する。出力コネクタ7には外部のLVDS対応機器が接続可能なため、LVDSドライバ6から出力されたLVDS信号Vfは、この出力コネクタ7に接続されたLVDS対応機器に出力される。
次に、信号生成装置1の使用例、およびその際の信号生成装置1の動作について、図面を参照して説明する。なお、図1,2に示すように、プローブPLaは第1インピーダンス素子2に接続され(つまり、電極部11aの電極21はシールドケーブルCBaの芯線を介して第1インピーダンス素子2の一端に接続され、電極部11aのシールド22はシールドケーブルCBaのシールドを介して信号生成装置1のグランドGに接続され)、プローブPLbは第2インピーダンス素子3に接続されている(つまり、電極部11bの電極21はシールドケーブルCBbの芯線を介して第2インピーダンス素子3の一端に接続され、かつ電極部11bのシールド22はシールドケーブルCBbのシールドを介して信号生成装置1のグランドGに接続されている)ものとする。
まず、図2に示すように、自動車に敷設されているシリアルバスSBにおける被覆導線La,Lbの被覆部に電極21が接触(当接)するように各プローブPLa,PLbの電極部11a,11bを被覆導線La,Lbにそれぞれ装着すると共に、シリアルバスSBから読み取ったCANフレーム(符号Csの列)を示すLVDS信号Vfを出力すべきLVDS対応機器を出力コネクタ7に接続する。
この場合、本例の信号生成装置1では、被覆導線La,Lb自体を加工する(絶縁被覆を剥がす)ことなく、電極部11a,11bを装着するだけでシリアルバスSBからロジック信号Saを読み取ることができるため、シリアルバスSBにコネクタが配設されていない場合においても使用することができる。また、コネクタが配設されていたとしても、シリアルバスSBに対する接続場所(電極部11a,11bの装着場所)がコネクタの配設場所に限定されずに、被覆導線La,Lbの長手方向における任意の場所に接続する(電極部11a,11bを装着する)ことが可能となっている。
この状態において、自動車に搭載された図外のCAN通信対応機器(制御情報を示すCANフレームを出力するコントローラや、任意の計測結果を示すCANフレームを出力する検出器等)からシリアルバスSBにロジック信号Saが出力されたときに、信号生成装置1では、被覆導線Laに装着された電極部11aとシールドケーブルCBaを介して接続された第1インピーダンス素子2には、被覆導線Laに伝送されている電圧信号Vaの電圧Vaに応じて電圧が変化する第1電圧信号Vc1が発生し、また被覆導線Lbに装着された電極部11bとシールドケーブルCBbを介して接続された第2インピーダンス素子3には、被覆導線Lbに伝送されている電圧信号Vbの電圧Vbに応じて電圧が変化する第2電圧信号Vc2が発生する。
信号生成装置1では、差動増幅部4が、この第1電圧信号Vc1およびこの第2電圧信号Vc2を入力すると共に、これらの電圧信号Vc1,Vc2の差分電圧(Vc1−Vc2)に応じて電圧が変化するシングルエンド信号Vdを出力する。この場合、差動増幅部4では、波形整形回路42が図5に示す回路構成のときには、図6に示すように、シリアルバスSBに伝送されているCANフレームを構成する符号Csが「0」の期間には信号の電圧が低電位(ターゲット定電圧Vtg)になり、この符号Csが「1」の期間には信号の電圧が高電位になるシングルエンド信号Vd(つまり、低電位期間の信号の電圧(信号のボトム電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されるように波形整形された信号)を出力する。また、波形整形回路42が図7に示す回路構成のときには、図8に示すように、シリアルバスSBに伝送されているCANフレームを構成する符号Csが「1」の期間には信号の電圧が高電位(ターゲット定電圧Vtg)になり、この符号Csが「0」の期間には信号の電圧が低電位になるシングルエンド信号Vd(つまり、高電位期間の信号の電圧(信号のトップ電圧)がターゲット定電圧Vtgに規定されるように波形整形された信号)を出力する。
また、信号生成装置1では、波形整形回路42が図5に示す回路構成のときには、この波形整形回路42の回路構成に対応して図5に示す回路に構成された信号生成部5が、図6に示すように、シリアルバスSBを介して伝送されるCANフレームを構成する符号Csが「1」の期間において「高電位期間」となり、この符号Csが「0」の期間において「低電位期間」となる符号特定用信号Sfを生成して出力する。また、波形整形回路42が図7に示す回路構成のときには、この波形整形回路42の回路構成に対応して図7に示す回路に構成された信号生成部5が、図8に示すように、シリアルバスSBを介して伝送されるCANフレームを構成する符号Csが「1」の期間において「高電位期間」となり、この符号Csが「0」の期間において「低電位期間」となる符号特定用信号Sfを生成して出力する。
また、LVDSドライバ6は、信号生成部5から出力される符号特定用信号Sfを入力すると共にLVDS信号Vfに変換して、出力コネクタ7に接続されたLVDS対応機器に出力する。これにより、このLVDS対応機器では、このLVDS信号Vfに基づき、LVDS信号Vfで示されるCANフレームCs(シリアルバスSBを介して伝送されるCANフレーム)についての各種の処理(記憶処理や表示処理など)が実行される。
このように、この信号生成装置1では、一対のプローブPLa,PLbを介して接続された一対の被覆導線La,Lb(シリアルバスSB)を介して伝送されるロジック信号Saに対応する符号Csを特定可能な符号特定用信号Sfを生成(検出)すると共に、LVDS信号Vfに変換して外部に出力する。つまり、この信号生成装置1では、CAN通信用の一対の被覆導線La,Lbを介して伝送されているCANフレーム(符号の列)を特定可能な符号特定用信号Sfを生成すると共にLVDS信号Vfで出力する。したがって、この信号生成装置1によれば、既に多く存在しているLVDS対応機器(収集装置など)を使用してCANフレームについての各種の処理を実行することができるため、極めて有用で便利となる。
また、この信号生成装置1では、第1ハイインピーダンス回路HIC1を介して被覆導線Laに接続されると共に、第2ハイインピーダンス回路HIC2を介して被覆導線Lbに接続される。したがって、この信号生成装置1によれば、被覆導線La,Lbに伝送されている電圧信号Va,Vbに対して殆ど影響を与えることなく、電圧信号Va,Vbを検出して符号特定用信号Sfを生成し、LVDS信号Vfを外部のLVDS対応機器に出力することができる。
また、この信号生成装置1では、第1電圧信号Vc1および第2電圧信号Vc2を入力すると共に差分電圧(Vc1−Vc2)に応じて電圧が変化する差分信号Vd0を出力する差動増幅回路41、およびこの差分信号Vd0を、差分信号Vd0の交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpと同等のピークtoピーク電圧Vpで、かつその高電位側電圧(高電圧期間THの電圧)および低電位側電圧(低電圧期間TLの電圧)のうちのいずれか一方がターゲット定電圧Vtgに規定されたシングルエンド信号Vdに整形(波形整形)して出力する(つまり、差分信号Vd0に重畳している直流成分A(低周波ノイズ)を除去して出力する)波形整形回路42を備えて構成されている。
したがって、この信号生成装置1によれば、波形整形回路42の後段に配置される信号生成部5が、上記のターゲット定電圧Vtgを基準として規定された閾値電圧Vthと比較することで、シングルエンド信号Vdを確実に二値化して(一定振幅の信号にして)符号特定用信号Sfを生成することができる。
なお、本例では、上記したように、波形整形回路42の後段に信号生成部5を配置して、二値化された(一定振幅の信号に変換された)符号特定用信号Sfを生成する構成を採用しているが、差分信号Vd0の交流成分Vd0acのピークtoピーク電圧Vpがほぼ一定のときには、シングルエンド信号Vdを二値化せずに、そのまま符号特定用信号Sfとして出力する構成を採用することもできる。この構成の信号生成装置1によれば、信号生成部5を不要にできる分だけ、装置構成を簡略化することができる。
また、この信号生成装置1では、シリアルバスSBを構成する一対の信号線が被覆導線La,Lbで構成され、一対のプローブPLa,PLbは、対応する被覆導線La,Lbにおける被覆部に接触させられて、被覆導線La,Lbと容量結合する電極21をそれぞれ備えている。したがって、この信号生成装置1によれば、一対の被覆導線La,Lbにおける長手方向の任意の部位にプローブPLa,PLbを接続する(つまり、被覆導線Lの任意の部位の被覆部に電極部11a,11bの各電極21を接触させる)簡易な作業を行うことで、シリアルバスSBを介して伝送されているロジック信号Saによって示されている符号Csを特定可能な符号特定用信号Sfを生成すると共に、LVDS信号Vfに変換して外部に出力することができる。
また、上記の信号生成装置1では、プローブPLa,PLbを備える構成を採用しているが、プローブPLa,PLbを別体とする構成を採用して、信号生成装置1を使用する際に、信号生成装置1にプローブPLa,PLbを接続するようにしてもよい。
また、図5,7に示す上記の波形整形回路42では、直列回路SCのスイッチ42fが正論理で動作するように構成されているが、この構成に限定されず、負論理(ローアクティブ)で動作する(つまり、制御パルス信号Vctが低電位のときにオン状態に移行し、制御パルス信号Vctが高電位のときにオフ状態に移行するように動作する)構成であってもよい。この場合、制御パルス信号Vctを出力するスイッチ制御回路SWCの構成も図5,7の構成から変更する。以下では、図5,7に示す上記の波形整形回路42のスイッチ42fを負論理で動作する構成としたときの波形整形回路の構成について、図5の波形整形回路42に対応する波形整形回路42については図10を参照して、また図7の波形整形回路42に対応する波形整形回路42については図11を参照して、スイッチ制御回路SWCの構成を含めて説明する。
まず、図10を参照しつつ、負論理で動作するスイッチ42fを有する波形整形回路42の構成について説明する。なお、この波形整形回路42は、図5に示す波形整形回路42と比較して、スイッチ42fが負論理で動作する構成に加えて、上記したように制御パルス信号Vctを出力するスイッチ制御回路SWCの構成が相違すること以外は図5に示す波形整形回路42と同一である。このため、この波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCについて主として説明する。
この波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCは、図5の波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCと同様にして、図6に示すように、交流成分Vd0acにおける低電圧期間TLにスイッチ42fをオン状態に移行させることでシングルエンド信号Vdにおける低電位側電圧(低電圧期間TLの電圧)をターゲット定電圧Vtgに規定(固定)し、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにスイッチ42fをオフ状態に移行させるための制御パルス信号Vctを出力する。ただし、図10の波形整形回路42のスイッチ42fは、図5の波形整形回路42のスイッチ42fとは異なり、負論理で動作する。このため、図10のスイッチ制御回路SWCからは、図5のスイッチ制御回路SWCから出力される制御パルス信号Vctの極性とは逆の極性の制御パルス信号Vctを出力させる(つまり、図8に示す制御パルス信号Vctと同じ極性で出力させる)必要がある。
したがって、図10の波形整形回路42におけるスイッチ制御回路SWCは、図8に示す極性で制御パルス信号Vctを出力する図7に示す波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCと同等の基本構成を備えている。すなわち、図10のスイッチ制御回路SWCでは、コンパレータ42gの非反転入力端子がコンデンサ42cの他端部に接続され、反転入力端子に基準電圧Vr1が入力される構成となっている。ただし、図10の波形整形回路42では、基準電圧Vr1については図5の波形整形回路42と同等にする必要があることから、図10に示すように、基準電源42hは、図5の波形整形回路42と同等に構成されて、ターゲット定電圧Vtgよりも高い電圧を基準電圧Vr1として出力する。
この構成により、負論理のスイッチ42fを駆動するスイッチ制御回路SWCは、コンデンサ42cの他端部の電圧(つまり、シングルエンド信号Vdの電圧)が基準電圧Vr1を上回る状態から低下して基準電圧Vr1を下回った時点で、高電位から低電位に移行し、逆に、コンデンサ42cの他端部の電圧(シングルエンド信号Vdの電圧)が基準電圧Vr1を下回る状態から上昇して基準電圧Vr1を上回った時点で、低電位から高電位に移行する制御パルス信号Vct(図6に示す制御パルス信号Vctとは逆極性の信号(低電圧期間TLにおいて低電位となり、高電圧期間THにおいて高電位となる信号))を生成して、負論理のスイッチ42fに出力する。その結果として、負論理のスイッチ42fは、図5に示す波形整形回路42の正論理のスイッチ42fと同じタイミングでオン状態からオフ状態に、またオフ状態からオン状態に移行する。つまり、図10に示すように負論理のスイッチ42fおよびこのスイッチ42f用に構成された上記のスイッチ制御回路SWCを備えた波形整形回路42は、図5に示す波形整形回路42(正論理のスイッチ42fを備えた波形整形回路)と同等に機能する。
次に、図11を参照しつつ、負論理で動作するスイッチ42fを有する波形整形回路42の構成について説明する。なお、この波形整形回路42は、図7に示す波形整形回路42と比較して、スイッチ42fが負論理で動作する構成に加えて、上記したように制御パルス信号Vctを出力するスイッチ制御回路SWCの構成が相違すること以外は図7に示す波形整形回路42と同一である。このため、この波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCについて主として説明する。
この波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCは、図7の波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCと同様にして、図8に示すように、交流成分Vd0acにおける高電圧期間THにスイッチ42fをオン状態に移行させることでシングルエンド信号Vdにおける高電位側電圧(高電圧期間THの電圧)をターゲット定電圧Vtgに規定(固定)し、交流成分Vd0acにおける低電圧期間TLにスイッチ42fをオフ状態に移行させるための制御パルス信号Vctを出力する。ただし、図11の波形整形回路42のスイッチ42fは、図7の波形整形回路42のスイッチ42fとは異なり、負論理で動作する。このため、図11のスイッチ制御回路SWCからは、図7のスイッチ制御回路SWCから出力される制御パルス信号Vctの極性とは逆の極性の制御パルス信号Vctを出力させる(つまり、図6に示す制御パルス信号Vctと同じ極性で出力させる)必要がある。
したがって、図11の波形整形回路42におけるスイッチ制御回路SWCは、図6に示す極性で制御パルス信号Vctを出力する図5に示す波形整形回路42のスイッチ制御回路SWCと同等の基本構成を備えている。すなわち、図11のスイッチ制御回路SWCでは、コンパレータ42gの反転入力端子がコンデンサ42cの他端部に接続され、非反転入力端子に基準電圧Vr1が入力される構成となっている。ただし、図11の波形整形回路42では、基準電圧Vr1については図7の波形整形回路42と同等にする必要があることから、図11に示すように、基準電源42hは、図7の波形整形回路42と同等に構成されて、ターゲット定電圧Vtgよりも低い電圧を基準電圧Vr1として出力する。
この構成により、負論理のスイッチ42fを駆動するスイッチ制御回路SWCは、コンデンサ42cの他端部の電圧(つまり、シングルエンド信号Vdの電圧)が基準電圧Vr1を上回る状態から低下して基準電圧Vr1を下回った時点で、低電位から高電位に移行し、逆に、コンデンサ42cの他端部の電圧(シングルエンド信号Vdの電圧)が基準電圧Vr1を下回る状態から上昇して基準電圧Vr1を上回った時点で、高電位から低電位に移行する制御パルス信号Vct(図8に示す制御パルス信号Vctとは逆極性の信号(高電圧期間THにおいて低電位となり、低電圧期間TLにおいて高電位となる信号))を生成して、負論理のスイッチ42fに出力する。その結果として、負論理のスイッチ42fは、図7に示す波形整形回路42の正論理のスイッチ42fと同じタイミングでオン状態からオフ状態に、またオフ状態からオン状態に移行する。つまり、図11に示すように負論理のスイッチ42fおよびこのスイッチ42f用に構成された上記のスイッチ制御回路SWCを備えた波形整形回路42は、図7に示す波形整形回路42(正論理のスイッチ42fを備えた波形整形回路)と同等に機能する。
このように、図5,7に示す波形整形回路42のスイッチ42fを負論理で動作するスイッチに代える構成(図10,11に示す波形整形回路42の構成)を採用することもできる。
また、上記の信号生成装置1では、「高電位期間」および「低電位期間」の配列パターンがシリアルバスSBを介して伝送されているロジック信号Saのロジックパターン(つまり、電位差(Va−Vb)の大小のパターン)と反転する符号特定用信号Sfを生成して出力する構成を採用したが、図示はしないが、信号生成装置1が、「高電位期間」および「低電位期間」の配列パターンがシリアルバスSBを介して伝送されているロジック信号Saのロジックパターン(電位差(Va−Vb)の大小のパターン)と一致する符号特定用信号(上記した符号特定用信号Sfと位相が反転した信号)を生成して出力する構成を採用することもできる。
また、上記の各プローブPLa,PLbは、被覆導線Lの絶縁被覆部に接触すると共に被覆導線Lの金属部(芯線)と容量結合する電極21を有する構成であるが、この構成に限定されるものではない。例えば、図9に示すプローブPLa,PLbのように、ボディ部23、コンデンサ24および接触子25を備えた構成とすることもできる。この場合、ボディ部23は、絶縁材料を用いて、手で把持し得る外径の筒状体(両端が閉塞された筒体)に形成されている。また、コンデンサ24は、ボディ部23の内部に形成された中空部に配置されている。この場合、コンデンサ24の容量は、上記した結合容量と同等の容量値(数pF程度)に規定されている。また、接触子25は、導電性材料(金属材料)を用いて、先端部が鋭利な柱状体に形成されている。また、接触子25は、先端部がボディ部23の一方の端部における端面から突出した状態で、基端部がボディ部23の一方の端部側に埋設されることで、ボディ部23の一方の端部に固定されている。また、ボディ部23の他方の端部における端面には、シールドケーブルCBa(CBb)の端部が内部に挿入された状態で固定されている。また、ボディ部23の内部において、コンデンサ24の一対の端子のうちの一方の端子が接触子25の基端部に接続され、コンデンサ24の他方の端子がシールドケーブルCBa(CBb)の芯線CW1に接続されている。
この構成のプローブPLa,PLbは、その接触子25の先端部を、対応する被覆導線La,Lbの絶縁被覆部CVから露出する金属部(芯線)CW2に金属接触させて使用される。この構成のプローブPLa,PLbにおいても、接触子25とシールドケーブルCBa(CBb)の芯線CW1との間に、電圧信号Va(Vb)の周波数域において数十kΩ以上のハイインピーダンスとなる小容量のコンデンサ24が介在することから、プローブPLは被覆導線Lにハイインピーダンス状態で接続される。したがって、このプローブPLaおよび第1インピーダンス素子2は、全体として上記の第1ハイインピーダンス回路HIC1を構成し、このプローブPLbおよび第2インピーダンス素子3は、全体として上記の第2ハイインピーダンス回路HIC2を構成することから、この構成のプローブPLa,PLbを使用する場合においても、信号生成装置1は、被覆導線La,Lbに伝送されている電圧信号Va,Vbに対して殆ど影響を与えることなく、電圧信号Va,Vbを検出することが可能となっている。
また、この構成のプローブPLa,PLbでは、内蔵されたコンデンサ24が、被覆導線La,Lbと信号生成装置1側の電子回路とを直流的に絶縁するガルバニック絶縁回路として機能して、被覆導線La,Lbに重畳する虞のある直流電圧の信号生成装置1への印加を回避して、安全性を高めることが可能となっている。
また、上記した各波形整形回路42は、直列接続された第4インピーダンス素子42eおよびスイッチ42fで構成された直列回路SCを備えて、シングルエンド信号Vdの高電位側電圧(高電圧期間の電圧)および低電位側電圧(低電圧期間の電圧)のうちのいずれか一方の電圧をターゲット定電圧Vtgに規定(固定)する際に、直列回路SC(つまり、第4インピーダンス素子42e(十分に低い抵抗値の抵抗))を介してターゲット定電圧Vtgを、シングルエンド信号Vdが出力される出力部42bに、低インピーダンスで供給(印加)するように構成されているが、この構成に限定されるものではない。
例えば、図5,7に示す各波形整形回路42を例に挙げて説明すると、対応する図12,13の波形整形回路42のように、第4インピーダンス素子42eを削除して(短絡して)、ターゲット定電圧Vtgをオン状態のスイッチ42fだけを介して直接供給し得る構成(一層低インピーダンスな状態で供給し得る構成)を採用することもできる。なお、この構成では、図12,13に示すように、コンデンサ42cの他端部と出力部42bとの間に第5インピーダンス素子42rを配設する構成を採用するものとする。
まず、図12の波形整形回路42の具体的な構成について、基本構成が関連する図5の波形整形回路42と比較しつつ説明する。なお、図5の波形整形回路42の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。図12の波形整形回路42では、図5に示す波形整形回路42の第4インピーダンス素子42eが削除されている(短絡されている)。つまり、ターゲット定電圧Vtgの電位と出力部42bとの間に、スイッチ42fだけが配置されている。また、図12の波形整形回路42では、新たな第5インピーダンス素子42rが、一端部がコンデンサ42cの他端部(コンパレータ42gの反転入力端子が接続されている端部)に接続されると共に、他端部が出力部42bに接続されることで、コンデンサ42cの他端部と出力部42bとの間に配設されている。
この構成により、図12の波形整形回路42では、オン状態のスイッチ42fを介して極めて低インピーダンス(第4インピーダンス素子42eを介して印加する図5の構成と比較して一層低インピーダンス)でターゲット定電圧Vtgを出力部42bに印加することが可能となっている。これにより、図12の波形整形回路42は、図5の波形整形回路42と同等に機能して差分信号Vd0からシングルエンド信号Vdを生成して出力すると共に、シングルエンド信号Vdの立ち下がりをより急峻にすること(ターゲット定電圧Vtgへの移行に要する時間をより短くすること)ができる。また、これにより、後段に配置された信号生成部5において、ターゲット定電圧Vtgを基準として規定された閾値電圧Vthと比較することで、シングルエンド信号Vdを一層確実に、かつより正確なパルス幅で二値化して符号特定用信号Sfを生成することができる。
次いで、図13の波形整形回路42の具体的な構成について、基本構成が関連する図7の波形整形回路42と比較しつつ説明する。なお、図7の波形整形回路42の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。図13の波形整形回路42でも、図7に示す波形整形回路42の第4インピーダンス素子42eが削除されている(短絡されている)。つまり、ターゲット定電圧Vtgの電位と出力部42bとの間に、スイッチ42fだけが配置されている。また、図13の波形整形回路42では、新たな第5インピーダンス素子42rが、一端部がコンデンサ42cの他端部(コンパレータ42gの非反転入力端子が接続されている端部)に接続されると共に、他端部が出力部42bに接続されることで、コンデンサ42cの他端部と出力部42bとの間に配設されている。
この構成により、図13の波形整形回路42でも、オン状態のスイッチ42fを介して極めて低インピーダンス(第4インピーダンス素子42eを介して印加する図7の構成と比較して一層低インピーダンス)でターゲット定電圧Vtgを出力部42bに印加することが可能となっている。これにより、図13の波形整形回路42は、図7の波形整形回路42と同等に機能して差分信号Vd0からシングルエンド信号Vdを生成して出力すると共に、シングルエンド信号Vdの立ち上がりをより急峻にすること(ターゲット定電圧Vtgへの移行に要する時間をより短くすること)ができる。また、これにより、図13の波形整形回路42と同様にして、後段に配置された信号生成部5において、より正確なパルス幅で二値化された符号特定用信号Sfを生成させることができる。
また、上記のように、互いに別体に構成されたプローブPLa,PLbを備えた信号生成装置1では、各電極部11a,11bが一体的に形成されている構成のプローブを備えた構成とは異なり、図14に示すように、別体に構成されたプローブPLa,PLbのそれぞれの自由端側に配設されることで互いに別体に形成された電極部11a,11bをシリアルバスSBにおける長手方向(長さ方向)Wに沿って離間する任意の2つの位置(同図に示すように、電極部11aは、一般的に互いにツイストされている(撚り合わされている)被覆導線La,Lbのうちの被覆導線Laの第1の位置P1に、電極部11bはシリアルバスSBを構成する被覆導線Lbの第2の位置P2)に装着して使用することができる。このため、図示はしないが、各電極部11a,11bが一体的に形成されていて、シリアルバスSBにおける長手方向Wに沿った同じ位置に取り付ける構成(ツイストされている被覆導線La,Lbをこの位置において解いて、電極部11a,11bを取付可能な距離だけ離す作業と、電極部11a,11bをこの位置における対応する被覆導線La,Lbに同時に取り付ける作業とを行う必要がある構成)のプローブを備えた構成とは異なり、各電極部11a,11bを、それぞれが取り付け易い各位置P1,P2においてツイストされている被覆導線La,Lbを解いて取り付けることができる。また、各電極部11a,11bをシリアルバスSBにおける長手方向Wに沿った別の位置P1,P2に取り付ける構成のため、ツイストされている被覆導線La,Lbを各位置P1,P2において解く量を少なくすることができる。したがって、信号生成装置1によれば、各電極部11a,11bのシリアルバスSBへの装着を確実に行えると共に、装着に要する時間の短縮も図ること(装着性を高めること)ができる。
また、各プローブPLa,PLbを共通の1つのコネクタを介して信号生成装置1に接続するようにし、かつ各プローブPLa,PLbにおける各基端部側の部位(例えば図14に示す部位X)を、電極部11a,11b側の部位をある程度露出させた状態のままで熱収縮チューブなどで一本化する(まとめる)ようにしてもよい。また、図14の信号生成装置1では、各プローブPLa,PLbの基端部側をそれぞれ信号生成装置1に接続する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。
例えば、図15に示す信号生成装置1のように、2芯シールドケーブルCBcを介して信号生成装置1に接続された接続ボックスなどの接続部51に、各プローブPLa,PLbの基端部側をそれぞれ接続する構成を採用することもできる。この構成では、2芯シールドケーブルCBcは、基端部側が不図示のコネクタを介して信号生成装置1に接続されると共に、2つの芯線がこのコネクタを介して信号生成装置1内の各インピーダンス素子2,3に接続されると共に、不図示のシールドが信号生成装置1内のグランドGに接続されている。また、接続部51は、2芯シールドケーブルCBcの自由端側に接続されている。この場合、接続部51内には、2芯シールドケーブルCBcに含まれてインピーダンス素子2に接続される一方の芯線を、対応するプローブPLaを構成するシールドケーブルCBaの芯線に接続し、2芯シールドケーブルCBcに含まれてインピーダンス素子3に接続される他方の芯線を、対応するプローブPLbを構成するシールドケーブルCBbの芯線に接続し、かつ2芯シールドケーブルCBcのシールドを、各プローブPLa,PLbを構成する各シールドケーブルCBa,CBbのシールドに接続する不図示の接続回路が内蔵されている。
この図15に示す信号生成装置1においても、別体に形成された一対のプローブPLa,PLbの自由端側に各電極部11a,11bが配置されている構成のため、上記した図14に示す信号生成装置1と同等の効果を奏することができる。
また、上記の信号生成装置1では、被覆導線La,Lbの金属部(芯線)と容量結合する電極部11a,11bが自由端部側に配設されたプローブPLa,PLbを介して被覆導線La,Lbに接続されると共に、被覆導線La,Lbに伝送されている電圧信号Va,Vbの電圧Va,Vbに応じて電圧が変化する各電圧信号Vc1,Vc2を生成し、この電圧信号Vc1,Vc2に基づいて、電圧信号Va,Vbに対応する符号Csを特定可能な符号特定用信号Sfを生成する構成(すなわち、電圧検出プローブとして機能する上記のプローブPLa,PLbを使用する構成)を採用しているが、この構成に限定されるものではない。
例えば、プローブPLa,PLbに代えて、図16に示すように、一対の電流検出プローブPLc,PLd(被覆導線La,Lbを切断することなく、被覆導線La,Lbに装着し得るクランプ式の電流検出プローブが好ましい)を信号生成装置1に接続して、符号特定用信号Sfを生成する構成を採用することもできる。公知となっている様々な電流検出プローブをこの電流検出プローブPLc,PLdとして使用することができるが、以下では、一例として、本願出願人が既に提案している特開2006−343109号公報に開示されている電流検出プローブを使用する例を挙げて説明する。
この電流検出プローブPLc,PLdは、図16に示すように、略円形に形成されると共に先端が開閉自在に構成されたクランプ部61と、クランプ部61の内部に配設されて鉄心などの磁気コアに巻線を巻き付けたコイルで構成された電流センサ(図示せず)とを備えて、同一に構成されている。この電流センサは、各クランプ部61で対応する被覆導線(電流検出プローブPLcでは被覆導線La、電流検出プローブPLdでは被覆導線Lb)を挟み込んだ状態(クランプした状態)において、対応する被覆導線を流れている電流(被覆導線Laを流れている電流Iaと、被覆導線Lbを流れている電流Ib)を検出してその電流値に振幅が比例する電流対応信号Vi(電流Iaについての電流対応信号Viaと、電流Ibについての電流対応信号Vib)を検出信号として信号生成装置1に出力する。なお、この電流検出プローブPLc,PLdは、上記した構成により、AC電流検出プローブ(交流電流検出プローブ)として構成されているが、電流検出プローブPLc,PLdとして交流電流だけでなく直流電流についても測定し得るDC電流検出プローブ(直流電流検出プローブ)を採用してもよいのは勿論である。
被覆導線Laを流れている電流Iaは、被覆導線Laに伝送される電圧信号Vaの電圧Vaに応じてその電流値が変化することから、電流対応信号Viaは電圧信号Vaの電圧Vaに応じてその電圧値が変化する。また、被覆導線Lbを流れている電流Ibは、被覆導線Lbに伝送される電圧信号Vbの電圧Vbに応じてその電流値が変化することから、電流対応信号Vibは電圧信号Vbの電圧Vbに応じてその電圧値が変化する。したがって、信号生成装置1では、電流検出プローブPLc,PLdが接続されている構成においても、プローブPLa,PLbが接続されている上記の構成と同様にして、差動増幅回路41(上記した種々の差動増幅回路41のうちのいずれか1つ)が、電流対応信号Via,Vibに基づき差分信号Vd0を生成して出力し、波形整形回路42(上記した種々の波形整形回路42のうちのいずれか1つ)がこの差分信号Vd0からシングルエンド信号Vdを生成して出力し、信号生成部5(上記した種々の信号生成部5のうちの波形整形回路42に対応する1つ)がこのシングルエンド信号Vdを二値化して符号特定用信号Sfを生成し、LVDSドライバ6がこの符号特定用信号SfをLVDS信号Vfに変換して、出力コネクタ7に接続されたLVDS対応機器に出力することができる(図2参照)。
したがって、図16に示す構成の信号生成装置1によれば、一対の被覆導線La,Lbにおける長手方向Wの任意の部位に電流検出プローブPLc,PLdを装着する(この例では、クランプ部61をクランプ)するという簡易な作業を行うことで、シリアルバスSBを介して伝送されているロジック信号Saによって示されている符号Csを特定可能な符号特定用信号Sfを生成し、かつLVDS信号Vfに変換して外部のLVDS対応機器に出力することができる。また、対応する被覆導線La,Lbと磁気的に結合する電流検出プローブPLc,PLdもまた、上記したプローブPLa,PLbと同様にして、対応する被覆導線La,Lbに対して、第1ハイインピーダンス回路HIC1および第2ハイインピーダンス回路HIC2を構成する。したがって、この電流検出プローブPLc,PLdを有する信号生成装置1においても、被覆導線La,Lbに伝送されている電圧信号Va,Vbに対して殆ど影響を与えることなく、実質的に電圧信号Va,Vbを検出して符号特定用信号Sfを生成し、LVDS信号Vfを外部のLVDS対応機器に出力することができる。