JP2023539422A - 電気信号を生成及び測定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

電気信号を生成及び測定するためのシステムが開示される。システムは、制御信号に基づいて１つ以上のアナログ信号を生成するように構成されているデジタル－アナログ変換器モジュールと、１つ以上のチャネルとを備える。各チャネルは、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子と、バッファ回路とを備える。バッファ回路は、１つ以上のアナログ信号のうちの１つのアナログ信号を受信し、受信したアナログ信号の電圧に基づく電圧を出力端子に提供するように構成されている。バッファ回路は、電流源に電気的に接続され、電流源と出力端子との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されている。システムは、電圧測定システムと、電流測定システムとをさらに備える。電圧測定システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている。電流測定システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子を通って流れる電流を測定するように構成されている。電気信号を生成及び測定するための方法も開示される。

Description

技術分野
本発明は、電気信号を生成及び測定するための方法及びシステムに関する。

背景
ソース・メジャー・ユニット（ＳＭＵ）は、ソース／メジャーユニットとしても知られ、ＳＭＵの制御を使用してその特性が設定又は変更され得る電気信号の供給と測定を同時に行うように構成されている電子デバイスである。ＳＭＵは、電子部品を試験し、電気回路に供給される電流及び電圧を正確に監視するために、産業及び実験室環境において一般的に使用されている。

典型的なＳＭＵは、商用電源又はバッテリのいずれかによって給電され、１～４つの出力ポートを有するスタンドアロンのベンチトップデバイスである。しかしながら、特定のアプリケーションの供給及び測定に必要とされる信号の数は、典型的なＳＭＵの容量を超える。例えば、フォトニック集積回路は、異なる電力及び検知要件を有する数十又は数百の能動電子素子を含む場合がある。

そのような用途は、必要な数の電気信号を別個に供給及び測定するために、複数のＳＭＵ、又はこれらが利用可能でない場合には、複数のセンサと信号発生器又は電源との組み合わせを必要とする。しかしながら、これらの解決策は、通常、より高いコスト及びスペース要件を伴い、リソースが限られている。さらに、複数のＳＭＵ又は複数のセンサ、信号発生器、及び電源を制御する複雑さは、これらのデバイスの数とともに急速に増大する。

先行技術に関連する１つ以上の欠点又は制限に対処又は改善すること、又は少なくとも有用な代替案を提供することが望ましい。

本明細書における任意の先行刊行物（又はそれに由来する情報）又は任意の既知の事項への言及は、その先行刊行物（又はそれに由来する情報）又は既知の事項が、本明細書が関連する試行の分野における共通の一般知識の一部を形成することの同意若しくは承認又は任意の形態の示唆ではなく、また、そのように解釈されるべきではない。

概要
例示的な態様によれば、電気信号を生成及び測定するためのシステムが提供される。システムは、制御信号に基づいて１つ以上のアナログ信号を生成するように構成されているデジタル－アナログ変換器モジュールと、１つ以上のチャネルとを備える。各チャネルは、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子と、１つ以上のアナログ信号のうちの１つのアナログ信号を受信し、受信したアナログ信号の電圧に基づく電圧を出力端子に提供するように構成され、電流源に電気的に接続され、電流源と出力端子との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されているバッファ回路とを備える。システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、各チャネルについて、チャネルの出力端子に流れる電流を測定する電流測定システムとをさらに備える。

特定の実施形態では、デジタル－アナログ変換器モジュールは、デジタル制御信号と、電源から受信される電圧又は電力信号とに基づいて、１つ以上のアナログ信号の電圧を制御するように構成されている電圧源デジタル－アナログ変換器モジュールである。特定の実施形態では、１つ以上のアナログ信号は１つ以上の電圧信号であり、制御信号は第１の制御信号であり、電流源は、第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器モジュールであり、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、電流信号をチャネルの出力端子に提供するように構成されている。

特定の実施形態では、デジタル－アナログ変換器モジュールは、１つ以上のアナログ信号の極性を制御するように構成されている。特定の実施形態では、デジタル－アナログ変換器モジュールは、基準電圧である第１の電圧を受け取るように構成されている第１の端子と、基準電圧とは異なる第２の電圧を受け取るように構成されている第２の端子と、第３の端子とを備える。特定の実施形態では、システムは、デジタル－アナログ変換器モジュールに動作可能に接続されたスイッチモジュールをさらに備え、スイッチモジュールは、基準電圧を受け取るために第３の端子が第１の端子に電気的に接続されている第１の状態と、第３の端子が第１の端子から電気的に切断されており、第３の電圧を受け取るように構成されている第２の状態であって、第３の電圧及び第２の電圧が反対の極性を有する、第２の状態との間で切り替え可能である。

特定の実施形態では、上記チャネルのうちの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、電気デバイスが出力端子から電流を引き出すときに電流源が出力端子に電流を供給することを可能にし、電気デバイスが出力端子に電流を供給するときに電流源が出力端子から電流を受け取ることを可能にするように構成されている。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、チャネルは、電流源と出力端子との間の電流の流れを制限するように構成されている電流リミッタをさらに備える。特定の実施形態では、電流リミッタは、電流源によって出力端子に供給される電流を決定し、決定された電流を基準値と比較し、決定された電流が基準値よりも大きい場合、電流源によって出力端子に供給される電流を制限するようにさらに構成されている。特定の実施形態では、電流リミッタは、バッファ回路と出力端子との間に電気的に接続された抵抗器の両端の電圧を測定することによって、電流源によって出力端子に供給される電流を決定するように構成されている。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、デジタル－アナログ変換器モジュールと出力端子との間の電流の流れを遮断又は閉塞するように構成されている。特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、出力端子に提供するよりも高いインピーダンスをデジタル－アナログ変換器モジュールに提供する。特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、電流源に提供するよりも高いインピーダンスをデジタル－アナログ変換器モジュールに提供する。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路は、さらなる制御信号に基づいて電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器を備える。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、バッファ回路はバッファ増幅器を備える。特定の実施形態では、バッファ増幅器は電圧バッファである。特定の実施形態では、バッファ増幅器は演算増幅器を備える。特定の実施形態では、バッファ増幅器はボルテージフォロワを備える。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、出力端子は第１の出力端子であり、チャネルは、第１の出力端子と同じ電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている第２の出力端子をさらに備え、バッファ回路は、受信されたアナログ信号の電圧に対応する差動電圧を第１の出力端子及び第２の出力端子に提供するように構成されており、電流源と第２の出力端子との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されている。特定の実施形態では、バッファ回路は、第１の出力端子に第１の電圧を供給し、第２の出力端子に第２の電圧を供給するように構成されているシングルエンド－差動変換器を備え、第１の電圧と第２の電圧との差は、受信されたアナログ信号の電圧に対応する。

特定の実施形態では、電圧測定システムは、上記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧の分画である低減電圧を測定するように構成され、低減電圧は分圧器によって生成される。

特定の実施形態では、システムは、電圧測定システムから、各チャネルについて測定された電圧を示す電圧データを受信し、電流測定システムから、各チャネルについて測定された電流を示す電流データを受信し、各チャネルについて、受信した電圧データに基づいて出力端子における電圧を決定し、各チャネルについて、受信した電流データに基づいて出力端子を通って流れる電流を決定するように構成されている測定読み値処理システムをさらに備える。

特定の実施形態では、電圧測定システムは、各チャネルから、チャネルの出力端子における電圧を示すアナログ電圧を受信し、各チャネルについて、チャネルから受信したアナログ電圧を表す電圧測定値信号を生成するように構成されている電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュールを備え、電圧測定値信号はデジタル信号である。特定の実施形態では、電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュールは、分圧器を通じて各チャネルに電気的に接続される。

特定の実施形態では、電流測定システムは、各々が１つ以上のチャネルのうちの１つのチャネルの出力端子を通って流れる電流を検知するように構成されている１つ以上の電流センサと、各電流センサから、電流センサによって検知された電流を示すアナログ信号を受信し、各チャネルについて、チャネルに関連付けられた電流センサから受信したアナログ信号を表す電流測定値信号を生成するように構成されている電流測定値アナログ－デジタル変換器モジュールとを備え、電流測定値信号はデジタル信号である。

特定の実施形態では、システムは、各チャネルについての電圧測定値信号及び電流測定値信号を受信し、各チャネルについて、受信した電圧測定値信号に基づいてチャネルの出力端子における電圧を決定し、各チャネルについて、受信した電流測定値信号に基づいてチャネルの出力端子を通って流れる電流を決定するように構成されている測定読み値処理システムをさらに備える。特定の実施形態では、測定読み値処理システムは、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＰＩ）又はＩ^２Ｃを通じて電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュール及び電流測定値アナログ－デジタル変換器モジュールと通信するように構成されている。

特定の実施形態では、システムは、測定読み値処理システムから、１つ以上のチャネルの各チャネルの決定された電圧値及び決定された電流値を受信し、受信した電圧値及び電流値を遠隔受信機に送信するように構成されている通信モジュールをさらに備える。

特定の実施形態では、システムは、１つ以上の制御信号を生成するように構成されている設定制御処理システムをさらに備え、デジタル－アナログ変換器モジュールは、設定制御処理システムから制御信号を受信するように構成されている。特定の実施形態では、設定制御処理システムは、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＰＩ）又はＩ^２Ｃを通じてデジタル－アナログ変換器モジュールと通信するように構成されている。特定の実施形態では、設定制御処理システム及び測定読み値処理システムは同じ処理システムである。

別の例示的な態様によれば、電気信号を生成及び測定するためのシステムが提供される。本システムは、第１の制御信号に基づいて１つ以上の電圧信号を生成するように構成されている電圧源デジタル－アナログ変換器モジュールと、第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器モジュールと、１つ以上のチャネルとを備える。各チャネルは、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子と、１つ以上の電圧信号のうちの１つの電圧信号及び１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、受信した電圧信号及び受信した電流信号を出力端子に提供するように構成されているバッファ回路とを備える。システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、各チャネルについて、チャネルの出力端子に流れる電流を測定する電流測定システムとをさらに備える。

特定の実施形態では、上記チャネルの１つ以上のうちの少なくとも１つのチャネルについて、バッファ回路は、受信した電流信号を増幅するように構成されている。

別の例示的な態様によれば、電気信号を生成及び測定するためのシステムが提供される。システムは、制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている１つ以上の電流源と、１つ以上のチャネルであって、各チャネルが、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子を備え、各チャネルが、１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、電流信号をチャネルの出力端子に提供するように構成されている、１つ以上のチャネルと、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、各チャネルについて、チャネルの出力端子を通って流れる電流を測定するように構成されている電流測定システムとを備える。

特定の実施形態では、１つ以上の電流源は、電流源デジタル－アナログ変換器モジュールの一部を形成する。特定の実施形態では、各電流源は、制御信号及び／又は電源から受け取った電力に基づいて１つ以上の電流信号の電流を制御するように構成されている。

特定の実施形態では、前述のシステムのいずれかがソース・メジャー・ユニットである。

別の例示的な態様によれば、電力消費を監視するためのシステムが提供される。システムは、上述のように電気信号を生成及び測定するための１つ以上のシステムと、電気信号を生成及び測定するための１つ以上のシステムの各システムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信するように構成されているデータセンタとを備える。

別の例示的な態様によれば、電気メータであって、上述したような電気信号を生成及び測定するためのシステムと、電気信号を生成及び測定するためのシステムの能動部品に電力を供給するために、電気信号を生成及び測定するためのシステムを電源に電気的に接続するように構成されているスイッチモジュールと、処理システムとを備える、電気メータが提供される。処理システムは、電気信号を生成及び測定するためのシステムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信し、ディスプレイデバイスを動作させて、受信したデータを表示させるように構成されている。

別の例示的な態様によれば、複数の独立した信号発生器を監視するためのシステムが提供される。システムは、上述のような電気信号を生成及び測定するための複数のシステムと、電源から電力を受け取り、電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムに、受け取った電力を分配するように構成されている配電ユニットと、処理システムとを備える。処理システムは、電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信し、電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムの動作パラメータを制御するように構成されている。

別の例示的な態様によれば、電気信号を生成及び測定するための方法が提供される。本方法は、第１の制御信号に基づいて１つ以上の電圧信号を生成することと、第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成することと、各電圧信号及び各電流信号について、１つ以上のバッファ回路のうちの１つのバッファ回路を通じて１つ以上の出力端子のうちの１つの出力端子に電圧信号及び電流信号を提供することと、各出力端子について、出力端子における電圧を示す電圧を測定することと、各出力端子について、出力端子を通る流れを示す電流を測定することとを含む。

特定の実施形態では、各バッファ回路は、電流信号に提供するよりも高いインピーダンスを電圧信号に提供する。特定の実施形態では、本方法は、電流信号のうちの１つ以上を増幅することをさらに含む。

別の例示的な態様によれば、ソース・メジャー・システムであって、１つ以上の制御信号を生成するように構成されている１つ以上の処理システムと、１つ以上の処理システムに動作可能に結合された１つ以上のデジタル－アナログ変換器及びアナログ－デジタル変換器とを備える、ソース・メジャー・システムが提供される。ソース・メジャー・ユニットは、１つ以上の制御信号のうちの１つの制御信号を受信し、電気信号入力及び出力を測定し、受信した制御信号を使用して複数の出力電気信号を生成するように構成されている。

特定の実施形態では、ソース・メジャー・ユニットは、中央データ処理ユニットと、デジタル－アナログ及びアナログ－デジタル変換器と、累積電気信号を変換するように構成されているセンサとを備える。特定の実施形態では、制御信号はアナログ信号又はデジタル信号である。特定の実施形態では、デジタル－アナログ変換器は、マルチレンジ出力を有し、複数の出力信号は、単極、双極、又は差動モード構成を有するアナログ信号である。

別の例示的な態様によれば、ソース・メジャー・システムが提供される。ソース・メジャー・システムは、電気信号を測定、分析、及び生成するように構成されている１つ以上の処理システムを備える。１つ以上の処理システムは、読み値データを通信して累積し、出力信号生成も設定するように構成されている。ソース・メジャー・ユニットは、双極、単極、及び差動電気信号を含む複数の出力の供給及び読み取りを可能にするように構成されている。

図面の簡単な説明
以下、本発明のいくつかの実施形態が、添付の図面を参照しながら例示的に説明される。

シングルエンド出力を有する電気信号を生成及び測定するための例示的なシステムの図である。 差動出力を有する電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 デジタル－アナログ変換器モジュールに単極電力を供給するための例示的な接続構成の図である。 デジタル－アナログ変換器モジュールに双極電力を供給するための例示的な接続構成の図である。 電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステムの図である。 電力消費を監視するための例示的なシステムの図である。 例示的な電気メータの図である。 複数の独立したソース・メジャー・ユニットを監視するための例示的なシステムの図である。 電気信号を生成及び測定するための例示的な方法の流れ図である。

詳細な説明
本明細書には、１つ以上の電気信号を供給、測定、及び／又は制御するためのシステム及び方法が記載されている。

本発明の実施形態は、電気信号を生成及び測定するための、ソース・メジャー・ユニット又はソース／メジャーユニット（ＳＭＵ）などのシステムを提供する。システムは、デジタル制御信号などの制御信号に基づいて１つ以上のアナログ又は電気信号を生成するように構成されているデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）モジュールを備える。システムは、さらに、電力調節チャネル又は電力チャネルとして知られ得る１つ以上のチャネル。各チャネルは、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子又は負荷端子と、バッファ回路とを備える。チャネルのバッファ回路は、１つ以上のアナログ信号のうちの１つのアナログ信号を受信し、受信したアナログ信号の電圧及び／又は電流に基づき得る電圧及び／又は電流を出力端子に提供するように構成されている。チャネルのバッファ回路は、バッファ回路によってチャネルの出力端子に提供される電圧及び／又は電流を増幅、ブースト、補完、又は他の様態で制御するために、電流源などの電源に電気的に接続されるようにさらに構成することができる。システムは、電圧測定システム又は装置と、電流測定システム又は装置とをさらに備える。電圧測定システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている。電流測定システムは、各チャネルについて、チャネルの出力端子を通って流れる電流を測定するように構成されている。

チャネルは、アナログ信号の電気的特性（例えば、電圧及び／又は電流）が調節、制御、又は調整される電気回路であってもよい。各チャネル（そのそれぞれの構成要素を含む）は、他のチャネルとは独立して動作することができる。したがって、チャネルの出力端子に提供される電圧及び／又は電流は、システムの他のチャネルの出力端子に提供される電圧及び／又は電流とは独立して制御することができる。

各チャネルは、電気負荷又は被試験デバイスなどの電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている１つ以上の出力端子を備えることができる。したがって、各出力端子は、１つ以上の電気コネクタ、ポート、又はピンを含んでもよい。電気デバイスは、能動又は受動デバイスであってもよい。各出力端子は、チャネルとそれに接続された電気デバイスとの間で電圧及び／又は電流を伝達するように構成されている。

各バッファ回路は、システムによって生成される電圧及び電流が出力端子に接続された電気デバイスを駆動又は給電することを可能にするために電気インピーダンス変換を提供することができる。各バッファ回路は、入力電圧信号に対する高インピーダンス及び低出力インピーダンスを提示することができる。各バッファ回路は、入力電流信号に対する低インピーダンスをさらに提示することができる。いくつかの例では、バッファ回路のインピーダンスは、システムの入力段を出力段から絶縁又は分離する。例示的なバッファ回路は、バッファ増幅器、電圧バッファ、電流バッファ、及び電流源ＤＡＣ（例えばＬＴＣ２６６２）を含むが、これらに限定されない。

各制御信号はデジタル信号であってもよい。各アナログ信号は、電圧及び／又は電流を含む電気信号であってもよい。電圧信号は、電圧値が設定、事前決定、又は制御され得るアナログ信号であってもよい。電流信号は、電流値が設定、事前決定、又は制御され得るアナログ信号であってもよい。各アナログ信号の電圧及び／又は電流は、時間的に変化してもよく、又は一定であってもよい。

電圧及び電流測定システムによってそれぞれ測定される電圧及び電流は、チャネルの出力端子における電圧又は電流を示すか又は表してもよく（すなわち、出力端子における電圧又は電流との関係が既知である電圧又は電流を測定することによる間接測定）、又は他の例では、出力端子における電圧又は電流であってもよい（すなわち、直接測定）。電圧測定システム及び電流測定システムは、各出力端子又はチャネルによって、それに接続された電気デバイスに提供される電圧及び電流のリアルタイム判定を可能にすることができる。

電気信号を生成及び測定するためのシステムは、コンパクトにすることができ、広い信号出力範囲を提供することができる。いくつかの例では、システムは、デジタル制御を使用して又はソフトウェアプログラミングを用いて、同じプラットフォーム内で単極、双極、及び／又は差動モード電力範囲を出力するように構成されている統合システムである。いくつかの例では、システムは、統合された個々のデジタル及びアナログ電流読み値出力を提供し、任意のタイプのセンサによって構成することができる。

したがって、電気信号を生成及び測定するためのシステムは、ソフトウェアを通じて制御可能な、単極、双極、シングルエンド、及び差動出力を含む多範囲機能を有する電源（電圧及び電流を提供する）及び／又は信号発生器（時変電圧及び／又は電流を提供する）として機能することができる。システムの各出力端子に提供される信号のタイプ（例えば、鋸歯、パルス、正弦波）及び出力範囲は、処理システムなどのソフトウェアを通じて制御することができる。システムの各出力端子の双極及び単極範囲の例には、±２．５Ｖ、±５Ｖ、±１０Ｖ、±２０Ｖ、０Ｖ～５Ｖ、０Ｖ～１０Ｖ、０Ｖ～２０Ｖ、又は０Ｖ～４０Ｖ、及び差動出力モードが含まれるが、これらに限定されない。

本発明の実施形態は、１つ以上のＤＡＣ回路と、処理システムのための第１の電力レベルを生成するように構成されている第１の電力源と、１つ以上のバッファ回路のための第２の電力レベルを生成するように構成されている第２の電源とを備えるＳＭＵをさらに提供する。ＳＭＵは、１つ以上のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）回路に動作可能に結合された１つ以上のセンサをさらに備える。各ＤＡＣ回路及び各ＡＤＣ回路は、１つ以上の制御信号のうちの１つの制御信号を受信し、バッファ電力入力及び処理電力入力の一部を受信するように構成されている。

各ＤＡＣ回路及び各ＡＤＣ回路は、制御信号を複数の中間信号に変換するように構成されているモジュールを備えることができる。制御信号は、デジタル信号であってもよく、又はアナログ信号であってもよい。いくつかの例では、複数の中間信号はアナログ信号である。いくつかの例では、ＳＭＵは、複数の中間信号の各中間信号を複数の信号コンディショナのうちの１つの信号コンディショナにルーティングするように構成されているスイッチングモジュールをさらに備える。いくつかの例では、処理システムは、１つ以上のデジタル－アナログ変換器出力及び分圧器出力の複数の出力電気信号を監視し、１つ以上のデジタル－アナログ変換器の動作パラメータを調整して、それぞれの複数の出力電気信号の値を修正するようにさらに構成されている。いくつかの例では、ＳＭＵは、第２の電力源から電力のさらなる部分を受け取るように構成されている電流リミッタ回路をさらに備える。いくつかの例では、ＳＭＵは、処理システムのためのブートローダを格納するように構成されているメモリをさらに備える。いくつかの例では、メモリは処理システムの外部にある。いくつかの例では、第１の電力源は単極ＤＣ電源である。いくつかの例では、第２の電力源は双極ＤＣ電源である。いくつかの例では、第１の電力源及び／又は第２の電力源は、バッテリ、燃料電池、及び太陽電池のうちの１つである。いくつかの例では、ＳＭＵの出力チャネルは、空間的に、双極、単極、又は差動信号出力内に配置される。

本発明の実施形態は、マルチチャネルＤＡＣと、処理システムのための第１の電力レベルを生成するように構成されている第１の電力源と、１つ以上のバッファ回路のための第２の電力レベルを生成するように構成されている第２の電源とを備えるＳＭＵシステムをさらに提供する。ＳＭＵシステムは、１つ以上のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）回路に動作可能に結合された１つ以上のセンサをさらに備える。各ＤＡＣ回路及び各ＡＤＣ回路は、１つ以上の制御信号のうちの１つの制御信号を受信し、バッファ電力入力及び処理電力入力の一部を受信するように構成されている。ＳＭＵシステムは、処理システムと通信するプログラミングデバイスをさらに備え、プログラミングデバイスは、処理システムの動作設定を設定するように構成されている。いくつかの例では、第１の電力源及び／又は第２の電力源はＡＣ電源であり、ＳＭＵシステムは、入力電力をＳＭＵシステムに供給する前に、入力電力をＡＣ電力から単極又は双極ＤＣ電力に変換するように構成されているＡＣ－ＤＣ変換器をさらに備える。

いくつかの例では、ＳＭＵは、アナログ－デジタル変換器に動作可能に結合されたセンサをさらに備え、センサは、ソース・メジャー・ユニットの近傍の環境の環境特性を測定し、測定された環境特性を示す信号を処理システムに提供するように構成されている。特定の実施形態では、処理システムは、測定された環境特性を示す信号の受信に応答して、１つ以上のＳＭＵの動作パラメータを調整して、それぞれの複数の出力電気信号の値を修正するようにさらに構成されている。いくつかの例では、センサは、プロセッサ電力入力と共有される電源によって電力供給される。いくつかの例では、センサは、電流センサ、電圧センサ、電力センサ、赤外線センサ、温度センサ、湿度センサ、及び速度センサのうちの１つである。

用語「処理システム」は、任意の電子処理デバイス若しくはシステム、又はコンピューティングデバイス若しくはシステム、又はそれらの組み合わせ（例えば、コンピュータ、ウェブサーバ、スマートフォン、ラップトップ、マイクロコントローラなど）を指すことができ、クラウド・コンピューティング・システムを含むことができることが理解されよう。処理システムはまた、分散システムであってもよい。一般に、処理／コンピューティングシステムは、少なくとも１つのバスによって接続された１つ以上のプロセッサ（例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ）、メモリ構成要素、及び入出力インターフェースを含むことができる。それらは、入出力デバイス（例えば、キーボード、ディスプレイなど）をさらに含むことができる。処理／コンピューティングシステムは、典型的には、メモリに格納された命令を実行し、データを処理するように構成されている（すなわち、それらはデータに対して動作を実行するようにソフトウェアを介してプログラム可能である）ことも理解されよう。

図１は、電気信号を生成及び測定するための例示的なシステム１００を示す。
システム１００は、制御信号に基づいて１つ以上の電圧又は電圧信号を生成するように構成されている電圧出力又は電圧源ＤＡＣモジュール１１０を備える。

ＤＡＣモジュール１１０は、１つ以上の制御信号を受信するための１つ以上の入力端子又はチャネルと、１つ以上の電圧信号を出力するための１つ以上の出力端子又はチャネルとを備えることができる。ＤＡＣモジュール１１０は、１つの電圧信号又は４、８、１６、若しくは任意の他の数などの複数の電圧信号を生成するように構成されてもよく、したがって、対応する数の出力端子を有してもよい。ＤＡＣモジュール１１０は、１つ以上のＤＡＣを備えてもよい。ＤＡＣモジュール１１０の各ＤＡＣは、シングルチャネル又はマルチチャネルＤＡＣであってもよい。

各電圧信号は、電圧、及びいくつかの例では電流を有するアナログ信号であってもよい。制御信号は、デジタル信号であってもよい。ＤＡＣモジュール１１０は、システム１００の処理システム１２０から制御信号を受信又は取得するように構成することができる。したがって、ＤＡＣモジュール１１０は、１つ以上のアナログ電圧のデジタル制御式調節を可能にすることができる。

各電圧信号の電圧は、少なくとも部分的に、制御信号に依存し得る。各電圧信号の電圧は、少なくとも部分的に、ＤＡＣモジュール１１０に電気的に接続された電源（図示せず）によってＤＡＣモジュール１１０に供給される電圧にさらに依存し得る。したがって、各電圧信号の電圧は、制御信号を通じて、及び／又は電源電圧を通じて制御することができる。

各電圧信号は、他の電圧信号とは独立して制御可能とすることができる（例えば、ＤＡＣモジュール１１０は、制御信号が制御するための１つ以上の電圧信号を選択することを可能にするためのマルチプレクサを備えることができる）。他の例では、ＤＡＣモジュール１１０は、１つ以上の制御信号に基づいて１つ以上の電圧又は電圧信号を生成するように構成されている。

ＤＡＣモジュール１１０の出力電圧範囲又はスパンは、例えば、処理システム１２０から受信又は取得される第２のデジタル制御信号を通じて、ソフトウェア構成可能又は電気制御可能であってもよい。例えば、ＤＡＣモジュール１１０の出力電圧範囲は、０Ｖ～５Ｖに及ぶ第１の範囲、０Ｖ～１０Ｖに及ぶ第２の範囲、及び０Ｖ～２０Ｖに及ぶ第３の範囲の間で切り替え可能であってもよい。各電圧範囲は、１６ビットなどの同じ分解能又は類似の分解能を有してもよい。

ＤＡＣモジュール１１０によって生成される電圧信号は、正又は負の信号（すなわち、正又は負の電圧を有する信号）のいずれかであってもよい。ＤＡＣモジュール１１０は、さらに、１つ以上の電圧信号の極性を制御するように構成されてもよい。ＤＡＣモジュール１１０は、基準電圧（例えば、接地電圧）、基準電圧よりも高い正電圧、及び、基準電圧よりも低い負電圧を供給されるように構成されている。電圧は、双極電源などの電源によって生成されてもよい。他の例では、ＤＡＣモジュール１１０は、正電圧又は負電圧のいずれかを供給されるように構成されている。

電圧レギュレータ１３０は、ＤＡＣモジュール１１０に供給される電力又は電圧、したがって、ＤＡＣモジュール１１０によって生成される１つ以上の電圧信号の電圧の変動を低減するために、ＤＡＣモジュール１１０の電力入力端子に（例えば、正供給端子及び基準端子に）電気的に接続することができる。

ＤＡＣモジュール１１０は、いくつかの例では、図３及び図４を参照して以下に説明するように、電源へのその接続を手動で変更する必要なく、単極動作と双極動作とを切り替えるように構成することができる。

システム１００は、１つ以上のチャネルをさらに備える。例示の目的のために、バッファ回路１４２及び出力端子１５０を備えるチャネル１４０のみが図１に示されているが、チャネル１４０又はその構成要素に関してなされた任意の記述は、システム１００の他のチャネル及びその構成要素の各々にも適用され得ることを理解されたい。各チャネルは、バッファ回路１４２などのバッファ回路と、出力端子１５０などの出力端子とを備える。

いくつかの例では、電圧信号と同じ数のチャネルが存在するように、ＤＡＣモジュール１１０によって生成される各電圧信号のために別個のチャネルを提供し、それらに関連付けることができる。他の例では、システム１００は任意の数のチャネルを備える。

バッファ回路１４２は、ユニティ・ゲイン・バッファ増幅器としても知られるボルテージ・フォロワ・アーキテクチャを有する演算増幅器（オペアンプ）１４４を備える電圧バッファである。オペアンプ１４４の非反転入力端子に対応するバッファ回路１４２の第１の入力端子は、ＤＡＣモジュール１１０によって生成される電圧信号のうちの１つを受信又は取得するためにＤＡＣモジュール１１０に電気的に接続される。オペアンプ１４４の出力端子に対応するバッファ回路１４２の出力端子は、出力端子１５０に電気的に接続されている。バッファ回路１４２は、電流源（図示せず）に電気的に接続されるように構成されている２つの電源端子（ＶＤＤ及びＶＳＳ）をさらに備える。

いくつかの例では、電流源は、ＤＡＣモジュール１１０に電力を供給する電源と同じ電源又は異なる電源などの電源の一部を形成することができる。他の例では、電流源は、電流出力デジタル－アナログ変換器の一部を形成する。システム１００の２つ以上のチャネルのバッファ回路は、同じ電流源又は異なる電流源に電気的に接続されるように構成されてもよい。

バッファ回路１４２は、ＤＡＣモジュール１１０からバッファ回路１４２によって受信される電圧信号の電圧に基づく、又は依存する電圧を出力端子１５０に提供するように構成されている。バッファ回路１４２はユニティ・ゲイン・バッファ増幅器であるため、出力端子１５０に提供される電圧は、受信電圧信号の電圧に対応するか、又は類似している（不一致があれば、それは主に、後述するオペアンプ１４４と出力端子１５０との間に接続された構成要素にわたる電圧降下に起因する）。他の例では、バッファ回路１４２は、入力電圧を増幅又は他の様態で変化させる電圧バッファを含む、任意の他のタイプの電圧バッファ増幅器を備える。

バッファ回路１４２によって受信される電圧信号の電圧の変化は、バッファ回路１４２によって出力端子１５０に提供される電圧の対応する変化をもたらし得ることを理解されたい。バッファ回路１４２によって受信される電圧信号は、（制御信号に加えて）ＤＡＣモジュール１１０に接続された電源を通じて制御可能であり得るため、出力端子１５０に提供される電圧は、ＤＡＣモジュール１１０に接続された電源を通じて制御可能であるとも言える。したがって、いくつかの例では、システム１００のチャネルによって出力される電圧は、少なくとも部分的に、システム１００への電源入力を通じて制御又は変更することができる。

出力端子１５０における電圧の値は、基準出力端子１５２における電圧値を参照して規定される。システム１００は、例えば各チャネルに１つの基準端子のような、１つ以上の基準端子を備えることができる。各基準端子は、同じ基準（例えば、接地）電圧を供給するように構成されてもよい。

バッファ回路１４２によって受信される電圧信号はオペアンプ１４４の非反転入力端子によって受信されるため、バッファ回路１４２によって出力端子１５０に提供される電圧の極性は、受信電圧信号の極性に対応する。他の例では、バッファ回路１４２は、受信電圧信号の極性を反転させるように構成されている。

バッファ回路１４２は、電流源と出力端子１５０との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されている。電流の流れ方向及び値は、出力端子１５０における電圧及び／又は出力端子１５０（及び基準出力端子１５２）に電気的に接続された電気デバイスに依存し得ることを理解されたい。出力端子１５０に接続された電気デバイスが出力端子１５０から電流を引き出すと、バッファ回路１４２は、電流が電流源から出力端子１５０に流れることを可能にするように構成され得る（すなわち、電流源は、電流を供給又は送達する）。電気デバイスが出力端子１５０に電流を供給するとき、バッファ回路１４２は、出力端子１５０から電流源に電流が流れることを可能にするように構成され得る（すなわち、電流源は、電流を受け取るか又は吸収する）。したがって、バッファ回路１４２に接続された電流源は、電流源と電流シンクの両方として機能し得る。

オペアンプ１４４の電気的特性により、バッファ回路１４２は、高い入力インピーダンス（すなわち、オペアンプ１４４の非反転端子を通るインピーダンス）及び低い出力インピーダンス（すなわち、オペアンプ１４４の出力端子を通るインピーダンス）を有する。すなわち、バッファ回路１４２は、出力端子１５０に接続された電気デバイスに対するインピーダンスよりも高いインピーダンスをＤＡＣモジュール１１０に提供又は提示し、ＤＡＣモジュール１１０と出力端子１５０との間を絶縁するか又は絶縁を増大させる。いくつかの例では、バッファ回路１４２は、ＤＡＣモジュール１１０と出力端子１５０との間の電流の流れを遮断、妨害、又は閉塞するように構成されている。

さらに、出力端子１５０に接続された電気デバイスに供給される電流は電流源によって供給されるため、システム１００は、電気デバイスがＤＡＣモジュール１１０に直接接続された場合に可能であり得るよりも多くの電流を電気デバイスに供給することができる。これは、ＤＡＣモジュール１１０の一部を形成する１つ以上のＤＡＣが、それらが供給することができる電流量が電流源よりも制限され得るためである。

各チャネルは、電流源とチャネルの出力端子との間を流れる電流を制限又は制約するように構成されている電流リミッタをさらに備えることができる。１つ以上の電流リミッタを各バッファ回路に動作可能に接続することができる。

図示の例では、電流リミッタはオペアンプ１４４と同じ集積回路内に含まれている。そのような構成は、例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＯＰＡ５４８シリーズ演算増幅器によって提供される。

電流リミッタは、バッファ回路１４２と出力端子１５０との間を流れる電流を決定又は検知するように構成されてもよい。電流リミッタは、バッファ回路１４２と出力端子１５０との間に電気的に直列に接続された抵抗器１４６（例えば、シャント抵抗器）の両端の電圧を測定することによってこれを行うことができる。いくつかの例では、抵抗器１４６は可変抵抗器である。抵抗器１４６の一方の端子はオペアンプ１４４の集積回路のピンＡ２に電気的に接続され、一方、抵抗器１４６の他方の端子はピンＡ３に電気的に接続されている。ピンＡ２及びＡ３は、それらが受け取る電圧を測定又は検知するように構成され、抵抗器１４６の両端の電圧、ひいてはそれを通って流れる電流の決定を可能にする。このとき、電流リミッタは、決定された電流を基準値と比較し、決定された電流が基準値よりも大きいか、又はいくつかの例では基準値に等しい場合、バッファ回路１４２によって供給される電流を制限するように構成されてもよい。基準値は、ＤＡＣモジュール１１０によってオペアンプ１４４の集積回路のピンＡ１に供給される電圧に対応し得る。いくつかの例では、抵抗器１４６の両端の電圧がピンＡ１に印加される制御電圧の１０％を超える場合、電流リミッタは電流を制限する。

システム１００は、各チャネルについて、チャネルの出力端子における電圧を示す電圧を決定又は測定するように構成されている電圧測定システム又はモジュール１６０をさらに備える。

電圧測定システム１６０は、電圧測定（又は第１の）アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）モジュール１６２を備える。ＡＤＣモジュール１６２は、アナログ信号を受信するための１つ以上の入力端子と、受信アナログ信号に基づいてデジタル信号を出力するための１つ以上の出力端子とを備える。ＡＤＣモジュール１６２は、１つ以上のＡＤＣを備えてもよい。ＡＤＣモジュール１６２の各ＡＤＣは、シングルチャネル又はマルチチャネルＡＤＣであってもよい。

ＡＤＣモジュール１６２の各入力端子は、システム１００のチャネルに電気的に接続される。図示の例は、バッファ回路１４２の出力端子に電気的に接続されたＡＤＣモジュール１６２の入力端子を示す。他の例では、ＡＤＣモジュール１６２の各入力端子は、チャネルのバッファ回路の入力端子を含む任意の他の点でシステム１００のチャネルに電気的に接続される。

ＡＤＣモジュール１６２は、直列に接続された２つの抵抗器を含む分圧器１６４を通じてチャネル１４０に接続する。他の例では、分圧器は、その入力電圧の分画又は部分である出力電圧を生成する任意の回路である。このようにして、ＡＤＣモジュール１６２の入力端子によって受け取られる電圧は、バッファ回路１４２によって出力される電圧のごく少量又は一部である。

ＡＤＣモジュール１６２は、それが接続されている各チャネルからアナログ電圧を受け取り、受け取った各アナログ電圧に基づくか又はそれを表す１つ以上の電圧測定値信号を生成するように構成されている。ＡＤＣモジュール１６２によって出力される各電圧測定値信号は、デジタル信号であってもよい。ＡＤＣモジュール１６２によって受信されるアナログ電圧は、システム１００の出力端子における電圧に関連するか、又はそれを示す。例えば、分圧器１６４が同じ抵抗を有する２つの抵抗器を含む場合、ＡＤＣモジュールによって受け取られるアナログ電圧は、出力端子１５０における電圧の約半分である。（例えば、分圧器を通じて）ＡＤＣモジュール１６２に入力する前に決定される電圧を低減することによって、ＡＤＣモジュール１６２を通じて決定することができる電圧の範囲が拡張される。

したがって、分圧器の使用は、電圧測定システム１６０がＡＤＣモジュール１６２の入力電圧範囲を超える電圧を測定することを可能にすることができる。例えば、電圧測定システム１６０は、ＡＤＣモジュール１６２の入力電圧範囲が０Ｖ～２０Ｖの間であるときに、０Ｖ～４０Ｖの間の大きさを有する電圧を読み取るように構成されてもよい。ＡＤＣモジュール１６２によって出力される電圧測定値信号は、次いで、例えば、分圧器によって電圧が低減される前に電圧の値を回復又は決定するために処理されてもよい。例えば、分圧器１６４がバッファ回路１４２によって出力される電圧を半分にする場合、電圧測定値信号によって示される値は、バッファ回路によって出力されている電圧を決定するために２倍にされてもよい。

システム１００は、各チャネルについて、チャネルの出力端子を通って流れる電流を決定又は測定するように構成されている電流測定システム又はモジュール１７０をさらに備える。

電流測定システム１７０は、複数の電流センサを備える。各電流センサは、システム１００のチャネルの出力端子を通って流れる電流を検知し、検知された電流に関連するか又はそれを示すアナログ信号（アナログ電圧など）を生成するように構成されている。チャネル１４０は、バッファ回路１４２と出力端子１５０との間に電気的に直列に接続された電流センサ１７２を備える。他の電流センサは、システム１００の他のチャネルに同様に配置構成されてもよい。他の例では、各電流センサは、チャネルの出力端子を通って流れる電流を検知するためにチャネルの任意の他の点に接続されてもよい。

電流測定システム１７０は、電流測定（又は第２の）ＡＤＣモジュール１７４を備える。ＡＤＣモジュール１７４は、アナログ信号を受信するための１つ以上の入力端子と、受信アナログ信号に基づいてデジタル信号を出力するための１つ以上の出力端子とを備える。ＡＤＣモジュール１７４は、１つ以上のＡＤＣを備えてもよい。ＡＤＣモジュール１７４の各ＡＤＣは、シングルチャネル又はマルチチャネルＡＤＣであってもよい。

ＡＤＣモジュール１７４の各入力端子は、電流センサに電気的に接続されている。図示の例は、電流センサ１７２に電気的に接続されたＡＤＣモジュール１７４の入力端子の１つを示している。ＡＤＣモジュール１７４は、それが接続されている各電流センサから、電流センサによって検知される電流に関連するか又はそれを示すアナログ信号（例えば、アナログ電圧）を受信又は取得し、電流センサから受信されるアナログ信号に基づくか又はそれを示す１つ以上の電流測定値信号を生成するように構成されている。ＡＤＣモジュール１７４によって出力される各電流測定値信号は、デジタル信号であってもよい。

処理システム１２０は、ＤＡＣモジュール１１０、ＡＤＣモジュール１６２、及び／又はＡＤＣモジュール１７４と通信し、及び／又はそれらを制御するようにさらに構成することができる。処理システム１２０は、ＳＰＩ又はＩ^２Ｃを通じてこれらのモジュールの各々と通信するように構成されてもよく、これにより、処理システム１２０は、各モジュールの複数のチャネル（例えば、最大１６個のチャネル）を同時に制御又は読み取ることができる。

処理システム１２０は、ＡＤＣモジュール１６２からシステム１００の各チャネルの電圧測定値信号を受信又は取得し、チャネルの電圧測定値信号に基づいて、バッファ回路によってシステム１００のチャネルの出力端子に提供される電圧を決定又は計算するようにさらに構成することができる。同様に、処理システム１２０は、ＡＤＣモジュール１７４からシステム１００の各チャネルの電圧測定値信号を受信又は取得し、チャネルの電流測定値信号に基づいて、チャネルの出力端子を通って流れる電流を決定又は計算するように構成することができる。

処理システム１２０は、ユーザがシステム１００を操作又は通信することを可能にするようにさらに構成することができる。例えば、ユーザは、イーサネット（登録商標）接続、ＵＳＢ接続、又は任意の他の通信インターフェースを通じて処理システム１２０に接続することができる。いくつかの例では、処理システム１２０は、ユーザ供給のコンピュータプログラム（例えば、Ｐｙｔｈｏｎプログラム）によって提供されるプログラム又は命令を実行するように構成されている。いくつかの例では、処理システム１２０は、ディスプレイデバイスに表示されるグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を動作させる。ＧＵＩは、データ（電圧及び電流測定システム１６０及び１７０からの測定データなど）をユーザに表示することを可能にすることができる。ＧＵＩはさらに、ユーザが、システム１００を動作させるためのコマンドを入力すること、及び／又はシステム１００の電圧値、電流値、又は任意の他のパラメータを表示することを可能にすることができる。例えば、ユーザによってＧＵＩに入力されるコマンドは、ＳＰＩコマンドに変換され、処理システム１２０によってＤＡＣモジュール１１０に送信されてもよく、一方、ＡＤＣモジュール１６２又はＡＤＣモジュール１７４から受信されるＳＰＩデータは、処理システム１２０によってＧＵＩに送信されてもよい。いくつかの例では、処理システム１２０は、シングルボードコンピュータを含む。

システム１００は、ＤＡＣモジュール１１０を囲むハウジング１８０と、処理システム１２０と、電圧レギュレータ１３０と、チャネル１４０（及びシステム１００の他のチャネル）と、電圧測定システム１６０と、電流測定システム１７０とをさらに備える。システム１００の各出力端子の電気コネクタは、電気デバイスがそれに接続することを可能にするために、露出されるか又はハウジング１８０の外部からアクセス可能であり得る。他の例では、ハウジング１８０は、システム１００の列挙された構成要素の一部のみを囲むことができる。例えば、処理システム１２０は、ハウジング１８０の内部にあるモジュールと通信し及び／又はこれを制御することを依然として可能にしながら、ハウジング１８０の外部に再配置されてもよい。

ハウジング１８０は、使い捨てであってもよく、又は、複数の電気部品を収容するように構成されている電気機器ラックなどの電気機器ラック内に装着可能であってもよい。いくつかの例では、システム１００はスタンドアロンのベンチトップデバイスである。

図２は、電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステム２００を示す。
システム２００は、図１のシステム１００と同様であるが、チャネル２１０の第１の（又は正）出力端子２３２及び第２の（又は負）出力端子２３４に差動電圧を提供するように構成されているバッファ回路２２０を備えるチャネル２１０をさらに含む。

例示の目的のために、図２にはチャネル２１０のみが示されているが、システム２００は、２つの出力端子に差動電圧を提供するように構成されている１つ以上などの任意の数のチャネルを含むことができ、チャネル２１０又はその構成要素に関して行われている任意の記述は、差動電圧を出力するように構成されているシステム２００の他のチャネルの各々にも適用され得ることを理解されたい。いくつかの例では、システム２００は、差動電圧を出力するように構成されている１つ以上のチャネル（チャネル２１０など）と、シングルエンド電圧を出力するように構成されている１つ以上のチャネル（図１のチャネル１４０など）とを備える。

バッファ回路２２０は、抵抗器ネットワーク又は構成を通じて互いに電気的に接続された第１のオペアンプ２２２及び第２のオペアンプ２２４を備えるシングルエンド－差動変換器である。オペアンプ２２２の非反転入力端子に対応するバッファ回路２２０の第１の入力端子は、ＤＡＣモジュール１１０によって生成される電圧信号のうちの１つを受信又は取得するためにＤＡＣモジュール１１０に電気的に接続される。オペアンプ２２２の出力端子に対応するバッファ回路２２０の第１の出力端子は、出力端子２３２に電気的に接続されている。オペアンプ２２４の出力端子に対応するバッファ回路２２０の第２の出力端子は、出力端子２３４に電気的に接続されている。オペアンプ２２２及びオペアンプ２２４の各々は、電流源（図示せず）に電気的に接続されるように構成されている２つの電源端子（ＶＤＤ及びＶＳＳ）をさらに備える。両方のオペアンプは、同じ電流源又は異なる電流源に接続してもよい。

オペアンプ２２２は、出力端子２３２に第１の電圧を提供するように構成され、一方、オペアンプ２２４は、出力端子２３４に第２の電圧を提供するように構成されている。バッファ回路２２０によって出力される第１の電圧及び第２の電圧は、ＤＡＣモジュール１１０からバッファ回路２２０によって受信される電圧信号の電圧に基づくか、又は依存する。オペアンプ２２２及び２２４によって出力される電圧の対称性は、抵抗器Ｒａ及びＲｂの値に依存し得る。さらに、バッファ回路のシングルエンド－差動利得は、Ｒ１が単位利得を得るためにＲ２の２倍の抵抗を有するように、２×Ｒ２／Ｒ１と表され得る。

いくつかの例では、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒａ、及びＲｂの値は、バッファ回路２２０によって出力される第１の電圧及び第２の電圧が反対の極性及び等しい大きさを有するように設定される。２つの電圧間の差は、バッファ回路２２０によって受信される電圧信号の電圧に対応してもよく、又は類似していてもよい。例えば、バッファ回路２２０に入力される電圧信号が１０Ｖの電圧を有する場合、バッファ回路２２０の第１の出力電圧は約＋５Ｖであり、バッファ回路２２０の第２の出力電圧は約－５Ｖである。他の例では、バッファ回路２２０の２つの出力電圧は、反対の極性を有し、ただし異なる大きさを有してもよい。

出力電圧が共有接地を参照しないバッファ回路２２０によって提供される差動信号アーキテクチャは、チャネル間のノイズを低減又は排除することができ、より良好なノイズ除去を提供することができる。各チャネルによって出力される２つの電圧間のノイズは、同相除去によってフィルタリング除去することができる。

バッファ回路２２０は、オペアンプ２２２及び２２４に接続されている電流源と出力端子２３２及び２３４との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されている。出力端子２３２及び２３４は、同じ電気デバイスに接続されるように構成され、出力端子２３２及び２３４のうちの一方が電気デバイスに電流を供給している間に、出力端子２３２及び２３４のうちの他方が電気デバイスから電流を引き出すように完全な回路を形成することができる。

チャネル２１０は、バッファ回路２２０に接続された電流源と出力端子２３２及び２３４との間に流れる電流を制限又は制約するように構成されている、オペアンプ２２２及び２２４の各々に１つずつの２つの電流リミッタをさらに備える。各電流リミッタは、例えば、バッファ回路２２０とそれぞれの出力端子との間に接続された抵抗器の両端の電圧を測定することによって、バッファ回路２２０と出力端子２３２及び２３４の一方との間に流れる電流を決定又は検知するように構成することができる。例えば、チャネル２２０は、オペアンプ２２２と出力端子２３２との間に電気的に直列に接続された第１の抵抗器２２６と、オペアンプ２２４と出力端子２３４との間に電気的に直列に接続された第２の抵抗器２２８とを備える。

電圧測定システム２４０は、出力端子２３２における電圧を示す第１の電圧及び出力端子２３４における電圧を示す第２の電圧を決定又は測定するように構成されている。この目的のために、電圧測定システム２４０は、各出力端子における電圧を受け取るために出力端子２３２及び２３４の各々に電気的に接続された電圧測定ＡＤＣモジュール２４２を備える。ＡＤＣモジュール２４２は、ＡＤ７６０６Ｃなどの差動信号を測定するように構成されている１つ以上のＡＤＣを備えることができる。

チャネル２１０の各出力端子における電圧はチャネルの総出力電圧の半分であるため、ＡＤＣモジュール２４２によって検知される電圧をさらに低減する必要をなくすことができる。他の例では、ＡＤＣモジュール２４２は、上述したように、ＡＤＣモジュール２４２の入力における電圧を低減するための１つ以上の分圧器を通じてチャネル２１０に電気的に接続される。ＡＤＣモジュール２４２は、チャネル２１０の２つの出力電圧を表す２つの電圧測定値信号を生成するように構成されてもよい。次いで、２つの電圧測定値信号を、例えば、出力端子２３２及び２３４の各々における電圧及び／又は両方の出力端子２３２及び２３４にわたる総電圧を決定するように構成されている処理システム１２０に送信することができる。

電流測定システム１７０は、チャネル２１０の出力端子２３２及び２３４の一方を通って流れる電流を決定又は測定するようにのみ構成されてもよい。他の例では、電流測定システム１７０は、両方の出力端子２３２及び２３４を通って流れる電流を決定又は測定するように構成されている。

したがって、システム２００は、調整可能な電流供給及び／又はシンク能力を有する差動信号出力を提供することができる。システム２００は、従来の解決策よりも小さい空間要件で、各差動信号の電流を制御することをさらに可能にすることができる。

図３及び図４は、ＤＣ電源などの電源２６０に電気的に接続された、図１及び図２のＤＡＣモジュール１１０などの例示的なＤＡＣモジュール２５０を示す。

ＤＡＣモジュール２５０は、基準（又は第１の）入力端子２５２と、正（又は第２の）入力端子２５４と、第３の（又は負）入力端子２５６とを備える。基準端子２５２は、電源２６０から基準電圧を受け取るように構成され、正端子２５４は、電源２６０から正電圧を受け取るように構成されている。負端子２５６によって受け取られる電圧は、２つの状態の間で切り替え可能であるスイッチモジュール２５８の状態に依存する。図３に示すスイッチモジュール２５８の単極動作（又は第１の）状態では、負端子２５６は基準端子２５２に電気的に接続され、電源２６０から負電圧を受け取らないように構成されている（すなわち、負端子２５６は、電源２６０の負出力端子２６２から電気的に切断される。）。図４に示すスイッチモジュール２５８の双極動作（又は第２の）状態では、負端子２５６は基準端子２５２から電気的に切断され、電源２６０から負電圧を受け取るように構成されている。したがって、単極動作状態では、基準端子２５２及び負端子２５６は短絡され、同じ基準電圧を受け取るように構成され、その結果、ＤＡＣモジュール２５０は、電源２６０から単極正電圧を受け取るように構成されている。代わりに、双極動作状態では、基準端子２５２及び負端子２５６は電気的に切断され、正端子２５４及び負端子２５６は反対の極性の電圧を受け取り、結果、ＤＡＣモジュール２５０は電源２６０から双極（すなわち、正及び負）電圧を受け取るように構成されている。他の例では、スイッチモジュール２５８は、正端子２５４及び基準端子２５２を電気的に接続又は切断するように構成され、結果、ＤＡＣモジュール２５０は、単極動作中は負電圧のみを受け取る。

いくつかの例では、スイッチモジュール２５８は電気的に制御可能であり、スイッチング信号によって動作可能な１つ以上のソフトスイッチを含み、結果、ＤＡＣモジュール２５０はソフトウェア制御によって単極動作と双極動作とを切り替えることができる。他の例では、スイッチモジュール２５８は手動で制御可能であり、１つ以上のハードスイッチ又は物理スイッチを含む。スイッチモジュール２５８の状態を選択又は変更するためのスイッチング信号は、処理システム（例えば、処理システム１２０）によって、又はハードスイッチ若しくはソフトスイッチのユーザ操作によって生成することができる。スイッチモジュール２５８は、三路スイッチ、２つのリレー、又は任意の他のタイプのスイッチを含んでもよい。

したがって、いくつかの例では、システム１００及び２００の各々は、各チャネルによって提供される電圧及び／又は電流を同時に測定しながら、単一の電源から１つ以上のチャネルを通じて正電圧及び／又は負電圧を提供し、電流を送達及び／又は吸収することが可能なＳＭＵを提供する。システム１００及び２００は、複数のチャネルをＳＭＵに提供するために必要な構成要素の数を減らすことができ、必要に応じてチャネルの数をスケールアップすることを可能にする（いくつかの例では、８～１２０チャネル）。システム１００及び２００は、従来のＳＭＵよりも少ない構成要素で動作することが可能であり得、コストを削減することができる。いくつかの例では、システム１００及び２００は、それらが供給する電圧及び電流の極性／方向をソフトウェア制御可能にし、動作を容易にする。さらに、システム１００及び２００は、出力電圧及び電流範囲の制御又は選択を可能にすることができる。システム１００又はシステム２００の複数のユニットは、例えば、システム１００又は２００の出力端子をシステム１００又は２００のうちのもう一方の電源入力端子に電気的に接続することによってデイジーチェーン接続することができ、その結果、ＳＭＵによって出力される電圧及び／又は電流は、別のＳＭＵの入力電圧及び／又は電流になり、したがってチャネルの総数が拡張される。

図５及び図６は、電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステム３００を示す。

システム３００は、電流出力（又は第１の）ＤＡＣモジュール３１０と、電圧出力（又は第２の）ＤＡＣモジュール３２０とを備える。ＤＡＣモジュール３１０及び３２０の各々は、システム３００の処理システム３３０から別個のデジタル制御信号を受信し、制御信号を複数のアナログ信号（すなわち、電圧信号及び／又は電流信号）に変換するように構成することができる。各ＤＡＣモジュールは、システム３００の他のＤＡＣモジュールとは独立して動作することができる。ＤＡＣモジュール３１０は、処理システム３３０から受信される１つ以上の制御信号に基づいてアナログ信号の電流を制御するように構成され、一方、ＤＡＣモジュール３２０は、処理システム３３０から受信される１つ以上の制御信号に基づいてアナログ信号の電圧を制御するように構成されている。したがって、ＤＡＣモジュール３１０及び３２０の組み合わせは、アナログ信号の電流及び電圧を独立して制御することを可能にする。

システム３００は、複数のバッファ回路３４０をさらに備える。いくつかの例では、各バッファ回路３４０は、各中間アナログ信号の電流を増幅又はブーストするように構成されている。各バッファ回路３４０は、電気インピーダンス変換を提供して、ＤＡＣモジュール３１０及び３２０によって生成される電圧及び電流が、いくつかの例では、電気デバイスの電気特性（例えば、インピーダンス）とは無関係に、電気デバイスを駆動又は給電することを可能にすることができる。各バッファ回路３４０は、バッファ増幅器を備えることができる。いくつかの例では、各バッファ回路３４０は、ＤＡＣモジュール３２０によって生成される電圧をシステム３００の出力端子に変化させずに「伝達」し、ＤＡＣモジュール３１０からの電流を増幅又はブーストすることによって出力端子に供給される電力をさらに増幅する。したがって、各バッファ回路３４０は、ＤＡＣモジュール３１０の最大電流出力制限よりも大きい電流を供給することができる。

いくつかの例では、図５に示すように、ＤＡＣモジュール３１０の出力端子は、ＤＡＣモジュール３２０に電気的に接続され、その結果、ＤＡＣモジュール３１０によって生成される電流信号は、それが生成する電圧信号及びＤＡＣモジュール３１０によって生成される電流信号を出力するバッファ回路３４０によって受信される前にＤＡＣモジュール３２０を通過する。ＤＡＣモジュール３２０は、ＤＡＣモジュール３１０によって生成される電流信号を受信するように構成されている１つ以上のアナログ入力端子を備えることができ、これらのアナログ入力端子は、デジタル制御信号を受信するデジタル入力端子と異なっていてもよい。図５に示す構成では、ＤＡＣモジュール３１０をＤＡＣモジュール３２０の前に配置することは、ＤＡＣモジュール３２０を通過する電流信号の減衰が、ＤＡＣモジュール３１０を通過する電圧信号の減衰よりも小さくなり得るため、有利であり得る。他の例では、図６に示すように、ＤＡＣモジュール３１０によって生成される電流信号及びＤＡＣモジュール３２０によって生成される電圧信号は、異なる電気経路を通じてバッファ回路３４０に伝播し、その結果、バッファ回路３４０の異なる入力チャネルによって受信され得る。

システム３００は、複数の分圧器３５２及び電圧測定（又は第１の）ＡＤＣモジュール３５０を備える電圧測定システムをさらに備える。各バッファ回路３４０の出力端子は、分圧器３５２を通じてＡＤＣモジュール３５０の入力端子に電気的に接続されている。ＡＤＣモジュール３５０は、各分圧器３５２から受信されるアナログ電圧を、アナログ電圧値を表すデジタル測定値信号に変換するように構成されている。各分圧器３５２は、バッファ回路３４０の出力端子から受け取られる電圧を、ＡＤＣモジュール３５０に提供する前にスケールダウン又は低減する。

システム３００は、複数の電流センサ３６０及び電流測定（又は第２の）ＡＤＣモジュール３６２を備える電流測定システムをさらに備える。各電流センサ３６０は、バッファ回路３４０の出力端子から又は出力端子へと流れる電流を測定し、測定電流に基づいてアナログ測定値信号（例えば、電圧）を生成するように構成されている１つ以上の測定機器を備えることができる。ＡＤＣモジュール３６２は、各電流センサ３６０から受信したアナログ測定値信号を、測定電流値を表すデジタル測定値信号に変換するように構成することができる。

処理システム３３０は、１つ以上の制御信号を生成し、上記制御信号の少なくとも１つを、システム３００のＤＡＣモジュール３１０、ＤＡＣモジュール３２０、ＡＤＣモジュール３５０、ＡＤＣモジュール３６２、及び汎用入出力（ＧＰＩＯ）インターフェース３７０のうちの１つ以上に送信又は供給するように構成することができる。ＧＰＩＯインターフェース３７０は、処理システム３３０がシステム３００の外部のデバイスと通信することを可能にするように構成されている。

処理システム３３０は、システム３００の各Ｉ／Ｏ信号チャネルの出力電気特性を監視するようにさらに構成することができる。いくつかの例では、処理システム３３０は、システム３００の電圧及び電流測定システムによって生成される測定値信号に少なくとも部分的に依拠して、各バッファ回路３４０によって出力される電圧及び／又は電流を監視する。処理システム３３０は、システム３００又はその周囲環境の任意の特性（例えば、電圧出力、電流出力、温度、湿度）を監視するために、ＧＰＩＯインターフェース３７０を通じて、システム３００の外部のセンサを含む任意の他のセンサからセンサ信号を受信又は取得するようにさらに構成することができる。１つ以上のセンサ又は測定値信号の取得に応答して、処理システム３３０は、バッファ回路３４０の動作パラメータを調整し、その制御信号のうちの１つ以上を調整し、及び／又はシステム３００の任意の他の動作パラメータ又は信号を調整するように構成され得る。このようにして、処理システム３３０は、システム３００の信号出力を監視、生成、又は計算するためのフィードバック機構を提供する。

いくつかの例では、処理システム３３０は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ、システムオンチップ、及び／又は１つ以上のフィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含む。

システム３００は、第１の電源３０２及び第２の電源３０４という２つの異なる電源によって電力供給されてもよい。電源３０２は、バッファ回路３４０並びにＤＡＣモジュール３１０及び３２０に双極電力を供給するように構成されている双極電源であってもよい。電源３０４は、処理システム３３０、及び、システム３００の任意の他の処理又はデジタルデバイスに単極電力を供給するように構成されている単極電源であってもよい。電源３０２及び３０４は、ＡＣ－ＤＣ電源、スイッチングモード電源、線形レギュレータ、バッテリ、燃料電池、太陽電池、又は任意の他のタイプのＤＣ電源を含んでもよい。

電源３０２によってＤＡＣモジュール３１０及び３２０に供給される電力信号はまた、ＤＡＣモジュール３１０によって生成される電流信号及び／又はＤＡＣモジュール３２０によって生成される電圧信号、したがって、システム３００の各チャネルによって出力される電圧及び／又は電流に影響を及ぼし得る。したがって、システム３００の出力電圧及び／又は電流は、部分的に、電源３０２によってＤＡＣモジュール３１０及び３２０に送達される電力を制御することによって制御することができる。

他の例では、システム３００は、ＤＣ－ＤＣ変換器に電気的に接続されたＡＣ－ＤＣ変換器を含む。ＤＣ－ＤＣ変換器は、ＡＣ－ＤＣ変換器から出力されるＤＣ電力を受け取り、第１の電力及び第２の電力を生成するように構成されてもよい。第１の電力及び第２の電力は、異なる電圧及び／又は電流値を有することができる。いくつかの例では、第１の電力は双極電力であり、第２の電力は単極電力である。第１の電力は、バッファ回路３４０並びにＤＡＣモジュール３１０及び３２０に供給されてもよく、第２の電力は、処理システム３３０及びシステム３００の任意の他の処理又はデジタルデバイスに供給されてもよい。

図７は、電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステム４００を示す。
システム４００は、例えばＧＰＩＯ４２０を通じて、外部デバイスからの１つ以上の通信信号を送信及び／又は受信することによって、システム４００の外部の１つ以上のデバイスと通信するように構成されている処理システム４１０を備える。システム４００又は処理システム４１０と外部デバイスとの間の通信は、ＲＳ－２３２、Ｉ^２Ｃ、ＳＰＩ、ＵＳＢ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＧＰＲＳ、狭帯域モノのインターネット（ＮＢ－ＩｏＴ）、低電力広域ネットワーキングプロトコル（例えば、ＬｏＲａＷＡＮ（商標））、又はＬＡＮなどの任意の有線又は無線インターフェースを通じて行われてもよい。処理システム４１０は、ユーザがシステム４００の動作設定を設定又は変更することを可能にするように構成することができる。処理システム４１０は、システム４００によって生成される出力電気信号の値を設定又は変更するようにさらに構成することができる。したがって、処理システム４１０は、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、組み込みシステム、又は任意の他の処理システムなどのプログラミングデバイスであってもよい。

いくつかの例では、ＧＰＩＯ４２０は、タッチスクリーンデバイスなどのディスプレイデバイス、又はＧＰＩＯ４２０を通じて処理システム４１０と通信するように構成されているスイッチング機構などの任意の制御機構に接続される。

システム４００は、バッファ回路３４０によって出力される電流を制限するように構成されている電流リミッタ回路４３０をさらに備える。電流リミッタ４３０及びバッファ回路３４０は、電流制限設定の制御を可能にするデジタル制御を有する回路の一部を形成することができる。電流リミッタ４３０によって課される電流制限は、バッファ回路３４０によって出力される電気信号の電流範囲を変更するために変更されてもよい。

いくつかの例では、処理システム４１０は、システム４００に組み込まれたマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサと、処理システム４１０をプリプログラミングし、個々の出力信号を動的に制御することによってスタンドアロン又は遠隔操作を可能にするプログラム可能ハードウェアとを備える。システム４００はまた、個々の電圧制限、電流制限、及び他の自動化機能を設定することによってなど、特定の方法でプログラムされてもよい。例えば、システム４００は、外部センサ又はトランスデューサからの出力を読み取ってフィードバックすることによって、その温度、湿度、位置、速度、又は電流を安定させるために必要な任意のデバイスを制御することを可能にすることができる。

図８は、電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステム５００を示す。
システム５００は、設定制御（又は第１の）第１処理システム５１０と、測定読み値（又は第２の）処理システム５２０とを備える。処理システム５１０及び５２０は、ルータ５３０と動作可能に結合されるか又は通信して、それらがシステム５００の外部のデバイスによってアクセスされるか又は通信されることを可能にする。

処理システム５１０はまた、これらのモジュールの動作設定を設定又は制御するために、ＤＡＣモジュール３２０及びリミッタ回路４３０の各々と動作可能に結合されるか又は通信する。処理システム５２０はまた、これらのモジュールから測定値信号又はデータを受信又は取得するために、ＡＤＣモジュール３５０及び３６２の各々と動作可能に結合又は通信する。特定のモジュールの制御と異なる処理システム間の他のモジュールの監視との間の分離は、これらのタスクが並列に実行されることを可能にすることができ、その結果、システム５００はより迅速に動作することができる。

図９は、電気信号を生成及び測定するための別の例示的なシステム６００を示す。
システム６００は、処理システム６２０から受信又は取得される制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている１つ以上の電流源を備える電流出力ＤＡＣモジュール６１０を備える。各電流源は、（システム６００の出力端子を通じて）電気デバイスに電気的に接続されるように構成することができる。したがって、システム６００は、１つ以上の出力電流の制御を可能にする。電流源からの電流がそれに接続された電気デバイスを通って流れると、電気デバイスの電流及び電気特性（例えば、インピーダンス）に応じて、システム６００の出力端子において電圧が生成され得ることを理解されたい。

電源３０２によってＤＡＣモジュール６１０に供給される電力信号はまた、各電流源からの出力電流に影響を及ぼすことができ、その結果、出力電流は、電源３０２によってＤＡＣモジュール６１０に送達される電力を制御することによって部分的に制御することができる。

ＤＡＣモジュール６１０の各電流源は、電気インピーダンス変換を提供して、ＤＡＣモジュール６１０によって生成される電流が、いくつかの例では、電気デバイスの電気特性（例えば、インピーダンス）とは無関係に、電気デバイスを駆動又は給電することを可能にすることができる。いくつかの例では、ＤＡＣモジュール６１０の各電流源はバッファ回路を備える。

図１０は、電力消費を監視するための例示的なシステム７００を示す。
システム７００は、電気信号を生成及び測定するための前述のシステムのいずれかによるＳＭＵであってもよい複数のＳＭＵ７１０を備える。各ＳＭＵは、１つ以上の電気デバイスに電力を供給し、１つ以上の電気デバイスに供給される電力（すなわち、電圧及び電流）を測定又は決定するように構成されている。電気デバイスは、配電ユニット７１２に接続された電気デバイスであってもよく、又は、それらは、住宅地域７１４（例えば、コンピュータ、スピーカ、テレビ、照明）、産業７１６、オフィス７１８、又は任意の他の現場に典型的に見られる電気機器であってもよい。

システム７００は、各ＳＭＵ７１０によって供給及び測定されている電圧及び電流を表す電力測定値データを受信するように構成されているデータセンタ７２０をさらに備える。各ＳＭＵ７１０は、収集された電力測定値データを無線基地局（ＢＴＳ）７２２に送信するように構成することができ、無線基地局からデータセンタ７２０にデータが転送される。

データセンタ７２０内の電力測定値データは、ＳＭＵ７１０に電力を供給する配電網の運営者の中央管理システムなどの中央電力管理システム７２４によってアクセスすることができる。したがって、各ＳＭＵ７１０は、スマート電気又はｋＷｈメータとして機能して、配電網の運営者及び／又はエンドユーザが電気使用を監視し、いくつかの例では彼らの電気料金を管理することを可能にすることができる。

図１１は、例示的な電気又はｋＷｈメータ７５０、又は電気消費を監視するためのシステムを示す。いくつかの例では、電気メータ７５０は、居住空間、オフィス空間、又は産業空間のための電気課金システムである。

電気メータ７５０は、電気信号を生成及び測定するための前述のシステムのいずれかによるＳＭＵであってもよい複数のＳＭＵ７５２を備える。電気メータ７５０のスイッチモジュールは、リレー７５４と、小型回路遮断器などの回路遮断器７５６とを備える。他の例では、スイッチモジュールは、任意のタイプの１つ以上のスイッチを備える。スイッチモジュールは、ＳＭＵ７５２の能動構成要素に電力を供給するために、ＳＭＵ７５２を配電網又は商用電力などの電源に電気的に接続するように構成されている。いくつかの例では、電気メータ７５０は、電源からの電力をＳＭＵ７５２に電力を供給するのに適したレベルに変換又は転換するように構成されている１つ以上の電力変換器をさらに備える。

電気メータ７５０は、ＳＭＵ７５２によってＳＭＵ７５２の１つ以上の出力端子に電気的に接続された１つ以上の電気デバイス又は負荷７６０に供給される電圧及び電流の、ＳＭＵ７５２によって実行されている測定を表すデータを受信するように構成されている、メモリを含むマイクロコントローラなどの処理システム７５８をさらに備える。処理システム７５８は、受信データ、又は、受信データから導出される電気使用情報を表示するように、電気メータ７５０のタッチスクリーンディスプレイなどのディスプレイデバイス７６２を動作させるようにさらに構成されている。

電気メータ７５０は、処理システム７５８によって受信されるデータを、例えば、電源を動作させる電気事業者に送信又は提供するように構成されている、無線通信インターフェースなどの通信モジュール７６４をさらに備える。したがって、電気メータ７５０は、電気事業者による電気使用の測定を可能にし、無線通信を介して、例えば、電気事業者のデータ処理ユニットに使用データを転送するように構成されてもよい。

電気メータ７５０は、バッテリなどのエネルギー貯蔵デバイス７６６と、電源から電気を受け取り、電気エネルギーをエネルギー貯蔵デバイス７６６に貯蔵するように構成されている充電モジュール７６８とをさらに備えることができる。エネルギー貯蔵デバイス７６６は、例えば停電の場合に、ＳＭＵ７５２及び電気メータ７５０の任意の他の能動構成要素（例えば、処理システム７５８、ディスプレイデバイス７６２、及び通信モジュール７６４）に電力を供給するように構成することができる。

図１２は、前述の電気信号を生成及び測定するためのシステムのいずれかによるＳＭＵであってもよい複数の独立したＳＭＵ８１０を監視するための例示的なシステム８００を示す。

各ＳＭＵ８１０は、１つ以上の電気デバイス又は機械８２０に電力を供給し、供給されている電力を測定又は決定するように構成されている。デバイス８２０は、データセンタ管理システム、発電所、又は、モータ、ポンプ、冷却器、若しくはヒータなどの複数の電気負荷の動作を必要とする任意の用途において使用されるデバイスなどの任意の電動デバイスを含んでもよい。

システム８００は、別のＳＭＵなどの電源８４０から電力を受け取り、受け取った電力をＰＤＵ８３０の複数のアウトレットに分配するように構成されている配電ユニット（ＰＤＵ）８３０を備える。各ＳＭＵ８１０は、ＰＤＵ８３０によって分配される電力の一部を受け取るためにＰＤＵ８３０のアウトレットに電気的に接続される。

システム８００は、各ＳＭＵ８１０によって決定又は測定される電圧及び電流を表すデータを受信し、（例えば、各ＳＭＵ８１０を制御するために使用される１つ以上のデジタル制御信号を生成することによって）各ＳＭＵ８１０の動作パラメータを制御するように構成されている処理システム又は監視システム８５０をさらに備える。処理システム８５０は、各電気デバイス８２０の電流及び電圧を含む電力使用を読み取って制御するようにさらに構成することができる。

システム８００は、異なるＳＭＵ８１０又はＳＭＵ８１０のセンサ間の短距離通信に関するデータを管理し、処理システム８５０によって監視されているシステム８００内のＳＭＵ８１０の数をスケーリング又は増加させるためのバッファとして動作するように構成されているサーバ８６０をさらに備える。システム８００の構成要素間の通信は、イーサネット（登録商標）、ＬＡＮ、ＮＢＩｏＴ、ＷｉＦｉ、ＬｏＲＡＷＡＮ、ＧＰＲＳ、及び／又は見通し線通信を含むか若しくは光ファイバ線を介した光ファイバ通信方法などの任意の通信手段を使用してもよい。

サーバ８６０は、異なるＳＭＵ８１０が互いに通信することを可能にするように構成されている通信サーバであってもよく、コマンドステーション（処理システム８５０など）が無線又は有線接続を通じてシステム８００のすべてのデバイスと通信及び／又は制御することを可能にするように構成されている中央通信サーバとしてさらに機能してもよい。

したがって、システム８００は、複数のデバイス又は機械８２０に供給される電力の測定及び制御を可能にする複数のソース・メジャー・ユニット８１０の構成を提供することができる。

図１３は、電気信号を生成及び測定するための、又はソース・メジャー・ユニットを動作させるための例示的な方法９００のフローチャートを示す。

方法９００は、第１の制御信号に基づいて１つ以上の電圧信号を生成するステップ９１０を含む。

方法９００は、第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するステップ９２０をさらに含む。

１つ以上の電圧及び電流信号は、電圧又は電流源ＤＡＣによって、電流源によって、電圧源によって、又は電力源によって生成することができる。

方法９００は、各電圧信号及び各電流信号について、バッファ回路を通じて出力端子に電圧信号及び電流信号を提供するステップ９３０をさらに含む。出力端子は、バッファ回路に電気的に接続することができる。電圧信号及び電流信号の各組み合わせは、別個のバッファ回路を通じて別個の出力端子に提供されてもよく、その結果、１つ以上の出力端子及び１つ以上のバッファ回路（例えば、各電圧信号に１つ）が存在してもよい。

方法９００は、各出力端子について、出力端子における電圧を示す電圧を測定するステップ９４０をさらに含む。

方法９００は、各出力端子について、出力端子を通る流れを示す電流を測定するステップ９５０をさらに含む。

前述のシステム及び方法は、以下のうちの１つ以上などのいくつかの有利な効果を提供することができる。

１）電圧デジタル－アナログ変換器及び電流デジタル－アナログ変換器の組み合わせによる電圧及び電流の高分解能制御。

２）電流源及びシンクを含むデジタル制御による双極、単極、及び差動モード設定の単純な切り替えを可能にする。

３）集積バッファ回路は、大規模チャネル出力電圧及び電流範囲要件のためのバッファ要件及び増幅器を低減することができる。

４）電圧読み取りのためのマルチＡＤＣは、マルチＡＤＣ構成と組み合わせた単純な分圧器を用いてセンサからの電圧のリアルタイム読み取りを可能にすることができる。

５）集積回路における電圧／電流制御及び読み取りを分離する処理システムの並列配置構成は、データ転送、制御及び読み出しをより高速にすることができる。

６）統合無線デバイス構成は、全オペレーティングシステムを削減して、電流及び電圧読み値データのより高速な転送を可能にすることができる。

７）ソフトウェア・スパン・スイッチは、電圧及び電流の分解能制御を低下させることなく、回路を異なる出力範囲で構成することを可能にすることができる。

８）電気事業の販売店及び供給業者から顧客に提供される、より正確かつ透明な電気データ使用。

９）電力使用に対する顧客の意識向上。
１０）ＧＰＲＳ／ＮＢＩｏｔ／ＬｏＲａＷＡＮを介してデバイスの位置を特定するために、ＧＰＳを介してｋＷｈメータ位置を提供する。

１１）顧客満足度の向上（ＧＰＳによって顧客位置追跡が容易になるため修理が迅速になる）。

１２）データを用いて日々の需要を監視することによって電気使用を制御する。
１３）低コスト統合電気監視システム。

１４）早期のデバイス故障検出を可能にして、顧客の電力線停電を回避する。
１５）モバイル、モバイルアプリケーション、及び／又はＰＣを介して毎日及び毎月の電気使用を追跡する。

１６）電子メール／電話／アプリケーションによる電気料金請求の受信。
１７）支払ゲートウェイを介したオンライン電気料金支払い。

１８）ユーザが自身のユーザＩＤを用いてオンラインで苦情及びフィードバックを送信することを可能にする。

１９）先払い及び後払いの電気設備を可能にする。
２０）電圧、電流、及びｋＷｈを測定し、ＧＰＲＳ／ＮＢＩｏＴ／ＬｏｒａＷａｎを介して定期的にデータセンタに測定データを送信するためのセンサ。

２１）小さいバッテリ／電力バックアップ展開及びより長い動作を可能にする低電力デバイス。

２２）ｋＷｈメータから遠隔して顧客電力線をオン／オフすることを可能にする。
２３）スマートｋＷｈメータディスプレイにリアルタイム電気使用を表示する。

２４）電気規格に対応した小型デバイス。
２５）通信のためのＧＰＲＳ／ＮＢＩｏＴ／ＬｏｒａＷＡＮ／ＧＰＳデバイスサポート。

２６）データバックアップのためにＳＤカードを介して内部記録を有効化する。
任意選択の実施形態はまた、個々に、又は本発明が関連する技術分野において既知の均等物を有する特定の整数が言及されている場合、そのような既知の均等物は、あたかも個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれると見なされる、本明細書で言及又は示されている部分、要素、ステップ及び／又は特徴を、個々に、又は、部分、要素、ステップ及び／又は特徴のうちの２つ以上の任意の組み合わせで広く含むとも言える。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体を通して、文脈上別段の要求がない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、記載された整数若しくはステップ又は整数若しくはステップの群を含むが、任意の他の整数若しくはステップ又は整数若しくはステップの群を除外しないことを意味すると理解される。

関連出願
以下の関連出願の出願当初の明細書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる：２０２０年７月２７日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２０２０９０２６２５号。

Claims (42)

1. 電気信号を生成及び測定するためのシステムであって、
   制御信号に基づいて１つ以上のアナログ信号を生成するように構成されているデジタル－アナログ変換器モジュールと、
   １つ以上のチャネルであって、各チャネルは、
   電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子と、
   前記１つ以上のアナログ信号のうちの１つのアナログ信号を受信し、前記受信したアナログ信号の電圧に基づく電圧を前記出力端子に提供するように構成され、電流源に電気的に接続され、前記電流源と前記出力端子との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されているバッファ回路とを備える、１つ以上のチャネルと、
   各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、
   各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子に流れる電流を測定するように構成されている電流測定システムと
   を備える、システム。
2. 前記デジタル－アナログ変換器モジュールは、前記デジタル制御信号と、電源から受信される電圧とに基づいて、前記１つ以上のアナログ信号の電圧を制御するように構成されている電圧源デジタル－アナログ変換器モジュールである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記１つ以上のアナログ信号は１つ以上の電圧信号であり、前記制御信号は第１の制御信号であり、前記電流源は、第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器モジュールであり、前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、前記１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、前記電流信号を前記チャネルの前記出力端子に提供するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記デジタル－アナログ変換器モジュールは、前記１つ以上のアナログ信号の極性を制御するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記デジタル－アナログ変換器モジュールは、
   基準電圧である第１の電圧を受け取るように構成されている第１の端子と、
   前記基準電圧とは異なる第２の電圧を受け取るように構成されている第２の端子と、
   第３の端子とを備え、
   前記システムは、前記デジタル－アナログ変換器モジュールに動作可能に接続されたスイッチモジュールをさらに備え、前記スイッチモジュールは、
   前記基準電圧を受け取るために前記第３の端子が前記第１の端子に電気的に接続されている第１の状態と、
   前記第３の端子が前記第１の端子から電気的に切断されており、第３の電圧を受け取るように構成されている第２の状態であって、前記第３の電圧及び前記第２の電圧が反対の極性を有する、第２の状態との間で切り替え可能である、請求項４に記載のシステム。
6. 前記チャネルのうちの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、
   前記電気デバイスが前記出力端子から電流を引き出すときに前記電流源が前記出力端子に電流を供給することを可能にし、
   前記電気デバイスが前記出力端子に電流を供給するときに前記電流源が前記出力端子から電流を受け取ることを可能にするように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記チャネルは、前記電流源と前記出力端子との間の電流の流れを制限するように構成されている電流リミッタをさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記電流リミッタは、
   前記電流源によって前記出力端子に供給される電流を決定し、
   前記決定された電流を基準値と比較し、
   前記決定された電流が前記基準値よりも大きい場合、前記電流源によって前記出力端子に供給される電流を制限するようにさらに構成されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記電流リミッタは、前記バッファ回路と前記出力端子との間に電気的に接続された抵抗器の両端の電圧を測定することによって、前記電流源によって前記出力端子に供給される電流を決定するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、前記デジタル－アナログ変換器モジュールと前記出力端子との間の電流の流れを遮断又は閉塞するように構成されている、請求項１～９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、前記出力端子に提供するよりも高いインピーダンスを前記デジタル－アナログ変換器モジュールに提供する、請求項１～１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、前記電流源に提供するよりも高いインピーダンスを前記デジタル－アナログ変換器モジュールに提供する、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路は、さらなる制御信号に基づいて電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器を備える、請求項１又は２に記載のシステム。
14. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記バッファ回路はバッファ増幅器を備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記バッファ増幅器は、電圧バッファである、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記バッファ増幅器は、演算増幅器を備える、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記バッファ増幅器は、ボルテージフォロワを備える、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記出力端子は第１の出力端子であり、前記チャネルは、前記第１の出力端子と同じ前記電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている第２の出力端子をさらに備え、前記バッファ回路は、前記受信されたアナログ信号の電圧に対応する差動電圧を前記第１の出力端子及び前記第２の出力端子に提供するように構成されており、前記電流源と前記第２の出力端子との間に電流が流れることを可能にするようにさらに構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
19. 前記バッファ回路は、前記第１の出力端子に第１の電圧を供給し、前記第２の出力端子に第２の電圧を供給するように構成されているシングルエンド－差動変換器を備え、前記第１の電圧と前記第２の電圧との差は、前記受信されたアナログ信号の電圧に対応する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記電圧測定システムは、前記チャネルの１つ以上の各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子における電圧の分画である低減電圧を測定するように構成され、前記低減電圧は分圧器によって生成される、請求項１～１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. 前記電圧測定システムから、各チャネルについて測定された電圧を示す電圧データを受信し、
    前記電流測定システムから、各チャネルについて測定された電流を示す電流データを受信し、
    各チャネルについて、前記受信した電圧データに基づいて前記出力端子における電圧を決定し、
    各チャネルについて、前記受信した電流データに基づいて前記出力端子を通って流れる電流を決定するように構成されている測定読み値処理システムをさらに備える、請求項１～２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. 前記電圧測定システムは、
    各チャネルから、前記チャネルの前記出力端子における電圧を示すアナログ電圧を受信し、
    各チャネルについて、前記チャネルから受信した前記アナログ電圧を表す電圧測定値信号を生成するように構成されている電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュールであって、前記電圧測定値信号はデジタル信号である、電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュールを備える、請求項１～１９のいずれか１項に記載のシステム。
23. 前記電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュールは、分圧器を通じて各チャネルに電気的に接続される、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記電流測定システムは、
    各々が前記１つ以上のチャネルのうちの１つのチャネルの前記出力端子を通って流れる電流を検知するように構成されている１つ以上の電流センサと、
    各電流センサから、前記電流センサによって検知された電流を示すアナログ信号を受信し、
    各チャネルについて、前記チャネルに関連付けられた前記電流センサから受信した前記アナログ信号を表す電流測定値信号を生成するように構成されている電流測定値アナログ－デジタル変換器モジュールであって、前記電流測定値信号はデジタル信号である、電流測定値アナログ－デジタル変換器モジュールと
    を備える、請求項２２又は２３に記載のシステム。
25. 各チャネルについての前記電圧測定値信号及び前記電流測定値信号を受信し、
    各チャネルについて、前記受信した電圧測定値信号に基づいて前記チャネルの出力端子における電圧を決定し、
    各チャネルについて、前記受信した電流測定値信号に基づいて前記チャネルの前記出力端子を通って流れる電流を決定するように構成されている測定読み値処理システムをさらに備える、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記測定読み値処理システムは、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＰＩ）又はＩ^２Ｃを通じて前記電圧測定値アナログ－デジタル変換器モジュール及び前記電流測定値アナログ－デジタル変換器モジュールと通信するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記測定読み値処理システムから、前記１つ以上のチャネルの各チャネルの前記決定された電圧値及び前記決定された電流値を受信し、
    前記受信した電圧値及び電流値を遠隔受信機に送信するように構成されている通信モジュールをさらに備える、請求項２１又は２５に記載のシステム。
28. １つ以上の制御信号を生成するように構成されている設定制御処理システムをさらに備え、
    前記デジタル－アナログ変換器モジュールは、前記設定制御処理システムから前記制御信号を受信するように構成されている、請求項１～２７のいずれか１項に記載のシステム。
29. 前記設定制御処理システムは、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＰＩ）又はＩ^２Ｃを通じて前記デジタル－アナログ変換器モジュールと通信するように構成されている、請求項２８に記載のシステム。
30. 前記設定制御処理システム及び前記測定読み値処理システムは同じ処理システムである、請求項２８又は２９に記載のシステム。
31. 電気信号を生成及び測定するためのシステムであって、
    第１の制御信号に基づいて１つ以上の電圧信号を生成するように構成されている電圧源デジタル－アナログ変換器モジュールと、
    第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている電流源デジタル－アナログ変換器モジュールと、
    １つ以上のチャネルであって、各チャネルは、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子と、
    前記１つ以上の電圧信号のうちの１つの電圧信号及び前記１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、前記受信した電圧信号及び前記受信した電流信号を前記出力端子に提供するように構成されているバッファ回路とを備える、１つ以上のチャネルと、
    各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、
    各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子に流れる電流を測定するように構成されている電流測定システムと
    を備える、システム。
32. 前記チャネルの１つ以上のうちの少なくとも１つのチャネルについて、前記バッファ回路は、前記受信した電流信号を増幅するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
33. 電気信号を生成及び測定するためのシステムであって、
    制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成するように構成されている１つ以上の電流源と、
    １つ以上のチャネルであって、各チャネルが、電気デバイスに電気的に接続されるように構成されている出力端子を備え、各チャネルが、前記１つ以上の電流信号のうちの１つの電流信号を受信し、前記電流信号を前記チャネルの前記出力端子に提供するように構成されている、１つ以上のチャネルと、
    各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子における電圧を示す電圧を測定するように構成されている電圧測定システムと、
    各チャネルについて、前記チャネルの前記出力端子を通って流れる電流を測定するように構成されている電流測定システムと
    を備える、システム。
34. 前記１つ以上の電流源は、電流源デジタル－アナログ変換器モジュールの一部を形成する、請求項３３に記載のシステム。
35. 各電流源は、前記制御信号及び電源から受け取った電力に基づいて前記１つ以上の電流信号の電流を制御するように構成されている、請求項３３又は３４に記載のシステム。
36. 前記システムがソース・メジャー・ユニットである、請求項１～３５のいずれか１項に記載のシステム。
37. 電気消費を監視するためのシステムであって、
    請求項１～３６のいずれか１項に記載の電気信号を生成及び測定するための１つ以上のシステムと、
    前記電気信号を生成及び測定するための１つ以上のシステムの各システムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信するように構成されているデータセンタと
    を備える、電気消費を監視するためのシステム。
38. 電気メータであって、
    請求項１～３６のいずれか１項に記載の電気信号を生成及び測定するためのシステムと、
    前記電気信号を生成及び測定するためのシステムの能動部品に電力を供給するために、前記電気信号を生成及び測定するためのシステムを電源に電気的に接続するように構成されているスイッチモジュールと、
    前記電気信号を生成及び測定するためのシステムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信し、
    ディスプレイデバイスを動作させて、前記受信したデータを表示させるように構成されている、処理システムと
    を備える、電気メータ。
39. 複数の独立した信号発生器を監視するためのシステムであって、
    請求項１～３６のいずれか１項に記載の電気信号を生成及び測定するための複数のシステムと、
    電源から電力を受け取り、前記電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムに前記受け取った電力を分配するように構成されている配電ユニットと、
    処理システムであって、前記電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムの電圧測定システム及び電流測定システムによって決定された電圧及び電流を表すデータを受信し、
    前記電気信号を生成及び測定するための複数のシステムの各システムの動作パラメータを制御するように構成されている、処理システムと
    を備える、複数の独立した信号発生器を監視するためのシステム。
40. 電気信号を生成及び測定するための方法であって、
    第１の制御信号に基づいて１つ以上の電圧信号を生成することと、
    第２の制御信号に基づいて１つ以上の電流信号を生成することと、
    各電圧信号及び各電流信号について、１つ以上のバッファ回路のうちの１つのバッファ回路を通じて１つ以上の出力端子のうちの１つの出力端子に前記電圧信号及び前記電流信号を提供することと、
    各出力端子について、前記出力端子における電圧を示す電圧を測定することと、
    各出力端子について、前記出力端子を通る流れを示す電流を測定することと
    を含む、方法。
41. 各バッファ回路は、前記電流信号に提供するよりも高いインピーダンスを前記電圧信号に提供する、請求項４０に記載の方法。
42. 前記電流信号のうちの１つ以上を増幅することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
    

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