JP3674448B2

JP3674448B2 - Signal input circuit and signal input / output device

Info

Publication number: JP3674448B2
Application number: JP2000072371A
Authority: JP
Inventors: 誠岩島; 義則佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001267906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号入力回路及びこの信号入力回路を有する信号入出力装置に関わり、特に、入力される電流信号を素早く電圧信号に変換する信号入力回路、及びＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の受け渡しを正確に電流信号によって行う信号入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、複数の電子コントロールユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）が組み込まれている。これらのＥＣＵは、互いにパルス信号の受け渡しを行っている。このパルス信号の受け渡しを電圧信号で行った場合、ＥＣＵ間の接地電位（ＧＮＤ）レベルの違いにより、信号レベルの誤判定が生じてしまう惧れがある。この誤判定を防止するため、信号の受け渡しを電流信号で行う方法を用いている。代表例として、信号出力側ＥＣＵはオープンコレクタ型のトランジスタを有し、信号入力側ＥＣＵはプルアップ抵抗を有する形式が挙げられる。
【０００３】
信号出力側ＥＣＵが有するトランジスタは、信号出力側ＥＣＵの信号出力端子に接続されたコレクタ電極と、信号出力側ＥＣＵのＧＮＤに接続されたエミッタ電極と、パルス信号が入力されるベース電極とを有するｎｐｎトランジスタである。パルス信号がＨ（ハイ）レベルの時、トランジスタがオンして、信号出力端子から電流信号が流入する。パルス信号がＬ（ロー）レベルの時、トランジスタがオフして、電流信号が流入しない。信号出力端子は、ワイヤハーネス（信号線）を介して信号入力側ＥＣＵの信号入力端子に接続されている。
【０００４】
一方、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗は、信号入力端子と信号入力側ＥＣＵの電源電位（Ｖｃｃ）との間に接続されている。信号入力端子から電流信号が流出するとき、電流信号はプルアップ抵抗を流れる。プルアップ抵抗に電流信号が流れることで、信号入力側ＥＣＵの入力信号端子の電位は、電源電位レベルからＧＮＤレベルへ降下する。また、信号入力端子から電流信号が流出しないとき、プルアップ抵抗に電流信号が流れず、入力信号端子の電圧は電源電位レベルである。
【０００５】
このように、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号がＨレベルの時、信号入力側ＥＣＵの信号入力端子の電位はＧＮＤレベルとなり、パルス信号がＬレベルの時、信号入力端子の電位は電源電位レベルとなる。つまり、ＧＮＤレベルをＬレベル、電源電位レベルをＨレベルと仮定すると、電流信号を信号入力端子の電圧信号に反転変換することができることになる。信号入力側ＥＣＵは信号入力端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することで、信号出力側に入力されるパルス信号と同じパルス信号がインバータ回路から出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオフ状態からオン状態に変化したとき、トランジスタの電流シンク能力が十分であれば、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗の抵抗値の大きさに係わらず、素早く電流信号の印加（流入・流出）が開始される。したがって、電流信号は素早くプルアップ抵抗を流れるため、パルス信号に遅れることなく、信号入力端子の電位はＨレベルからＬレベルに変位する。
【０００７】
これに対して、信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオン状態からオフ状態に変化したとき、電流信号の印加はパルス信号に遅れることなく停止する。しかし、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、プルアップ抵抗の抵抗値と、ワイヤハーネスが有する線間容量等とで決まる時定数を持って減少する。つまり、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、流れ始めの時のように素早く停止しない。この結果、信号入力端子の電位はＬレベルからこの時定数を持ってＨレベルに変化するため、インバータ回路を介して出力されるパルス信号は、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号に対して遅延してＨレベルからＬレベルに変化する。
【０００８】
このように、複数のＥＣＵ間の電流信号を介したパルス信号伝達において、出力パルス信号は入力パルス信号に対して、片方のエッジ（立ち下がり）のみ信号遅延が生じることになり、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化してしまう。ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時に、誤判定が生じる惧れがある。
【０００９】
また、この信号遅延を小さくするために、プルアップ抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくした場合、プルアップ抵抗に流れる電流量が増加し、信号入力側ＥＣＵの消費電流の増大に繋がる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的には、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、入力された電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路であって、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する信号入力回路であることである。
【００１５】
ここで、変換抵抗が接続された第１の電位は、電流信号の印加が有る時に、変換抵抗に電流信号を流すための電位である。即ち、電流信号の印加が無い時、変換抵抗に電流は流れないので、入力信号端子の電位は「第１の電位」となる。一方、電流信号の印加が有る時、変換抵抗に電流信号が流れて電圧降下が生じるため、入力信号端子の電位は第１の電位とは異なる電位（以後、「第２の電位」という）となる。このようにして、電流信号の印加の有無を入力信号端子の電圧信号に変換することができる。具体的に、信号入力回路が接地電位と電源電位の１電源系の回路であり「第１の電位」が電源電位であれば、「第２の電位」は接地電位である。逆に、「第１の電位」が接地電位であれば、「第２の電位」は電源電位である。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の変換抵抗への印加が有る状態から無い状態に変化した後の意であり、この時、入力信号端子の電圧信号は「第２の電位」から「第１の電位」に向けて変化する。
【００１６】
本発明の第１の特徴によれば、電流信号の印加が停止した後、変換抵抗に流れる電流信号は所定の時定数を持って減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号は、所定の変化率で第２の電位から第１の電位へ向けて変化する。この所定の時定数は、変換抵抗の抵抗値と、信号入力回路の前段に位置する信号出力回路とを接続する信号線が有する線間容量等とで決定される。しかし、この所定の変化率で入力信号端子の電圧信号が変化している期間の少なくとも一部分において、微分回路の第１のスイッチング素子がオン状態になり、第１のスイッチング素子がオン状態である期間に、定電流回路が入力信号端子に対して所定の電流を印加することで、信号線の線間容量等を素早く充電することができる。したがって、入力信号端子の電圧信号は、急速に第２の電位から第１の電位に変化する。このように、電流信号を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号に対して出力する電圧信号の片方のエッジ（立ち下がり）に生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００１７】
本発明の第１の特徴において、微分回路はワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。微分回路が有する第１のスイッチング素子がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。また、オン期間は、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している総ての期間であることが望ましい。ワンショットマルチバイブレータが不要となり、信号入力回路を小型化することができる。
【００１８】
また、微分回路が有する第１のスイッチング素子は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間を流れる電流を制御する制御電極とを有し、微分回路は、入力信号端子と第１のスイッチング素子の制御電極との間に接続されたコンデンサをさらに有することが望ましい。なお、前述のワンショットマルチバイブレータは、第１のスイッチング素子の制御電極とコンデンサとの間に接続すればよい。
【００１９】
また、定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタと、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極とを有する第２のトランジスタとを有することが望ましい。定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子と第１の電位との間に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極と、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極とを有する第２のトランジスタとを有する増幅回路であってもよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、電流信号の受け渡しを行う信号入出力装置であって、電流信号を出力する信号出力回路と、電流信号が入力され、電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路と、信号出力回路と信号入力回路の間を接続する信号線とを有することである。また、信号入力回路は、信号線に接続され、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する。
【００２１】
本発明の第２の特徴によれば、信号入力回路に入力される電流信号に対して変換された電圧信号の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、信号出力回路の入力パルス信号に対する信号入力回路の出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、信号出力回路は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、信号線に接続された第２の電極と、第１の電極と第２の電極間を流れる電流を制御する制御電極とを有する第２のスイッチング素子を有することが望ましく、信号入力回路は、入力信号端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することが望ましい。第２のスイッチング素子の制御電極に入力される入力パルス信号に対して、インバータ回路から出力される出力パルス信号のパルス幅の変化が減少する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００２４】
また本発明によれば、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することができる。
【００２５】
さらに本発明によれば、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することができる。
【００２６】
さらに本発明によれば、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路の構成を示す回路図である。本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路２は、図１に示すように、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する信号入力回路２である。また、信号入力回路２は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（Ｖｃｃ）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、定電流回路１５とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子１１を有する。定電流回路１５は、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００２８】
ここで、変換抵抗５が接続された第１の電位（Ｖｃｃ）は、電流信号Ｓ１の印加が有る時に、変換抵抗４に電流信号Ｓ１を流すための電位である。つまり、電流信号Ｓ１の印加が有る時は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は第１の電位（Ｖｃｃ）とは異なる第２の電位となり、電流信号Ｓ１の印加が無い時は、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は、第１の電位となる。ここでは、信号入力回路２は、接地電位（ＧＮＤ）と電源電位（Ｖｃｃ）の１電源系の回路であり、第１の電位は電源電位であり、第２の電位はＧＮＤである。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の印加が有る状態から無い状態に変化した後の意である。さらにここでは、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号が所定の変化率で変化している総ての期間である場合について説明する。
【００２９】
微分回路１０が有する第１のスイッチング素子１１は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、第２の電極（コレクタ電極）と、エミッタ電極とコレクタ電極の間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有するｎｐｎバイポーラトランジスタである。微分回路１０は、入力信号端子４とバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続されたコンデンサ１２と、ＧＮＤとバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続された第３の抵抗１３とをさらに有する。
【００３０】
定電流回路１５は、バイポーラトランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、電源電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタ１８と、第１のトランジスタ１８とカレントミラー型に構成された第２のトランジスタ１９とを有する。即ち、第２のトランジスタ１９は、電源電位（Ｖｃｃ）に接続された第１の電極と、入力信号端子４に接続された第２の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極とを有する。ここで、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９は、共にｐｎｐバイポーラトランジスタである。また、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９において、第１の電極はエミッタ電極であり、第２の電極はコレクタ電極であり、制御電極はベース電極である。
【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図１に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路２と、信号出力回路２５と信号入力回路２の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。ここでは、信号入力回路を信号入力側ＥＣＵ２とし、信号出力回路を信号出力側ＥＣＵ２５とする。
【００３２】
信号出力側ＥＣＵ２５は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、ワイヤハーネス３０に接続された第２の電極（コレクタ電極）と、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、エミッタ電極とコレクタ電極間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有する第２のスイッチング素子２６を有する。第２のスイッチング素子２６は、ｎｐｎバイポーラトランジスタである。即ち、信号出力側ＥＣＵ２５は、オープンコレクタ型のｎｐｎバイポーラトランジスタ２６から構成されている。信号入力側ＥＣＵ２は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が入力され、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力するインバータ回路２０をさらに有する。
【００３３】
図１に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。図３は本発明の第１実施形態に係わる信号入出力装置の動作を説明する図である。図３において、「Ｖｉｎ」はトランジスタ２６のベース電極に入力される入力パルス信号、「Ｓ１」は電流信号、「Ｓｉｎ」は入力信号端子４の電圧信号、「Ｖ１」はトランジスタ１１のベース電極の電位、「Ｓ２」はトランジスタ１９のコレクタ電極から入力信号端子４に流入する電流をそれぞれ示す。
【００３４】
（１）電流信号Ｓ１の印加が無い時
まず、信号出力側ＥＣＵ２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＧＮＤレベル（以後、「Ｌレベル」という）である時、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ２６はオフ状態である。したがって、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入せず、信号入力側ＥＣＵ２から流出しない。電流信号Ｓ１が変換抵抗５に流れないため、変換抵抗５の両端子間に電圧降下が生じない。したがって、変換抵抗５が接続された入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、電源電位レベル（以後、「Ｈレベル」という）である。インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）はＬレベルである。このように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルの時、電流信号Ｓ１の印加は無く、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）はＨレベルである。
【００３５】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルであるため、微分回路１０のコンデンサ１２は充電されているが、コンデンサ１２に電流は流れていない。トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）はＬレベルであり、トランジスタ１１のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態である。トランジスタ１１のエミッタ−コレクタ間の抵抗は無限大となり、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルになる。したがって、トランジスタ１１のコレクタ電極に接続された定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態である。また、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３６】
（２）電流信号Ｓ１の印加が開始された時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルからＨレベルへ変化すると、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れ始め、トランジスタ２６はオフ状態からオン状態に変化する。そして、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入し始め、信号入力側ＥＣＵ２から流出し始める。つまり、電流信号Ｓ１の印加が開始される。ここで、トランジスタ２６の電流シンク能力が十分であるとすると、変換抵抗５の抵抗値の大きさに係わらず、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりとほぼ同時に、電流信号Ｓ１の印加が開始される。即ち、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち上がりのずれはほとんどない。したがって、変換抵抗５の両端子間に発生する電圧降下も、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく生じるため、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく追従してＨレベルからＬレベルへ変化する。そして、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなくＬレベルからＨレベルへ変化する。
【００３７】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルからＬレベルに変化すると、コンデンサ１２に充電されている電荷が放電され、図３に示すように、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）は、一時的にＧＮＤレベルよりも低い電位レベルになる。したがって、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極に逆方向の電圧が印加されるためベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態のままである。コンデンサ１２に充電されている電荷は、第３の抵抗１３を介してＧＮＤに放電される。また、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルのままであるため、定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態のままであり、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３８】
（３）電流信号Ｓ１の印加が停止した時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＨレベルからＬレベルへ変化すると、トランジスタ２６はオン状態からオフ状態に変化する。そして、信号出力側ＥＣＵ２５への電流信号Ｓ１の流入、信号入力側ＥＣＵ２からの電流信号Ｓ１の流出が停止する。つまり、電流信号Ｓ１の印加が停止する。入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち下がりとほぼ同時にトランジスタ２６はオフ状態となるため、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち下がりのずれはほとんどない。しかし、ワイヤハーネス３０が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）を充電するための電流が変換抵抗５を流れる。したがって、変換抵抗５を流れる電流信号は、線間容量（ＣＡ）および入力容量（ＣＢ）とを加算した容量値と変換抵抗５の抵抗値とで決まる所定の時定数をもって減少する。その結果、変換抵抗５の両端子間の電圧降下は、この時定数で決まる所定の変化率で減少し、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、この所定の変化率でＬレベルからＨレベルへ向けて変化する。
【００３９】
入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０のコンデンサ１２に電荷が充電され続ける。これは、コンデンサ１２に電流が流れている状態を示し、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）がＬレベルからＨレベルの方向に変化する。そして、コンデンサ１２を流れる電流の一部は、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極の間をベース電流として流れ、トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。即ち、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０が有するトランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。
【００４０】
トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化すると、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位は、Ｈレベルからトランジスタ１１が持つコレクタ−エミッタ間飽和電圧まで降下する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、トランジスタ１８のベース−エミッタ間順方向電圧、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、トランジスタ１８、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。そして、この電流に比例した電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタ電極からコレクタ電極へ流れ、入力信号端子４に電流Ｓ２が流入される。即ち、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間、定電流回路５のトランジスタ１９から入力信号端子４へ電流Ｓ２が流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は急激に上昇し、ＬレベルからＨレベルに到達し、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も、追従してＨレベルからＬレベルに変化する。そして、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルに到達すると、電圧信号（Ｓｉｎ）は所定の変化率で変化しなくなるため、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態になり、定電流回路１５から信号入力端子４への電流Ｓ２の流入は停止する。したがって、図３に示すように信号入力端子４に電流Ｓ２が流入されることにより、電流信号（Ｓｉｎ）がＨレベルまで到達するまでの遅延時間は、点線３１から点線３０まで短縮される。
【００４１】
以上説明したように本発明の第１実施形態によれば、電流信号Ｓ１を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号Ｓ１に対して変換された電圧信号（Ｓｉｎ）の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗５の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路２を提供することができる。したがって、信号出力回路２５の出力パルス信号（Ｖｉｎ）がオンしているときに流れる電流信号Ｓ１を増加させることなく、信号遅延時間を短縮する信号伝達特性を有する信号入出力装置を提供することができる。また、ＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時でも、信号出力回路２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する信号入力回路２の出力パルス信号のパルス幅の変化が小さい信号入出力装置を提供することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明に係わる信号入力回路は、定電流回路１５の代わりに増幅回路を有していても構わない。図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３の構成を示す回路図である。図２において、図１に示した信号入力回路２と同じ構成である部分に図１と同一の記号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（電源電位）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、増幅回路１６とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１１を有する。増幅回路１６は、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００４３】
増幅回路１６は、トランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、第１の抵抗１７の他方の端子と電源電位との間に接続された第２の抵抗２１と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極（ベース電極）と、電源電位に接続された第１の電極（エミッタ電極）と、入力信号端子４に接続された第２の電極（コレクタ電極）とを有する第２のトランジスタ（ｐｎｐバイポーラトランジスタ）１９とを有する。
【００４４】
図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図２に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路（信号出力側ＥＣＵ）２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路（信号入力側ＥＣＵ）３と、信号出力側ＥＣＵ２５と信号入力側ＥＣＵ３の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。
【００４５】
次に、図２に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。まず、電流信号の印加が無い時、及び電流信号の印加が開始された時、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態であるため、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位はＨレベルである。したがって、増幅回路１６の第２の抵抗２１及び第１の抵抗１７に電流は流れない。また、トランジスタ１９のベース電極にも電流は流れず、トランジスタ１９はオフ状態であり、トランジスタ１９のコレクタ電極から信号入力端子４へ電流Ｓ２は流入されない。
【００４６】
電流信号Ｓ１の印加が停止した時、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間、トランジスタ１１はオフ状態からオン状態に変化する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、第２の抵抗２１の抵抗値、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、第２の抵抗２１、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。同時に、この電流に比例したベース電流がトランジスタ１９に流れ、トランジスタ１９はオン状態となる。そして、このベース電流により増幅された電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタからコレクタ電極へ流れ、電流Ｓ２は信号入力端子４に流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。
【００４７】
以上説明したように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に効果が得られると同時に、第１実施形態がＩＣ化した場合に好適（コスト低減）であるのに対し、第２実施形態はディスクリート部品で構成した場合に好適である。また、トランジスタ１１に流れる電流に比例したベース電流をトランジスタ１９が増幅することにより、より電流量の大きい電流Ｓ２を信号入力端子４に流入することができる。
【００４８】
なお、本発明の第１実施形態及び第２実施形態において、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５に流入し、信号入力回路（２、３）から流出する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。「第１の電位」をＧＮＤ、「第２の電位」を電源電位（Ｖｃｃ）とし、総てのバイポーラトランジスタ（１１、１８、１９、２６）のトランジスタタイプを逆にすることで、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５から流出し、信号入力回路（２、３）に流入する。
【００４９】
また、第１のスイッチング素子１１、第２のスイッチング素子２６、第１のトランジスタ１８、第２のトランジスタ１９は、それぞれＭＯＳ形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であってもよい。この場合、「第１の電極」はソース電極であり、「第２の電極」はドレイン電極であり、「制御電極」はゲート電極となる。また、第２のスイッチング素子２６は、オープンドレイン型のＭＯＳＦＥＴとなる。
【００５０】
さらに、微分回路１０は、トランジスタ１１のベース電極とコンデンサ１２との間に接続されたワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。トランジスタ１１がオン状態である期間を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。
【００５１】
さらに、図１に示した信号入出力装置は、信号入力回路２が集積回路として形成された第１の半導体チップと、信号出力回路２５が集積回路として形成された第２の半導体チップとから構成されていることが望ましい。また、図２に示した信号入出力装置は、信号入力回路３及び信号出力回路２５を構成する各電気素子を個別の半導体素子として作成し、各半導体素子を図２に示した配線パターンが予め形成されたプリント配線基板などの実装基板に載置して形成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図３】図１及び図２に示した信号入出力装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
２、３信号入力回路
４信号入力端子
５変換抵抗
１０微分回路
１１第１のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
１２コンデンサ
１３第３の抵抗
１５定電流回路
１６増幅回路
１７第１の抵抗
１８第１のトランジスタ
１９第２のトランジスタ
２０インバータ回路
２１第２の抵抗
２５信号出力回路
２６第２のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
３０信号線（ワイヤハーネス）
Ｓ１電流信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal input circuit and a signal input / output device having the signal input circuit, and more particularly, a signal input circuit that quickly converts an input current signal into a voltage signal, and a pulse whose pulse width is managed, such as a PWM signal. The present invention relates to a signal input / output device that accurately transfers signals using current signals.
[0002]
[Prior art]
A plurality of electronic control units (ECUs) are incorporated in an automobile. These ECUs exchange pulse signals with each other. When this pulse signal is transferred as a voltage signal, there is a risk that an erroneous determination of the signal level may occur due to a difference in ground potential (GND) level between ECUs. In order to prevent this erroneous determination, a method is used in which a signal is transferred using a current signal. As a typical example, the signal output side ECU has an open collector transistor, and the signal input side ECU has a pull-up resistor.
[0003]
The transistor included in the signal output side ECU includes a collector electrode connected to the signal output terminal of the signal output side ECU, an emitter electrode connected to GND of the signal output side ECU, and a base electrode to which a pulse signal is input. It is an npn transistor. When the pulse signal is at the H (high) level, the transistor is turned on and a current signal flows from the signal output terminal. When the pulse signal is at L (low) level, the transistor is turned off and no current signal flows. The signal output terminal is connected to the signal input terminal of the signal input side ECU via a wire harness (signal line).
[0004]
On the other hand, the pull-up resistor of the signal input side ECU is connected between the signal input terminal and the power supply potential (Vcc) of the signal input side ECU. When the current signal flows out from the signal input terminal, the current signal flows through the pull-up resistor. When a current signal flows through the pull-up resistor, the potential of the input signal terminal of the signal input side ECU drops from the power supply potential level to the GND level. When no current signal flows out from the signal input terminal, no current signal flows through the pull-up resistor, and the voltage at the input signal terminal is at the power supply potential level.
[0005]
Thus, when the pulse signal input to the signal output side ECU is at the H level, the potential of the signal input terminal of the signal input side ECU is at the GND level, and when the pulse signal is at the L level, the potential of the signal input terminal is the power supply. It becomes a potential level. That is, assuming that the GND level is the L level and the power supply potential level is the H level, the current signal can be inverted and converted into a voltage signal at the signal input terminal. The signal input side ECU further includes an inverter circuit to which the voltage of the signal input terminal is input, so that the same pulse signal as the pulse signal input to the signal output side is output from the inverter circuit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the transistor of the signal output side ECU changes from the OFF state to the ON state, if the current sink capability of the transistor is sufficient, the current signal can be output quickly regardless of the resistance value of the pull-up resistor of the signal input side ECU. Application (inflow / outflow) is started. Therefore, since the current signal quickly flows through the pull-up resistor, the potential of the signal input terminal is shifted from the H level to the L level without delay from the pulse signal.
[0007]
On the other hand, when the transistor of the signal output side ECU changes from the on state to the off state, the application of the current signal stops without delaying the pulse signal. However, the current signal flowing through the pull-up resistor decreases with a time constant determined by the resistance value of the pull-up resistor and the line-to-line capacitance of the wire harness. In other words, the current signal flowing through the pull-up resistor does not stop as quickly as when it first started flowing. As a result, since the potential of the signal input terminal changes from L level to H level with this time constant, the pulse signal output via the inverter circuit is compared with the pulse signal input to the signal output side ECU. Delays and changes from H level to L level.
[0008]
Thus, in pulse signal transmission via current signals between a plurality of ECUs, the output pulse signal has a signal delay only on one edge (falling) with respect to the input pulse signal. The pulse width of the output pulse signal changes. There is a risk of erroneous determination when transmitting a pulse signal whose pulse width is managed, such as a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
[0009]
If the time constant is reduced by reducing the resistance value of the pull-up resistor to reduce the signal delay, the amount of current flowing through the pull-up resistor increases, leading to an increase in current consumption of the signal input side ECU. .
[0010]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object thereof is to provide a signal input circuit that shortens the signal delay time and suppresses an increase in current consumption. It is.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a signal input circuit having a small change in pulse width between an input current signal and a converted voltage signal.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a signal input for applying a predetermined current to the signal input terminal while the voltage signal at the signal input terminal is changing at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped. To provide a circuit.
[0013]
Still another object of the present invention is to provide a signal input / output device capable of transmitting a pulse signal via a current signal having a small change in pulse width.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is a signal input circuit for converting an input current signal into a voltage signal, an input signal terminal to which the current signal is input, a first potential, It is connected between the input signal terminal and the current signal flows when the current signal is applied, so that the conversion resistor that converts the current signal into the voltage signal of the input signal terminal and the input after the current signal application is stopped A differentiating circuit having a first switching element that is turned on in at least a part of a period in which the voltage signal of the signal terminal is changing at a predetermined change rate toward the first potential; and the first switching element is turned on A signal input circuit having a constant current circuit for applying a predetermined current to the input signal terminal for a certain period.
[0015]
Here, the first potential to which the conversion resistor is connected is a potential for allowing a current signal to flow through the conversion resistor when a current signal is applied. That is, when no current signal is applied, no current flows through the conversion resistor, so that the potential of the input signal terminal is the “first potential”. On the other hand, when a current signal is applied, the current signal flows through the conversion resistor and a voltage drop occurs. Therefore, the potential of the input signal terminal is different from the first potential (hereinafter referred to as “second potential”). Become. In this way, whether or not a current signal is applied can be converted into a voltage signal at the input signal terminal. Specifically, if the signal input circuit is a one-power-supply circuit having a ground potential and a power supply potential, and the “first potential” is the power supply potential, the “second potential” is the ground potential. Conversely, if the “first potential” is the ground potential, the “second potential” is the power supply potential. In addition, “after the application of the current signal is stopped” means after the current signal is applied to the conversion resistor from the state where the current signal is applied to the state where the current signal is not applied. The potential changes from “potential of 2” to “first potential”.
[0016]
According to the first feature of the present invention, after the application of the current signal is stopped, the current signal flowing through the conversion resistor decreases with a predetermined time constant. Therefore, the voltage signal at the input signal terminal changes from the second potential to the first potential at a predetermined rate of change. The predetermined time constant is determined by the resistance value of the conversion resistor and the line capacitance of the signal line connecting the signal output circuit located in the previous stage of the signal input circuit. However, in at least a part of the period when the voltage signal of the input signal terminal is changing at the predetermined change rate, the period in which the first switching element of the differentiating circuit is in the on state and the first switching element is in the on state. In addition, the constant current circuit applies a predetermined current to the input signal terminal, so that the capacitance between the signal lines can be quickly charged. Therefore, the voltage signal at the input signal terminal rapidly changes from the second potential to the first potential. Thus, in the pulse signal transmission via the current signal, the signal delay occurring at one edge (falling) of the output voltage signal with respect to the input current signal is reduced, and the output pulse signal of the input pulse signal is reduced. The change in pulse width decreases. In addition, since it is not necessary to reduce the time constant by reducing the resistance value of the conversion resistor in order to reduce this signal delay, a signal input circuit that shortens the signal delay time and suppresses the increase in current consumption is provided. can do.
[0017]
In the first feature of the present invention, the differentiating circuit may further include a one-shot multivibrator. During the period in which the first switching element of the differentiating circuit is in the ON state (hereinafter referred to as “ON period”), the potential of the input signal terminal changes at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped. It can be only part of the period. Further, it is desirable that the ON period is an entire period in which the potential of the input signal terminal changes at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped. A one-shot multivibrator is not required, and the signal input circuit can be reduced in size.
[0018]
In addition, the first switching element included in the differentiation circuit includes a first electrode connected to a second potential different from the first potential, a second electrode, and the first electrode and the second electrode. It is preferable that the differential circuit further includes a capacitor connected between the input signal terminal and the control electrode of the first switching element. The one-shot multivibrator described above may be connected between the control electrode of the first switching element and the capacitor.
[0019]
The constant current circuit includes a first resistor having one terminal connected to the second electrode of the first switching element, a first electrode connected to the first potential, and a first resistor. A first transistor having a second electrode and a control electrode connected to the other terminal, a first electrode connected to the first potential, and a second electrode connected to the input signal terminal; And a second transistor having a control electrode connected to the other terminal of the first resistor. The constant current circuit is connected between the first resistor having one terminal connected to the second electrode of the first switching element, and the other terminal of the first resistor and the first potential. A second resistor; a control electrode connected to the other terminal of the first resistor; a first electrode connected to the first potential; and a second electrode connected to the input signal terminal. An amplifier circuit having a second transistor may be used.
[0020]
A second feature of the present invention is a signal input / output device that transfers current signals, a signal output circuit that outputs current signals, and a signal input circuit that receives the current signals and converts the current signals into voltage signals And a signal line connecting the signal output circuit and the signal input circuit. The signal input circuit is connected to the signal line and connected between the input signal terminal to which the current signal is input and the first potential and the input signal terminal, and the current signal flows when the current signal is applied. Thus, the conversion resistor for converting the current signal into the voltage signal of the input signal terminal, and after the application of the current signal is stopped, the voltage signal of the input signal terminal changes toward the first potential at a predetermined change rate. A differential circuit having a first switching element that is turned on in at least a part of a certain period, and a constant current circuit that applies a predetermined current to the input signal terminal during a period in which the first switching element is on. Have.
[0021]
According to the second feature of the present invention, the signal delay generated at one edge of the voltage signal converted with respect to the current signal input to the signal input circuit is reduced, and the signal input to the input pulse signal of the signal output circuit is reduced. The change in the pulse width of the output pulse signal of the circuit is reduced.
[0022]
In the second feature of the present invention, the signal output circuit includes: a first electrode connected to a second potential different from the first potential; a second electrode connected to the signal line; It is desirable to have the 2nd switching element which has a control electrode which controls the current which flows between an electrode and the 2nd electrode, and a signal input circuit may further have an inverter circuit into which the voltage of an input signal terminal is inputted desirable. The change in the pulse width of the output pulse signal output from the inverter circuit is reduced with respect to the input pulse signal input to the control electrode of the second switching element.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a signal input circuit in which a signal delay time is shortened and an increase in current consumption is suppressed.
[0024]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a signal input circuit in which a change in pulse width is small between an input current signal and a converted voltage signal.
[0025]
Further, according to the present invention, the signal input circuit for applying a predetermined current to the signal input terminal while the voltage signal of the signal input terminal is changing at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped. Can be provided.
[0026]
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a signal input / output device capable of transmitting a pulse signal via a current signal having a small change in pulse width.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a signal input circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the signal input circuit 2 according to the first embodiment of the present invention is a signal input circuit 2 that converts an input current signal S1 into a voltage signal (Sin). The signal input circuit 2 is connected between the input signal terminal 4 to which the current signal S1 is input and the first potential (Vcc) and the input signal terminal 4 so that the current signal S1 is applied when the current signal S1 is applied. When S1 flows, the conversion resistor 5 that converts the current signal S1 into the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4, the differentiation circuit 10, and the constant current circuit 15 are provided. The differentiation circuit 10 is in an ON state at least during a period in which the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 changes at a predetermined change rate toward the first potential after the application of the current signal 1 is stopped. The first switching element 11 is provided. The constant current circuit 15 applies a predetermined current (S2) to the input signal terminal 4 during a period in which the first switching element 11 of the differentiating circuit 10 is on.
[0028]
Here, the first potential (Vcc) to which the conversion resistor 5 is connected is a potential for allowing the current signal S1 to flow through the conversion resistor 4 when the current signal S1 is applied. That is, when the current signal S1 is applied, the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 becomes the second potential different from the first potential (Vcc), and when the current signal S1 is not applied, the input signal is input. The voltage signal (Sin) at the signal terminal becomes the first potential. Here, the signal input circuit 2 is a circuit of one power supply system of the ground potential (GND) and the power supply potential (Vcc), the first potential is the power supply potential, and the second potential is GND. Further, “after the application of the current signal is stopped” means that the state after the application of the current signal is changed to the state without the application of the current signal. Further, here, during the period in which the first switching element 11 of the differentiating circuit 10 is in the ON state (hereinafter referred to as “ON period”), after the application of the current signal 1 is stopped, the voltage signal at the input signal terminal 4 is predetermined. The case where all the periods are changing at the change rate of will be described.
[0029]
The first switching element 11 included in the differentiating circuit 10 controls a first electrode (emitter electrode) connected to the GND, a second electrode (collector electrode), and a current flowing between the emitter electrode and the collector electrode. An npn bipolar transistor having a control electrode (base electrode). The differentiation circuit 10 further includes a capacitor 12 connected between the input signal terminal 4 and the base electrode of the bipolar transistor 11, and a third resistor 13 connected between GND and the base electrode of the bipolar transistor 11. Have.
[0030]
The constant current circuit 15 is connected to the first resistor 17 having one terminal connected to the collector electrode of the bipolar transistor 11, the first electrode connected to the power supply potential, and the other terminal of the first resistor 17. The first transistor 18 having the second electrode and the control electrode, and the second transistor 19 configured in a current mirror type with the first transistor 18. That is, the second transistor 19 is connected to the first electrode connected to the power supply potential (Vcc), the second electrode connected to the input signal terminal 4, and the other terminal of the first resistor 17. Control electrode. Here, both the first transistor 18 and the second transistor 19 are pnp bipolar transistors. In the first transistor 18 and the second transistor 19, the first electrode is an emitter electrode, the second electrode is a collector electrode, and the control electrode is a base electrode.
[0031]
FIG. 1 also shows a circuit configuration of a signal input / output device including a signal input circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the signal input / output device receives an input pulse signal (Vin) and outputs a current signal S1, and converts the input current signal S1 into a voltage signal (Sin). The signal input circuit 2 that outputs the output pulse signal (Vout) and the signal line (wire harness) 30 that connects the signal output circuit 25 and the signal input circuit 2 are provided. Here, the signal input circuit is a signal input side ECU 2 and the signal output circuit is a signal output side ECU 25.
[0032]
The signal output side ECU 25 receives the first electrode (emitter electrode) connected to the GND, the second electrode (collector electrode) connected to the wire harness 30, and the input pulse signal (Vin). And a second switching element 26 having a control electrode (base electrode) for controlling the current flowing between the collector electrodes. The second switching element 26 is an npn bipolar transistor. That is, the signal output side ECU 25 includes an open collector type npn bipolar transistor 26. The signal input side ECU 2 further includes an inverter circuit 20 that receives the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 and outputs an output pulse signal (Vout).
[0033]
The operation of the signal input / output device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the signal input / output device according to the first embodiment of the present invention. 3, “Vin” is an input pulse signal input to the base electrode of the transistor 26, “S1” is a current signal, “Sin” is a voltage signal at the input signal terminal 4, and “V1” is a base electrode of the transistor 11. The potential “S2” indicates a current flowing from the collector electrode of the transistor 19 to the input signal terminal 4.
[0034]
(1) When no current signal S1 is applied
First, when the input pulse signal (Vin) of the signal output side ECU 25 is at the GND level (hereinafter referred to as “L level”), the base current does not flow from the base electrode to the emitter electrode of the transistor 26, and the transistor 26 is in the OFF state. is there. Therefore, the current signal S1 does not flow into the signal output side ECU 25 and does not flow out from the signal input side ECU 2. Since the current signal S1 does not flow through the conversion resistor 5, no voltage drop occurs between both terminals of the conversion resistor 5. Therefore, the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 to which the conversion resistor 5 is connected is the power supply potential level (hereinafter referred to as “H level”). The output pulse signal (Vout) output from the inverter circuit 20 is at L level. Thus, when the input pulse signal (Vin) is at the L level, the current signal S1 is not applied, and the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 is at the H level.
[0035]
Further, since the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 is at the H level, the capacitor 12 of the differentiation circuit 10 is charged, but no current flows through the capacitor 12. The potential (V1) of the base electrode of the transistor 11 is L level, no base current flows from the base electrode to the emitter electrode of the transistor 11, and the transistor 11 is in an off state. The resistance between the emitter and collector of the transistor 11 becomes infinite, and the collector electrode of the transistor 11 becomes H level. Therefore, no current flows through the first resistor 17 of the constant current circuit 15 connected to the collector electrode of the transistor 11, and the transistor 18 and the transistor 19 are off. Further, no current (S2) flows from the constant current circuit 15 to the input signal terminal 4.
[0036]
(2) When application of the current signal S1 is started
Next, when the input pulse signal (Vin) changes from the L level to the H level, the base current starts to flow from the base electrode to the emitter electrode of the transistor 26, and the transistor 26 changes from the off state to the on state. Then, the current signal S1 starts to flow into the signal output side ECU 25 and starts to flow out from the signal input side ECU 2. That is, application of the current signal S1 is started. Here, assuming that the current sink capability of the transistor 26 is sufficient, the application of the current signal S1 is started almost simultaneously with the rise of the input pulse signal (Vin) regardless of the resistance value of the conversion resistor 5. . That is, as shown in FIG. 3, there is almost no deviation in rising between the input pulse signal (Vin) and the current signal S1. Therefore, the voltage drop generated between both terminals of the conversion resistor 5 also occurs without delaying the rising of the input pulse signal (Vin), so that the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 is equal to the input pulse signal (Vin). Following the rise without delay, it changes from the H level to the L level. The output pulse signal (Vout) output from the inverter circuit 20 also changes from the L level to the H level without delaying the rising of the input pulse signal (Vin).
[0037]
Further, when the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 changes from the H level to the L level, the charge charged in the capacitor 12 is discharged, and the potential (V1) of the base electrode of the transistor 11 is discharged as shown in FIG. ) Temporarily becomes a potential level lower than the GND level. Accordingly, since a reverse voltage is applied to the base electrode and the emitter electrode of the transistor 11, no base current flows, and the transistor 11 remains off. The electric charge charged in the capacitor 12 is discharged to GND through the third resistor 13. In addition, since the collector electrode of the transistor 11 remains at the H level, no current flows through the first resistor 17 of the constant current circuit 15, and the transistors 18 and 19 remain off. No current (S2) flows into the input signal terminal 4.
[0038]
(3) When the application of the current signal S1 is stopped
Next, when the input pulse signal (Vin) changes from the H level to the L level, the transistor 26 changes from the on state to the off state. Then, the inflow of the current signal S1 to the signal output side ECU 25 and the outflow of the current signal S1 from the signal input side ECU 2 are stopped. That is, the application of the current signal S1 is stopped. Since the transistor 26 is turned off almost simultaneously with the fall of the input pulse signal (Vin), there is almost no deviation of the fall between the input pulse signal (Vin) and the current signal S1, as shown in FIG. . However, a current for charging the line capacitance (CA) included in the wire harness 30 and the input capacitance (CB) included in the inverter circuit 20 flows through the conversion resistor 5. Therefore, the current signal flowing through the conversion resistor 5 decreases with a predetermined time constant determined by the capacitance value obtained by adding the line capacitance (CA) and the input capacitance (CB) and the resistance value of the conversion resistor 5. As a result, the voltage drop between the two terminals of the conversion resistor 5 decreases at a predetermined change rate determined by this time constant, and the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 increases from the L level to the H level at this predetermined change rate. Change towards the level.
[0039]
While the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 is changing from the L level to the H level, the capacitor 12 of the differentiation circuit 10 continues to be charged. This indicates that a current is flowing through the capacitor 12, and the potential (V1) of the base electrode of the transistor 11 changes from the L level to the H level. A part of the current flowing through the capacitor 12 flows as a base current between the base electrode and the emitter electrode of the transistor 11, and the transistor 11 changes from the off state to the on state. That is, the transistor 11 included in the differentiating circuit 10 changes from the off state to the on state while the voltage signal (Sin) at the input signal terminal 4 changes from the L level to the H level.
[0040]
When the transistor 11 changes from the off state to the on state, the potential of the collector electrode of the transistor 11 drops from the H level to the collector-emitter saturation voltage of the transistor 11. The current determined by the collector-emitter saturation voltage of the transistor 11, the resistance value of the first resistor 17, the base-emitter forward voltage of the transistor 18, and the power supply potential (Vcc) is the transistor 18, the first resistance. 17 and the transistor 11. A current S2 proportional to this current flows from the emitter electrode to the collector electrode of the transistor 19, and the current S2 flows into the input signal terminal 4. That is, the current S2 flows from the transistor 19 of the constant current circuit 5 to the input signal terminal 4 while the transistor 11 of the differentiation circuit 10 is on. When the current signal flowing through the conversion resistor 5 and the current S2 flow into the input signal terminal 4, the line capacitance (CA) of the wire harness 3 and the input capacitance (CB) of the inverter circuit 20 are rapidly charged. The current signal flowing through the conversion resistor 5 decreases rapidly. Accordingly, the voltage signal (Sin) at the input signal terminal rises rapidly, reaches the H level from the L level, and the output pulse signal (Vout) output from the inverter circuit 20 follows from the H level to the L level. Change. When the voltage signal (Sin) at the input signal terminal reaches the H level, the voltage signal (Sin) does not change at a predetermined change rate, so that the transistor 11 of the differentiation circuit 10 is turned off, and the constant current circuit 15 The flow of the current S2 to the signal input terminal 4 stops. Therefore, the delay time until the current signal (Sin) reaches the H level is shortened from the dotted line 31 to the dotted line 30 by the current S2 flowing into the signal input terminal 4 as shown in FIG.
[0041]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in the pulse signal transmission via the current signal S1, it occurs at one edge of the voltage signal (Sin) converted with respect to the input current signal S1. The signal delay is reduced, and the change in the pulse width of the output pulse signal (Vout) with respect to the input pulse signal (Vin) is reduced. Further, since it is not necessary to reduce the time constant by reducing the resistance value of the conversion resistor 5 in order to reduce the signal delay, the signal input circuit 2 that shortens the signal delay time and suppresses the increase in current consumption. Can be provided. Therefore, it is possible to provide a signal input / output device having a signal transmission characteristic that shortens the signal delay time without increasing the current signal S1 that flows when the output pulse signal (Vin) of the signal output circuit 25 is on. it can. Further, a signal input / output device in which the change in the pulse width of the output pulse signal of the signal input circuit 2 with respect to the input pulse signal (Vin) of the signal output circuit 25 is small even when a pulse signal such as a PWM signal whose pulse width is managed is transmitted. Can be provided.
[0042]
(Second Embodiment)
The signal input circuit according to the present invention may have an amplifier circuit instead of the constant current circuit 15. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the signal input circuit 3 according to the second embodiment of the present invention. 2, parts having the same configuration as that of the signal input circuit 2 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted here. As shown in FIG. 2, the signal input circuit 3 according to the second embodiment of the present invention includes an input signal terminal 4 to which a current signal S <b> 1 is input, a first potential (power supply potential), and an input signal terminal 4. The conversion resistor 5 that converts the current signal S1 into the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4, the differentiation circuit 10, and the amplification circuit when the current signal S1 flows when the current signal S1 is applied. 16. After the application of the current signal 1 is stopped, the differentiating circuit 10 is turned on in at least a part of a period in which the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 changes at a predetermined change rate toward the power supply potential. A first switching element (npn bipolar transistor) 11 is included. The amplifier circuit 16 applies a predetermined current (S2) to the input signal terminal 4 during a period in which the transistor 11 of the differentiating circuit 10 is on.
[0043]
The amplifier circuit 16 includes a first resistor 17 having one terminal connected to the collector electrode of the transistor 11, and a second resistor 21 connected between the other terminal of the first resistor 17 and the power supply potential. The control electrode (base electrode) connected to the other terminal of the first resistor 17, the first electrode (emitter electrode) connected to the power supply potential, and the second electrode connected to the input signal terminal 4 And a second transistor (pnp bipolar transistor) 19 having (collector electrode).
[0044]
FIG. 2 also shows a circuit configuration of a signal input / output device including the signal input circuit 3 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the signal input / output device receives a signal output circuit (signal output side ECU) 25 that receives an input pulse signal (Vin) and outputs a current signal S 1, and the input current signal S 1 as a voltage. A signal input circuit (signal input side ECU) 3 that converts the signal (Sin) into an output pulse signal (Vout) and a signal line (wire harness) that connects between the signal output side ECU 25 and the signal input side ECU 3 30.
[0045]
Next, the operation of the signal input / output device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. First, when no current signal is applied and when application of the current signal is started, the transistor 11 of the differentiating circuit 10 is in an off state, and therefore the potential of the collector electrode of the transistor 11 is at the H level. Therefore, no current flows through the second resistor 21 and the first resistor 17 of the amplifier circuit 16. Further, no current flows through the base electrode of the transistor 19, the transistor 19 is in an off state, and the current S 2 does not flow from the collector electrode of the transistor 19 to the signal input terminal 4.
[0046]
When the application of the current signal S1 is stopped, the transistor 11 changes from the off state to the on state during a period in which the voltage signal (Sin) of the input signal terminal 4 is changing at a predetermined change rate toward the power supply potential. The current determined by the collector-emitter saturation voltage of the transistor 11, the resistance value of the first resistor 17, the resistance value of the second resistor 21, and the power supply potential (Vcc) is the second resistor 21, the first resistor It flows through the resistor 17 and the transistor 11. At the same time, a base current proportional to this current flows through the transistor 19, and the transistor 19 is turned on. A current S2 amplified by this base current flows from the emitter of the transistor 19 to the collector electrode, and the current S2 flows into the signal input terminal 4. When the current signal flowing through the conversion resistor 5 and the current S2 flow into the input signal terminal 4, the line capacitance (CA) of the wire harness 3 and the input capacitance (CB) of the inverter circuit 20 are rapidly charged. The current signal flowing through the conversion resistor 5 decreases rapidly.
[0047]
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and at the same time, it is suitable (cost reduction) when the first embodiment is an IC. The second embodiment is suitable for the case where it is constituted by discrete parts. Further, the transistor 19 amplifies the base current proportional to the current flowing through the transistor 11, so that a current S 2 having a larger amount of current can flow into the signal input terminal 4.
[0048]
In the first and second embodiments of the present invention, the case where the current signal S1 flows into the signal output circuit 25 and flows out of the signal input circuit (2, 3) has been described. It is not limited to. By setting the “first potential” to GND, the “second potential” to the power supply potential (Vcc), and inverting the transistor types of all bipolar transistors (11, 18, 19, and 26), the current signal S1 Flows out of the signal output circuit 25 and flows into the signal input circuits (2, 3).
[0049]
Further, the first switching element 11, the second switching element 26, the first transistor 18, and the second transistor 19 may each be a MOS field effect transistor (MOSFET). In this case, the “first electrode” is a source electrode, the “second electrode” is a drain electrode, and the “control electrode” is a gate electrode. The second switching element 26 is an open drain type MOSFET.
[0050]
Further, the differentiating circuit 10 may further include a one-shot multivibrator connected between the base electrode of the transistor 11 and the capacitor 12. The period in which the transistor 11 is on can be set to only a part of the period in which the potential of the input signal terminal changes at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped.
[0051]
Further, the signal input / output device shown in FIG. 1 includes a first semiconductor chip in which the signal input circuit 2 is formed as an integrated circuit, and a second semiconductor chip in which the signal output circuit 25 is formed as an integrated circuit. It is desirable that In the signal input / output device shown in FIG. 2, each electric element constituting the signal input circuit 3 and the signal output circuit 25 is created as an individual semiconductor element, and the wiring pattern shown in FIG. It is desirable to be formed on a mounting board such as a printed wiring board.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a signal input circuit (signal input / output device) according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a signal input circuit (signal input / output device) according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the signal input / output device shown in FIGS. 1 and 2;
[Explanation of symbols]
2, 3 Signal input circuit
4 signal input terminals
5 Conversion resistance
10 Differentiation circuit
11 First switching element (bipolar transistor)
12 capacitors
13 Third resistor
15 Constant current circuit
16 Amplifier circuit
17 First resistor
18 First transistor
19 Second transistor
20 Inverter circuit
21 Second resistor
25 Signal output circuit
26 Second switching element (bipolar transistor)
30 Signal line (wire harness)
S1 Current signal

Claims

In a signal input circuit that converts an input current signal into a voltage signal,
An input signal terminal to which the current signal is input;
A conversion resistor connected between the first potential and the input signal terminal, the current signal flowing when the current signal is applied, thereby converting the current signal into a voltage signal of the input signal terminal;
After the application of the current signal is stopped, the first switching element that is turned on in at least a part of a period in which the voltage signal of the input signal terminal is changing toward the first potential at a predetermined change rate. Having a differentiating circuit;
A signal input circuit comprising: a constant current circuit that applies a predetermined current to the input signal terminal during a period in which the first switching element is on.

The period in which the first switching element of the differentiating circuit is in the on state is the entire period in which the potential of the input signal terminal changes at a predetermined change rate after the application of the current signal is stopped. The signal input circuit according to claim 1, wherein:

The first switching element included in the differentiation circuit includes a first electrode connected to a second potential different from the first potential, a second electrode, the first electrode, and the second electrode. And a control electrode for controlling a current flowing between the electrodes, wherein the differentiating circuit further includes a capacitor connected between the input signal terminal and the control electrode of the first switching element. The signal input circuit according to claim 1 or 2.

The constant current circuit is:
A first resistor having one terminal connected to the second electrode of the first switching element;
A first transistor having a first electrode connected to the first potential and a second electrode and a control electrode connected to the other terminal of the first resistor;
A second electrode having a first electrode connected to the first potential; a second electrode connected to the input signal terminal; and a control electrode connected to the other terminal of the first resistor. 4. The signal input circuit according to claim 3, further comprising a transistor.

The constant current circuit is:
A first resistor having one terminal connected to the second electrode of the first switching element;
A second resistor connected between the other terminal of the first resistor and the first potential;
A second electrode having a control electrode connected to the other terminal of the first resistor, a first electrode connected to the first potential, and a second electrode connected to the input signal terminal; 4. The signal input circuit according to claim 3, wherein the signal input circuit is an amplifier circuit having a transistor.

In a signal input / output device that transfers current signals,
A signal output circuit for outputting a current signal;
A signal input circuit that receives the current signal and converts the current signal into a voltage signal;
A signal line connecting between the signal output circuit and the signal input circuit;
The signal input circuit is:
An input signal terminal connected to the signal line and to which the current signal is input;
A conversion resistor connected between the first potential and the input signal terminal, the current signal flowing when the current signal is applied, thereby converting the current signal into a voltage signal of the input signal terminal;
After the application of the current signal is stopped, the first switching element that is turned on in at least a part of a period in which the voltage signal of the input signal terminal is changing toward the first potential at a predetermined change rate. Having a differentiating circuit;
A signal input / output device comprising: a constant current circuit that applies a predetermined current to the input signal terminal during a period in which the first switching element is on.

The signal output circuit includes a first electrode connected to a second potential different from the first potential, a second electrode connected to the signal line, a first electrode, and a second electrode A second switching element having a control electrode for controlling the current flowing between them,
The signal input / output device according to claim 6, wherein the signal input circuit further includes an inverter circuit to which a voltage of the input signal terminal is input.