JP3693431B2 - 積分型a/d変換器の入力切り替え装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
2種類の入力電圧を同一の積分型A/D変換器への入力するための入力切り替え装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
体重計に使用される代表的なA/D変換方式である2重積分方式で同時に生体インピーダンスを計測する場合に、生体インピーダンスを変換した出力電圧と、体重値を変換した出力電圧と基準電圧の3者を切り替えて一つの抵抗R1 に接続する3個のスイッチ素子を使用していた。
【0003】
いくつかのスイッチ素子が一つのパッケージ内に入ったICが市販されてはいるが、高価であり、また3個のスイッチ素子が一カ所集まるため配線が集中し好ましい基板パターンを得ることが困難であった。
【0004】
従来の生体インピーダンスを電圧に変換する一例を示す。まず、両足の爪先に交流の定電流源より定電流iR を人体に流す。この定電流により踵間に発生した電圧vaは、踵間の生体インピーダンスをRiとすると、
va=Ri*iR
となる。このvaを差動増幅器に入力し、出力電圧viを得る。このときの差動増幅器の増幅率をKとすると
vi=K*Ri*iR
となり生体インピーダンスに比例した値を得ることが出来る。
【0005】
この交流電圧vi を整流器により整流し、ローパスフィルタを通すことにより直流電圧Viを得る。Viは生体インピーダンスRiに比例した電圧となり、
Vi=K1×Ri(K1は定数)で表される。
【0006】
また、荷重値を電圧に変換するのは、ブリッジ接続した歪みゲージを張り付けたロードセルにより荷重Wに比例した微小電圧を得て、その微小電圧を差動増幅器によって増幅して得られる電圧Vwが
Vw=K2*W+K3(K2、K3は定数)
となることが知られている。このようにして得られた電圧をデジタル値に変換するために2重積分方式が一般的に用いられている。
【0007】
生体インピーダンスから得られた電圧値Vi をデジタル値に変換するためには、まず、スイッチ素子によりR1 に接続する。積分器の+端子を基準電圧(0Vとする)に接続した積分器の出力Voは電流Ixiにより低下していく。Voの出力をコンパレータの+端子に接続し、コンパレータの−端子を0Vに接続するとVo がプラスの電圧から0Vに達した瞬間、コンパレータの出力はHiからLoに変化する。コンパレータのLoを制御装置で検出してから一定時間(Tx) 経過した後ViとR1の接続を切り離し基準電圧−VRをR1に接続する。Vo の出力がマイナスの電圧から0Vに達した瞬間、コンパレータ出力はLoからHiに変化する。このときの所要時間をTRとする。
【0008】
Tx時間中に積分器に流れる電荷量Qxは
Qx=Tx*Ixi=Tx*Vx/R1
TR時間中に積分器から流れ出る電荷量QRは
QR=TR*(−VR)/R1
積分器の出力電圧VoはTx開始時点とTR終了時点が等しくQx+QR=0 であるからTR=Tx*Vi/VR (式1)となり、VRは固定値であるのでViに比例した時間TRが得られることは周知である。時間TRは制御装置によって時間に比例したカウント値として計測され、Vi、つまり、生体インピーダンスRiに比例したカウント値が得られる。同様にしてスイッチ素子でVwをR1に接続し一定時間Tx後にスイッチを−VRに切り替えることで荷重値に比例したカウント値が得られる。この場合3個のスイッチ素子が必要となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
二つの異なる物理量から得られた2種類の出力電圧を切り替えることにより同一の積分器に入力し2重積分方式でAD変換する装置の出力電圧を積分器へ入力するための切り替え装置、具体的には体重と生体インピーダンスとを同時に測定して体内脂肪量を推測する体内脂肪量計の体重と生体インピーダンスから得られたそれぞれの電圧を同一の積分器へ入力するための切り替え装置として、トランジスタの様な安価なON/OFF動作スイッチ素子を使用する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、積分器と制御装置を備える積分型A/D変換器の入力切り替え装置において、第1の入力電圧の端子と、第1の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第1のトランジスタと、第1の抵抗と、第2の入力電圧の端子と、第2の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第2のトランジスタと、第2の抵抗とを備え、前記積分器の+端子を基準電圧に接続し、前記第1の入力電圧の端子を前記第1のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗の一端に接続し、前記第1のトランジスタのエミッタを電源に、前記第1の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第1の制御端子を前記第1のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第2の入力電圧の端子を前記第2のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗の一端に接続し、前記第2のトランジスタのエミッタを電源に、前記第2の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第2の制御端子を前記第2のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第1の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第1の制御端子にLoを入力し、前記第2の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第1の制御端子にHiを入力し、前記第2の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第2の制御端子にLoを入力し、前記第1の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第2の制御端子にHiを入力することを特徴とする積分型A/D変換器の入力切り替え装置が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、前記第1の入力電圧及び前記第2の入力電圧の電圧値をそれぞれ測定する電圧値に所定値の正電圧を加算した値に、前記電源の出力電圧値を前記所定値の負電圧にそれぞれ設定する。
【0013】
【実施の形態】
図1に本発明の実施例を示す。簡略のため、R1=R4 とし、R2及びR5は十分小さい抵抗値とする。生体インピーダンスから得られた電圧Vi’を概略Vi’=Vi+Vss となるように回路を構成する。
これは生体インピーダンスで使用する差動増幅器や整流器の基準電圧を+Vssとすれば Vi’=K1*Ri+Vss (K1は定数)として得られる。体重から得られた電圧Vw’も概略 Vw’=Vw+Vss となるように回路を構成する。
体重計のオフセット電圧の調整は、ブリッジ回路の一方の出力を、抵抗R10、R11の値を選んで負荷することで、出力電圧を変え、差動増幅器の出力電圧Vw’を自由に変えることが可能である。
【0014】
Vi’はR5を介してTr2のコレクタとR4に接続し、Tr2のエミッタを−Vss に、ベースをR6を介して制御装置にそれぞれ接続し、R4の他端を積分器の−端子に接続する。Vw’はR2を介してTr1のコレクタとR1に接続し、Tr1 のエミッタを−Vssに、ベースをR3を介して制御装置にそれぞれ接続し、R1の他端を積分器の−端子に接続する。
【0015】
生体インピーダンスを測定するには、Vs1をHiにしてTr1をONする。Vs2をLoにし、Tr2をOFFにすると、積分器に流れる電流Ix1は
Ix1=Vi’/R4+(−Vss)/R1 となる。ここでR1=R4であるから
Ix1=(Vi+Vss)/R1−Vss/R1=Vi/R1 となる。
積分器出力電圧Voが0Vに達したのをコンパレータ出力により確認してから一定時間Tx後Vs2をHiにしてTr2をONにすると積分器に流れる電流IR1は
IR1=−Vss/R4+(−Vss)/R1=−2Vss/R1
Voが再び0Vに達するまでの時間TRを計測する。
Tx時間中に積分器に流れ込む電荷Qxは Qx=Tx*Ix1 で、
TR時間中に積分器から流れ出る電荷QRは QR=TR*IR1 であり、
Qx+QR=0 であるから
TR=Tx*Vi/(2Vss)となり、前出(式1)のVRを2Vssに置き換えた物と同一であり、生体インピーダンスに比例したカウント値が得られる。
【0016】
体重値を測定するには、Vs2をHiにしてTr2をONする。Vs1をLoにし、Voが0VになってからTx後にVs1をHiにして再びVoが0Vに成るまでの時間TR’を計測すると、同様に
TR’=Tx*Vw/(2Vss)が導かれ、体重値に比例したカウント値が得られる。
【0017】
上記の例ではVi、Vwとも、オフセット値Vssを加算したVi’、Vw’とする方法を示したが、他の方法として積分器の入力に抵抗(R20)を付加し、R20の一端をVccに繋いでも良い。
【0018】
R20=R1*Vcc/Vss と成るようにR20を選ぶと、
Tx時間中に積分器に流れる電流Ix1は
TR時間中に積分器に流れる電流IR1は
IR1=−Vss/R4+(−Vss)/R1+Vcc/R20=−Vss/R1
よって
TR=Tx*Vi/Vss
となる。体重値も同様にして
TR'=Tx*Vw/Vss
となり、オフセット値を与えずとも生体インピーダンス及び体重値をカウント値に変換することが出来る。
【0019】
また、上記例ではR1とR4が等しく、且つR2及びR5は十分小さいと仮定したが、R1とR4とが等しくは無く、R2、R5が小さい値でなくともカウント値に変換可能であることは明白である。
【0020】
【発明の効果】
積分器と制御装置を備える積分型A/D変換器の入力切り替え装置において、第1の入力電圧の端子と、第1の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第1のトランジスタと、第1の抵抗と、第2の入力電圧の端子と、第2の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第2のトランジスタと、第2の抵抗とを備え、前記積分器の+端子を基準電圧に接続し、前記第1の入力電圧の端子を前記第1のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗の一端に接続し、前記第1のトランジスタのエミッタを電源に、前記第1の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第1の制御端子を前記第1のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第2の入力電圧の端子を前記第2のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗の一端に接続し、前記第2のトランジスタのエミッタを電源に、前記第2の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第2の制御端子を前記第2のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第1の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第1の制御端子にLoを入力し、前記第2の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第1の制御端子にHiを入力し、前記第2の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第2の制御端子にLoを入力し、前記第1の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第2の制御端子にHiを入力するので、二つの異なった物理量から得た電圧を同一の積分器に切り替えて入力するための積分型A/D変換器の入力切り替え装置を3個の高価なスイッチ素子に代わって、2個のNPNトランジスタで安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例(a)生体インピーダンス測定回路ブロック図
(b)体重測定回路
(c)出力波形図
(d)実施例要部回路図
【図2】従来例
【図3】一般的な体重データ変換回路
【図4】生体インピーダンス測定回路例
【図5】本発明の他の実施例
Claims (2)
- 積分器と制御装置を備える積分型A/D変換器の入力切り替え装置において、第1の入力電圧の端子と、第1の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第1のトランジスタと、第1の抵抗と、第2の入力電圧の端子と、第2の制御端子と、NPN型バイポーラトランジスタである第2のトランジスタと、第2の抵抗とを備え、前記積分器の+端子を基準電圧に接続し、前記第1の入力電圧の端子を前記第1のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗の一端に接続し、前記第1のトランジスタのエミッタを電源に、前記第1の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第1の制御端子を前記第1のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第2の入力電圧の端子を前記第2のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗の一端に接続し、前記第2のトランジスタのエミッタを電源に、前記第2の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第2の制御端子を前記第2のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第1の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第1の制御端子にLoを入力し、前記第2の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第1の制御端子にHiを入力し、前記第2の入力電圧を積分型A/D変換器に入力する時には、前記積分器の出力が0Vの時に、前記第2の制御端子にLoを入力し、前記第1の制御端子にHiを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が0Vになるまで前記第2の制御端子にHiを入力することを特徴とする積分型A/D変換器の入力切り替え装置。
- 前記第1の入力電圧及び前記第2の入力電圧の電圧値をそれぞれ測定する電圧値に所定値の正電圧を加算した値に、前記電源の出力電圧値を前記所定値の負電圧にそれぞれ設定する請求項1に記載の積分型A/D変換器の入力切り替え装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23997296A JP3693431B2 (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 積分型a/d変換器の入力切り替え装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23997296A JP3693431B2 (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 積分型a/d変換器の入力切り替え装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1057334A JPH1057334A (ja) | 1998-03-03 |
JP3693431B2 true JP3693431B2 (ja) | 2005-09-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP23997296A Expired - Fee Related JP3693431B2 (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 積分型a/d変換器の入力切り替え装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3693431B2 (ja) |
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1996
- 1996-08-23 JP JP23997296A patent/JP3693431B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH1057334A (ja) | 1998-03-03 |
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