JP4316121B2 - 電圧−電流変換回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧−電流変換回路に関し、より詳細には、計測用装置に搭載され多チャンネルの電流信号を出力する電圧−電流変換回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定データを処理する装置には、多チャンネルの電圧信号を電流信号に変換し、各チャンネル毎に電流信号を出力する電圧−電流変換回路を有し、多地点の現場との間の通信に利用するものがある。
【０００３】
図２は、従来の電圧−電流変換回路の回路である。ＤＡ変換器４は、デジタル電圧信号を電圧信号１０１に変換し、オペアンプＡ６を介して電圧信号１０１をマルチプレクサＵ３の信号入力端子に入力する。マルチプレクサＵ３は、１入力−４出力のスイッチ機能を有し、図示されない制御部からのチャンネル選択制御信号１０３に基づいて、入力端子と対応するチャンネルの出力端子の内の１つとを接続し、電圧信号１０１をサンプル・ホールド用のキャパシタＣ３に入力する。オペアンプＡ７から成る電圧信号入力回路は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、及び、ＮＰＮトランジスタＱ３から成るレベル変換回路にホールドした信号を入力し、レベル変換信号１０２に変換する。抵抗Ｒ１２及びＰＮＰトランジスタＱ４から成る電流信号出力回路は、レベル変換信号１０２に基づいて、電流信号１０４を出力する。
【０００４】
電圧信号入力回路、レベル変換回路、及び、電流信号出力回路の動作範囲は、２４Ｖの電源電圧よりも低いので、ツェナーダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１１から成る定電圧回路によって電源電圧を低く抑える。電圧信号入力回路、レベル変換回路、定電圧回路、及び、電流信号出力回路は、マルチプレクサのチャンネル数だけ設けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電圧−電流変換回路では、電圧信号入力回路、レベル変換回路、及び、電流信号出力回路は、各チャンネル毎に装備されることにより、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、及び、Ｒ１２の値がチャンネル間でバラツキがあるので、これに伴う電流信号の精度に誤差が発生する。
【０００６】
また、定電圧回路は、各チャンネル毎に装備されるので、チャンネル数を増やすと、動作電流も増加し、電圧−電流変換回路の消費電力が増加する。
【０００７】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、高精度で多チャンネルの電流信号を発生し、消費電力が少ない電圧−電流変換回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電圧−電流変換回路は、複数チャンネルのための電圧信号を電流信号に変換して各チャンネルに供給する電圧−電流変換回路において、
第１の電圧を出力する第１の電圧源と、
負極端子が該第１の電圧源の負極端子と接続され該第１の電圧よりも低い第２の電圧を出力する第２の電圧源と、
正極端子が前記第１の電圧源の正極端子と接続され前記第１の電圧よりも低い第３の電圧を出力する第３の電圧源と、
前記第２の電圧で作動し、前記複数チャンネルのための電圧信号を順次に入力する第１の電圧信号入力回路と、
前記第１の電圧で作動し、前記電圧信号を前記第２の電圧による電位範囲から前記第３の電圧による電位範囲にレベル変換してレベル変換信号を出力する第１のレベル変換回路と、
前記第３の電圧で作動し、前記第１のレベル変換回路からレベル変換信号を入力し、複数の出力端子からチャンネル選択制御信号に応答して１つの出力端子を選択し、該選択した出力端子に前記レベル変換信号をチャンネル毎に振り分けて出力するマルチプレクサと、
前記第３の電圧で作動し、前記マルチプレクサの各出力端子にチャンネル毎に接続され、前記マルチプレクサの出力端子から前記レベル変換信号を入力し、電流信号に変換して出力する電流信号出力回路と
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電圧−電流変換回路は、電圧信号入力回路及びレベル変換回路をチャンネル間で共通化し、電流信号出力回路のみをチャンネル毎に必要とすることにより、回路全体の部品点数を削減したので、発生する電流信号が高精度になると共に消費電力が削減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明の電圧−電流変換回路について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の電圧−電流変換回路の回路図である。本実施形態例の電圧−電流変換回路は、４チャンネル分の出力回路１、制御部２、レベル変換器３、ＤＡ変換器４、電圧信号入力回路、レベル変換回路、バッファ回路、サンプル・ホールド回路、電流信号出力回路、２４［Ｖ］の第１電圧電源、５［Ｖ］の第３電圧電源、及び、５［Ｖ］の第２電圧電源で構成される。第２電圧電源は、負極端子が第１電圧電源の負極端子に接続され、第２電圧電源及び第１電圧電源の負極端子は、共通に接続され、第３電圧電源は、正極端子が第１電圧電源の正極端子に接続され、第３電圧電源及び第１電圧電源の正極端子は、共通に接続される。
【００１３】
電圧信号入力回路は、オペアンプＡ１で構成され、レベル変換回路は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１、及び、Ｒ２で構成される。オペアンプＡ１は、非反転入力端子が電圧信号入力回路の入力端子となり、反転入力端子がトランジスタＱ１のソース、及び、抵抗Ｒ１の一端に接続され、出力端子がトランジスタＱ１のゲートに接続され、第２電圧電源から電力が供給される。抵抗Ｒ１の他端は、第２電圧電源の負極端子に接続される。トランジスタＱ１のドレインは、抵抗Ｒ２の一端に接続され、レベル変換回路の出力端子となる。抵抗Ｒ２の他端は、第３電圧電源の正極端子に接続される。
【００１４】
バッファ回路は、オペアンプＡ２から成るボルテージホロワである。オペアンプＡ２は、非反転入力端子がバッファ回路の入力端子となり、反転入力端子が出力端子に接続され、出力端子がバッファ回路の出力端子となり、第３電圧電源から電力が供給される。
【００１５】
出力回路１は、サンプル・ホールド用のキャパシタＣ１、及び、電流信号出力回路で構成される。電流信号出力回路は、オペアンプＡ３、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ２、及び、抵抗Ｒ３で構成される。オペアンプＡ３は、非反転入力端子が出力回路１の入力端子となり、反転入力端子がトランジスタＱ２のソース、及び、抵抗Ｒ３の一端に接続され、出力端子がトランジスタＱ２のゲートに接続され、第３電圧電源から電力が供給される。抵抗Ｒ３の他端は、第３電圧電源の正極端子に接続される。トランジスタＱ２のドレインは、出力回路１の一方の出力端子となる。出力回路１の他方の出力端子は、第２電圧電源の負極端子に接続される。
【００１６】
マルチプレクサＵ１は、１入力−４出力のスイッチ機能を有し、制御入力端子からのチャンネル選択制御信号１０３に基づいて、信号入力端子と対応するチャンネルの信号出力端子の何れか１つとを接続する。マルチプレクサＵ１は、信号入力端子がバッファ回路の出力端子であるオペアンプＡ２の出力端子に接続され、４つの信号出力端子が対応するチャンネルの出力回路１の入力端子に夫々接続される。キャパシタＣ１は、オペアンプＡ３の非反転入力端子と第３電圧電源の正極端子との間に接続される。
【００１７】
オペアンプＡ２及びＡ３には、出力電圧を電源電圧いっぱいまで振幅させるレール・ツー・レール式のオペアンプが採用される。トランジスタＱ１及びＱ２には、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧、及び、コレクタ・エミッタ間電圧に比して、ゲート・ソース間電圧、及び、ドレイン・ソース間電圧が低いＭＯＳトランジスタが採用される。この場合、電圧信号入力回路及び電流信号出力回路は、低い電源電圧で設計できる。
【００１８】
制御部２は、第２電圧電源から電力が供給され、レベル変換器３を経由してチャンネル選択制御信号１０３をマルチプレクサＵ１に入力し、対応するチャンネルの出力回路１を選択する。ＤＡ変換器４は、デジタル信号を電圧信号１０１に変換し、電圧信号入力回路の入力端子に入力する。
【００１９】
電圧信号入力回路は、電圧信号１０１を入力しレベル変換回路に与える。レベル変換回路は、第３電圧電源から電力の供給を受ける回路が処理できるように、信号のレベルをシフトして、レベル変換信号１０２をバッファ回路を経由してサンプル・ホールド用のキャパシタＣ１に入力する。レベル変換回路の抵抗Ｒ１及びＲ２の値は、電圧信号１０１から最適なレベル変換信号１０２に変換できるように設計される。
【００２０】
電流信号出力回路は、ホールドしたレベル変換信号１０２の電圧信号から電流信号１０４を発生し、出力端子対から電流信号１０４を出力する。電流信号出力回路の抵抗Ｒ３の値は、ホールドした信号から最適な電流信号１０４を発生できるように設計される。
【００２１】
上記実施形態例によれば、電圧信号入力回路及びレベル変換回路をチャンネル間で共通化し、電流信号出力回路のみをチャンネル毎に必要とすることにより、回路全体の部品点数を削減したので、発生する電流信号が高精度になると共に消費電力が削減される。
【００３０】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の電圧−電流変換回路は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した電圧−電流変換回路も、本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電圧−電流変換回路では、電圧信号入力回路及びレベル変換回路をチャンネル間で共通化し、電流信号出力回路のみをチャンネル毎に必要とすることにより、回路全体の部品点数を削減したので、発生する電流信号が高精度になると共に消費電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態例の電圧−電流変換回路の回路図である。
【図２】 従来の電圧−電流変換回路の回路である。
【符号の説明】
１ 出力回路
２ 制御回路
３ レベル変換器
４ ＤＡ変換器
１０１ 電圧信号
１０２ レベル変換信号
１０３ チャンネル選択制御信号
１０４ 電流信号
Ａ１〜Ａ３，Ａ６〜Ａ８ オペアンプ
Ｕ１，Ｕ３ マルチプレクサ
Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ９〜Ｒ１２ 抵抗
Ｃ１，Ｃ３ キャパシタ
Ｑ１〜Ｑ４ トランジスタ
Ｄ１ ツェナーダイオード

Claims (1)

1. 複数チャンネルのための電圧信号を電流信号に変換して各チャンネルに供給する電圧−電流変換回路において、
   第１の電圧を出力する第１の電圧源と、
   負極端子が該第１の電圧源の負極端子と接続され該第１の電圧よりも低い第２の電圧を出力する第２の電圧源と、
   正極端子が前記第１の電圧源の正極端子と接続され前記第１の電圧よりも低い第３の電圧を出力する第３の電圧源と、
   前記第２の電圧で作動し、前記複数チャンネルのための電圧信号を順次に入力する第１の電圧信号入力回路と、
   前記第１の電圧で作動し、前記電圧信号を前記第２の電圧による電位範囲から前記第３の電圧による電位範囲にレベル変換してレベル変換信号を出力する第１のレベル変換回路と、
   前記第３の電圧で作動し、前記第１のレベル変換回路からレベル変換信号を入力し、複数の出力端子からチャンネル選択制御信号に応答して１つの出力端子を選択し、該選択した出力端子に前記レベル変換信号をチャンネル毎に振り分けて出力するマルチプレクサと、
   前記第３の電圧で作動し、前記マルチプレクサの各出力端子にチャンネル毎に接続され、前記マルチプレクサの出力端子から前記レベル変換信号を入力し、電流信号に変換して出力する電流信号出力回路と
   を備えることを特徴とする電圧−電流変換回路。

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