JP4359843B2

JP4359843B2 - 出力回路

Info

Publication number: JP4359843B2
Application number: JP2004299547A
Authority: JP
Inventors: 弥生高向
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US20060082381A1; US7183806B2; JP2006115142A

Description

本発明は、プロセス現場に設置される伝送器などに用いられるフィールドバスに接続され、このフィールドバスに接続された伝送器内部で作成されるデジタルデータを出力する出力回路に関するものである。

伝送器などで用いられるフィールドバスの物理層には、突入電流とスルーレートの制限値が規定されている。そのため、このフィールドバスにデータを出力する出力回路は、起動時とソフトウェア・プログラム等のダウンロード切替時の両方において、この規定を遵守するために抵抗とコンデンサで時定数を決定している。

図２に、このようなフィールドバスにデータを出力するための出力回路を示す。図２において、伝送器内部で作成されたデジタル信号Ｖｘは抵抗Ｒ１の一端に入力される。この抵抗Ｒ１と共通電位点の間には、コンデンサＣ１が接続される。この抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によって時定数回路が構成され、それらの値は、ダウンロード切替時スルーレートの規定を満足するように決定される。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点と増幅器ＯＰ１の非反転入力端子の間には抵抗Ｒ２が接続され、またこの非反転入力端子と基準電圧Ｖａ間には、抵抗Ｒ４が接続される。

増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子の間にはコンデンサＣ２が接続され、この反転入力端子と共通電位点の間には抵抗Ｒ３が接続される。増幅器ＯＰ１の出力端子はトランジスタＴＲ１のベースに接続され、そのエミッタは抵抗Ｒ５を介してフィールドバスに接続される。また、抵抗Ｒ５のフィールドバスに接続される側の電圧は、抵抗Ｒ６を介して増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に帰還される。

このような構成において、デジタル信号Ｖｘが低レベルから高レベルに変化すると、増幅器ＯＰ１の出力が上昇し、トランジスタＴＲ１に流れる電流が増加する。この電流の値は抵抗Ｒ５で検出され、増幅器ＯＰ１にフィードバックされる。このようにして、デジタル信号Ｖｘがフィールドバスに出力される。

フィールドバスの突入電流の既定を満たすためには、起動時に増幅器ＯＰ１の入力誤差を小さくしなければならない。そのために、反転入力端子の電圧Ｖｎと非反転入力端子の電圧Ｖｐは互いに等しい電圧か、相関がある電圧によって決定されることが望ましい。

しかし、図２からわかるように、非反転入力端子には電圧Ｖｘと基準電圧Ｖａが接続されるので、Ｖｐはこれらの電圧から決定される。一方、反転入力端子は共通電位点に接続される。従って、ＶｐとＶｎの間には相関がなく、入力誤差を小さくすることは困難である。また、コンデンサＣ１によって起動時に入力誤差が大きくなることもある。このため、定常状態の入力を０Ｖで使用している。

しかし、このような出力回路には次のような課題があった。増幅器ＯＰ１の入力は理想的には０Ｖ以下にはならないが、過渡的には０Ｖ以下になることがある。増幅器ＯＰ１として通常ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)が用いられるので、この過渡的な０Ｖ以下の電圧によって寄生トランジスタがオンになることがあり、誤動作してしまうという課題があった。

また、アナログ動作をする出力回路にデジタル信号Ｖｘを接続すると予期しない動作をする可能性があり、望ましくないという課題もあった。

従って本発明が解決しようとする課題は、増幅器の入力電位を自由に選ぶことができ、かつデジタル信号とアナログ動作をする回路を分離することができる出力回路を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
デジタル信号でオン・オフされるスイッチ素子と定電流部が直列接続された充電回路と、
前記充電回路で充電されるコンデンサとこのコンデンサに並列に接続された抵抗で構成され、前記コンデンサと抵抗の並列回路の一端が基準電位に接続される時定数回路と、
その一方の入力端子に前記時定数回路の出力が入力され、他方の入力端子に抵抗を介して前記基準電位が入力されると共に、前記時定数回路の出力に関連する電流をバスに出力する出力部と、
を具備したものである。起動時の上述した出力部が原因となる突入電流を防止できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記時定数回路と前記出力部との間にバッファが挿入されているものである。時定数回路の出力インピーダンスの影響を受けない。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記バスは、ファウンデーションフィールドバスまたはＰｒｏｆｉバスであることを特徴としたものである。突入電流とスルーレートが規定されているファウンデーションフィールドバスまたはＰｒｏｆｉバスに用いて特に効果が大きい。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２および請求項３の発明によれば、デジタル信号でスイッチをオン、オフして一端が基準電位に接続された時定数回路内のコンデンサを充電し、この時定数回路の出力を出力部の一方の入力端子に入力して電流値に変換すると共に、この出力部の他方の入力端子に前記基準電位を印可するようにした。

起動時、出力部の２つの入力端子電圧は同じ基準電位で決定されるので、バスに流れる突入電流を小さくすることができ、かつ出力部の入力電位を自由に選ぶことができるという効果がある。

また、デジタル信号Ｖｘはスイッチを制御するのみでアナログ回路に接続されることがない。さらに、起動時にはこのコンデンサは完全に放電されている。従って、デジタル信号ＶｘやコンデンサＣ１が起動時の突入電流およびスルーレートに悪影響を与えることがなくなるという効果もある。

本発明は、スルーレートと起動時の突入電流が規定されており、この規定を遵守しなければならないファウンデーションフィールドバスまたはＰｒｏｆｉバスの出力回路に用いて特に好適である。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る出力回路の一実施例を示す構成図である。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、１は充電回路であり、スイッチ１１と定電流源１２が直列接続されている。スイッチ１１はデジタル信号Ｖｘでオンオフ制御される。また、定電流源１２の、スイッチ１２が接続されていない側は共通電位点に接続されている。

２は時定数回路であり、抵抗２１とコンデンサ２２が並列接続されている。この並列回路の一端はスイッチ１１に接続され、他端は基準電位点Ｖａに接続されている。３はバッファであり、増幅器３１とその反転入力端子と出力端子にその両端が接続された抵抗３２で構成されている。スイッチ１１と時定数回路２の共通接続点は増幅器３１の非反転入力端子に接続されている。

５は出力部であり、抵抗４でバッファ３と接続されている。出力部５は、図２の出力回路で抵抗Ｒ１，Ｒ２、Ｒ４およびコンデンサＣ１を除いた回路とほぼ同じである。すなわち、増幅器ＯＰ１によってトランジスタＴＲ１を制御し、フィールドバスに電流を出力する。この出力電流の値を抵抗Ｒ５で検出し、増幅器ＯＰ１に帰還する。

Ｖｎ、Ｖｐはそれぞれ出力部５の反転入力端子および非反転入力端子である。この反転入力端子Ｖｎと非反転入力端子Ｖｐはまた増幅器ＯＰ１の反転入力端子と非反転入力端子でもある。非反転入力端子Ｖｐと基準電位点Ｖａの間には抵抗Ｒ４が接続される。また、バッファ３の出力は抵抗４を介して出力部５の反転入力端子Ｖｎに入力される。

このような構成において、スイッチ１１がオンになると、コンデンサ２２は所定の電圧まで充電される。時定数回路２の出力はバッファ３および抵抗４を介して出力部５に入力される。出力部５はこの入力された電圧に対応した電流をフィールドバスに出力する。スイッチ１１がオフになると、コンデンサ２２に充電された電荷は抵抗２１によって放電され、その両端電圧は０Ｖになる。出力部５はこの電圧に対応した電流をフィールドバスに出力する。

コンデンサ２２は定電流源１２によって充電され、抵抗２１によって放電される。従って、時定数回路２の出力電圧のスルーレートは定電流源１２の出力電流値とコンデンサ２２と抵抗２１によって決定される。これらの値を調整することにより、ファウンデーションフィールドバスまたはＰｒｏｆｉバスのスルーレートの規定を満足させることができる。

また、デジタル信号Ｖｘはスイッチ１１をオンオフすることのみに使用しており、他の回路には接続されていない。ＡＳＩＣの入力はデジタルとアナログを分離しているので、デジタル信号Ｖｘがアナログ部品で構成される出力部５に接続されることはない。

この実施例では、起動時にはスイッチ１１はオフになる。従って、時定数回路２の出力は基準電位Ｖａになり、出力部５の反転入力端子Ｖｎの電位はＶａを抵抗分圧した電圧になる。また、非反転入力端子Ｖｐも抵抗分圧した電圧になる。そのため、増幅器ＯＰ１への入力誤差が小さくなり、起動時にフィールドバスに入力誤差の原因の大きな突入電流が流れることはない。

前述したように、起動時にはスイッチ１１はオフであり、コンデンサは完全に放電されているので、起動時にコンデンサ２２の両端に電圧が発生することはない。そのため、コンデンサ２２が原因で起動時にフィールドバスに突入電流が流れることはない。

このように、デジタル信号Ｖｘが出力部５から切り離されており、かつ増幅器ＯＰ１の入力誤差やコンデンサ２２に起因して突入電流が流れることはない。そのため、増幅器ＯＰ１の入力電位を自由に選ぶことができるので、過渡的な電圧で寄生トランジスタがオンすることもなくい。また、デジタル信号ＶｘやコンデンサＣ１が突入電流に悪影響を与えることもなくなる。

本発明の一実施例を示す構成図である。従来の出力回路の構成図である。

符号の説明

１充電回路
１１スイッチ
１２定電流源
２時定数回路
２１，３２，４抵抗
２２コンデンサ
３バッファ
３１増幅器
Ｖａ基準電圧

Claims

デジタル信号でオン・オフされるスイッチ素子と定電流部が直列接続された充電回路と、
前記充電回路で充電されるコンデンサとこのコンデンサに並列に接続された抵抗で構成され、前記コンデンサと抵抗の並列回路の一端が基準電位に接続される時定数回路と、
その一方の入力端子に前記時定数回路の出力が入力され、他方の入力端子に抵抗を介して前記基準電位が入力されると共に、前記時定数回路の出力に関連する電流をバスに出力する出力部と、
を具備したことを特徴とする出力回路。
前記時定数回路と前記出力部との間にバッファが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の出力回路。
前記バスは、ファウンデーションフィールドバスまたはＰｒｏｆｉバスであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の出力回路。