JP4698152B2

JP4698152B2 - 検出器の読出し

Info

Publication number: JP4698152B2
Application number: JP2004034859A
Authority: JP
Inventors: ホルス・クノエゲン
Original assignee: ディアローク・セミコンダクター・ゲーエムベーハー
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: KR20040073383A; JP2004245839A; US20040155663A1; EP1447670A1; US6924649B2

Description

本発明は、一般に読出し電子検出器の分野に関し、さらに具体的には可変抵抗を有する、たとえば、電位差計としての検出器に関する。

最も便利で安価な変換器の１つが電位差計である。基本的には、電位差計は、電位差計の軸位置に比例する連続的に可変な電圧を生成するように構成可能な装置である。
電位差計の応用例の１つは、ジョイスティクのような装置と併用するアナログ入力装置としての使用法である。ジョイスティク位置は、このジョイスティクに取り付けた電位差計の抵抗値を読み取ることによって求められる。電位差計は、簡素で非常に安価であり、かつ標準的なコンピュータインターフェイスとインターフェイスをとるように設計することができる。電位差計は、卓上を位置基準として利用可能であり、ジョイスティクは、通常、滑りを防止するために吸引式または滑りにくいように卓上に据えられる。

２次元空間内の位置を画定するためには２つの電位差計が必要である。図１の従来技術は、２つの電位差計１および２、分路抵抗器３、電源電圧Ｖ_dd、２つの電位差計１および２の合計抵抗を表す電圧を測定するためのポート４、前記電位差計１および２の抵抗値を表す電圧を測定するためのポート５を備える検出器１０を有する回路の典型的な実施を示す。電位差計１および２は、分圧器として動作している。電圧Ｖ_S６は電位差計１および２の入力電圧である。それぞれの電位差計の抵抗を知るためには、両電位差計１および２の抵抗の和Ｚを知らなければならない。

Ｚ＝Ｒ₁＋Ｒ₂
上式で、Ｒ₁は電位差計１の可変抵抗であり、Ｒ₂は電位差計２の可変抵抗である。Ｚの値は、スイッチ７および９を開き、かつスイッチ８閉じることよって測定する。両電位差計１および２の合計抵抗は、次のように算出する。

上式で、Ｖ_Sはポート４で測定した電圧であり、Ｒ₃は抵抗器３の既知の定抵抗である。
追加的なスイッチ９は、電位差計１および２の抵抗を測定するために必要である。この測定では、最大信号に利用可能な全電圧Ｖ_ddを得るためにスイッチ７を閉じる。したがって、スイッチ７を閉じている間、Ｖ_SはＶ_ddに等しい。

電圧Ｖ₁は、検出器の入力電圧Ｖ_S６（この場合はＶ_SがＶ_ddに等しい）と出力ポート５で測定した電圧の間の差を含む。

上式で、Ｒ₁は電位差計１の抵抗である。
電圧Ｖ₂は、出力ポート５で測定した電圧レベルを含む。

上式で、Ｒ₂は電位差計２の抵抗である。
この従来技術の手法に関連するさまざまな問題が存在する。抵抗Ｒ₁、Ｒ₂および合計抵抗Ｚを連続的に測定することができない。最初に合計抵抗Ｚを測定し、次にそれぞれの電位差計の抵抗を測定するために、２つの時間スロットが必要である。次のアナログディジタル変換器では、ポート５およびポート４で測定した電圧値を変換するために利用可能な時間スロットが非常に短く、そのために、信号に対する雑音比が増大することになる。ポート４および５で測定した電圧の電圧変調が非常に大きく、したがってフィルタの時定数がかなり制限される。

その上に、合計抵抗Ｚの測定では、電圧を検出器１０と抵抗器３の間で分割しなければならないので、信号がかなり小さい。
米国特許第４，８６４，５１３号（Ｌｅｖｉｎｅらに付与された）が、電位差計のオペレータによる調整を表す信号を形成するための技法を説明する。この技法は、電位差計の固定端子とコンデンサとの間の抵抗の基準時定数を測定し、固定端子およびオペレータの設定によって可変する端子とこの同じコンデンサとの間の電位差計の抵抗の可変時定数を測定し、かつ再び電位差計の固定端子とコンデンサとの間の抵抗の基準時定数を測定することからなる。これらの時定数の測定は、コンデンサを放電し、電位差計の適正な端子を介してコンデンサを充電し、かつコンデンサの両端の電圧が所定の閾値レベルに達するのに必要な時間を測定することによって実行する。

米国特許第５，２４７，６８０号（Ｈｕｂｅｒに付与された）は、２つの端接続および異なる抵抗比を設定するために調整可能な滑り接触子を有する調整制御器（たとえば、電位差計）を含む回路を開示する。電位差計の２つの端接続はマイクロプロセッサの２つの接続点の一方にそれぞれ接続し、滑り接触子はコンデンサの一方の接続点に接続する。コンデンサの他方の接続点は所定の電位に接続する。少なくとも１つの制御可能なスイッチが、第１の電位または第２の電位を、関連するマイクロプロセッサの接続点に随意に接続するために、２つのマイクロプロセッサの接続点のそれぞれに接続する。マイクロプロセッサは、電位差計の一方の抵抗部分を介し、次いで電位差計の他方の抵抗部分を介して、すでに初期充電状態にされているコンデンサを再充電するプログラムの走行を実行する。それぞれの場合に、コンデンサ再充電周期に対応する測定値Ｚを決定し、決定されたこれらの測定値Ｚから、それらの商を形成することによってディジタルデータ語信号を生成する。このディジタル信号は、電位差計の滑り接触子によって設定された抵抗比を表す。

米国特許第５，７８６，８０８号（Ｋｈｏｕｒｙに付与された）は、ジョイスティクのためのディジタル位置決めシステムを説明する。このシステムは、定電源電圧に結合する一方の入力と、ジョイスティクの現位置を表す可変抵抗を生成するジョイスティクゲームポートに結合する第２入力とを有する電位差計を使用する。定電流源が、ジョイスティクの現位置を表す可変抵抗を、ジョイスティクの現位置を表す電圧レベルに変換するための電流を生成するためにジョイスティクゲームポートに結合する。アナログディジタル変換器回路は、ジョイスティクゲームポートに結合されて、ジョイスティクの現位置を表す電圧レベルを、ジョイスティクの現位置のディジタル表示に変換するために使用される。
米国特許第４，８６４，５１３号米国特許第５，２４７，６８０号米国特許第５，７８６，８０８号

本発明の主目的は、検出器における可変抵抗器の抵抗を連続的に測定するための回路および方法を実現することである。

本発明の目的に従って、検出器における可変抵抗器の抵抗を連続的に測定するための回路が実現される。前記回路は、第１に、２以上の直列可変抵抗器と、前記可変抵抗器のそれぞれの可変抵抗を識別する信号を供給する１つまたは複数の出力ポートとを備える検出器を含む。さらには、前記回路は、可変抵抗器を備える前記検出器を通過して流れる電流の一部を供給する定電流源の手段と、前記検出器の抵抗の変化に適応するように前記検出器を通過して流れる電流の残り部分のための可変電流源の手段と、前記検出器の両端の電圧を安定化させる手段と、前記可変電流をミラー（鏡映）する手段とを備える。さらには、前記回路は、前記電流ミラーの両端の電圧を安定化させる手段と、前記検出器の合計抵抗を識別するために前記ミラー電流を使用する手段とを備える。

さらに本発明の目的に従って、検出器中の可変抵抗器の抵抗を連続的に測定するための方法が実現した。前記方法は、第１に、２個以上の直列可変抵抗器および前記可変抵抗器のそれぞれの可変抵抗を識別する信号を供給する１つまたは複数の出力ポートを備える検出器と、可変抵抗器を備える前記検出器を通過して流れる電流の一部を供給する定電流源の手段と、前記検出器の抵抗の変化に適応するように前記検出器を通過して流れる電流の残り部分のための可変電流源の手段と、前記検出器の両端の電圧を安定化させる手段と、前記可変電流をミラーするための手段と、前記電流ミラーの両端の電圧を安定化させる手段と、前記検出器の合計抵抗を識別するために前記ミラー電流を使用する手段とを提供するステップを含む。さらには、前記方法は、前記検出器の両端の電圧を安定化させるステップと、検出器を通過して流れる定電流を供給するステップと、前記検出器の抵抗の変化に対処するように検出器を通過して流れる可変電流を供給するステップと、検出器の抵抗の変化を表す前記可変電流をミラーるステップと、既知の分路抵抗器両端で前記ミラー電流の電圧を測定することによって検出器の合計抵抗を識別するステップと、対応する電圧によって検出器内部のそれぞれの可変抵抗器の抵抗を識別するステップとを含む。

添付の図面は、本明細書の不可欠な一部を構成する。

好ましい実施形態は、たとえば、ジョイスティクと組み合わせて使用するときに、抵抗器の可変抵抗を連続的に測定することができる方法と回路を開示する。
図２Ａは、本発明による回路の回路図を示す。検出器１０の両端の電圧を安定化させる。これは基準電圧２７を使用して増幅器２０およびトランジスタ２１によって実行される。定電流源２２は、検出器１０の抵抗Ｚの変化をズームするためのみに必要であり、前記検出器１０を通過して流れる電流の定電流部分を供給している。前記検出器１０は、２個の可変抵抗器１および２を備える。

たとえば、検出器を通過して流れる電流が１ｍＡであり、かつ電流源２２が９５０μＡの定電流を供給していれば、わずかに５０μＡの電流がトランジスタ２１を通過して流れるに過ぎない。前記検出器１０を通過して流れる電流が１０μＡだけ増加すると、トランジスタ２１を通過して流れる前記電流は、次いで５０μＡから６０μＡまで増加することになる。これは２０％の変化である。定電流源２２が備わっていなければ、トランジスタ２１を通過して流れる電流は１０００μＡから１０１０μＡまで増加することになろう。これは、定電流源２２の使用によって実現した２０％の増加に較べて、１％の変化に過ぎない。

トランジスタ２３は、トランジスタ２１のミラー機能を有する。増幅器２４は、トランジスタ２５と共に、トランジスタ２３の両端の電圧を安定化させる。トランジスタ２３の両端の前記電圧は、トランジスタ２１両端の電圧と同じ値でなければならない。このように電圧レベルが同一であることが、トランジスタ２１および２３を通過して流れる電流が前記電圧レベルに依存しないための前提条件である。抵抗器２６を通過して流れる電流量は、検出器１０を通過して流れる電流量から定電流源２２によって供給される電流を差し引いたものに等しい。上述の例を使用すると、１０００μＡの電流が検出器１０を通過し、かつ電流源２２が９５０μＡを供給していれば、５０μＡの電流が抵抗器２６を通過して流れることになる。したがって、検出器１０の合計抵抗Ｚの値は、ゲート４における電圧レベルを測定することによって識別することができる。検出器１０の合計抵抗Ｚのわずかな変化さえも識別するように、電流源２２の前記変倍効果によって高い電圧スケールを実現する。

検出器１０の入力電圧レベルは電圧Ｖ_S２８によって示される。たとえば、前記電圧Ｖ_Sは、増幅器２０およびトランジスタ２１を備える調整器の精度に依存して、Ｖ_ddより下の３００から５００ｍＶを得る。

抵抗器１および２の可変抵抗は、ポート５において電圧を測定することによって識別可能である。前記抵抗器１および２の抵抗を従来技術で示した方程式に従って算出することができる。

上式において、Ｒ₁は可変抵抗器１の抵抗であり、Ｖ_Sは検出器１０の入力電圧２８であり、またＶ₁は前記入力電圧Ｖ_Sとポート５において測定した電圧の間の電圧差である。したがって可変抵抗器２の抵抗を求めることができる。電圧Ｖ₂は出力ポート５において測定した電圧レベルを含む。

上式において、Ｒ₂は電位差計２の抵抗である。
本発明による回路の利点は、第１に、それぞれの電位差計の抵抗と検出器１０の合計抵抗の測定が連続的に実行可能であり、もはや変更が不要であることであり、第２に、検出器の合計抵抗を表す信号が、従来技術に較べて遙かに大きく、かつ遙かに適切なスケールを有することである。

図２Ｂは、検出器２０の別の実施形態を示す。ここでは、３個の電位差計１、２、および２９が、追加的な入力変数を処理するために使用されている。追加的なポート３０の電圧を測定することによって追加的な電位差計２９の抵抗を識別する。図２Ａに示した回路の他の構成要素は、すべて同じのままである。検出器２０の合計抵抗Ｚは、図２Ａに示したようにポート４において電圧レベルを測定することによって求めることができる。

本発明の回路では、追加的な電位差計および追加的な出力ポートを使用して任意の数の入力変数を処理できることが当業者には明白である。
図３は、検出器の合計抵抗と可変抵抗器のそれぞれの抵抗の連続的な測定を実現する方法を示す。第１ステップ３１は、検出器の両端の電圧を安定化し、次いでステップ３２は、検出器を通過して流れる定電流の供給を示す。ステップ３３は、前記検出器の抵抗の変化に対応するために、検出器を通過して流れる別の可変電流を供給する。ステップ３４では、前記可変電流をミラーする。ステップ３５では、既知の分路抵抗器の両端で前記ミラー電流の電圧レベルを測定することによって、検出器の抵抗を識別することが説明されている。ステップ３６では、対応する電圧の測定によって検出器中に配置したそれぞれの可変抵抗器の抵抗を識別する。

本発明を具体的に示し、かつその好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および細部にさまざまな変更がなされ得ることが当業者には理解されよう。

検出器内部の可変抵抗器の抵抗を測定するための従来技術による回路を示す図である。図２Ａは、検出器中の可変抵抗器の抵抗を連続的に測定するための本発明による回路を示す。図２Ｂは、３つ以上の可変抵抗器と関連する出力ポートを有する検出器を示す。本発明による方法を示す流れ図である。

符号の説明

１、２電位差計
３分路抵抗器
４、５ポート
６電位差計の入力電圧
７、８、９スイッチ
１０検出器
２０、２４増幅器
２１、２３、２５トランジスタ
２２定電流源
２６抵抗器
２７基準電圧
２８検出器の入力電圧
２９追加的な電位差計
３０追加的なポート

Claims

２以上の直列可変抵抗器および前記可変抵抗器のそれぞれの可変抵抗を識別する信号を供給する１つまたは複数の出力ポートを備える検出器と、
可変抵抗器を備える前記検出器を通過して流れる電流の一部を供給する定電流源の手段と、
前記検出器の抵抗の変化に適応するように前記検出器を通過して流れる電流の残り部分のための可変電流源の手段と、
前記検出器の両端の電圧を安定化させる手段と、
前記可変電流をミラーする手段と、
前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる手段と、
前記検出器の合計抵抗を識別するために前記可変電流をミラーする手段によりミラーされたミラー電流を使用するための手段と、
を備える検出器における可変抵抗器の抵抗を連続的に測定するための回路。
前記検出器の両端の電圧を安定化させる前記手段は、入力と出力を有する増幅器であり、前記入力が基準電圧および前記検出器の入力電圧であり、かつ前記出力が可変電流源の前記手段にリンクされている、請求項１に記載の回路。
前記可変電流源の手段は、ベースが前記検出器の両端の電圧を安定化させる前記手段にリンクされ、かつ電源電圧（Ｖｄｄ）と前記検出器の入力点の間に接続されるトランジスタである、請求項１に記載の回路。
前記可変抵抗器は電位差計である、請求項１に記載の回路。
前記可変電流をミラーする前記手段は、ベースが前記可変電流を前記検出器に供給する前記可変電流源の手段に接続され、かつ電源電圧（Ｖｄｄ）と前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる前記手段の間に接続されるトランジスタである、請求項１に記載の回路。
前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる前記手段は入力と出力を有する増幅器であり、第１の入力が前記可変電流をミラーする手段にリンクされかつ第２の入力が前記検出器の入力電圧にリンクされ、前記出力が前記ミラー電流の流れを制御するトランジスタのベースにリンクされている、請求項１に記載の回路。
前記検出器の合計抵抗を識別するために前記ミラー電流を使用するために前記可変電流をミラーする手段によりミラーされた前記ミラー電流を使用する手段は、前記ミラー電流の流れの中に位置する抵抗器であり、前記抵抗器の両端の電圧を使用して前記合計抵抗を識別することができる、請求項１に記載の回路。
前記検出器は、２つの直列可変抵抗器と、前記２つの可変抵抗器の各抵抗を表す電圧を測定するために前記２つの可変抵抗器間の１つのポートとを備える、請求項１に記載の回路。
前記検出器は、任意の数ｎの直列可変抵抗器と、前記可変抵抗器の各抵抗を表す電圧を測定するために各前記可変抵抗器間にｎ−１のポートとを備える、請求項１に記載の回路。
２以上の直列可変抵抗器および前記可変抵抗器の各可変抵抗を識別する信号を供給する１つまたは複数のポートを備える検出器と、可変抵抗器を備える前記検出器を通過して流れる電流の一部を供給する定電流源の手段と、前記検出器の両端の電圧を安定化させる手段と、前記検出器の抵抗の変化に適応するように前記検出器を通過して流れる電流の別の一部のための可変電流源の手段と、前記可変電流をミラーする手段と、前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる手段と、前記検出器の全抵抗を識別するために前記可変電流をミラーする手段によりミラーされたミラー電流を使用する手段と、を提供するステップと、
前記検出器の両端の電圧を安定化させるステップと、
前記検出器を通過して流れる電流の定電流部分を供給するステップと、
前記検出器の抵抗の変化に対処するように前記検出器を通過して流れる電流の残り部分のための可変電流源を供給するステップと、
前記検出器の抵抗の変化を表す前記可変電流をミラーするステップと、
既知の分路抵抗器両端で前記ミラー電流により生じた電圧を測定することによって前記検出器の合計抵抗を識別するステップと、
対応する電圧によって前記検出器内部の各可変抵抗器の抵抗を識別するステップと、
含む検出器における可変抵抗器の抵抗を連続的に測定する方法。
前記検出器の両端の電圧を安定化させる前記手段は、入力と出力を有する増幅器であり、前記入力が基準電圧および前記検出器の入力電圧であり、かつ前記出力が可変電流源の前記手段にリンクされている、請求項１０に記載の方法。
前記可変電流源の手段は、ベースが前記検出器の両端の電圧を安定化させる前記手段にリンクされ、かつ電源電圧（Ｖｄｄ）と前記検出器の入力点に接続されるトランジスタである、請求項１０に記載の方法。
前記可変抵抗器は電位差計である、請求項１０に記載の方法。
前記可変電流をミラーする手段は、ベースが前記可変電流を前記検出器に供給する前記可変電流源の手段に接続され、かつ電源電圧（Ｖｄｄ）と前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる前記手段とにリンクされるトランジスタである、請求項１０に記載の方法。
前記可変電流をミラーする手段の両端の電圧を安定化させる前記手段が入力と出力を有する増幅器であり、第１の入力が前記可変電流をミラーする手段にリンクされかつ第２の入力が前記検出器の入力電圧にリンクされ、前記出力が前記ミラー電流の流れを制御するトランジスタのベースにリンクされる、請求項１０に記載の方法。
前記検出器の合計抵抗を識別するために前記ミラー電流を使用するための前記手段は、前記ミラー電流の流れの中に位置する抵抗器であり、前記抵抗器の両端の電圧を使用して前記合計抵抗を識別することができる、請求項１０に記載の方法。
前記検出器は、２つの直列可変抵抗器と、前記２つの可変抵抗器の各抵抗を表す電圧を測定するために前記２つの可変抵抗器間の１つのポートとを備える、請求項１０に記載の方法。
前記検出器は、任意の数ｎの直列可変抵抗器と、前記可変抵抗器の各抵抗を表す電圧を測定するために各前記可変抵抗器の間にｎ−１のポートとを備える、請求項１０に記載の方法。