JP5447979B2 - 温度測定器 - Google Patents

Description

本発明は、定電流源と共通電位の間にスイッチを介して接続されたローパスフィルタの出力電圧と温度センサの端子電圧とを比較器で比較し、この比較結果を変換したパルス信号をカウントして温度測定を行うと共にパルス信号でスイッチを制御する温度測定器に関し、詳しくは、消費電流や回路の大幅な増加をせずに温度測定可能になるまでにかかる時間を短縮することが可能な温度測定器に関するものである。

図３は、従来の温度測定器の一例を示した構成図である。
図３において、定電流源１は、予め定められた電流値を流す。スイッチ２は、制御端子を有し、この制御端子に入力される信号により、ＯＮ（閉成）またはＯＦＦ（開放）する。コンデンサ３および抵抗４は、ローパスフィルタ２０を構成している。

定電流源５は、定電流源１と同様に、予め定められた電流値を流す。温度センサ６は、ＰＮ接合のダイオード、または、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタ等であり、定電流印加時の端子電圧は温度に応じて変化する。比較器７は、正側入力端子（＋）と負側入力端子（−）を有し、正側入力端子の電圧が負側入力端子の電圧より小さい場合は、出力端子にローレベルを出力し、正側入力端子の電圧が負側入力端子の電圧より大きい場合は、出力端子にハイレベルを出力する。

フリップフロップ８は、比較器７からの出力信号をクロック信号でサンプリングする。すなわち、クロック信号の立ち上がりエッジのタイミングでフリップフロップ８のデータ入力信号がハイレベルの時は、ハイレベルを出力し、クロック信号の立ち上がりエッジのタイミングでフリップフロップ８のデータ入力信号がローレベルの時は、ローレベルを出力する。ＮＯＲ回路９は、一方の入力端子と他方の入力端子を有し、一方の入力端子と他方の入力端子のそれぞれに入力される信号がともにローレベルの時は、ハイレベルを出力し、それ以外の入力の時は、ローレベルを出力する。カウンタ１０は、入力されるパルス信号のパルス数をカウントする。

定電流源１の一端は、電源に接続され、定電流源１の他端は、スイッチ２の一端に接続される。スイッチ２の他端は、コンデンサ３の一端、抵抗４の一端および比較器７の正側入力端子にそれぞれ接続される。定電流源５の一端は、電源に接続され、定電流源５の他端は、温度センサ６の一端および比較器７の負側入力端子にそれぞれ接続される。

コンデンサ３の他端、抵抗４の他端および温度センサ６の他端は、それぞれ共通電位に接続される。比較器７の出力端子は、フリップフロップ８のデータ入力端子に接続され、フリップフロップ８の出力端子は、ＮＯＲ回路９の一方の反転入力端子に接続される。フリップフロップ８のクロック入力端子およびＮＯＲ回路９の他方の反転入力端子は、それぞれクロック信号が入力される。ＮＯＲ回路９の出力端子は、カウンタ１０の入力端子およびスイッチ２の制御端子にそれぞれ接続される。

このような温度測定器の動作を図４を用いて説明する。
図４は、図３に示す従来例の各部の波形を示したタイミングチャートである。温度センサ６の端子電圧Ａよりもローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが小さい時には、比較器７は、ローレベルを出力する。比較器７の出力Ｃは、フリップフロップ８でサンプリングされ、ＮＯＲ回路９を介して、クロック信号の反転信号がスイッチ２の制御端子に出力される。

ＮＯＲ回路９の出力Ｆがハイレベルの間、すなわち、クロック信号がローレベルの間は、スイッチ２がＯＮとなり、定電流源１からローパスフィルタ２０へ電流が流れ、ローパスフィルタの端子電圧Ｂを上昇させる。一方、クロック信号がハイレベルの間は、スイッチ２がＯＦＦとなり、コンデンサ３に蓄積された電荷が抵抗４を介して放電され、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂは低下する。しかし、この時の放電電荷よりもクロック信号のローレベルの期間で充電される電荷の方が大きくなるように、定電流源１の電流値が設定されるため、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂは、クロック信号のローレベルの期間、ハイレベルの期間による増減を繰り返しながら上昇を続ける。

ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが、温度センサ６の端子電圧Ａよりも高くなると、比較器７の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ８でサンプリングされ、ＮＯＲ回路９の出力がローレベルとなる。そして、スイッチ２がＯＦＦとなり、コンデンサ３の充電が停止する。コンデンサ３に蓄積された電荷が、抵抗４を介して放電され、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが低下し、温度センサ６の端子電圧Ａよりも低くなる。そして、比較器７の出力Ｃがローレベルとなり、スイッチ２がＯＮして、コンデンサ３が再び充電される。

この結果、平衡状態では、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが、温度センサ６の端子電圧Ａと等しくなる。この平衡状態においては、定電流源１からローパスフィルタ２０に流れる電流の平均値と抵抗４の積が温度センサ６の端子電圧Ａに等しくなる。定電流源１からローパスフィルタ２０に流れる電流の平均値は、ＮＯＲ回路９から単位時間に出力されるパルス信号のパルス数と比例関係にあるため、このパルス数をカウントすることにより、温度センサ６の端子電圧Ａを測定することができる。

特許文献１には、ダイオード上にインターリーブされた２レベル電流による温度測定とそのための２レベル電流源が記載されている。

特表２００２−５０８０６２号公報

しかし、図３および図４に示す従来例では、電源投入時等にローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが、０Ｖから温度センサ６の端子電圧Ａまで上昇して平衡状態となり、温度測定可能になるまでにかかる時間が長いという問題があった。

そこで本発明の目的は、消費電流や回路の大幅な増加をせずに温度測定可能になるまでにかかる時間を短縮することが可能な温度測定器を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
定電流源と共通電位の間にスイッチを介して接続されたローパスフィルタの端子電圧と温度センサの端子電圧とを比較器で比較し、この比較結果とクロック信号とから生成されるパルス信号をカウントして温度測定を行うと共に前記パルス信号で前記スイッチを制御する温度測定器において、
初期状態から前記ローパスフィルタの端子電圧が前記温度センサの端子電圧よりも大きくなるまで、前記クロック信号を遮断し前記パルス信号の電圧レベルを固定して、前記スイッチをオンしたままにするスイッチ制御回路
を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記スイッチ制御回路は、
前記比較器の出力信号の立ち上がりエッジで選択信号を出力するフリップフロップと、
前記選択信号に応じて前記パルス信号の電圧レベルの固定を解除するマルチプレクサと
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
定電流源と共通電位の間にスイッチを介して接続されたローパスフィルタの出力電圧と温度センサの端子電圧とを比較器で比較し、この比較結果を変換したパルス信号をカウントして温度測定を行うと共に前記パルス信号で前記スイッチを制御する温度測定器において、前記ローパスフィルタの端子電圧が前記温度センサの端子電圧よりも大きくなるまで、前記パルス信号の電圧レベルを固定して、前記スイッチをオンしたままにするスイッチ制御回路を備えたことにより、初期状態において、ローパスフィルタの端子電圧が、従来例のように、充放電を繰り返して上昇するのではなく、充電されたまま上昇するので、消費電流や回路の大幅な増加をせずに温度測定可能になるまでにかかる時間を短縮することができる。

本発明の温度測定器の一実施例を示した構成図である。 図１に示す温度測定器の各部の波形を示したタイミングチャートである。 従来の温度測定器の一例を示した構成図である。 図３に示す従来例の各部の波形を示したタイミングチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の温度測定器の一実施例を示した構成図である。ここで、図３と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、図３に示す構成と異なる点は、スイッチ制御回路２１が新たに設けられている点である。

図１において、スイッチ制御回路２１は、フリップフロップ１１とマルチプレクサ１２を有し、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが温度センサ６の端子電圧Ａよりも大きくなるまで、スイッチ２へ入力されるパルス信号の電圧レベルを固定して、スイッチ２をＯＮしたままにする。

フリップフロップ１１は、比較器７の出力信号の立ち上がりエッジで選択信号を出力する。なお、フリップフロップ１１は、初期状態ではリセットされており、ローレベルを出力する。マルチプレクサ１２は、フリップフロップ１１からの選択信号に応じて、パルス信号の電圧レベルの固定を解除する。

比較器７の出力端子は、フリップフロップ８のデータ入力端子およびフリップフロップ１１のクロック入力端子にそれぞれ接続され、フリップフロップ１１のデータ入力端子は、電源が接続される。コンデンサ３の他端、抵抗４の他端、温度センサ６の他端およびマルチプレクサ１２の一方の入力端子は、それぞれ共通電位に接続される。

フリップフロップ８のクロック入力端子およびマルチプレクサ１２の他方の入力端子は、それぞれクロック信号が入力され、フリップフロップ１１の出力端子は、マルチプレクサ１２の制御端子に接続される。マルチプレクサ１２の出力端子は、ＮＯＲ回路９の他方の反転入力端子に接続される。その他の接続に関しては、図３に示す従来例と同じため、説明を省略する。

このような温度測定器の動作を図２を用いて説明する。
図２は、図１に示す温度測定器の各部の波形を示したタイミングチャートである。電源投入時等の初期状態において、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂは、温度センサ６の端子電圧Ａよりも低いので、比較器７の出力はローレベルとなる（図１および図２の信号Ｃ）。このため、ＮＯＲ回路９の一方の反転入力端子には、フリップフロップ８を介してローレベルが入力される（図１および図２の信号Ｅ）。

一方、フリップフロップ１１は、比較器７の出力がローレベルのままであるため、初期状態を維持し、ローレベルを出力する。マルチプレクサ１２は、フリップフロップ１１から入力される選択信号Ｇがローレベルのため、一方の入力端子に入力される信号を選択するので、ローレベルを出力する（図１および図２の信号Ｈ）。このため、ＮＯＲ回路９の他方の反転入力端子には、マルチプレクサ１２からローレベルが入力される。

この結果、ＮＯＲ回路９から出力されるスイッチ２の制御信号Ｆがハイレベルとなるので、スイッチ２はＯＮする。そして、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが温度センサ６の端子電圧Ａよりも大きくなるまで、ＮＯＲ回路９から出力されるスイッチ２の制御信号Ｆがハイレベルを保つため、スイッチ２もＯＮのままとなる。

ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが温度センサ６の端子電圧Ａよりも大きくなるまでの間、コンデンサ３は、放電することなく、充電され続ける。ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが温度センサ６の端子電圧Ａよりも大きくなると、比較器７の出力がローレベルからハイレベルに変化し、フリップフロップ１１の出力もローレベルからハイレベルに変化する。

マルチプレクサ１２は、フリップフロップ１１から入力される選択信号Ｇがハイレベルのため、他方の入力端子に入力されるクロック信号を選択して出力する（図１および図２の信号Ｈ）。このため、ＮＯＲ回路９の他方の反転入力端子には、マルチプレクサ１２からクロック信号が入力される。これ以降の動作は、図３および図４に示す従来例と同じため、説明を省略する。

このように、ローパスフィルタ２０の端子電圧Ｂが温度センサ６の端子電圧Ａよりも大きくなるまで、スイッチ制御回路２１が、スイッチ２へ入力されるパルス信号の電圧レベルを固定して、スイッチ２をＯＮしたままにすることにより、フリップフロップ１１とマルチプレクサ１２を追加するのみで、ローパスフィルタ２０の充電をパルス電流で断続的に充電していたものを、直流電流で連続的に充電するようにしたので、消費電流や回路の大幅な増加をせずに、初期状態から平衡状態に達する時間を従来の約１／２に短縮し、温度測定可能になるまでにかかる時間を短縮することができる。

１，５ 定電流源
２ スイッチ
６ 温度センサ
７ 比較器
１１ フリップフロップ
１２ マルチプレクサ
２０ ローパスフィルタ
２１ スイッチ制御回路

Claims (2)

1. 定電流源と共通電位の間にスイッチを介して接続されたローパスフィルタの端子電圧と温度センサの端子電圧とを比較器で比較し、この比較結果とクロック信号とから生成されるパルス信号をカウントして温度測定を行うと共に前記パルス信号で前記スイッチを制御する温度測定器において、
   初期状態から前記ローパスフィルタの端子電圧が前記温度センサの端子電圧よりも大きくなるまで、前記クロック信号を遮断し前記パルス信号の電圧レベルを固定して、前記スイッチをオンしたままにするスイッチ制御回路
   を備えたことを特徴とする温度測定器。
2. 前記スイッチ制御回路は、
   前記比較器の出力信号の立ち上がりエッジで選択信号を出力するフリップフロップと、
   前記選択信号に応じて前記パルス信号の電圧レベルの固定を解除するマルチプレクサと
   を有することを特徴とする請求項１記載の温度測定器。

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