JP5875704B2 - 信号伝達回路 - Google Patents

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Description

この発明は、送信コイルと受信コイルを介して送信データを伝達する信号伝達回路に関する。
一般に、パワーデバイスでは、三相交流モータ等を駆動するために、電圧を直流から交流に変換するインバータが用いられる。インバータでは、交流モータに掛かる高電圧と制御ユニットを電気的に絶縁する必要があり、これまでに絶縁素子としてフォトカプラが用いられてきた。しかし、近年、トランスの小型化・薄膜化が進むにつれて、フォトカプラよりも信頼性や消費電力、集積度、転送速度などの点で優れるパルストランスや容量を用いた絶縁素子に置き換えられている。また、例えば、絶縁素子を介して送信データを伝達する信号伝達回路は、三相交流モータ等で用いられるため、モータ等からのノイズによる誤出力を抑制する必要がある。
ところで、例えば特開2010−56593号公報(以下、特許文献1という)には、送信器が送信データの立ち上がりと立ち下がりのレベル変化に応じて送信コイルに正または負の単一極性でパルス形状の電流信号を流し、これに伴って誘導結合する受信コイルに発生する正負の双極性で連続した前後一対のパルス(以下、ダブルパルスと称する)の誘導電圧信号を非同期に受信して送信データを復調できるようにした低電力で高速な非同期誘導結合送受信技術が開示されている。
この特許文献1の技術では、受信コイルに誘起される上記のダブルパルスの誘導電圧信号をヒステリシス比較器で検出して、その度に正または負の単一極性のパルスを出力し、このパルス出力をDフリップフロップに入力して送信データを復元したり、あるいは、受信コイルに誘起される上記のダブルパルスの内の前半と後半の各々のパルス(以下、シングルパルスと称する)の誘導電圧信号について、1つ目のシングルパルスは検出せず、2つ目のシングルパルスをヒステリシス比較器で検出して反転することによって送信データを復元している。
特開2010−56593号公報
しかしながら、上記の特許文献1に開示された従来技術において、前者のように、受信コイルに誘起されるダブルパルスの誘導電圧信号をヒステリシス比較器で検出して得られる正または負の単一極性のパルス出力をDフリップフロップに入力して送信データを復調する場合には、Dフリップフロップが必要となり、実装面積が大きくなるばかりか、余分なコストがかかるという不具合がある。
また、後者のように、受信コイルに誘起されるダブルパルスの誘導電圧信号の内の前半目のシングルパルスは検出せず、後半のシングルパルスをヒステリシス比較器で検出して反転することで送信データを復調する場合には、元の送信データと復元した送信データとの間には、前半のシングルパルスと後半のシングルパルスとの間の時間分だけの遅延時間が生じる。そして、このような余分な遅延時間が生じると、例えばインバータ制御を行う際に円滑な電圧変換を実施できなくなるといった不具合を生じる。
この発明は、上記の問題を鑑みてなされるものであり、送信データの立ち上がりと立ち下がりのレベル変化に応じて送信コイルに正または負の単一極性でパルス形状の電流信号を流し、これに伴って誘導結合する受信コイルに発生するダブルパルスの誘導電圧信号に基づいて送信データを復調する場合に、余分な遅延時間の発生を抑えるとともに、ノイズによる誤動作を防止した信号伝達回路を提供することを目的とする。
この発明の信号伝達回路は、送信コイルと受信コイルを介して送信データを伝達するもので、上記送信データの論理値が変化する毎にその論理値変化に応じて正負の極性が交互に反転するパルス形状の電流信号を送信コイルに流す送信回路と、上記送信コイルに流す電流信号によって上記受信コイルに誘導される正負の双極性で連続した前後一対のダブルパルスの誘導電圧信号を入力して上記送信データを復調する受信回路とを備え、上記受信回路は、上記受信コイルに誘導される上記ダブルパルスの誘導電圧信号を増幅する増幅器と、上記増幅器で増幅されたダブルパルスの誘導電圧信号の内、前半のシングルパルスを検出すると、これに応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して前半のシングルパルスのみに基づいて上記送信データに対応した出力信号を生成する信号生成部と、を備えている。
この発明の信号伝達回路は、送信回路で入力信号の論理値が変化する毎にその論理値変化に応じて正負の極性が交互に反転するパルス形状の電流信号を送信コイルに流す。受信回路では、上記送信コイルに流す電流信号によって上記受信コイルに誘導されるダブルパルスの誘導電圧信号が増幅部で増幅される。次に、信号生成部において、この増幅後のダブルパルスの誘導電圧信号の内、前半のシングルパルスを検出すると、これに応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して前半のシングルパルスのみに基づいて送信データに対応した出力信号を生成する。そのため、従来のような送信回路に入力された入力信号と、受信回路で復調された出力信号との間で、前半のシングルパルスと後半のシングルパルスの期間分の遅延を生じるといったことがなくなる。その結果、例えばインバータ制御を行う際にも円滑な電圧変換を実施することが可能となる。
この発明の実施の形態1による信号伝達回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態1による信号伝達回路のパルス変換回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態1によるパルス変換回路の動作波形図である。 この発明の実施の形態1による信号伝達回路のパルス変換回路の他の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態1によるパルス変換回路の動作波形図である。 この発明の実施の形態1の信号伝達回路において電源投入時やリセット動作時に入力信号がロウの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。 この発明の実施の形態1の信号伝達回路において電源投入時やリセット動作時に入力信号がハイの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。 この発明の実施の形態2による信号伝達回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態2による信号伝達回路において電源投入時やリセット動作時に入力信号がロウの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。 この発明の実施の形態3による信号伝達回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3による信号伝達回路の立上りエッジ検出部の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3による立上りエッジ検出部の動作波形図である。 この発明の実施の形態3による信号伝達回路の立下りエッジ検出部の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3による立下りエッジ検出部の動作波形図である。 この発明の実施の形態3による信号伝達回路の両エッジ検出部の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態3による信号伝達回路の両エッジ検出部の動作波形図である。 この発明の実施の形態3の信号伝達回路において電源投入時やリセット動作時に入力信号がロウの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。また、以下の回路は一例であって、本発明はこれらの構成のみに限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における信号伝達回路の構成を示す回路図である。
この実施の形態1の信号伝達回路は、送信回路1、送信コイル2、受信コイル3、および受信回路4を備える。
送信回路1は、送信データを入力信号DINとして取り込み、その入力信号DINの論理値が変化する毎にその論理値変化に応じて正負の極性が交互に反転するパルス形状の電流信号(以下、パルス電流信号と称する)ITを送信コイル2に流す。一方、受信回路4は、送信コイル2のパルス電流信号ITによって、誘導結合する受信コイル3に誘導される正負の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-の内、前半のシングルパルスを検出する。そして、受信回路4は、前半のシングルパルスの検出に応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して後半のシングルパルスを検出せず、前半のシングルパルスのみに基づいて上記入力信号DINを復調した出力信号DOUTを生成する。
ここで、送信回路1は、パルス変換回路7を備えている。パルス変換回路7は、その入力端子7aに送信データとなる入力信号DINが入力される入力端子5が接続されている。また、パルス変換回路7の一方の出力端子7bに送信コイル2の一方端が接続され、他方の出力端子7cに送信コイル2の他方端が接続されている。
受信回路4は、入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6、増幅器8、ヒステリシス比較器9、制御回路10、エッジ検出部11、第1のスイッチ21、第2のスイッチ22、第3のスイッチ23、第1の基準電位VB1、第2の基準電位VB2、および基準電位VREFを備える。
増幅器8は、受信コイル3に誘導されたダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-を増幅するもので、2つの入力端子のそれぞれが受信コイル3の各端子に個別に接続されている。また、増幅器8は、+側の出力端子がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続され、−側の出力端子がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されている。
ヒステリシス比較器9は、増幅器8で誘導電圧信号VR+,VR-を増幅して+側と−側の出力端子から出力される出力信号VO+、VO-を入力する。そして、ヒステリシス比較器9は、増幅器8の出力信号VO+、VO-の差分が一定のレベル以上の場合にレベル反転して一定の出力を保持するヒステリシス特性をもつ。ヒステリシス比較器9の+側の入力端子が増幅器8の+側の出力端子に接続されるとともに、第1のスイッチ21の一方端に接続され、−側の入力端子が増幅器8の−側の出力端子に接続されるとともに、第1のスイッチ21の他方端に接続されている。また、ヒステリシス比較器9の単一の出力端子が入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6となっている。
制御回路10は、電源投入時やリセット動作時などに応じて一定期間T0にわたって制御信号DCTRを出力し、この制御信号DCTRを用いて第2のスイッチ22と第3のスイッチ23をオンまたはオフする。この場合、制御回路10からの制御信号DCTRの出力期間T0は、制御回路10内に図示しないタイマ回路などを内蔵させることにより予め設定される。
エッジ検出部11は、その入力端子が前述のヒステリシス比較器9の出力端子6に接続されている。そして、エッジ検出部11は、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTの立ち上りと立ち下りの双方のエッジ成分を検出し、そのエッジ検出に応じてエッジ検出信号DSWを一定期間T2にわたって生成して第1のスイッチ21をオンまたはオフする。この場合、エッジ検出信号DSWの出力期間T2は、エッジ検出部11内に図示しないワンショットマルチバイブレータ回路などを内蔵させることにより予め設定される。そして、このエッジ検出信号DSWの出力期間T2が、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間となる。
第1のスイッチ21は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第1のスイッチ21の一方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
また、第2のスイッチ22は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第2のスイッチ22の一方端が第1の基準電位VB1に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
さらに、第3のスイッチ23は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第3のスイッチ23の一方端が第2の基準電位VB2に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
図2はパルス変換回路7の構成を示す回路図、図3はその動作波形図である。
図2のパルス変換回路7は、2つのバッファ回路71、72、および一つの遅延回路73を含む。
一方のバッファ回路71は、その入力部がパルス変換回路7の入力端子7aに接続され、その出力部が送信コイル2の一方端に接続された出力端子7bに接続されている。他方のバッファ回路72は、その入力部が遅延回路73を介して入力端子7aに接続され、その出力部が送信コイル2の他方端に接続された出力端子7bに接続されている。遅延回路73の入力信号と出力信号との間の遅延時間は、ここでは期間T1に設定されている。
図3に示すように、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINのロウからハイ、あるいはハイからロウへのレベル変化に応じて、バッファ回路71を介した一方の出力端子7bからは同じレベル変化を伴う信号が出力される。また、バッファ回路72を介した他方の出力端子7cからは遅延回路73で期間T1だけ遅延されて同じレベル変化を伴う信号が出力される。
したがって、パルス変換回路7の両出力端子7b、7cに接続された送信コイル2には、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがロウからハイに変化したときに、期間T1に渡って正極性のパルス電流信号IT+が流れ、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがハイからロウに変化したときに、期間T1に渡って負極性のパルス電流信号IT-が流れる。
図4はパルス変換回路7の他の構成を示す回路図、図5はその動作波形図である。
図4のパルス変換回路7は、2つの立上りエッジ検出部74、75と、インバータ76とを含む。
一方の立上りエッジ検出部74は、その入力部がパルス変換回路7の入力端子7aに接続され、その出力部が送信コイル2の一方端に接続された出力端子7bに接続されている。他方の立上りエッジ検出部75は、その入力部がインバータ76を介して入力端子7aに接続され、その出力部が送信コイル2の他方端に接続された出力端子7cに接続されている。この場合、各エッジ検出部74、75内に図示しないワンショットマルチバイブレータ回路などを内蔵させることにより、各エッジ検出部74、75からのエッジ検出信号の出力期間は、ここでは期間T1に設定される。
図5に示すように、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがロウからハイに変化すると、立上りエッジ検出部74によってその立上りエッジが検出されて出力端子7bから正極性のエッジ検出信号が期間T1に渡って出力される。また、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがハイからロウに変化すると、インバータ76でレベル反転されるので、立上りエッジ検出部75によってインバータ76でレベル反転された信号の立上りエッジが検出され、正極性のエッジ検出信号が期間T1に渡って出力される。
したがって、図4に示したパルス変換回路7においても、図2に示したパルス変換回路7と同様、パルス変換回路7の両出力端子7b、7cに接続された送信コイル2には、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがロウからハイに変化したときに、期間T1に渡って正極性のパルス電流信号IT+が流れ、パルス変換回路7の入力端子7aに加わる入力信号DINがハイからロウに変化したときに、期間T1に渡って負極性のパルス電流信号IT-が流れる。
なお、図2および図4に示したパルス変換回路7の構成は、あくまで一例であり、これらの構成に限定されるものではない。
図6および図7は、この実施の形態1の信号伝達回路における各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。以下、これらの図6および図7を参照して、この実施の形態1の信号伝達回路の動作について説明する。
図6は、電源投入時やリセット動作時に送信データである入力信号DINがロウの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図である。
ここに、符号DINは入力端子5への入力信号の動作波形、ITは送信コイル2に流れるパルス電流信号の動作波形、VR+とVR-は受信コイル3の出力端子から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号の動作波形である。また、VO+とVO-は増幅器8の+側と−側のそれぞれの出力端子からの出力信号の動作波形であり、この実施の形態1ではヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子への入力信号VA+、VA-と一致している。DOUTはヒステリシス比較器9から出力端子6に出力される出力信号の動作波形、DSWはエッジ検出部11のエッジ検出信号の動作波形、DCTRは制御回路10から出力される制御信号の動作波形である。
ここで、電源投入時やリセット動作時には、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化する必要がある。この場合、電源投入時やリセット動作時において入力信号DINがロウかハイかは予め分かっているので、図6に示すように入力信号DINがロウの場合、予め第1の基準電位VB1と第2の基準電位VB2の電位の関係をVB1<VB2に設定しておく。
そして、電源投入やリセット動作に応じて制御回路10から制御信号DCTRを出力して第2のスイッチ22と第3のスイッチ23を共にオンする。そうすると、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子には第1の基準電位VB1が、−側の入力端子には第2の基準電位VB2がそれぞれ加わり、その結果、両入力端子に加わる電位差(=VB1−VB2)が一定のレベル以上となるため、ヒステリシス比較器9の出力DOUTが強制的にロウに初期化される。なお、このとき、第1のスイッチ21はオフになっている。
こうして、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTをロウに初期化した後、制御回路10は、電源投入時やリセット動作時から所定期間T0が経過した時点で制御信号DCTRの出力を停止するので、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフになる。このとき、受信コイル3からのダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-は未だ増幅器8に入力されていないため、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフされた時点(時刻t0)で、ヒステリシス比較器9の入力信号VA+、VA-は同じ値になるとともに、ヒステリシス比較器9の出力は依然ロウの状態に保たれる。
図3と図5を用いて説明したように、入力信号DINがロウからハイに立上る時点(時刻t1)で、送信コイル2には、期間T1の間、正極性のパルス電流信号IT+が流れる。また、入力信号DINがハイからロウに立下る時点(時刻t2)で、送信コイル2には期間T1の間、負極性のパルス電流信号IT-が流れる。
いま、時刻t1で入力信号DINがロウからハイになると、これに応じて受信コイル3からは、送信コイル2に流れる正極性のパルス電流信号IT+の電流変化に誘起されて正負の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+とVO-となる。その場合、第1のスイッチ21は未だオフのままなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-となる。また、増幅器8の出力信号VO+、VO-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してロウからハイとなり、論理レベルを確定する。
そして、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイになると、この出力信号DOUTのエッジがエッジ検出部11で検出されるため、エッジ検出部11は、ハイレベルのエッジ検出信号DSWを一定の期間T2に渡って出力する。これによって、期間T2の間、第1のスイッチ21がオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡され、ヒステリシス比較器9への両入力信号VA+、VA-は共に同電位となる。このため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡されて同電位となっているので、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は予め設定されたしきい値以下であり、ヒステリシス比較器9の出力は、依然ハイの状態に保たれる。
以上から分かるように、時刻t1で入力信号DINがロウからハイになり、これに伴って、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイになる。そして、出力信号DOUTがロウからハイになった際、エッジ検出部11から一定期間T2にわたって出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
次に、時刻t2の時、入力信号DINがハイからロウになると、これに応じて受信コイル3からは、送信コイル2に流れる負極性のパルス電流信号IT-の電流変化に誘起されて、時刻t1の時とは正負が逆相の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+、VO-となる。その場合、第1のスイッチ21は未だオフのままなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-となる。また、増幅器8の出力信号VO+、VO-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してハイからロウとなり、論理レベルを確定する。
そして、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウになると、この出力信号DOUTのエッジがエッジ検出部11で検出されるため、エッジ検出部11は、ハイレベルのエッジ検出信号DSWを一定の期間T2に渡って出力する。これによって、期間T2の間、第1のスイッチ21がオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡され、ヒステリシス比較器9への両入力信号VA+、VA-は共に同電位となる。このため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡されて同電位となっているので、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は予め設定されたしきい値以下であり、ヒステリシス比較器9の出力は、依然ロウの状態に保たれる。
以上から分かるように、時刻t2で入力信号DINがハイからロウになり、これに伴って、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウになる。そして、出力信号DOUTがハイからロウになった際、エッジ検出部11から一定期間T2にわたって出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
なお、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスに対する不感期間を設定するエッジ検出信号DSWが出力される期間T2と、送信コイル2のパルス電流信号ITが変化する期間T1との関係は、T1<T2となるように予め設定しておく。
図7は、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがハイの場合の各部の動作信号の時間変化を示す波形図であり、各動作信号の名称は図6の場合と同じであるため、各動作信号の名称の説明は省略する。
ここで、電源投入時やリセット動作時、ヒステリシス比較器9の出力信号を初期化する必要がある。この場合、電源投入時やリセット動作時において入力信号DINがロウかハイかは予め分かっているので、図7に示されるように、入力信号DINがハイの場合、予め第1の基準電位VB1と第2の基準電位VB2の電位の関係をVB1>VB2に設定しておく。
そして、電源投入やリセット動作に応じて制御回路10から制御信号DCTRを出力して第2のスイッチ22と第3のスイッチ23を共にオンする。そうすると、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子には第1の基準電位VB1が、−側の入力端子には第2の基準電位VB2がそれぞれ加わり、その結果、両入力端子に加わる電位差(=VB1−VB2)が一定のレベル以上となるため、ヒステリシス比較器9の出力DOUTが強制的にハイに初期化される。なお、このとき、第1のスイッチ21はオフになっている。
電源投入時やリセット動作時以降の動作波形は、図6に示した時刻t1と時刻t2の時の入力信号DINと極性が逆になっているだけで、基本的には図6の場合と同じ動作となるため、電源投入時やリセット動作時以降の動作波形の説明を省略する。
以上のように、この発明の実施の形態1の信号伝達回路は、制御回路10を用いて電源投入時やリセット動作時にヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化し、出力信号DOUTの論理が変化する時に、そのレベル変化をエッジ検出部11で検出して第1のスイッチ21をオンにしてヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子を強制的に短絡することで、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-を同電位にする。これにより、入力信号DINの論理値が変化する毎に受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスのみが増幅器8で増幅されてその出力信号VO+、VO-がヒステリシス比較器9に入力信号VA+、VA-として加えられる。したがって、従来のように入力信号DINと出力信号DOUTとの間で前半のシングルパルスと後半のシングルパルスの期間T1分の遅延時間を生じるといったことがない。このため、例えばインバータ制御を行う際にも円滑な電圧変換を実施できる。また、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子を短絡する期間T2は、ヒステリシス比較器9への入力に対する不感期間となるため、ノイズやチャタリングによる誤動作を抑制することができる。
実施の形態2.
図8は、この発明の実施の形態2における信号伝達回路の構成を示す回路図であり、図1に示した実施の形態1と対応もしくは相当する部分には同一の参照符号を付す。
この実施の形態2の信号伝達回路は、送信回路1、送信コイル2、受信コイル3、および受信回路4を備える。この場合、送信回路1、送信コイル2、および受信コイル3の構成は、実施の形態1に示した信号伝達回路の構成と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。
この実施の形態2の受信回路4は、送信コイル2のパルス電流信号ITによって、誘導結合する受信コイル3に誘導される正負の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスを検出する。そして、受信回路4は、前半のシングルパルスの検出に応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して後半のシングルパルスを検出せず、前半のシングルパルスのみに基づいて上記入力信号DINを復調した出力信号DOUTを生成する。
受信回路4は、入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6、増幅器8、ヒステリシス比較器9、制御回路10、エッジ検出部11、第1のスイッチ21、第2のスイッチ22、第3のスイッチ23、第4のスイッチ24、第5のスイッチ25、第6のスイッチ26、第7のスイッチ27、第1の基準電位VB1、第2の基準電位VB2、第3の基準電位VB3、および基準電位VREFを備える。
増幅器8は、受信コイル3に誘導されたダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-を増幅するものである。増幅器8は、2つの入力端子のそれぞれが受信コイル3の各端子に個別に接続され、+側の出力端子が第6のスイッチ26の一端に接続され、−側の出力端子が第7のスイッチ27の一端に接続されている。
ヒステリシス比較器9は、実施の形態1の場合と同様、増幅器8で誘導電圧信号VR+,VR-を増幅してその+側と−側の各出力端子から出力される出力信号Vo+、Vo-を入力信号VA+、VA-として入力する。そして、ヒステリシス比較器9は、上記入力信号VA+、VA-の差分が一定のレベル以上の場合にレベル反転して一定の出力を保持するヒステリシス特性を有するものである。ヒステリシス比較器9は、+側の入力端子が第6のスイッチ26の一端に接続され、−側の入力端子が第7のスイッチ27の一端に接続されており、また、単一の出力端子が入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6となっている。
制御回路10は、電源投入時やリセット動作時などに応じて一定期間T0にわたって制御信号DCTRを出力し、この制御信号DCTRを用いて第2のスイッチ22と第3のスイッチ23をオンまたはオフする。この場合、制御回路10からの制御信号DCTRの出力期間T0は、制御回路10内に図示しないタイマ回路などを内蔵させることにより予め設定される。
エッジ検出部11は、その入力端子が上記ヒステリシス比較器9の出力端子6に接続されている。そして、エッジ検出部11は、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTの立上がりと立下がりの双方のエッジ成分を検出し、そのエッジ検出に応じてエッジ検出信号DSWを一定期間T2に渡って生成して、第1のスイッチ21、第4のスイッチ24、第5のスイッチ25、第6のスイッチ26、および第7のスイッチ27をそれぞれオンまたはオフする。この場合、エッジ検出信号DSWの出力期間T2は、エッジ検出部11内に図示しないワンショットマルチバイブレータ回路などを内蔵させることにより予め設定される。そして、このエッジ検出信号DSWの出力期間T2が、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間となる。
第1のスイッチ21は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第1のスイッチ21の一方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
第2のスイッチ22は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第2のスイッチ22の一方端が第1の基準電位VB1に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
第3のスイッチ23は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第3のスイッチ23の一方端が第2の基準電位VB2に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
第4のスイッチ24は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第4のスイッチ24の一方端が第3の基準電位VB3に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
第5のスイッチ25は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第5のスイッチ25の一方端が第3の基準電位VB3に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
第6のスイッチ26は、ノーマリーオンの特性を有している。そして、第6のスイッチ26の一方端が増幅器8の+側の出力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
第7のスイッチ27は、ノーマリーオンの特性を有している。そして、第7のスイッチ27の一方端が増幅器8の−側の出力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWの極性によってオンまたはオフする。
そして、上記第6、第7のスイッチ26、27が特許請求の範囲における出力遮断スイッチに対応し、第1、第4、第5のスイッチ21、24、25が特許請求の範囲における第3基準電位付与スイッチ群に対応している。
図9は、実施の形態2の信号伝達回路における各部の動作信号の時間変化を示す波形図であり、特に、ここでは電源投入時やリセット動作時に送信データである入力信号DINがロウの場合を示している。以下、図9を参照して、この実施の形態2の信号伝達回路の動作について説明する。
図9において、符号DINは入力端子5への入力信号の動作波形、ITは送信コイル2に流れるパルス電流信号の動作波形、VR+とVR-は受信コイル3の出力端子から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号の動作波形である。また、VO+とVO-は増幅器8の+側と−側のそれぞれの出力端子からの出力信号の動作波形、VA+、VA-はヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子への入力信号の動作波形、DOUTはヒステリシス比較器9の出力端子6に出力される出力信号の動作波形、DSWはエッジ検出部11のエッジ検出信号の動作波形、DCTRは制御回路10から出力される制御信号の動作波形である。
ここで、電源投入時やリセット動作時には、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化する必要がある。この場合、電源投入時やリセット動作時において入力信号DINがロウかハイかは予め分かっているので、図9に示すように入力信号DINがロウの場合、予め第1の基準電位VB1と第2の基準電位VB2の電位の関係をVB1<VB2に設定しておく。
そして、電源投入やリセット動作に応じて制御回路10から制御信号DCTRを出力して第2のスイッチ22と第3のスイッチ23を共にオンする。そうすると、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子には第1の基準電位VB1が、−側の入力端子には第2の基準電位VB2がそれぞれ加わり、その結果、両入力端子に加わる電位差(=VB1−VB2)が一定のレベル以上となる。そのため、ヒステリシス比較器9の出力DOUTが強制的にロウに初期化される。なお、このとき、第1、第4、第5スイッチ21、24、25は共にオフになっている。
こうして、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTをロウに初期化した後、制御回路10は、電源投入時やリセット動作時から所定期間T0が経過した時点で制御信号DCTRの出力を停止するので、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフになる。このとき、受信コイル3からのダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-は未だ増幅器8に入力されていないため、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフされた時点(時刻t0)でもヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは依然ロウの状態に保たれる。
図3及び図5を用いて既に説明したように、入力信号DINがロウからハイに立上る時点(時刻t1)で、送信コイル2には、期間T1の間、正極性のパルス電流信号IT+が流れる。また、入力信号DINがハイからロウに立下る時点(時刻t2)で、送信コイル2には、期間T1の間、負極性のパルス電流信号IT-が流れる。
時刻t1で入力信号DINがロウからハイになると、これに応じて受信コイル3の各出力端子の信号VR+とVR-は、送信コイル2に流れる正極性のパルス電流信号IT+の変化に対応して、双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+、VO-となる。この場合、第6、第7のスイッチ26、27はオン、第1、第4、第5の各スイッチ21、24、25はオフなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への同電位の入力信号VA+、VA-となる。このとき、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してロウからハイとなり、論理レベルを確定する。
このように、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイになると、この出力信号DOUTのエッジがエッジ検出部11で検出され、エッジ検出部11は、ハイレベルのエッジ検出信号DSWを一定の期間T2に渡って出力する。これによって、上記期間T2の間、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27はオフし、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を切り離す。また、このエッジ検出信号DSWによって第1、第4、第5のスイッチ21、24、25がオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡されるとともに、両入力端子は第3の基準電位VB3となる。そのため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、それには何ら影響されることなく、依然ハイの状態に保たれる。
この場合の第3の基準電位VB3の大きさは、ヒステリシス比較器9が動作しない電位に予め設定しておく。例えば、ヒステリシス比較器9をNMOSトランジスタの入力段で構成した場合、第3の基準電位VB3はNMOSトランジスタが動作しないような低い電位、例えば接地電位とする。また、ヒステリシス比較器9をPMOSトランジスタの入力段で構成した場合、第3の基準電位VB3はPMOSトランジスタが動作しないような高い電位、例えば電源電位とする。
以上の説明から分かるように、この実施の形態2においても、実施の形態1と同様、エッジ検出部11から一定期間T2に渡って出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
次に、時刻t2の時、入力信号DINがハイからロウになると、これに応じて受信コイル3からは、送信コイル2に流れる負極性のパルス電流信号IT-の変化に誘起されて、時刻t1の時と正負が反対の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+、VO-となる。この場合、第6、第7のスイッチ26、27はオン、第1、第4、第5の各スイッチ21、24、25はオフなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への同電位の入力信号VA+、VA-となる。このとき、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してハイからロウとなり、論理レベルを確定する。
このように、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウになると、この出力信号DOUTのエッジがエッジ検出部11で検出されるため、エッジ検出部11は、ハイレベルのエッジ検出信号DSWを一定の期間T2に渡って出力する。これによって、上記期間T2の間、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27はオフし、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続が切り離される。また、このエッジ検出信号DSWによって第1、第4、第5の各スイッチ21、24、25がオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子が短絡されるとともに、両入力端子が第3の基準電位VB3となる。そのため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、それに何ら影響されることなく、依然ロウの状態に保たれる。
また、この場合もエッジ検出部11から一定期間T2に渡って出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
なお、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8で増幅されてヒステリシス比較器9に入力されないように不感期間を設定するためのエッジ検出信号DSWが出力される期間T2と、送信コイル2のパルス電流信号ITが変化する期間T1との関係は、T1<T2となるように予め設定しておく。
なお、図9では、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがロウの場合の動作波形を示したが、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがハイの場合、第1の基準電位VB1と第2の基準電位VB2の電位の関係をVB1>VB2とする。そして、制御回路10の制御信号DCTRを用いて第2のスイッチ22と第3のスイッチ23をオンすることにより、ヒステリシス比較器9の出力電圧をハイに初期化する。また、電源投入やリセット動作時に入力信号DINがハイの場合、それ以降の動作波形は、図9に示した時刻t1と時刻t2の時の入力信号DINと極性が逆になっているだけで、基本的には図9の場合と同じ動作のため、電源投入時やリセット動作時以降の動作波形の説明を省略する。
以上のように、この発明の実施の形態2の信号伝達回路は、制御回路10を用いて電源投入時やリセット動作時にヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化し、出力信号DOUTの論理が変化する時に、そのレベル変化をエッジ検出部11で検出して第6、第7のスイッチ26、27をオフにして増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を強制的に切り離す。そのため、入力信号DINの論理値が変化する毎に受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスのみが増幅器8で増幅されてヒステリシス比較器9に入力される。これにより、従来のように入力信号DINと出力信号DOUTとの間で前半のシングルパルスと後半のシングルパルスの期間T1分の遅延を生じるといったことがなくなり、また、増幅器8からの出力信号VO+、VO-の影響を確実に避けることができる。このため、例えばインバータ制御を行う際にも円滑な電圧変換を実施できる。
また、エッジ検出部11からのエッジ検出信号DSWによって第6、第7のスイッチ26、27を一定期間T2に渡ってオフにする時には、同時に第1、第4、第5の各スイッチ21、24、25をオンにしてヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子を短絡し、かつヒステリシス比較器9のそれぞれの入力端子にヒステリシス比較器9が動作しない第3の基準電位VB3を与えるので、その期間T2中はノイズやチャタリングによる誤動作を抑制することができるとともに、ヒステリシス比較器9のオフセット電圧の影響による誤動作を抑制することができる。
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3における信号伝達回路の構成を示す回路図であり、図8に示した実施の形態2と対応もしくは相当する構成部分には同一の参照符号を付す。
実施の形態3の信号伝達回路は、送信回路1、送信コイル2、受信コイル3、受信回路4を備える。この場合、送信回路1、送信コイル2、および受信コイル3の構成は、実施の形態1に示した信号伝達回路の構成と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。
実施の形態3の受信回路4は、送信コイル2のパルス電流信号ITによって、誘導結合する受信コイル3に誘導される、正負の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスを検出すると、これに応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して後半のシングルパルスを検出せず、前半のシングルパルスのみに基づいて上記の入力信号DINを復調した出力信号DOUTを生成する回路である。
上記受信回路4は、入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6、増幅器8、ヒステリシス比較器9、制御回路10、立上りエッジ検出部13、立下りエッジ検出部14、両エッジ検出部15、第2のスイッチ22、第3のスイッチ23、第4のスイッチ24、第5のスイッチ25、第6のスイッチ26、第7のスイッチ27、第8のスイッチ28、第9のスイッチ29、第1の基準電位VB1、第2の基準電位VB2、第4の基準電位VB4、第5の基準電位VB5、および基準電位VREFを備える。
増幅器8は、受信コイル3に誘導されたダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-を増幅する。増幅器8は、2つの入力端子が受信コイル3の各端子に個別に接続され、+側の出力端子が第6のスイッチ26の一端に接続され、−側の出力端子が第7のスイッチ27の一端に接続されている。
ヒステリシス比較器9は、実施の形態1、2の場合と同様、増幅器8で誘導電圧信号VR+,VR-を増幅して増幅器8の+側と−側の各出力端子から出力される出力信号Vo+、Vo-を入力信号VA+、VA-として入力する。ヒステリシス比較器9は、入力信号VA+、VA-の差分が一定のレベル以上の場合にレベル反転して一定の出力を保持するヒステリシス特性をもつものである。ヒステリシス比較器9の+側の入力端子が第6のスイッチ26の一端に接続され、−側の入力端子が第7のスイッチ27の一端に接続されており、また、単一の出力端子が入力信号DINを復調した出力信号DOUTが出力される出力端子6となっている。
制御回路10は、電源投入時やリセット動作時などに応じて一定期間T0にわたって制御信号DCTRを出力し、この制御信号DCTRを用いて第2のスイッチ22と第3のスイッチ23をオンまたはオフする。この場合、制御回路10からの制御信号DCTRの出力期間T0は、制御回路10内に図示しないタイマ回路などを内蔵させることにより予め設定される。
立上りエッジ検出部13は、その入力部が出力端子6に接続されており、ヒステリシス比較器9の出力信号DUOTの立上りのエッジ成分を検出する。そして、立上りエッジ検出部13は、上記立上りのエッジ検出に応じて立上りエッジ検出信号DSWRを一定期間T3に渡って生成して、第4のスイッチ24と第5のスイッチ25をオンまたはオフする。
立下りエッジ検出14は、その入力部が出力端子6に接続されており、ヒステリシス比較器9の出力信号DUOTの立下りのエッジ成分を検出する。そして、立下りエッジ検出14は、上記立下りのエッジ検出に応じて立下りエッジ検出信号DSWFを一定期間T4に渡って生成して、第8のスイッチ28と第9のスイッチ29をオンまたはオフする。
両エッジ検出部15は、その入力部が出力端子6に接続されており、ヒステリシス比較器9の出力信号DUOTの立上りと立下りの双方のエッジ成分を検出する。そして、両エッジ検出部15は、上記双方のエッジ検出に応じてエッジ検出信号DSWBを一定期間T2に渡って生成して、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27をオンまたはオフする。
なお、各エッジ検出部13、14、15からそれぞれ出力されるエッジ検出信号DSWR、DSWF、DSWBの出力期間T3、T4、T2は、各エッジ検出部13、14、15内に図示しないワンショットマルチバイブレータ回路などを内蔵することにより予め設定される。そして、両エッジ検出部15から出力されるエッジ検出信号DSWBの出力期間T2が、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+,VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間となる。
第2のスイッチ22は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第2のスイッチ22の一方端が第1の基準電位VB1に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
第3のスイッチ23は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第3のスイッチ23の一方端が第2の基準電位VB2に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、制御回路10の制御信号DCTRの極性によってオンまたはオフする。
第4のスイッチ24は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第4のスイッチ24の一方端が第4の基準電位VB4に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、立上りエッジ検出部13の出力信号DSWRの極性によってオンまたはオフする。
第5のスイッチ25は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第5のスイッチ25の一方端が第5の基準電位VB5に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、立上りエッジ検出部13の出力信号DSWRの極性によってオンまたはオフする。
第6のスイッチ26は、ノーマリーオンの特性を有している。そして、第6のスイッチ26の一方端が増幅器8の+側の出力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、両エッジ検出部15からのエッジ検出信号DSWBの極性によってオンまたはオフする。
第7のスイッチ27は、ノーマリーオンの特性を有している。そして、第7のスイッチ27の一方端が増幅器8の−側の出力端子に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、両エッジ検出部15からのエッジ検出信号DSWBの極性によってオンまたはオフする。
第8のスイッチ28は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第8のスイッチ28の一方端が第4の基準電位VB4に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の−側の入力端子に接続されており、立下りエッジ検出部14の出力信号DSWFの極性によってオンまたはオフする。
第9のスイッチ29は、ノーマリーオフの特性を有している。そして、第9のスイッチ29の一端が第5の基準電位VB5に接続され、他方端がヒステリシス比較器9の+側の入力端子に接続されており、立下りエッジ検出部14の出力信号DSWFの極性によってオンまたはオフする。
そして、上記第6、第7のスイッチ26、27が特許請求の範囲における出力遮断スイッチに対応し、上記第4、第8のスイッチ24、28が特許請求の範囲における第4基準電位付与スイッチ群に対応し、また、上記第5、第9のスイッチ25、29が特許請求の範囲における第5基準電位付与スイッチ群に対応している。
図11は立上りエッジ検出部13の構成例を示す回路図、図12はその動作波形図である。
図11の立上りエッジ検出部13は、AND回路131、遅延回路132、およびインバータ133を含む。
AND回路131は、2つの入力端子の一方端がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、他方端がインバータ133の出力端子に接続されており、AND回路131の出力端子から立上りエッジ検出信号DSWFが出力される。遅延回路132は、その入力端子がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、その出力端子がインバータ133の入力端子に接続されている。遅延回路132の入力信号と出力信号との間の遅延時間は、ここでは期間T3に設定されている。インバータ133は、その入力端子が遅延回路132の出力端子に接続され、その出力端子がAND回路131の入力端子の一端に接続されている。
したがって、図11の構成の立上りエッジ検出部13では、図12に示すように、ヒステリシス比較器9からの出力信号DOUTがロウからハイに変化すると、これに応じて期間T3に渡ってハイレベルの立上りエッジ検出信号DSWRが出力される。なお、図11の立上りエッジ検出部13の構成は一例であって、この構成のものに限定されるものではない。
図13は立下りエッジ検出部14の構成例を示す回路図、図14はその動作波形図である。
図13の立下りエッジ検出部14は、AND回路141、遅延回路142、およびインバータ143を含む。
AND回路141は、2つの入力端子の一方端がインバータ143の出力端子に接続され、他方端が遅延回路142の出力端子に接続されており、AND回路141の出力端子から立下りエッジ検出信号DSWFが出力される。遅延回路142は、その入力端子がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、出力端子がAND回路141の他方の入力端子に接続されている。遅延回路142の入力信号と出力信号との間の遅延時間は、ここでは期間T4に設定されている。インバータ143は、その入力端子がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、出力端子がAND回路141の一方の入力端子に接続されている。
したがって、図13の構成の立下りエッジ検出部14では、図14に示すように、ヒステリシス比較器9からの出力信号DOUTがハイからロウに変化すると、これに応じて期間T4に渡ってハイレベルの立下りエッジ検出信号DSWFが出力される。なお、図13の立下りエッジ検出部14の構成は一例であって、この構成のものに限定されるものではない。
図15は、両エッジ検出部15の構成例を示す回路図、図16はその動作波形図である。
図15の両エッジ検出部15は、XOR回路151と、遅延回路152とを含む。
XOR回路151は、2つの入力端子の一方端がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、他方端が遅延回路152の出力端子に接続されており、XOR回路151の出力端子からエッジ検出信号DSWBが出力される。遅延回路152は、その入力端子がヒステリシス比較器9の出力端子6に接続され、出力端子がXOR回路151の他方の入力端子に接続されている。遅延回路152の入力信号と出力信号との間の遅延時間は、ここでは期間T2に設定されている。
したがって、図15の構成の両エッジ検出部15では、図16に示すように、ヒステリシス比較器9からの出力信号DOUTがロウからハイに変化したとき、およびハイからロウに変化したときのいずれの場合も、これに応じて期間T2に渡ってハイレベルのエッジ検出信号DSWBが出力される。なお、図15の両エッジ検出部15の構成は一例であって、この構成に限定されるものではない。
ここで、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBが出力される期間T2と、立上りエッジ検出部13の立上りエッジ検出信号DSWRが出力される期間T3の関係は、T2>T3とする。しかも、立上りエッジ検出部13の立上りエッジ検出信号DSWRは、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBがハイになった後にハイとなり、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBがロウになった後にロウとなるように設定されている。
また、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBが出力される期間T2と、立下りエッジ検出部14の立下りエッジ検出信号DSWFが出力される期間T4の関係は、T2>T4とする。しかも、立下りエッジ検出部14の立下りエッジ検出信号DSWFは、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBがハイになった後にハイとなり、両エッジ検出部15のエッジ検出信号DSWBがロウになった後にロウとなるように設定されている。
図17は、この実施の形態3の信号伝達回路における各部の動作信号の時間変化を示す波形図であり、特に、図17では電源投入やリセット動作時に送信データである入力信号DINがロウの場合を示している。以下、図17を参照して、この実施の形態3の信号伝達回路の動作について説明する。
図17において、符号DINは入力端子5への入力信号の動作波形、ITは送信コイル2に流れるパルス電流信号の動作波形、VR+とVR-は受信コイル3の出力端子から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号の動作波形である。また、VO+とVO-は増幅器8の+側と−側のそれぞれの出力端子からの出力信号の動作波形、VA+、VA-はヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子への入力信号の動作波形、DOUTはヒステリシス比較器9の出力端子6に出力される出力信号の動作波形である。また、DSWRは立上り検出部13から出力される立上りエッジ検出信号の動作波形、DSWFは立下り検出部14から出力される立下りエッジ検出信号の動作波形、DSWBは両エッジ検出部15から出力されるエッジ検出信号の動作波形、DCTRは制御回路10から出力される制御信号の動作波形である。
ここで、電源投入時やリセット動作時には、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化する必要がある。この場合、電源投入時やリセット動作時において入力信号DINがロウかハイかは予め分かっているので、図17に示すように入力信号DINがロウの場合、予め第1の基準電位VB1と第2の基準電位VB2の電位の関係をVB1<VB2に設定しておく。
そして、電源投入やリセット動作に応じて制御回路10から制御信号DCTRを出力して第2のスイッチ22と第3のスイッチ23を共にオンする。そうすると、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子には第1の基準電位VB1が、−側の入力端子には第2の基準電位VB2がそれぞれ加わる。その結果、ヒステリシス比較器9の両入力端子に加わる電位差(=VB1−VB2)が一定のレベル以上となるため、ヒステリシス比較器9の出力DOUTが強制的にロウに初期化される。なお、このとき、第4、第5、第8、第9の各スイッチ24、25、28、29は共にオフになっている。
こうして、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTをロウに初期化した後、制御回路10は、電源投入時やリセット動作時から所定期間T0が経過した時点で制御信号DCTRの出力を停止するので、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフになる。このとき、受信コイル3からのダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-は未だ増幅器8に入力されていないため、第2スイッチ22と第3スイッチ23が共にオフされた時点(時刻t0)でもヒステリシス比較器9の出力は依然ロウの状態に保たれる。
図3と図5を用いて既に説明したように、入力信号DINがロウからハイに立上る時点(時刻t1)で、送信コイル2には、期間T1の間、正極性のパルス電流信号IT+が流れる。また、入力信号DINがハイからロウに立下る時点(時刻t2)で、送信コイル2にはT1の期間、負極性のパルス電流信号IT-が流れる。
いま、時刻t1で入力信号DINがロウからハイになると、これに応じて受信コイル3のそれぞれの出力端子の信号VR+とVR-は、送信コイル2に流れる正極性のパルス電流信号IT+の変化に誘起されて、正負の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+とVO-となる。その場合、第6、第7のスイッチ26、27はオン、第4、第5、第8、第9の各スイッチ24、25、28、29はオフなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への同電位の入力信号VA+、VA-となる。このとき、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してロウからハイとなり、論理レベルを確定する。
このように、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイになると、この出力信号DOUTの立上りエッジが両エッジ検出部15で検出されるため、両エッジ検出部15はエッジ検出信号DSWBを一定期間T2に渡って出力する。これによって、期間T2の間、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27がオフし、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を切り離す。
しかも、このヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイになると、この出力信号DOUTの立上りエッジが立上りエッジ検出部13で検出されるため、立上りエッジ検出部13は立上りエッジ検出信号DSWRを一定の期間T3に渡って出力する。この立上りエッジ検出信号DSWRによって第4のスイッチ24と第5のスイッチ25が共にオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子は第4の基準電位VB4となり、−側の入力端子は第5の基準電位VB5となる。
上記のように、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27は、エッジ検出信号DSWBが一定の期間T2に渡って出力されている間はオフとなり、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続が切り離されるため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されて増幅されても、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子には入力されず、代わりに期間T3に渡って第4の基準電位VB4と第5の基準電位VB5が加わる。この場合の第4の基準電位VB4と第5の基準電位VB5の大きさは、ヒステリシス比較器9の出力信号の極性が反転しないだけの十分大きな電位差とし、第4の基準電位VB4と第5の基準電位VB5の関係は、VB4>VB5となるように予め設定しておく。これにより、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、それに何ら影響されることなく、またノイズの影響を受けることなく安定して依然ハイの状態に保たれる。
以上から分かるように、時刻t1においてヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがロウからハイにレベル反転した際に両エッジ検出部15から一定期間T2に渡って出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWBは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
次に、時刻t2の時、入力信号DINがハイからロウになり、これに応じて受信コイル3からは、送信コイル2に流れる負極性のパルス電流信号IT-の変化に誘起されて、時刻t1の時と正負が逆相の双極性のダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-が出力される。ここで、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスが最初に増幅器8に入力され、増幅された出力信号VO+、VO-となる。その場合、第6、第7のスイッチ26、27はオン、第4、第5、第8、第9の各スイッチ24、25、28、29はオフなので、増幅器8の出力信号VO+、VO-がそのままヒステリシス比較器9への同電位の入力信号VA+、VA-となる。このとき、ヒステリシス比較器9への入力信号VA+、VA-の差分は、予め設定されたしきい値よりも大きいので、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、レベル反転してハイからロウとなり、論理レベルを確定する。
このように、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウになると、この出力信号DOUTの立下りエッジが両エッジ検出部15で検出されるため、両エッジ検出部15は、エッジ検出信号DSWBを一定期間T2に渡って出力する。これによって、期間T2の間、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27がオフし、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を切り離す。
しかも、このヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウになると、この出力信号DOUTの立下りエッジが立下りエッジ検出部14で検出されるため、立下りエッジ検出部14は立下りエッジ検出信号DSWFを一定期間T4に渡って出力する。この立下りエッジ検出信号DSWFによって第8のスイッチ28と第9のスイッチ29が共にオンされるため、ヒステリシス比較器9の+側の入力端子は第5の基準電位VB5となり、ヒステリシス比較器9の−側の入力端子は第4の基準電位VB4となる。
上記のように、第6のスイッチ26と第7のスイッチ27は、エッジ検出信号DSWBが一定の期間T2に渡って出力されている間はオフとなり、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続が切り離されるため、受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されて増幅されても、ヒステリシス比較器9の+側と−側の入力端子には入力されず、代わりに期間T4に渡って第4の基準電位VB4と第5の基準電位VB5が加わる。この場合の第4の基準電位VB4と第5の基準電位VB5の大きさは、前述のようにVB4>VB5であり、ヒステリシス比較器9の出力信号の極性が反転しないだけの十分大きな電位差となる。これにより、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、後半のシングルパルスが増幅器8に入力されても、ヒステリシス比較器9の出力信号DOUTは、それに何ら影響されず、またノイズの影響を受けることなく安定して依然ロウの状態に保たれる。
以上から分かるように、時刻t2においてヒステリシス比較器9の出力信号DOUTがハイからロウにレベル反転した際に両エッジ検出部15から一定期間T2に渡って出力されるハイレベルのエッジ検出信号DSWBは、ヒステリシス比較器9について、ダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内の後半のシングルパルスに対する不感期間を設定する信号となる。
なお、図17では、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがロウの場合の動作波形を示したが、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがハイの場合、制御回路10の制御信号DCTRを用いて第2のスイッチ22と第3のスイッチ23をオンすることで、ヒステリシス比較器9の出力電圧をハイに初期化する。また、電源投入時やリセット動作時に入力信号DINがハイの場合、それ以降の動作波形は、図17に示した時刻t1と時刻t2の時の入力信号DINと極性が逆になっているだけで、基本的には図17の場合と同じ動作のため、電源投入やリセット動作時以降の動作波形の説明を省略する。
以上のように、この発明の実施の形態3の信号伝達回路は、実施の形態1、2の場合と同様、制御回路10を用いて電源投入時やリセット動作時にヒステリシス比較器9の出力信号DOUTを初期化し、出力信号DOUTの論理が変化する時に、そのレベル変化を両エッジ検出部15で検出して第6、第7のスイッチ26、27をオフにして増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を強制的に切り離す。そのため、入力信号DINの論理値が変化する毎に受信コイル3から出力されるダブルパルスの誘導電圧信号VR+、VR-の内、前半のシングルパルスのみが増幅器8で増幅されてヒステリシス比較器9に入力される。これにより、従来のように入力信号DINと出力信号DOUTとの間で前半のシングルパルスと後半のシングルパルスの期間T1分の遅延を生じるといったことがなくなり、また、増幅器8からの出力信号VO+、VO-の影響を確実に避けることができる。このため、例えばインバータ制御を行う際にも円滑な電圧変換を実施できる。
また、両エッジ検出部15からのエッジ検出信号DSWBによって、増幅器8の出力端子とヒステリシス比較器9の入力端子との間の接続を切り離す際には、立上りエッジ検出部13の立上りエッジ検出信号DSWRと立下りエッジ検出部14の立下りエッジ検出信号DSWFによって、ヒステリシス比較器9のそれぞれの入力端子にヒステリシス比較器9の出力信号の論理が反転しない第4と第5の基準電位VB4、VB5を与えるので、ヒステリシス比較器9のオフセット電圧の影響による誤動作を抑制することができる。さらに、ヒステリシス比較器9のそれぞれの入力端子の電位をヒステリシス比較器9の出力信号の論理が反転しない第4と第5の基準電位VB4、VB5の大小関係で固定するため、単相ノイズによる誤動作を抑制することができる。
なお、この発明は、上記の各実施の形態1〜3の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態1〜3を自由に組み合わせたり、各実施の形態1〜3の構成について各種の変形を加えたり、あるいは省略することが可能である。

Claims (9)

  1. 送信コイルと受信コイルを介して送信データを伝達する信号伝達回路において、
    上記送信データの論理値が変化する毎にその論理値変化に応じて正負の極性が交互に反転するパルス形状の電流信号を上記送信コイルに流す送信回路と、
    上記送信コイルに流す電流信号によって上記受信コイルに誘導される正負の双極性で連続した前後一対のダブルパルスの誘導電圧信号を入力して上記送信データを復調する受信回路とを備え、
    上記受信回路は、
    上記受信コイルに誘導される上記ダブルパルスの誘導電圧信号を増幅する増幅器と、
    上記増幅器で増幅されたダブルパルスの誘導電圧信号の内、前半のシングルパルスを検出すると、これに応じて後半のシングルパルスに対する不感期間を設定して前半のシングルパルスのみに基づいて上記送信データに対応した出力信号を生成する信号生成部と、
    を備える信号伝達回路。
  2. 上記信号生成部は、
    上記増幅器で増幅された双極性の誘導電圧信号の差分が予め設定されたしきい値を越えた場合にレベル反転してその誘導電圧信号の極性に応じた出力を保持するヒステリシス特性を有するヒステリシス比較器と、
    少なくとも電源投入時には上記ヒステリシス比較器の出力をリセットするリセット部と、
    上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出するエッジ検出部と、
    上記エッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオンして上記ヒステリシス比較器の+側と−側の両入力端子を短絡する第1のスイッチと、
    を備える請求項1に記載の信号伝達回路。
  3. 上記信号生成部は、
    上記増幅器で増幅された双極性の誘導電圧信号の差分が予め設定されたしきい値を越えた場合にレベル反転してその誘導電圧信号の極性に応じた出力を保持するヒステリシス比較器と、
    少なくとも電源投入時には上記ヒステリシス比較器の出力をリセットするリセット部と、
    上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出するエッジ検出部と、
    上記エッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオフして、上記増幅器の出力を遮断する出力遮断スイッチと、
    上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオンして上記ヒステリシス比較器の+側と−側の両入力端子を短絡するとともに、上記ヒステリシス比較器の+側と−側の両入力端子に第3の基準電位を与える第3基準電位付与スイッチ群と、
    を備える請求項1に記載の信号伝達回路。
  4. 上記第3の基準電位は、上記ヒステリシス比較器が動作しない電位となるように設定されている請求項3に記載の信号伝達回路。
  5. 上記信号生成部は、
    上記増幅器で増幅された双極性の誘導電圧信号の差分が予め設定されたしきい値を越えた場合にレベル反転してその誘導電圧信号の極性に応じた出力を保持するヒステリシス比較器と、
    少なくとも電源投入時には上記ヒステリシス比較器の出力をリセットするリセット部と、
    上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出する両エッジ検出部と、
    上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りエッジを検出する立上りエッジ検出部と、 上記ヒステリシス比較器の出力信号の立下りエッジを検出する立下りエッジ検出部と、 上記両エッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りと立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオフして、上記増幅器の出力を遮断する出力遮断スイッチと、
    上記立上りエッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りエッジを検出した場合、および上記立下りエッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオンして、上記ヒステリシス比較器の+側の入力端子に第4の基準電位を与える第4基準電位付与スイッチ群と、
    上記立上りエッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立上りエッジを検出した場合、および上記立下りエッジ検出部で上記ヒステリシス比較器の出力信号の立下りエッジを検出した場合には、これに応じて上記後半のシングルパルスの発生期間中にわたってオンして、上記ヒステリシス比較器の−側の入力端子に第5の基準電位を与える第5基準電位付与スイッチ群と、
    を備える請求項1に記載の信号伝達回路。
  6. 上記第4の基準電位と上記第5の基準電位は、上記第4の基準電位より上記第5の基準電位の方が小さく、かつ、上記第4の基準電位と上記第5の基準電位の電位差が上記ヒステリシス比較器が動作しない電位差となるように設定されている請求項5に記載の信号伝達回路。
  7. 上記リセット部は、
    一方端が上記ヒステリシス比較器の+側の入力端子に接続され、他方端が第1の基準電位に接続された第2のスイッチと、
    一方端が上記ヒステリシス比較器の−側の入力端子に接続され、他方一端が第2の基準電位に接続された第3のスイッチと、
    上記第2のスイッチと第3のスイッチのオン、オフを制御する制御回路と、
    を備える請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の信号伝達回路。
  8. 上記リセット部は、電源投入時やリセット動作時に上記送信回路へ入力される送信データの論理値がロウの場合には、上記第1の基準電位よりも上記第2の基準電位の方が大きくなるように予め設定するとともに、上記制御回路が電源投入やリセット動作に応じて上記第2のスイッチと上記第3のスイッチを共にオンにして、上記ヒステリシス比較器の出力端子の電位をロウにするものである、請求項7に記載の信号伝達回路。
  9. 上記リセット部は、電源投入時やリセット動作時に上記送信回路へ入力される送信データの論理値がハイの場合には、上記第1の基準電位よりも上記第2の基準電位の方が小さくなるように予め設定するとともに、上記制御回路が電源投入やリセット動作に応じて上記第2のスイッチと上記第3のスイッチを共にオンにして、上記ヒステリシス比較器の出力端子の電位をハイにするものである、請求項7に記載の信号伝達回路。
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