JP6239143B2 - 通信システム、及び、送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトカプラを用いたシリアル通信により通信する通信システム、及び、送信装置に関する。

フォトカプラを用いたシリアル通信により通信する通信システムが知られている。例えば、特許文献１には、室外機と室内機とが信号線と基準線とを含む伝送経路を用いたシリアル通信により相互に通信するマルチ式空気調和機が開示されている。特許文献１に開示されたマルチ式空気調和機では、送信用フォトカプラが備える送信用フォトトランジスタと、受信用フォトカプラが備える受信用発光ダイオードと、のいずれもが、伝送経路上に設けられる。

従って、特許文献１に開示されたマルチ式空気調和機では、送信用フォトカプラがＯＦＦ状態（非導通状態）からＯＮ状態（導通状態）にされたことに応答して、受信用フォトカプラがＯＦＦ状態からＯＮ状態になり、送信用フォトカプラがＯＮ状態からＯＦＦ状態にされたことに応答して、受信用フォトカプラがＯＮ状態からＯＦＦ状態になる。ここで、送信用フォトカプラが備える送信用発光ダイオードの状態を切り替えてから、受信用フォトカプラが備える受信用フォトトランジスタの状態が切り替わるまでの遅延時間は、送信用フォトカプラにおけるスイッチング時間と受信用フォトカプラにおけるスイッチング時間との和以上の時間となる。

特開平０８−２７１０２２号公報

しかしながら、送信用フォトカプラと受信用フォトカプラとのいずれも、ＯＦＦ状態からＯＮ状態になるまでに要するスイッチング時間（ターンオン時間）よりも、ＯＮ状態からＯＦＦ状態になるまでに要するスイッチング時間（ターンオフ時間）の方が長い。従って、特許文献１に開示されたマルチ式空気調和機では、送信用フォトカプラがＯＮ状態からＯＦＦ状態にされた場合の遅延時間が非常に長くなり、その結果、通信速度を高めることができなかった。このため、フォトカプラを用いた高速なシリアル通信を実現する技術が望まれている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、フォトカプラを用いた高速なシリアル通信を実現する通信システム、及び、送信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、
相互にシリアル通信する、第１通信装置と第２通信装置とを備え、前記第１通信装置と前記第２通信装置とのうちの一方の装置が備える直流電源から供給された電流を前記一方の装置から他方の装置に流す通信線と、前記通信線を流れた電流を前記他方の装置から前記一方の装置に流す基準線と、により、前記第１通信装置と前記第２通信装置とが接続された通信システムであって、
前記第１通信装置は、
前記第２通信装置に送信するデータに応じて導通／非導通状態が制御される第１送信用フォトカプラを備え、前記第１送信用フォトカプラの導通／非導通状態に応じて前記通信線と前記基準線とを含む伝送経路の導通／非導通状態を制御する第１送信回路と、
前記伝送経路の導通／非導通状態に応じて導通／非導通状態が制御される第１受信用フォトカプラを備え、前記第１受信用フォトカプラの導通／非導通状態を検出することにより前記第２通信装置により送信されたデータを受信する第１受信回路と、を備え、
前記第２通信装置は、
前記第１通信装置に送信するデータに応じて導通／非導通状態が制御される第２送信用フォトカプラを備え、前記第２送信用フォトカプラの導通／非導通状態に応じて前記伝送経路の導通／非導通状態を制御する第２送信回路と、
前記伝送経路の導通／非導通状態に応じて導通／非導通状態が制御される第２受信用フォトカプラを備え、前記第２受信用フォトカプラの導通／非導通状態を検出することにより前記第１通信装置により送信されたデータを受信する第２受信回路と、を備え、
前記第２受信用フォトカプラは、前記伝送経路上に組み込まれ、
前記第１送信用フォトカプラと前記第２受信用フォトカプラとは、逆の導通／非導通状態である。

本発明では、第２受信用フォトカプラは、伝送経路上に組み込まれ、第１送信用フォトカプラと第２受信用フォトカプラとは、逆の導通／非導通状態である。従って、本発明によれば、フォトカプラを用いた高速なシリアル通信を実現することができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの構成図である。 通信装置１００から通信装置２００へのデータ送信時において、各素子の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。 通信装置２００から通信装置１００へのデータ送信時において、各素子の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。 受信回路１４０の構成図である。 受信回路３４０の構成図である。 発光ダイオード１５１の状態が変化するタイミングと各出力端子のレベルが変化するタイミングとを示すタイミングチャートである。

（実施形態）
（通信システム１０００の構成）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る通信システム１０００の構成について説明する。図１に示すように、通信システム１０００は、通信装置１００と、通信装置２００と、通信装置３００と、通信装置４００と、を備える。本実施形態では、通信システム１０００が空調システムであり、通信装置１００が室外機であり、通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とが室内機であるものとする。

通信装置１００は、電源線５１０と通信線５２０と基準線５３０とにより、通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とのそれぞれに接続される。また、通信装置１００は、電源線５３１と基準線５３２とにより、交流電源６００に接続される。交流電源６００は、交流電力を供給する交流電源であり、例えば、２００Ｖの電圧を出力する商用電源である。以下、各構成要素の接続関係について具体的に説明する。

通信装置１００は、端子１８１と端子１８２と端子１８３と端子１８４と端子１８５とを備える。通信装置２００は、端子２８１と端子２８２と端子２８３とを備える。通信装置３００は、端子３８１と端子３８２と端子３８３とを備える。通信装置４００は、端子４８１と端子４８２と端子４８３とを備える。端子１８１は、電源線５１０により、端子２８１と端子３８１と端子４８１とのそれぞれに接続される。端子１８２は、通信線５２０により、端子２８２と端子３８２と端子４８２とのそれぞれに接続される。端子１８３は、基準線５３０により、端子２８３と端子３８３と端子４８３とのそれぞれに接続される。このように、通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とは、電源線５１０と通信線５２０と基準線５３０とのそれぞれにより、通信装置１００に対して並列に接続される。

端子１８４は、電源線５３１により、交流電源６００の一端（Ｌ相の電位が印加される端子）に接続される。端子１８５は、基準線５３２により、交流電源６００の他端（Ｎ相の電位が印加される端子）に接続される。つまり、通信装置１００は、端子１８４と端子１８５とを介して、交流電源６００から交流電力の供給を受ける。なお、通信装置２００は、端子２８１と端子２８３とを介して、交流電源６００から交流電力の供給を受ける。また、通信装置３００は、端子３８１と端子３８３とを介して、交流電源６００から交流電力の供給を受ける。そして、通信装置４００は、端子４８１と端子４８３とを介して、交流電源６００から交流電力の供給を受ける。

電源線５１０は、通信装置１００から通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とに、Ｌ相の電位を印加するための電線である。通信線５２０は、通信装置１００から通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とに、通信電流を流すための電線である。基準線５３０は、通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とから通信装置１００に、通信電流を戻すための電線であり、また、通信装置１００から通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とに、Ｎ相の電位を印加するための電線である。電源線５１０と通信線５２０と基準線５３０とは、一本の三芯ケーブル内にまとめられる。三芯ケーブルを用いることで、敷設作業の簡略化が期待できる。

次に、通信電流によるシリアル通信によりデータを伝送する手法について説明する。通信電流は、通信装置１００→通信線５２０→通信相手の通信装置→基準線５３０→通信装置１００という伝送経路上を流れる電流である。通信電流は、通信装置１００から出発して、通信装置１００に戻るため、ループ電流ともいう。なお、通信相手の通信装置は、通信装置２００と通信装置３００と通信装置４００とのうちの少なくとも１つの通信装置である。なお、通信相手の通信装置が２つ以上である場合、通信電流は、通信相手の通信装置に分岐して供給され、その後、合流して通信装置１００に戻る。通信電流の大きさは、通信相手の通信装置の個数に応じて調整される。

シリアル通信により伝送されるデータは、「１」と「０」との組み合わせにより定義される２進数で表現される。通信装置１００から通信相手の通信装置にデータが伝送される場合、通信装置１００は、送信するデータに基づいて、サンプリング周期毎に通信電流を流したり遮断したりする。例えば、通信装置１００は、「１」を送信すべきときは通信電流を流し、「０」を送信すべきときは通信電流を流さない。この場合、通信電流が流れていることは「１」が送信されたことを意味し、通信電流が流れていないことは「０」が送信されたことを意味する。

そして、通信相手の通信装置は、サンプリング周期毎に通信電流の有無を判別し、通信電流の有無のパターンに対応付けられた２進数のデータを、通信装置１００により送信されたデータとして認識する。なお、「０」と「１」の論理は、適宜、反転させることが可能である。なお、伝送経路に通信電流が流れている状態のことを、伝送経路が導通状態であるといい、伝送経路に通信電流が流れていない状態のことを、伝送経路が非導通状態であるという。また、伝送経路の導通／非導通状態は、導通状態と非導通状態とのうちのいずれかの状態である。また、導通状態のことを、適宜、ＯＮ状態といい、非導通状態のことを、適宜、ＯＦＦ状態という。

また、通信相手の通信装置から通信装置１００にデータが伝送される場合、通信相手の通信装置は、送信するデータに基づいて、サンプリング周期毎に通信電流を流したり遮断したりする。そして、通信装置１００は、サンプリング周期毎に通信電流の有無を判別し、通信電流の有無のパターンに対応付けられた２進数のデータを、通信相手の通信装置により送信されたデータとして認識する。

次に、通信装置１００の構成について説明する。図１に示すように、通信装置１００は、直流電源１１０と、送信回路１２０と、受信回路１４０と、制御部１６０と、ダイオード１７１と、を備える。

直流電源１１０は、シリアル通信に用いる通信電流を供給する直流電源である。直流電源１１０は、端子１８４と端子１８５とを介して交流電源６００から供給された交流電力を、直流電力に変換する。直流電源１１０は、基準線５３０の電位を基準として、Ｖｃ（Ｖ）の通信用電圧を生成する。直流電源１１０は、抵抗１１１と、ダイオード１１２と、電解コンデンサ１１４と、定電圧ダイオード１１３と、を備える半波整流回路である。

抵抗１１１は、直流電圧を生成するための抵抗である。抵抗１１１の一端は、端子１８４に接続される。抵抗１１１の他端は、ダイオード１１２のアノードに接続される。ダイオード１１２は、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す整流素子である。ダイオード１１２のカソードは、定電圧ダイオード１１３のカソードと、電解コンデンサ１１４の＋端子と、ＰＮＰ（Positive Negative Positive）トランジスタ１２２のエミッタと、抵抗１２３の一端と、フォトトランジスタ１３２のコレクタと、に接続される。

定電圧ダイオード１１３は、アノードとカソードの間に印加された逆方向電圧が降伏電圧未満では逆方向電流がほとんど流れず、逆方向電圧が降伏電圧以上になると急激に逆方向電流が流れるようになるダイオードである。定電圧ダイオード１１３の両端の電圧（降伏電圧）は、Ｖｃ（Ｖ）であるものとする。定電圧ダイオード１１３のアノードは、電解コンデンサ１１４の−端子と、ダイオード１２５のカソードと、端子１８３と、端子１８５と、に接続される。電解コンデンサ１１４は、供給されたエネルギーを一時的に蓄える、極性を有するコンデンサである。

送信回路１２０は、伝送経路に流れる通信電流を制御することにより、データを送信する回路である。具体的には、送信回路１２０は、制御部１６０が備えるＰＯ（Parallel Output）端子のレベルがＨレベルである間、伝送経路に通信電流を流さず、制御部１６０が備えるＰＯ端子のレベルがＬレベルである間、伝送経路に通信電流を流す。なお、例えば、Ｈレベルは５Ｖであり、Ｌレベルは０Ｖである。送信回路１２０は、ＰＮＰトランジスタ１２１と、ＰＮＰトランジスタ１２２と、抵抗１２３と、抵抗１２４と、ダイオード１２５と、フォトカプラ１３０と、を備える。

ＰＮＰトランジスタ１２１は、電流路（エミッタ−コレクタ間の経路）が伝送経路上に設けられたスイッチング素子である。ＰＮＰトランジスタ１２１は、フォトトランジスタ１３２とは逆の導通／非導通状態になるように制御される。ＰＮＰトランジスタ１２１のエミッタは、ＰＮＰトランジスタ１２２のベースと、抵抗１２３の他端と、に接続される。ＰＮＰトランジスタ１２１のコレクタは、抵抗１４７の一端と発光ダイオード１５１のアノードとに接続される。ＰＮＰトランジスタ１２１のベースは、ＰＮＰトランジスタ１２２のコレクタと、抵抗１２４の一端と、フォトトランジスタ１３２のエミッタと、に接続される。

ＰＮＰトランジスタ１２２は、抵抗１２３とともに、伝送経路を流れる通信電流の上限値を制限する。抵抗１２３は、伝送経路上に設けられた電流制限抵抗である。直流電源１１０から供給された通信電流により、ＰＮＰトランジスタ１２２のエミッタ−ベース間の電圧（抵抗１２３の両端の電圧）が飽和電圧（例えば、０．６Ｖ）を超えると、ＰＮＰトランジスタ１２２がＯＮ状態となる。すると、抵抗１２４に電流が流れ、ＰＮＰトランジスタ１２１の電流路に電流が流れにくくなる。つまり、通信線５２０に流れる通信電流の上限値は、抵抗１２３の抵抗値により制限される。このように、ＰＮＰトランジスタ１２２と抵抗１２３とは、通信装置１００の回路素子（例えば、ＰＮＰトランジスタ１２１、フォトカプラ１５０）を保護する役割を果たす。

抵抗１２４は、ＰＮＰトランジスタ１２１に流れるベース電流を制限するベース抵抗である。また、抵抗１２４は、フォトトランジスタ１３２に流れる電流を制限する負荷抵抗でもある。ダイオード１２５は、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す整流素子である。抵抗１２６は、発光ダイオード１３１に流れる電流を制限する抵抗である。抵抗１２６の一端は、発光ダイオード１３１のアノードに接続され、抵抗１２６の他端は、制御部１６０のＰＯ端子に接続される。接地端子１２７は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。

フォトカプラ１３０は、２つの回路を、相互に電気的に絶縁するための素子である。フォトカプラ１３０は、発光ダイオード１３１とフォトトランジスタ１３２とを備える。フォトカプラ１３０は、発光ダイオード１３１に一次側電流が流れると、フォトトランジスタ１３２の電流路に二次側電流が流れる。以下、適宜、発光ダイオード１３１に流れる電流を一次側電流と呼び、フォトトランジスタ１３２の電流路に流れる電流を二次側電流と呼ぶ。また、発光ダイオード１３１のアノードと発光ダイオード１３１のカソードとの間に印加された電圧を一次側電圧と呼び、フォトトランジスタ１３２のエミッタとフォトトランジスタ１３２のコレクタとの間に印加された電圧を二次側電圧と呼ぶ。

発光ダイオード１３１は、一次側電圧の電圧値が閾値以上になると、一次側電流を流すとともに、一次側電流の電流値に応じた強さの光を発する。発光ダイオード１３１のカソードは、接地端子１２７に接続される。フォトトランジスタ１３２は、二次側電圧と発光ダイオード１３１が発する光の強さとに応じた二次側電流を、コレクタからエミッタに向けて流す。

ここで、送信回路１２０の動作について簡単に説明する。制御部１６０のＰＯ端子がＨレベルであると、抵抗１２６を介して、発光ダイオード１３１に電流が流れる。このため、フォトカプラ１３０がＯＮ状態となり、直流電源１１０から供給された電流が、フォトトランジスタ１３２と抵抗１２４とダイオード１２５とを介して、基準線５３０に流れる。ここで、フォトトランジスタ１３２のＯＮ状態時のエミッタ−コレクタ間電圧が、ＰＮＰトランジスタ１２１のエミッタ−ベース間の飽和電圧（例えば、０．６Ｖ程度）を超えないため、ＰＮＰトランジスタ１２１がＯＦＦ状態となり、伝送経路に通信電流が流れない。

一方、制御部１６０のＰＯ端子がＬレベルであると、発光ダイオード１３１に電流が流れない。このため、フォトカプラ１３０がＯＦＦ状態となり、ＰＮＰトランジスタ１２１のベース電流が、抵抗１２４とダイオード１２５とを介して、基準線５３０に流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ１２１がＯＮ状態となり、伝送経路に通信電流が流れる。

受信回路１４０は、伝送経路に流れる通信電流を監視することにより、データを受信する回路である。具体的には、受信回路１４０は、伝送経路に通信電流が流れる間、制御部１６０が備えるＰＩ端子をＨレベルにし、伝送経路に通信電流が流れない間、制御部１６０が備えるＰＩ（Parallel Input）端子をＬレベルにする。受信回路１４０は、ＮＰＮ（Negative Positive Negative）トランジスタ１４１と、抵抗１４２と、抵抗１４３と、電源端子１４４と、接地端子１４５と、接地端子１４６と、抵抗１４７と、フォトカプラ１５０と、を備える。

ＮＰＮトランジスタ１４１は、フォトカプラ１５０のターンオフ時間の短縮化のために設けられる。ＮＰＮトランジスタ１４１のエミッタは、接地端子１４５に接続される。ＮＰＮトランジスタ１４１のコレクタは、抵抗１４２の一端と、制御部１６０のＰＩ端子と、に接続される。ＮＰＮトランジスタ１４１のベースは、抵抗１４３の一端と、フォトトランジスタ１５２のコレクタと、に接続される。抵抗１４２は、制御部１６０のＰＩ端子をＨレベルにプルアップするための抵抗である。抵抗１４２の他端は、抵抗１４３の他端と、電源端子１４４と、に接続される。

抵抗１４３は、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース電流を制限するベース抵抗である。また、抵抗１４３は、フォトトランジスタ１５２に流れる電流を制限する負荷抵抗でもある。電源端子１４４は、図示しない電源（通信装置１００が備える、直流電源１１０以外の電源であり、例えば、制御部１６０の動作電源）に接続される端子である。電源端子１４４の電位は、Ｈレベル（例えば、５Ｖ）である。接地端子１４５は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。接地端子１４６は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。接地端子１４５と接地端子１４６とは、相互に接続されていると考えることができる。

抵抗１４７は、発光ダイオード１５１のスレッショルド抵抗である。つまり、通信電流が微少であり、抵抗１４７の両端間の電圧が発光ダイオード１５１の順方向電圧未満である場合、通信電流は、全て抵抗１４７に流れ、発光ダイオード１５１には流れない。これに対し、通信電流が大きく、抵抗１４７の両端間の電圧が発光ダイオード１５１の順方向電圧以上である場合、通信電流は、発光ダイオード１５１にも流れる。抵抗１４７の他端は、発光ダイオード１５１のカソードとダイオード１７１のアノードとに接続される。

フォトカプラ１５０は、基本的に、フォトカプラ１３０と同様の構成である。フォトカプラ１５０は、発光ダイオード１５１とフォトトランジスタ１５２とを備える。フォトカプラ１５０は、発光ダイオード１５１に一次側電流が流れると、フォトトランジスタ１５２の電流路に二次側電流が流れる。

ここで、受信回路１４０の動作について簡単に説明する。伝送経路に通信電流が流れると、発光ダイオード１５１に電流が流れ、フォトカプラ１５０がＯＮ状態となる。このため、抵抗１４３とフォトトランジスタ１５２とを介して、電源端子１４４から接地端子１４６に電流が流れる。従って、ＮＰＮトランジスタ１４１はＯＦＦ状態となり、抵抗１４２に電流が流れず、制御部１６０のＰＩ端子はＨレベルとなる。

一方、伝送経路に通信電流が流れないと、発光ダイオード１５１に電流が流れず、フォトカプラ１５０がＯＦＦ状態となる。このため、フォトトランジスタ１５２に電流が流れず、ＮＰＮトランジスタ１４１はＯＮ状態となる。従って、抵抗１４２に電流が流れ、制御部１６０のＰＩ端子はＬレベルとなる。なお、フォトカプラ２３０がＯＮ状態であるとき、伝送経路には、微少な通信電流が流れる。しかしながら、伝送経路に流れる通信電流が微少である場合、抵抗１４７における電圧降下が小さく、発光ダイオード１５１に電流が流れない。つまり、通信電流が微少である場合、フォトカプラ１５０はＯＦＦ状態となる。以下、通信電流が微少である場合、通信電流が流れていない場合と同様に扱うものとする。

制御部１６０は、フォトカプラ１３０を制御して、データを送信する。また、制御部１６０は、フォトカプラ１５０の状態に基づいて、データを受信する。制御部１６０は、Ｈレベル又はＬレベルの電圧を出力するＰＯ端子と、Ｈレベル又はＬレベルの電圧を入力するＰＩ端子とを備える。制御部１６０は、送信するデータに応じてＰＯ端子に印加する電圧のレベルをＨレベルとＬレベルとの間で切り替える。また、制御部１６０は、ＰＩ端子に印加された電圧がＨレベルとＬレベルのうちのいずれであるのかを判別する。制御部１６０は、デジタル入出力ポートを備えることができる。

ダイオード１７１は、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す整流素子である。ダイオード１７１は、誤配線などにより、伝送経路上を流れる可能性がある逆方向電流を遮断する役割を果たす。ダイオード１７１のカソードは、端子１８２に接続される。

通信装置２００は、送信回路２２０と、受信回路２４０と、制御部２６０と、ダイオード２７１と、定電圧ダイオード２７２と、を備える。

送信回路２２０は、伝送経路に流れる通信電流を制御することにより、データを送信する回路である。具体的には、送信回路２２０は、制御部２６０が備えるＰＯ端子のレベルがＨレベルである間、伝送経路に通信電流を流さず、制御部２６０が備えるＰＯ端子のレベルがＬレベルである間、伝送経路に通信電流を流す。送信回路２２０は、ＰＮＰトランジスタ２２１と、抵抗２２２と、抵抗２２３と、抵抗２２４と、接地端子２２５と、フォトカプラ２３０と、を備える。

ＰＮＰトランジスタ２２１は、電流路が伝送経路上に設けられたスイッチング素子である。ＰＮＰトランジスタ２２１は、フォトトランジスタ２３２とは逆の導通／非導通状態になるように制御される。ＰＮＰトランジスタ２２１のエミッタは、フォトトランジスタ２３２のコレクタと、ダイオード２７１のカソードと、に接続される。ＰＮＰトランジスタ２２１のコレクタは、抵抗２２２の一端に接続される。ＰＮＰトランジスタ２２１のベースは、抵抗２２３の一端と、フォトトランジスタ２３２のエミッタと、に接続される。

抵抗２２２は、伝送経路に流れる通信電流を制限する抵抗である。抵抗２２２の他端は、発光ダイオード２５１のアノードに接続される。抵抗２２３は、ＰＮＰトランジスタ２２１に流れるベース電流を制限するベース抵抗である。また、抵抗２２３は、フォトトランジスタ２３２に流れる電流を制限する負荷抵抗でもある。ここで、抵抗２２３の抵抗値は、抵抗２２２の抵抗値に比べ、十分に大きい値である。このため、フォトカプラ２３０をＯＮ状態にしたときに抵抗２２３を介して流れる通信電流の電流値は、フォトカプラ２３０をＯＦＦ状態にしたときに抵抗２２２を介して流れる通信電流の電流値よりも十分に小さい値となる。かかる構成によれば、フォトカプラ２３０をＯＮ状態にしたときにフォトカプラ１５０がＯＦＦ状態になり、フォトカプラ２３０をＯＦＦ状態にしたときにフォトカプラ１５０がＯＮ状態になる。抵抗２２３の他端は、発光ダイオード２５１のカソードと、定電圧ダイオード２７２のアノードと、端子２８２と、に接続される。

抵抗２２４は、発光ダイオード２３１に流れる電流を制限する抵抗である。つまり、抵抗２２４は、通信装置２００の回路素子（例えば、ＰＮＰトランジスタ２２１、フォトカプラ２５０）を保護する役割を果たす。抵抗２２４の一端は、発光ダイオード２３１のアノードに接続される。抵抗２２４の他端は、制御部２６０のＰＯ端子に接続される。接地端子２２５は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。接地端子２２５は、発光ダイオード２３１のカソードに接続される。

フォトカプラ２３０は、基本的に、フォトカプラ１３０と同様の構成である。フォトカプラ２３０は、発光ダイオード２３１とフォトトランジスタ２３２とを備える。フォトカプラ２３０は、発光ダイオード２３１に一次側電流が流れると、フォトトランジスタ２３２の電流路に二次側電流が流れる。

ここで、送信回路２２０の動作について簡単に説明する。制御部２６０のＰＯ端子がＨレベルであると、抵抗２２４を介して、発光ダイオード２３１に電流が流れる。このため、フォトカプラ２３０がＯＮ状態となり、通信線５２０から供給された通信電流が、フォトトランジスタ２３２と抵抗２２３とを介して、基準線５３０に流れる。ただし、抵抗２２３の抵抗値は高いため、流れる通信電流は僅かである。ここで、フォトトランジスタ２３２のＯＮ状態時のエミッタ−コレクタ間電圧が、ＰＮＰトランジスタ２２１のエミッタ−ベース間の飽和電圧（例えば、０．６Ｖ程度）を超えないため、ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＦＦ状態となり、伝送経路に殆ど通信電流が流れない。

一方、制御部２６０のＰＯ端子がＬレベルであると、発光ダイオード２３１に電流が流れない。このため、フォトカプラ２３０がＯＦＦ状態となり、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース電流が、抵抗２２３を介して、基準線５３０に流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ２２１がＯＮ状態となり、伝送経路に通信電流が流れる。

受信回路２４０は、伝送経路に流れる通信電流を監視することにより、データを受信する回路である。具体的には、受信回路２４０は、伝送経路に通信電流が流れる間、制御部２６０が備えるＰＩ端子をＨレベルにし、伝送経路に通信電流が流れない間、制御部２６０が備えるＰＩ端子をＬレベルにする。受信回路２４０は、ＮＰＮトランジスタ２４１と、抵抗２４２と、抵抗２４３と、電源端子２４４と、接地端子２４５と、接地端子２４６と、フォトカプラ２５０と、を備える。

ＮＰＮトランジスタ２４１は、フォトカプラ２５０のターンオフ時間の短縮化のために設けられる。ＮＰＮトランジスタ２４１のエミッタは、接地端子２４５に接続される。ＮＰＮトランジスタ２４１のコレクタは、抵抗２４２の一端と、制御部２６０のＰＩ端子と、に接続される。ＮＰＮトランジスタ２４１のベースは、抵抗２４３の一端と、フォトトランジスタ２５２のコレクタと、に接続される。抵抗２４２は、制御部２６０のＰＩ端子をＨレベルにプルアップするための抵抗である。抵抗２４２の他端は、抵抗２４３の他端と、電源端子２４４と、に接続される。

抵抗２４３は、ＮＰＮトランジスタ２４１のベース電流を制限するベース抵抗である。また、抵抗２４３は、フォトトランジスタ２５２に流れる電流を制限する負荷抵抗でもある。電源端子２４４は、図示しない電源（通信装置２００が備える電源であり、例えば、制御部２６０の動作電源）に接続される端子である。電源端子２４４の電位は、Ｈレベルである。接地端子２４５は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。接地端子２４６は、接地される端子であり、接地電位が印加される端子である。接地端子２４５と接地端子２４６とは、相互に接続されていると考えることができる。

フォトカプラ２５０は、基本的に、フォトカプラ２３０と同様の構成である。フォトカプラ２５０は、発光ダイオード２５１とフォトトランジスタ２５２とを備える。フォトカプラ２５０は、発光ダイオード２５１に一次側電流が流れると、フォトトランジスタ２５２の電流路に二次側電流が流れる。

ここで、受信回路２４０の動作について簡単に説明する。伝送経路に通信電流が流れると、発光ダイオード２５１に電流が流れ、フォトカプラ２５０がＯＮ状態となる。このため、抵抗２４３とフォトトランジスタ２５２とを介して、電源端子２４４から接地端子２４６に電流が流れる。従って、ＮＰＮトランジスタ２４１はＯＦＦ状態となり、抵抗２４２に電流が流れず、制御部２６０のＰＩ端子はＨレベルとなる。

一方、伝送経路に通信電流が流れないと、発光ダイオード２５１に電流が流れず、フォトカプラ２５０がＯＦＦ状態となる。このため、フォトトランジスタ２５２に電流が流れず、ＮＰＮトランジスタ２４１はＯＮ状態となる。従って、抵抗２４２に電流が流れ、制御部２６０のＰＩ端子はＬレベルとなる。

制御部２６０は、フォトカプラ２３０を制御して、データを送信する。また、制御部２６０は、フォトカプラ２５０の状態に基づいて、データを受信する。制御部２６０は、Ｈレベル又はＬレベルの電圧を出力するＰＯ端子と、Ｈレベル又はＬレベルの電圧を入力するＰＩ端子とを備える。制御部２６０は、送信するデータに応じてＰＯ端子に印加する電圧のレベルをＨレベルとＬレベルとの間で切り替える。また、制御部２６０は、ＰＩ端子に印加された電圧がＨレベルとＬレベルのうちのいずれであるのかを判別する。制御部２６０は、デジタル入出力ポートを備えることができる。

ダイオード２７１は、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す整流素子である。ダイオード２７１は、誤配線などにより、伝送経路上を流れる可能性がある逆方向電流を遮断する役割を果たす。定電圧ダイオード２７２は、アノードとカソードの間に印加された逆方向電圧が降伏電圧未満では逆方向電流が殆ど流れず、逆方向電圧が降伏電圧以上になると急激に逆方向電流が流れるようになるダイオードである。定電圧ダイオード２７２は、通信装置２００の回路素子（例えば、ＰＮＰトランジスタ２２１、フォトカプラ２３０、フォトカプラ２５０）を保護する役割を果たす。

通信装置３００と通信装置４００とのそれぞれは、通信装置２００と同様の構成である。つまり、通信装置３００と通信装置４００とのそれぞれは、通信線５２０と基準線５３０とを介して、通信装置１００と通信する。

本実施形態では、電源線５１０、通信線５２０、基準線５３０の誤配線などにより、制御部１６０を含む二次回路や制御部２６０を含む二次回路に高電圧が印加されないように、フォトカプラが用いられている。具体的には、制御部１６０を含む二次回路と電源線５１０や通信線５２０や基準線５３０とが、フォトカプラ１３０とフォトカプラ１５０とにより絶縁され、制御部２６０を含む二次回路と電源線５１０や通信線５２０や基準線５３０とが、フォトカプラ２３０とフォトカプラ２５０とにより絶縁されている。

一般的に、フォトカプラは、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へのスイッチング時間（ターンオン時間）に比べ、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へのスイッチング時間（ターンオフ時間）のほうが長い。なお、スイッチング時間が長いことは、スイッチング速度が遅いことを示す。また、フォトカプラは、高耐圧品であるほど、スイッチング時間が長くなる。例えば、３００Ｖ以上の電圧が印加されても耐えられるような高耐圧品のフォトカプラは、ターンオン時間が数ｕｓ〜数１０ｕｓ程度であり、ターンオフ時間が数１００ｕｓ程度である。

本実施形態において、フォトカプラ１３０とフォトカプラ２３０とは、高耐圧品であってもよいし高耐圧品でなくとてもよい。一方、フォトカプラ１５０とフォトカプラ２５０とは、高耐圧品である必要がある。以下、理解を容易にするため、フォトカプラ１３０とフォトカプラ１５０とフォトカプラ２３０とフォトカプラ２５０とが、いずれも高耐圧品であり、同一の特性を有するものとする。なお、いずれのフォトカプラも、ターンオン時間がＴｏｎであり、ターンオフ時間がＴｏｆｆであるものとする。なお、Ｔｏｆｆは、Ｔｏｎに比べて長い。

また、フォトカプラ以外の素子における遅延時間（例えば、ＰＮＰトランジスタ１２１、ＮＰＮトランジスタ１４１、ＰＮＰトランジスタ２２１、ＮＰＮトランジスタ２４１などのスイッチング時間）は、フォトカプラにおける遅延時間に比べて無視できるほど短い。従って、フォトカプラ以外の素子における遅延時間は、特に明示しない限り、ゼロであるものとして説明する。

また、本実施形態では、フォトカプラ１３０、フォトカプラ１５０、フォトカプラ２３０、フォトカプラ２５０は、いずれも、コレクタ電流が小さく、ＯＮ状態のときのコレクタ−エミッタ間の電圧は、ＰＮＰトランジスタ１２１、ＮＰＮトランジスタ１４１、ＰＮＰトランジスタ２２１、ＮＰＮトランジスタ２４１などのエミッタ−ベース間の飽和電圧よりも小さいものとする。

（通信システム１０００の動作）
以下、通信装置１００と通信装置２００とが、通信線５２０と基準線５３０とを介したシリアル通信により通信する場合における、通信装置１００と通信装置２００との動作について説明する。まず、通信装置１００から通信装置２００にデータを送信する場合の動作について説明する。

図２は、通信装置１００から通信装置２００へのデータ送信時において、各素子の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。図２（Ａ）は、制御部１６０のＰＯ端子のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。制御部１６０のＰＯ端子のレベルは、ＨレベルとＬレベルとのうちのいずれかのレベルである。図２（Ｂ）は、フォトトランジスタ１３２の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。フォトトランジスタ１３２の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図２（Ｃ）は、ＰＮＰトランジスタ１２１の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。ＰＮＰトランジスタ１２１の状態は、ＯＮ状態（伝送経路が導通状態）とＯＦＦ状態（伝送経路が非導通状態）とのうちのいずれかの状態である。

図２（Ｄ）は、フォトトランジスタ２５２の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。フォトトランジスタ２５２の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図２（Ｅ）は、ＮＰＮトランジスタ２４１の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。ＮＰＮトランジスタ２４１の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図２（Ｆ）は、制御部２６０のＰＩ端子のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。制御部２６０のＰＩ端子のレベルは、ＨレベルとＬレベルとのうちのいずれかのレベルである。

以下、制御部１６０のＰＯ端子は、ｔ１１まではＬレベルを出力し、ｔ１１からｔ１４まではＨレベルを出力し、ｔ１４以降はＬレベルを出力する場合を例に挙げて説明する。なお、通信装置１００から通信装置２００へのデータ送信時は、制御部１６０による伝送経路の導通／非導通状態の制御が可能となるように、制御部２６０のＰＯ端子は、継続的にＬレベルを出力する。

まず、ｔ１１までは、制御部１６０のＰＯ端子はＬレベルを出力するため、発光ダイオード１３１のアノード−カソード間に閾値以上の電圧が印加されない。このため、発光ダイオード１３１には一次側電流は流れず、フォトトランジスタ１３２には二次側電流が流れない。このため、抵抗１２４を介して、直流電源１１０から基準線５３０に向けて、ＰＮＰトランジスタ１２１のベース電流が流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ１２１は、ＯＮ状態であり、通信線５２０に通信電流が流れる。

また、ｔ１１までは、発光ダイオード２５１に通信電流が流れるため、フォトトランジスタ２５２の電流路に二次側電流が流れる。このため、電源端子２４４から抵抗２４３とフォトトランジスタ２５２とを介して二次側電流が接地端子２４６に向かって流れる。従って、ＮＰＮトランジスタ２４１には十分なベース電流が流れず、ＮＰＮトランジスタ２４１は、ＯＦＦ状態である。このため、制御部２６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。このように、ｔ１１までは、制御部１６０のＰＯ端子から出力されたＬレベルの信号が、制御部２６０のＰＩ端子にＨレベルの信号として供給される。

ここで、ｔ１１なると、制御部１６０のＰＯ端子は、Ｈレベルを出力するため、抵抗１２６を介して、発光ダイオード１３１に一次側電流が流れる。しかしながら、発光ダイオード１３１に一次側電流が流れてからフォトトランジスタ１３２に二次側電流が流れるまで、Ｔｏｎの時間を要する。従って、ｔ１１の時点では、フォトトランジスタ１３２の電流路には二次側電流が流れず、フォトトランジスタ１３２はＯＦＦ状態のままである。

ｔ１１からＴｏｎの時間が経過したｔ１２になると、フォトトランジスタ１３２がＯＮ状態となり、フォトトランジスタ１３２に二次側電流が流れる。このため、ｔ１２では、ＰＮＰトランジスタ１２１に十分なベース電流が流れなくなり、ＰＮＰトランジスタ１２１はＯＦＦ状態となる。つまり、ｔ１２になると、通信線５２０に通信電流が流れなくなる。

そして、ｔ１２になると、発光ダイオード２５１に通信電流が流れなくなる。しかしながら、発光ダイオード２５１に通信電流が流れなくなってからフォトトランジスタ２５２に二次側電流が流れなくなるまで、Ｔｏｆｆの時間を要する。従って、ｔ１２の時点では、フォトトランジスタ２５２はＯＮ状態のままである。このため、ＮＰＮトランジスタ２４１は、ＯＦＦ状態のままであり、制御部２６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。

ｔ１２からＴｏｆｆの時間が経過したｔ１３になると、フォトトランジスタ２５２に二次側電流が流れなくなるため、フォトトランジスタ２５２がＯＦＦ状態となる。従って、ｔ１３では、抵抗２４３を介して、電源端子２４４から接地端子２４５に向けて、ＮＰＮトランジスタ２４１のベース電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ２４１がＯＮ状態となる。つまり、ｔ１１において制御部１６０のＰＯ端子が出力したＨレベルの信号が、ｔ１３において制御部２６０のＰＩ端子にＬレベルの信号として供給される。このように、制御部１６０のＰＯ端子がＬレベルからＨレベルに変化してから、制御部２６０のＰＩ端子がＨレベルからＬレベルに変化するまでの遅延時間は、Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆである。

ここで、ｔ１４なると、制御部１６０のＰＯ端子は、Ｌレベルを出力するため、発光ダイオード１３１に一次側電流が流れなくなる。しかしながら、発光ダイオード１３１に一次側電流が流れなくなってからフォトトランジスタ１３２に二次側電流が流れなくなるまで、Ｔｏｆｆの時間を要する。従って、ｔ１４の時点では、フォトトランジスタ１３２には二次側電流が流れたままであり、フォトトランジスタ１３２はＯＮ状態のままである。

ｔ１４からＴｏｆｆの時間が経過したｔ１５になると、フォトトランジスタ１３２の電流路に二次側電流が流れなくなるため、フォトトランジスタ１３２がＯＦＦ状態となる。このため、ｔ１５では、抵抗１２４を介して、直流電源１１０から基準線５３０に向けて、ＰＮＰトランジスタ１２１のベース電流が流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ１２１はＯＮ状態となり、通信線５２０に通信電流が流れる。

また、ｔ１５では、発光ダイオード２５１に通信電流が流れる。しかしながら、発光ダイオード２５１に通信電流が流れてからフォトトランジスタ２５２に二次側電流が流れるまで、Ｔｏｎの時間を要する。従って、ｔ１５の時点では、フォトトランジスタ２５２には二次側電流が流れないままであり、フォトトランジスタ２５２はＯＦＦ状態のままである。このため、ｔ１５の時点では、ＮＰＮトランジスタ２４１はＯＮ状態のままであり、制御部２６０のＰＩ端子にはＬレベルの信号が供給される。

ｔ１５からＴｏｎの時間が経過したｔ１６になると、フォトトランジスタ２５２に二次側電流が流れるため、フォトトランジスタ２５２がＯＮ状態となる。従って、ｔ１６では、制御部２６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。このように、制御部１６０のＰＯ端子がＨレベルからＬレベルに変化してから、制御部２６０のＰＩ端子がＨレベルからＬレベルに変化するまでの遅延時間は、Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎである。

次に、通信装置２００から通信装置１００にデータを送信する場合の動作について説明する。通信装置２００から通信装置１００にデータを送信する場合の動作も、基本的には、通信装置１００から通信装置２００にデータを送信する場合の動作と同様である。

図３は、通信装置２００から通信装置１００へのデータ送信時において、各素子の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。図３（Ａ）は、制御部２６０のＰＯ端子のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。制御部２６０のＰＯ端子のレベルは、ＨレベルとＬレベルとのうちのいずれかのレベルである。図３（Ｂ）は、フォトトランジスタ２３２の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。フォトトランジスタ２３２の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図３（Ｃ）は、ＰＮＰトランジスタ２２１の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。ＰＮＰトランジスタ２２１の状態は、ＯＮ状態（伝送経路が導通状態）とＯＦＦ状態（伝送経路が非導通状態）とのうちのいずれかの状態である。

図３（Ｄ）は、フォトトランジスタ１５２の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。フォトトランジスタ１５２の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図３（Ｅ）は、ＮＰＮトランジスタ１４１の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。ＮＰＮトランジスタ１４１の状態は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とのうちのいずれかの状態である。図３（Ｆ）は、制御部１６０のＰＩ端子のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。制御部１６０のＰＩ端子のレベルは、ＨレベルとＬレベルとのうちのいずれかのレベルである。

以下、制御部２６０のＰＯ端子は、ｔ２１まではＬレベルを出力し、ｔ２１からｔ２４まではＨレベルを出力し、ｔ２４以降はＬレベルを出力する場合を例に挙げて説明する。なお、通信装置２００から通信装置１００へのデータ送信時は、制御部２６０による伝送経路の導通／非導通状態の制御が可能となるように、制御部１６０のＰＯ端子は、継続的にＬレベルを出力する。

まず、ｔ２１までは、制御部２６０のＰＯ端子はＬレベルを出力するため、フォトトランジスタ２３２には二次側電流が流れない。このため、抵抗２２３を介して、通信線５２０から基準線５３０に向けて、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース電流が流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ２２１は、ＯＮ状態であり、通信線５２０に通信電流が流れる。

また、ｔ２１までは、発光ダイオード１５１に通信電流が流れるため、フォトトランジスタ１５２の電流路に二次側電流が流れる。このため、電源端子１４４から抵抗１４３とフォトトランジスタ１５２とを介して二次側電流が接地端子１４６に向かって流れる。従って、ＮＰＮトランジスタ１４１には十分なベース電流が流れず、ＮＰＮトランジスタ１４１は、ＯＦＦ状態である。このため、制御部１６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。このように、ｔ２１までは、制御部２６０のＰＯ端子から出力されたＬレベルの信号が、制御部１６０のＰＩ端子にＨレベルの信号として供給される。

ここで、ｔ２１なると、制御部２６０のＰＯ端子は、Ｈレベルを出力するため、抵抗２２４を介して、発光ダイオード２３１に一次側電流が流れる。しかしながら、発光ダイオード２３１に一次側電流が流れてからフォトトランジスタ２３２に二次側電流が流れるまで、Ｔｏｎの時間を要する。従って、ｔ２１の時点では、フォトトランジスタ２３２の電流路には二次側電流が流れず、フォトトランジスタ２３２はＯＦＦ状態のままである。

ｔ２１からＴｏｎの時間が経過したｔ２２になると、フォトトランジスタ２３２がＯＮ状態となり、フォトトランジスタ２３２に二次側電流が流れる。このため、ｔ２２では、ＰＮＰトランジスタ２２１に十分なベース電流が流れなくなり、ＰＮＰトランジスタ２２１はＯＦＦ状態となる。つまり、ｔ２２になると、通信線５２０に殆ど通信電流が流れなくなる。

そして、ｔ２２になると、発光ダイオード１５１に通信電流が流れなくなる。しかしながら、発光ダイオード１５１に通信電流が流れなくなってからフォトトランジスタ１５２に二次側電流が流れなくなるまで、Ｔｏｆｆの時間を要する。従って、ｔ２２の時点では、フォトトランジスタ１５２はＯＮ状態のままである。このため、ＮＰＮトランジスタ１４１は、ＯＦＦ状態のままであり、制御部１６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。

ｔ２２からＴｏｆｆの時間が経過したｔ２３になると、フォトトランジスタ１５２に二次側電流が流れなくなるため、フォトトランジスタ１５２がＯＦＦ状態となる。従って、ｔ２３では、抵抗１４３を介して、電源端子１４４から接地端子１４５に向けて、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ１４１がＯＮ状態となる。つまり、ｔ２１において制御部２６０のＰＯ端子が出力したＨレベルの信号が、ｔ２３において制御部１６０のＰＩ端子にＬレベルの信号として供給される。このように、制御部２６０のＰＯ端子がＬレベルからＨレベルに変化してから、制御部１６０のＰＩ端子がＨレベルからＬレベルに変化するまでの遅延時間は、Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆである。

ここで、ｔ２４なると、制御部２６０のＰＯ端子は、Ｌレベルを出力するため、発光ダイオード２３１に一次側電流が流れなくなる。しかしながら、発光ダイオード２３１に一次側電流が流れなくなってからフォトトランジスタ２３２に二次側電流が流れなくなるまで、Ｔｏｆｆの時間を要する。従って、ｔ２４の時点では、フォトトランジスタ２３２には二次側電流が流れたままであり、フォトトランジスタ２３２はＯＮ状態のままである。

ｔ２４からＴｏｆｆの時間が経過したｔ２５になると、フォトトランジスタ２３２の電流路に二次側電流が流れなくなるため、フォトトランジスタ２３２がＯＦＦ状態となる。このため、ｔ２５では、抵抗２２３を介して、通信線５２０から基準線５３０に向けて、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース電流が流れる。従って、ＰＮＰトランジスタ２２１はＯＮ状態となり、通信線５２０に通信電流が流れる。

また、ｔ２５では、発光ダイオード１５１に通信電流が流れる。しかしながら、発光ダイオード１５１に通信電流が流れてからフォトトランジスタ１５２に二次側電流が流れるまで、Ｔｏｎの時間を要する。従って、ｔ２５の時点では、フォトトランジスタ１５２には二次側電流が流れないままであり、フォトトランジスタ１５２はＯＦＦ状態のままである。このため、ｔ２５の時点では、ＮＰＮトランジスタ１４１はＯＮ状態のままであり、制御部１６０のＰＩ端子にはＬレベルの信号が供給される。

ｔ２５からＴｏｎの時間が経過したｔ２６になると、フォトトランジスタ１５２に二次側電流が流れるため、フォトトランジスタ１５２がＯＮ状態となる。従って、ｔ２６では、制御部１６０のＰＩ端子にＨレベルが印加される。このように、制御部２６０のＰＯ端子がＨレベルからＬレベルに変化してから、制御部１６０のＰＩ端子がＨレベルからＬレベルに変化するまでの遅延時間は、Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎである。

以上説明したように、いずれの方向にデータ送信する場合でも、立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間とがＴｏｎ＋Ｔｏｆｆとなる。なお、通信装置１００と通信装置３００との通信や、通信装置１００と通信装置４００との通信においても、通信装置１００と通信装置２００との通信と同様に、通信速度の向上が期待できる。

また、本実施形態では、送信回路１２０、受信回路１４０、送信回路２２０、受信回路２４０のそれぞれは、フォトカプラとトランジスタとを組み合わせて構成されるスイッチング回路である。このため、スイッチング回路のスイッチング時間の短縮化が期待できる。その理由は、フォトカプラ単体により構成されるスイッチング回路よりも、フォトカプラとトランジスタとを組み合わせて構成されるスイッチング回路の方が、ターンオン時間やターンオフ時間が短いためである。以下、受信回路１４０を例にして、その理由について説明する。

図４Ａは、受信回路１４０の構成を示す図である。受信回路１４０は、フォトカプラとトランジスタとを組み合わせて構成されるスイッチング回路である。上述したように、受信回路１４０は、フォトカプラ１５０と、ＮＰＮトランジスタ１４１と、抵抗１４２と、抵抗１４３と、電源端子１４４と、接地端子１４５と、接地端子１４６と、抵抗１４７と、を備える。ここで、出力端子１６１は、受信回路１４０が備えるＮＰＮトランジスタ１４１のエミッタに接続された端子である。図４Ａに示すように、抵抗１４３は、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース抵抗としての機能と、フォトトランジスタ１５２の負荷抵抗としての機能とを有する。つまり、受信回路１４０においては、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース抵抗とフォトトランジスタ１５２の負荷抵抗とが共用されている。

図４Ｂは、受信回路３４０の構成を示す図である。受信回路３４０は、フォトカプラ単体により構成されるスイッチング回路である。受信回路３４０は、フォトカプラ１５０と、抵抗１４２と、電源端子１４４と、接地端子１４６と、抵抗１４７と、を備える。フォトカプラ１５０が備えるフォトトランジスタ１５２のエミッタは、抵抗１４２の一端と、出力端子１６２と、に接続される。フォトカプラ１５０が備えるフォトトランジスタ１５２のコレクタは、電源端子１４４に接続される。抵抗１４２の他端は、接地端子１４６に接続される。ここで、出力端子１６２は、受信回路３４０が備えるフォトカプラ１５０が備えるフォトトランジスタ１５２のエミッタに接続された端子である。

図５は、発光ダイオード１５１の状態が変化するタイミングと各出力端子のレベルが変化するタイミングとを示すタイミングチャートである。図５（Ａ）は、発光ダイオード１５１の状態が変化するタイミングを示すタイミングチャートである。図５（Ｂ）は、出力端子１６２のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。図５（Ｃ）は、出力端子１６１のレベルが変化するタイミングを示すタイミングチャートである。ここで、図５（Ａ）に示すように、発光ダイオード１５１は、ｔ３１まではＯＦＦ状態であり、ｔ３１からｔ３４まではＯＮ状態であり、ｔ３４以降はＯＦＦ状態であるものとする。この場合、図５（Ｂ）に示すように、出力端子１６２は、ｔ３１まではＬレベルであり、ｔ３１からＴｏｎ１が経過するｔ３２にかけてレベルが上昇し、ｔ３２でＨレベルとなる。また、出力端子１６２は、ｔ３４からＴｓが経過するｔ３５まではＨレベルを維持し、ｔ３５からＴｏｆｆ１が経過するｔ３７にかけてレベルが下降し、ｔ３７でＬレベルとなる。

ここで、Ｔｏｎ１は、フォトカプラ１５０のターンオン時間である。また、Ｔｏｆｆ１は、フォトカプラ１５０のターンオフ時間であり、ＴｓとＴｆ１との和である。Ｔｓは、フォトカプラ１５０の蓄積時間であり、Ｔｆ１は、フォトカプラ１５０の立ち下がり時間である。このように、受信回路３４０のターンオン時間はＴｏｎ１であり、受信回路３４０のターンオフ時間はＴｏｆｆ１である。

一方、図５（Ｃ）に示すように、出力端子１６１は、ｔ３１からＴｏｎ２が経過するｔ３２までＬレベルを維持し、ｔ３２からＴｏｆｆ３が経過するｔ３３にかけてレベルが上昇し、ｔ３３でＨレベルとなる。また、出力端子１６１は、ｔ３４からＴｓが経過するｔ３５まではＨレベルを維持し、ｔ３５からＴｏｎ３が経過するｔ３６にかけてレベルが下降し、ｔ３６でＬレベルとなる。

ここで、Ｔｏｆｆ３は、ＮＰＮトランジスタ１４１のターンオフ時間である。また、Ｔｏｎ３は、ＮＰＮトランジスタ１４１のターンオン時間である。そして、受信回路１４０のターンオン時間であるＴｏｎ２は、Ｔｏｎ１とＴｏｆｆ３との和である。また、受信回路１４０のターンオフ時間であるＴｏｆｆ３は、ＴｓとＴｏｎ３との和である。この理由は、フォトトランジスタ１５２に流れる電流が減少するとＮＰＮトランジスタ１４１にベース電流が流れ始め、そのベース電流の値が予め定められた値を超えたときにＮＰＮトランジスタ１４１がＯＮ状態になるためである。

ここで、ＮＰＮトランジスタ１４１のスイッチング時間は、フォトカプラ１５０のスイッチング時間よりも十分に短い。具体的には、Ｔｏｆｆ３やＴｏｎ３は、Ｔｏｎ１やＴｏｆｆ１（ＴｓやＴｆ１）に比べて十分に短い。このため、抵抗１４２や抵抗１４３の抵抗値を、ＮＰＮトランジスタ１４１に十分なベース電流が流れるように設計することで、受信回路１４０のターンオフ時間を、受信回路３４０のターンオフ時間（フォトカプラ１５０のターンオフ時間）に比べ短くすることができる。このように、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース抵抗とフォトトランジスタ１５２の負荷抵抗とが共用されることで、受信回路１４０のスイッチング時間が短縮化される。

以上、受信回路１４０のスイッチング時間がフォトカプラ１５０単体のスイッチング時間よりも短い理由について説明した。同様に、受信回路２４０のスイッチング時間は、フォトカプラ２５０単体のスイッチング時間よりも短い。また、送信回路１２０のスイッチング時間は、フォトカプラ１３０単体のスイッチング時間よりも短い。さらに、送信回路２２０のスイッチング時間は、フォトカプラ２３０単体のスイッチング時間よりも短い。このように、フォトカプラに組み合わされたトランジスタの動作により、フォトカプラがＯＮ状態からＯＦＦ状態になるときのスイッチング時間が短くなる。

なお、フォトカプラに組み合わされたトランジスタの動作により、フォトカプラがＯＦＦ状態からＯＮ状態になるときのスイッチング時間が長くなる。しかしながら、基本的に、フォトカプラがＯＦＦ状態からＯＮ状態になるときのスイッチング時間は、フォトカプラがＯＮ状態からＯＦＦ状態になるときのスイッチング時間よりも短いため、トータルでは、スイッチング時間が短くなるといえる。

なお、通信装置１００が信号を送信してから通信装置２００がこの信号を受信するまでの遅延時間は、送信回路１２０のスイッチング時間と受信回路２４０のスイッチング時間との和とほぼ等しい。この遅延時間が短くなれば、通信装置２００が受信する信号の歪みが低減される。同様に、通信装置２００が信号を送信してから通信装置１００がこの信号を受信するまでの遅延時間は、送信回路２２０のスイッチング時間と受信回路１４０のスイッチング時間との和とほぼ等しい。この遅延時間が短くなれば、通信装置１００が受信する信号の歪みが低減される。

本実施形態では、データの受信に用いられるフォトカプラ２５０は、伝送経路上に組み込まれ、データの送信に用いられるフォトカプラ１３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ２５０とは逆の導通／非導通状態である。従って、データの送信に用いられるフォトカプラ１３０がＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化するときは、データの受信に用いられるフォトカプラ２５０がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる。また、データの送信に用いられるフォトカプラ１３０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化するときは、データの受信に用いられるフォトカプラ２５０がＯＮ状態からＯＦＦ状態になる。

このように、データの送信に用いられるフォトカプラ１３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ２５０とが、同時にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化しない。つまり、本実施形態では、通信装置１００から通信装置２００への１回のデータ送信において、データの送信に用いられるフォトカプラ１３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ２５０との双方で、スイッチング時間が相対的に長い立ち下がり動作が実行されない。このため、本実施形態によれば、受信信号の歪みを低減し、フォトカプラを用いた高速なシリアル通信を実現することができる。

また、本実施形態では、送信回路１２０は、フォトカプラ１３０にＰＮＰトランジスタ１２１が組み合わされて構成される。そして、送信回路１２０においては、抵抗１２４が、ＰＮＰトランジスタ１２１のベース抵抗としての機能と、フォトトランジスタ１３２の負荷抵抗としての機能とを有する。このため、本実施形態によれば、送信回路１２０のスイッチング時間の短縮化が期待できる。

また、本実施形態では、受信回路２４０は、フォトカプラ２５０にＮＰＮトランジスタ２４１が組み合わされて構成される。そして、受信回路２４０においては、抵抗２４３が、ＮＰＮトランジスタ２４１のベース抵抗としての機能と、フォトトランジスタ２５２の負荷抵抗としての機能とを有する。このため、本実施形態によれば、受信回路２４０のスイッチング時間の短縮化が期待できる。

また、本実施形態では、データの受信に用いられるフォトカプラ１５０は、伝送経路上に組み込まれ、データの送信に用いられるフォトカプラ２３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ１５０とは逆の導通／非導通状態である。従って、データの送信に用いられるフォトカプラ２３０がＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化するときは、データの受信に用いられるフォトカプラ１５０がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる。また、データの送信に用いられるフォトカプラ２３０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化するときは、データの受信に用いられるフォトカプラ１５０がＯＮ状態からＯＦＦ状態になる。

このように、データの送信に用いられるフォトカプラ２３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ１５０とが、同時にＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化しない。つまり、本実施形態では、通信装置２００から通信装置１００への１回のデータ送信において、データの送信に用いられるフォトカプラ２３０とデータの受信に用いられるフォトカプラ１５０との双方で、スイッチング時間が相対的に長い立ち下がり動作が実行されない。このため、本実施形態によれば、受信信号の歪みを低減し、フォトカプラを用いた高速なシリアル通信を実現することができる。

また、本実施形態では、送信回路２２０は、フォトカプラ２３０にＰＮＰトランジスタ２２１が組み合わされて構成される。そして、送信回路２２０においては、抵抗２２３が、ＰＮＰトランジスタ２２１のベース抵抗としての機能と、フォトトランジスタ２３２の負荷抵抗としての機能とを有する。このため、本実施形態によれば、送信回路２２０のスイッチング時間の短縮化が期待できる。

また、本実施形態では、受信回路１４０は、フォトカプラ１５０にＮＰＮトランジスタ１４１が組み合わされて構成される。そして、受信回路１４０においては、抵抗１４３が、ＮＰＮトランジスタ１４１のベース抵抗としての機能と、フォトトランジスタ１５２の負荷抵抗としての機能とを有する。このため、本実施形態によれば、受信回路１４０のスイッチング時間の短縮化が期待できる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、種々の形態による変形及び応用が可能である。

本発明において、上記実施形態において説明した構成、機能、動作のどの部分を採用するのかは任意である。また、本発明において、上述した構成、機能、動作の他、更なる構成、機能、動作が採用されてもよい。また、上記実施形態において説明した構成、機能、動作は、自由に組み合わせることができる。

上記実施形態では、送信回路１２０と送信回路２２０とのいずれもが、導通／非導通状態の反転機能を有する例について説明した。本発明において、送信回路１２０と送信回路２２０とのうちの少なくとも一方が、導通／非導通状態の反転機能を有していればよい。例えば、通信装置１００は、送信回路１２０に代えて、フォトカプラ１３０が伝送経路上に組み込まれた送信回路を採用することができる。あるいは、通信装置２００は、送信回路２２０に代えて、フォトカプラ２３０が伝送経路上に組み込まれた送信回路を採用することができる。

上記実施形態では、受信回路１４０がスレッショルド抵抗である抵抗１４７を備える例について説明した。本発明において、受信回路１４０が抵抗１４７を備えていなくてもよい。この場合、フォトカプラ２３０がＯＮ状態のときにフォトカプラ１５０がＯＦＦ状態になるように、例えば、抵抗２２３の抵抗値を抵抗２２２の抵抗値よりも十分に大きな値とする。

上記実施形態では、本発明を、複数の通信装置の間で双方向通信が可能である通信システムに適用する例について説明した。この他、本発明は、複数の通信装置の間で片方向通信が可能である通信システムに適用することができる。例えば、本発明は、通信装置１００から受信回路１４０を除外した送信装置と、通信装置２００から送信回路２２０を除外した受信装置と、を備える通信システムに適用可能である。このような通信システムでは、送信装置から受信装置への高速なシリアル通信が可能となる。このような通信システムは、例えば、監視装置と被監視装置とを備える通信システムや、制御装置と被制御装置とを備える通信システムである。

上記実施形態では、通信装置１０００が空調システムである例、つまり、通信装置１００が室外機であり通信装置２００が室内機である例について説明した。本発明を適用するシステムは、空調システムに限定されない。本発明は、通信線５２０と基準線５３０とにより相互に接続され、通信線５２０と基準線５３０とを介したシリアル通信により通信する複数の通信装置を備える通信システムに適用可能である。例えば、本発明は、照明制御装置と照明装置とを備える照明システムに適用可能である。

上記実施形態では、フォトカプラ１３０、フォトカプラ１５０、フォトカプラ２３０、フォトカプラ２５０の特性が同じである例について説明した。本発明において、これらのフォトカプラの特性は異なっていてもよい。例えば、フォトカプラ１３０、フォトカプラ２３０は、誤接続により高電圧が印加される経路上に配置されないため、高耐圧品でなくてもよい。一方、フォトカプラ２３０、フォトカプラ２５０は、誤接続により高電圧が印加される経路上に配置されるため、高耐圧品である必要がある。この場合、例えば、フォトカプラ１３０、フォトカプラ２３０は、スイッチング速度が比較的高速である非高耐圧品であり、フォトカプラ２３０、フォトカプラ２５０は、スイッチング速度が比較的低速である高耐圧品であることが好適である。かかる構成によれば、データ送信に用いるフォトカプラのスイッチング時間とデータ受信に用いるフォトカプラのスイッチング時間との和の時間である遅延時間を短縮可能であり、さらに高速なシリアル通信が可能となる。

上記実施形態では、ＰＮＰトランジスタ１２１、ＰＮＰトランジスタ１２２、ＰＮＰトランジスタ２２１、ＮＰＮトランジスタ１４１、ＮＰＮトランジスタ２４１が採用される例について説明した。本発明において、これらのトランジスタに代えて、フォトカプラよりも高速なスイッチング速度を有する種々のスイッチング素子を採用することができる。例えば、ＰＮＰトランジスタ１２１、ＰＮＰトランジスタ１２２、ＰＮＰトランジスタ２２１のそれぞれに代えてＰ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が採用され、ＮＰＮトランジスタ１４１、ＮＰＮトランジスタ２４１のそれぞれに代えてＮ型ＭＯＳＦＥＴが採用されてもよい。

上記実施形態では、通信装置１００が、直流電源１１０を備え、交流電源６００から電力の供給を受ける構成について説明した。本発明において、通信装置２００が、直流電源１１０を備え、交流電源６００から電力の供給を受ける構成であってもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、フォトカプラを用いたシリアル通信により通信する通信システムに適用可能である。

１００，２００，３００，４００ 通信装置、１１０ 直流電源、１１１，１２３，１２４，１２６，１４２，１４３，１４７，２２２，２２３，２２４，２４２，２４３ 抵抗、１１２，１２５，１７１，２７１ ダイオード、１１３，２７２ 定電圧ダイオード、１１４ 電解コンデンサ、１２０，２２０ 送信回路、１２１，１２２，２２１ ＰＮＰトランジスタ、１２７，１４５，１４６，２２５，２４５，２４６ 接地端子、１３０，１５０，２３０，２５０ フォトカプラ、１３１，１５１，２３１，２５１ 発光ダイオード、１３２，１５２，２３２，２５２ フォトトランジスタ、１４０，２４０，３４０ 受信回路、１４１，２４１ ＮＰＮトランジスタ、１４４，２４４ 電源端子、１６０，２６０ 制御部、１６１，１６２ 出力端子、１８１，１８２，１８３，１８４，１８５，２８１，２８２，２８３，３８１，３８２，３８３，４８１，４８２，４８３ 端子、５１０，５３１ 電源線、５２０ 通信線、５３０，５３２ 基準線、６００ 交流電源、１０００ 通信システム

Claims (8)

1. 相互にシリアル通信する、第１通信装置と第２通信装置とを備え、前記第１通信装置と前記第２通信装置とのうちの一方の装置が備える直流電源から供給された電流を前記一方の装置から他方の装置に流す通信線と、前記通信線を流れた電流を前記他方の装置から前記一方の装置に流す基準線と、により、前記第１通信装置と前記第２通信装置とが接続された通信システムであって、
   前記第１通信装置は、
   前記第２通信装置に送信するデータに応じて導通／非導通状態が制御される第１送信用フォトカプラを備え、前記第１送信用フォトカプラの導通／非導通状態に応じて前記通信線と前記基準線とを含む伝送経路の導通／非導通状態を制御する第１送信回路と、
   前記伝送経路の導通／非導通状態に応じて導通／非導通状態が制御される第１受信用フォトカプラを備え、前記第１受信用フォトカプラの導通／非導通状態を検出することにより前記第２通信装置により送信されたデータを受信する第１受信回路と、を備え、
   前記第２通信装置は、
   前記第１通信装置に送信するデータに応じて導通／非導通状態が制御される第２送信用フォトカプラを備え、前記第２送信用フォトカプラの導通／非導通状態に応じて前記伝送経路の導通／非導通状態を制御する第２送信回路と、
   前記伝送経路の導通／非導通状態に応じて導通／非導通状態が制御される第２受信用フォトカプラを備え、前記第２受信用フォトカプラの導通／非導通状態を検出することにより前記第１通信装置により送信されたデータを受信する第２受信回路と、を備え、
   前記第２受信用フォトカプラは、前記伝送経路上に組み込まれ、
   前記第１送信用フォトカプラと前記第２受信用フォトカプラとは、逆の導通／非導通状態である、
   通信システム。
2. 前記第１送信回路は、電流路が前記伝送経路上に組み込まれた第１ＰＮＰトランジスタと、一端が前記第１ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、他端が前記基準線に接続された第１抵抗と、をさらに備え、
   前記第１送信用フォトカプラのコレクタが前記第１ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、
   前記第１送信用フォトカプラのエミッタが前記第１ＰＮＰトランジスタのベースに接続される、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第２受信回路は、第１ＮＰＮトランジスタと、一端が前記第１ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、他端が第１電源端子に接続された第２抵抗と、一端が前記第１ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、他端が前記第１電源端子に接続された第３抵抗と、をさらに備え、
   前記第２受信用フォトカプラのコレクタが前記第１ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、
   前記第２受信用フォトカプラのエミッタが第１接地端子と前記第１ＮＰＮトランジスタのエミッタとに接続される、
   請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記第１受信用フォトカプラは、前記伝送経路上に組み込まれ、
   前記第２送信用フォトカプラと前記第１受信用フォトカプラとは、逆の導通／非導通状態である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記第２送信回路は、電流路が前記伝送経路上に組み込まれた第２ＰＮＰトランジスタと、一端が前記第２ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、他端が前記基準線に接続された第４抵抗と、をさらに備え、
   前記第２送信用フォトカプラのコレクタが前記第２ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、
   前記第２送信用フォトカプラのエミッタが前記第２ＰＮＰトランジスタのベースに接続される、
   請求項４に記載の通信システム。
6. 前記第１受信回路は、第２ＮＰＮトランジスタと、一端が前記第２ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、他端が第２電源端子に接続された第５抵抗と、一端が前記第２ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、他端が前記第２電源端子に接続された第６抵抗と、をさらに備え、
   前記第１受信用フォトカプラのコレクタが前記第２ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、
   前記第１受信用フォトカプラのエミッタが第２接地端子と前記第２ＮＰＮトランジスタのエミッタとに接続される、
   請求項４又は５に記載の通信システム。
7. 通信線と基準線とを含む伝送経路の導通／非導通状態に応じて導通／非導通状態が制御される受信用フォトカプラを備え、前記受信用フォトカプラの導通／非導通状態を検出することによりデータを受信する受信装置に、前記通信線と前記基準線とにより接続され、前記伝送経路の導通／非導通状態を制御することによりデータを送信する送信装置であって、
   前記送信装置と前記受信装置とのうちの一方の装置は、前記伝送経路に電流を供給する直流電源を備え、
   前記直流電源から供給された電流は、前記通信線を介して、前記一方の装置から他方の装置に流れ、前記基準線を介して、前記他方の装置から前記一方の装置に流れ、
   前記受信装置に送信するデータに応じて導通／非導通状態が制御される送信用フォトカプラを備え、前記送信用フォトカプラの導通／非導通状態に応じて前記伝送経路の導通／非導通状態を制御する送信回路を備え、
   前記受信用フォトカプラは、前記伝送経路上に組み込まれ、
   前記送信用フォトカプラと前記受信用フォトカプラとは、逆の導通／非導通状態である、
   送信装置。
8. 前記送信回路は、電流路が前記伝送経路上に組み込まれたＰＮＰトランジスタと、一端が前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、他端が前記基準線に接続された抵抗と、をさらに備え、
   前記送信用フォトカプラのコレクタが前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、
   前記送信用フォトカプラのエミッタが前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続される、
   請求項７に記載の送信装置。

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