JPH0223053B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、スイツチング動作を行うセンサから
の信号を入力信号としてマイクロプロセサなどの
入力回路の入力端子に受信する場合、センサのス
イツチング態様に対応した２値論理値を入力回路
で確実にレベル弁別することができるようにする
ためのレベル変換回路に関する。

(2) 技術の背景 このようなレベル変換回路は、自動車などに搭
載された電子機器において必要となる。第１図に
示されるように、温度その他の物理量の検出を行
つてスイツチング態様を変えるセンサ２０の一方
端子は、車体に接続箇所２１において接続されて
おり、他方端子はラインを介してレベル弁別機能
を有するマイクロコンピユータ２２の入力端子２
３に接続される。マイクロコンピユータ２２の接
地端子２４もまた、車体に接続箇所２５において
接続される。

(3) 従来技術と問題点 このようにセンサ２０の車体との接続箇所２１
とマイクロコンピユータ２２の車体接続箇所２５
とが異なる場合センサ２０の車体との接続箇所２
１に微小な接触抵抗２６が存在するとき、この接
触抵抗２６に大電流が流れると、センサ２０の出
力端子２７は、車体電位に対して接触抵抗２６の
電圧降下分だけ高いレベルになる。そのためにマ
イクロコンピユータ２２の入力端子２３に与えら
れる信号のレベルが高くなつてしまう。したがつ
て、センサ２０のスイツチング態様に対応した信
号を正確にレベル弁別して検出することができな
くなる。またマイクロコンピユータ２２とセンサ
２０との間でノイズのためにマイクロコンピユー
タ２２に過度に大きな信号が入力され、マイクロ
コンピユータ２２が破壊に至るおそれがある。ノ
イズ防止のためには、マイクロコンピユータ２２
の入力端子２３とセンサ２０との間にコンデンサ
を接続する方法もあるが、接続点の配置関係によ
つては、マイクロコンピユータ２２に接続される
半導体素子がコンデンサの充電電荷によつて破壊
されるおそれが生じる。

(4) 発明の目的 本発明は、センサのスイツチング態様に対応し
た電圧を入力回路に与えてレベル弁別動作を確実
に達成することを可能にするとともに、その入力
回路に過度に大きな信号が加わらないようにした
レベル変換回路を提供することを目的とするもの
である。

(5) 発明の構成 上記の目的は、抵抗を介してスイツチング動作
を行うセンサおよびバツテリに接続され、該セン
サからの信号をレベル弁別機能を有する入力回路
の入力端子に与え、その入力端子のレベルを弁別
レベルの上下に変化してレベル弁別動作を確実に
するようにしたレベル変換回路において、該入力
端子に接続され該バツテリの電圧変動に応じた定
電流特性となる第１の定電流回路および該入力端
子の電圧を第１および第２の電圧でクランプする
上下クランプ回路を備えたレベル制御回路、なら
びに該第１および第２の電圧の間に設定される基
準電圧および該入力端子の電圧を比較する比較回
路および該入力端子の電圧が該基準電圧より高く
なつたときに該入力端子に所定の定電流を供給す
る第２の定電流回路を備えたヒステリシス回路を
設けたことを特徴とするレベル変換回路によつて
達成される。

(6) 発明の実施例 第２図は、本発明の一実施例の電気回路図であ
る。自動車に搭載されている温度その他の物理量
を検出してスイツチング態様が変化するセンサＳ
１は、ライン１および抵抗RAを介して接続点２
からマイクロコンピユータなどの入力回路３の入
力端子４に与えられる。センサＳ１には、バツテ
リ５からライン６および抵抗RS１を介して電圧
VBが印加される。接触抵抗は、参照符２６で示
す。バツテリ５からの電圧VBは、またライン６
を介して定電圧回路７に与えられ、これによつて
定電圧回路７はライン８を介してレベル変換回路
に安定化された電圧Vccを供給する。このレベル
変換回路は、入力回路３の入力端子４に接続点２
において接続されたレベル制御回路９とヒステリ
シス回路１０とを備える。

レベル制御回路９では、接続点２に第１の定電
流源用トランジスタＱ６が接続される。この第１
定電流源用トランジスタＱ６には、抵抗Ｒ２が直
列に接続されている。第１の定電流源用トランジ
スタＱ６には、入力回路３に電力を供給する定電
圧電源７からのライン８を介する電流がトランジ
スタＱ３を介して与えられる。トランジスタＱ
４，Ｑ５は、第１の定電流源用トランジスタＱ６
に並列に接続されており、入力回路３の入力端子
４における信号レベルが所定値以上になつたとき
ONとなる。トランジスタＱ４のベースには、抵
抗Ｒ３，Ｒ４によつて分圧された電圧たとえば定
電圧電源７の電圧Vccが5Vの場合に3.8Vが与え
られる。トランジスタＱ３には、抵抗Ｒ５，Ｒ６
によつて分圧された電圧たとえば定電圧電源７の
電圧Vccが5Vの場合に、1.0Vが与えられる。入
力回路３は、その入力端子４にセンサＳ１の遮断
に対応した2.1V以上の電圧が与えられたとき、
ハイレベルとしてレベル弁別を行い、センサＳ１
が導通して0.8V以下になつたとき、ローレベル
としてTTLレベルでレベル弁別を行う機能を有
している。第１の定電流源用トランジスタＱ６に
関連して、トランジスタＱ１，Ｑ２および抵抗Ｒ
１，Ｒ７が接続されており、この抵抗Ｒ７はライ
ン６に接続される。第１定電流源用トランジスタ
Ｑ６には、並列にツエナダイオードＤ１が逆方向
に接続される。

ヒステリシス回路１０は、一対のトランジスタ
Ｑ１３，Ｑ１４を備える差動増幅回路１１が設け
られる。第２の定電流源用トランジスタＱ１５
は、差動増幅回路１１に直列に接続されている。
PNPマルチコレクタトランジスタＱ１６は、差
動増幅回路１１を構成する一方のトランジスタＱ
１４に直列に接続されており、このトランジスタ
Ｑ１４が導通することによつてそのトランジスタ
Ｑ１６が導通して接続点２に電流を供給する。第
２の定電流源用トランジスタＱ１５に関連して、
トランジスタＱ１１，Ｑ１２および抵抗Ｒ１１〜
Ｒ１４が関連して接続されている。差動増幅回路
１１を構成するトランジスタＱ１３のベースは、
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の接続点１２に接続されてい
る。この接続点１２の電圧V12は、レベル制御回
路９に含まれる第１定電流源用トランジスタＱ６
によつて保たれる入力端子４の電圧の範囲VA１
〜VA４内にある予め定めた基準電圧VA２に設
定され、第１式で定められる。

V12＝R12＋R13／R11＋R12＋R13（Vcc−2Vd） ＋2Vd …(1) ここでVdは、トランジスタＱ１１，１２のベ
ース・エミツタ間電圧である。

第３図は、第２図の実施例の動作を説明するた
めのグラフであり、横軸にセンサＳ１からライン
１を介する入力信号のレベルが示されており、縦
軸には接続点２および入力端子４におけるレベル
変換された電圧が示されている。センサＳ１が導
通しておりセンサＳ１からの入力信号がＶ１未満
である場合には、接続点２は電圧VA１に保たれ
る。この電圧VA１はたとえば0.4Vである。

トランジスタＱ１のエミツタ電流IE１は IE1＝VB−（VBE1＋VBE2）／R7＋R1 …(2) で表される。なおVBE１，VBE２はトランジス
タＱ１，Ｑ２のベース・エミツタ間電圧である。

トランジスタＱ１，Ｑ６のベースは共通にトラ
ンジスタＱ２のエミツタに接続されているので、
定電流源用のトランジスタＱ６のエミツタ電流
IE６は、Ｑ１とＱ６のベース・エミツタ電圧が
等しい（次式の電流比とエミツタ面積比が等し
い）とすれば、 IE6＝IE1・R1／R2 …(3) となる。

このエミツタ電流IE６は、トランジスタＱ４，
Ｑ５がオフであるとすると、トランジスタＱ３の
エミツタ電流IE３と入力信号Vinによる電流IAと
の和であり、この電流IAは入力信号Vinの上昇に
伴つてIA＝IE６になるまで増大する。したがつ
てIA＝IE６になるまでは、出力信号VAは、 VA＝Vcc・R6／R5＋R6VBE3 …(4) となる。なおVBE３はトランジスタＱ３のベー
ス・エミツタ間電圧である。したがつて入力信号
Vinがローレベルであるとき、接触抵抗２６に大
電流が流れてセンサの出力電圧が変動しても、
IA＝IE６となるまでは、出力信号VAはローレベ
ルに保持されることになる。Vinが変動しても
VA，IE６はともに一定である。なお、トランジ
スタＱ６は、飽和しない。

またバツテリ５の電圧VBが変動し、たとえば
上昇することにより、入力信号Vinも上昇した場
合、トランジスタＱ１のエミツタ電流IE１が増
大することにより、トランジスタＱ６のエミツタ
電流IE６も増大するので、IA＝IE６となる電流
IAが増大し、出力信号VAの上昇を抑御できるこ
とになる。また入力Vinが負電圧であつても上記
動作はなんら変わりなく入力信号Vinと出力信号
VAとの関係は、Ｑ３の動作により、−IAがRAを
通してラインに供給されることによつて −Vin＝RAi・（−IA）＋VA …(5) となり、負極性のノイズ電圧が入力されても入力
回路３の入力端子４は第４式のVA電圧に保持さ
れ、負電圧が入力されることがなくなる。

ヒステリシス回路１０では、差動増幅回路１１
のトランジスタＱ１３が導通しトランジスタＱ１
が遮断したままである。センサＳ１からの入力信
号がＶ１かＶ２を経てＶ４に至る領域において
は、 IA＝IE6 …(6) となつたままであり、電流IAは増加されず、出
力電圧VAは、 VA＝Vin−RA・IE6 …(7) となり、入力信号Vinの増大に伴つて、出力電圧
VAは増大する。接続点２の電圧が基準電圧VA
２に達すると、トランジスタＱ１３は遮断し、ト
ランジスタＱ１４が導通する。これによつてトラ
ンジスタＱ１６が導通する。そのためトランジス
タＱ１６から接続点２に電流Ｉ１６流れ、接続点
２における電圧VAは第８式で示される値とな
る。

VA＝Vin−RA（IE6−I16） …(8) こうして接続点２における電圧が急激に上昇し
て電圧VA3に達する。センサＳ１からの入力信
号が電圧Ｖ４〜Ｖ５の範囲にあるとき、トランジ
スタＱ１６の電流は増加せず、したがつて第１定
電流源用トランジスタＱ６の働きによつてセンサ
Ｓ１から入力信号の増加に伴つて増加し、接続点
２の電圧はVA４に達する。入力信号が電圧Ｖ５
以上になつたとき、第１定電流源用トランジスタ
Ｑ６の電流IE６およびＱ１６の電流Ｉ１６は増
加しない。

入力信号Vinの上昇によりトランジスタＱ４の
エミツタ電位が抵抗Ｒ３，Ｒ４によつて分圧され
た電位すなわちベース電位より上昇すると、トラ
ンジスタＱ４，Ｑ５がオンとなり、トランジスタ
Ｑ５にも電流IAの一部が流れることになる。し
たがつて出力信号VAは、 VA＝Vcc・R4／R3＋R4＋VBE4 …(9) に保たれる。なおVBE４はトランジスタＱ４の
ベース・エミツタ間電圧である。

また入力信号Vinと出力信号VAとの関係は Vin＝RAi・IA＋VA …(10) となり、入力信号Vinが上昇しても電流IAが増大
することにより、出力信号VAは規定レベル（第
９式）以上には増大しないことになる。すなわち
正極性のノイズ電圧や、バツテリ電圧VBの増大
によつても、入力回路３には規定レベル内のハイ
レベル信号が入力されるので、入力回路３を保護
することができる。

センサＳ１から入力信号が低下し、電圧Ｖ５か
らＶ４を経て電圧Ｖ２に達し、接続点２の電圧が
基準電圧VA２になると、差動増幅回路１１のト
ランジスタＱ１３が導通し、トランジスタＱ１４
が遮断する。そのためトランジスタＱ１６が遮断
し、ヒステリシス回路１０からは接続点２に電流
が流れなくなる。そのため接続点２の電圧は、
VA５まで急激に低下する。

入力信号の電圧がＶ２からＶ１に減少するとき
には、第１定電流源用トランジスタＱ６の働きに
よつて入力信号に伴い接続点２の電圧が低下して
ゆき、Ｖ１未満においては電圧VA１に保たれ
る。

第３図において VA3−VA2＝VA2−VA5 …(11) であり、ヒステリシス幅Ｖ４−Ｖ２はアツプダウ
ン電圧と等しい。このアツプダウン電圧Ｖは、第
12式で示される。

Ｖ＝RA×I16 …(12) ヒステリシス回路１０が設けられていない場合
には、レベル制御回路９は第３図の破線１３のよ
うに接続点２の電圧を変化する。そのため入力信
号電圧Vinに対してレベル変換電圧VAの変化量
が少ない。すなわちレベル変換電圧VAがVA３
まで達するのにVinがＶ６まで変化しなければな
らない。ヒステリシス回路１０は、このような問
題を解決する。またバツテリ５の電圧VBが低く
なり、これに伴つて入力信号が低くなつても、ヒ
ステリシス回路１０の働きによつて、電圧Ｖ６よ
りも低い電圧Ｖ４になるまで接続点２ハイレベル
に保たれていることになる。したがつてバツテリ
５の電圧VBが低下しても、入力回路３ではハイ
レベルの検出を確実に行うことが可能になる。

第４図は、バツテリ５の電圧VBをパラメータ
とした入力信号Vinと、接続点２におけるレベル
変換電圧VAとの関係を示すグラフである。バツ
テリ５の電圧VBがVB１＜VB２＜VB３のよう
に上昇した場合、センサＳ１から入力信号も上昇
するけれども、そのセンサ出力信号がローレベル
を示すとき、第４式で示すように入力回路３でロ
ーレベルと判定しうるレベルの電圧VAとなり、
センサＳ１の電源としてバツテリ５の電圧VBを
用いても誤動作を生じることはなくなる。センサ
出力信号がハイレベルを示す場合は、第８式およ
び第９式の関係により、電圧VAは規定のレベル
内となるので入力回路を破壊することがない。

センサＳ１と同様な構成を有するセンサが複数
個設けられている場合には、レベル制御回路９に
おけるトランジスタＱ１，Ｑ２および抵抗Ｒ１，
Ｒ３〜Ｒ７を共用化し、各センサに対応してトラ
ンジスタＱ３〜Ｑ６，Ｄ１および抵抗Ｒ２を設
け、ヒステリシス回路１０においては抵抗Ｒ１１
〜Ｒ１５、トランジスタＱ１１〜Ｑ１３，Ｑ１５
を共用化して各センサに対応してトランジスタＱ
１４，Ｑ１６を設ければよく、構成が簡素化され
る。

(7) 発明の効果 以上のように本発明によれば、トランジスタＱ
６が第１の定電流源用として動作し、トランジス
タＱ１，Ｑ２などによつてセンサＳ１の電源電圧
たとえばバツテリ５の電圧VBに応じた定電流特
性となるようにし、トランジスタＱ３よりマイク
ロコンピユータなどの入力回路の電源たとえば定
電圧回路７から第１の定電流源用トランジスタＱ
６に電流を供給しうるようにし、入力回路３の入
力端子４の信号レベルが所定値以上となつたとき
ONとなつて、第１の定電流源用トランジスタＱ
６の電流を側路側に側路するトランジスタＱ４，
Ｑ５を備えているので、入力信号Vinがノイズに
よつて負極性となつてもまた接地電位が変動して
も入力信号Vinがローレベルを示すときには、出
力信号の電圧VAは入力回路３のローレベル判定
のレベル以上および負電位となることがなく、バ
ツテリ５などのセンサＳ１の電源の電圧が変化し
て入力信号の電圧Vinが入力回路３の動作電圧
Vcc以上となつても、トランジスタＱ４，Ｑ５な
どによつて第１の定電流源用トランジスタＱ６の
電流を側路するので、規定レベル内の出力信号電
圧VAとするよう抑えることができ、正極性のノ
イズなどが入力されても入力回路３が保護され
る。

またヒステリシス回路では、差動増幅回路を構
成する一対のトランジスタは、入力信号の電圧が
基準電圧の上下において変化し、これによつて入
力回路の入力端子における電圧が急激に上昇また
は下降するので、入力信号の電圧の変化に伴つて
入力端子の電圧がなだらかに変化する範囲を狭く
し、これによつてセンサのスイツチング態様に対
応した入力信号のレベル弁別を正確に行うことが
可能になる。またセンサたとえば遮断している場
合、そのセンサＳ１ためのバツテリ５などの電源
の電圧が低下しても、センサＳ１のスイツチング
態様に対応したたとえばハイレベルの論理値を維
持することがそのバツテリ５などの電源の広い電
圧範囲にわたつて可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の電気回路図、第２図は本発
明の一実施例の電気回路図、第３図はその動作を
説明するためのグラフ、第４図はバツテリ５の電
圧VBの変化に伴う接続点２における電圧の変化
を示すグラフである。 １…ライン、２…接続点、３…入力回路、４…
入力端子、５…バツテリ、７…定電圧回路、９…
レベル制御回路、１０…ヒステリシス回路、Ｓ１
…センサ、Ｒ１〜Ｒ１５，RS１，RA…抵抗、Ｑ
１〜Ｑ１６…トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 抵抗を介してスイツチング動作を行うセンサ
   およびバツテリに接続され、該センサからの信号
   をレベル弁別機能を有する入力回路の入力端子に
   与え、その入力端子のレベルを弁別レベルの上下
   に変化してレベル弁別動作を確実にするようにし
   たレベル変換回路において、該入力端子に接続さ
   れ該バツテリの電圧変動に応じた定電流特性とな
   る第１の定電流回路および該入力端子の電圧を第
   １および第２の電圧でクランプする上下クランプ
   回路を備えたレベル制御回路、ならびに該第１お
   よび第２の電圧の間に設定される基準電圧および
   該入力端子の電圧を比較する比較回路および該入
   力端子の電圧が該基準電圧より高くなつたときに
   該入力端子に所定の定電流を供給する第２の定電
   流回路を備えたヒステリシス回路を設けたことを
   特徴とするレベル変換回路。