JPH06314992A - 電流ループ伝送システムの送信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機器毎の送受信用フォトカプラを直列にループ
状に接続して伝送を行うシステムで、送信用フォトカプ
ラのターンオフ遅れによりループ電流波形が歪み高速伝
送困難となる事を改善する。 【構成】送信回路をフォトカプラ３，４、トランジスタ
１８，１９，２８等により構成する。即ちロジック送信
信号ａのＬ→Ｈの変化時、トランジスタ２８，フォトカ
プラ４はオン→オフに、トランジスタ１８，フォトカプ
ラ３はオフ→オンとなりフォトカプラ４のターンオフ遅
れに関わらず、フォトカプラ３の早いターンオンによっ
てスイッチングトランジスタ１９も早くオンし電流信号
ｂは速やかに立上る。同様に送信信号ａのＨ→Ｌの変化
時、フォトカプラ３はオン→オフ、フォトカプラ４はオ
フ→オンに変化し、フォトカプラ３のターンオフ遅れに
関わらずフォトカプラ４の早いターンオンでスイッチン
グトランジスタ１９も速やかにオフする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力量の自動検針などの
ための電子機器が電流ループを用いて信号を送信するシ
ステムにおいて、伝送速度を高めるための送信回路に関
する。なお以下各図において同一の符号は同一もしくは
相当部分を示す。

【０００２】

【従来の技術】図３は電子機器間の電流ループを用いた
従来の信号伝送システムの要部の構成例を示す。同図に
おいて１，２は電流ループを用いて互いに交信する電子
機器、３は機器１側の送信用フォトカプラ、５は機器１
側の受信用フォトカプラ、６は機器２側の送信用フォト
カプラ、７は機器２側の受信用フォトカプラ、２０は機
器１，２間を結合する通信線で、この通信線２０により
機器１側の送信用フォトカプラ３のフォトトランジス
タ，同じく受信用フォトカプラ５のフォトダイオード，
機器２側の送信用フォトカプラ６のフォトトランジス
タ，同じく受信用フォトカプラ７のフォトダイオードを
準じ連ねる電流ループが構成される。なお８はこの電流
ループに電流信号ｂを流すための直流電源、９はこのル
ープ電流を制限する抵抗である。

【０００３】この伝送システムでは、送信フォトカプラ
３，６は常時はオン状態に保たれ（従って電流ループの
電流ｂもオン状態に保たれ）、この送信フォトカプラ
を、従ってループ電流を断続することによって電流信号
ｂを送信する。１８は機器１側のこの送信のためのトラ
ンジスタで、このトランジスタ１８は機器１側の送信用
フォトカプラ（のフォトダイオード）をロジック送信信
号ａに応じて断続し、電流信号ｂを通信線２０を介して
機器２の受信用フォトカプラ７に伝える。なお図示して
いないが機器２側にもトランジスタ１８に相当する送信
トランジスタが設けられて機器２側の送信用フォトカプ
ラ６を断続し、電流信号ｂを機器１側の受信用フォトカ
プラ５に伝える。

【０００４】図４はこのようにしてロジック送信信号ａ
と、これによって送信される電流信号ｂの夫々の正常伝
送時の波形の例を示す。即ち機器１から機器２に対して
ロジック送信信号ａを送る場合、信号ａがローの時、フ
ォトカプラ３はオフ、従って通信線２０を介して形成さ
れている機器２との閉ループ回路には電流ｂが流れず、
機器２の受信用フォトカプラ７はオフとなる。

【０００５】一方、信号ａがハイの時、フォトカプラ３
はオン、従って閉ループ回路には電源８及び制御抵抗９
で決定される電流ｂを流れ、機器２の受信用フォトカプ
ラ７はオンとなり、機器２はこれを受信信号として検出
する。但し機器２の送信用フォトカプラ６は常にオン状
態である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで一般に市販さ
れているフォトカプラのスイッチング特性は、フォトト
ランジスタがオフからオンになるターンオン時間が数μ
ｓ程度であるのに対し、フォトトランジスタがオンから
オフになるターンオフ時間は数十μｓと遅延が大きい。
この遅延時間は信号の伝送速度が数ｋｂｐｓ程度までな
ら問題ないが、それ以上の高速な伝送速度になると通信
信号の信頼性において無視できなくなる。

【０００７】図３の回路構成において、機器１から機器
２に対し１０ｋｂｐｓの信号を送信した場合の各部の波
形を図５に示す。ロジック送信信号ａがローからハイに
なると、フォトカプラ３はターンオン時間ｃの数μｓの
遅延後、オフからオンになる。１０ｋｂｐｓの信号では
ハイ及びローの区間が各１００μｓであるので数μｓの
遅延は問題にならない。しかしロジック信号ａがハイか
らローになると、フォトカプラ３はターンオフ時間ｄの
数十μｓの遅延後、オフされる。従って電流波形ｂはロ
ジック波形ａの立ち上がりに対しては正常に反応する
が、立ち下がりに対して遅延が大きくなってしまい、機
器２では受信信号を正常な信号として判別できなくな
る。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するものであ
り、その課題は伝送速度が大きくなっても信号伝送の信
頼性に影響を与えない電流ループ伝送システムの送信回
路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の送信回路は、交信を行う複数の機器
（１，２など）が夫々送信用フォトカプラのフォトトラ
ンジスタと受信用フォトカプラ（５，７など）のフォト
ダイオードとを通電可能な極性に直列に接続した直列回
路を持ち、この機器ごとの複数の直列回路を直流電源
（８など），電流制限抵抗（９など）と共に順次通電可
能な極性に直列に接続してループを形成し、各機器はそ
の送信用フォトカプラを常時はオンに保つと共に、送信
の際は当該の機器がその送信用フォトカプラを介し前記
ループの電流（ｂなど）を断続して信号を送出する電流
ループ伝送システムにおいて、前記送信用フォトカプラ
を制御信号に応じ高速に開閉し得る半導体のスイッチン
グ手段に置換えて、対となる受信用フォトカプラのフォ
トダイオードと直列に接続し、各機器ごとに別に第１，
第２の２つのフォトカプラ（３，４など）を設け、少な
くともこの２つのフォトカプラのフォトトランジスタを
通電可能な極性に直列に接続して、この直列回路を各当
該の機器の前記スイッチング手段と受信用フォトカプラ
のフォトダイオードとの直列回路に対する並列回路内に
通電可能な極性に設け、前記対となる第１，第２のフォ
トカプラの夫々のフォトダイオードをロジック送信信号
（ａなど）のＨ，Ｌに対応して一方をオン，オフ、他方
をオフ，オンするフォトカプラ１次制御手段を設け、こ
の対となる第１，第２のフォトカプラのフォトトランジ
スタの相互の接続点の電位変化を対応する前記スイッチ
ング手段への制御信号として与えるようにする。

【００１０】また請求項２の送信回路では、請求項１に
記載の送信回路において、前記スイッチング手段はスイ
ッチングトランジスタ（１９など）であるようにする。
また請求項３の送信回路では、請求項１または請求項２
に記載の送信回路において、前記フォトカプラ１次制御
手段は前記ロジック送信信号のＨ，Ｌに対応して一方が
オン，オフ、他方がオフ，オンする２つのトランジスタ
（１８，２８など）を夫々第１，第２のフォトカプラの
フォトダイオードに対応して持つものであるようにす
る。

【００１１】

【作用】先ず従来の送信用フォトカプラのフォトトラン
ジスタのターンオフの遅れによって電流信号が歪むこと
を防ぐために送信用フォトカプラをスイッチングトラン
ジスタに置換え電流の高速しゃ断を可能とする。次にロ
ジック送信信号のＨ，Ｌに応じてフォトダイオードが互
いにオン／オフ、オフ／オンの逆動作を行う２つのフォ
トカプラのフォトトランジスタを直列接続しこの接続点
の電位が、（フォトトランジスタのターンオン時間がタ
ーンオフ時間より早いことから）ターンオンのフォトト
ランジスタ側に引張られることを利用し、この接続点の
電位を前記スイッチングトランジスタのベースに与えて
スイッチングトランジスタのオフの速度を高める。

【００１２】

【実施例】以下図１および図２に基づいて本発明の実施
例を説明する。図１は本発明の一実施例としての伝送シ
ステムの構成図で図３に対応するものである。図１にお
いては、図３のトランジスタ１８，送信用フォトカプラ
３を主構成要素とする電子機器１の送信回路が、トラン
ジスタ１８，２８、送信用フォトカプラ３，４、スイッ
チングトランジスタ１９を主構成要素とする回路に置換
わった点が異なる。なおフォトカプラ４はフォトカプラ
３のターンオフの遅れをカバーする役割を持ち、スイッ
チングトランジスタ１９は受信用フォトカプラ５と直列
にあって従来の送信用フォトカプラの代りの役割を持
つ。

【００１３】ここで送信用フォトカプラ３，４の夫々の
フォトダイオードは一旦、直列に接続され、さらにこの
直列回路は夫々のフォトダイオードの電流制限抵抗１
２，１３と共に直列に＋５Ｖの電源Ｖｃｃとグランド間
に接続されている。そしてＰＮＰトランジスタ２８は送
信用フォトカプラ３のフォトダイオード及び抵抗１２の
直列回路と並列に接続され、ＮＰＮトランジスタ１８は
送信用フォトカプラ４のフォトダイオード及び抵抗１３
の直列回路と並列に接続され、かつこの２つのトランジ
スタ２８，１８のベースは夫々抵抗２４，１４を介して
共通にロジック送信信号ａの入力端子に接続されてい
る。

【００１４】またフォトカプラ３，４のフォトトランジ
スタは一旦、直列に接続され、フォトカプラ３のフォト
トランジスタのコレクタは電源制限抵抗１０を介して機
器１の通信線２０の電流流入側の端子Ｔ１に接続され、
フォトカプラ４のフォトトランジスタのエミッタ１は電
流制限抵抗１１を介して機器１の通信線２０の電流流出
側の端子Ｔ２に接続されている。

【００１５】また機器１の通信線２０の端子Ｔ１，Ｔ２
間にはさらにスイッチングトランジスタ１９としてのＮ
ＰＮトランジスタと受信用フォトカプラ５のフォトダイ
オードとが直列に設けられ、トランジスタ１９のベース
は抵抗１６を介してフォトカプラ３，４のフォトトラン
ジスタの相互の接続点に接続されている。この送信回路
ではロジック送信信号ａのハイ，ローに応じてフォトカ
プラ３はオン，オフ、フォトカプラ４はその逆にオフ，
オンとなり、スイッチングトランジスタ１９はフォトカ
プラ３と同様にオン，オフとなる。

【００１６】即ちロジック送信信号ａがハイ（約＋５
Ｖ）のときはトランジスタ１８はオン、トランジスタ２
８はオフ、従ってフォトカプラ３はオン、フォトカプラ
４はオフとなり、これによりスイッチングトランジスタ
１９はオンとなる。またロジック送信信号ａがロー（約
０Ｖ）のときはトランジスタ１８はオフ、トランジスタ
２８はオン、従ってフォトカプラ３はオフ、フォトカプ
ラ４はオンとなり、これによりスイッチングトランジス
タ１９はオフとなる。この場合、電子機器１を流れる電
流信号ｂはスイッチングトランジスタ１９及び受信用フ
ォトカプラ５を通ることになる。

【００１７】なお電子機器２からの高速送信のためには
機器２側にも機器１側と同様な送信回路の変更が必要で
あるが、この図１ではこの変更は省略されており、ここ
では機器２は受信のみを行う場合を考える。図２は図１
の動作説明用の波形図で図５に対応するものである。但
し図２においてａ，ｂ，ｃは図５と同じく夫々、ロジッ
ク送信信号，電流信号，フォトカプラ３のターンオン時
間であるが、ｄ１はフォトカプラ４のターンオン時間で
ある。

【００１８】次に図２を用いて図１の動作を説明する。
機器１から機器２に１０ｋｂｐｓの信号を送る場合、ロ
ジック送信信号ａがローのときフォトカプラ３はオフ、
フォトカプラ４はオンになる。従ってスイッチングトラ
ンジスタ１９はオフ、従って通信線２０を介して形成さ
れている機器２との閉ループ回路には電流信号ｂが流れ
ず、機器２の受信用フォトカプラ７はオフとなる。

【００１９】ロジック送信信号ａがローからハイになる
とフォト３はオン、フォトカプラ４はオフになる。この
とき、フォトカプラ３はロジック送信信号ａの立ち上が
りに対してターンオン時間ｃの数μｓ後にオンになるた
め、フォトカプラ４のターンオフ時間の遅延に関係なく
スイッチングトランジスタ１９はフォトカプラ３がオン
になったことによりオンし、機器２との閉ループ回路に
は電流信号ｂが流れる。抵抗１０，１１は２つのフォト
カプラが同時にオンになった時に流れる電流を制限する
ための制限用抵抗である。

【００２０】一方、ロジック送信信号ａがハイからロー
になるとフォトカプラ３はオフ、フォトカプラ４はオン
になる。このとき、フォト４はロジック送信信号ａの立
ち下がりに対してターンオン時間ｄ１の数μｓ後にオン
になるため、フォトカプラ３のターンオフ時間の遅延に
関係なくスイッチングトランジスタ１９はフォトカプラ
４がオンになったことによりオフし、機器２との閉ルー
プ回路に流れていた電流信号ｂは遮断される。従って機
器１と機器２間の閉ループに流れる電流信号ｂの波形
は、電流が流れ始める時間、及び遮断される時間共にロ
ジック信号ａの波形に対しフォトカプラのターンオン時
間分だけ遅延した波形となり、機器２において正常な信
号として処理することができる。

【００２１】

【発明の効果】従来の回路構成では、数ｋｂｐｓ程度以
上の伝送速度で通信を行った場合、フォトカプラのター
ンオフ時間の遅延が大きいため受信側の機器に信号が正
常に伝わらないという問題があった。ターンオフ時間が
小さい高速動作用のフォトカプラも市販はされている
が、コスト高であり入手性も悪いため実用的ではない。

【００２２】しかし本発明によれば、例えば機器１にお
いて受信用フォトカプラ５と直列の今までの送信用フォ
トカプラをスイッチングトランジスタ１９に置換えると
共に、別に送信用フォトカプラ３のターンオフ遅れをカ
バーするための送信用フォトカプラ４を設けて、この２
つのフォトカプラ３，４のフォトダイオードに夫々ロジ
ック送信信号のＨ／Ｌに応じてオン／オフ，オフ／オン
の逆動作を行わせると共に、２つのフォトカプラ３，４
のフォトトランジスタを直列接続してこの接続点の電位
をスイッチングトランジスタ１９のベースに伝え、この
トランジスタ１９のオフ時間を早めるようにしたので、
電流ループ回路に流れる電流波形の遅延時間はフォトカ
プラのターンオン時間だけで済むため、数十ｋｂｐｓ程
度の伝送速度による通信を信頼性を損なうことなく行う
ことができる。しかも本発明の回路は従来の回路に市販
の普通のフォトカプラを１個増やしただけで構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての伝送システムの要部
構成を示す図

【図２】図１の高速伝送時の動作波形図

【図３】図１に対応する従来のシステム構成図

【図４】図３の正常伝送時の動作波形図

【図５】図３の高速伝送時の動作波形図

【符号の説明】

１ 電子機器 ２ 電子機器 ３ 送信用フォトカプラ ４ 送信用フォトカプラ ５ 受信用フォトカプラ ６ 送信用フォトカプラ ７ 受信用フォトカプラ ８ 電源 ９ 抵抗 １０ 抵抗 １１ 抵抗 １２ 抵抗 １３ 抵抗 １４ 抵抗 １５ 抵抗 １６ 抵抗 １７ 抵抗 １８ トランジスタ １９ スイッチングトランジスタ ２０ 通信線 ２４ 抵抗 ２５ 抵抗 ２８ トランジスタ ａ ロジック送信信号 ｂ 電流信号 ｃ フォトカプラ３のターンオン時間 ｄ１ フォトカプラ４のターンオン時間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交信を行う複数の機器が夫々送信用フォト
   カプラのフォトトランジスタと受信用フォトカプラのフ
   ォトダイオードとを通電可能な極性に直列に接続した直
   列回路を持ち、この機器ごとの複数の直列回路を直流電
   源，電流制限抵抗と共に順次通電可能な極性に直列に接
   続してループを形成し、各機器はその送信用フォトカプ
   ラを常時はオンに保つと共に、送信の際は当該の機器が
   その送信用フォトカプラを介し前記ループの電流を断続
   して信号を送出する電流ループ伝送システムにおいて、 前記送信用フォトカプラを制御信号に応じ高速に開閉し
   得る半導体のスイッチング手段に置換えて、対となる受
   信用フォトカプラのフォトダイオードと直列に接続し、 各機器ごとに別に第１，第２の２つのフォトカプラを設
   け、少なくともこの２つのフォトカプラのフォトトラン
   ジスタを通電可能な極性に直列に接続して、この直列回
   路を各当該の機器の前記スイッチング手段と受信用フォ
   トカプラのフォトダイオードとの直列回路に対する並列
   回路内に通電可能な極性に設け、 前記対となる第１，第２のフォトカプラの夫々のフォト
   ダイオードをロジック送信信号のＨ，Ｌに対応して一方
   をオン，オフ他方をオフ，オン、するフォトカプラ１次
   制御手段を設け、 この対となる第１，第２のフォトカプラのフォトトラン
   ジスタの相互の接続点の電位変化を対応する前記スイッ
   チング手段への制御信号として与えるようにしたことを
   特徴とする電流ループ伝送システムの送信回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の送信回路において、前記
   スイッチング手段はトランジスタであることを特徴とす
   る電流ループ伝送システムの送信回路。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の送信回路
   において、前記フォトカプラ１次制御手段は前記ロジッ
   ク送信信号のＨ，Ｌに対応して一方がオン，オフ、他方
   がオフ，オンする２つのトランジスタを夫々第１，第２
   のフォトカプラのフォトダイオードに対応して持つもの
   であることを特徴とする電流ループ伝送システムの送信
   回路。