JPH07326992A

JPH07326992A - フィールドバスシステムにおける通信装置

Info

Publication number: JPH07326992A
Application number: JP6118018A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kogure; 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: US5663985A; JP2911748B2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成でありながらフィールド機器の消
費電流を低下することが可能な、フィールドバスシステ
ムにおける通信装置を実現することである。【構成】コントローラ１０４は、シリアルのディジタ
ル信号Ｓ_Inを送信回路１１２のエンコーダ１１２０に供
給し、マンチェスターコード信号Ｓ_Dに変換される。送
信タイミング生成回路１１２１は信号Ｓ_Inから１ビット
区間を示すタイミング信号Ｓ_Cを生成し、パルス幅変更
回路１１２２はタイミング信号Ｓ_C、信号Ｓ_Inから１ビ
ットタイムの半期間より短い期間Ｔ0だけ１ビットタイ
ムの前半でＨレベルで、後半で期間Ｔ0だけＨレベルの
る信号Ｓ_Mを生成する。ＡＮＤ回路１１２３で、信号Ｓ_D
とＳ_Mとの論理積がとられマンチェスタコード信号Ｓ_out
が出力される。この信号Ｓ_OUTは１ビットタイムで、Ｈ
レベルの時間幅をＬレベルの時間幅より小で、非通信時
と通信時とで平均電流値の変化なく平均電流値が低下さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伝送路上で信号伝送を
行うフィールドバスシステムにおける通信装置に係り、
特に、本質安全防爆の条件を満足し得るフィールドバス
システムにおける通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるフィールド機器と称される機器
は、各種プラントの圧力、温度、流量等の物理量を検出
し、その検出値を電気信号に変換し、伝送路を介して上
位計器へ伝送したり、逆に、上位計器から伝送される制
御信号を受信し、プラントのバルブ等を制御する。そし
て、電気信号の伝送に関しては、伝送信号がアナログ信
号の場合には、企規格化されており、フィールド機器と
上位計器との間で、４〜２０ｍＡのアナログ電流信号の
伝送が行われている。一般的にはフィールド機器と上位
計器との間は、アナログ信号での一方向通信が行われ
る。

【０００３】近年、半導体集積回路技術の向上により、
マイクロプロセッサ内蔵のフィールド機器が開発され実
用化されてきている。これによれば、上記伝送路上で一
方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向のディジタ
ル信号の通信を行い、フィールド機器のレンジ設定、自
己診断等を遠隔から指令できるようになってきている。

【０００４】また、最近、複数台のフィールド機器を同
一伝送路上にマルチドロップ方式で接続し、双方向のデ
ィジタル信号だけで通信を行うフィールドバスシステム
が提案されている。

【０００５】このフィールドバスシステムにおいては、
複数台のフィールド機器と上位計器とが伝送路を介して
ツリー形に接続される。そして、複数台のフィールド機
器は、伝送路を介して、外部電源から供給される電力に
より動作し、伝送路を介して、順番に上位計器とディジ
タル信号で双方向の通信を行い、検出した物理量の送
信、制御値の受信等の処理を行う。上位通信機器は、フ
ィールド機器と上位計器、外部電源との間に接続され、
フィールド機器等とディジタル信号で双方向の通信を行
っている。また、直列に接続した抵抗とコンデンサとか
ら構成されるターミネータが、伝送路の両端に接続され
る。

【０００６】既存のアナログ信号のシステムからフィー
ルドバスシステムへ移行する場合は、上位機器とフィー
ルド機器をフィールドバス対応のものに変更する必要が
あるが、伝送路は、そのまま使用できるため、容易にシ
ステムの移行が行え、かつ、伝送路上に接続するフィー
ルド機器の台数が増やせることからシステムの拡張が容
易とされている。

【０００７】しかし、既存システムからフィールドバス
システムへの移行を行う際に、１つの伝送路に接続する
フィールド機器の台数が複数台になり、かつ、ディジタ
ル通信を行うという点で、既存システムに比べ、耐ノイ
ズに対する信頼性の面での配慮が必要であり、さらに、
通信不良が頻繁に発生すると、今まで一定周期で行われ
ていたフィールド機器の制御が行えないという問題を含
んでいる。

【０００８】通常の通信ネットワークに比べ、フィール
ドバスシステムの場合には、伝送距離が長く通信信号の
減衰・なまり・歪が条件により大きく変化するという伝送
路の特性や、フィールドに設置されるというノイズ環境
を考慮し、各機器の通信信号は０．７５〜１．０Ｖｐ−
ｐと大きな値にしてある。フィールド機器の場合、伝送
路を介して動作電力が受給されるため、通信信号は１５
〜２０ｍＡｐ−ｐの電流信号になる。

【０００９】したがって、フィールド機器の消費電流は
上記通信信号から、８ｍＡ以上の値にする必要があっ
た。つまり、直流の動作電流に±７．５〜１０ｍＡｐ−
ｐの通信信号を重畳するためには、直流動作電流を８ｍ
Ａ以上とする必要がある。このため、エネルギーの制約
（供給電力の制約）がある本質安全防爆の条件下では、
フィールドバスシステムに接続できるフィールド機器の
台数が少なかった。

【００１０】そこで、特開平５−４１７０９号公報に記
載された信号伝送方法にあっては、フィールドバスシス
テムにおいて、通信信号の非送信時には、直流電流レベ
ルを低く設定し、送信時に直流電流レベルを高く変化さ
せることにより、１フィールド機器の消費電流を低減さ
せ、フィールドバスシテムに接続可能なフィールド機器
の台数を増加させている。

【００１１】つまり、通信信号の非送信時には、例え
ば、直流電流レベルを４ｍＡとし、送信時には、直流電
流レベルを８ｍＡに変化させる。同時に複数のフィール
ド機器が信号送信を実行することは、殆ど無いと考えら
れるので、フィールド機器の消費電流が低減され、フィ
ールドバスシステムに接続可能な台数が増加可能とな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−４１７０９号公報記載の信号伝送方法にあって
は、直流電流レベルを低レベルから高レベル、例えば、
４ｍＡから８ｍＡに変化させると、伝送路の電圧が振動
してしまい、通信信号の信頼性が低下してしまう。そこ
で、上記公報記載の信号伝送方法においては、直流電流
を４ｍＡから８ｍＡへ緩やかに上昇させ、８ｍＡから４
ｍＡへ緩やかに下降させている。

【００１３】したがって、上記公報記載の信号伝送方法
では、送信時に直流電流レベルを上昇させ、非送信時に
は電流レベルを下降させる手段が必要であるばかりか、
電流の上昇及び下降を緩慢にするための手段が必要とな
り、構成が複雑となっていしまっていた。

【００１４】本発明の目的は、簡単な構成でありなが
ら、フィールド機器の消費電流を低下することが可能
な、フィールドバスシステムにおける通信装置を実現す
ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次のように構成される。伝送線を有する
伝送路に接続され、この伝送路を介して動作直流電流が
供給される少なくとも一台の端末機器と、上位機器との
間で、動作直流電流に重畳され、ディジタル信号を示す
通信信号により通信を行うフィールドバスシステムにお
ける通信装置において、通信すべきディジタル信号を動
作直流電流に対して、第１の所定値だけ大となる第１の
期間と、第１の所定値より小である第２の所定値だけ小
となる第２の期間とにより１ビット期間が形成され、第
１の所定値と第１の期間の積と、第２の所定値と第２の
期間の積とが、ほぼ同一となる信号に変換し、デジタル
信号を示す通信信号として動作直流電流に重畳する送信
部を備える。

【００１６】好ましくは、上記フィールドバスシステム
における通信装置において、送信部は、通信すべきディ
ジタル信号を、マンチェスタコード信号にエンコードす
るエンコーダと、通信すべきディジタル信号の１ビット
の半期間よりも、短い期間だけ、１ビットの前半部及び
後半部で高レベルとなるパルス信号を発生するパルス幅
変更手段と、このパルス幅変更手段により発生されたパ
ルス信号とエンコーダから出力されるマンチェスタコー
ド信号との論理積を算出する論理積算出手段とを備え、
この論理積算出手段からの出力信号がディジタル信号を
示す通信信号とする。

【００１７】また、好ましくは、上記フィールドバスシ
ステムにおける通信装置において、通信信号を受信し、
受信した通信信号を変換される前のディジタル信号にデ
コードする受信部を備える。また、好ましくは、上記フ
ィールドバスシステムにおける通信装置において、通信
信号は、マンチェスタコード信号であり、受信部は、受
信した通信信号のレベルを所定の基準レベルと比較する
コンパレータと、このコンパレータからの出力信号を変
換前のディジタル信号にデコードするデコーダとを備え
る。

【００１８】また、好ましくは、上記フィールドバスシ
ステムにおける通信装置において、デコーダは、マンチ
ェスタコード信号の１ビット期間を前半の期間と後半の
期間とに分割し、前半の期間及び後半の期間のそれぞれ
におけるコンパレータからの出力信号が、所定のレベル
以上か否かを判定することにより、マンチェスタコード
信号をデコードする。

【００１９】また、好ましくは、上記フィールドバスシ
ステムにおける通信装置において、受信部は、受信信号
のうちの所定の周波数帯域のみ通過させ、コンパレータ
に供給するバンドパスフィルタを有し、このバンドパス
フィルタの通過周波数帯域は変化可能であり、コンパレ
ータの上記所定の基準レベルも変化可能である。

【００２０】

【作用】通信すべきディジタル信号は、送信部により、
動作直流電流に対して、第１の所定値だけ大となる第１
の期間と、第１の所定値より小である第２の所定値だけ
小となる第２の期間とにより１ビット期間が形成され、
第１の所定値と第１の期間の積と、第２の所定値と第２
の期間の積とが、ほぼ同一となる信号に変換され、通信
信号とされる。これにより、通信信号送信時と非送信時
とで、平均電流値を殆ど変化させること無く、この平均
電流値を低下することが可能となる。

【００２１】また、マンチェスタコード信号を通信信号
に使用する場合には、１ビットの半期間より短い期間だ
け、１ビットの前半部及び後半部で高レベルとなるパル
ス信号を発生するパルス幅変更手段と、このパルス幅変
更手段からのパルス信号とマンチェスタコード信号との
論理積を算出する論理積算出手段との、簡単な構成の追
加により、通信信号送信時と非送信時とで、平均電流値
を殆ど変化させること無く、この平均電流値を低下する
ことが可能な通信装置が実現される。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の一実施例である通信装置
の概略構成図であり、図６は、本発明の一実施例が適用
されるフィールドバスシステムの概略構成図である。ま
ず、図６において、フィールド機器（端末機器）１a、
１b、１cは、ディジタル信号で上位機器３と双方向の通
信を行うものであり、各種プラントにおけるプロセスの
圧力、温度、流量等の物理量を検出して、その値を送信
したり、バルブ等の制御量を受信する。フィールド機器
１a、１b、１cは、伝送路５を介して外部電源４から供
給される電力により動作し、伝送路５の任意の箇所に接
続できる。図６の例においては、フィールド機器１a、
１b、１cがフィールド側のジャンクションボックス（図
示せず）に接続した例を示すが、例えば、伝送路５の中
間に接続してもよい。

【００２３】上位機器３は、フィールド機器１a、１b、
１c、上位通信機器２等のフィールドバス対応機器と伝
送路５を介して、ディジタル信号により通信を行い、フ
ィールド機器１a、１b、１cが検出した各種物理量（圧
力、温度、流量等）を受信し、また、プラントの制御情
報として、バルブ等のフィールド機器１a、１b、１cへ
制御信号を送信する。

【００２４】上位通信機器２は、伝送路５上の任意の場
所に接続でき、上位通信機器２内にあるディスプレイや
キーボードを操作することにより、フィールド機器１
a、１b、１cの出力値のモニタ、調整等の処理を実行す
ることができる。

【００２５】ターミネータ７は、直列に接続した抵抗と
コンデンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。
このターミネータ７は、伝送路５上に接続されるフィー
ルド機器１a、１b、１cの通信周波数帯域での入力イン
ピーダンスと比べて、かなり小さな値とすることによ
り、フィールド機器の接続箇所、及び接続台数等の条件
による通信信号への影響を小さく抑えている。

【００２６】このため、伝送路５からターミネータ７が
外れた場合に、フィールド機器からみた伝送路５のイン
ピーダンスが大きくなり、各フィールド機器からの送信
信号は、大きくなる方向に変化する。ただし、フィール
ドバスに接続されるフィールド機器が送信する信号の大
きさは、一定であっても、そのドライバ回路の方式、伝
送路の長さ及び接続形態等の条件により、伝送路５上の
各箇所での信号の大きさは異なり、一様では無い。本発
明の実施例の通信装置は、フィールド機器１（１a、１
b、１c）、上位通信機器２、上位機器３等のフィールド
バス対応機器に共通に使えるものである。

【００２７】次に、本発明の通信信号として使用するマ
ンチェスタコード信号について説明する。図７は、ＮＲ
Ｚ信号とマンチェスタコード信号とを比較する波形図で
あり、図８は、ＮＲＺ信号とマンチェスタコード信号と
を比較する表である。図７及び図８において、ＮＲＺ信
号は、“１”を表す場合には、１ビットタイム全て
“Ｈ”レベルであり、“０”を表す場合には、１ビット
タイム全て“０”レベルとなる。

【００２８】これに対して、マンチェスタコード信号
は、“１”を表す場合には、１ビットタイムの前半が
“Ｈ”レベルであり、後半は“Ｌ”レベルとなる。ま
た、“０”を表す場合には、１ビットタイムの前半が
“Ｌ”レベルであり、後半は“Ｈ”レベルとなる。この
ように、マンチェスタコード信号は、１ビットタイムの
前半と後半との、“Ｈ”及び“Ｌ”レベルの組み合わせ
を変えることにより、“１”、“０”を判定しているた
め、非データの信号以外は、必ず１ビットタイムの
“Ｈ”レベルとなる時間が、各１ビットタイムどうしで
同一となる。

【００２９】図９は、通信信号のデータ構成例を示す図
である。図９において、通信の動作としては、最初に受
信するデータであるプリアンブルにより、連続して送ら
れてくるデータの１ビット毎の同期処理を行い、以降の
データに対し、マンチェスタコード信号のデコード処理
を行う。次に、スタートデリミッタの検出を行い、通信
データの１バイト毎の同期処理を行い、それ以降のデー
タをエンドデリミッタの信号パターンが検出されるま
で、有効データとして取り出す。

【００３０】本発明においては、マンチェスタコード信
号を直流電流（動作直流電流）に重畳する通信信号とし
て用い、平均電流値に対して、プラス方向の振幅値をマ
イナス方向の振幅値より大とし、１ビットタイムにおい
て“Ｈ”レベルとなる時間幅を“Ｌ”レベルとなる時間
幅より小とし、平均電流値が低いレベルとなるように、
設定する（動作直流電流に対して、第１の所定値だけ大
となる第１の期間と、第１の所定値より小である第２の
所定値だけ小となる第２の期間とにより１ビット期間が
形成され、第１の所定値と第１の期間の積と、第２の所
定値と第２の期間の積とが、ほぼ同一となる信号に設
定）。

【００３１】つまり、図２に示すように、通信信号は、
例えば、１２ｍＡを“Ｈ”レベルとし、１ｍＡを“Ｌ”
レベルとする信号であり、非通信時の平均電流値が５ｍ
Ａとなっている。そして、１ビットタイムにおいて、
“Ｈ”レベルとなる部分の面積（斜線部ａ_F）と、
“Ｌ”レベルとなる部分の面積（斜線部ａ_L）とが同一
となるように、“Ｈ”レベルとなる時間幅Ｐ_Fと“Ｌ”
レベルとなる時間幅Ｐ_Lとが設定されている。したがっ
て、非通信時の平均電流値は、通信時の平均電流値と等
しくなるととともに、この平均電流値を低いレベルに設
定することができる。

【００３２】図２の例においては、７Ｐ_F＝４Ｐ_Lである
から、時間幅Ｐ_FとＰ_Lとの割合は、４対７となる。これ
により、通常、８ｍＡ以上必要な消費電流を、５ｍＡに
低減することができる。この時間幅Ｐ_FとＰ_Lとの割合
は、図１に示す送信回路１１２によって実行される。

【００３３】次に、図１を参照して、本発明の一実施例
である通信装置の構成を説明する。図１において、ＤＣ
−ＤＣコンバータ１０７は、伝送路５を介して外部電源
４から供給される電圧からフィールド機器１自身が動作
するための電圧ＶDDを作りだし、定電流回路１１０は、
フィールド機器１全体の消費電流が一定になるように制
御する。

【００３４】複合センサ１０８は、例えば、流体の差
圧、静圧、温度等を検出し、各検出信号を出力するセン
サであり、センサ１０８の各出力は、マルチプレクサ１
０９へ入力される。マルチプレクサ１０９には、Ｉ／Ｏ
インターフェース１０６からの入力切り換え信号が供給
される。そして、マルチプレクサ１０９の出力信号は、
Ａ／Ｄ変換器１０５に供給される。

【００３５】さらに、マイクロプロセッサ１０１は、Ｒ
ＡＭ１０２及びＲＯＭ１０３に格納されている種々の係
数を用いて、Ａ／Ｄ変換器１０５から順次、送り込まれ
る出力の補正演算を行い、これにより真値を求め、ＲＡ
Ｍ１０２に、その値が格納される。例えば、静圧値及び
温度値と真の差圧値との関係を示す係数が、ＲＡＭ１０
２及びＲＯＭ１０３に格納されており、この係数と、検
出した静圧値及び温度値から、検出した差圧が補正さ
れ、真の差圧値が算出される。そして、算出された真の
差圧値が、ＲＡＭ１０２に格納される。

【００３６】コントローラ１０４は、マイクロプロセッ
サ１０１からの指令信号に基づいて、送信回路１１２に
送信信号の有効／無効を示す制御信号（Ｅｎａｂｌｅ）
及び送信信号Ｓ_Inを供給する。また、コントローラ１０
４は、受信回路１１３から受信信号が供給され、この供
給された受信信号をマイクロプロセッサ１０１に供給す
る。

【００３７】送信回路１１２は、コントローラ１０４か
ら送信信号Ｓ_Inが供給されるエンコーダ１１２０と、送
信タイミング生成回路１１２１とを備えている。また、
送信回路１１２は、コントローラ１０４からの送信信号
Ｓ_In及び送信タイミング生成回路１１２１からの出力信
号Ｓ_Cが供給されるパルス幅変更回路１１２２を備え
る。さらに、送信回路１１２は、コントローラ１０４か
ら制御信号（Ｅｎａｂｌｅ）と、エンコーダ１１２０か
らの出力信号Ｓ_Dと、パルス幅変更回路１１２２からの
出力信号Ｓ_Mが供給されるＡＮＤ回路１１２３を備えて
いる。そして、ＡＮＤ回路１１２３からの出力信号Ｓ
_OUTは、ドライバ１１１に供給される。

【００３８】フィールド機器１が通信を行う場合には、
次の動作を行う。送信動作は、最初に、マイクロプロセ
ッサ１０１の指令で、コントローラ１０４は、ＲＡＭ１
０２に格納されているデータ等を取り出し、シリアルの
ディジタル信号Ｓ_In（図３の（Ａ）に示す）を送信回路
１１２に供給する。この信号Ｓ_Inは、エンコーダ１１２
０に供給され、マンチェスタコードの信号Ｓ_D（図３の
（Ｂ）に示す）に変換される。また、送信タイミング生
成回路１１２１は、供給された信号Ｓ_Inから１ビット毎
の区間を示すタイミング信号Ｓ_C（図３の（Ｃ））を生
成する。

【００３９】パルス幅変更回路１１２２は、タイミング
信号Ｓ_Cと信号Ｓ_Inとから、１ビットタイムの半分の期
間より短い期間Ｔ0だけ１ビットタイムの前半で“Ｈ”
レベルとなり、後半で同一の期間Ｔ0だけ“Ｈ”レベル
となる信号Ｓ_M（図３の（Ｄ）に示す）を生成する。そ
して、ＡＮＤ回路１１２３により、コントローラ１０４
からの制御信号（Ｅｎａｂｌｅ）が送信信号の有効を示
す場合に、信号Ｓ_Dと信号Ｓ_Mとの論理積がとられ、マン
チェスタコードの信号Ｓ_out（図３の（Ｅ）に示す）が
出力される。

【００４０】この信号Ｓ_OUTは、信号Ｓ_Dに対して、
“Ｈ”レベルとなる期間が短くなっており、ドライバ１
１１から伝送路に、図２に示すような波形の信号が出力
される。ここで、コード化方式としては、例えば、ベー
スバンド信号のマンチェスタ符号に変換する方式等があ
る。また、ドライバの方式としては、電圧信号で出力す
る方式と電流信号で出力する方式とがある。

【００４１】次に、フィールド機器１が通信信号を受信
する場合の動作を説明する。伝送路からの通信信号は、
受信回路１１３でデコード処理され、コード化された信
号から上記シリアルのディジタル信号列の形式に変換さ
れる。そして、変換された受信信号は、受信回路１１３
から、コントローラ１０４にディジタル信号の“１”、
“０”からなるデータとして入力される。コントローラ
１０４に入力された信号は、マイクロプロセッサ１０１
により、受信データとして取り出される。ここで、マイ
クロプロセッサ１０１の指示により、Ｉ／Ｏインターフ
ェース１０６を経由して、受信回路１１３の内部回路の
各条件を切り換えることができる。

【００４２】図４は、受信回路１１３の内部ブロック図
である。図４において、伝送路からの受信信号は、バン
ドパスフィルタ１３１でコード化信号の通信周波数帯域
の成分のみ取り出され、通信周波数帯域以外のノイズが
除去される。バンドパスフィルタ１３１の出力信号は、
コンパレータ１３２で、比較電圧発生器１３３からの比
較電圧と比較され、この比較電圧より高い信号のみが、
コード化されたディジタル信号として取り出される。そ
して、取り出されたディジタル信号は、デコーダ１３４
により、シリアルのディジタル信号にデコードされる。

【００４３】デコーダ１３４は、マンチェスタコード信
号の１ビット期間を前半の期間と後半の期間とに分割
し、前半の期間及び後半の期間のそれぞれにおけるコン
パレータ１３２からの出力信号が、所定のレベル以上か
否かを判定することにより、マンチェスタコード信号を
デコードする。このデコードされた信号は、コントロー
ラ１０４に供給される。

【００４４】Ｉ／Ｏインターフェース１０６からの制御
信号は、バンドパスフィルタ１３１、コンパレータ１３
２、比較電圧発生器１３３及びデコーダ１３４に供給さ
れ、これらの条件が変更可能となっている。

【００４５】ここで、比較電圧発生器１３３からの比較
電圧は、通信信号に混入している通信周波数帯域のノイ
ズレベルと比較して、大きな電位とされ、通信周波数帯
域のノイズの影響が除去される。また、コンパレータ１
３２のヒステリシス特性を使うことにより、コンパレー
タ１３２の出力信号には、チャタリングが無くなり、デ
コーダ１３４では、コンパレータ１３２の出力信号に補
正等を行うことなく、直接、その信号から同期タイミン
グをとることができる。この同期タイミングを基準とし
て、デコーダ１３４内部では、コード化信号をデコード
する処理を行い、ディジタルの“１”、“０”信号とし
て出力している。

【００４６】図５は、受信信号の波形図である。図５に
おいて、フィールドバスの信号伝送波形は、他のネット
ワークに対するインタフェアランスを回避するために、
台形状となっている。また、伝送路の長さ、接続機器の
台数等により、実際の受信波形には、減衰・なまり・歪が
加わったものとなっている。

【００４７】本例では、コンパレータの比較電位（閾値
レベル）を１００ｍＶとしており、コンパレータ１３２
の出力信号の立ち上がりタイミングでビット毎の同期タ
イミングを作っている。また、マンチェスタコード信号
としては、前半が０．４２５ビットタイムで、後半が
０．５７５ビットタイムとなっており、大きくバランス
が崩れているが、例えば、図５に示すように、１／４ビ
ットタイムと３／４ビットタイムの位置でマンチェスタ
コードの判定を行うといった簡単な処理で、正確にマン
チェスタコードのデコード処理が実行できる。よって、
図２に示す通信信号波形であっても問題無く、受信する
ことができる。

【００４８】以上、説明したように、本発明の一実施例
によれば、マンチェスタコード信号の１ビットタイムに
おいて、“Ｈ”レベルとなる時間幅を“Ｌ”レベルとな
る時間幅より小とし、非通信時における平均電流値と通
信時における平均電流値とを変化させることなく、平均
電流値を低下させている。したがって、マンチェスタコ
ード信号の時間幅のみの調整でよく、簡単な構成であり
ながら、フィールド機器の消費電流を低下することが可
能で、特に、本質安全防爆の条件下におけるフィールド
バスシステムに接続可能なフィールド機器の台数を増加
できる通信装置を実現することができる。

【００４９】また、本発明の一実施例によれば、受信信
号の減衰・なまり・歪等を考慮して、コンパレータ１３２
の比較電圧が高く設定され、マンチェスタコードの判定
位置が高く設定される。これにより、信頼性の高いデコ
ード処理が行えるという効果もある。また、伝送路長、
接続機器台数等の外部条件に関する通信可能な範囲を拡
大できるという効果もある。

【００５０】なお、図４において、バンドパスフィルタ
１３１は、通信データがマンチェスタコードを使用して
いる場合、マンチェスタコードの通信周波数帯域は、低
域も含んでおり、高域通過側の遮断周波数を商用電源の
ノイズを除去できる範囲で低域に設定する必要がある。

【００５１】ここで、例えば、通信信号に上下の振幅差
があり、サイレント時に比べて通信時に伝送路に流れる
平均電流値が大きく変動する場合、バンドパスフィルタ
１３１の高域通過側の遮断周波数等のフィルタ特性を変
え、この変動の影響を除去する必要がある。この条件に
おいて、バンドパスフィルタ１３１の出力信号は、フィ
ルタ特性を変える前と比べて、その波形に減衰又はなま
りが加わることがある。

【００５２】この場合、コンパレータ１３２の比較電
圧、又は上述のマンチェスタコードの判定タイミング等
を同時に変えることにより、通信の信頼性は維持でき
る。、このようにすれば、通信信号の上下の振幅差の許
容値を広げられるという効果がある。

【００５３】また、バンドパスフィルタ１３１のフィル
タ特性、コンパレータ１３２の比較電位、コンパレータ
１３２のヒステリシス特性、デコーダ１３４の識別タイ
ミングは、各々の条件を切り換えられるようにしてあ
り、上述の例以外においても、受信信号に応じて、各コ
ンポーネントの条件を切り換え、通信の信頼性を向上す
ることができる。

【００５４】これらの動作は、受信データの異常の検出
と各コンポーネントの条件の切り換えを同期させて行う
ことにより、正確に受信できる方向へ条件を切り換える
ことができる。特に、各機器が自己診断等で、定期的に
ループバックテストを行い、上述の条件切り換えを実施
することで、通信信号波形に減衰・なまり・歪が加えられ
る伝送路長、接続機器台数等の外部条件に影響されるこ
と無く通信が行える。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。通信すべきディジ
タル信号は、動作直流電流に対して、第１の所定値だけ
大となる第１の期間と、第１の所定値より小である第２
の所定値だけ小となる第２の期間とにより１ビット期間
が形成され、第１の所定値と第１の期間の積と、第２の
所定値と第２の期間の積とが、ほぼ同一となる信号に変
換され、通信信号とされる。これにより、通信信号送信
時と非送信時とで、平均電流値を殆ど変化させること無
く、平均電流値を低下することが可能となる。

【００５６】したがって、簡単な構成でありながらフィ
ールド機器の消費電流を低下することが可能な、信頼性
の高い、フィールドバスシステムにおける通信装置を実
現し、このフィールドバスシステムに接続可能な機器数
を増加することができる。特に、本質安全防爆の条件下
におけるフィールドバスシステムに接続可能なフィール
ド機器の台数を増加できる通信装置を実現することがで
きる。また、伝送路長、接続機器台数等の外部条件に関
する通信可能な範囲を拡大できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である通信装置の概略構成図
である。

【図２】図１の例における通信信号波形図である。

【図３】図１の例における送信回路の信号のタイミング
チャートである。

【図４】図１の例における受信回路の内部ブロック図で
ある。

【図５】図１の例における受信信号の説明図である。

【図６】本発明が適用されるフィールドバスシステムの
概略構成図である。

【図７】マンチェスタコードを説明するための波形図で
ある。

【図８】マンチェスタコードを説明するための表であ
る。

【図９】通信信号のデータ構成を示めす図である。

【符号の説明】

１、１a、１b、１c フィールド機器２上位通信機器３上位機器４外部電源５伝送路７ターミネータ１０１マイクロプロセッサ１０２ＲＡＭ１０３ＲＯＭ１０４コントローラ１０６Ｉ／Ｏインターフェース１０７ＤＣ−ＤＣコンバータ１０８センサ１１１ドライバ１１２送信回路１１３受信回路１３１バンドパスフィルタ１３２コンパレータ１３３比較電圧発生器１３４デコーダ１１２０エンコーダ１１２１送信タイミング生成回路１１２２パルス幅変更回路１１２３ＡＮＤ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝送線を有する伝送路に接続され、この
伝送路を介して動作直流電流が供給される少なくとも一
台の端末機器と、上位機器との間で、上記動作直流電流
に重畳され、ディジタル信号を示す通信信号により通信
を行うフィールドバスシステムにおける通信装置におい
て、通信すべきディジタル信号を、上記動作直流電流に対し
て、第１の所定値だけ大となる第１の期間と、第１の所
定値より小である第２の所定値だけ小となる第２の期間
とにより、１ビット期間が形成され、第１の所定値と第
１の期間の積と、第２の所定値と第２の期間の積とが、
ほぼ同一となる信号に変換し、上記ディジタル信号を示
す通信信号として、上記動作直流電流に重畳する送信部
を備えることを特徴とするフィールドバスシステムにお
ける通信装置。
【請求項２】請求項１記載のフィールドバスシステム
における通信装置において、上記送信部は、通信すべき
ディジタル信号を、マンチェスタコード信号にエンコー
ドするエンコーダと、上記通信すべきディジタル信号の
１ビットの半期間よりも、短い期間だけ、１ビットの前
半部及び後半部で高レベルとなるパルス信号を発生する
パルス幅変更手段と、このパルス幅変更手段により発生
されたパルス信号とエンコーダから出力されるマンチェ
スタコード信号との論理積を算出する論理積算出手段と
を備え、この論理積算出手段からの出力信号が、上記デ
ィジタル信号を示す通信信号とすることを特徴とするフ
ィールドバスシステムにおける通信装置。
【請求項３】請求項１記載のフィールドバスシステム
における通信装置において、上記通信信号を受信し、受
信した通信信号を変換される前のディジタル信号にデコ
ードする受信部を備えることを特徴とするフィールドバ
スシステムにおける通信装置。
【請求項４】請求項２記載のフィールドバスシステム
における通信装置において、上記通信信号は、マンチェ
スタコード信号であり、上記受信部は、受信した通信信
号のレベルを所定の基準レベルと比較するコンパレータ
と、このコンパレータからの出力信号を変換前のディジ
タル信号にデコードするデコーダとを備えることを特徴
とするフィールドバスシテムにおける通信装置。
【請求項５】請求項４記載のフィールドバスシステム
における通信装置において、上記デコーダは、マンチェ
スタコード信号の１ビット期間を前半の期間と後半の期
間とに分割し、上記前半の期間及び後半の期間のそれぞ
れにおける上記コンパレータからの出力信号が、所定の
レベル以上か否かを判定することにより、マンチェスタ
コード信号をデコードすることを特徴とするフィールド
バスシステムにおける通信装置。
【請求項６】請求項５記載のフィールドバスシステム
における通信装置において、上記受信部は、上記受信信
号のうちの所定の周波数帯域のみ通過させ、上記コンパ
レータに供給するバンドパスフィルタを有し、このバン
ドパスフィルタの通過周波数帯域は変化可能であり、上
記コンパレータの上記所定の基準レベルも変化可能であ
ることを特徴とするフィールドバスシステムにおける通
信装置。