JPH1056356A - 信号伝達装置 - Google Patents
信号伝達装置Info
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- JPH1056356A JPH1056356A JP23146296A JP23146296A JPH1056356A JP H1056356 A JPH1056356 A JP H1056356A JP 23146296 A JP23146296 A JP 23146296A JP 23146296 A JP23146296 A JP 23146296A JP H1056356 A JPH1056356 A JP H1056356A
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Abstract
モンモード電圧の一次回路側から二次回路側への漏洩量
を低減することができる信号伝達装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 互いに絶縁された入力巻線2aと出力巻
線2bとの間に静電シールド手段2cが設けられた絶縁
用のトランス2を備え、入力巻線2a側の一次回路3に
入力した入力信号をトランス2を介して出力巻線2b側
の二次回路4に伝達させる信号伝達装置1において、一
次回路3を介して出力巻線2bおよび静電シールド手段
2cからそれぞれ出力されるコモンモード電圧を互いに
打ち消すためのコモンモード電圧打消手段4を備えてい
る。
Description
計などの計測器に適用可能な信号伝達装置に関し、詳し
くは、互いに絶縁されている一次回路側から二次回路側
に入力信号を伝達するための信号伝達装置に関するもの
である。
象物である電圧信号などを、一次回路とは絶縁されてい
る計測系としての二次回路側に伝達するために、絶縁用
トランスが用いられている。このような絶縁用トランス
を使用した信号伝達装置として、図3に示す信号伝達回
路41が従来から知られている。
2a側の一次回路3と出力巻線2b側の二次回路42と
を互いに絶縁するためのトランス2と、入力巻線2aに
それぞれ接続され一次回路部品を構成する抵抗11,1
2と、出力巻線2bの一端に接続され二次回路部品を構
成しバッファアンプとして機能するオペアンプ21とを
備えている。なお、トランス2には、両巻線2a,2b
間に銅テープなどの導体2cを介在させることによっ
て、静電シールドが施されている。
しないプローブを介して抵抗11,12に入力信号SIN
が入力されると、抵抗11、入力巻線2aおよび抵抗1
2を含む閉ループに入力信号が印加されることによっ
て、トランス2の巻線比に応じた電圧の出力信号が出力
巻線2bから出力される。出力巻線2bの出力信号はオ
ペアンプ21の非反転入力部に入力された後、緩衝増幅
されて出力信号SOUT として出力される。これにより、
互いに絶縁された一次回路3側から二次回路42側に入
力信号SINが伝達されている。この場合、一次回路3お
よび二次回路42のそれぞれの接地グランド(以下、単
に「グランド」という)が共通接続されていない場合に
は、両グランド間に、いわゆるコモンモード電圧が発生
し、このコモンモード電圧が両巻線2a,2b間の静電
容量を介して一次回路3から二次回路42に出力され
る。このため、この信号伝達回路41では、トランス2
の導体2cをグランドに接地することにより、両巻線2
a,2b間の静電結合、およびトランス2と外部との静
電結合を少なくし、これにより、コモンモード電圧の二
次回路42への漏洩量を低減している。
信号伝達回路41には、以下の問題点がある。すなわ
ち、抵抗11,12を介してトランス2の入力巻線2a
の両端に入力される入力信号SINが0Vのときであって
も、一次回路3側のグランドG1 と二次回路42側のグ
ランドG2 とが共通接続されていないことに起因して、
両グランドG1 ,G2 間にコモンモード電圧VC が発生
しているときには、信号伝達回路41は、図4に示す等
価回路で表される。この等価回路によれば、信号伝達回
路41は、抵抗11,12のそれぞれの入力側の一端同
士が短絡されると共に、その短絡部分がグランドG1 に
接続され、かつ、コモンモード電圧VC の発生源S
VCが、両グランドG1 ,G2 間に接続されているものと
みなすことができる。一方、導体2cなどの静電シール
ド手段を両巻線2a,2b間に介在させた場合、入力巻
線2aと導体2c間には結合容量C1 が存在するが、入
力巻線2aと出力巻線2b間にも、結合容量C1 よりは
小容量ではあるが、少なからずの結合容量C2 が存在す
る。
信号電流は、コモンモード電圧VCの発生源SVC、抵抗
11,12、結合容量C1 、導体2cおよびグランドG
2 からなる経路R11で流れる。したがって、信号電流が
この経路R11でのみ流れているときには、出力巻線2b
側にはコモンモード電圧VC が出力されることはない。
ところが、結合容量C2 があるため、コモンモード電圧
VC は、同図の経路R12で示すように、発生源SVCか
ら、抵抗11,12、入力巻線2aおよび結合容量C2
を介して、オペアンプ21の非反転入力部に入力する。
この場合、結合容量C2 が小容量のため、商用電源など
の低周波領域のコモンモード電圧VC の一次回路3から
二次回路42への漏洩は、ある程度阻止することはでき
る。しかし、高周波領域のコモンモード電圧VC の一次
回路3から二次回路42への漏洩を阻止することができ
ない結果、コモンモード電圧VC が出力信号SOUT とし
て出力されてしまう。このため、この信号伝達回路41
を計測器の一部の回路として用いたときには、正確な測
定を行うことができないという問題点がある。
ものであり、絶縁用のトランスの結合容量に起因しての
コモンモード電圧の一次回路側から二次回路側への漏洩
量を低減することができる信号伝達装置を提供すること
を目的とする。
求項1記載の信号伝達装置は、互いに絶縁された入力巻
線と出力巻線との間に静電シールド手段が設けられた絶
縁用のトランスを備え、入力巻線側の一次回路に入力し
た入力信号をトランスを介して出力巻線側の二次回路に
伝達させる信号伝達装置において、一次回路を介して出
力巻線および静電シールド手段からそれぞれ出力される
コモンモード電圧を互いに打ち消すためのコモンモード
電圧打消手段を備えていることを特徴とする。
を介して、静電シールド手段および出力巻線にそれぞれ
出力される。この場合、コモンモード打消手段は、出力
された両コモンモード電圧を互いに打ち消し合わせる。
ここで、コモンモード打消手段としては、コモンモード
電圧が電流信号として静電シールド手段および出力巻線
からそれぞれ出力された場合には、電圧信号に一端変換
した後に、互いの位相が逆になるようにして加算するこ
とによって互いに打ち消し合わせる構成を採用すること
ができ、電流信号として出力された場合には、その電流
の向きが互いに逆向きになるようにして加算することに
よって互いに打ち消し合わせる構成を採用することがで
きる。一方、通常の入力信号が入力した場合、両結合容
量を介して入力される信号については、コモンモード電
圧打消手段によって互いに打ち消し合わされるが、トラ
ンスの入力巻線を介して出力巻線から出力される本来の
入力信号は、その出力レベルがコモンモード電圧打消手
段によって何等影響を与えられることなく出力される。
このように、この信号伝達装置によれば、入力信号に何
等影響を与えることなく、絶縁用のトランスの結合容量
に起因してのコモンモード電圧の一次回路側から二次回
路側への漏洩量を低減することができる。
記載の信号伝達装置において、コモンモード電圧打消手
段は、出力巻線の出力信号を所定の利得で増幅する第1
の増幅回路と、静電シールド手段からの出力電流を電流
−電圧変換する第2の増幅回路と、第1の増幅回路の出
力信号と第2の増幅回路の出力信号とを差動増幅する第
3の増幅回路とを備えていることを特徴とする。この場
合、第1の増幅回路における所定の利得とは、値1でも
よいし、それ以上またはそれ未満であってもよい。ま
た、第1の増幅回路における「増幅」の概念は、一般的
な電圧増幅または電流増幅の概念を含むだけでなく、い
わゆる電流−電圧変換機能を有した増幅や、電圧−電流
変換機能を有した増幅、および、いわゆるバッファアン
プとして機能する増幅の概念も含む。
が、第1の増幅回路によって増幅された出力信号と、第
2の増幅回路によって増幅された増幅信号とを差動増幅
する。このため、コモンモード電圧が、第3の増幅回路
によって互いに打ち消し合わされるように増幅される結
果、絶縁用のトランスの結合容量に起因してのコモンモ
ード電圧の一次回路側から二次回路側への漏洩量を低減
することができる。
記載の信号伝達装置において、第2の増幅回路は、差動
増幅回路であって、反転入力部が静電シールド手段に接
続されると共に非反転入力部が二次回路側のグランドに
接続されていることを特徴とする。
に接地されていない場合であっても、コモンモード電圧
打消手段がコモンモード電圧を互いに打ち消し合わせる
ことによって、コモンモード電圧の二次回路側への漏洩
は阻止される。一方、この信号伝達装置では、コモンモ
ード電圧に基づく信号電流は、静電シールド手段を介し
て、二次回路側のグランドに仮想接地されている差動増
幅回路の反転入力部に流れ込む。この結果、この信号伝
達装置では、静電シールド手段がグランドに接地される
ことにより、外来ノイズなどに対する静電シールド手段
の静電シールド機能を損なうことなく、コモンモード電
圧の一次回路側から二次回路側への漏洩量を低減するこ
とができる。
または3記載の信号伝達装置において、第2の増幅回路
は、利得を調整するための利得調整手段を備えているこ
とを特徴とする。
段の間に存在する結合容量の方が、入力巻線および出力
巻線の間に存在する結合容量よりも大きい容量値を有し
ている。この信号伝達装置では、第2の増幅回路の利得
を調整することによって、入力巻線および静電シールド
手段間の結合容量を介して入力し第2の増幅回路によっ
て増幅されたコモンモード電圧の電圧値を、入力巻線お
よび出力巻線間の結合容量を介して入力し第1の増幅回
路によって増幅されたコモンモード電圧の電圧値と同電
圧にすることができる。これにより、両結合容量を介し
てそれぞれ入力されたコモンモード電圧を完全に打ち消
し合わせることができる。
明に係る信号伝達装置の実施の形態について説明する。
なお、従来の信号伝達回路41と同一の構成要素につい
ては、同一の符号を付して詳細説明は省略する。
計の一部の回路である信号伝達回路に適用した回路図を
示している。同図に示す信号伝達回路1は、例えば、一
次回路側のグランドに対して所定の電圧値を有している
抵抗などの測定対象電圧を、演算部(図示せず)などの
二次回路側に伝達する。
備えており、トランス2は、入力巻線2a側の一次回路
3と出力巻線2b側の二次回路4とを互いに絶縁すると
共に入力巻線2aを介して入力した入力信号SINを二次
回路4側に伝達する。また、トランス2は、両巻線2
a,2b間に銅テープなどの導体2cを介在させると共
に、その導体2cを端子2dに接続して構成されてい
る。この場合、端子2dは、後述するオペアンプ22の
反転入力部に接続されており、その反転入力部が仮想接
地されているため、導体2cは二次回路4のグランドG
2 に等価的に接続されている。この結果、導体2cは、
入力巻線2aと出力巻線2bとの間を静電シールドする
と共に、装置外部とトランス2との間を静電シールドす
ることによって、外来ノイズなどの飛び込みを阻止す
る。
続された抵抗11,12で構成されている。一方、二次
回路4は、本発明におけるコモンモード電圧打消手段と
して機能するものであって、出力巻線2bからの出力信
号をバッファ増幅するオペアンプ(本発明における第1
の増幅回路に相当する)21と、導体2cからの出力電
流を電流−電圧変換するオペアンプ(本発明における第
2の増幅回路に相当する)22と、オペアンプ21の出
力信号およびオペアンプ22の出力信号を差動増幅する
オペアンプ(本発明における第3の増幅回路に相当す
る)23と、各種抵抗24〜27と、オペアンプ22の
利得を調整するための可変抵抗器(本発明における利得
調整手段に相当する)28とを備えている。この場合、
オペアンプ22の非反転入力部は、二次回路側のグラン
ドG2 に接続されている。
1を参照して説明する。
SINの信号伝達動作について説明する。入力信号SINが
抵抗11,12の両一端間に入力されると、入力巻線2
aの両端に印加される電圧とトランス2の巻数比とに基
づく信号電圧VS が出力巻線2bの両端に誘起する。誘
起した信号電圧VS は、オペアンプ21の非反転入力部
に入力され、利得1で緩衝増幅された後、オペアンプ2
3の反転入力部に出力される。オペアンプ23は、信号
電圧VS を所定の利得で反転増幅し、出力信号SOUT と
して出力する。このように、信号伝達回路1は、トラン
ス2の入力巻線2aおよび出力巻線2bを介して二次回
路4側に入力する通常の入力信号SINに対しては、所定
の利得で増幅した後に出力信号SOUT として出力する。
ド電圧の漏洩量の低減、つまりCMRR(Common Modo
Rejection Ratio )が向上する原理について、図1,2
を参照して説明する。
側のグランドG2 とが共通接続されていない場合、両グ
ランドG1 ,G2 間にコモンモード電圧VC (図1参
照)が発生する。この場合、トランス2の入力巻線2a
の両端に入力される入力信号SINが0Vであるとすれ
ば、同図の破線で示すように、抵抗11,12の入力側
の一端同士が短絡され、その短絡部分がグランドG1 に
接続されると共に、コモンモード電圧VC の発生源SVC
が、両グランドG1 ,G2 間に接続されているものとみ
なすことができる。一方、入力巻線2aと導体2c間、
および入力巻線2aと出力巻線2b間には、同図の破線
で示すように、結合容量C1 および結合容量C2 がそれ
ぞれ存在する。
VC は、同図の経路R2 が示すように、結合容量C2 を
介して、オペアンプ21の非反転入力部に入力される。
オペアンプ21は、コモンモード電圧を緩衝増幅し、電
圧値VC2のコモンモード電圧を抵抗24を介してオペア
ンプ23の反転入力部に出力する。一方、コモンモード
電圧VC に基づく信号電流は、発生源SVC、抵抗11,
12、入力巻線2aおよび結合容量C1 からなる経路R
1 で流れ、オペアンプ22の反転入力部に入力される。
オペアンプ22は、入力した信号電流を電流−電圧変換
することによって、電圧値VC1のコモンモード電圧を抵
抗26を介してオペアンプ23の非反転入力部に出力す
る。
ランス2の構造によって一義的に決定される。このた
め、結合容量C1 ,C2 に基づいてオペアンプ21およ
び22から出力されるコモンモード電圧の周波数に対す
る電圧値VC1,VC2は、図2(a),(b)にそれぞれ
示すように、各周波数において、絶対値が互いに異な
り、電圧比(VC1/VC2)が一定となる関係を有してい
る。したがって、可変抵抗器28によってオペアンプ2
2の利得を調整することによって、オペアンプ22から
出力されるコモンモード電圧の電圧値VC1を、オペアン
プ21から出力されるコモンモード電圧の電圧値VC2と
等しくすることができる。一方、オペアンプ23は、抵
抗24〜27の抵抗値を所定の関係に規定することによ
り、電圧値VC1,VC2の両コモンモード電圧を互いに打
ち消し合うように差動増幅することができる。これによ
り、信号伝達回路1は、コモンモード電圧の二次回路4
への漏洩を阻止する。この結果、結合容量C1 ,C2 の
大小に拘わらず、可変抵抗器28を調整することによっ
て、トランス2の結合容量C1 ,C2 に起因してのコモ
ンモード電圧VC の一次回路3側から二次回路4側への
漏洩量の低減、つまりCMRRを向上させることができ
る。
圧伝達するタイプのトランス(Potential Transformer
)を使用した信号伝達回路1の構成について説明した
が、本発明は、これに限らず、入力信号SINを電流伝達
するタイプのトランス(Current Transformer )を使用
した構成を採用することもできる。
施形態において説明した電圧計に適用できるばかりでな
く、電力計、積算電力計などの計測器に適用できるのは
勿論のこと、互いに絶縁された一次回路から二次回路に
入力信号を伝達するためのすべての装置に適用可能であ
る。
置によれば、コモンモード電圧打消手段が、出力巻線か
ら出力されるコモンモード電圧および静電シールド手段
から出力されるコモンモード電圧を互いに打ち消すた
め、通常の入力信号に何等影響を与えることなく、絶縁
用のトランスの結合容量に起因してのコモンモード電圧
の一次回路側から二次回路側への漏洩量を低減すること
ができる。
ば、第3の増幅回路が、第1の増幅回路によって増幅さ
れた出力信号と、第2の増幅回路によって増幅された増
幅信号とを差動増幅するため、コモンモード電圧が、第
3の増幅回路によって互いに打ち消し合わされるように
増幅される結果、絶縁用のトランスの結合容量に起因し
てのコモンモード電圧の一次回路側から二次回路側への
漏洩量を低減することができる。
れば、コモンモード電圧に基づく信号電流が、静電シー
ルド手段を介して、二次回路側のグランドに仮想接地さ
れている差動増幅回路の反転入力部に流れ込むため、静
電シールド手段の静電シールド機能を損なうことなく、
コモンモード電圧の一次回路側から二次回路側への漏洩
量を低減することができる。
ば、利得調整手段によって第2の増幅回路の利得を調整
することにより、入力巻線および静電シールド手段間の
結合容量を介して入力し第2の増幅回路によって増幅さ
れたコモンモード電圧の電圧値を、入力巻線および出力
巻線間の結合容量を介して入力し第1の増幅回路によっ
て増幅されたコモンモード電圧の電圧値と同電圧にする
ことができるため、両結合容量を介してそれぞれ入力さ
れたコモンモード電圧を完全に打ち消し合わせることが
できる。
図である。
路におけるトランスの入力巻線および導体の間の静電容
量を介してオペアンプから出力されるコモンモード電圧
の周波数特性図であり、(b)は本発明の実施の形態に
係る信号伝達回路におけるトランスの入力巻線および出
力巻線の間の静電容量を介してオペアンプから出力され
るコモンモード電圧の周波数特性図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 互いに絶縁された入力巻線と出力巻線と
の間に静電シールド手段が設けられた絶縁用のトランス
を備え、前記入力巻線側の一次回路に入力した入力信号
を当該トランスを介して前記出力巻線側の二次回路に伝
達させる信号伝達装置において、 前記一次回路を介して前記出力巻線および前記静電シー
ルド手段からそれぞれ出力されるコモンモード電圧を互
いに打ち消すためのコモンモード電圧打消手段を備えて
いることを特徴とする信号伝達装置。 - 【請求項2】 前記コモンモード電圧打消手段は、前記
出力巻線の出力信号を所定の利得で増幅する第1の増幅
回路と、前記静電シールド手段からの出力電流を電流−
電圧変換する第2の増幅回路と、前記第1の増幅回路の
出力信号と前記第2の増幅回路の出力信号とを差動増幅
する第3の増幅回路とを備えていることを特徴とする請
求項1記載の信号伝達装置。 - 【請求項3】 前記第2の増幅回路は、差動増幅回路で
あって、反転入力部が前記静電シールド手段に接続され
ると共に非反転入力部が前記二次回路側のグランドに接
続されていることを特徴とする請求項2記載の信号伝達
装置。 - 【請求項4】 前記第2の増幅回路は、利得を調整する
ための利得調整手段を備えていることを特徴とする請求
項2または3記載の信号伝達装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23146296A JPH1056356A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 信号伝達装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23146296A JPH1056356A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 信号伝達装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1056356A true JPH1056356A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=16923895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23146296A Pending JPH1056356A (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 信号伝達装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1056356A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001339254A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Hioki Ee Corp | 入力−出力間絶縁型機器のコモンモードノイズ軽減方法 |
CN102832904A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-19 | 华南理工大学 | 差分电容网络反馈结构cmos生物医学信号采集器 |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP23146296A patent/JPH1056356A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001339254A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Hioki Ee Corp | 入力−出力間絶縁型機器のコモンモードノイズ軽減方法 |
CN102832904A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-19 | 华南理工大学 | 差分电容网络反馈结构cmos生物医学信号采集器 |
CN102832904B (zh) * | 2012-08-22 | 2015-06-03 | 华南理工大学 | 差分电容网络反馈结构cmos生物医学信号采集器 |
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