JPS6118214A - アナログ・マルチプレクサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数のアナログ入力を順次切換えて菓択出力
するアナログ拳マルチプレクサに関し、特に、出力の時
定数特性を改善したアナログ−マルチプレクサに量子る
。

［発明の背景］ 近年、計測、制御等の分野では、多数のセンサによる種
々の計測データを、コンピュータにより一括してディジ
チル処理することが行なわれてい奇。この場合、センサ
からのアナログ値をディジタル値に変換しなければなら
ない。このアナログ値のディジタル値への変換（以下Ａ
Ｄ変換と略記する）は、各センサ対応に設けられたＡＤ
変換器により行なう、しかし、多数のセンサにより多点
測定を行なっている場合などのように、データが多数あ
る場合、ＡＤ変換器をセンサの数だけ用意しなければな
らないという問題がある。

そこで、従来、センサ等の信号源をアナログ・マルチプ
レクサに接続し、該マルチプレクサにて入力チャネルを
順次切換えて選択出力するようにして、各信号源からの
アナログ値を１個のＡＤ変換器にてＡＤ変換するものが
考えられている。

ところで、上記マルチプレクサを用いる場合において、
該マルチプレクサは、その出力容量および後段の回路と
の間に存在する浮遊容量（以下これらを単に浮遊容量と
略称する。）を有している。

そのため、該マルチプレクサのオン抵抗が大きい時や、
該マルチプレクサに供給される信号源のインピーダンス
が大きい時には、それらの抵抗値と、該マルチプレクサ
の浮遊容量とにより定まる時定数のため、アナログ番マ
ルチプレクサＭＵＸからの出力は、第４図に示すように
、各信号電圧ｅｌ〜ｅｎのように波形がなまってしまう
。

これを、そのままＡＤ変換すると誤差となるので、定常
状態に整定する必要がある。しかし、波形がなまってい
るので、この整定には相当の時間がかかる。特に、何ら
かの原因で高い電圧が印加されている時、この傾向が著
しく、整定時間を多くとられる。

これでは、計測点の高速スキャンニングを必要とするデ
ータ収集装置等に使用するには不適切である。

そこで、本発明者は、高電圧印加後の低電圧信号の計測
データ入力時における整定時間を短縮するため、時定数
補正回路を設けることを考えた。

［先行技術］ 第５図にこの時定数補正回路を備えたアナログ・マルチ
プレクサ回路の一例を示す。

同図に示すアナログ・マルチプレクサ回路は、アナログ
・マルチプレクサＭＵＸを備え、これに、スイッチＳＷ
および抵抗Ｒを直列接続した時定数補正回路と、スイッ
チ開閉制御手段Ｃｔとを有して構成され、時定数補正回
路は、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの出力端子Ｙに
接続されている。

アナログ・マルチプレクサＭＵＸは、ｎチャネルの入力
端子ｘ１〜Ｘｎを有し、各入力端子Ｘｉ〜Ｘｎには、セ
ンサ等のアナログ信号源Ｅｌ−Ｅｎが接続されている。

ここで、ＲＳ　１　”　ＲＳ　ｎ　ｌ±、上記各アナロ
グ信号源Ｅ１〜Ｅｎのインピーダンスを示す。このアナ
ログ・マルチプレクサＭＵＸは、図示しない中央制御装
置からの切換え信号番こより、入力端子Ｘ　１　”　Ｘ
　ｎを順次選択的番こ切換える。

また、アナログ１１でルチプレクサＭＵＸの出力端子Ｙ
には、八ツファアンプＡを介してＡＤ変換器ＡＤＣが接
続されている。ここで、出力端子Ｙに接続゛されている
コンデンサＣｓは、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの
浮遊容量を等価的番こ示すもので、現実の回路素子では
ない。上記時定数回路は、この浮遊容量Ｃｓと並列に接
続される。

この時定数回路のスイッチＳＷは、アナログ・スイッチ
であって、スイ・ソチ開閉制御手段Ｃｔ＆こより、アナ
ログ・マルチプレクサＭＵＸの入力チャネルｘ１〜Ｘｎ
を切換える毎に開閉制御される。

スイッチ開閉制御手段Ｃｔは、図示しなｌ／）中央制御
装置からのアナログ・マルチプレクサＭＵＸ入力切換え
信号に対応して、マルチプレクサ力く人力チャネルを切
換えた直後から、次の入力チャネル切換えまでの間にお
ける一定期間のみ閉となる信号を上記スイッチに送る。

この先行技術のマルチプレクサ回路は、第６図に示すよ
うに、アナログ書マルチプレクサＭＵＸの入力チャネル
ｘ１〜Ｘｎが順次切換わる毎に、その切′換わり直後に
、スイッチＳＷを閉として、浮遊容量Ｃｓに蓄えられた
電荷を、抵抗Ｒを介して放電する。そして、この電荷の
放電に十分な時間（ｔ２）を経過した後、再びスイッチ
ＳＷを開とする。この時、抵抗Ｈの値を小さく選べば、
浮遊容量Ｃｓに蓄えられた電荷を比較的短時間で放電で
きる。そのため、ある入力チャネルに高い電圧が印加さ
れ、次のチャネルに低い信号電圧が印加された場合でも
、整定時間を短縮できる。

この状態を、第６図に示す。同図に示すように、スイッ
チＳＷを閉じると、アナログ争マルチプレクサＭＵＸの
出力電圧は、急速に降下し、はぼＯ■近傍付近に達した
後、スイッチＳＷが開になり、次の低電圧入力信号は、
短時間で整定する。

しかし、この先行技術のアナログ拳マルチプレクサ回路
にあっては、高電圧が印加された次に、低電圧の信号を
計・測する場合には適しているが、低電圧入力信号の次
のチャネルに、高い信号電圧が印加された時、および、
高い信号電圧を連続的に計測する場合に不都合が生ずる
。これは、信号電圧を計測する時に、浮遊容量Ｃｓの電
荷を放電し尽くすために起る。即ち、スイッチＳＷを一
旦開として、次の計測準備をする時、信号源インピーダ
ンスおよびアナログ・マルチプレクサＭＵＸのオン抵抗
と、浮遊容量Ｃｓの値で定まる時定数をもって、浮遊容
量Ｃｓを再び信号電圧まで充電しなければならず、長い
整定時間を要するからである。

第７図にこの状態を示す。即ち、同図において、高い電
圧から低い電圧に移る時（同図において■で示す。）、
または、連続的に低い電圧を計測する時（同図において
■で示す。）には、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの
チャネル切変え時からＡＤ変換が開始できるまでに要す
る整定時間ｔ３は、短くてすむが、高い入力電圧を計測
する時には、長い整定時間を要する。

従って、この先行技術のマルチプレクサは、アナログ・
マルチプレクサＭＵＸの切変え周期が、取扱う入力電圧
の最大時の整定時間ｔ３ａａｘで規制されるという欠点
がある。

また、この先行技術のマルチプレクサは、浮遊容量Ｃ８
に印加される高電圧をアナログ・スイッチＳＷを経て放
電するため、該スイー７チＳＷの最大許容電流の点から
、抵抗Ｈの値をそれ程小さくできない。その結果として
、浮遊容量Ｃｓと抵抗Ｒとで定まる時定数も、それ程小
さくできない。

従って、この先行技術のマルチプレクサは、浮遊容量Ｃ
ｓに蓄えられた電荷の放電所要時間の短縮にも゛゛制約
ある。

このように、先行技術のマルチプレクサは、時定数補正
回路を備えているものの、整定時間の短縮等に制約があ
り、高速スキャンに適用するには、まだ不十分である。

［発明の目的］ 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、取扱う
入力電圧の最大時の整定時間を短縮でき、また、浮遊容
量Ｃｓに蓄えられた電荷の放電所要時間の短縮ができて
、アナログ拳マルチプレクサＭ　、Ｕ　Ｘの切変え周期
を短縮して、高速スキャンを可能としたアナログ・マル
チプレクサ回路を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 上記目的を達成すべく本発明は、 アナログ・マルチプレクサの出力端子と接地点間に、ス
イッチ、抵抗およびバイアス電源を直列接続してなる時
定数補正・回路を接続して成り、かつ、アナログ拳マル
チプレクサの入力チャネルを切換える毎に上記スインチ
を開閉するスイッチ開閉制御手段を設けて成ること、を
特徴とする。

［発明の作用］ 上記のような構成において、４スイッチ開閉制御手段は
１時定数補正回路を構成するスイッチを、アナログ−マ
ルチプレクサの入力チャネルを切換える毎に開閉する。

また、バイアス電源は、その電圧をｅｂとすると、マル
チプレクサの浮遊容量の端子電圧がバイアス電圧ｅｂよ
り大きければ、スイッチの閉により、浮遊容量をその端
子電圧がバイアス電圧ｅｂに達するまで放電させる。逆
に、浮遊容量の端子電圧がづイアスミ圧ｅｂより小さけ
れば、浮′Ｍ容量をその端子電圧がバイアス電圧ｅｂに
達するまで充電する。

このように、バイアス電源の電圧値を、浮遊容量の端子
電圧、即ち、入力する信号電圧の最大値と最小値との間
に設定すれば、充放電が、入力電圧値とバイアス電圧値
との差について行なわれるため、上述した第５図に示す
場合に比べ、平均して約１７２の時間となり、充放電に
時間がかからない。また、アナログ・マルチプレクサＭ
ＵＸの入力電圧が最大の時でも、最小の時でも、充放電
の目標電圧は、上記したｅｂであるため、スイッチに流
れる充放電電流をも、第５図に示す場合に比べ、平均し
て約１７２とすることができる。

［実施例］ 本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

〈実施例の構成〉 第１図に示す本発明アナログφマルチプレクサ回路の一
実施例は、アナログ・マルチプレクサＭＵＸと、スイッ
チＳＷ、抵抗Ｒおよびバイアス電源Ｅｂを直列接続した
時定数補正回路と、スイッチ開閉制御手段とからなり、
時定数補正回路は、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの
出力端子Ｙに接続されている。本実施例は、バイアス電
源Ｅｂを除き、基本的には上記第５図に示すものと同一
構成であるので、同一部分には同一符号を付し、説明を
繰返さない。

時定数補正回路を構成するバイアス電源Ｅｂは、例えば
第２図に示すように、分圧抵抗ＲＡ　、　ＲＢと、これ
らの電位分割点と接地点との間に接続されたコンデンサ
Ｃとから構成される。勿論、かかる回路に限られること
なく、他の回路構成であってもよい。例えば、電池を接
続する構成であってもよい。

ｑのバイアス電源の電圧値は、アナログ・マルチプレク
サＭＵＸの入力最大電圧値と最小電圧値との間で任意に
設定できる。本実施例では、アナログ・マルチプレクサ
ＭＩＸの入力最大電圧値の約１７２に設定しである。１
／２としたのは、最大電圧に対しても、最小電圧に対し
ても、同様の整定時間とすることができるからである。

スイッチＳＷは、アナログ・スイッチであって、スイッ
チ開閉制御手段Ｃｔにより、アナログＯマルチプレクサ
ＭＵＸの入力チャネルＸ　Ｉ　ＮＸ　ｎを切換える毎に
開閉制御される。

このスイッチ開閉制御手段Ｃｔは、中央制御装置ＣＣか
らのアナログ・マルチプレクサＭＵＸ入力切換え信号に
対応して、マルチプレクサが入力チャネルを切換えた直
後から次の入力チャネル切換えまでの間における一定期
間に、閉信号および開信号を上記スイッチＳＷに送る。

この閉信号から開信号までの間の時間は、浮遊容量Ｃｓ
が十分に充放電できる時間とする。もつとも、スイッチ
ＳＷを、常時開のスイッチとすると、閉信号のみ出力す
ればよい。

〈実施例の作用〉 上記のように構成される実施例の作用について第１図お
よび第３Ａ　、３Ｂ図を参照して説明する。

ｉ３Ａ図はアナログ・マルチプレクサＭＵＸの出力波形
を示す波形図、第３Ｂ図はアナログ・マルチプレクサＭ
ＵＸ、スイッチおよびＡＤ変換器の動作タイミングを示
すタイムチャートである。

なお、第３Ａ図において、ｅｌ−ｅｎは、各信号ＴＡＥ
　１−　Ｅ　ｎからの信号電圧を示す。第３Ｂ図におい
て、ｔ２は、スイッチＳＷが閉となっている期間を示す
。また、ｔｌは、ＡＤ変換に要する時間、ｔ３は、アナ
ログｅマルチプレクサＭＵＸのチャネルが切換わってか
ら信号電圧が整定するまでの時間を示す。さらに、Ｔは
、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの切換え周期である
。

この実施例のマルチプレクサ回路は、第３Ｂ図に示すよ
うに、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの入力チャネル
Ｘ１〜Ｘｎが順次切換わる毎に、その切換わり直後に、
スイッチＳＷを閉として、浮遊容量Ｃｓに蓄えられた電
荷を抵抗Ｒを介して放電する。そして、この電荷の放電
に十分な時間（ｔ２）経過後、再びスイッチＳ、Ｗを開
とする。

ＡＤ変換は、アナログΦマルチプレクサＭＵＸの出力電
圧が十分整定する時、即ち、アナログ・マルチプレクサ
ＭＵＸの次の入力チャネル切換え直前に行なわれる。

ここで、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの出力電圧ｅ
と、バイアス電源Ｅｂの電圧ｅｂとが、ｅ＞ｅｂの関係
にあれば、スイッチＳＷを閉とすると、浮遊容量Ｃｓに
蓄えられた電荷を抵抗゛Ｒおよびバイアス電ｔｉｌｔＥ
ｂを介して放電する。一方。

ｅ＜ｅ　ｂの関係にあれば、バイアス電源Ｅｂにより浮
遊容量Ｃｓを充電する。

上記充放電は、バイアス電圧ｅｂを基準として行なわれ
るため、第３Ａ図に示すように、高電圧、低電圧のいず
れであっても、これらの略中夫のレベルまで充放電すれ
ばよい。従って、入力信号の整定時間ｔ３（第３Ｂ図参
照）を上記第５図に示す回路に比べて、短縮することが
できる。

なお、−上記バイアス電源Ｅｂの電圧ｅｂは、アナログ
・マルチプレクサ回路で取扱う最大信号電圧（ｅｍａｘ
）に相当する直流電圧ｅｄｃを、第２図に示す抵抗ＲＡ
　、ＲＢとコンデンサＣとで構成される分圧回路にて分
圧して得られる。

次に、バイアス電圧ｅｂを、本実施例のアナログ舎マル
チプレクサＭＵＸで取扱う最大信号電圧の１／２に定め
た場合について説明する。

この場合アナログ・マルチプレクサＭＵＸが高い信号電
圧から低い電圧を選択した時（第３Ａ図■の状態）、低
い電圧から高い電圧を選択した時（第３Ａ図■の状態）
、または、連続的に高い電圧を選択した時（第３Ａ図■
の状態）であっても、所要整定時間は、はぼ同じにでき
る。しかも、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの入力電
圧が最大の時でも、最小の時でも、浮遊容量Ｃｓの充放
電の目標電圧は、バイアス電圧ｅｂのため、スイッチＳ
Ｗに流れる充放電電流を、バイアス電源がない場合に比
し、約１／２にできる。そのため、スイッチＳＷの最大
許容電波を、バイアス電源を有しない場合と同じにとる
ならば、抵抗Ｒの値は、バイアス電源を有しない場合の
１７２にすることができる。

その結果として、浮遊容量Ｃｓと抵抗Ｈの値で決る時定
数は、１／２になり、第３Ｂ図に示すように、スイッチ
ＳＷの閉時間ｔ２を、バイアス電源を有しない場合の１
／２にすることができる。

例えば、従来数百マイクロ秒であったものが、その１７
２の百マイクロ秒程度となる。このことは、アナログ・
マルチプレクサＭＵＸのチャネル選択周期を、バイアス
電源を有しない場合の１／２にすることができることを
示す。従って、高速のマルチプレクシング動作が可能と
なる。

く上記実施例の変形〉 上記実施例では、時定数補正回路を１個設けた例を示し
たが、抵抗値、或いは、／＜イアスミ圧の異なる複数の
時定数補正回路を、適当な選択スイッチを介して接続し
、アナログ・マルチプレクサＭＵＸの入力レベルに応じ
て適当なバイアス電圧のものを選択接続して、時定数の
補正を行なう構成としてもよい。

［発明の効果］ 以上説明ルだように本発明は、アナログ・マルチプレク
サＭＵＸの出力端子に、／＜イアスミ源を有する時定数
補正回路を接続するとｌ、％う簡単な構成で、取扱う入
力電圧の最大時の整定時間を短縮でき、また、浮遊容量
Ｃｓに蓄えられた電荷の放電所要時間の短縮ができて、
アナログφマルチプレクサＭＵＸの切変え周期を短縮し
て、高速スキャンを可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アナログ・マルチプレクサ回路の一実施
例を示す回路図、第２図は上記実施側番こ使用し得るバ
イアス電源の一例を示す回路図、第３Ａ図は一ヒ記実施
例におけるアナログーマＪレチプレクサＭＵＸの出力波
形を示す波形図、第３Ｂ図は」二記実施例におけるアナ
ログ・マルチプレクサＭＵＸ、スイッチおよびＡＤ変換
器の動作タイミングを示すタイムチャート、第４図は時
定数補正回路を有しないアナログ・マルチプレクサＭＵ
Ｘの出力波形を示す波形図、第５図は従来のアナログ・
マルチプレクサ回路の一例を示す回路図、第６図は上記
従来のアナログ・マルチプレクサ回路におけるスイッチ
の動作タイミングとマルチプレクサの出力波形を示す波
形図、第７図は上記従来のアナログ・マルチプレクサ回
路のマルチプレクサの出力波形を示す波形図である。 ＭＵＸ・・・アナログ・マルチプレクサＣｓ・・・浮遊
容量 ＳＷ・・・スイッチ Ｒ・・・抵抗 Ｅ　、ｂ・・・バイアス電源 Ａ・・・八ツファアンプ Ａ　Ｄ　’Ｃ・・・ＡＤ変換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ・マルチプレクサの出力端子と接地点間
   に、スイッチ、抵抗およびバイアス電源を直列接続して
   なる時定数補正回路を接続して成り、かつ、アナログ・
   マルチプレクサの入力チャネルを切換える毎に上記スイ
   ッチを開閉するスイッチ開閉制御手段を備えて成ること
   を特徴とするアナログ・マルチプレクサ回路。
2. （２）上記請求の範囲第１項において、上記バイアス電
   源の電圧値を、アナログ・マルチプレクサの入力最大電
   圧の約１／２に設定してなるアナログ・マルチプレクサ
   回路。
3. （３）上記請求の範囲第１項又は第２項において、上記
   スイッチとして常時開のスイッチを選定し、かつ、上記
   スイッチ開閉制御手段は、アナログ・マルチプレクサが
   入力チャネルを切換えた直後から、次の入力チャネル切
   換えまでの間の一定期間のみ閉となる信号を上記スイッ
   チに送る構成としてなるアナログ・マルチプレクサ回路
   。