JPS6234300A - 電圧パルスを電流に調整する変換器 - 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】 〔発明の分野〕 本発明はディジタル−を流変換器に関し持に（たトエば
マイクロプロセッサからの）ディジタル情報を（たとえ
ば２線式の４　ｍ　ｋないし２０ｍＡの伝送系に与えら
れる）アナログ？ｆｊ　４’Ｊｔに変換することのでき
る新規かつ有用な電圧パルスを電流に調整する変換器に
関する。

〔従来技術〕

２線式のアナログ伝送系は周知である。この種の系は、
電流ループを形成する２つの線によって電源に接続され
るトランスミッタを備える。このトランスミッタは、少
なくともその特徴の一つとして圧力又は温度などの状態
を検出するトランスジューサを備えている。この状態は
プロセス変＆（ＰＶｓＰｒｏａｅｓｓ　Ｖａｒｉｍｂｌ
ｅ　）として知られる。

電源が、電流ループを閉じるよう２本の線に接続される
。この電流ループに抵抗を設けることも一般に行われて
いる０トランスミツタはそのトランスジューサからの信
号を増幅しこの増幅された信号は、プロセス変数に比例
するか又はこれと関係したある一定の電流を１Ｈｚ源か
ら引き出すのに使用される。最低の４ｍＡから最大の２
０ｍＡまで引き出すことは普通である。４ｍＡないし２
０ｍＡの電流は抵抗を通り、この抵抗を横切っである電
圧降下が発生する。この電圧降下は測定されてプロセス
変数に関するある値を与える。

トランスミッタの回路を付勢するのに最低４ｍＡの電流
が必要とされることに注意されたい。この４ｍ人のレベ
ルよりも大きいいずれの過度の電流もプロセス変数を決
めるのに用いられる値となる。

この種の４ｍ人ないし２０ｍＡの２線式の系は正確さが
高々α１％近傍に限られてしまう。この種の系はトラン
スミッタを含めて実質的に一方向性であり、トランスミ
ッタは実質的に制ｇＩＪされずまた絶えず送信している
。

〔発明の概要〕

本発明は、マイクロプロセッサ技術の使用により２線式
アナログ伝送系全体の正確さを改善しその機能を拡張す
るものである。

本発明によれば、マイクロプロセッサをアナログ伝送系
の電流ループにインターフェースするための方法および
装置が提供される。

かくして、本発明の目的は、 選択された周波数および可変のデユーティサイクルをも
つ電圧パルスを発生するためのパルス発生手段と、 前記電圧パルスを受容するために、またこの電圧パルス
のデユーティサイクルに対応するレベルの電圧を発生す
るために前記パルス発生手段に接続され、前記選択され
た周波数よりも小ざＧ）カットオフ周波数をもつローパ
スフィルタと、前記レベルの電圧に比例する電流を引き
出すために、ローパスフィルタに接続される′電流引出
し手段とを備える電圧パルスを電流へ調整する変換器を
提供することである。

本発明の他の目的は、 選択された周波数および可変のデユーティサイクルをも
つ電圧パルスを発生し、 Ｗ正パルスのデユーティサイクルに対応するほぼ一定の
レベルの電圧を発生するために、前記電圧パルスを、前
記選択された周波数よりも小ざいカットオフ周波数をも
つローパスフィルタに４えて低周波ｐ波を行い、 前記レベルの電圧に比例する電流を引き出す諸ｌ！＋２
階を備える電圧パルス情報をアナログ電流に変換する方
法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、マイクロプロセッサ技術を
利用しておりまた設計が簡単で構造が竪牢で製造費用の
安いディジタル−アナログＣＤ／Ａ）変換回路を提供す
ることである。

〔好ましい実施例の詳細な説明〕

図面を参照すると、第１図に例示の本発明は電圧パルス
を電流に調整する変換器を具備し１この電圧パルスを電
流に調整する変換器は、マイクロプロセッサ１０と、 マイクロプロセッサ１０の出力に接続されているローパ
スフィルタ１２と、 シーバスフィルタ１２の出力に接続されているループ電
流ｍ整回路１４と、 ループ電流調整回路１４によって引き出される電流に応
じて電流ルー１１８へ電力を与える′ｆＩＬ諒１６とを
備える。

マイクロプロセッサ１０は、従来と同様のアナログ−デ
ィジタルコンバータ（Ａ／Ｄフンバータ）２０より入力
される。Ａ／Ｄ−ンバータ２０は、圧力又は温度などの
プロセス変数２４を受容するシランスジエーサ又はセン
サ２２より入力される。

マイクロプロセッサ１０は、第２ｖ！Ｊに例示のような
デユーティサイクルが可変の電圧パルスを発生するよう
企図されている。これら電圧パルスは１６ｍ−の周期を
もっている。第２図に図示される電圧パルスのデユーテ
ィサイクルは、約半分のパルス持続期間は正の５ｖがま
た次の半分のパルス持続期間にはＯｖが発生するように
なっている。

第３図および第４図は１サイクルあたり１６ｍ−のパル
ス持続期間をもつ電圧パルスを図示しているＯ マイクロプロセッサとして使用できる周知のものの例は
、モトローラ社のモデル６８ＨＣ１１又はモデル６８Ｈ
ＣＯ５−Ｃ４である。

センサスはトランスジューサ２２は、差圧測定用の既知
のタイプとされる。その例は薄膜歪ゲージである。

Ａ／Ｄフンパータ２０として使用可能の周知のものは、
ナショナルのＡＤＣｊＯｏｌである。

田−パスフィルタ１２もまた周知の構造とされたとえば
２次のベッセルフィルタとされる。

電流ルー１１８は２線式の４ｍＡないし２０ｍＡのルー
プを形成する。Ｍ、源１６は周知の構造とされたとえば
１２’／ないし４２Ｖの直流電源とされる。

第２図ないし第４図に示されるように、マイクロプロセ
ッサ１０により与えられるデユーティサイクルが可変の
電圧パルスのデユーティサイクルに応じて、ローパスフ
ィルタ１２は電圧パルスのデユーティサイクルに比例又
は対応するあるレベルの電圧（この場合は負電圧）を発
生する。ローパスフィルタ１２は、マイクロプロセッサ
１０が発生する複数の電圧パルスの周波数よりも十分に
低いカットオフ周波数をもつよう選択される。１Ｈｚの
カットオフ周波数が１６ｒｎ−のパルス幅をもつ電圧パ
ルスに対して有効であることが見出された。

第２図に示されるように約半分のパルス幅は高い電圧レ
ベルである場合のデユーティサイクルは約−α５ｖの電
圧を発生する。第３図に示されるように、より長いデユ
ーティサイクルのパルスは−ｔＯＶの電圧を発生し、一
方第４図に示されるように、非常に短いデユーティサイ
クルのものは−０，２Ｖという非常に低い電圧を発生す
る。

ｋ−１１を流ｍ１ｌｌ路１４は、ローパスフィルタ１２
からの直流電圧をその正端子に受ける差動増幅器３０を
具備する。差動増幅器３０の出力は、四−パスフィルタ
１２からの電圧レベルに比例した量だけトランジスタ３
２をターンオンするために、このトランジスタ３２のベ
ースに接続されている。ＰＮＰ形のトランジスタ３２の
エミッタは、フィードバックループで差動増幅器３０の
負入力に接続されているので、エミッタの電圧は、四−
パスフィルタ１２の出力から差動増幅器３０の正入力へ
の電圧と等しい。電＃１６の正端子はダイオード５４お
よび抵抗３６と直列にトランジスタ３２のエミッタに接
続されている。トランジスタ３２のコレクタは電源１６
の負端子に接続されている。

差動増幅器３０の正入力およびトランジスタ５２のエミ
ッタに現われる電圧は、電源１６から引き出されトラン
ジスタ３２を通るしたがって電流ループ１日を通る電流
の量を決定する。これは、４ｍＡないし２０ｔｏＡの電
流である。

ローパスフィルタ１２のカットオフ周波数が１Ｈｚの場
合は、ローパスフィルタ１２は、４ｍＡで電流ルー１１
８に一〇、２Ｖを出力し、２０ｍＡで−ｔＯＶを出力す
る。

本発明は、電流が電源１６から引き出される正確さを相
当に改善するものである。

より一層の高い正確さは第５図の実施例で可能である。

第５図には、同一の参照番号が、同−又は同様の要素を
示すのに使用されている。

ループ電流１４盛回路１４には、ループ１８に現われる
のと同様の電流を運ぶ追加の出力３５が設けられ−る。

この電流は、第１図のＡ／Ｄフンパータ２０と同様のＡ
／Ｄフンバータ４０に印加されるＯＡ／Ｄコンバータ４
０は、四−パスフィルタ１２に印加される電圧パルスの
デユーティサイクルを修正するためにマイクロプロセッ
サ１０に与えられるディジタル信号を出力する。

マイク四プロセッサ用のフィードバックルーズの設置に
より電流ループ１８での電流に対する非常に正確な制御
が可能となる。このことは特に、温度の変化によりもた
らされる回路のドリフトを回避するのに有用である。ド
リフトをできるだけ小さくするために、周知の技術が、
本発明での部品に使われる回路を設計する際に付随され
るけれども、ある種の濡変に関連したドリフトは依然と
して発生する。Ａ／Ｄコンバータ４０を通るフィードバ
ックループを与えることにより、マイクロプロセッサ１
０は、電流ループ１８での電流に関する（ディジタル形
式での）正確な読みを得ることができまたマイクロプロ
セッサ１０からローパスフィルタ１２へ与えられる電圧
パルスのデユーティサイクルの適当な修正が行われる。

たとえば、もしループ１Ｂの電流を正確に１５ｍＡに等
しく調整したいならば、マイクｐブロセッサ１０は適当
なデユーティサイクルをもつ電圧パルスを発生しこれら
の電圧パルスをローパスフィルタ１２へ与える。これに
より、電源１６から１５ｍ人の電流を引き出すためにル
ープ電流調整回路１４で処理されるローパスフィルタ１
２の出力から適当な電圧レベルが発生する。もし、電流
が１５ｍ人からドリフトしはじめたならば、この電流の
変化はＡ／Ｄコンバータ４０からのディジタル信号に影
響を与える。その後、マイクロプロセッサ１０はこのデ
ィジタル信号を読み出すことができ、電流ルー１１８で
再び１５ｍ人に達するまで、ローパスフィルタ１２に与
えられる電圧パルスのデユーティサイクルに適当な修正
が施される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された回路のブロック図であ
る。第２図は、どのようにして可変のデユーティサイク
ルの電圧パルスがそのパルスのデユーティサイクルに比
例したある一定のレベルの電圧に変換されるかを示すグ
ラフ図である。第３図はデユーティサイクルを変えるの
に電圧パルスを拡げた場合の効果を示す第２図と同様の
グラフ図である。第４図は、デユーティサイクルを変え
るのにパルスを狭くしたことによる効果を示す第３図と
同様のグラフ図である。第５図はフィードバックループ
を有する本発明の他の実施例を示すブロック図である。 図中の各参照番号が示す名称を以下に挙げる。 １０：マイクロプロセッサ １２：ローパスフィルタ １４：ループ電流調整回路 １６：電源 １Ｂ＝電流ループ ２０　：　Ａ／Ｄコンバータ ２２ニドランスジユーサ（センサ） ２４：プロセス変数 ３０：差動増幅器 ３２：トランジスタ ３４：ダイオード ３５：出力 ３６：抵抗 ４０　：　Ａ／Ｄコンバータ ゛・、ノ ＲＧ、　７ ＦＩＧ、５

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択された周波数および可変のデューティサイク
   ルをもつ電圧パルス列を発生するためのパルス発生手段
   と、 前記電圧パルス列を受容するために、またこの電圧パル
   ス列のデューティサイクルに対応するレベルの直流電圧
   を発生するために前記パルス発生手段に接続され、前記
   選択された周波数よりも小さいカットオフ周波数をもつ
   ローパスフィルタと、前記直流電圧のレベルに比例する
   電流を引き出すために、ローパスフィルタに接続される
   電流引出し手段とを備える電圧パルスを電流へ調整する
   変換器。
2. （２）パルス発生手段は、選択された固定周波数および
   可変のデューティサイクルをもつ電圧パルス列を発生す
   るためのマイクロプロセッサを備える特許請求の範囲第
   １項記載の変換器。
3. （３）４ｍＡないし２０ｍＡの電流を与えるための電源
   と前記電流引出し手段によって電源から引き出される電
   流を運ぶために電源と電流引出し手段との間に接続され
   る電流ループとを備える特許請求の範囲第１項記載の変
   換器。
4. （４）電流引出し手段は、 前記レベルの直流電圧を受容するためにローパスフィル
   タに接続される一入力およびこれとは別の一入力および
   一出力をもつ差動増幅器と、前記差動増幅器の一出力に
   接続されるベースを有し、前記差動増幅器の別の一入力
   に接続され、前記直流電圧のレベルに比例する電流が流
   れるトランジスタとを備える特許請求の範囲第１項記載
   の変換器。
5. （５）４ｍＡないし２０ｍＡの電流を供給するための電
   源とこの電源に接続され前記トランジスタのエミッタお
   よびコレクタを横切って接続される電流ループとを備え
   る特許請求の範囲第４項記載の変換器。
6. （６）電源と前記トランジスタのエミッタおよびコレク
   タの一つとの間には、直列に接続されるダイオードおよ
   び抵抗を備える特許請求の範囲第５項記載の変換器。
7. （７）パルス発生手段は、 選択された固定周波数および可変のデューティサイクル
   の電圧パルス列を発生するためのマイクロプロセッサを
   備える特許請求の範囲第６項記載の変換器。
8. （８）ローパスフィルタは約１Ｈｚのカットオフ周波数
   をもつよう選ばれる特許請求の範囲第７項記載の変換器
   。
9. （９）パルス発生手段は、 ディジタル信号を受容しこのディジタル信号に応じて電
   圧パルスを修正するための入力をもつマイクロプロセッ
   サと、 電流引出し手段によって引き出される電流の関数として
   前記ディジタル信号を発生するために、電流引出し手段
   とマイクロプロセッサとの間に接続されるＡ／Ｄコンバ
   ータとを備える特許請求の範囲第１項記載の変換器。
10. （１０）ローパスフィルタは１Ｈｚのカットオフ周波数
    をもつ特許請求の範囲第９項記載の変換器。
11. （１１）選択された周波数および可変のデューティサイ
    クルをもつ電圧パルス列を発生し、 電圧パルス列のデューティサイクルに比例するレベルの
    直流電圧を発生するために、前記電圧パルス列を、前記
    選択された周波数よりも小さいカットオフ周波数で低周
    波ろ波し、 印加される直流電圧に応じて電流ループを通る電流の量
    を調整する回路を電流ループに接続し、電流ループの電
    流を調整するために前記回路に前記レベルの直流電圧を
    与えることからなる電流ループの電流を調整する方法。
12. （１２）６０Ｈｚよりも大きな周波数をもつよう電圧パ
    ルス列を発生せしめこの電圧パルス列を１Ｈｚよりも小
    さいカットオフ周波数で低周波ろ波することを備える特
    許請求の範囲第１１項記載の方法。
13. （１３）電流ループの電流を測定し、 測定された電流をディジタル信号に変換し、このディジ
    タル信号をマイクロプロセッサに与え、 電流ループで測定された電流を所望の電流に変えるため
    に、デューティサイクルが可変の電圧パルス列を発生し
    この電圧パルス列のデューティサイクルを修正するよう
    マイクロプロセッサを利用することを含む特許請求の範
    囲第１１項記載の方法。
14. （１４）６０Ｈｚよりも高い周波数をもつよう電圧パル
    ス列を発生しこの電圧パルス列を、１Ｈｚよりも低いカ
    ットオフ周波数で低周波ろ波させることを含む特許請求
    の範囲第１３項記載の方法。