JPS6379418A - アナログマルチプレクサ - 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、アナログ入力信号をスイッチ回路によって選
択的に出力側に送り出すアナログマルチプレクサに関す
る。

〔従来の技術〕

例えば計測制御装置においては、複数の計測器から出力
されるアナログ信号を、選択的に時分割的にアナログデ
ィジタル変換器に接続してその出力を受け入れ、処理す
るようにしている。

この接続の切り換えのために、計測器とアナログディジ
クル変換器との間にアナログマルチプレクサが挿入され
る。特１乙計測器と計測制御装置との間を電気的に遮断
する必要がある場合、このマルチプレクサ内で、その入
力端と出力側とを絶縁する回路構成が採用されている。

このようなアナログマルチプレクサの一般的な回路構成
を第５図のブロック図によって説明する。

このアナログマルチプレクサは、ｎ個のアナログ入力信
号を受け入れるｎ組の入力端子Ｔ１〜Ｔｎと、各入力端
子Ｔ１〜Ｔｎを通じてこれらの入力信号を受け入れるｎ
個のフィルタＦ１〜Ｆｎと、ｎ個のスイッチ８１〜Ｓｎ
とがそれぞれ直列に接続され、各スイッチ８１〜Ｓｎの
出力はすべて１組の出力端子１０に接続される構成とな
っている。

従来、このスイッチ８１〜Ｓｎとしてメカニカルリレー
を使用した方式のものや、ＣＭＯＳ半導体スイッチを使
用した方式のものが採用されている。

第６図はメカニカルリレーを使用したスイッチの動作説
明図である。

このスイッチは、無極性コンデンサ１２の両端にメカニ
カルリレーのトランスファー接点１３を接続したもので
、第１のタイミングで入力端子１１から入力する入力信
号を無極性コンデンサ１２に充電しく第６図ａ）、第２
のタイミングでその充電電荷を出力端子１０側に受け渡
すよう、接点１３の接続を切り換える回路である（第６
図ｂ）。第２のタイミング（第６図ｂ）の後は、再び第
１のタイミングの状態（第６図Ｃ）にもどる。

こうして、入力信号は入力端子１１と電気的に絶縁され
た状態で出力端子１０側に転送される。

また、第７図は、ＣＭＯＳ半導体スイッチを使用したス
イッチの動作説明図である。

このスイッチは、無極性コンデンサ１２の両端にそれぞ
れ、通常閉接点１４と通常開接点１５とを接続したもの
で、第１のタイミングで入力信号が通常閉接点１４を通
じて無極性コンデンサ１２を充電しく第７図ａ）、第２
のタイミングで通常閉接点１４が開き、通常開接点１５
が閉じて、その充電電荷を出力端子１０側に受け渡すく
第７図ｂ）。続いて再び、各接点１４．１５は、第１の
タイミングと同一の接続状態に復帰する（第７図Ｃ）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、第６図に示したようなメカニカルリレーを使用し
たアナログマルチプレクサは、入出力端子間で１００Ｏ
Ｖ程度の高い絶縁耐圧を得ることができる反面、そのス
イッチング動作および寿命の両面に配慮すると、スイッ
チングの高速性がある程度制限されてしまう。また、こ
の種の回路には一般に水銀リレーが使用されるが、その
構造上取り付は方向が制限され、取り扱いが簡便でない
欠点があった。

一方、ＣＭＯＳ半導体スイッチを使用したアナログマル
チプレクサは、事実上寿命が半永久的で、高速スイッチ
ングが可能な反面、その入出力端子間の絶縁耐圧が３０
Ｖ程度の低い値に制限されてしまう欠点があった。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、入出力端
子間絶縁耐圧が高く、かつ高速スイッチングの可能なア
ナログマルチプレクサを提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のアナログマルチプレクサは、複数のアナログ入
力信号をそれぞれ受け入れる複数の入力スイッチと、こ
れらの入力スイッチに接続されて上記各入力信号により
それぞれ所定のタイミングで充電される複数の無極性コ
ンデンサと、各無極性コンデンサの充電電荷を上記所定
のタイミングと異なるタイミングで外部回路に向けて出
力する複数の出力スイッチとからなり、上記入力スイッ
チと出力スイッチとはいずれも、互いに逆極性で接続さ
れた少なくとも一対の電界効果トランジスタと、その接
続点と上記電界効果トランジスタのゲートとの間に接続
された光起電力素子と、この光起電力素子に対向させて
配置したスイッチング制御用発光素子とから構成される
ことを特徴とするものである。

〔実施例〕

第１図は、本発明のアナログマルチプレクサの実施例を
示すブロック図である。

このアナログマルチプレクサは、ｎ組の入力端子Ｔ１〜
Ｔｎと、１組の出力端子１０を有している。

第１番目の入力端子Ｔ１から入力信号を受け入れる入力
ラインには、順に、外来雑音を遮断するだめのフィルタ
Ｆ１と、ラインに直列に挿入された一対の入力スイッチ
Ｓｌｌ、５１２と、ラインに並列接続された無極性コン
デンサＣ１と、ラインに直列に挿入された一対の出力ス
イッチＳ１３、Ｓ１４とが接続され、その出力が出力端
子１０に接続される結線となっている。他の入力端子Ｔ
２〜Ｔｎにつながる入力ラインについても全く同様に、
フィルタＦ２〜Ｆｎ１入力スイッチ５２１、Ｓ２２〜Ｓ
ｎ１、Ｓｎ２、無極性コンデンサＣ２〜Ｃｎ、出力スイ
ッチＳ２３、Ｓ２４〜Ｓｎ３、Ｓｎ４が接続されている
。

一方、すべての入力ラインの入力スイッチＳｌｌ、Ｓ１
２〜Ｓｎ１、Ｓｎ２は、その端子■と端子Ｇを介して直
列に接続され、入力スイッチＳｎ２の端子Ｇには、これ
らに駆動パルス２１を供給するための、インバータ２２
とノア回路２３とセレクタ２４とからなる駆動回路が接
続されている。また、入力スイッチＳｌｌの端子■には
、バイアス電圧■Ｓ○が印加されている。これに対して
、出力スイッチＳ１３．３１４〜Ｓｎ３、Ｓｎ４は、各
ラインごとに端子■、Ｇを介して直列接続され、一方の
出力スイッチＳ１３〜Ｓｎ３の端子■にバイアス電圧■
Ｓ○が印加され、他方の出力スイッチ３１４〜Ｓｎ４の
端子Ｇに対しては、上記駆動回路のセレクタ２４のｎ本
の出力ＲＧ１〜ＲＧｎが、インバータ２６１〜２６ｎを
介してそれぞれ入力するよう結線されている。

この実施例においては、上記入力スイッチＳｌｌ、Ｓ１
２〜Ｓｎ１、Ｓｎ２と出力スイッチＳ１３．８１４〜′
ｓｎ３、Ｓｎ４とは、全く同一の第２図に示すような回
路構成のものを採用した。

このスイッチは、端子■と端子０の間に、互いに逆極性
に接続された一対のｎチャンネルパワーＭＯ３ＦＥＴ３
１．３２（電界効果トランジスタ）と、その接続点３３
とＦＥＴ３１．３２のゲートＣとの間に挿入された光起
電力素子３４と、この光起電力素子３４に対向させて配
置され、端子■と端子Ｇとの間に挿入されたスイッチン
グ制御用の発光素子３５とから構成されている。このｎ
チャンネルパワーＭＯ３ＦＥＴ３１ζ３２は、人出方間
絶縁耐圧が通常５００■以上である。各スイッチにおい
て一対のＦＥＴ３１．３２は、それぞれ互いに逆極性に
接続されているため、その接続点３３はスイッチオフ時
、入力側からも出力側からも絶縁された状態になる。

ここで、第２図のスイッチの端子■と端子Ｇとの間に所
定の駆動電圧が印加されると、発光素子３５に電流が流
れて発光し、その光エネルギを受けて光起電力素子３４
の両端子間に所定の電圧が発生する。この電圧は、２つ
のＦＦ、Ｆ３１．３２のソースＳとゲート０間に印加さ
れ、双方のＦＥＴ３１．３２が同時にオンになる。発光
素子３５へ流れ込む電流が停止すると、光起電力素子３
４の両端に発生していた電圧が消滅し、ＦＥＴ３１．３
２は再びオフになる。スイッチ３１１〜Ｓη４はこのよ
うにして動作する回路で、端子■と端子Ｇとの間に所定
の駆動電圧が印加されている間だけ端子Ｉと端子○との
間を導通させる働きをする。

第３図に、第１図に示した本発胡のアナログマルチプレ
クサの動作を説明するタイムチャートを図示した。

まずセレクタ２４く第１図）に、客人カラインごとに定
められた固有のアドレス符号Δ１〜Ａｎが順に入力する
（第２図ａ）。はじめに入力端子Ｔ１に接続された第１
番目の入力ラインに対応するアドレス符号Δ１が入力し
、次に第２番目の入力ラインに対応するアドレス符号Ａ
２、・・・・・・というように、最後の入力ラインに対
応するアドレス符号Ａｎまで順に一定間隔で、セレクタ
２４に入力する。

セレクタ２４には別に、選択パルス４１が、各アドレス
符号と同一タイミングで入力する（第３図ｂ）。セレク
タ２４は、アドレス符号Ａ１〜Ａｎによって選択された
出力端子に選択パルス４１を出力させる。これが駆動パ
ルスＲＧＩ〜ＲＧｎとなる（第３図ｃ　−ｅ　）。

ここで、すべての入力スイッチは通常開となるようバイ
アス電圧■ＳＯが設定されている。そして、セレクタ２
４のいずれかの出力端子から駆動パルスが出力させると
、ノア回路２３とインバータ２２を通じて、これらのス
イッチを一斉に所定時間オフさせるための電圧が印加さ
れろく第３図ｆ）。これによって、各入力スイッチＳｌ
ｌ、５１２〜Ｓｎｌ〜Ｓｎ２が同時にオフする。なお、
コンデンサＣ１〜Ｃｎには、それぞれその直前の一定時
間で、入力端子Ｔ１〜Ｔｎに入力する入力信号に対応す
る電荷が充電されている。′一方、セレクタ２４からは
、駆動パルスＲＧＩ〜ＲＧｎが、アドレス符号Ａ１．、
Ａ２・・・・・・Ａｎの順に、各ラインに排他的に供給
される（第３図ｇ〜１）。その結果、アドレス符号Ａ１
がセレクタ２４に入力したとき、第１番目の入力ライン
の入力スイッチＳｌｌ、Ｓ１２がオフになり、これとは
逆に出力スイッチＳ１３、Ｓ１４がオンになって、無極
性コンデンサＣ１に充電された電荷が、出力端子１０を
通じて出力される。第２番目以下、第ｎ番目までの入力
ラインについても、それぞれアドレス符号Ａ２〜Ａｎが
セレクタ２４に入力するタイミングで出力スイッチＳ２
３、Ｓ２４〜Ｓｎ３、Ｓｎ４がオンされ、無極性コンデ
ンサＣ１〜Ｃｎに充電された電荷が排他的に順に出力端
子１０に出力される。

〔変形例〕

本発明のアナログマルチプレクサは以上の実施例に限定
されない。

例えばその各スイッチについて、第４図に示したように
、２対のＦＥＴ３１．３２．３１′、３２′を直列接続
して、これらを２つの発光素子３５．３５′を用いて同
時駆動するようにしてもよい。こうすればその出力端子
間の絶縁耐圧を第２図のものの２倍にすることができる
。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明のアナログマルチプレクサによれば
、入出力端子間の絶縁耐圧を、メカニカルリレ一方式と
同等にすることができ、かつスイッチング動作を高速化
することができる。しかも、寿命は半永久的なものとな
り、取り付は方向等の制限を受けることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアナログマルチプレクサの実施例を示
すブロック図、第２図はその各スイッチの詳細な結線図
、第３図は本発明のアナログマルチプレクサの動作を説
明するタイムチャート、第４図は各スイッチの別の実施
例を示す結線図、第５図は従来一般に使用されているア
ナログマルチプレクサのブロック図、第６図はこれにメ
カニカルリレーを使用したものの動作説明図、第７図は
ＣＭＯＳアナログスイッチを使用したものの動作説明図
である。 １０・・・・・・出力端子、 ３１．３２・・・・・・電界効果トランジスタ、３４・
・・・・・光起電力素子、 ＣＩ・・・・・・無極性コンデンサ、 Ｔ１〜Ｔｎ入力端子、 Ｓｌｌ、３１２〜 Ｓｎ１、Ｓｎ２・・・・・・入力スイッチ、Ｓ１３、Ｓ
１４〜 Ｓｎ３、Ｓｎ４・・・・・・出力スイッチ。 出　願　人　　　　　日本電気株式会社代　理　人　　
　　　弁理士　山内　梅雄第１　図 兆 第３図 （ｒ　）Ｓｌ−１３、ｓｒ＋４＋＋＋」］−第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のアナログ入力信号をそれぞれ受け入れる複数の入
   力スイッチと、これらの入力スイッチに接続されて前記
   各入力信号によりそれぞれ所定のタイミングで充電され
   る複数の無極性コンデンサと、各無極性コンデンサの充
   電電荷を前記所定のタイミングと異なるタイミングで外
   部回路に向けて出力する複数の出力スイッチとからなり
   、前記入力スイッチと出力スイッチとはいずれも、互い
   に逆極性で接続された少なくとも一対の電界効果トラン
   ジスタと、その接続点と前記電界効果トランジスタのゲ
   ートとの間に接続された光起電力素子と、この光起電力
   素子に対向させて配置したスイッチング制御用発光素子
   とから構成されることを特徴とするアナログマルチプレ
   クサ。