WO2023026944A1 - スレーブ回路およびそれを用いた遠隔制御システム - Google Patents

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    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines

Definitions

  • the present disclosure relates to a slave circuit controlled by a master circuit.
  • a power supply voltage is supplied from a master circuit to one or more slave circuits connected to it via a bus, and communication is performed between the master circuit and the slave circuits by modulating the voltage of the bus.
  • a system referred to as a remote control system.
  • the present disclosure has been made in such a situation, and one exemplary object of certain aspects thereof is to provide a slave circuit capable of receiving a communication signal from a master circuit with low power consumption.
  • a slave circuit is a slave circuit connected to a master circuit via a bus, and includes a first input pin to be connected to a first wire forming the bus and a second wire forming the bus. a diode bridge circuit connected to the first input pin and the second input pin to generate a supply voltage for the slave circuit; a first voltage to the first input pin and a second voltage to the second input pin; a receiving circuit including an amplifier for receiving the voltage and receiving a signal transmitted by the master circuit over the bus based on the output of the amplifier.
  • power consumption can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram of a telecommunications system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a slave circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration of the slave circuit.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration of the front end circuit.
  • a slave circuit is connected to a master circuit via a bus.
  • the slave circuit is connected to a first input pin to be connected to the first wire forming the bus, a second input pin to be connected to the second wire forming the bus, the first input pin and the second input pin, and a slave including a diode bridge circuit for generating a supply voltage for the circuit, and an amplifier for receiving a first voltage on a first input pin and a second voltage on a second input pin, based on the output of the amplifier transmitted by the master circuit over the bus. a receiving circuit for receiving the signal.
  • the receiving circuit is connected to the input side of the diode bridge circuit, not to the output side of the diode bridge circuit.
  • the receiving circuit may further include a comparator having a first input terminal for receiving the output of the amplifier and a second input terminal for receiving a predetermined threshold voltage.
  • the receiving circuit may include two sets of amplifiers and comparators. In this case, signals can be correctly received by selectively using the two sets according to the polarities of the first and second wires.
  • a state in which member A is connected to member B refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, as well as a case in which member A and member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • the state in which member C is connected (provided) between member A and member B refers to the case where member A and member C or member B and member C are directly connected. In addition, it also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect their electrical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • FIG. 1 is a block diagram of a telecommunications system 10 according to an embodiment.
  • Telecommunications system 10 comprises master circuitry 20 , slave circuitry 30 and bus 12 .
  • Master circuit 20 and slave circuit 30 are connected via bus 12 .
  • the busbar 12 includes a first wire W1 and a second wire W2.
  • the master circuit 20 supplies DC power supply voltage (power) to the slave circuit 30 via the bus 12 .
  • the master circuit 20 generates a potential difference corresponding to the power supply voltage between the first wire W1 and the second wire W2.
  • the potential difference is not particularly limited, but may be 5V, 6V, 8V, 12V, 24V, and the like.
  • the slave circuit 30 is configured to be operable using the potential difference between the first wire W1 and the second wire W2 as the power supply voltage. Master circuit 20 and slave circuit 30 are configured to communicate via bus 12 . Specifically, the master circuit 20 transmits a signal to the slave circuit 30 by changing the potential difference between the first wire W1 and the second wire W2. Similarly, the slave circuit 30 also transmits a signal to the master circuit 20 by changing the potential difference between the first wire W1 and the second wire W2.
  • a plurality of slave circuits 30 may be connected to the bus 12 .
  • an identification number (ID) is assigned to the plurality of slave circuits 30 .
  • the master circuit 20 embeds an identification number in the head part (preamble) of communication to specify the communication partner.
  • the preamble of the received signal contains its own identification number, the plurality of slave circuits 30 determine that they themselves are the object of communication and respond to the signal from the master circuit 20 .
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the slave circuit 30 according to the embodiment.
  • the slave circuit 30 includes a first input pin IN1, a second input pin IN2, a diode bridge circuit 32, an internal circuit 34, and a communication circuit 36.
  • the input of the diode bridge circuit 32 is connected to the first input pin IN1 and the second input pin IN2.
  • a diode bridge circuit 32 rectifies the voltage between the two wires W1 and W2.
  • Power supply voltage Vcc of slave circuit 30 is generated using the voltage after rectification by diode bridge circuit 32 .
  • the internal circuit 34 has functions according to the application of the slave circuit 30, executes processing according to control commands from the master circuit 20, and responds to inquiries from the master circuit 20.
  • the communication circuit 36 receives signals from the master circuit 20 and transmits signals to the master circuit 20 .
  • Communication circuitry 36 includes a receiver circuit 40 and a transmitter circuit 50 .
  • the master circuit 20 sends signals to the slave circuit 30 by changing the potential difference between the two wires W1, W2. Therefore, the receiving circuit 40 is configured to be able to detect changes in potential difference between the two wires W1 and W2.
  • the slave circuit 30 transmits a signal to the master circuit 20 in response to an inquiry from the master circuit 20 .
  • the transmission circuit 50 is configured to be able to transmit a signal to the master circuit 20 by changing the potential difference between the two wires W1, W2.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration of the slave circuit 30.
  • the receiving circuit 40 includes front end circuits 42_1, 42_2 and a demodulator 48.
  • FIG. The front end circuits 42_1 and 42_2 determine H/L of the signal received from the master circuit 20.
  • FIG. Front end circuit 42_1 includes amplifier 44 and comparator 46 .
  • the amplifier 44 compares the first voltage V1 of the first input pin IN1 and the second voltage V2 of the second input pin IN2 and generates a first signal S1 indicating the comparison result.
  • a comparator 46 compares the first signal S1 produced by amplifier 44 with a threshold voltage V TH to produce a second signal S2.
  • the second signal S2 becomes a reception signal RX1 indicating H/L of the signal received by the slave circuit 30.
  • FIG. The demodulator 48 demodulates the received data based on the received signal RX1.
  • the front-end circuit 42_2 is configured similarly to the front-end circuit 42_1, but the polarity of the first-stage amplifier 44 is opposite to that of the front-end circuit 42_1.
  • the demodulator 48 receives the outputs of the two front-end circuits 42_1 and 42_2.
  • the demodulator 48 can receive signals correctly by selectively using the outputs RX1, RX2 of the two front-end circuits 42_1, 42_2 according to the polarities of the first wire W1 and the second wire W2.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the front end circuit 42_1.
  • the amplifier 44 includes resistors R1 to R4 and an operational amplifier OA1.
  • the first resistor R1 is connected between the non-inverting input terminal (+) of the amplifier 44 and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OA1.
  • a second resistor R2 is connected between the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OA1 and ground.
  • the third resistor R3 is connected between the inverting input terminal (-) of the amplifier 44 and the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OA1.
  • a fourth resistor R4 is connected between the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OA1 and the output of the operational amplifier OA1.
  • the configuration of the slave circuit 30 is as described above.
  • the advantage of this slave circuit 30 becomes clear by comparison with the comparison technique.
  • the receiving circuit is connected to the output node of the diode bridge circuit 32 and receives the signal from the master circuit 20 based on the voltage fluctuation of the output voltage of the diode bridge circuit 32.
  • the output voltage of the diode bridge circuit 32 can be divided by a resistance voltage dividing circuit and then compared with a threshold value by a voltage comparator.
  • the resistance voltage dividing circuit forms a discharge path, a leakage current flows through the discharge path of the resistance voltage dividing circuit during a period in which communication is not performed, resulting in increased power consumption.
  • FIG. 1 when connecting a plurality of slave circuits 30 to a common bus 12, it is necessary to design the master circuit 20 to have a large current supply capability.
  • the receiving circuit 40 is connected to the input side of the diode bridge circuit 32 instead of the output side of the diode bridge circuit 32.
  • the input impedance of the receiving circuit 40 is high, and a wasteful leakage current flows from the bus 12. can be prevented, and the power consumption of the slave circuit 30 can be reduced.
  • the slave circuit 30 is a temperature sensor, a vibration sensor, or the like centrally managed by the master circuit 20, and responds to control from the master circuit 20 and sends back the measured temperature and acceleration to the master circuit 20.
  • the slave circuit 30 may be electrical or mechanical components such as relays and switches that are centrally managed by the master circuit 20 .
  • FIG. 3 the configuration in which two front end circuits 42 are provided in order to deal with the switching of the polarities of the two wires W1 and W2 has been described, but this is not the only option.
  • a single front-end circuit 42 may be provided, and the amplifier 44 may be configured so that the polarity (plus, minus) of its inputs can be switched. In this case, the polarity can be determined by comparing the magnitude relationship between the input pin IN1 and the second input pin IN2 while communication is not being performed.
  • the present disclosure relates to a slave circuit controlled by a master circuit.

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Abstract

スレーブ回路30は、母線12を介してマスター回路20と接続される。第1入力ピンIN1は、母線12を形成する第1ワイヤW1と接続され、第2入力ピンIN2は、母線12を形成する第2ワイヤW2と接続される。ダイオードブリッジ回路32は、第1入力ピンIN1と第2入力ピンIN2と接続され、ダイオードブリッジ回路32の出力電圧に応じてスレーブ回路30の電源電圧が生成される。受信回路40は、第1入力ピンIN1の第1電圧V1と第2入力ピンIN2の第2電圧V2を比較するアンプ44を含み、マスター回路20が母線12を介して送信した信号を受信する。

Description

スレーブ回路およびそれを用いた遠隔制御システム
 本開示は、マスター回路により制御されるスレーブ回路に関する。
 あるマスター回路から、それに接続されるひとつまたは複数のスレーブ回路に対して、母線を介して電源電圧を供給しつつ、母線の電圧を変調することにより、マスター回路とスレーブ回路の間で通信を行うシステム(遠隔制御システムという)がある。
特許第6808814号公報
 本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、マスター回路からの通信信号を低消費電力で受信可能なスレーブ回路の提供にある。
 本開示のある態様のスレーブ回路は、母線を介してマスター回路と接続されるスレーブ回路であって、母線を形成する第1ワイヤと接続されるべき第1入力ピンと、母線を形成する第2ワイヤと接続されるべき第2入力ピンと、第1入力ピンと第2入力ピンと接続され、スレーブ回路の電源電圧を生成するダイオードブリッジ回路と、第1入力ピンの第1電圧と第2入力ピンの第2電圧を受けるアンプを含み、アンプの出力にもとづいてマスター回路が母線を介して送信した信号を受信する受信回路と、を備える。
 なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本開示の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
 本開示のある態様によれば、消費電力を削減できる。
図1は、実施形態に係る遠隔通信システムのブロック図である。 図2は、実施形態に係るスレーブ回路の回路図である。 図3は、スレーブ回路の具体的な構成を示す回路図である。 図4は、フロントエンド回路の具体的な構成を示す回路図である。
(実施形態の概要)
 本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
 一実施形態に係るスレーブ回路は、母線を介してマスター回路と接続される。スレーブ回路は、母線を形成する第1ワイヤと接続されるべき第1入力ピンと、母線を形成する第2ワイヤと接続されるべき第2入力ピンと、第1入力ピンと第2入力ピンと接続され、スレーブ回路の電源電圧を生成するダイオードブリッジ回路と、第1入力ピンの第1電圧と第2入力ピンの第2電圧を受けるアンプを含み、アンプの出力にもとづいてマスター回路が母線を介して送信した信号を受信する受信回路と、を備える。
 受信回路は、ダイオードブリッジ回路の出力側ではなく、ダイオードブリッジ回路の入力側に接続される。受信回路の初段のアンプの入力端子を、第1入力ピンおよび第2入力ピンと直接接続することにより、受信回路の入力インピーダンスが高くなるため、母線から無駄なリーク電流が流れるのを防止できる。
 一実施形態において、受信回路は、アンプの出力を受ける第1入力端子と、所定のしきい値電圧を受ける第2入力端子と、を有するコンパレータと、をさらに含んでもよい。
 一実施形態において受信回路は、アンプとコンパレータのセットを2つ備えてもよい。この場合、第1ワイヤと第2ワイヤの極性に応じて2つのセットを選択的に使用することにより、信号を正しく受信できる。
(実施形態)
 以下、好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
 本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
 同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に接続された(設けられた)状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
 図1は、実施形態に係る遠隔通信システム10のブロック図である。遠隔通信システム10は、マスター回路20、スレーブ回路30、母線12を備える。マスター回路20とスレーブ回路30は、母線12を介して接続されている。母線12は、第1ワイヤW1および第2ワイヤW2を含んでいる。マスター回路20は、スレーブ回路30に対して、母線12を介して直流の電源電圧(電力)を供給する。具体的には、マスター回路20は、第1ワイヤW1と第2ワイヤW2の間に、電源電圧に相当する電位差を発生する。電位差は特に限定されないが、5V,6V,8V,12V,24Vなどでありうる。
 スレーブ回路30は、第1ワイヤW1と第2ワイヤW2の電位差を電源電圧として動作可能に構成される。マスター回路20とスレーブ回路30は、母線12を介して通信可能に構成される。具体的には、マスター回路20は、第1ワイヤW1と第2ワイヤW2の電位差を変化させることにより、スレーブ回路30に信号を送信する。またスレーブ回路30も同様に、第1ワイヤW1と第2ワイヤW2の電位差を変化させることにより、マスター回路20に信号を送信する。
 母線12には、複数のスレーブ回路30が接続されてもよい。その場合、複数のスレーブ回路30には、識別番号(ID)が割り当てられている。マスター回路20は、通信の先頭部分(プリアンブル)に通信相手を特定するために識別番号を埋め込む。複数のスレーブ回路30は、受信した信号のプリアンブルに自分の識別番号が含まれているとき、自身が通信対象であると判定し、マスター回路20からの信号に応答する。
 図2は、実施形態に係るスレーブ回路30の回路図である。スレーブ回路30は、第1入力ピンIN1、第2入力ピンIN2、ダイオードブリッジ回路32、内部回路34、通信回路36を備える。
 ダイオードブリッジ回路32の入力は、第1入力ピンIN1および第2入力ピンIN2と接続されている。ダイオードブリッジ回路32によって、2本のワイヤW1,W2の間の電圧が整流される。ダイオードブリッジ回路32による整流後の電圧を利用して、スレーブ回路30の電源電圧Vccが生成される。
 内部回路34は、スレーブ回路30の用途に応じた機能を有し、マスター回路20からの制御指令に応じた処理を実行し、またマスター回路20からの問い合わせに応答する。
 通信回路36は、マスター回路20からの信号を受信し、またマスター回路20に対して、信号を送信する。通信回路36は、受信回路40および送信回路50を備える。マスター回路20は、2本のワイヤW1,W2の間の電位差を変化させることにより、スレーブ回路30に信号を送信する。したがって、受信回路40は、2本のワイヤW1,W2の間の電位差の変化を検出可能に構成される。
 スレーブ回路30は、マスター回路20からの問い合わせに応答して、マスター回路20に信号を送信する。送信回路50は、2本のワイヤW1,W2の間の電位差を変化させることにより、マスター回路20に信号を送信可能に構成される。
 図3は、スレーブ回路30の具体的な構成を示す回路図である。
 受信回路40は、フロントエンド回路42_1,42_2および復調器48を含む。フロントエンド回路42_1,42_2は、マスター回路20から受信した信号のH/Lを判定する。フロントエンド回路42_1は、アンプ44およびコンパレータ46を含む。
 アンプ44は、第1入力ピンIN1の第1電圧V1と第2入力ピンIN2の第2電圧V2を比較し、比較結果を示す第1信号S1を生成する。コンパレータ46は、アンプ44が生成した第1信号S1をしきい値電圧VTHと比較し、第2信号S2を生成する。第2信号S2は、スレーブ回路30が受信した信号のH/Lを示す受信信号RX1となる。復調器48は、受信信号RX1にもとづいて、受信したデータを復調する。
 フロントエンド回路42_2は、フロントエンド回路42_1と同様に構成されるが、初段のアンプ44の極性が、フロントエンド回路42_1と逆になっている。
 復調器48には、2つのフロントエンド回路42_1,42_2の出力が入力される。復調器48は、第1ワイヤW1と第2ワイヤW2の極性に応じて2つのフロントエンド回路42_1,42_2の出力RX1,RX2を選択的に使用することにより、信号を正しく受信できる。
 図4は、フロントエンド回路42_1の構成例を示す回路図である。アンプ44は、抵抗R1~R4、オペアンプOA1を備える。第1抵抗R1は、アンプ44の非反転入力端子(+)とオペアンプOA1の非反転入力端子(+)の間に接続される。第2抵抗R2は、オペアンプOA1の非反転入力端子(+)と接地の間に接続される。第3抵抗R3は、アンプ44の反転入力端子(-)とオペアンプOA1の反転入力端子(-)の間に接続される。第4抵抗R4は、オペアンプOA1の反転入力端子(-)とオペアンプOA1の出力の間に接続される。
 以上がスレーブ回路30の構成である。このスレーブ回路30の利点は、比較技術との対比によって明確となる。
 比較技術では、受信回路が、ダイオードブリッジ回路32の出力ノードと接続されており、ダイオードブリッジ回路32の出力電圧の電圧変動にもとづいて、マスター回路20からの信号を受信するものとする。この場合、ダイオードブリッジ回路32の出力電圧を、抵抗分圧回路により分圧後の電圧を電圧コンパレータでしきい値と比較する構成を取り得る。この場合、抵抗分圧回路が放電経路を形成するため、通信を行っていない期間において、抵抗分圧回路の放電経路にリーク電流が流れ、消費電力が大きくなる。図1に示すように、複数のスレーブ回路30を共通の母線12に接続する場合、マスター回路20の電流供給能力を大きく設計する必要がある。
 これに対して、図3の構成によれば、受信回路40は、ダイオードブリッジ回路32の出力側ではなく、ダイオードブリッジ回路32の入力側に接続される。受信回路40の初段のアンプ44の入力端子を、第1入力ピンIN1および第2入力ピンIN2と直接接続することにより、受信回路40の入力インピーダンスは高いため、母線12から無駄なリーク電流が流れるのを防止でき、スレーブ回路30の消費電力を削減できる。
 上述の遠隔通信システム10は、さまざまな用途に使用することができる。たとえば、スレーブ回路30は、マスター回路20によって集中管理される温度センサや振動センサなどであり、マスター回路20からの制御に応答して、測定した温度や加速度をマスター回路20に送り返す。あるいはスレーブ回路30は、マスター回路20によって集中管理されるリレーやスイッチなどの電気部品、機械部品であってもよい。
 図3において、2本のワイヤW1,W2の極性の入れ換わりに対応するために、フロントエンド回路42を2系統設ける構成を説明したがその限りでない。1個のフロントエンド回路42を設け、アンプ44を、その入力の極性(プラス、マイナス)を入れかえ可能に構成してもよい。この場合、通信が行われていない状態において、入力ピンIN1、第2入力ピンIN2の大小関係を比較することにより、極性を判定できる。
 実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示に含まれ、また本発明の範囲を構成しうることは当業者に理解されるところである。
 本開示は、マスター回路により制御されるスレーブ回路に関する。
 W1 第1ワイヤ
 W2 第2ワイヤ
 IN1 第1入力ピン
 IN2 第2入力ピン
 10 遠隔通信システム
 12 母線
 20 マスター回路
 30 スレーブ回路
 32 ダイオードブリッジ回路
 34 内部回路
 36 通信回路
 40 受信回路
 42 フロントエンド回路
 44 アンプ
 R1 第1抵抗
 R2 第2抵抗
 R3 第3抵抗
 R4 第4抵抗
 OA1 オペアンプ
 46 コンパレータ
 48 復調器
 50 送信回路

Claims (4)

  1.  母線を介してマスター回路と接続されるスレーブ回路であって、
     前記母線を形成する第1ワイヤと接続されるべき第1入力ピンと、
     前記母線を形成する第2ワイヤと接続されるべき第2入力ピンと、
     前記第1入力ピンと前記第2入力ピンと接続され、前記スレーブ回路の電源電圧を生成するダイオードブリッジ回路と、
     前記第1入力ピンの第1電圧と前記第2入力ピンの第2電圧を受けるアンプを含み、アンプの出力にもとづいて前記マスター回路が前記母線を介して送信した信号を受信する受信回路と、
     を備える、スレーブ回路。
  2.  前記受信回路は、
     前記アンプの出力を受ける第1入力端子と、所定のしきい値電圧を受ける第2入力端子と、を有するコンパレータをさらに含む、請求項1に記載のスレーブ回路。
  3.  前記受信回路は、前記アンプと前記コンパレータのセットを2つ備える、請求項2に記載のスレーブ回路。
  4.  マスター回路と、
     請求項1から3のいずれかに記載のスレーブ回路と、
     前記マスター回路と前記スレーブ回路を結線する母線と、
     を備える、遠隔制御システム。
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