(57)【要約】【課題】マルチプレクサの動作異常を正確に検出可能とするマルチプレクサ回路を提供する。【解決手段】複数チャンネルから入力されるアナログ入力信号を順次取り込み、当該入力信号を多重化して出力するマルチプレクサと、当該マルチプレクサから出力されるアナログ入力信号を複数のチャンネルに各々対応した複数のデジタル出力信号へ変換するＡＤコンバータと、複数のデジタル出力信号の出力値を監視し、当該出力値が全て予め定められた範囲内である状態が予め定められた判定時間の間継続している場合、マルチプレクサの動作が異常状態であると判定する処理装置と、アナログ入力信号の１つとして、判定時間より短い周期のパルス信号をマルチプレクサへ出力するパルス信号発生装置とを備えるマルチプレクサ回路。【選択図】図１
2010263420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数チャンネルから入力されるアナログ入力信号を順次取り込み、当該入力信号を多重化して出力するマルチプレクサと、
予め定められた変換周期が経過する毎に、当該マルチプレクサから出力される前記アナログ入力信号を前記複数のチャンネルに各々対応した複数のデジタル出力信号へ変換するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータから出力される前記複数のデジタル出力信号の出力値を監視し、当該出力値が略同値となった状態が予め定められた異常判定時間より長く継続した場合、前記マルチプレクサの動作が異常状態であると判定する判定処理装置と、
前記各出力信号がとり得る出力値の最大値と最小値を前記異常判定時間より短い周期で交互にとるパルス信号へと前記ＡＤコンバータにより変換される入力信号を前記アナログ入力信号の１つとして前記マルチプレクサへ入力するパルス信号発生装置とをさらに備えるマルチプレクサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
マルチプレクサ回路に関し、より特定的には、動作異常を自動検出するマルチプレクサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数チャンネルで入力信号を受け付け、当該チャンネルを順次選択することにより、各チャンネルの入力信号を多重化して出力する、所謂マルチプレクサを備えた電気回路が各種電気機器において用いられている。このようなマルチプレクサにおいて故障や異常が発生した場合、当該マルチプレクサから正常な出力信号を得ることができず、当該出力信号を用いて動作する機器の正常な動作を妨げる可能性がある。そのため、上記のようなマルチプレクサの異常を自動的に検出する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されるデジタル保護継電器では、マルチプレクサに対して校正電圧が入力される。そして、デジタル保護継電器は、校正電圧が印加されたチャンネルの出力信号の値が所定の範囲内である場合、マルチプレクサが正常に動作していると判定し、当該出力信号の値が所定の範囲外である場合、上記マルチプレクサの動作に異常が発生していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−９８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されるデジタル保護継電器では、校正電圧が印加されるチャンネルの出力信号のみを監視しているため、マルチプレクサが選択するチャンネルが校正電圧が印加されるチャンネルに固定され、他のチャンネルへの切り替えが正常に行われない動作異常が発生した場合に、当該マルチプレクサの異常動作を検知することができない。
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みて成されたものであり、マルチプレクサの動作異常を正確に検出可能とするマルチプレクサ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本願は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、複数チャンネルから入力されるアナログ入力信号を順次取り込み、当該入力信号を多重化して出力するマルチプレクサと、当該マルチプレクサから出力されるアナログ入力信号を複数のチャンネルに各々対応した複数のデジタル出力信号へ変換するＡＤコンバータと、複数のデジタル出力信号の出力値を監視し、当該出力値が全て予め定められた範囲内である状態が予め定められた判定時間の間継続している場合、マルチプレクサの動作が異常状態であると判定する処理装置と、アナログ入力信号の１つとして、判定時間より短い周期のパルス信号をマルチプレクサへ出力するパルス信号発生装置とを備えるマルチプレクサ回路である。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、マルチプレクサにおいてチャンネルの切り替えが正常に行われているか否かを検出することができる。また、一時的に全チャンネルの出力信号の出力値が略同一（予め定められた範囲内）の状態に偶然なったとしても、出力値が一定周期で確実に変化するパルス信号が出力されているため、当該状態が判定時間よりも長く継続することがない。したがって、正常に動作しているマルチプレクサに異常が発生していると誤検出することがない。すなわち、正確にマルチプレクサの異常を検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マルチプレクサ回路の構成の一例を示す図
【図２】ＣＰＵ１５が実行する処理を示したフローチャートの一例
【図３】各チャンネルの出力信号の一例を示す図
【図４】図３と出力信号Ａｒの波形が異なる、各チャンネルの出力信号の一例を示す図
【図５】パルス発生装置１２を備えない従来のマルチプレクサ回路における出力信号の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るマルチプレクサ回路について説明する。先ず、図１を参照して、マルチプレクサ回路の構成について説明する。なお、図１は、マルチプレクサ回路の構成の一例を示す図である。
【００１１】
マルチプレクサ回路は、マルチプレクサ１１、パルス発生装置１２、Ａ／Ｄコンバータ１３、記憶装置１４、およびＣＰＵ１５を備える。
【００１２】
マルチプレクサ１１は、複数のチャンネルから入力されるアナログ入力信号を、当該チャンネルを切り替えて順次取り込み、当該入力信号を多重化して出力するデバイスである。なお、以下では、マルチプレクサ１１がチャンネルＡ、チャンネルＢ、チャンネルＣ、およびチャンネルＤの４つのチャンネルからアナログ入力信号を取り込む例について説明する。マルチプレクサ１１は、Ａ／Ｄコンバータ１３と電気的に接続され、多重化した入力信号（以下、多重化信号と呼称する）をＡ／Ｄコンバータ１３へ出力する。
【００１３】
パルス発生装置１２は、パルス信号を出力するデバイスである。パルス発生装置１２は、パルス信号をマルチプレクサ１１のチャンネルＡに入力する。なお、上記パルス信号は各出力信号がとり得る出力値の最大値と最小値を交互にとる、周期Ｐの矩形パルス信号へと前記ＡＤコンバータにより変換される。また、パルス発生装置１２は、パルス信号の出力が可能であれば、マイクロコンピュータにより構成されても良いし、従来周知の発振回路により構成されても構わない。
【００１４】
Ａ／Ｄコンバータ１３は、多重化信号をデジタル信号に変換して出力するデバイスである。Ａ／Ｄコンバータ１３は、さらに上記デジタル信号を上記入力信号の各チャンネルに各々対応した複数の出力信号に分離して出力する。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１３は、所謂デマルチプレクサの機能を備える。Ａ／Ｄコンバータ１３は、変換周期Ｔが経過する毎に、当該時点までに入力された多重化信号をデジタル信号に変換して出力する。この際、多重化信号をデジタル信号に変換して全チャンネルの出力信号を出力するまでに要する時間をＡＤ変換時間Ｇとする。なお、以下ではチャンネルＡ、チャンネルＢ、チャンネルＣ、およびチャンネルＤに対応した出力信号を、各々、出力信号Ａｒ、出力信号Ｂｒ、出力信号Ｃｒ、および出力信号Ｄｒとする。
【００１５】
記憶装置１４は、Ａ／Ｄコンバータ１３により出力された各チャンネルの出力信号の出力値をチャンネル毎に記憶するデバイスである。記憶装置１４は、典型的にはメモリなどの記憶デバイスであり、各チャンネルの出力信号の出力値を示すデータを所定のアドレスに格納する。
【００１６】
ＣＰＵ１５は、マルチプレクサ１１の動作の状態を判断する情報処理装置である。ＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄコンバータ１３から出力信号Ａｒ、出力信号Ｂｒ、出力信号Ｃｒ、および出力信号Ｄｒの出力値を監視してマルチプレクサ１１の異常を検出する。なお、以下では他のチャンネルへの切り替えが正常に行われない動作異常を、固着異常と呼称する。また、固着異常が発生している際に継続的に選択されているチャンネルを固着チャンネルと呼称する。
【００１７】
以下、図２を参照してＣＰＵ１５が実行する処理について説明する。図２は、ＣＰＵ１５が実行する処理を示したフローチャートの一例である。
【００１８】
ステップＡ１において、ＣＰＵ１５は、タイマー値Ｓをカウントアップする。タイマー値Ｓは、後述ステップＡ６またはステップＡ７を実行した時点からの経過時間を示す値である。ＣＰＵ１５は、タイマー値Ｓに予め定められた定数値を加算する。ステップＡ１の処理を完了すると、ＣＰＵ１５は処理をステップＡ２へ進める。
【００１９】
ステップＡ２において、ＣＰＵ１５は、タイマー値Ｓが変換周期Ｔ以上であるか否か判定する。ＣＰＵ１５は、タイマー値Ｓが変換周期Ｔ以上であると判定した場合、処理をステップＡ３へ進める。一方、タイマー値Ｓが変換周期Ｔ未満であると判定した場合、処理をステップＡ１へ戻す。
【００２０】
上記ステップＡ１およびステップＡ２の処理によれば、変換周期Ｔが経過する毎に下記ステップＡ３からステップＡ８の処理が実行される。ＣＰＵ１５は、下記のステップＡ３からステップＡ８の処理により、マルチプレクサ１１の動作が正常であるか否か判定する。
【００２１】
ステップＡ３において、ＣＰＵ１５は、各チャンネルの出力値が略同値であるか否か判定する。具体的には、ＣＰＵ１５は、各出力信号の値が所定の範囲内に含まれるか否か判定する。先ず、ＣＰＵ１５は、現時点における出力信号Ａｒ、出力信号Ｂｒ、出力信号Ｃｒ、および出力信号Ｄｒの出力値を記憶装置１４から取得する。そして、各出力信号の出力値の大きさを各々比較し、当該出力値の最大値と最小値との差分値ΔＥを算出する。次いで、ＣＰＵ１５は、差分値ΔＥが閾値ΔＥｔｈ以下であるか否かを判定する。閾値ΔＥｔｈは、予め定められた定数値であり、各チャンネルの出力値が略同値であるか否か判定するための閾値である。差分値ΔＥが閾値ΔＥｔｈ以下である場合、ＣＰＵ１５は、各チャンネルの出力値が略同値であると判定し、処理をステップＡ４へ進める。一方、差分値ΔＥが閾値ΔＥｔｈより大きい場合、ＣＰＵ１５は、各チャンネルの出力値が略同値でないと判定し、処理をステップＡ５へ進める。
【００２２】
なお、閾値ΔＥｔｈは、以下のように予め算出して設定すると良い。先ず、パルス発生装置１２からのパルス信号を受け付けるチャンネル（チャンネルＡ）以外の各チャンネルの出力信号（出力信号Ｂｒ、出力信号Ｃｒ、および出力信号Ｄｒ）の単位時間当たりの電圧の変化量を測定する。以下では、各出力信号の単位時間当たりの電圧の変化量を電圧変化率Ｖと呼称する。電圧変化率Ｖは、各入力信号を生成する機器や回路の特性により決定される固有値である。ここで、各チャンネルの電圧変化率Ｖのうち最大の値を最大変化量Ｖｍａｘとする。次いで、最大変化率Ｖｍａｘ、およびＡＤ変換時間Ｇより、下式（１）に基づいて閾値ΔＥｔｈを算出する。
ΔＥｔｈ＝Ｇ×Ｖｍａｘ      …（１）
【００２３】
ここで、Ａ／Ｄコンバータ１３が、多重化信号からチャンネルＡ、チャンネルＢ、チャンネルＣ、およびチャンネルＤの信号を当該順序で順に変換する場合を想定する。固着異常が発生している場合、チャンネルＡの信号を変換してからチャンネルＤの信号を変換し終えるまでの間に、各チャンネルの出力信号の出力値は固着チャンネルの電圧変化率Ｖに応じて変化する。つまり、差分値ΔＥは、固着チャンネルの電圧変化率ＶにＡＤ変換時間Ｇを乗算した値の範囲内で変動する。この差分値ΔＥの変動範囲は、固着チャンネルの電圧変化率が最大変化率Ｖｍａｘである場合に最大となる。故に、上式（１）に基づいて閾値ΔＥｔｈを定めれば、固着異常の発生時には、確実にΔＥがΔＥｔｈ以下となる。つまり、ＣＰＵ１５は、固着異常の発生を見逃すことなく、各チャンネルの出力値が略同値であるか否かを正確に判定することができる。なお、上記ステップＡ３の処理は一例であり、各チャンネルの出力値が略同値であるか否かを判定可能であれば、従来周知の他の手法を用いて当該判定を行っても構わない。
【００２４】
ステップＡ４において、ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍをカウントアップする。一致カウンタ値Ｍは、各チャンネルの出力値が略同値であると連続して判定された回数を示す変数である。ＣＰＵ１５は、例えば、１などの予め定められた定数を一致カウンタ値Ｍに加算する。なお、一致カウンタ値Ｍの初期値は、例えば０などの値に予め設定される。ステップＡ４の処理を完了すると、ＣＰＵ１５は、処理をステップＡ６へ進める。
【００２５】
ステップＡ５において、ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍをリセットする。具体的には、ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍの値を、例えば０などの予め定められた初期値に設定してリセットする。ステップＡ５の処理を完了すると、ＣＰＵ１５は、処理をステップＡ６へ進める。
【００２６】
ステップＡ６において、ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍが閾値Ｍｔｈ以上であるか否か判定する。閾値Ｍｔｈは、各チャンネルの出力値が略同値となった状態が一定の時間継続しているか否かを判定するための閾値である。ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍが閾値Ｍｔｈ以上であると判定した場合、処理をステップＡ７へ進める。一方、ＣＰＵ１５は、一致カウンタ値Ｍが閾値Ｍｔｈ未満であると判定した場合、処理をステップＡ８へ進める。
【００２７】
ステップＡ７において、ＣＰＵ１５は、マルチプレクサ１１に異常が発生していると判定する。具体的には、ＣＰＵ１５は、マルチプレクサ１１に異常が発生していることを示す信号を、各出力信号を用いた動作を行う機器へ出力して、マルチプレクサ１１の動作状態を当該機器へ通知する。ステップＡ７の処理を完了すると、ＣＰＵ１５は、処理をステップＡ１へ戻す。
【００２８】
ステップＡ８において、ＣＰＵ１５は、マルチプレクサ１１が正常に動作していると判定する。具体的には、ＣＰＵ１５は、マルチプレクサ１１が正常に動作していることを示す信号を、各出力信号を用いた動作を行う機器へ出力して、マルチプレクサ１１の動作状態を当該機器へ通知する。ステップＡ８の処理を完了すると、ＣＰＵ１５は処理をステップＡ１へ戻す。
【００２９】
上記図２の処理によれば、ＣＰＵ１５は、各出力信号の出力値が略同値である状態が継続した場合、マルチプレクサ１１に固着異常が発生していると判定する。
【００３０】
次いで、図３を参照してマルチプレクサ回路の動作について説明する。図３は、各チャンネルの出力信号の一例を示す図である。
【００３１】
図３に示すようにチャンネルＡには、パルス発生装置１２から上述のパルス信号が入力されているため、出力信号Ａｒは周期Ｐの矩形パルス波信号となる。なお、周期Ｐは、少なくとも下式（２）を満たす値に予め設定される。
Ｐ＜Ｔ×（Ｍｔｈ−１）／２    …（２）
【００３２】
また、閾値Ｍｔｈは下式（３）を満たす自然数として予め設定すると良い。なお、各チャンネルの電圧変化率Ｖのうち最小の値を最小変化量Ｖｍｉｎとする。また、各出力信号がとり得る出力値の最大値を、最大レンジ値Ｅｍａｘとする。
Ｍｔｈ＜Ｅｍａｘ／（Ｖｍｉｎ×Ｔ）＋１…（３）
【００３３】
ＣＰＵ１５は、変換周期Ｔが経過する毎に、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４において上述ステップＡ３からステップＡ８の処理を実行してマルチプレクサ１１の動作状態を判定する。なお、以下では、閾値Ｍｔｈの値が２に設定されている例について説明する。
【００３４】
図３中、時刻ｔ２において、偶然に全チャンネルの出力値が略同値となり、ＣＰＵ１５は、一致カウンタＭの値をカウントアップする。なお、時刻ｔ２において出力信号Ａｒの出力値は最小値をとっている。しかしながら、上記のように周期Ｐが予め設定されているため、時刻ｔ３においては出力信号Ａｒの出力値は、最小値から最大値へ反転する。そのため、当該時刻ｔ３において出力信号Ａｒの出力値が、他のチャンネルの出力信号と同じ出力値となることがない。
【００３５】
このように、本発明の実施形態に係るマルチプレクサ回路によれば、チャンネルＡに上記パルス信号が入力されているため、固着異常が発生しない限り、ＣＰＵ１５は、全チャンネルの出力信号の出力値が略同値であると閾値Ｍｔｈ以上の回数連続して判定することがない。
【００３６】
なお、仮に、従来のマルチプレクサ回路のようにパルス発生装置１２を備えず、チャンネルＡに上記パルス信号が入力されていなければ、図５に示すようにチャンネルＡからチャンネルＤの出力信号が偶然に略同値となる現象が時刻ｔ２から時刻ｔ３にわたり継続して生じる場合がある。図５は、パルス発生装置を備えない従来のマルチプレクサ回路における出力信号の一例を示す図である。そして、このような場合、ＣＰＵ１５は、時刻ｔ２および時刻ｔ３において、各チャンネルの値が連続して略同値であると連続して判定し、マルチプレクサ１１が正常に動作しているにも拘わらず固着異常が発生していると誤って判定しまう可能性がある。
【００３７】
その点、本実施例に係るマルチプレクサ回路によれば、上記の通りパルス信号の変動によって、ＣＰＵ１５が誤った固着異常の判定をすることがない。故に、本実施例に係るマルチプレクサ回路によれば、マルチプレクサ１１の動作の状態を正確に判定することが可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、チャンネルＡへ入力されるパルス信号が矩形パルス信号へと前記ＡＤコンバータにより変換される信号である例について説明したが、上記パルス信号は、例えば、図４に示すような三角波信号に変換される信号であっても構わない。なお、図４は、図３と出力信号Ａｒの波形が異なる、各チャンネルの出力信号の一例を示す図である。また、上記パルス信号は、鋸三角波や正弦波に変換される信号でも構わない。なお、パルス波が鋸三角波に変換される場合、出力信号の周期Ｐは下式（４）を満たすよう予め設定される。
Ｐ＜Ｔ×（Ｍｔｈ−１）      …（４）
【００３９】
また、上記実施形態では、マルチプレクサ１１が受け付ける入力信号のチャンネル数が４つである例について説明したが、パルス発生装置１２のパルス信号が何れかのチャンネルに入力されていれば、マルチプレクサ１１が受け付ける入力信号のチャンネル数は４つに限らずとも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係るマルチプレクサ回路は、マルチプレクサの動作異常を正確に検出可能とするマルチプレクサ回路などとして有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１１    マルチプレクサ
１２    パルス発生装置
１３    Ａ／Ｄコンバータ
１４    記憶装置
１５    ＣＰＵ
【図１】
2010263420.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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