(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２線式産業用プロセス制御ループに連結するように構成されている第１及び第２ループ端子；
産業用プロセスのプロセス変数を監視又は制御するように構成されているフィールド装置回路であって、前記２線式産業用プロセス制御ループからの電力によって電力供給されるフィールド装置回路；
前記２線式産業用プロセス制御ループ、前記第１及び第２ループ端子ならびに前記フィールド装置回路と直列に接続された電流制御装置であって、前記フィールド装置回路へ流れるバイアス電流を制御するように構成されている電流制御装置；
前記電流制御装置と並列に接続され、前記２線式産業用プロセス制御ループ、前記第１及び第２ループ端子ならびに前記フィールド装置回路と直列に接続された電圧制御装置であって、出力電圧を制御するように構成されている電圧制御装置；ならびに
前記フィールド装置回路と並列に接続された蓄電装置と、
を含む、産業用プロセスの監視又は制御に用いるプロセスフィールド装置。
【請求項２】
測定されたプロセス変数に応じて、前記２線式産業用プロセス制御ループを流れるループ電流を制御するように構成されている分流制御装置を含む、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項３】
前記電流制御装置が、デジタル信号を、前記２線式産業用プロセス制御ループを流れるループ電流に乗せて変調するように構成されている、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項４】
前記フィールド装置回路が、前記電流制御装置に連結された、前記デジタル信号を変調するように構成されているモデムを含む、請求項３に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項５】
前記２線式産業用プロセス制御ループが、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに準拠して作動する、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項６】
前記ループ電流が４mAと２０mAとの間で変化し、測定されたプロセス変数を表す、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項７】
前記電圧制御装置が、前記２線式産業用プロセス制御ループと直列に連結された電界効果トランジスタ、及び電圧基準入力を有する演算増幅器を含む、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項８】
前記電圧制御装置が、前記電界効果トランジスタの出力での電圧に関する負のフィードバックを受信する、請求項７に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項９】
前記電流制御装置が、前記２線式産業用プロセス制御ループと直列に連結された電界効果トランジスタ、及び変調されたデジタル信号を受信するように構成されている演算増幅器を含む、請求項１に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項１０】
前記電流制御装置が、前記電界効果トランジスタを流れる電流に関する負のフィードバックを受信する、請求項９に記載のプロセスフィールド装置。
【請求項１１】
第１及び第２ループ端子を２線式産業用プロセス制御ループに連結すること；
前記２線式産業用プロセス制御ループから受電された電力によってフィールド装置回路に電力供給し、このフィールド装置回路によって、産業用プロセスのプロセス変数を監視又は制御すること；
前記第１及び第２ループ端子ならびに前記フィールド装置回路と直列に連結された電流制御装置を用いて、前記フィールド装置回路へ流れるバイアス電流を制御すること；
前記電流制御装置と並列に接続され、前記２線式産業用プロセス制御ループ、前記第１及び第２ループ端子ならびに前記フィールド装置回路と直列に接続された電圧制御装置を用いて、出力電圧を制御すること；ならびに
前記フィールド装置回路と並列に接続されている蓄電装置を用いて、電気エネルギーを蓄電すること
を含む、産業用プロセスの監視又は制御に用いるプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【請求項１２】
前記２線式産業用プロセス制御ループを流れるループ電流を、測定されたプロセス変数に応じて、分流制御装置によって制御することを含む、請求項１１に記載のプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【請求項１３】
デジタル信号を、前記２線式産業用プロセス制御ループを流れるループ電流に乗せて変調することを含む、請求項１１に記載のプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【請求項１４】
前記電圧制御装置が、前記２線式産業用プロセス制御ループと直列に連結された電界効果トランジスタ、及び電圧基準入力を有する演算増幅器を含む、請求項１１に記載のプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【請求項１５】
前記電圧制御装置が、前記電界効果トランジスタを流れる電流に関する負のフィードバックを受信する、請求項１４に記載のプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【請求項１６】
前記電流制御装置が、前記２線式産業用プロセス制御ループと直列に連結された電界効果トランジスタ、及びデジタル信号を前記２線式産業用プロセス制御ループに乗せて変調するように構成されている演算増幅器を含む、請求項１１に記載のプロセスフィールド装置に電力を供給する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用プロセスを監視又は制御するために使用されるタイプのプロセスフィールド装置に関する。特に、本発明は、２線式産業用制御ループから受電された電力によって電力供給されるプロセスフィールド装置に関する。
【０００２】
産業用プロセスは、多様な用途において用いられる。例えば、そのようなシステムは、プロセス流体を製造又は制御するために用いられる。例として、石油精製、食品製造、紙パルプ製造などが挙げられる。そのような産業用プロセスにおいて、プロセス流体が利用される。そのプロセス流体の様々なプロセス変数が、監視又は制御される。プロセス変数の例としては、温度、圧力、流速、レベル（ｌｅｖｅｌ）などが挙げられる。産業用プロセスにおいて、プロセス変数を測定及び／又は制御するために、プロセスフィールド装置が用いられる。プロセス変数を測定するフィールド装置は、プロセス変数送信機と呼ばれることもある。プロセス変数を制御するために用いられるフィールド装置は、プロセス変数制御装置と呼ぶことができる。
【０００３】
多くの産業用プロセスにおいて、プロセスフィールド装置は、制御室などの集中区域（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）と連通している。プロセス変数が制御室に送信され、制御信号をプロセス変数制御装置に送信することによってプロセスを制御するために、制御室内の機器を用いることができる。多くの産業用プロセス設備は、プロセスフィールド装置との連通のために２線式産業用プロセス制御ループを利用する。そのような構成において、プロセス制御ループ上の電流レベルは、実測プロセス変数を表す数値、又は、プロセス変数を制御するために望ましい値を表す数値に設定することができる。一例として、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに準じて作動する２線式プロセス制御ループがある。そのような構成において、プロセス制御ループを通じた電流レベルは、プロセス変数を表すために制御することができ、デジタル信号をアナログ電流レベルに乗せて変調することによって、追加的なデジタル情報が送信される。
【０００４】
多くのプロセスフィールド装置は、情報を送信するために用いられる同じ２線式プロセス制御ループから電力供給されるように構成されている。２線式プロセス制御ループは、単一のフィールド装置、又は複数のフィールド装置（“マルチ−ドロップ”）と連結し得る。これにより、プロセスフィールド装置に利用可能な電力が制限される。多くの場合において、プロセスフィールド装置の回路に利用可能な電力量を最大化することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
産業用プロセスの監視又は制御に用いられるプロセスフィールド装置は、２線式産業用プロセス制御ループに連結するように構成されている第１及び第２ループ端子を含む。フィールド装置回路は、上記産業用プロセスのプロセス変数を監視又は制御するように構成されている。上記フィールド装置回路は、上記２線式産業用プロセス制御ループからの電力接続によって電力供給される。電流制御装置は、上記２線式産業用プロセス制御ループ、上記第１及び第２ループ端子、ならびに上記フィールド装置回路と直列に接続されている。上記電流制御装置は、２線式プロセス制御ループを流れるループ電流を制御するように構成されている。電圧制御装置は、上記電流制御装置と並列に接続され、さらに上記２線式産業用プロセス制御ループ、第１及び第２ループ端子、ならびにフィールド装置回路と直列に接続されている。上記電圧制御装置は、上記フィールド装置回路全体の電圧を制御するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、産業用プロセス制御又は監視システムの簡略図である。
【図２】図２は、図１のプロセスフィールド装置を示す簡略ブロック図である。
【図３】図３は、従来のプロセスフィールド装置の電源アーキテクチャを示すブロック図である。
【図４】図４は、環境発電技術を用いた従来のプロセスフィールド装置の電源アーキテクチャを示す簡略ブロック図である。
【図５】図５は、図４の回路において用いられる従来のシリーズレギュレータの簡略電気配線図である。
【図６】図６は、プロセスフィールド装置に電力供給するための本発明による電源アーキテクチャを示す簡略ブロック図である。
【図７】図７は、図６の回路の電気配線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、プロセスフィールド装置において２線式プロセス制御ループから電力を回収する、又は“収集する（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）”ための方法及び装置を提供する。一つの構成において、本発明は、上記プロセス制御ループと直列に接続され、互いに並列に接続された電流制御装置及び電圧制御装置を提供する。フィールド装置回路は、上記電流／電圧制御装置と直列に連結され、上記２線式プロセス制御ループからの電力によって電力供給される。蓄電するために、上記フィールド装置回路と並列にバルクコンデンサを用いることができる。
【０００８】
図１は、プロセスパイプ１０２中を移動するプロセス流体を制御又は監視するように構成された産業用プロセス制御又は監視システム１００を示す簡略ブロック図である。フィールド装置１０４は、プロセスパイプと連結し、２線式プロセス制御ループ１０８を渡り中央制御室１０６と連通している。制御室１０６は、抵抗１１０及び電源１１２としてモデル化されている。２線式プロセス制御ループは、適当な通信プロトコルのいずれに準拠したものであってもよい。例えば、低値４mA〜高値２０mAの範囲でループ１０８を流れる電流ＩＬによってプロセス変数が表されるＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルであってもよい。デジタル情報を、追加的な情報を送信するためにループ電流ＩＬに乗せて変調することができる。他の構成において、プロセス制御ループ１０８は、デジタル情報のみを伝達する。フィールド装置１０４は、プロセスインターフェース要素１２０を含むものとして図示されている。フィールド装置１０４がプロセス変数送信機として構成される場合、プロセスインターフェース要素１２０は、圧力センサ、温度センサなどのセンサを含むことができる。同様に、フィールド装置１０４がプロセス変数制御装置として構成される場合、プロセスインターフェース１２０は、弁の位置を制御するためのアクチュエータ、加熱要素などの制御要素として構成することができる。
【０００９】
図２は、フィールド装置１０４の回路を示す簡略ブロック図である。フィールド装置１０４は、フィールド装置回路１４０を含む。フィールド装置１０４は、プロセス制御ループ１０８と連結するために用いられるループ端子１３６及び１３８を含む。フィールド装置回路１４０は、例えば、マイクロプロセッサ１４２、及び図示しない他の回路を含む。フィールド装置１０４がプロセス変数送信機として構成されている場合において、フィールド装置回路１４０は、インターフェース要素１２０からのプロセス変数を感知するために用いられる。同様に、フィールド装置１０４がプロセス変数制御装置として構成されている場合において、フィールド装置回路１４０は、インターフェース要素１２０を制御するように構成されている。電源回路１４６は、以下により詳細に説明するように、プロセス制御ループ１０８と直列に接続されたものとして図示されている。電源回路１４６は、プロセス制御ループ１０８上の情報を受信又は送信するためにも用いられ、フィールド装置回路１４０に連結されている。
【００１０】
上述したように、通常運転の際に、プロセス制御ループ１０８は、４mAと２０mAとの間の範囲にあるループ電流を搬送する。しかしながら、ループによって電力供給される装置の一部は、装置の故障の際にループ電流を搬送範囲未満（４mA未満）の値とする下限警報機能を有している。下限警報電流は、３．６mA程度の低い値とすることができる。これにより、３．６mA以下で作動するために装置内の電子回路によって利用され得る零入力電流の下限が定められる。利用可能な電力は、センサ、測定回路、制御装置回路、ソフトウェアアルゴリズムを実行するマイクロコントローラ、及び他の多くの機能に電力供給するために用いられる。
【００１１】
多くのプロセス装置は、シリーズレギュレータ及び分流制御装置を利用した電子機器電源アーキテクチャを有する。図３は、従来のそのような構成を示す簡略概略図であり、フィールド装置１６０は、上記２線式プロセス制御ループと連結する端子１６２及び１６４を含んでいる。シリーズレギュレータ１６６は、プロセス制御ループ、及びフィールド装置１６０の回路１６８と直列に接続されている。分流制御装置１７０は、ループ端子１６２及び１６４と並列に接続され、端子１６２及び１６４の間で電流を分流するために用いられる。センス抵抗器１７２は、分流制御装置１７０に電圧を与え、それによりループ電流ＩＬに関するフィードバックを分流制御装置１７０に与える。シリーズレギュレータ１６６は、センサ、Ａ／Ｄ、マイクロコントローラなどを含む回路１６８に、制御された電圧を与える。分流制御装置１７０は、ループ電流を所望の電流レベルに制御する役割を担う。制御装置１７０は、ループ電流ＩＬの制御を可能とするフィードバックを電流センス抵抗器１７２から受信する。
【００１２】
分流制御装置１７０は、ＤＣ電流レベルに関する入力信号、例えば、４〜２０mA信号をデジタル／アナログ変換器から受信する。制御装置１７０は、発信（送信）されたＨＡＲＴ（登録商標）デジタルメッセージに関する第２入力信号をＨＡＲＴ（登録商標）モデムから受信する。ＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルは、プロセス制御ループ上に置かれた送信メッセージが、１mA ピーク間（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ）に変調された電流波形を有することを要求する。よって、分流制御装置１７０は、ＨＡＲＴ（登録商標）メッセージに合わせて、ループを±０．５mA変調しなければならない。ループ電流を０．５mA増加させることは困難ではない。しかしながら、分流制御装置１７０は、ループ上に負の電流を印加することができない。したがって、ループ電流を０．５mA低下させるためには、すでに制御装置１７０を通過しているバイアス電流が少なくとも０．５mAなければならない。このことは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信を下限警報電流レベルで機能せしめることを可能とするために、利用可能な電流のうち０．５mAが分流制御装置１７０に確保されなければならないということを示唆しており、これは、利用可能な電流の１４％である。装置１６０は、電流バジェット（ｂｕｄｇｅｔ）が３．６mAに制限されており、このうち３．１mAが回路機能に割り当てられ、０．５mAが分流制御装置１７０へのバイアス印加に割り当てられる。
【００１３】
環境発電の一つの目的は、分流制御装置バイアス電流の０．５mAを低減し、その電流を、装置の回路に利用可能とすることである。このことは、分流制御装置経路ではなく、シリーズレギュレータ経路のＨＡＲＴ（登録商標）電流を変調することによって行うことができる。ＨＡＲＴ（登録商標）デジタル変調の正半サイクルの際、ループから得られる過剰のエネルギーは、バルクコンデンサに蓄電される。ＨＡＲＴ（登録商標）変調の負半サイクルの際、ループから得られているエネルギーは減少するが、正半サイクルの際に蓄電されたエネルギーによって増加される。図４は、そのような構成を示す簡略概略図である。図４中、図３に示すものと同様の要素は、同じ符号で示す。
図４において、分流制御装置１７０へのバイアス電流はゼロに設定され、利用可能な電流の３．６mAの全てがシリーズレギュレータ１６６に割り当てられる。ＨＡＲＴ（登録商標）送信メッセージがシリーズレギュレータ１６６へ供給され、電流が±０．５mA変調される。電流は、回路１６８と並列に接続されたバルクコンデンサ１８０を流れる。バルクコンデンサ１８０が最小抵抗の経路にある場合、すなわち、ＨＡＲＴ（登録商標）周波数帯におけるバルクコンデンサ１８０のインピーダンスが、回路１６８、又は分流制御装置１７０のインピーダンスよりも大幅に低い場合、上記のように想定することは許容可能である。バルクコンデンサ１８０のインピーダンスは、通常、ＨＡＲＴ（登録商標）周波数帯において２５ohm未満であるから、設計上困難な要件はない。
【００１４】
なお、図４の構成において、ＨＡＲＴ（登録商標）送信信号は、引き続き分流制御装置１７０まで送られる。これは、２線式ループ１０８上の良好なＨＡＲＴ（登録商標）送信波形を確保するために行われる。シリーズレギュレータ１６６を流れるＨＡＲＴ（登録商標）電流波形が不完全な場合、そのような波形は分流制御装置１７０によって修正され、ループ１０８上の波形はＨＡＲＴ（登録商標）に適合したものとなる。シリーズレギュレータ１６６のＨＡＲＴ（登録商標）波形の精度が十分である場合、ＨＡＲＴ（登録商標）送信信号を分流制御装置１７０に送る必要はなく、よって、分流制御装置１７０の設計が簡略化される。
【００１５】
シリーズレギュレータ１６６の波形が正確な場合、無視できるほど小さいＨＡＲＴ（登録商標）送信電流が分流制御装置１７０を流れ、環境発電回路は、非常に効率的である。すなわち、０．５mAのバイアス電流のほとんど全てを回収することができる。
【００１６】
しかしながら、シリーズレギュレータ１６６の波形が正確ではない場合、多量のＨＡＲＴ（登録商標）送信電流が分流制御装置１７０を流れ、環境発電回路は、非効率的である。すなわち、０．５mAのバイアス電流のうち一部しか回収することができない。
【００１７】
ＨＡＲＴ（登録商標）環境発電回路を実現するための従来の試みは、成果が限られていた。それらの試みにおいては、一般的に、単一制御要素を用いてシリーズ電圧制御装置にエネルギー収集機能を追加した回路の設計が採用される。この回路の簡略化したものを図５に示す。図５において、演算増幅器２０４は、抵抗器Ｒ１及びＲ２によって決定されるＦＥＴ２０２の出力からの負のフィードバックに基づいて電界効果トランジスタ２０２を制御する。演算増幅器２０４からの出力は、抵抗器２１２を介してトランジスタ２０２に供給される。ＨＡＲＴ（登録商標）送信信号は、変調されたデジタル信号を、抵抗器２０８及びコンデンサ２１０を介してトランジスタ２０２へ印加することによって、電流ループに乗せて変調される。図５において、オペアンプ型制御装置は、ＨＡＲＴ（登録商標）エネルギー収集用のＨＡＲＴ（登録商標）送信制御信号（Ｖｔｘａ）を受信し、これにより、ループ電流の変換が生じる。この場合、オペアンプ２０４は、制御要素として作動し、Ｖｏｕｔを制御するが、ＨＡＲＴ（登録商標）送信電流は制御しない。図５において、ＨＡＲＴ（登録商標）送信信号は、ＦＥＴ２０２のゲートへと導入される。しかしながら、変調信号をＲ１とＲ２との間のノード、又はオペアンプ２０４のＶｒｅｆノードに導入するなどの、他の構成を用いることもできる。
【００１８】
出力電圧Ｖｏｕｔは、式１で与えられるように、基準電圧（Ｖｒｅｆ）の値、ならびに抵抗器Ｒ１及びＲ２によって決定される。
【数１】
0005542239.tif 000002
これは、フィードバック経路にパストランジスタ２０２を用いた、一般的なオペアンプ型電圧制御装置アーキテクチャである。ＨＡＲＴ（登録商標）信号は、ＨＡＲＴ（登録商標）が送信している際、１mAのピーク間電流（１mA  ｐｋ−ｐｋ）がＦＥＴ２０２及びバルクコンデンサ１８０を通ってＨＡＲＴ（登録商標）環境発電を達成するように、トランジスタ２０２の制御信号に加えられる。
【００１９】
オペアンプ２０４の高利得により、出力電圧Ｖｏｕｔの正確な制御が可能となる。しかしながら、オペアンプ２０４は、ＨＡＲＴ（登録商標）送信波形の電流振幅の制御においてはいかなる役割も果たさない。よって、ＨＡＲＴ（登録商標）波形の精度は、多様な抵抗器及びキャパシタンス、ならびにＦＥＴ２０２などの能動素子の利得特性に依存する。これらのパラメータは適切に制御されず、結果として、ＨＡＲＴ（登録商標）送信波形は適切に制御されない。よって、図５に示すＨＡＲＴ（登録商標）環境発電回路の効率は、比較的低い。バイアス電流の０．５mAが分流回路から回収される代わりに、それより少量（例えば、０．１又は０．２mA）が回収される。
【００２０】
本発明は、ＨＡＲＴ（登録商標）エネルギー収集の効率改善が得られるように、シリーズレギュレータを介してＨＡＲＴ（登録商標）送信電流を正確に制御する回路及び方法を提供する。しかしながら、上記のような構成により、ループ回路へのノイズ伝搬などの他の問題に対処するための十分な設計融通性も提供される。
【００２１】
本発明では、電圧の制御、及びＨＡＲＴ（登録商標）環境発電電流の制御の両方を達成するために、シリーズレギュレータに２つの制御要素を使用する。２つの独立した制御要素を用いることにより、両方のパラメータ、すなわち、出力電圧及びＨＡＲＴ（登録商標）送信電流の制御を改善することが可能となる。
【００２２】
上記シリーズレギュレータのブロック図を図６に示す。図６において、上記した要素と同様の要素は、同じ符号で示す。上記分流制御装置１７０に加え、図６に図示する構成は、以下により詳細に記載されるように、並列に接続された電流制御装置２２０及び電圧制御装置２２２を含む。電圧制御装置２２２は、出力電圧を所望のレベルに制御する。電流制御装置２２０は、少なくとも０．５mA、好ましくは１．０mA以上のバイアス電流に設定されている。このバイアス電流は、回路１６８内へと流れ、図３の分流制御装置構成のようには浪費されない。全体の零入力電流が３mA以上となるように設計されているため、両方の制御装置２２０、２２２に流れる電流が常に存在しており、この構成は適切に作動する。例えば、零入力電流が３mAの場合において、電流制御装置２２０には１mAのバイアス電流が存在し得り、電圧制御装置２２２には２mAの電流が存在し得る。零入力電流Ｉｑの変動は、電圧制御装置２２２の電流を調節することにより補償される。
【００２３】
制御装置２２０、２２２は並列に接続されているが、制御装置２２２が電圧を制御し、一方で制御装置２２０が電流を制御するため、両者の間にはコンテンションはない。ＨＡＲＴ（登録商標）メッセージが送信される際、ＨＡＲＴ（登録商標）変調（１mA  ｐｋ−ｐｋ）が電流制御装置２２０のバイアス電流１mAに重畳される。よって、合計の出力電流は、零入力電流Ｉｑ及びＨＡＲＴ（登録商標）変調電流である。回路１６８は、ＴＸＡ信号を制御装置２２０に供給するように構成されたＨＡＲＴ（登録商標）モデムを含む。上記したように、回路１６８は、アナログの４〜２０mA制御信号を分流制御装置１７０に供給する。
【００２４】
シリーズレギュレータの１つの実行例の簡略概略図を図７に示す。要素Ａ１は、電圧制御装置２２２用の制御要素であり、要素Ａ２は、電流制御装置２２０用の制御要素である。図７の概略図において、電圧制御装置２２２は、出力電圧Ｖｏｕｔを制御するために電界効果トランジスタＭ１を用いる。電界効果トランジスタＭ１は、演算増幅器Ａ１を用いて制御され、この増幅器は、電圧基準電圧Ｖｒｅｆと比較される負のフィードバックを受信する。この負のフィードバックは、抵抗器Ｒ１及びＲ２に基づいている。電流ＩＯＵＴは、電界効果トランジスタＭ２を用いた電流制御装置２２０によって制御される。電界効果トランジスタＭ２は、抵抗器Ｒ３及びＲ４を介して負のフィードバックを受信するオペアンプＡ２を用いて制御される。センス抵抗器ＲＳは、Ｍ２と直列に置かれ、ＩＯＵＴに比例するフィードバック電圧を与える。デジタル信号は、Ｖｔｘａ入力を用いて電流ＩＯＵＴに乗せて変調される。変調量は、抵抗器Ｒ５及びＲ６を用いて制御することができる。
【００２５】
電圧制御装置の出力電圧は、図５の表現と同一である：
【数２】
0005542239.tif 000003
【００２６】
電流制御装置２２０のバイアス電流は、出力電圧Ｖｏｕｔ、及び回路抵抗器に依存する。ＨＡＲＴ（登録商標）変調電流は、モデムからの送信信号（Ｖｔｘａ）、及び回路抵抗器に依存する。コンデンサＣｔｘは、ＨＡＲＴ（登録商標）周波数帯において、そのインピーダンスが抵抗器Ｒ６のそれよりも大幅に小さく、ＡＣ回路解析において無視することが可能となるに十分な大きさを有している。出力電流は、以下の式によって与えられる：
【数３】
0005542239.tif 000004
【００２７】
式３において、コンデンサＣｔｘはＶｔｘａのＤＣ成分を阻止するため、Ｖｔｘａ（ＡＣ）は、ＶｔｘａのＡＣ成分を示す。式３の表現において、全てのパラメータは十分に制御され、出力電流Ｉｏｕｔは、所望のバイアス電流（例えば、１mA）、及びＨＡＲＴ（登録商標）変調電流（１mA  ｐ−ｐ）に関して正確である。この結果、非常に効率的なＨＡＲＴ（登録商標）エネルギー収集設計となる。
【００２８】
好ましい態様を参照して本発明を説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく形式及び細部において変更が可能であることは、当業者の理解するところである。上記の説明ではＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルについて言及したが、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ（商標）型通信システムなどの他のループ通信構成とともに本発明を用いることができる。
【図１】
0005542239.tif 000005
【図２】
0005542239.tif 000006
【図３】
0005542239.tif 000007
【図４】
0005542239.tif 000008
【図５】
0005542239.tif 000009
【図６】
0005542239.tif 000010
【図７】
0005542239.tif 000011