(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積分器と制御装置を備える積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置において、第１の入力電圧の端子と、第１の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第１のトランジスタと、第１の抵抗と、第２の入力電圧の端子と、第２の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第２のトランジスタと、第２の抵抗とを備え、前記積分器の＋端子を基準電圧に接続し、前記第１の入力電圧の端子を前記第１のトランジスタのコレクタと前記第１の抵抗の一端に接続し、前記第１のトランジスタのエミッタを電源に、前記第１の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第１の制御端子を前記第１のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第２の入力電圧の端子を前記第２のトランジスタのコレクタと前記第２の抵抗の一端に接続し、前記第２のトランジスタのエミッタを電源に、前記第２の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第２の制御端子を前記第２のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第１の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第１の制御端子にＬｏを入力し、前記第２の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第１の制御端子にＨｉを入力し、前記第２の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第２の制御端子にＬｏを入力し、前記第１の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第２の制御端子にＨｉを入力することを特徴とする積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置。
【請求項２】
前記第１の入力電圧及び前記第２の入力電圧の電圧値をそれぞれ測定する電圧値に所定値の正電圧を加算した値に、前記電源の出力電圧値を前記所定値の負電圧にそれぞれ設定する請求項１に記載の積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
２種類の入力電圧を同一の積分型Ａ／Ｄ変換器への入力するための入力切り替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
体重計に使用される代表的なＡ／Ｄ変換方式である２重積分方式で同時に生体インピーダンスを計測する場合に、生体インピーダンスを変換した出力電圧と、体重値を変換した出力電圧と基準電圧の３者を切り替えて一つの抵抗Ｒ1 に接続する３個のスイッチ素子を使用していた。
【０００３】
いくつかのスイッチ素子が一つのパッケージ内に入ったＩＣが市販されてはいるが、高価であり、また３個のスイッチ素子が一カ所集まるため配線が集中し好ましい基板パターンを得ることが困難であった。
【０００４】
従来の生体インピーダンスを電圧に変換する一例を示す。まず、両足の爪先に交流の定電流源より定電流ｉR を人体に流す。この定電流により踵間に発生した電圧ｖaは、踵間の生体インピーダンスをＲiとすると、
ｖa＝Ｒi＊ｉR
となる。このｖaを差動増幅器に入力し、出力電圧ｖiを得る。このときの差動増幅器の増幅率をＫとすると
ｖi＝Ｋ＊Ｒi＊ｉR
となり生体インピーダンスに比例した値を得ることが出来る。
【０００５】
この交流電圧ｖi を整流器により整流し、ローパスフィルタを通すことにより直流電圧Ｖiを得る。Ｖiは生体インピーダンスＲiに比例した電圧となり、
Ｖi＝Ｋ1×Ｒi（Ｋ1は定数）で表される。
【０００６】
また、荷重値を電圧に変換するのは、ブリッジ接続した歪みゲージを張り付けたロードセルにより荷重Ｗに比例した微小電圧を得て、その微小電圧を差動増幅器によって増幅して得られる電圧Ｖwが
Ｖw＝Ｋ2＊Ｗ＋Ｋ3（Ｋ2、Ｋ3は定数）
となることが知られている。このようにして得られた電圧をデジタル値に変換するために２重積分方式が一般的に用いられている。
【０００７】
生体インピーダンスから得られた電圧値Ｖi をデジタル値に変換するためには、まず、スイッチ素子によりＲ1 に接続する。積分器の＋端子を基準電圧（０Ｖとする）に接続した積分器の出力Ｖoは電流Ｉxiにより低下していく。Ｖoの出力をコンパレータの＋端子に接続し、コンパレータの−端子を0Vに接続するとＶo がプラスの電圧から０Ｖに達した瞬間、コンパレータの出力はＨｉからＬｏに変化する。コンパレータのＬｏを制御装置で検出してから一定時間（Ｔx） 経過した後ＶiとＲ1の接続を切り離し基準電圧−ＶRをＲ1に接続する。Ｖo の出力がマイナスの電圧から０Ｖに達した瞬間、コンパレータ出力はＬｏからＨｉに変化する。このときの所要時間をＴRとする。
【０００８】
Ｔx時間中に積分器に流れる電荷量Ｑxは
Ｑx＝Ｔx＊Ｉxi＝Ｔx＊Ｖx／Ｒ1
ＴR時間中に積分器から流れ出る電荷量ＱRは
ＱR＝ＴR＊（−ＶR）／Ｒ1
積分器の出力電圧ＶoはＴx開始時点とＴR終了時点が等しくＱx＋ＱR＝０ であるからＴR＝Ｔx＊Ｖi／ＶR  （式１）となり、ＶRは固定値であるのでＶiに比例した時間ＴRが得られることは周知である。時間ＴRは制御装置によって時間に比例したカウント値として計測され、Ｖi、つまり、生体インピーダンスＲiに比例したカウント値が得られる。同様にしてスイッチ素子でＶwをＲ1に接続し一定時間Ｔx後にスイッチを−ＶRに切り替えることで荷重値に比例したカウント値が得られる。この場合３個のスイッチ素子が必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
二つの異なる物理量から得られた２種類の出力電圧を切り替えることにより同一の積分器に入力し２重積分方式でＡＤ変換する装置の出力電圧を積分器へ入力するための切り替え装置、具体的には体重と生体インピーダンスとを同時に測定して体内脂肪量を推測する体内脂肪量計の体重と生体インピーダンスから得られたそれぞれの電圧を同一の積分器へ入力するための切り替え装置として、トランジスタの様な安価なＯＮ／ＯＦＦ動作スイッチ素子を使用する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、積分器と制御装置を備える積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置において、第１の入力電圧の端子と、第１の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第１のトランジスタと、第１の抵抗と、第２の入力電圧の端子と、第２の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第２のトランジスタと、第２の抵抗とを備え、前記積分器の＋端子を基準電圧に接続し、前記第１の入力電圧の端子を前記第１のトランジスタのコレクタと前記第１の抵抗の一端に接続し、前記第１のトランジスタのエミッタを電源に、前記第１の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第１の制御端子を前記第１のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第２の入力電圧の端子を前記第２のトランジスタのコレクタと前記第２の抵抗の一端に接続し、前記第２のトランジスタのエミッタを電源に、前記第２の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第２の制御端子を前記第２のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第１の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第１の制御端子にＬｏを入力し、前記第２の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第１の制御端子にＨｉを入力し、前記第２の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第２の制御端子にＬｏを入力し、前記第１の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第２の制御端子にＨｉを入力することを特徴とする積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、前記第１の入力電圧及び前記第２の入力電圧の電圧値をそれぞれ測定する電圧値に所定値の正電圧を加算した値に、前記電源の出力電圧値を前記所定値の負電圧にそれぞれ設定する。
【００１３】
【実施の形態】
図１に本発明の実施例を示す。簡略のため、Ｒ1＝Ｒ4  とし、Ｒ2及びＲ5は十分小さい抵抗値とする。生体インピーダンスから得られた電圧Ｖi’を概略Ｖi’＝Ｖi＋Ｖss  となるように回路を構成する。
これは生体インピーダンスで使用する差動増幅器や整流器の基準電圧を＋Ｖssとすれば  Ｖi’＝Ｋ1＊Ｒi＋Ｖss  （Ｋ1は定数）として得られる。体重から得られた電圧Ｖw’も概略  Ｖw’＝Ｖw＋Ｖss  となるように回路を構成する。
体重計のオフセット電圧の調整は、ブリッジ回路の一方の出力を、抵抗Ｒ10、Ｒ11の値を選んで負荷することで、出力電圧を変え、差動増幅器の出力電圧Ｖw’を自由に変えることが可能である。
【００１４】
Ｖi’はＲ5を介してＴr2のコレクタとＲ4に接続し、Ｔr2のエミッタを−Ｖss に、ベースをＲ6を介して制御装置にそれぞれ接続し、Ｒ4の他端を積分器の−端子に接続する。Ｖw’はＲ2を介してＴr1のコレクタとＲ1に接続し、Ｔr1 のエミッタを−Ｖssに、ベースをＲ3を介して制御装置にそれぞれ接続し、Ｒ1の他端を積分器の−端子に接続する。
【００１５】
生体インピーダンスを測定するには、Ｖs1をＨｉにしてＴr1をＯＮする。Ｖs2をＬｏにし、Ｔr2をＯＦＦにすると、積分器に流れる電流Ｉx1は
Ｉx1＝Ｖi’／Ｒ4＋（−Ｖss）／Ｒ1  となる。ここでＲ1＝Ｒ4であるから
Ｉx1＝（Ｖi＋Ｖss）／Ｒ1−Ｖss／Ｒ1＝Ｖi／Ｒ1  となる。
積分器出力電圧Ｖoが０Ｖに達したのをコンパレータ出力により確認してから一定時間Ｔx後Ｖs2をＨｉにしてＴr2をＯＮにすると積分器に流れる電流ＩR1は
ＩR1＝−Ｖss／Ｒ4＋（−Ｖss）／Ｒ1＝−２Ｖss／Ｒ1
Ｖoが再び０Ｖに達するまでの時間ＴRを計測する。
Ｔx時間中に積分器に流れ込む電荷Ｑxは  Ｑx＝Ｔx＊Ｉx1  で、
ＴR時間中に積分器から流れ出る電荷ＱRは  ＱR＝ＴR＊ＩR1  であり、
Ｑx＋ＱR＝０  であるから
ＴR＝Ｔx＊Ｖi／（２Ｖss）となり、前出（式１）のＶRを２Ｖssに置き換えた物と同一であり、生体インピーダンスに比例したカウント値が得られる。
【００１６】
体重値を測定するには、Ｖs2をＨｉにしてＴr2をＯＮする。Ｖs1をＬｏにし、Ｖoが０ＶになってからＴx後にＶs1をＨｉにして再びＶoが０Ｖに成るまでの時間ＴR’を計測すると、同様に
ＴR’＝Ｔx＊Ｖw／（２Ｖss）が導かれ、体重値に比例したカウント値が得られる。
【００１７】
上記の例ではＶi、Ｖwとも、オフセット値Ｖssを加算したＶi’、Ｖw’とする方法を示したが、他の方法として積分器の入力に抵抗（Ｒ20）を付加し、Ｒ20の一端をＶccに繋いでも良い。
【００１８】
Ｒ20＝Ｒ1＊Ｖcc／Ｖss  と成るようにＲ20を選ぶと、
Ｔx時間中に積分器に流れる電流Ｉx1は
0003693431.tif 000002
ＴR時間中に積分器に流れる電流ＩR1は
ＩR1＝−Ｖss／Ｒ4＋（−Ｖss）／Ｒ1＋Ｖcc／Ｒ20＝−Ｖss／Ｒ1
よって
ＴR=Ｔx＊Ｖi／Ｖss
となる。体重値も同様にして
ＴR'＝Ｔx＊Ｖw／Ｖss
となり、オフセット値を与えずとも生体インピーダンス及び体重値をカウント値に変換することが出来る。
【００１９】
また、上記例ではＲ1とＲ4が等しく、且つＲ2及びＲ5は十分小さいと仮定したが、Ｒ1とＲ4とが等しくは無く、Ｒ2、Ｒ5が小さい値でなくともカウント値に変換可能であることは明白である。
【００２０】
【発明の効果】
積分器と制御装置を備える積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置において、第１の入力電圧の端子と、第１の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第１のトランジスタと、第１の抵抗と、第２の入力電圧の端子と、第２の制御端子と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタである第２のトランジスタと、第２の抵抗とを備え、前記積分器の＋端子を基準電圧に接続し、前記第１の入力電圧の端子を前記第１のトランジスタのコレクタと前記第１の抵抗の一端に接続し、前記第１のトランジスタのエミッタを電源に、前記第１の抵抗の他端は積分器の−端子に、前記第１の制御端子を前記第１のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第２の入力電圧の端子を前記第２のトランジスタのコレクタと前記第２の抵抗の一端に接続し、前記第２のトランジスタのエミッタを電源に、前記第２の抵抗の他端を積分器の−端子に、前記第２の制御端子を前記第２のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記第１の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第１の制御端子にＬｏを入力し、前記第２の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第１の制御端子にＨｉを入力し、前記第２の入力電圧を積分型Ａ／Ｄ変換器に入力する時には、前記積分器の出力が０Ｖの時に、前記第２の制御端子にＬｏを入力し、前記第１の制御端子にＨｉを入力した後、所定時間経過後、前記積分器の出力が０Ｖになるまで前記第２の制御端子にＨｉを入力するので、二つの異なった物理量から得た電圧を同一の積分器に切り替えて入力するための積分型Ａ／Ｄ変換器の入力切り替え装置を３個の高価なスイッチ素子に代わって、２個のＮＰＮトランジスタで安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（ａ）生体インピーダンス測定回路ブロック図
（ｂ）体重測定回路
（ｃ）出力波形図
（ｄ）実施例要部回路図
【図２】従来例
【図３】一般的な体重データ変換回路
【図４】生体インピーダンス測定回路例
【図５】本発明の他の実施例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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