(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアナログ入力信号を、それぞれの入力信号に対応した電圧に変えて入力側切替手段を介してコンデンサにチャージし、出力側切替手段を介してチャージされた電位をＡ／Ｄ変換手段に供給し、該Ａ／Ｄ変換手段で各入力信号に対応したディジタルデータに変換するようになし、前記入力側切替手段および出力側切替手段は、チャンネルセレクタからの選択されたチャンネル信号により切替操作するようにしたフライニングコンデンサ方式によるアナログ・マルチプレクサにおいて、
前記入力側切替手段は常閉のｂ接点タイプ、出力側切替手段は常開のａ接点タイプのフォトモスリレーで形成し、各切替手段の切替操作は、フォトモスリレーをドライブして行うようにし、
ｂ接点タイプの切替手段は、チャンネル信号の入力と同時に接点をオフし、チャンネル信号が切れたとき所定時間遅れてオンするようになし、ａ接点タイプの切替手段は、チャンネル信号の入力後所定時間遅れてオンし、チャンネル信号が切れたとき同時にオフするようにすると共に、
ａ接点タイプの切替手段とＡ／Ｄ変換手段との間の共通の出力回路に、該出力回路を短絡する逆充電短絡用のｂ接点を設け、該ｂ接点は、通常オンして出力回路を短絡し、チャンネルセレクタからの選択されたチャンネル信号でオフするようにしたことを特徴とするフライニングコンデンサ方式によるアナログ・マルチプレクサ。
【請求項２】
ａ接点タイプの切替手段とＡ／Ｄ変換手段の間に、逆充電阻止用の接点と絶縁アンプを接続し、逆充電阻止用の接点は前記ａ接点タイプの接点と同期してオン・オフし、絶縁アンプ側からの充電を阻止するようにしたことを特徴とする請求項１記載のフライニングコンデンサ方式によるアナログ・マルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は監視制御装置等に使用されるフライニングコンデンサ方式におけるアナログ・マルチプレクサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アナログ・マルチプレクサには、フライニングコンデンサ方式と称される方式が採用されている。この方式は、４〜２０ｍＡのアナログ入力がｎ個あった場合、ｎ個の抵抗により夫々の入力信号に対応した電圧に変え、その電位をコンデンサにチャージしておき、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）はチャンネルセレクタにより必要なチャンネルのリレーのいずれか１個をドライブして、コンデンサの電位をアナログ・ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換部）に供給し、Ａ／Ｄ変換部は入力電位をディジタルデータ（通常１１ビット）に変換する。ＣＰＵは、このディジタルをリードして処理する。
【０００３】
図６はこの従来のフライニングコンデンサ方式によるアナログ・マルチプレクサの回路構成図である。同図において、ＡＩ1，ＡＩ2…ＡＩnは４〜２０ｍＡのアナログ入力信号がｎ個あった場合を示している。Ｒ1，Ｒ2…Ｒnは前記各アナログ入力信号に対応した電圧に変える抵抗、Ｃ1，Ｃ2…Ｃnはアナログ入力信号に対応して変換された電位をチャージするコンデンサを示す。
【０００４】
Ｓ1，Ｓ2…ＳnはリレーＲＹ1，ＲＹ2…ＲＹnによって切り替えられる切替接点で、各コンデンサＣ1，Ｃ2…Ｃnの両端に設けられ、コンデンサをアナログ入力側に接続したり、Ａ／Ｄ変換部１側に接続を切り替え、コンデンサＣの電位をこのＡ／Ｄ変換部１に供給する。このＡ／Ｄ変換部１は入力電位をディジタルデータ（通常１１ビット）に変換してバス２に入力する。
【０００５】
３はチャンネルを切り替えるチャンネルセレクタで、必要なチャンネルＣＨ1，ＣＨ2…ＣＨnのリレーＲＹ1，ＲＹ2…ＲＹnのいずれか１個をドライブする。４はＣＰＵ（マイクロプロセッサ）で、バス２を介してチャンネルセレクタ３にチャンネルの選択信号を出力する。また、ＣＰＵはＡ／Ｄ変換部１からのディジタルデータを読み込んで処理する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の切換接点Ｓを切り替えるリレーには、水銀リレーが使用されている。この水銀リレーは機械的寿命が長く、且つ動作時間が短い等の特長を持っているため広く使用されていた。しかし、近年は水銀は環境や人体に有害な物質としてあげられ、国際的な規制が強化され、水銀リレーは生産中止の可能性があり、水銀リレーに代わる切替手段の開発が切望されるに至っている。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、この水銀リレーに代わる切替手段を使用したフライニングコンデンサ方式のアナログ・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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明において、上記の課題を解決するための手段は、複数のアナログ入力信号を、それぞれの入力信号に対応した電圧に変えて入力側切替手段を介してコンデンサにチャージし、出力側切替手段を介してチャージされた電位をＡ／Ｄ変換手段に供給し、該Ａ／Ｄ変換手段で各入力信号に対応したディジタルデータに変換するようになし、前記入力側切替手段および出力側切替手段は、チャンネルセレクタからの選択されたチャンネル信号により切替操作するようにしたフライニングコンデンサ方式によるアナログ・マルチプレクサにおいて、前記入力側切替手段は常閉のｂ接点タイプ、出力側切替手段は常開のａ接点タイプのフォトモスリレーで形成し、各切替手段の切替操作は、フォトモスリレーをドライブして行うようにする。
【０００９】
そして、ｂ接点タイプの切替手段は、チャンネル信号の入力と同時に接点をオフし、チャンネル信号が切れたとき所定時間遅れてオンするようになし、ａ接点タイプの切替手段は、チャンネル信号の入力後所定時間遅れてオンし、チャンネル信号が切れたとき同時にオフするようにするとともに、ａ接点タイプの切替手段とＡ／Ｄ変換手段の間に、逆充電阻止用の接点と絶縁アンプを接続し、逆充電阻止用の接点は前記ａ接点タイプの接点と同期してオン・オフし、絶縁アンプ側からの充電を阻止するようにするものである。
【００１０】
また、ａ接点タイプ切替手段の共通の出力回路とＡ／Ｄ変換手段との間の出力回路に逆充電短絡用のｂ接点を設け、該ｂ接点は常時オンし、チャンネルセレクタからの信号でオフするようにして、逆充電電流を短絡して逆充電を無くする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態の回路構成図を示す。本発明は、従来の水銀リレーに代わる切替手段として、フォトモスリレーを使用するものである。フォトモスリレーは図３（Ａ）の１０で示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）１１と、モス構造をもったＦＥＴ素子１２から成り、ＦＥＴ素子１２は、通常はオフ状態にあって受光したとき導通状態（接点オン）となるａ接点動作をするａ接点タイプのものと、通常はオン状態にあり受光したときにオフ状態（不導通状態）となるｂ接点動作をなすｂ接点タイプの２種類があり、ａ接点タイプのものは、同図（Ｂ）に示すように、発光ダイオード１１にドライブ信号ＩＦが入力して発光すると、（ｂ）図示のように、オンとなり負荷電流ＩＬ1が流れ、また、ｂ接点タイプのものは（ｃ）図示のように、負荷電流ＩＬ1は無くなりオフとなる。なお、図３（Ａ）は２接点出力を同時に出すようにした場合で、この２接点出力で、コンデンサの正，負両側を同時にオン・オフ制御する。なお、図中Ｅは直流電源、Ｒ0は抵抗、１３は負荷を示している。
【００１３】
図１はこのフォトモスリレーを使用した本発明のアナログ・マルチプレクサの回路構成図を示し、ドライブ部と接点部とから成る。ドライブ部は、フォトモスｂ接点ドライブ部１００ｂと、ａ接点ドライブ部１００ａとからなる。
【００１４】
３はチャンネルセレクタで、本例では１６のチャンネルＣＨ1〜ＣＨ16を有し、各チャンネルに順次（又は選択的）に所定時間間隔をもってドライブ信号を送出する。また、各チャンネルＣＨ1〜ＣＨ16にはｂ接点ドライブ回路１１０〜２６０が設けられている。この各ｂ接点ドライブ回路１１０〜２６０は、みな回路構成が同じなので、ｂ接点ドライブ回路１１０について説明すると、ｂ接点ドライブ回路１１０は、オフになるまでの時間を延ばすオフ・ディレー回路１１１と、ＮＯＴ回路１１２と、ｂ接点タイプのフォトモスリレーの発光ダイオード１１３と、抵抗１１４との直列回路から成り、直流電源Ｅの正極側に接続されている。
【００１５】
また、各チャンネルＣＨ1〜ＣＨ16には、ａ接点ドライブ回路３１０〜４６０が夫々接続されている。この各ａ接点ドライブ回路３１０〜４６０はみな回路構成が同じなので、ａ接点ドライブ回路３１０について説明すると、ａ接点ドライブ回路３１０はチャンネル信号が入力するＮＡＮＤ回路３１１と、ａ接点タイプのフォトモスリレーの発光ダイオード３１２と抵抗３１３の直列回路を直流電源Ｅの正極に接続し、且つ、ＮＡＮＤ回路３１１には、各チャンネルＣＨ1〜ＣＨ16からの信号が、ＯＲ回路１４、該ＯＲ回路１４からの出力信号を入力したとき、オンになるまでの時間を延ばすオン・ディレー回路１５を介して入力される。
【００１６】
５００は逆充電阻止回路で、前記のオン・ディレー回路１５の出力側に設けられ、ＮＯＴ回路５０１、ａ接点タイプのフォトモスリレーの発光ダイオード５０２、抵抗５０３の直列回路を直流電源Ｅの正極側に接続して成り、前記のａ接点ドライブ回路と同期してオン・オフ制御される。
【００１７】
６００は逆充電短絡回路で、前記ＯＲ回路１４、オン・ディレー回路１５の出力信号を入力するＮＯＲ回路６０１、ｂ接点タイプのフォトモスリレーの発光ダイオード６０２、抵抗６０３の直列回路を直流電源Ｅの正極側に接続して成り、チャンネルセレクタ３からの信号によりオフとなり、それ以外はオン制御される。
【００１８】
７００は接点部で、１６種のアナログ入力信号ＡＩ1〜ＡＩ16に対応した信号をＡ／Ｄ変換部１に送出する接点回路ＣＡ1〜ＣＡ16から成る。各接点回路ＣＡ1〜ＣＡ16の回路構成は同じなので、接点回路ＣＡ1について説明する。なお、各接点に付されている数字でドライブ回路のフォトモスリレーの発光ダイオードと同じ数字は、その発光ダイオードがドライブされたときに作動する接点を示し、例えば、１２３ｂは、ｂ接点ドライブ回路１２０のフォトモスリレーの発光ダイオード１２３のドライブにより動作するｂ接点であることを示している。
【００１９】
接点回路ＣＡ1は、アナログ入力信号ＡＩ1を、それに対応した電圧に変換してコンデンサＣ1にチャージしてチャンネルセレクタ３によって選択されたとき、チャージされた電位をＡ／Ｄ変換部１に送出するものであり、入力端側にアナログ入力信号ＡＩ1をそれに対応した電圧に変換する抵抗Ｒ1と、コンデンサＣ1の入力側と出力側に切替手段としてのｂ接点１１３ｂと３１２ａが設けられている。ｂ接点１１３ｂはｂ接点ドライブ回路１１０に設けられているｂ接点タイプのフォトモスリレー１１３のｂ接点、３１２ａはａ接点ドライブ回路３１０に設けられているａ接点タイプのフォトモスリレーのａ接点を示し、チャンネルＣＨ1にチャンネル信号が送出されると、後述するようにｂ接点１１３ｂがオフ、ａ接点３１２ａがオンとなる。
【００２０】
５０２は逆充電阻止回路５００に設けられているａタイプのフォトモスリレーのａ接点で、ａ接点タイプの切替手段の共通出力回路とＡ／Ｄ変換手段との間の出力回路に設けられ、各接点回路ＣＡ1〜ＣＡnは、このａ接点５０２ａおよび絶縁アンプ１６を介してＡ／Ｄ変換部１に接続される。
【００２１】
また、６０２ｂは逆充電短絡回路６００に設けられているｂタイプのフォトモスリレーの逆充電短絡用のｂ接点で、前記ａ接点タイプの切替手段の共通の出力回路に並列に設けられ、常時はオン（短絡）し、チャンネルセレクタ３によってチャンネルが選択されたときオフ制御される。
【００２２】
なお、図中１７，１８は他のアナログ入力信号を示している。
【００２３】
次に図２の動作タイミングチャートにより動作を説明する。
【００２４】
今、図１の状態においてチャンネルセレクタ３によりチャンネルＣＨ1が選択され、図２に示すチャンネル信号ＣＨ1Ｓが出力されると、この信号はオフ・ディレー回路１１１と、ＮＡＮＤ回路３１１およびＯＲ回路１４、オン・ディレー回路１５を介してＮＡＮＤ回路３１１、およびＮＯＲ回路６０１に入力される。
【００２５】
このチャンネル信号により、図２（ｂ）図示のようにｂ接点ドライブ回路１１０および逆充電阻止回路６００はドライブされ、（ｃ），（ｇ）図示のようにｂ接点１１３ｂおよび６０２ｂはオフする。一方ａ接点３１２ａの方は、オン・ディレー回路１５で、（ｄ）図示のように、所定時間ｔ1遅れてａ接点ドライブ回路３１０はドライブされ、そのａ接点３１２ａをオンする。逆充電阻止回路５００も同時にドライブされ、そのａ接点５０２ａはオンし、コンデンサＣ1のチャージ電位を絶縁アンプ１６を介してＡ／Ｄ変換部１に送出する。
【００２６】
チャンネル信号ＣＨ1Ｓがオフされると、ａ接点３１２ａ、５００ａは既時オフされるが、ｂ接点１１３ｂはオフ・ディレー回路１１１により図２（ｂ）図示のように所定時間ｔ2遅れてオンとなる。
【００２７】
このｂ接点およびａ接点の切替タイミングは、コンデンサの電圧を入力側から切り離し、Ａ／Ｄ変換部に伝達するタイミングを確保するために、フォトモスリレーの動作時間を考慮して、ｂ接点側にオフ・ディレー回路、ａ接点側にオン・ディレー回路を設け、水銀リレーの切替接点に相当する機能を持たせたものである。
【００２８】
絶縁アンプ１６は、アナログ入力回路と、Ａ／Ｄ変換部との絶縁をとり、またゲイン調整の機能を持たせるために設けたものであるが、理想的な絶縁アンプでは、入力電流は流れないが、市販されている絶縁アンプでは入力電流が流れる場合が多い。そのため、入力が無いチャンネルに対し、絶縁アンプからフォトモスリレーの接点間の容量を通して充電される。
【００２９】
即ち図４に示すようにフォトモスリレーのａ接点のオフ時の接点間に、１００ＰＦ程度の接点間容量ＣFがあり、この接点間容量を通して逆方向から充電される。その結果、入力が無い（入力が０）チャンネルを選択したときのＡ／Ｄ変換部の値が０とはならず、充電量に比例した誤差が生ずる。
【００３０】
アナログ入力量は、通常１２８〜２５６量を最大とし、プリント板１枚当たりのアナログ入量は１６量として、プリント板を８枚〜１６枚使用する。従って、上記の誤差はプリント板１枚の１６量では無視できる値であったとしても、図５に示すように入力量が最大となり、プリント板の枚数Ｐ1〜Ｐnが増えるとその誤差は無視できなくなる。
【００３１】
かかる場合本発明では、図１および図５にも示すように各プリント板に逆充電阻止回路を設けて、そのａ接点を介して絶縁アンプ１６と接続し、そして、各チャンネルのａ接点がオンするタイミングと同期してオンするようにしているので、絶縁アンプからの充電は阻止され、絶縁アンプからの逆充電による誤差を無視できる値に低減することができる。
【００３２】
しかし、逆充電阻止回路５００の逆充電阻止用のａ接点５０２ａにも接点間容量があり、また、あるチャンネルにアナログ入力信号が入力されており、他のチャンネルにアナログ入力信号が入力されていないときに、アナログ入力信号が入力されているチャンネルからアナログ入力信号の無いチャンネル側のコンデンサに対してａ接点タイプの切替手段のａ接点間容量を介して充電される可能性がある。（例えば、図５のアナログ入力信号ＡＩ1が入力され、ＡＩnが無い場合、ａ接点ドライブ回路の接点ａ1とａnの接点間容量を介してコンデンサＣnが充電される。）従って、幾評かの誤差が生ずる可能性がある。
【００３３】
かかる場合、本発明においては、逆充電短絡回路６００を設け、そのｂ接点６０２ｂで常時は、ａ接点タイプの切替手段としてのａ接点ドライブ回路の出力側を短絡しているので、上記の充電電流はこの短絡用のｂ接点６０２ｂで短絡され、コンデンサが逆充電されることは無くなる。従って、逆充電による誤差は防止される。
【００３４】
なお、絶縁アンプの絶縁特性が良い場合、又はプリント板が少ない場合は、前記の逆充電阻止回路は必要でない。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、複数のアナログ入力信号の各チャンネル間の絶縁がとれることによりチャンネル間相互の干渉が無い、というフライングコンデンサ方式の特長を生かし、且つ、切替手段としてフォトモスリレーを使用するようにしたので、水銀リレーと比較して、次の効果が得られる。
【００３６】
（１）機械的な部分が無いので寿命が半永久的となり信頼性が極端に向上する。
【００３７】
（２）高感度、低消費電力で動作するため、ドライブ回路の負荷が低減し、コストの低減がはかれる。
【００３８】
（３）長寿命によるメンテナンス不要により、トータルコストの低減がはかれる。
【００３９】
（４）小形、軽量によるプリント板の高密度実装が可能となり、コスト低減がはかれる。
【００４０】
（５）逆充電阻止回路を設けることにより、一般に市販されている絶縁トランスを使用することができる。
【００４１】
（６）逆充電短絡回路を設けることにより、ａ接点ドライブ回路のａ接点間容量を介して逆充電する充電電流を短絡し、逆充電に起因する誤差を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の回路構成図。
【図２】本発明の動作タイミングチャート。
【図３】フォトモスリレーの説明図。
【図４】コンデンサへの逆充電の説明図。
【図５】本発明の多数のプリント板実装の例図。
【図６】従来のフライニングコンデンサ方式のアナログ・マルチプレクサ。
【符号の説明】
１…Ａ／Ｄ変換部
２…バス
３…チャンネルセレクタ
４…ＣＰＵ
１０…フォトモスリレー
１１…発光ダイオード
１２…ＦＥＴ素子
１４…ＯＲ回路
１５…オン・ディレー回路
１６…絶縁アンプ
１００ｂ…フォトモスｂ接点ドライブ部
１００ａ…フォトモスａ接点ドライブ部
１１０〜２６０…ｂ接点ドライブ回路
３１０〜４６０…ａ接点ドライブ回路
５００…逆充電阻止回路
６００…逆充電短絡回路
ＣＡ1〜ＣＡ16…接点回路
７００…接点部
【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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【図６】
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