(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアナログ信号の入力チャンネルを有し、前記入力チャンネルの一つを選択的に出力側に切換え接続するアナログスイッチと、このアナログスイッチの切換え時にそのアナログスイッチの出力点を放電電位点に接続して該アナログスイッチの出力側に蓄積された電荷を放電させる放電用回路と、前記アナログスイッチにチャンネル切換え制御信号を出力するＣＰＵとを有するアナログ信号の切換回路において、前記ＣＰＵから出力されるチャンネル切換え制御信号の入力に伴い、前記放電用回路の内部スイッチを閉状態に切り換える制御信号及びその放電用回路の内部スイッチの閉状態時間を含みそれよりも長い期間アナログスイッチの出力点がいずれのチャンネルも選択されていない状態のアウトプットディスイネーブル期間が挿入されたアナログスイッチの制御信号を生成するように構成された制御回路を設けたことを特徴とするアナログ信号の切換回路。
【請求項２】
前記放電用回路が、前記アナログスイッチの空いている一つの入力チャンネルを放電電位点に接続して形成されている請求項１に記載のアナログ信号の切換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアナログ信号の切換回路に関するものであり、より詳しくは、アナログスイッチなどの切換回路における入出力電圧の安定化を図ることができるアナログ信号の切換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のアナログ信号を選択的に出力するためにアナログスイッチが用いられている。図８は、アナログスイッチを用いた従来のアナログ信号の切換回路１０の一例を示している。
【０００３】
図８において、２は４入力１出力のアナログスイッチ、４はアナログスイッチ２の出力側に接続されるバッファ、５はバッファ４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器、６は前記アナログスイッチ２のスイッチ切換えを制御する制御信号Ｓｃを出力すると共にＡＤ変換器５からデジタル信号を入力するＣＰＵである。ＣＰＵ６は制御信号Ｓｃによって前記アナログスイッチ２の内部スイッチＳｗを周期的に切り換えることにより、各アナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 を順にＡＤ変換して入力することができる。
【０００４】
つまり、上述したようにアナログスイッチ２をアナログ信号の切換回路１０として用いることにより、比較的高価なＡＤ変換器５を一つ用いて４つのアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 をデジタル信号に変換することができる。なお、各アナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 は各々抵抗Ｒ1〜Ｒ4 およびコンデンサＣ1 〜Ｃ4 によるローパスフィルタを介して、アナログスイッチ２の各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４に接続されることにより、高周波のノイズ成分を予め除去しており、デジタル変換するときにアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 の指示が安定するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般的にアナログスイッチ２の出力側には容量成分Ｃ0 が幾らか存在しており、上述した従来のアナログ信号の切換回路１０では、この容量成分Ｃ0 による影響が前記内部スイッチＳｗの切り換え時に顕著に現れることがあった。つまり、図９に示すように、例えばチャンネルＣＨ１に入力されるアナログ信号Ｓ1 の電圧が、チャンネルＣＨ２に入力されるアナログ信号Ｓ2 の電圧に比べて大きい場合に、内部スイッチＳｗをチャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ２に切り換えたときに、出力点Ａに過渡的な電圧変動が生じていた。
【０００６】
図９に示した波形が出力される状況は、まず時間Ｔ0 〜Ｔ1 の間、内部スイッチＳｗがチャンネルＣＨ１を選択している間に、アナログ信号Ｓ1 に相当する電荷がコンデンサＣ0 にチャージされる。次いで、時点Ｔ1 において内部スイッチＳｗをチャンネルＣＨ２に切り換えると、コンデンサＣ0 に蓄えられている電荷がコンデンサＣ2 に流れてコンデンサＣ2 にチャージされる。
【０００７】
そして、出力点Ａに出力される電圧は、アナログ信号Ｓ2 のローパスフィルタを構成する抵抗Ｒ2 およびコンデンサＣ2 の時定数Ｃ2 Ｒ2 で定められる時間ｔ1 の間、過渡的に変化する。つまり、内部スイッチＳｗを切り換えた時点Ｔ1 から一定期間ｔ1 の間、出力点Ａに生じる電圧がチャンネルＣＨ２に入力されるアナログ信号Ｓ2 の電圧と異なっており、これが誤差となってあらわれる。
【０００８】
このため、前記ローパスフィルタによるカットオフ周波数が低ければ低いほど前記時間ｔ1 は長時間になり、例えば、自動車排ガスの測定装置などのガス分析計のセンサに取り付けられるローパスフィルタの場合、１００μｓ程度の過渡現象が生じていた。また、コンデンサＣ0 に蓄えられている電荷が入力側のコンデンサＣ2 に逆流するので、アナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 の入力側の回路の安定性という点でも望ましくなかった。
【０００９】
なお、通常はアナログスイッチ２の特性として、前記スイッチＳｗの切換えによって切り換えられるアナログ信号の電圧が大きくなる場合には、その変化に素早く追従できる特性がある。すなわち、アナログスイッチ２の出力側にはコンデンサＣ0 のみならず、ダイオードＤ0 および抵抗Ｒ0 によって等価的に示すことができるような内部回路が存在することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、アナログスイッチ２に入力されるアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 の大きさは予め分かるものではないので、何れにしても前記過渡現象が生じる期間ｔ1 の間はＡＤ変換したデータを用いることができなかった。そして、この問題によりアナログスイッチ２の切換え速度を一定速度以上に上げることができず、これが例えばエンジンの回転に合わせて高速に変化する測定値などのアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 の入力に追従できなくなる原因となっていた。また、アナログスイッチ２の切換えを高速に行った場合に、入力されるアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 の電圧差の大きさによっては精度が悪くなってしまうなどの不都合もあった。
【００１１】
本発明は上述の事柄に留意してなされたものであって、高速に切り換えられるアナログスイッチにおいても、その入出力電圧の安定化および高精度化を達成できるアナログ信号の切換回路を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るアナログ信号の切換回路は、複数のアナログ信号の入力チャンネルを有し、前記入力チャンネルの一つを選択的に出力側に切換え接続するアナログスイッチと、このアナログスイッチの切換え時にそのアナログスイッチの出力点を放電電位点に接続して該アナログスイッチの出力側に蓄積された電荷を放電させる放電用回路と、前記アナログスイッチにチャンネル切換え制御信号を出力するＣＰＵとを有するアナログ信号の切換回路において、前記ＣＰＵから出力されるチャンネル切換え制御信号の入力に伴い、前記放電用回路の内部スイッチを閉状態に切り換える制御信号及びその放電用回路の内部スイッチの閉状態時間を含みそれよりも長い期間アナログスイッチの出力点がいずれのチャンネルも選択されていない状態のアウトプットディスイネーブル期間が挿入されたアナログスイッチの制御信号を生成するように構成された制御回路を設けたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明に係るアナログ信号の切換回路は、前記放電用回路が、前記アナログスイッチの空いている一つの入力チャンネルを放電電位点に接続して形成されているものである。
【００１３】
したがって、本発明のアナログ信号の切換回路を用いることにより、アナログスイッチの切換え時で、旧チャンネルから切り離した後で新チャンネルへの切換え接続前に、アナログスイッチの出力側に蓄えられた電荷が放電用回路を経て放電されるので、アナログ信号の切換え時に切換え前の状態でのアナログ信号の影響を受けることが全くなくなる。また、一般的にアナログスイッチは入力電圧の立上りには高速に応答できる特性を有しているので高速切換えを可能とする。
【００１４】
特に、請求項２のように、前記アナログスイッチの空いている一つの入力チャンネルを放電電位点に接続し、この空いている入力チャンネルを前記放電用回路に形成する場合には、放電用回路をより簡素化することができ、それだけ、アナログ信号の切換回路の生産コストを引き下げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るアナログ信号の切換回路１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本例のアナログ信号の切換回路１は例えば４入力１出力のアナログスイッチ２と、このアナログスイッチ２の出力点Ａ（接続側）を放電電位点（以下、コモンという）Ｇに接続するアナログスイッチ（放電用回路）３とからなる。また、このアナログスイッチ３の出力点Ａは例えばバッファ４を介してＡＤ変換器５に接続されている。６は前記アナログスイッチ２のチャンネル切換え制御信号Ｓｃを出力すると共に、ＡＤ変換器５から出力されるデジタル信号を入力するＣＰＵである。７はＣＰＵ６から出力されるチャンネル切換え制御信号Ｓｃの入力に伴い、前記アナログスイッチ２，３を制御する制御信号Ｓｃ1 ，Ｓｃ2 を生成しそれら制御信号Ｓｃ1 ，Ｓｃ2 を出力する制御回路である。
【００１６】
なお、以下の説明において、図８，９に示した図と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるので、その詳細な説明を省略して、重複説明を避ける。
【００１７】
図２は図１に示すアナログ信号の切換回路１の出力点Ａにおける出力波形および各制御信号Ｓｃ1 ，Ｓｃ2 の状態を示す図である。すなわち、まず時間Ｔ0 〜Ｔ1 の期間に、ＣＰＵ６から出力されるチャンネル切換え制御信号Ｓｃが制御回路７に入力され、この制御回路７からアナログスイッチ２に対してその内部スイッチＳｗ１をチャンネルＣＨ１に接続する制御信号Ｓｃ1 を出力すると共に、アナログスイッチ３に対してその内部スイッチＳｗ２を開状態にする制御信号Ｓｃ2 を出力する。この時、アナログ信号Ｓ1 の電圧に相当する電荷がコンデンサＣ0 にチャージされる。
【００１８】
次いで、時間Ｔ1 〜Ｔ2 の期間にＣＰＵ６はまずアナログスイッチ２をアウトプットディスイネーブル（図２には”ＯＤ”と記載している）状態にして、出力点Ａがどのチャンネルも選択されていない状態とする制御信号Ｓｃ1 を出力したのちに、アナログスイッチ３の内部スイッチＳｗ２を閉状態にする制御信号Ｓｃ2 を出力する。このとき、コンデンサＣ0 にチャージされていた電荷がアナログスイッチ３を経てコモンＧに放電されて出力点Ａの出力電圧が０Ｖ（放電電位点と同電位）になる。なお、アナログスイッチ３が閉状態である時間ｔ2 は接続点Ａの電位が０Ｖになるのに必要な時間があればよく、通常のアナログスイッチ２，３の場合例えば１μｓ程度でよい。
【００１９】
次に、時点Ｔ2 においてＣＰＵ６はアナログスイッチ３を開状態に切り換える制御信号Ｓｃ2 を出力したのちに、アナログスイッチ２の内部スイッチＳｗ１をチャンネルＣＨ２に切り換える制御信号Ｓｃ1 を出力する。このとき、接続点Ａの電位は、素早くチャンネルＣＨ２に入力されるアナログ信号Ｓ2 と同電位となる。
【００２０】
すなわち、本発明は、アナログスイッチ２の内部スイッチＳｗ１を切換えるときに、旧チャンネルＣＨ１を切り離した後で、かつ、新チャンネルＣＨ２に切り換える前に、コンデンサＣ0 に蓄えられた電荷（アナログスイッチ２の出力側に蓄積された電荷）を一度放電し、次に、新チャンネル２へ切り換えるようにした放電用回路３を追加したことにより、チャンネル切換え時に旧チャンネルのアナログ信号の影響を受けることなく、高速に切り換えることができる。
【００２１】
本例の場合には、チャンネル切換えをした時点Ｔ1 から数μｓ後には安定したアナログ信号Ｓ2 を出力することができ、従来と比較すると数十倍の速さでチャンネル切換えを可能にすることができる。また、以前のチャンネルの影響を全く受けないので、それだけ精度を向上させることができる。すなわち、エンジンが排ガス測定装置のアナログ信号Ｓ1〜Ｓ4 のスイッチ切り換えのように高速性が求められるような部分においても、本発明のアナログ信号の切換回路を用いることにより、確実なスイッチ切換えが可能である。
【００２２】
なお、本発明では、上述した例のように、アナログスイッチ２の制御信号Ｓｃ1 および放電用回路を構成するアナログスイッチ３の制御信号Ｓｃ2 をＣＰＵ６から直接与えるのでなく、図３に拡大して示すように、ＣＰＵ６から出力されるチャンネル切換え制御信号Ｓｃを制御回路７に入力して、この制御回路７でアナログスイッチ２，３の制御信号Ｓｃ1 ，Ｓｃ2 を生成するように構成している。
【００２３】
図４はＣＰＵ６から出力されるチャンネル切換え制御信号Ｓｃによる各制御信号Ｓｃ1，Ｓｃ2の生成方法を説明する図である。図４に示すように、前記制御回路７は、制御信号ＳｃによるチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４の切換え時に、短い期間ｔ2 の間だけ、アナログスイッチ３を閉状態に切り換える制御信号Ｓｃ2 を生成すると共に、前記制御信号Ｓｃに対して期間ｔ2 を含む僅かに長い期間のアウトプットディスイネーブル期間ＯＤを挿入して制御信号Ｓｃ1 を生成するように構成されている。このような制御回路７をアナログ信号の切換回路１に含めることにより、アナログ信号の切換回路１を扱いやすくすることができる。
【００２４】
また、上述した各例においては、アナログスイッチ２の出力側に存在するコンデンサＣ0 に蓄積された電荷を放電させる放電用回路３’をアナログスイッチ３によって形成した例を示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、様々に変形可能である。
【００２５】
図５は前記アナログスイッチ３の代わりにトランジスタ８を放電用回路として設けた例を示している。また、このトランジスタ８に代えてＦＥＴを用いるなどの変形も容易に行うことができる。すなわち、これらのトランジスタ８（ＦＥＴも含む）をアナログスイッチ３の代わりに用いることにより、アナログ信号の切換回路１の構成をより簡素に、また、より高速にすることができ、それだけ生産コストを引き下げることができる。さらに、前記トランジスタ８（ＦＥＴも含む）の代わりに、フォトＭＯＳリレーを使用したり、電磁リレーを用いることも可能である。
【００２６】
図６，７は本発明の別の変形例を示す図である。図６に示すように本例のアナログ信号の切換回路１は放電用回路として別途のアナログスイッチ３やその他のスイッチング素子８等を用いることなく、アナログスイッチ２の空いている入力チャンネルＣＨ５を用いて放電用回路を形成している。すなわち、図７に示すように入力チャンネルＣＨ５を放電電位点Ｇに接続することにより、各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４を切り換えるときに、一端チャンネルＣＨ５に接続するような制御信号Ｓｃ’をアナログスイッチ２に出力することにより、コンデンサＣ0 に蓄積された電荷を放電することができる。すなわち、アナログスイッチ２の空チャンネルＣＨ５が放電用回路３''を構成する。
【００２７】
本例のように構成した場合には、アナログ信号の切換回路１の構成をさらに簡素化することができ、可及的に製造コストの削減を行うことができる。なお、この例の場合も、ＣＰＵ６から出力されるチャンネル切換え制御信号Ｓｃの入力に伴い、放電用回路３''の内部スイッチを兼用するアナログスイッチ２の内部スイッチＳｗ１を各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ５に順次切り換えるように制御する制御信号Ｓｃ’を生成し出力する制御回路７を設けている。
【００２８】
なお、上述した各例においては、選択したアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 をＡＤ変換器５に入力して、これをデジタル信号に変換するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、選択接続されたアナログ信号Ｓ1 〜Ｓ4 を各種のアナログの演算回路などに高速に切り換えて入力する場合にも用いることができる。また、アナログスイッチ２に入力されるアナログ信号の数も限定するものではないことは言うまでもない。
【００２９】
さらに、上述の各例では、単電源動作をするアナログスイッチ２の例を示しているが本発明はこれに限られるものではなく、例えば±１２Ｖの電源で動作するものであっても実施可能である。この場合、前記放電用回路が接続される放電電位点はコモンＧではなく、負の電源−１２Ｖである。
【００３０】
加えて、上記各説明において、図示したアナログスイッチ２の出力側の内部回路の等価回路は、その特性から考慮されたものであるから、実際のＩＣの内部がこのような構成になっていることを示すものではない。それゆえに、本発明の特許請求の範囲では、前記等価回路中のコンデンサＣ0 に蓄えられた電荷のことを、「アナログスイッチの出力側に蓄積された電荷」と表現している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アナログスイッチの切換え時に切換え前の状態におけるアナログ信号の影響を受けることなく、スイッチ切換えに対して高速に応答することが可能となる。また、請求項２のように、前記アナログスイッチの一つの入力チャンネルを放電電位点に接続し、この入力チャンネルを前記放電用回路とする場合には、回路をより簡素にすることができ、それだけ、生産コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のアナログ信号の切換回路の一例の構成を示す図である。
【図２】  前記アナログ信号の切換回路の動作を示す図である。
【図３】  前記アナログ信号の切換回路の変形例を示す図である。
【図４】  図３に示すアナログ信号の切換回路の制御方法を説明する図である。
【図５】  前記アナログ信号の切換回路の別の例を示す図である。
【図６】  本発明のアナログ信号の切換回路の変形例の構成を示す図である。
【図７】  図６に示すアナログ信号の切換回路の制御方法を説明する図である。
【図８】  従来のアナログ信号の切換部の構成を示す図である。
【図９】  前記アナログ信号の切換部の動作を示す図である。
【符号の説明】
１…アナログ信号の切換回路、２…アナログスイッチ、３，３',３''…放電用回路、７…制御回路、Ａ…出力点、ＣＨ１〜ＣＨ４…入力チャンネル、ＣＨ５…空いている入力チャンネル、Ｇ…放電電位点、Ｓ1 〜Ｓ4 …アナログ信号。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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