(57)【要約】      （修正有）【課題】アナログ信号の入力時に応答性能を劣化させることなく耐雑音性能を向上させる。【解決手段】トランス２２とこのトランスの１次側に設けられた電源制御回路２１からなる絶縁電源回路２０と、トランスの１次巻線の電圧から電源制御回路の電源オンと電源オフの電源状態を判定する電源監視回路３０と、電源状態から電源オフ時を有効とする選択信号を生成するタイミング制御回路４２と、選択信号が有効のとき、外部からアナログ信号をクロックに同期して取り込んでデジタル信号に変換するＡＤ変換器５０と、クロックを生成し、デジタル信号を入力する入力制御回路４１とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと前記トランスの１次側に設けられた電源制御回路からなる絶縁電源回路と、
前記トランスの１次巻線の電圧から前記電源制御回路の電源オンと電源オフの電源状態を判定する電源監視回路と、
前記電源状態から電源オフ時を有効とする選択信号を生成するタイミング制御回路と、
前記選択信号が有効のとき、外部からアナログ信号をクロックに同期して取り込んでデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記クロックを生成し、前記デジタル信号を入力する入力制御回路と
を備えたアナログ入力装置。
【請求項２】
前記電源監視回路は、
前記トランスの１次巻線の電圧と閾値電圧を比較して前記電源状態を判定する電圧比較回路
を備えた請求項１記載のアナログ入力装置。
【請求項３】
前記電圧比較回路は、
前記トランスの１次巻線の電圧と前記閾値電圧を比較して前記電源状態を判定するコンパレータ
である請求項２記載のアナログ入力装置。
【請求項４】
前記トランスの１次巻線への入力電圧を分圧し、前記閾値電圧を生成する入力電源分圧回路
を備えた請求項２または請求項３記載のアナログ入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業分野において、センサや監視機器からの信号を取り込むアナログ入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業分野のフィールドに設置された、監視機器やセンサなどから出力されるアナログ信号を、ＡＤ変換器を介してデジタルシステムに取込むアナログ入力装置では、周囲雑音を含む厳しい環境条件の中で、誤差やばらつきが少ない高いアナログ精度が求められる。特に、入力されるアナログ信号が微小振幅である場合は、雑音を除去するための措置が重要となる。
【０００３】
従来のアナログ入力装置では、アナログ精度劣化の要因となる雑音の影響を防止するため、入力端子からＡＤ変換器の間にフィルタ回路を設け、そのフィルタ回路の機能を強化することにより、高周波の雑音を除去する手法を採用している。また、ＡＤ変換値のデータを複数個記憶して、その中から大小順が真中であるデータを取り出す統計的方法（例えば、特許文献１）や、複数個記憶したデータから最もかけ離れた値を除去し、それ以外を平均化処理することにより、雑音除去の効果を得る方法（例えば、特許文献２）も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６７９７２号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０−０５２９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアナログ入力装置では、アナログ信号に含まれる雑音をフィルタ回路により除去する手法を採用しているので、アナログ信号が微小信号である場合、フィルタに求められる雑音除去の精度が高くなるため、一般には、高次のフィルタ回路が必要となり、フィルタ回路にともなう部品実装の面積増大およびコスト増加の問題点があった。またＡＤ変換器以降で受けた雑音の影響を除去できないという課題があった。
【０００６】
さらに、従来のアナログ入力装置において、ＡＤ変換値を平均化することにより雑音の影響を抑制する方法をとる場合は、平均化処理に要する時間がかかり、入力信号に対する応答性能が劣化するという課題があった。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、アナログ信号の入力時に応答性能を劣化させることなく耐雑音性能を向上させて、アナログ精度の改善を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るアナログ入力装置は、トランスとこのトランスの１次側に設けられた電源制御回路からなる絶縁電源回路と、トランスの１次巻線の電圧から電源制御回路の電源オンと電源オフの電源状態を判定する電源監視回路と、電源状態から電源オフ時を有効とする選択信号を生成するタイミング制御回路と、選択信号が有効のとき、外部からアナログ信号をクロックに同期して取り込んでデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、クロックを生成し、デジタル信号を入力する入力制御回路とを備えた。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、雑音源となる電源回路が停止しているタイミングでＡＤ変換器のデータを取り込むようにしたので、平均化処理などに伴う応答性能劣化を招くことなく、アナログ精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置におけるトランスの電圧状態の一例を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１では、フライバックトランス２２の１次巻線電圧を監視して、絶縁電源回路の電源オンまたは電源オフ（以下、電源ＯＮ／ＯＦＦと記す）を示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する電源監視回路を備え、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器のデータ取込みを行うアナログ入力装置について説明する。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【００１３】
図において、アナログ入力装置１Ａは、絶縁電源回路２０、電源監視回路３０Ａ、ＭＰＵ４０、ＡＤ変換器５０、アイソレータ６０から構成される。
【００１４】
このようなアナログ入力装置１Ａの各構成について、より詳細に説明する。
【００１５】
絶縁電源回路２０は、フライバックトランス２２とこのフライバックトランス２２の１次側に設けられた電源制御回路２１から構成され、フライバック方式を採用する回路である。電源制御回路２１は、スイッチ制御素子で構成される。フライバック方式を採用する電源制御回路２１には、電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態が変化するごとに、フライバックトランス２２の１次側回路に流れる励磁電流と２次側回路に流れる開放電流が交互に切り替わって発生する。
【００１６】
電源監視回路３０Ａは、フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１を監視して、絶縁電源回路２０の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を生成する。
【００１７】
また、ＭＰＵ４０は、入力制御回路４１を構成に含む。入力制御回路４１は、クロックＣＬＫを生成してデジタル信号Ｄａｔａの入力を制御する。さらに、入力制御回路４１は、タイミング制御回路４２を構成に含む。タイミング制御回路４２は、電源監視回路３０Ａが判定した電源状態を示す電源ＯＮ／ＯＦＦ信号から電源ＯＦＦ時を有効（アサート）とするチップセレクト信号（選択信号）ＣＳを生成する。
【００１８】
ここでは、ＭＰＵ４０、入力制御回路４１、タイミング制御回路４２は、階層構成で説明しているが、ＭＰＵ４０内部に入力制御回路４１とタイミング制御回路４２を同一階層に並列して設けて連携させてもよい。また、入力制御回路４１とタイミング制御回路４２を同一回路にまとめて構成してもよい。
【００１９】
ＡＤ変換器５０は、タイミング制御回路４２が生成したチップセレクト信号ＣＳに合わせて、入力端子から受けた外部のアナログ信号を入力制御回路４１が生成したクロックＣＬＫに同期して取り込んでデジタル信号Ｄａｔａに変換する。
【００２０】
ここで、ＡＤ変換器５０は、絶縁電源回路２０により生成された電源で駆動される。また、絶縁電源回路２０は、アナログ信号に対するノイズ（雑音）の発生源となる。このため、ＡＤ変換器５０は、絶縁電源回路２０の動作中に発生する電源ノイズの影響を受けたアナログ信号を取り込んでＡＤ変換したデジタル信号Ｄａｔａにも影響が及びやすい。
【００２１】
アイソレータ６０は、入力制御回路４１が生成したチップセレクト信号ＣＳ、タイミング制御回路４２が生成したクロックＣＬＫ、ＡＤ変換器５０が変換したデジタル信号の各伝送方向が一方向になるように絶縁することで、高周波の反射信号の侵入を防止する。
【００２２】
次に動作について説明する。
【００２３】
電源監視回路３０Ａは、フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１を監視して、絶縁電源回路２０の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を生成する。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置におけるフライバックトランス２２の電圧状態の一例を示す説明図である。
【００２５】
フライバックトランス２２の電圧について説明する。フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１には、例えば（ａ）１次巻線の電圧波形に示すように、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、巻線比Ｎの情報が反映されている。したがって、１次巻線電圧Ｖ１を監視することで、例えば（ｂ）２次巻線の電圧波形に示すように、２次巻線電圧Ｖ２の電源状態の情報を得ることが可能となる。
【００２６】
フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１を監視して、電源監視回路３０Ａは、例えば、電源監視回路３０Ａ内部に０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間の値に設定された電圧閾値Ｖｔｈに対して、１次巻線電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＦＦ、閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＮと判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を生成すればよい。なお、１次巻線電圧Ｖ１が電源閾値Ｖｔｈと同値のときに電源ＯＮと電源ＯＦＦのいずれに判定するかについては、予め決めておけばよい。
【００２７】
次に、タイミング制御回路４２は、電源監視回路３０Ａで判定された電源ＯＮ／ＯＦＦ信号から絶縁電源回路２０が電源ＯＦＦ時のみ有効（アサート）とするようなチップセレクト信号ＣＳを生成する。
【００２８】
ＡＤ変換器５０は、タイミング制御回路４２が生成したチップセレクト信号ＣＳを得て、チップセレクト信号ＣＳが有効（アサート）とされている時のみ、クロックＣＬＫに同期してアナログ信号を取り込んでデジタル信号Ｄａｔａに変換する。
【００２９】
入力制御回路４１は、そのクロックＣＬＫを生成し、このクロックＣＬＫに合わせてＡＤ変換器５０からデジタル信号Ｄａｔａを取り込む。
【００３０】
以上のように、この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置は、アナログ信号に対して雑音源となる絶縁電源回路の動作状況を監視し、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器がデータを取り込むように構成したので、複数のＡＤ変換値を連続して取り込んで処理することによる応答性能の劣化を招くことなく、かつ高いアナログ精度を得ることができる効果を奏する。
【００３１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、フライバックトランス２２の１次巻線電圧を監視して、絶縁電源回路の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する電源監視回路を備え、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器のデータ取込みを行うアナログ入力装置について説明した。この発明の実施の形態２では、この電源監視回路を電源比較回路で構成したアナログ入力装置について説明する。
【００３２】
図３は、この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【００３３】
図において、アナログ入力装置１Ｂの電源監視回路３０Ｂは、閾値電圧Ｖｔｈとフライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１を比較して電源状態を判定する電圧比較回路３１から構成される。その他の構成は、図１に示したこの発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置１Ａの構成と同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
電源監視回路３０Ｂの電圧比較回路３１は、フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１と閾値電圧Ｖｔｈを比較することにより、絶縁電源回路２０の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をタイミング制御回路４２に伝達する。
【００３５】
ここで、閾値電圧Ｖｔｈを例えば図２の（ａ）１次巻線の電圧波形に示す０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間の値を取ることにより、その閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＦＦ、閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＮとなるため、電源の状態を判定して電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力することが可能となる。
【００３６】
以上のように、この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置は、この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置と同様に、アナログ信号に対して雑音源となる絶縁電源回路の動作状況を監視し、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器がデータを取り込むように構成したので、複数のＡＤ変換値を連続して取り込んで処理することによる応答性能の劣化を招くことなく、かつ高いアナログ精度を得ることができる効果を奏する。
【００３７】
また、この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置は、電源監視回路を閾値電圧とフライバックトランスの１次巻線電圧を比較する電圧比較回路で構成し、更に１次巻線電圧に対して閾値電圧を０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間で取ることで、絶縁電源回路の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定することができる効果を奏する。
【００３８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態２では、電源監視回路を電源比較回路で構成したアナログ入力装置について説明した。この発明の実施の形態３では、この電源監視回路をコンパレータで構成したアナログ入力装置について説明する。
【００３９】
図４は、この発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【００４０】
図において、アナログ入力装置１Ｃの電源監視回路３０Ｃは、閾値電圧Ｖｔｈとフライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１を比較して電源状態を判定するコンパレータ３２から構成される。その他の構成は、図３に示したこの発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置１Ｂの構成と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
電源監視回路３０Ｃのコンパレータ３２は、フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１と閾値電圧Ｖｔｈを比較することにより、絶縁電源回路２０の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をタイミング制御回路４２に伝達する。
【００４２】
ここで、閾値電圧Ｖｔｈを例えば図２の（ａ）１次巻線の電圧波形に示す０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間の値を取ることにより、その閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＦＦ、閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＮとなるため、電源の状態を判定して電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力することが可能となる。
【００４３】
以上のように、この発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置は、この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置と同様に、アナログ信号に対して雑音源となる絶縁電源回路の動作状況を監視し、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器がデータを取り込むように構成したので、複数のＡＤ変換値を連続して取り込んで処理することによる応答性能の劣化を招くことなく、かつ高いアナログ精度を得ることができる効果を奏する。
【００４４】
また、この発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置は、電源監視回路を閾値電圧とフライバックトランスの１次巻線電圧を比較するコンパレータで構成し、更に１次巻線電圧に対して閾値電圧を０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間で取ることで、絶縁電源回路の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定することができる効果を奏する。
【００４５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態２では、電源監視回路を電源比較回路で構成したアナログ入力装置について説明した。この発明の実施の形態４では、この電源比較回路に入力電圧Ｖｉｎを分圧した閾値電圧Ｖｔｈを入力するように構成したアナログ入力装置について説明する。
【００４６】
図５は、この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置の構成の一例を示す図である。
【００４７】
図において、アナログ入力装置１Ｄの入力電源分圧回路７０は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２を用いて、入力電圧Ｖｉｎを分圧した閾値電圧Ｖｔｈを生成する。その他の構成は、図３に示したこの発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置１Ｂの構成と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
電源監視回路３０Ｂの電圧比較回路３１は、フライバックトランス２２の１次巻線電圧Ｖ１と入力電源分圧回路７０が生成した閾値電圧Ｖｔｈを比較することにより、絶縁電源回路２０の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定し、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号をタイミング制御回路４２に伝達する。
【００４９】
ここで、抵抗器Ｒ１、Ｒ２を用いて入力電圧Ｖｉｎを分圧することで、閾値電圧Ｖｔｈが例えば図２の（ａ）１次巻線の電圧波形に示す０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間の値に必ず設定されることになって、その閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＦＦ、閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合は絶縁電源回路２０が電源ＯＮとなるため、電源の状態を判定して電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力することができる。
【００５０】
なお、この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置１Ｄの構成として、この発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置１Ｂの構成における電源監視回路３０Ｂの電圧比較回路３１に与える閾値電圧Ｖｔｈを生成する入力電源分圧回路７０を加えた形態として説明したが、この発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置１Ｃの構成における電源監視回路３０Ｃのコンパレータ３２に与える閾値電圧Ｖｔｈを生成する入力電源分圧回路７０を加えた形態（図示せず）としても同様に説明することができる。
【００５１】
以上のように、この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置は、この発明の実施の形態１に係るアナログ入力装置と同様に、アナログ信号に対して雑音源となる絶縁電源回路の動作状況を監視し、絶縁電源回路が停止していると判断されたタイミングで、ＡＤ変換器がデータを取り込むように構成したので、複数のＡＤ変換値を連続して取り込んで処理することによる応答性能の劣化を招くことなく、かつ高いアナログ精度を得ることができる効果を奏する。
【００５２】
また、この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置は、電源監視回路を閾値電圧とフライバックトランスの１次巻線電圧を比較するこの発明の実施の形態２に係るアナログ入力装置と同様に電圧比較回路またはこの発明の実施の形態３に係るアナログ入力装置と同様にコンパレータで構成し、更に１次巻線電圧に対して０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間に設定された閾値電圧を比較に用いることで、絶縁電源回路の電源ＯＮ／ＯＦＦを示す電源状態を判定することができる効果を奏する。
【００５３】
また、この発明の実施の形態４に係るアナログ入力装置は、フライバックトランスの１次巻線電圧と閾値電圧の比較について、２つの抵抗器を用いて入力電圧Ｖｉｎを分圧した閾値電圧を生成することで、０Ｖから入力電圧Ｖｉｎの間に閾値電圧が設定されるため、入力電圧Ｖｉｎが変化しても閾値電圧を追従させることができる効果を奏する。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  アナログ入力装置、２０  絶縁電源回路、２１  電源制御回路、２２  フライバックトランス、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ  電源監視回路、３１  電圧比較回路、３２  コンパレータ、４０  ＭＰＵ、４１  入力制御装置、４２  タイミング制御回路、５０  ＡＤ変換器、６０  アイソレータ、７０  入力電源分圧回路。
【図１】
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【図２】
2015136082.tif 000004
【図３】
2015136082.tif 000005
【図４】
2015136082.tif 000006
【図５】
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