(57)【要約】  ポテンショスタット／ガルバノスタットは、ディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に対してディジタル制御信号を提供するコントローラを使用する。大電流ドライバは、ＤＡＣからのアナログ出力信号に応じて大電流出力を生成する。大電流モニタは、大電流ドライバの出力をモニタリングし、大電流ドライバによって生成される電流を制御するために大電流ドライバのためのフィードバック信号を生成し、コントローラによるモニタリングのために大電流ドライバから供給される電流に依存する出力を生成する。対電極のための対電極接点は、大電流モニタの出力に接続される。作用電極のための作用電極は、固定された安定な電位と電気的に接続され、対電極及び作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にする。
2018526650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ディジタル制御信号を提供するコントローラと、
ｂ．上記コントローラと電気的に通信し、上記コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
ｃ．上記ＤＡＣと電気的に通信し、上記ＤＡＣからの上記アナログ出力信号に応じて大電流範囲出力を生成する大電流ドライバと、
ｄ．上記大電流ドライバと電気的に通信する大電流モニタであって、上記大電流ドライバによって生成される電流を制御するために、上記大電流モニタによってモニタリングされる電流に応じて大電流ドライバのための電流フィードバック信号を生成し、上記コントローラによるモニタリングのために上記大電流ドライバから生成された電流に依存する出力を供給する大電流モニタと、
ｅ．対電極と電気的に通信し、上記大電流モニタの出力と電気的に通信するように接続可能な対電極接点と、
ｆ．作用電極と電気的に通信する作用電極接点であって、固定された安定な電位と電気的に通信するように接続可能であり、上記対電極及び上記作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にする作用電極接点とを備える、
電気化学機器。
【請求項２】
上記大電流モニタは、第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含む、
請求項１記載の機器。
【請求項３】
上記大電流モニタは、
第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、
第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路と、
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記第１の大電流範囲モニタリング回路を電気的に接続する第１の大電流モニタスイッチと、
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記第２の大電流モニタリング回路を電気的に接続する第２の大電流モニタスイッチとを含む、
請求項１記載の機器。
【請求項４】
基準電極と電気的に通信し、上記材料と通信する上記作用電極及び上記対電極に対して位置決めするための基準電極接点と、
上記基準電極接点と電気的に通信するバッファであって、上記基準電極接点における電圧を検出し、上記基準電極接点における電圧に依存する出力であって、上記コントローラによるモニタリングのために上記基準電極接点からバッファリングされる出力を供給し、上記基準電極接点における電圧を制御するように上記大電流ドライバによって生成される出力を制御するために上記大電流ドライバのためのフィードバック信号を提供するバッファとを含む、
請求項１記載の機器。
【請求項５】
上記コントローラと電気的に通信するフィードバックアナログマルチプレクサであって、さらに、上記大電流モニタと電気的に通信して上記大電流モニタから上記フィードバック信号を受信し、上記バッファと電気的に通信して上記バッファから上記フィードバック信号を受信し、上記コントローラの制御下で、上記フィードバックアナログマルチプレクサによって上記フィードバック信号のうちのどちらが上記大電流ドライバに対して出力されるのかを切り換え可能に選択するフィードバックアナログマルチプレクサを含む、
請求項４記載の機器。
【請求項６】
上記コントローラは、大電流モードで動作する場合、上記大電流モニタからのフィードバック信号を上記大電流ドライバに供給し、電圧モードで動作する場合、上記バッファからのフィードバック信号を上記大電流ドライバに供給するように上記フィードバックアナログマルチプレクサを制御する、
請求項５記載の機器。
【請求項７】
上記大電流モニタは、第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流範囲モニタリング回路とを含み、
上記第１の大電流範囲モニタリング回路は、上記フィードバックアナログマルチプレクサのための第１の大電流フィードバック信号を提供し、
上記第２の大電流範囲モニタリング回路は、上記フィードバックアナログマルチプレクサのための第２の大電流フィードバック信号を提供し、
上記フィードバックアナログマルチプレクサは、上記コントローラの制御下で、上記第１の大電流範囲で動作する場合、上記第１の大電流範囲モニタリング回路からの上記第１の大電流フィードバック信号を上記大電流ドライバに対して選択的に供給し、上記第２の大電流範囲で動作する場合、上記第２の大電流範囲モニタリング回路からの上記第２の大電流フィードバック信号を上記大電流ドライバに対して選択的に供給する、
請求項５記載の機器。
【請求項８】
上記第１の大電流範囲モニタリング回路は、上記大電流ドライバ及び上記対電極接点の間に直列に接続された第１のセンス抵抗と、上記第１のセンス抵抗の両端にわたって接続された第１の差動増幅器であって、上記第１のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して上記第１の大電流フィードバック信号を生成する第１の差動増幅器とを含み、
上記第２の大電流範囲モニタリング回路は、上記大電流ドライバ及び上記対電極接点の間に直列に接続された第２のセンス抵抗と、上記第２のセンス抵抗の両端にわたって接続された第２の差動増幅器であって、上記第２のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して上記第２の大電流フィードバック信号を生成する第２の差動増幅器とを含む、
請求項７記載の機器。
【請求項９】
上記第１及び第２の差動増幅器は計装増幅器を含む、
請求項８記載の機器。
【請求項１０】
上記コントローラと電気的に通信し、上記バッファ及び上記大電流モニタの出力と電気的に通信し、上記バッファ及び上記大電流モニタの出力信号を、上記コントローラへの供給のためにディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、
請求項４記載の機器。
【請求項１１】
上記機器は、上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記大電流ドライバを切り換え可能に接続する大電流スイッチを含み、これにより、上記コントローラは、上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記大電流ドライバを切り換え可能に接続及び切断するように上記大電流スイッチを制御する、
請求項１記載の機器。
【請求項１２】
ａ．ディジタル制御信号を提供するコントローラと、
ｂ．上記コントローラと電気的に通信し、上記コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
ｃ．上記ＤＡＣと電気的に通信し、上記ＤＡＣからの上記アナログ出力信号に応じて小電流範囲出力を生成する小電流ドライバと、
ｄ．対電極と電気的に通信し、上記小電流ドライバの出力と電気的に通信するように接続可能な対電極接点と、
ｅ．作用電極と電気的に通信する作用電極接点であって、上記対電極及び上記作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にする作用電極接点と、
ｆ．上記作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な小電流モニタであって、上記作用電極接点における電流を検出し、上記コントローラによるモニタリングのために上記作用電極接点において検出された電流に依存する出力を供給し、上記対電極接点及び上記作用電極接点の間の電流を制御するように上記小電流ドライバの出力を制御するために上記小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供する小電流モニタとを備え、
上記小電流モニタは、
ｉ．上記作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な入力を有し、出力を有するモニタ増幅器と、
ｉｉ．上記モニタ増幅器の出力及び上記モニタ増幅器の入力の間に接続された複数のフィードバック抵抗からなるアレイと、
ｉｉｉ．上記コントローラと電気的に通信し、上記モニタ増幅器の出力及び入力の間で電気的に接続されたアレイにおける上記フィードバック抵抗のうちの少なくとも１つを選択して上記モニタ増幅器の出力を制御するモニタアナログマルチプレクサとを含む、
電気化学機器。
【請求項１３】
基準電極と電気的に通信し、上記材料と通信する上記作用電極及び上記対電極に対して位置決めするための基準電極接点と、
上記基準電極接点と電気的に通信するバッファであって、上記基準電極接点における電圧を検出し、上記基準電極接点における電圧に依存する出力であって、上記コントローラによるモニタリングのために上記基準電極接点からバッファリングされる出力を供給し、上記基準電極接点における電圧を制御するように上記小電流ドライバによって生成される出力を制御するために上記小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供するバッファとを含む、
請求項１２記載の機器。
【請求項１４】
上記コントローラと電気的に通信するフィードバックアナログマルチプレクサであって、さらに、上記バッファと電気的に通信して上記バッファから上記フィードバック信号を受信し、上記小電流モニタと電気的に通信して上記小電流モニタから上記フィードバック信号を受信し、上記コントローラの制御下で、上記フィードバックアナログマルチプレクサによって上記フィードバック信号のうちのどちらが上記小電流ドライバに対して出力されるのかを切り換え可能に選択するフィードバックアナログマルチプレクサを含む、
請求項１３記載の機器。
【請求項１５】
上記コントローラは、小電流モードで動作する場合、上記小電流モニタからのフィードバック信号を上記小電流ドライバに供給し、電圧モードで動作する場合、上記バッファからのフィードバック信号を上記小電流ドライバに供給するように上記フィードバックアナログマルチプレクサを制御する、
請求項１４記載の機器。
【請求項１６】
上記モニタ増幅器は、上記モニタアナログマルチプレクサとの電気的な接続のために、上記アレイにおける１つのフィードバック抵抗の選択に依存する利得を有するトランスインピーダンス増幅器を含む、
請求項１５記載の機器。
【請求項１７】
上記コントローラと電気的に通信し、上記小電流モニタ及び上記バッファの出力と電気的に通信し、上記小電流モニタ及び上記バッファの出力信号を、上記コントローラへの供給のためにディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、
請求項１３記載の機器。
【請求項１８】
ａ．ディジタル制御信号を生成するコントローラと、
ｂ．上記コントローラと電気的に通信し、上記コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
ｃ．上記ＤＡＣと電気的に通信し、上記ＤＡＣからの上記アナログ出力信号に応じて大電流範囲出力を生成する大電流ドライバと、
ｄ．上記大電流ドライバと電気的に通信する大電流モニタであって、上記大電流ドライバによって生成される電流を制御するために、上記大電流モニタによってモニタリングされる電流に応じて大電流ドライバのためのフィードバック信号を生成し、上記大電流ドライバから供給された電流に依存する出力を供給する大電流モニタと、
ｅ．対電極と電気的に通信し、上記大電流モニタの出力と電気的に通信するように接続可能な対電極接点と、
ｆ．作用電極と電気的に通信する作用電極接点であって、固定された安定な電位と電気的に接続可能であり、上記対電極及び上記作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にする作用電極接点と、
ｇ．上記ＤＡＣと電気的に通信し、上記ＤＡＣからの上記アナログ出力信号に応じて小電流範囲出力を生成する小電流ドライバと、
ｈ．上記作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な小電流モニタであって、上記作用電極接点における電流を検出し、上記コントローラによるモニタリングのために上記作用電極接点において検出された電流に依存する出力を供給し、上記対電極接点及び上記作用電極接点の間の電流を制御するように上記小電流ドライバの出力を制御するために上記小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供する小電流モニタとを含み、
上記小電流モニタは、
ｉ．上記作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な入力を有し、出力を有するモニタ増幅器と、
ｉｉ．上記モニタ増幅器の出力及び上記モニタ増幅器の入力の間に接続された複数のフィードバック抵抗からなるアレイと、
ｉｉｉ．上記コントローラと電気的に通信し、上記モニタ増幅器の出力及び入力の間で電気的に通信するアレイにおける上記フィードバック抵抗のうちの少なくとも１つを選択して上記モニタ増幅器の出力を制御するモニタアナログマルチプレクサとを含む、
電気化学機器。
【請求項１９】
上記大電流モニタは、第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含む、
請求項１８記載の機器。
【請求項２０】
基準電極と電気的に通信し、上記材料と通信する上記作用電極及び上記対電極に対して位置決めするための基準電極接点と、
上記基準電極接点と電気的に通信するバッファであって、上記基準電極接点における電圧を検出し、上記基準電極接点における電圧に依存する出力であって、上記コントローラによるモニタリングのために上記基準電極接点からバッファリングされる出力を供給し、上記基準電極接点における電圧を制御するように上記大電流ドライバによって生成される出力を制御するために、又は、上記基準電極接点における電圧を制御するように上記小電流ドライバによって生成される出力を制御するために、上記大電流ドライバ又は上記小電流ドライバにフィードバック信号を選択的に提供するバッファとを含む、
請求項１８記載の機器。
【請求項２１】
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記大電流ドライバを切り換え可能に接続する大電流スイッチと、
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記小電流ドライバを切り換え可能に接続する小電流スイッチとを含み、
これにより、上記対電極接点と電気的に通信するように上記大電流スイッチが上記大電流ドライバを電気的に接続するとき、上記小電流ドライバが上記対電極接点と電気的に通信しないように上記コントローラが上記小電流スイッチを切り換えさせるように、上記コントローラは上記大電流スイッチ及び上記小電流スイッチを制御する、
請求項２０記載の機器。
【請求項２２】
上記大電流モニタは、第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含み、
上記大電流スイッチは、
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記第１の大電流範囲モニタリング回路を電気的に接続する第１の大電流モニタスイッチと、
上記対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記第２の大電流モニタリング回路を電気的に接続する第２の大電流モニタスイッチとを含む、
請求項２１記載の機器。
【請求項２３】
上記コントローラの制御下で、一方の大電流モニタリングスイッチがオンされたとき、他方の大電流モニタリングスイッチがオフされるように、かつ、上記大電流モニタリングスイッチのうちの少なくとも１つがオンされたとき、上記小電流スイッチがオフされるように、上記コントローラは、上記第１及び第２の大電流モニタリングスイッチと電気的に通信する、
請求項２２記載の機器。
【請求項２４】
上記対電極接点と電気的に通信するように上記大電流ドライバが上記大電流スイッチによって切り換えられている場合、上記コントローラの制御下で、接地と電気的に通信するように、及び通信しないように、上記作用電極接点を電気的に接続する接地スイッチを含む、
請求項２１記載の機器。
【請求項２５】
上記コントローラの制御下で、上記小電流モニタと電気的に通信するように、及び通信しないように、上記作用電極接点を切り換え可能に接続する小電流モニタスイッチを含み、
上記対電極接点と電気的に通信するように上記小電流ドライバを接続するように上記小電流スイッチが動作する場合、上記小電流モニタスイッチは、上記小電流モニタと電気的に通信するように上記作用電極を電気的に接続する、
請求項２１記載の機器。
【請求項２６】
上記コントローラと電気的に通信するフィードバックアナログマルチプレクサであって、さらに、上記大電流モニタと電気的に通信して上記大電流モニタから上記フィードバック信号を受信し、上記バッファと電気的に通信して上記バッファから上記フィードバック信号を受信し、上記小電流モニタと電気的に通信して上記小電流モニタから上記フィードバック信号を受信し、上記コントローラの制御下で、上記フィードバックアナログマルチプレクサによって上記フィードバック信号のうちのどれが出力されるのかを切り換え可能に選択するフィードバックアナログマルチプレクサを含む、
請求項２０記載の機器。
【請求項２７】
上記コントローラは、大電流モードで動作する場合、上記大電流モニタからのフィードバック信号を上記大電流ドライバに供給し、小電流モードで動作する場合、上記小電流モニタからのフィードバック信号を上記小電流ドライバに供給し、電圧モードで動作する場合、上記バッファからのフィードバック信号を上記大電流ドライバ及び上記小電流ドライバのうちの少なくとも一方に供給するように上記フィードバックアナログマルチプレクサを制御する、
請求項２６記載の機器。
【請求項２８】
上記大電流モニタは、第１の電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含み、
上記第１の大電流範囲モニタリング回路は、上記フィードバックアナログマルチプレクサのための第１の大電流フィードバック信号を提供し、
上記第２の大電流モニタリング回路は、上記フィードバックアナログマルチプレクサのための第２の大電流フィードバック信号を供給し、
大電流モードで動作する場合、上記フィードバックアナログマルチプレクサは、上記コントローラの制御下で、上記第１の電流範囲で動作する場合、上記第１の大電流範囲モニタリング回路からの上記第１の大電流フィードバック信号を上記大電流ドライバに対して選択的に供給し、上記第２の電流範囲で動作する場合、上記第２の大電流範囲モニタリング回路からの上記第２の大電流フィードバック信号を上記大電流ドライバに対して選択的に供給する、
請求項２６記載の機器。
【請求項２９】
上記第１の大電流範囲モニタリング回路は、上記大電流ドライバ及び上記対電極接点の間に直列に接続された第１のセンス抵抗と、上記第１のセンス抵抗の両端にわたって接続された第１の計装増幅器であって、上記第１のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第１の大電流フィードバック信号を提供する第１の計装増幅器とを含み、
上記第２の大電流範囲モニタリング回路は、上記大電流ドライバ及び上記対電極接点の間に直列に接続された第２のセンス抵抗と、上記第２のセンス抵抗の両端にわたって接続された第２の計装増幅器であって、上記第２のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第２の大電流フィードバック信号を提供する第２の計装増幅器とを含む、
請求項２８記載の機器。
【請求項３０】
上記コントローラと電気的に通信し、上記小電流モニタ、上記バッファ、及び上記大電流モニタの出力と電気的に通信し、上記小電流モニタ、上記バッファ、及び上記大電流モニタの出力信号を、上記コントローラへの供給のためにディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、
請求項２０記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電気化学分析のための電気化学機器に関し、より詳しくは、ポテンショスタット（定電位電解装置）／ガルバノスタットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学分析、電解合成、センシング、生成、及び関連する分野において、一般的に、ポテンショスタット及びガルバノスタットは使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
研究、教育、生成、センシング、及び他の用途のために、高精度であり、低コストであり、また、複数の機能（例えば、いくつかの機能を挙げると、周期的及びリニア走査のボルタンメトリ（voltammetry）、様々なパルスボルタンメトリ法、及びＡＣボルタンメトリ、電気化学、インピーダンス測定、クロノクーロメトリ（chronocoulometry））を有することは、ポテンショスタット／ガルバノスタットの望ましい特性である。
【０００４】
従って、電気化学機器が、ポテンショスタット及びガルバノスタット機能の両方に対して、高速性能を可能にする実質的なディジタルインターフェースを提供することに加えて、広範囲の電流を提供する能力を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、材料の電気化学分析を行うための電気化学機器が提供される。電気化学機器は、機器の対電極（counter electrode）及び作用電極（working electrode）の間に位置した材料の電気化学分析を行うポテンショスタット／ガルバノスタットの形態を有していてもよい。電気化学機器は、機器の回路の動作を制御するために、マイクロコントローラ等のコントローラを備えてもよい。コントローラは、コンピュータプログラムに従って、また、様々なパラメータもしくは選択されたパラメータ又は動作モードを提供するユーザからの様々な入力に従って動作するように機能してもよい。コントローラは所望のディジタル制御信号を生成する。コントローラと電気的に通信し、コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）が設けられてもよい。ＤＡＣと電気的に通信し、ＤＡＣからのアナログ出力信号に応じて大電流範囲出力を生成する大電流ドライバが設けられてもよい。例えば、大電流ドライバは、１ｍＡ（ミリアンペア）のおよそ数分の１又は１ｍＡからおよそ数ｍＡまでの範囲で大電流範囲出力を生成してもよい。特定のオプションの例示として、大電流ドライバは、約０．２５ｍＡから約２．５Ａの範囲で電流を生成してもよい。大電流ドライバと電気的に通信し、大電流ドライバからの大電流範囲出力をモニタリングする大電流モニタが設けられてもよい。大電流モニタは、大電流ドライバによって生成される電流を制御するために、大電流モニタによってモニタリングされる電流に応じて大電流ドライバのための電流フィードバック信号を生成してもよい。大電流モニタは、コントローラによるモニタリングのために大電流ドライバから供給された電流に依存する出力を供給してもよい。大電流モニタは、選択された材料の分析を行うために、作用出力において作用出力信号を供給してもよい。この目的のために、対電極と電気的に通信し、大電流モニタの作用出力と電気的に通信するように接続可能な対電極接点が設けられてもよい。作用電極と電気的に通信する作用電極が設けられてもよく、作用電極は、固定された安定な電位（例えば接地又は仮想接地）と電気的に接続可能であり、対電極及び作用電極における材料の、又は対電極及び作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にしてもよい。例えば、大電流モニタからの選択された作用出力信号は、分析中又はテスト中の材料における対電極又は当該材料を通る対電極から、作用電極に向けて印加されてもよい。
【０００６】
オプションで、ＤＡＣと電気的に通信し、ＤＡＣからのアナログ出力信号に応じて小電流範囲出力を生成する小電流ドライバが設けられてもよい。例えば、小電流範囲出力は、およそ数ｎＡ（ナノアンペア）から、場合によっては数ｐＡ（ピコアンペア）から、およそ１ｍＡ又はその数分の１までの範囲にあってもよい。特定のオプションの例示として、小電流ドライバは、およそ２．５ｎＡから０．２５ｍＡの範囲で電流を生成してもよい。小電流ドライバによって小電流範囲出力が対電極に供給されてもよいように、小電流ドライバが対電極接点と電気的に通信してもよい。小電流モニタは、作用電極接点における電流を検出するために、作用電極接点と電気的に通信するように接続可能であってもよい。小電流動作モードでは、小電流ドライバからの小電流範囲出力は、分析中又はテスト中の材料を通る対電極又は当該材料における対電極から、作用電極に向けて供給されてもよい。作用電極と電気的に通信する小電流モニタは、コントローラによるモニタリングのために、作用電極接点において検出された電流に依存する出力を供給してもよい。小電流モニタは、対電極接点及び作用電極接点の間の電流を制御するように小電流ドライバの出力を制御するために小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供してもよい。オプションで、小電流モニタは、作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な増幅器入力を有し、増幅器出力を有するモニタ増幅器を含んでもよい。小電流モニタは、モニタ増幅器の出力及びモニタ増幅器の入力の間に接続された複数のフィードバック抵抗からなるアレイを含んでもよい。小電流モニタは、コントローラと電気的に通信し、モニタ増幅器の出力及び入力の間で電気的に通信するアレイにおけるフィードバック抵抗のうちの少なくとも１つを選択してモニタ増幅器の出力を制御するモニタマルチプレクサ、例えばアナログマルチプレクサを含んでもよい。
【０００７】
オプションで、大電流モニタは、第１の大電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の大電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含んでもよい。オプションの例示として、第１の大電流モニタリング回路は、およそ数ｍＡからおよそ１Ａの範囲で動作してもよく、第２の大電流モニタリング回路は、１ｍＡのおよそ数分の１からおよそ数ｍＡの範囲で動作してもよい。より特定のオプションの例示として、大電流モニタリング回路は、およそ２５ｍＡから２．５Ａの範囲で動作してもよく、第２の大電流モニタリング回路は、およそ０．２５ｍＡから２５ｍＡの範囲で動作してもよい。当然、２つの範囲は、共通の終端において正確に重複する必要はなく、そのような共通の終端は異なる大きさに変更することができる。
【０００８】
機器は、基準電極と電気的に通信し、材料と通信する作用電極及び対電極に対して位置決めするための基準電極接点と、基準電極接点と電気的に通信し、基準電極接点における電圧を検出するバッファとを含んでもよい。バッファは、基準電極接点において検出された電圧に依存する出力であって、コントローラによるモニタリングのために基準電極接点からバッファリングされる出力を供給してもよい。バッファは、基準電極接点における電圧を制御するために、大電流又は大電力動作モードにおいて電圧モードで動作する場合、大電流ドライバによって生成される出力を制御するために、大電流ドライバにフィードバック信号を選択的に提供してもよい。バッファは、小電流又は小電力動作モードにおいて電圧モードで動作する場合、基準電極接点における電圧を制御するように小電流ドライバによって生成される出力を制御するために、バッファから小電流ドライバにフィードバック信号を提供してもよい。大電流ドライバ及び小電流ドライバの両方を有するそのようなオプションの装置を収容するために、機器は、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、大電流ドライバを切り換え可能に接続する大電流スイッチと、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、小電流ドライバを切り換え可能に接続する小電流スイッチとを含んでもよい。コントローラは、大電流ドライバ及び小電流ドライバのいずれか又は両方からの出力をイネーブル又はディセーブルにし、これにより、対電極接点に対してそれぞれ接続及び切断するある種の大電流スイッチ及び小電流スイッチをそれぞれ提供するように機能してもよい。対電極接点と電気的に通信するように大電流スイッチが大電流ドライバを電気的に接続するとき、小電流ドライバが対電極接点と電気的に通信しないようにコントローラが小電流スイッチを切り換えさせるように、コントローラは大電流スイッチ及び小電流スイッチを制御するように動作してもよい。同様に、対電極接点と電気的に通信するように小電流スイッチが小電流ドライバを切り換える場合、大電流スイッチは、対電極接点と電気的に通信しないように大電流ドライバを切断する。大電流モニタが第１の大電流モニタリング回路及び第２の大電流モニタリング回路の両方を含むオプションの装置では、大電流スイッチは、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、第１の大電流範囲モニタリング回路を電気的に接続する第１の大電流モニタスイッチと、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、第２の大電流モニタリング回路を電気的に接続する第２の大電流モニタスイッチとを含んでもよい。動作時には、コントローラの制御下で、一方の大電流モニタリングスイッチがオンされたとき、他方の大電流モニタリングスイッチがオフされるように、かつ、大電流モニタリングスイッチのうちの少なくとも１つがオンされたとき、小電流スイッチがオフされるように、コントローラは、第１及び第２の大電流モニタリングスイッチと電気的に通信してもよい。
【０００９】
機器は、コントローラの制御下で、接地又は仮想接地のような固定された安定な電位と電気的に通信するように、及び通信しないように、作用電極接点を電気的に接続する接地スイッチを含んでもよい。大電力又は大電流動作モードで動作する場合のように、対電極接点と電気的に通信するように大電流ドライバが大電流スイッチによって切り換えられている場合、コントローラは、作用電極接点を接地に接続するように接地スイッチを制御してもよい。
【００１０】
機器は、コントローラの制御下で、小電流モニタと電気的に通信するように、及び通信しないように、作用電極接点を切り換え可能に接続する小電流モニタスイッチを含んでもよい。小電力又は小電流動作モードでは、小電流モニタスイッチは、小電流モニタと電気的に通信するように作用電極接点を電気的に接続し、小電流スイッチは、対電極接点と電気的に通信するように小電流ドライバを接続するように動作する。大電力又は大電流動作モードでは、小電流モニタスイッチは、小電流モニタと電気的に通信しないように作用電極接点を電気的に切断するように機能してもよく、小電流スイッチは、対電極接点と電気的に通信しないように小電流ドライバを切断するように機能してもよい。
【００１１】
次に、機器は、コントローラと電気的に通信するフィードバックマルチプレクサ、例えばアナログマルチプレクサであって、さらに、大電流モニタと電気的に通信して大電流モニタからフィードバック信号を受信し、バッファと電気的に通信してバッファからフィードバック信号を受信し、小電流モニタと電気的に通信して小電流モニタからフィードバック信号を受信し、コントローラの制御下で、フィードバックマルチプレクサによってフィードバック信号又はそれに依存する信号のうちのどれが出力されるのかを切り換え可能に選択するフィードバックマルチプレクサを含んでもよい。この点に関して、コントローラは、大電流モードで動作する場合、大電流モニタからのフィードバック信号を大電流ドライバに供給し、小電流モードで動作する場合、小電流モニタからのフィードバック信号を小電流ドライバに供給し、電圧モードで動作する場合、バッファからのフィードバック信号を大電流ドライバ及び小電流ドライバのうちの少なくとも一方に供給するようにフィードバックマルチプレクサを制御するように動作してもよい。例えば、フィードバックマルチプレクサは、大電力動作モードにおいて電圧モードで動作する場合、バッファからのフィードバック信号を大電流ドライバに供給し、小電力動作モードにおいて電圧モードで動作する場合、バッファからのフィードバック信号を小電流ドライバに供給してもよい。オプションで、第１の大電流範囲モニタリング回路は、フィードバックマルチプレクサのための第１の大電流フィードバック信号を提供してもよく、第２の大電流モニタリング回路は、フィードバックマルチプレクサのための第２の大電流フィードバック信号を供給してもよい。大電流モードで動作する場合、マルチプレクサは、コントローラの制御下で、第１の大電流範囲で動作する場合、第１の大電流範囲モニタリング回路からの第１の大電流フィードバック信号を大電流ドライバに対して選択的に供給してもよく、第２の大電流範囲で動作する場合、第２の大電流範囲モニタリング回路からの第２の大電流フィードバック信号を大電流ドライバに対して選択的に供給してもよい。第１の大電流範囲モニタリング回路は、大電流ドライバ及び対電極接点の間に直列に接続された第１のセンス抵抗と、第１のセンス抵抗の両端にわたって接続された第１の差動増幅器、例えば計装増幅器であって、第１のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第１の大電流フィードバック信号を提供する第１の差動増幅器とを含んでもよい。同様に、第２の大電流範囲モニタリング回路は、大電流ドライバ及び対電極接点の間に直列に接続された第２のセンス抵抗と、第２のセンス抵抗の両端にわたって接続された第２の差動増幅器、例えば計装増幅器であって、第２のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第２の大電流フィードバック信号を提供する第２の差動増幅器とを含んでもよい。好ましくは、第１及び第２のセンス抵抗は、並列回路として接続され、異なる大きさの抵抗値、オプションで１０２倍の大きさの差、例えば、０．１及び１０オームの差を有する抵抗値を有する。
【００１２】
機器は、小電流モニタ、バッファ、及び大電流モニタの出力と電気的に通信し、小電流モニタ、バッファ、及び大電流モニタの出力信号を、コントローラへの供給のためにディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＤＡＣ）を含んでもよい。
【００１３】
オプションの装置において、バッファは、対電極接点と電気的に通信し、対電極接点における電圧を検出し、コントローラとの電気的な通信のために対電極接点における電圧を示すバッファリングされた出力を供給してもよい。
【００１４】
大電流／大電力
本発明によれば、選択された材料の電気化学分析を行うための電気化学機器が、大電力又は大電流動作モードで動作するように構成、調整、又は設定され、このため、選択された電気信号を対電極及び作用電極の間に位置した材料へ提供するポテンショスタット及び／又はガルバノスタットの構成を有してもよい。大電力又は大電流動作モードのために構成される場合、電気化学機器は、ディジタル制御信号を提供するコントローラと、コントローラと電気的に通信し、コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）とを含んでもよい。大電流ドライバは、ＤＡＣと電気的に通信し、ＤＡＣからのアナログ出力信号に応じて大電流範囲出力を生成してもよい。例えば、大電流範囲出力は、前述の範囲にあってもよい。大電流ドライバと電気的に通信し、大電流ドライバからの電流出力をモニタリングするために大電流モニタが使用されてもよい。大電流モニタは、大電流ドライバによって生成される電流を制御するために、大電流モニタによってモニタリングされる電流に応じて大電流ドライバのための電流フィードバック信号を生成してもよい。大電流モニタは、コントローラによるモニタリングのために大電流ドライバによって生成された電流に依存する出力を供給してもよい。大電流モニタは、テスト対象又は分析対象の材料のような材料に適用するために、作用出力において作用出力信号を供給してもよい。この目的のために、対電極と電気的に通信する対電極接点は、大電流モニタの作用出力と電気的に通信するように接続可能である。対電極及び作用電極における材料の、又は対電極及び作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にするために、作用電極と電気的に通信する作用電極が、例えば接地又は仮想接地のような、固定された安定な電位と電気的に接続されてもよい。オプションで、大電流モニタは、第１の大電流範囲における電流をモニタリングする第１の大電流範囲モニタリング回路と、第２の大電流範囲における電流をモニタリングする第２の大電流モニタリング回路とを含んでもよい。例えば、第１及び第２の大電流範囲は、前述の範囲にあってもよい。大電流モニタは、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、第１の大電流範囲モニタリング回路を電気的に接続する第１の大電流モニタスイッチと、対電極接点と電気的に通信するように、及び通信しないように、第２の大電流モニタリング回路を電気的に接続する第２の大電流モニタスイッチとを含み、第１及び第２の大電流モニタリングスイッチは、オプションで、第１及び第２の大電流モニタリングスイッチと電気的に通信してもよいコントローラの制御下で動作する。
【００１５】
機器は、基準電極と電気的に通信し、材料と通信する作用電極及び対電極に対して位置決めするための基準電極接点を含んでもよい。基準電極接点と電気的に通信するバッファであって、基準電極接点における電圧を検出し、コントローラによるモニタリングのために基準電極接点からバッファされる基準電極接点における電圧に依存する出力を供給するバッファが提供されてもよい。バッファは、基準電極接点における電圧を制御するように大電流ドライバによって生成される出力を制御するために、大電流ドライバのためのフィードバック信号を提供してもよい。
【００１６】
機器は、コントローラと電気的に通信するフィードバックマルチプレクサ、オプションでアナログマルチプレクサの形態を有するものであって、さらに、大電流モニタと電気的に通信して大電流モニタからフィードバック信号を受信し、かつ、バッファと電気的に通信してバッファからフィードバック信号を受信し、コントローラの制御下で、フィードバックマルチプレクサによってフィードバック信号又はそれに依存する信号のうちのどちらが大電流ドライバに対して出力されるのかを切り換え可能に選択するフィードバックマルチプレクサを含んでもよい。電流モードにおいて、コントローラは、大電流ドライバのフィードバックのために大電流モニタからフィードバック信号を出力するようにフィードバックマルチプレクサを切り換える。電圧モードにおいて、コントローラは、大電流ドライバのフィードバックのためにバッファからフィードバック信号を出力するようにフィードバックマルチプレクサを切り換える。オプションで、第１の大電流範囲モニタリング回路は、フィードバックマルチプレクサのための第１の大電流フィードバック信号を提供してもよく、第２の大電流範囲モニタリング回路は、フィードバックマルチプレクサのための第２の大電流フィードバック信号を提供してもよい。フィードバックマルチプレクサは、コントローラの制御下で、第１の大電流範囲で動作する場合、第１の大電流範囲モニタリング回路からの第１の大電流フィードバック信号又はそれに依存する信号を大電流ドライバに対して選択的に供給し、第２の大電流範囲で動作する場合、第２の大電流範囲モニタリング回路からの第２の大電流フィードバック信号又はそれに依存する信号を大電流ドライバに対して選択的に供給するように動作してもよい。
【００１７】
オプションで、第１の大電流範囲モニタリング回路は、大電流ドライバ及び対電極接点の間に直列に接続された第１のセンス抵抗と、第１のセンス抵抗の両端にわたって接続された第１の差動増幅器、例えば計装増幅器であって、第１のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第１の大電流フィードバック信号とコントローラによるモニタリングのための出力とを生成する第１の差動増幅器とを含んでもよい。同様に、第２の大電流範囲モニタリング回路は、大電流ドライバ及び対電極接点の間に直列に接続された第２のセンス抵抗と、第２のセンス抵抗の両端にわたって接続された第２の差動増幅器、例えば計装増幅器であって、第２のセンス抵抗に流れる電流によって生じた電圧を検出して第２の大電流フィードバック信号とコントローラによるモニタリングのための出力とを生成する第２の差動増幅器とを含んでもよい。好ましくは、第１及び第２のセンス抵抗は、並列回路として接続され、異なる大きさの抵抗値、オプションで１０２倍の大きさの差、例えば、０．１及び１０オームの差を有する抵抗値を有する。
【００１８】
機器は、コントローラと電気的に通信し、バッファ及び大電流モニタの出力と電気的に通信し、バッファ及び大電流モニタの出力信号を、コントローラのためのディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでもよい。
【００１９】
オプションで、バッファは、対電極接点と電気的に通信するように接続可能であり、対電極接点における電圧を検出し、コントローラとの電気的な通信のために対電極接点における電圧を表すバッファリングされた出力を供給してもよい。
【００２０】
小電流／小電力
本発明によれば、電気機械機器は、例えば、小電流又は小電力動作モードにおけるポテンショスタット又はガルバノスタットとして動作するように構成、調整、又は設定されてもよい。そのように構成された場合、機器は、ディジタル制御信号を提供するコントローラと、コントローラと電気的に通信し、コントローラからのディジタル制御信号に応じてアナログ出力信号を生成するディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）とを含んでもよい。小電流ドライバは、ＤＡＣと電気的に通信し、ＤＡＣからのアナログ出力信号に応じて小電流範囲出力を生成するように配置されてもよい。例えば、小電流範囲は、前述の範囲にあってもよい。対電極と電気的に通信し、小電流ドライバの出力と電気的に通信する対電極接点が設けられてもよい。作用電極と電気的に通信する作用電極接点であって、対電極及び作用電極の間の材料の電気化学分析を可能にする作用電極接点が提供されてもよい。動作時には、小電流ドライバからの電流は、分析対象又はテスト対象の材料における対電極又は当該材料を通る対電極から、作用電極に向けて供給されてもよい。
【００２１】
機器は、作用電極と電気的に通信するように接続可能な小電流モニタであって、作用電極接点における電流を検出し、コントローラによるモニタリングのために、作用電極接点において検出された電流に依存する出力を供給する小電流モニタを含んでもよい。小電流モニタは、対電極接点及び作用電極接点の間の電流を制御するように小電流ドライバの出力を制御するために小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供してもよい。小電流モニタは、オプションで、作用電極接点と電気的に通信するように接続可能な入力を有し、出力を提供するモニタ増幅器、例えば電流フィードバック増幅器又はトランスインピーダンス増幅器を含んでもよい。小電流モニタは、モニタ増幅器の出力及びモニタ増幅器の入力の間に接続された複数のフィードバック抵抗からなるアレイであって、モニタ増幅器の出力及び入力の間のフィードバックループを提供するアレイを含んでもよい。小電流モニタは、コントローラと電気的に通信し、モニタ増幅器の出力及び入力の間で電気的に接続するアレイにおけるフィードバック抵抗のうちの少なくとも１つを選択してモニタ増幅器の出力を制御するモニタマルチプレクサ、例えばアナログマルチプレクサを含んでもよい。
【００２２】
機器は、オプションで、基準電極と電気的に通信し、材料と通信する作用電極及び対電極に対して位置決めするための基準電極接点を含んでもよい。機器は、基準電極接点と電気的に通信し、基準電極接点における電圧を検出するバッファを含んでもよい。バッファは、基準電極接点における電圧に依存する出力であって、コントローラによるモニタリングのために基準電極接点からバッファリングされる出力を供給するように機能してもよい。バッファは、基準電極接点における電圧を制御するように小電流ドライバによって生成される出力を制御するために、小電流ドライバのためのフィードバック信号を提供してもよい。電圧モードの動作では、基準電極接点における電圧は、作用電極接点における電圧に関してモニタリングされてもよい。作用電極接点における電圧は、例えば仮想接地であってもよい。
【００２３】
機器は、コントローラと電気的に通信するフィードバックマルチプレクサ、例えばアナログマルチプレクサを含んでもよい。フィードバックマルチプレクサは、バッファと電気的に通信してバッファからフィードバック信号を受信し、小電流モニタと電気的に通信して小電流モニタからフィードバック信号を受信し、コントローラの制御下で、フィードバックマルチプレクサに入力されるフィードバック信号又はそれに依存する信号のうちのどちらが小電流ドライバに対して出力されるのかを切り換え可能に選択してもよい。この点に関して、コントローラは、小電流モードで動作する場合、小電流モニタからのフィードバック信号を小電流ドライバに供給し、電圧モードで動作する場合、バッファからのフィードバック信号を小電流ドライバに供給するようにフィードバックアナログマルチプレクサを制御するように機能してもよい。
【００２４】
機器は、コントローラと電気的に通信し、小電流モニタ及びバッファの出力と電気的に通信し、小電流モニタ及びバッファの出力を、コントローラによるモニタリングのためにコントローラへの供給のためにディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでもよい。
【００２５】
オプションで、バッファは、対電極接点と電気的に通信するように接続可能であり、対電極接点における電圧を検出し、コントローラとの電気的な通信のために対電極接点における電圧を表すバッファリングされた出力を供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ポテンショスタット／ガルバノスタット回路の上位ブロック図を概略的に示す図である。
【図２】図１のポテンショスタット／ガルバノスタット回路のための大電力又は大電流回路構成のブロック図を概略的に示す図である。
【図３】図１のポテンショスタット／ガルバノスタット回路のための小電力又は小電流回路構成のブロック図を概略的に示す図である。
【図４】図１〜図３ではＭＣＵによって概略的に示す、図１〜図３のポテンショスタット／ガルバノスタット回路で使用されるマイクロコントローラ回路の回路図である。
【図５】図１〜図３ではＤＡＣによって概略的に示す、ポテンショスタット／ガルバノスタット回路のためのＤＡＣ回路及びコンディショナ回路を用いたディジタル・アナログ回路（ＤＡＣ）の回路図である。
【図６】図１〜図３ではＭＵＸによって概略的に示す、フィードバックマルチプレクサ回路の回路図である。
【図７】図１〜図３に概略的に示す設定制御回路と、図１に示す大電流ドライバであって、図２で大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡとしてより具体的に示す素子との回路図である。
【図８】図１に示す大電流モニタであって、図２でセンス抵抗Ｒｓ１及びＲｓ２ならびに計装増幅器ＩΝΑ１及びＩＮＡ２としてより具体的に示す素子の回路図である。
【図９】図１に示す小電流ドライバ及び関連付けられたスイッチＳＷ−５であって、図３で小電力演算増幅器ＬＰ  ＯＰＡ及びスイッチＳＷ−５としてより詳細に示す素子の回路図である。
【図１０】図１に示す小電流モニタであって、図３でトランスインピーダンス増幅器ＴＩＡ、−１０利得増幅器、及びモニタマルチプレクサＭＵＸ２及び関連付けられた抵抗アレイとしてより具体的に示す素子の回路図である。
【図１１】図１〜図３に示すバッファ回路及び対電極接点ＣＮＴ及び基準電極接点ＲＥＦの回路図である。
【図１２】図１に示す作用電極接点ＷＫＧ及び関連付けられたスイッチＳＷ−３及びＳＷ−４であって、図２で作用電極接点ＷＫＧ及びスイッチＳＷ−３としてより詳細に示し、図３で作用電極接点ＷＫＧ及びスイッチＳＷ−４としてより詳細に示す素子の回路図である。
【図１３】図１に示すＡＤＣ回路に組み込まれるアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＬＣ及び関連付けられたコンディショナ回路であって、図３でＡＤＣ−ＬＣ回路及びコンディショナ回路としてより具体的に示す回路の回路図である。
【図１４】図２に示すアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＨＣ１及び関連付けられたコンディショナ回路であって、図１に示すＡＤＣ回路に組み込まれた回路の回路図である。
【図１５】図２に示すアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＨＣ２及び関連付けられたコンディショナ回路であって、図１に示すＡＤＣ回路に組み込まれた回路の回路図である。
【図１６】図２及び図３に示すアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−Ｖ及び関連付けられたコンディショナ回路であって、図１に示すＡＤＣ回路に組み込まれた回路の回路図である。
【図１７】図４〜図２３に示す回路のための１．２５ボルトの基準電圧１Ｖ２５及び２．５ボルトの基準電圧２Ｖ５０を生成する基準電圧回路の回路図である。
【図１８】図１〜図４に示すコントローラＭＣＵのためのメモリ及びプログラムメモリを提供する、消去及びプログラミング可能なメモリチップＥＰ（ＥＰＲＯＭ）及び関連付けられた回路の回路図である。
【図１９】図１〜図４に示すコントローラＭＣＵの通信ポートの回路図である。
【図２０】図４〜図２３に示す回路に＋１５ボルト及び−１５ボルトのフィルタリングされた電源電圧を提供する電圧フィルタ回路の回路図である。
【図２１】図４〜図２３に示す回路に５ボルト及び３．３ボルトの出力を提供するための電源回路の回路図である。
【図２２】図１〜図２３に概略的に示す回路を有する機器を冷却するファンを動作させるファン回路の回路図である。
【図２３】図１のバッファに組み込まれ、図１に示す対電極接点ＣＮＴ及びコントローラＭＣＵの間の電気的な通信及びバッファリングを可能にするオプションのバッファ回路の回路図である。
【図２４】図１〜図３に概略的に示し、図４〜図２３により具体的には示す回路を有する機器の動作プログラムステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
前述した発明の概要及び後述する発明を実施するための形態の詳細な説明は、添付された図面と共に読んだとき、さらに理解される。同様の構成要素には、図面全体にわたって同様の番号が付与される。
【００２８】
各図面、まずは図１を参照すると、容器３５に配置された材料の電気化学特性の分析及びテストのための、概して３０により示す電気化学機器が図示される。ここで、対電極接点ＣＮＴに電気的に接続された対電極と、作用電極接点ＷＫＧに電気的に接続された作用電極とを介して、所望の電気信号が材料に印加可能になるように、材料は対電極と作用電極との間に設けられる。概して、機器は、対電極から作用電極へ流れる電流がモニタリングされるように、所望の大きさ、波形、及び継続時間を有する選択された電流及び／又は電圧信号を、レセプタクル３５内の材料へ印加するように機能してもよい。基準電極は、容器３５において対電極及び作用電極の間に位置して基準電極及び作用電極の間の電圧をモニタリングすることを可能にするように、基準電極接点ＲＥＦに接続されてもよい。動作において、電気化学機器は、基準電極接点ＲＥＦ及び作用電極接点ＷＫＧの間の電圧を測定及びモニタリングすることによりポテンショスタットとして機能してもよく、又は、対電極接点ＣＮＴ及び作用電極接点ＷＫＧの間の電流を測定及びモニタリングすることによりガルバノスタットとして機能してもよく、又は、ガルバノスタットとしての動作とポテンショスタットとしての動作との間で機器が切り換えられてもよい、組み合わせたポテンショスタット／ガルバノスタットとして機能してもよい。
【００２９】
概して、機器３０は、ポテンショスタット／ガルバノスタット回路のすべての制御、設定、及びモニタリング機能を実行する、好ましくはマイクロコントローラＭＣＵとして提供される、高速コントローラ４０を含む。異なる複数の回路の協調動作によって、例えば数ｎＡ（場合によっては数ｐＡ）から数Ａまでの広い電流範囲が達成されてもよい。高精度及び高速を実現するために、高速かつ高分解能のアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ１１０及びディジタル・アナログ変換器ＤＡＣ５０が使用される。コンピュータ（例えば、ＰＣ、Ｍａｃ、タブレット）、ネットワーク、スマートフォン、又は他の選択された装置又はシステムのような外部の制御装置と通信するために、ＲＳ２３２及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）のようなシリアルインターフェース、ＧＰＩＢのようなパラレルインターフェース、ＵＡＲＴ（universal asynchronous receiver/transmitter）のような有線又は無線インターフェースのような、ＵＡＲＴ／ＲＳ２３２／ＵＳＢインターフェースのうちの１つ又は複数のような通信インターフェースが利用可能である。サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）、リニアスキャンボルタンメトリ（ＬＳＶ）、様々なパルスボルタンメトリ技術（差動パルス（ＤＰＶ）、ノーマルパルス（ＮＰＶ）、差動ノーマルパルス（ＤＮＰＶ）、矩形波（ＳＷＶ）、電気化学インピーダンス分光学（ＥＩＳ）、及び交流ボルタンメトリ（ＡＣＶ））を含むが、これらに限定されない、多数の電気化学技術のための機能も提供される。例えばユーザ入力又はソフトウェアアップグレードによって、新たな機能を追加することができる。
【００３０】
全体的な概要として、図１を参照して、機器は、ユーザ入力に応答してプログラム命令を実行し、動作回路からの信号をモニタリングして回路の動作の制御のためのディジタル出力信号を生成するように機能する、好ましくはマイクロコントローラ装置ＭＣＵの形態のコントローラ４０を含む。機器３０の動作回路がアナログ回路を含むので、機器３０は、ＭＣＵ４０からディジタル信号に応答し、図１に示すような大電流ドライバ７０又は小電流ドライバ８０を駆動するために必要なアナログ電圧又は電流を生成するＤＡＣ、好ましくは高分解能及び高速のＤＡＣを含む。機器３０は、アナログ回路からの選択されたアナログ信号を、ＭＣＵ４０のためにディジタル信号に変換するＡＤＣ、好ましくは高速及び高分解能のＡＤＣも含む。大電流動作モードにおいて、プログラム命令及び／又はユーザ入力によって提供されるように、ＤＡＣは、図２に示すように大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２の正の入力を駆動し、一方、小電流動作モードにおいて、ＤＡＣ５０は、図３に示すように小電力演算増幅器ＬＰ  ＯＰＡ８２の正の入力を駆動する。ＤＡＣの出力はＭＣＵによって制御され、ＤＡＣ５０の出力信号はバイポーラであり、正又は負になりうる。大電流モードが使用される場合、小電流ＬＰ  ＯＰＡの出力は高絶縁のアナログリレーＳＷ−５によって阻止され、コントローラ４０の制御下で一対のアナログリレーＳＷ−１及びＳＷ−２のうちの１つを起動することによって、２つの大電流範囲のうちの１つが選択される。小電流モードが使用される場合、コントローラ４０からの電力イネーブルラインＰＡ  ＥＮに接続された大電流ＯＰＡであるＨＰ  ＯＰＡ７２のディセーブルピンによって、大電流出力がディセーブルにされる。各演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２又はＬＰ  ＯＰＡ８２の出力は、選択された信号を対電極接点ＣＮＴへ印加するために作用出力を供給する。選択された動作モード（定電圧モード又は定電流モード、又は大電流又は大電力モード又は小電流又は小電力モード）に依存するフィードバック信号が、各電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２又はＬＰ  ＯＰＡ８２の負の入力に供給され、負帰還増幅器回路を形成する。
【００３１】
アナログフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００は、コントローラの制御下で、定電圧モード又は定電流モードを選択するために使用される。定電流モードにおいて、フィードバックＭＵＸ１００は、自動的に電流範囲に基づくフィードバック信号を選択する。定電圧モードにおいて、フィードバックＭＵＸ１００は、フィードバック信号として電圧基準信号を選択する。例えば、ＭＵＸ１００は、定電圧と、例えば第１の大電流範囲及び第２の大電流範囲を含む大電流範囲における定電流と、小電流範囲における定電流とを選択するように機能してもよい。
【００３２】
小電流動作モードで動作する場合、小電流は、ＴＩＡ回路（トランスインピーダンス増幅器回路）における図３に示すような複数の高精度抵抗からなるアレイ１３６によって自動的に選択される。ＴＩＡ回路は、図１に示すような小電流モニタ回路１３０を含み、また、トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡ１３２、複数のフィードバック抵抗からなるアレイ１３６、モニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４、及び図３に示す負利得増幅器１３８によって提供される。抵抗アレイ１３６のうちの適切な抵抗は、適切な小電流をさらに選択するようにＭＣＵ４０からの出力によって制御されるＭＵＸ２  １３４によって選択される。
【００３３】
ここで、機器回路の全体的な動作及び構成のより詳細な説明のために、各図面、まずは図１を参照して、電気化学機器３０は、装置に係る所望の制御、設定、モニタリング、及び通信機能のすべてを実行するために使用されるマイクロコントローラＭＣＵの形態を有するコントローラ装置４０を含む。通信インターフェース４５は、コントローラＭＣＵを外部装置、例えばコンピュータ（ＰＣ、ＭＡＣ、又は他のタイプのコンピュータ装置）、ネットワーク、スマートフォン、又は他のタイプの外部装置と通信できるようにするために、コントローラＭＣＵと電気的に接続されてもよい。通信インターフェース４５は、例えば、ＵＡＲＴ（universal asynchronous receiver/transmitter）、ＵＳＢ（universal serial bus）、又は、シリアルＲＳ２３２又はパラレルＧＰＩＢのような他の通信接続のうちの１つ又は複数を含んでもよい。コントローラＭＣＵ４０は、シリアル周辺インターフェースバスの形態をしていてもよいインターフェースバス５５を介して、ディジタル・アナログ変換器回路ＤＡＣ５０、好ましくは高速及び高分解能の回路に電気的に接続される。図１に示すように、コントローラＭＣＵ４０は、ディジタル制御信号をＤＡＣ５０に提供し、次いで、ＤＡＣ５０は、コントローラからのディジタル制御信号に応じて出力ラインＶＤＡＣの上にアナログ出力信号を生成する。ＤＡＣからのＶＤＡＣ出力信号は設定制御回路６０に供給され、設定制御回路６０は、大電流ドライバ７０及び小電流ドライバ８０に信号を選択的に出力するように機能する。コントローラ４０は、電力イネーブルラインＰＡＥＮによって設定制御回路６０にも接続され、設定制御回路６０は、大電流モードで動作する場合、大電流ドライバをイネーブルにし、ＤＡＣからのＶＤＡＣ出力信号と設定制御回路６０に供給された電力イネーブル信号ＰＡＥＮとに応じて電力出力信号ＰＡＯＵＴを生成するように機能する。大電流ドライバによる電力出力信号ＰＡＯＵＴの生成がイネーブルにされている場合、コントローラ４０の制御下でスイッチＳＷ−５が開かれ、小電流ドライバ８０を切断する。代替として、コントローラ４０が小電流ドライバ８０から小電流出力を生成するように機能する場合、小電流モードで動作する場合、電力イネーブルラインＰＡＥＮはイネーブルにされず、大電流ドライバが出力を提供することを防ぎ、また、スイッチＳＷ−５が閉じられ、それによって小電流ドライバ８０を接続する。設定制御回路６０は、制御線ＣＴＲＬを介して小電流ドライバ８０へ信号を供給し、小電流ドライバを駆動して出力を生成する。大電流モニタ９０は、ＰＡＯＵＴラインに沿った大電流ドライバの出力に接続され、ＰＡＯＵＴにおいて大電流ドライバによって生成された電流をモニタリングするように、かつ、ＰＡＯＵＴラインにおいてモニタリングされている電流に応じて出力信号を生成するように機能する。オプションで、大電流モニタ９０は、第１の範囲の大電流、例えば２５ｍＡ〜２．５Ａにおける電流をモニタリングする第１のモニタリング回路がスイッチＳＷ−１を介して接続され、かつ、第２の範囲の大電流、例えば０．２５ｍＡ〜２５ｍＡにおける電流をモニタリングする第２のモニタリング回路がスイッチＳＷ−２を介して接続されるように、異なる電流範囲の大電流をモニタリングするために別個のモニタリング回路を含んでもよい。スイッチＳＷ−１及びスイッチＳＷ−２は、図１に示すようにコントローラ装置ＭＣＵ４０の制御下で動作し、これにより、作用出力電流は、電流の範囲に依存してスイッチＳＷ−１又はＳＷ−２を選択的に経由して、大電流モニタリング回路９０から対電極接点ＣＮＴに供給される。大電流モニタはまた、大電流フィードバック信号を、ＩＮＡ  ＯＵＴラインを介して、ディジタル制御されたアナログマルチプレクサ１００の形態を有するフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００に供給する。大電流モニタ９０はまた、出力信号をＩΝΑＯＵＴラインの上でアナログ・ディジタル変換器１１０、好ましくは高速及び高分解能の素子に供給するように機能し、アナログ・ディジタル変換器１１０は、例えばシリアル周辺インターフェースバスの形態を有するインターフェースバス１１５を介してコントローラ４０に接続される。
【００３４】
図１に示すように、スイッチＳＷ−１及びＳＷ−２は、大電流モニタ９０の出力から、容器３５で使用されている対電極と接続するための対電極接点ＣＮＴに接続される。機器はまた、バッファ回路１２０を含み、バッファ回路１２０は基準電極接点ＲＥＦに接続され、基準電極接点ＲＥＦは容器３５に位置した基準電極に接続される。基準電極は、典型的には、容器３５において、対電極接点ＣＮＴに接続された対電極と、作用電極接点ＷＫＧに接続された作用電極との間に、これらの電極から離隔して位置する。基準電極接点ＲＥＦは基準電極と電気的に通信し、基準電極は、分析のために容器に配置された材料と通信する、容器における作用電極及び対電極に対して位置する。バッファは、基準電極接点と電気的に通信し、基準電極接点における電圧を検出する。バッファは、基準電極接点において検出された電圧に依存する出力であって、コントローラによるモニタリングのために基準電極接点からバッファリングされる出力ＲＥＦ  ＯＵＴを供給するように機能してもよい。この目的のために、基準出力ラインＲＥＦ  ＯＵＴはＡＤＣ回路１１０に接続される。さらに、バッファは、フィードバック信号をＲＥＦ  ＯＵＴラインの上でフィードバックマルチプレクサ１００へ提供し、大電流、電力、小電流、及び電力のうちのどれが使用されているかに依存して、大電流ドライバ７０及び小電流ドライバ６０のいずれかによって、電圧動作モードで生成される出力を制御する。オプションで、バッファ１２０は、別途、対電極接点ＣＮＴにも接続され、対電極における電圧を検出してもよく、バッファリングされた出力信号ＣＮＴ  ＯＵＴをオプションのアナログ・ディジタル変換器１２５に供給するように機能してもよい。オプションのアナログ・ディジタル変換器１２５は、ＣＮＴ  ＯＵＴラインにおけるバッファからのアナログ信号を、コントローラＭＣＵ４０への供給のためにディジタル信号に変換し、対電極接点ＣＮＴにおける電圧をコントローラにモニタリングさせることを可能にするように機能する。
【００３５】
図１に示すように、作用電極接点ＷＫＧは、スイッチＳＷ−３を介して接地ＧＮＤに接続され、スイッチＳＷ−４を介して小電流モニタ１３０に接続されてもよい。大電流モードで動作する場合、コントローラ４０の制御下で、大電流モニタは、大電流範囲に依存してスイッチＳＷ−１及びスイッチＳＷ−２のいずれかを介して、対電極接点ＣＮＴに接続され、作用電極接点ＷＫＧはスイッチＳＷ−３を介して接地に接続され、スイッチＳＷ−４及びＳＷ−５は開かれる。小電流モードで動作する場合、小電流ドライバ８０はスイッチＳＷ−５を介して対電極接点ＣＮＴに接続され、スイッチＳＷ−１及びＳＷ−２は開かれ、設定制御回路６０への電力イネーブルラインＰＡ  ＥＮはディセーブルにされ、対電極接点ＣＮＴから大電流ドライバを切断する。小電流モードではまた、コントローラ４０の制御下で、スイッチＳＷ−４を閉じることで作用電極接点ＷＫＧは小電流モニタ１３０に接続され、スイッチＳＷ−３が開かれることで作用電極接点ＷＫＧを接地から切断する。作用電極接点ＷＫＧがスイッチＳＷ−４を介して小電流モニタへ接続された場合、小電流ラインＴＩＡ  ＩΝは小電流モニタに作用電極接点ＷＫＧを接続する。このため、小電流ドライバによって生成され、対電極接点ＣＮＴにおける対電極から作用電極接点ＷＫＧにおける作用電極へ容器３５における材料を通過する小電流は、小電流モニタ１３０によってモニタリングされる。ＴＩＡ  ＩＮラインの上で作用電極接点ＷＫＧから供給される小電流が小電流モニタによってモニタリングされ、ＴＩＡ  ＩＮラインの上でモニタリングされている電流を反映する出力信号ＴＩＡ  ＯＵＴが生成される。小電流モニタ１３０からのＴＩＡ  ＯＵＴラインは、フィードバックマルチプレクサ１００へフィードバック信号を提供する。小電流モニタはまた、ＴＩＡ  ＩＮにおける入力電流に依存する出力信号を、インターフェースバス１１５を介するコントローラ４０によるモニタリングのために、アナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ１１０へ供給する。小電流モニタは、コントローラに小電流モニタを接続するＭＵＸ２ラインによりコントローラの制御下にあって、ＴＩＡ  ＩＮラインにおいて検出されている電流に対して小電流モニタを調節することを可能にする。アナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ１１０は、小電流モニタ１３０からＴＩＡ  ＯＵＴラインを介して供給されるアナログ信号、バッファ１２０からＲＥＦ  ＯＵＴラインを介して供給されるアナログ信号、及び大電流モニタ９０からＩＮＡ  ＯＵＴラインを介して供給されるアナログ信号を、インターフェースバス１１５を介するコントローラ４０との通信のためにディジタル信号に変換するように機能する。このため、機器３０は、コントローラＭＣＵの制御下で、スイッチＳＷ−２、ＳＷ−４、及びＳＷ−５を開きかつスイッチＳＷ−１、ＳＷ−３を閉じる第１の大電流モードで、又は、スイッチＳＷ−１、ＳＷ−４、及びＳＷ−５を開きかつスイッチＳＷ−２及びＳＷ−３を閉じる第２の大電流モードで、又は、バッファ回路１２０により基準電極接点ＲＥＦにおける電圧を検出する電圧モードで動作可能である。
【００３６】
大電流モードで動作する場合、ＭＵＸ１００への入力として供給されたＩＮＡ  ＯＵＴ信号が、大電流ドライバ７０の出力を制御するフィードバック信号として、ＭＵＸ  ＯＵＴラインにおいて大電流ドライバ７０に供給されるように、コントローラＭＣＵ４０は、ＭＵＸライン又はバスを介してフィードバックマルチプレクサ１００を制御することもできる。大電流ドライバが使用中であり、かつ、電圧モードが選択されている場合、バッファ１２０からのＲＥＦ  ＯＵＴ信号をフィードバック信号としてＭＵＸ  ＯＵＴラインを介して大電流ドライバ７０に供給し、基準電極における電圧を制御するように、コントローラＭＣＵ４０は、ＭＵＸライン又はバス上のフィードバックマルチプレクサ１００を制御することができる。機器が小電流モードで動作させられる場合、ＭＣＵ４０からの電力イネーブル信号は、設定制御回路６０に大電流ドライバ７０をディセーブルにさせ、スイッチＳＷ−５が閉じられて対電極接点ＣＮＴを小電流ドライバに接続する。コントローラ４０は、スイッチＳＷ−１及びＳＷ−２を開かせるように機能してもよい。コントローラ４０はまた、スイッチＳＷ−３を開いて作用電極接点ＷＫＧを接地から切断し、スイッチＳＷ−４を閉じて作用電極接点ＷＫＧに小電流モニタ１２０を接続するように機能し、小電流モニタ１２０は、ＴＩＡ  ＩＮラインにおける小電流をモニタリングするように機能する。ＴＩＡ  ＩＮラインにおける電流入力に応じて、小電流モードで動作する場合、小電流モニタ１２０はＴＩＡ  ＯＵＴラインの上にフィードバック信号を生成し、フィードバック信号はフィードバックマルチプレクサ１００に供給され、フィードバックマルチプレクサ１００は、小電流モニタからのＴＩＡ  ＯＵＴフィードバック信号をＭＵＸ  ＯＵＴラインを介して小電流ドライバ８０に供給するようにコントローラＭＣＵによって制御される。小電流ドライバを使用中に電圧モードで動作する場合、ＲＥＦ  ＯＵＴラインを介するバッファからのフィードバック信号がフィードバックマルチプレクサ１００によって小電流ドライバ８０に供給されるように、コントローラは、ＭＵＸ  ＯＵＴライン又はバスを介してフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００を制御することができる。
【００３７】
大電力／大電流
図２を参照すると、電気化学機器３０は、大電流動作モード及び電圧動作モードを提供する大電力モードで使用される構成についてより詳細に図示される。図２に示すように、コントローラＭＣＵ４０は、回路の動作を制御するように機能し、ディジタル制御信号をインターフェースバス５５を介して図１に示すようなディジタル・アナログ変換器回路５０に供給する。ディジタル・アナログ変換器回路５０は、図２により具体的に示すように、コンディショナ回路５４に接続されたＤＡＣ回路５２を含む。ＤＡＣ回路５２は、コントローラＭＣＵ４０からのディジタル信号をアナログ信号に変換するように機能し、このアナログ信号はコンディショナ回路５４に供給され、コンディショナ回路５４は、信号のレベルをバッファリングして調整し、図１に示す大電流ドライバ７０を駆動する設定制御回路６０に対して適切な出力を提供するように機能する。大電力モードで動作する場合、コントローラ４０は、電力イネーブルラインＰＡＥＮを介して設定制御回路６０をイネーブルにし、コンディショナ回路５４からの出力信号を大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７０の入力に供給する。大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７０は大電流ドライバとして機能してもよい。制御回路６０は、ＨＰ  ＯＰＡアンプ７２の非反転入力又は＋ラインに接続される。ＨＰ  ＯＰＡアンプ７２の出力は、図１の大電流モニタ９０への入力として、図２に示すように電力出力ラインＰＡ  ＯＵＴの上で供給され、大電流モニタ９０は、図２に示すように、センス抵抗ＲＳ１  ９１及びＲＳ２  ９２及び差動増幅器ＩＮＡ１  ９３及びＩＮＡ２  ９４を含んでもよい。図２に示すように、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２の出力は、センス抵抗９１及び９２の並列回路によって対電極制御ＣＮＴに接続可能である。より具体的には、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２の出力は、対電極接点ＣＮＴに対して、スイッチＳＷ−１によって第１のセンス抵抗ＲＳ１  ９１を介して、又はそれに代わって、スイッチＳＷ−２によって第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２を介して、切り換え可能に接続することができる。第１の差動増幅器９３は、回路が第１の大電流範囲で動作する場合にスイッチＳＷ−１が閉じられる場合、第１のセンス抵抗９１に流れる電流によって生じる電圧を検出するために、好ましくは高精度抵抗である第１のセンス抵抗９１の両端にわたって接続される。回路が第２の大電流範囲で動作する場合、スイッチＳＷ−１が開かれ、かつ、ＳＷ−２が閉じられ、これにより、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２によって生成された電流が、第２のセンス抵抗９２を介して対電極接点ＣＮＴへ流れる。好ましくは高精度抵抗である第２のセンス抵抗９２の両端にわたって接続された第２の差動増幅器９４によって、第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２に流れる電流が検出され、第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２に流れる電流によって生じる電圧を検出する。このように、図２に示すように、第１の大電流範囲モニタリング回路は、第１の大電流電流範囲における電流をモニタリングするために、第１のセンス抵抗９１及び第１の差動増幅器９３を含む。同様に、第２の大電流範囲モニタリング回路は、第２の大電流電流範囲における電流をモニタリングするために、第２のセンス���抗９２及び第２の差動増幅器９４を含む。第１の差動増幅器９３は、計装増幅器ＩＮＡ１の形態を有してもよく、また、第２の差動増幅器９４は、第２の計装増幅器ＩＮＡ２の形態を有してもよい。大電流モードにおいて、フィードバック信号を提供するために十分な信号強度を提供する固定利得を有する高精度ＩＮＡ増幅器によって、電流検出抵抗（ＲＳＩ又はＲＳ２）の電圧降下がサンプリングされる。図２に示すように、第１の差動増幅器９３は、差動増幅器９３の出力に接続されたＩＮＡ−１  ＯＵＴラインの上に出力信号を生成し、この出力信号は、コンディショナ回路１１２に供給され、その後、コントローラＭＣＵ４０と電気的に通信するアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＨＣ２  １１１に供給され、これにより、コントローラは、第１の差動増幅器９３の出力をモニタリングして、スイッチＳＷ−１が閉じられている場合に第１のセンス抵抗９１に流れる電流をモニタリングすることができる。差動増幅器９３は、ＩＮＡ−１  ＯＵＴラインの上のフィードバック信号をフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００にも供給する。同様に、第２の差動増幅器９４は、コンディショナ回路１１４と、ＭＣＵ４０と電気的に通信するＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＨＣ２  １１３とを介して供給するように、出力信号を提供し、これにより、コントローラは、第２の差動増幅器９４の出力をモニタリングして、スイッチＳＷ−２が閉じられている場合に第２のセンス抵抗９２に流れる電流をモニタリングすることができる。差動増幅器９４は、ＩＮＡ−２  ＯＵＴラインの上のフィードバック信号をフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００にも供給する。
【００３８】
図２に示すように、回路が大電力又は大電流モードで動作する場合、作用電極接点ＷＫＧは、閉じたスイッチＳＷ−３によって接地ＧＮＤに接続される。機器３０が大電流モードでのみ動作する場合、スイッチＳＷ−３は、図２に示すように、閉じた位置に固定されてもよく、接地へのハードワイヤで置き換えられてもよい。また、図２に示すように、バッファ回路１２０は、基準電極接点ＲＥＦに接続し、バッファリングされた出力信号をＲＥＦ  ＯＵＴラインにおいてコンディショナ回路１１８に提供し、その後、ＭＣＵ４０と電気的に通信するＡＤＣ回路ＡＤＣ−Ｖ  １１７に提供し、これにより、コントローラ４０が基準電極接点ＲＥＦにおける基準電圧をモニタリングすることができる。バッファ１２０は、基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を、バッファの出力ＲＥＦ  ＯＵＴラインに接続された回路に対してバッファリングするように機能する。バッファのＲＥＦ  ＯＵＴラインはまた、バッファからのフィードバック信号をフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００に供給する。
【００３９】
ＭＣＵ４０の制御下で、フィードバックマルチプレクサ１００は、大電流又は大電力モードで動作する場合、ＩＮＡ−１  ＯＵＴライン、ＩＮＡ−２  ＯＵＴライン、又はＲＥＦ  ＯＵＴラインからのどのフィードバック信号が、負のフィードバック信号として、ＭＵＸ  ＯＵＴラインにおいて、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ  ７０の反転端子（−端子）に切り換え可能に供給されるかを選択する。スイッチＳＷ−１が閉じてＳＷ−２が開くように第１の大電流範囲で動作する場合、第１のセンス抵抗ＲＳ１  ９１を通って対電極接点ＣＮＴへ向かう第１の大電流範囲が、第１の差動増幅器９３によって検出され、ＭＣＵ４０の制御下でＭＵＸ１００が切り換えられ、第１のセンス抵抗ＲＳ１  ９１に流れる電流を反映するＩＮＡ−１  ＯＵＴライン信号を、ＭＵＸ  ＯＵＴラインにおいて、負のフィードバック信号として、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２の反転端子に供給する。スイッチＳＷ−１が閉じている場合、大電流の第１の範囲において、電圧モードで動作する場合、バッファ１２０は、基準電極接点ＲＥＦにおける電圧を反映する基準接点電圧信号を、ＭＵＸ１００へのフィードバック信号として供給し、これにより、コントローラＭＣＵ４０は、バッファ１２０からＲＥＦ  ＯＵＴ信号を、負のフィードバック信号として、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２の反転端子に切り換え可能に供給するように、ＭＵＸ１００を制御することができる。第２の大電流範囲で動作する場合、コントローラ４０の制御下で、スイッチＳＷ−１が開き、スイッチＳＷ−２が閉じる。その結果、第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２を通って対電極接点ＣＮＴへ向かう第２の大電流範囲が、第２の差動増幅器９４によって検出され、第２の差動増幅器９４は、第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２に流れる電流を反映する出力をＩＮＡ−２  ＯＵＴラインにおいて提供し、この出力はＭＵＸ１００にフィードバック信号として供給され、このフィードバック信号は、ＭＵＸ  ＯＵＴラインにおける負のフィードバックとして、大電力アンプＨＰ  ＯＰＡ７２の反転端子に切り換え可能に供給されることが可能である。第２の大電流範囲において電圧モードで動作する場合、ＲＥＦ  ＯＵＴラインにおいてバッファ１２０からＭＵＸ１００に供給されるフィードバック信号は、コントローラの制御下のＭＵＸ１００において切り換えられ、負の出力フィードバック信号として、大電力増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２の反転端子に供給されることが可能である。
【００４０】
ＩＮＡ−１  ＯＵＴラインにおける第１の差動増幅器９３から出力信号は、コンディショナ回路１１２にも供給され、コンディショナ回路１１２は、ＩＮＡ−１  ＯＵＴラインにおいて受信された信号を、ＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＨＣ１  １１１への供給のために適切なレベルへ調整するように機能し、また、ＩＮＡ−１  ＯＵＴラインにおいて受信された信号を、ＡＤＣ変換器回路１１１への出力に対してバッファするように機能してもよい。ＡＤＣ回路１１１は、コンディショナ回路１１２から供給されたアナログ信号を、コントローラ４０のためのディジタル信号に変換するように機能する。同様に、第２の差動増幅器９４の出力は、ＩＮＡ−２  ＯＵＴラインを介してコンディショナ回路１１４に接続され、コンディショナ回路１１４は、アナログ信号を、ＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＨＣ２  １１３への供給のために適切なレベルへ調整するように機能し、また、ＩＮＡ−２  ＯＵＴラインにおいて受信された信号を、ＡＤＣ回路１１３に供給される信号に対してバッファするように機能してもよい。ＡＤＣ回路１１３は、コンディショナ回路１１４からのアナログ信号を、コントローラ４０のためのディジタル信号に変換するように機能する。ＲＥＦ  ＯＵＴラインにおいて供給されたバッファの出力は、コンディショナ回路１１８にも供給され、コンディショナ回路１１８は、ＲＥＦ  ＯＵＴラインにおいて供給されたアナログ信号のレベルを、ＡＤＣ回路ＡＤＣ−Ｖ  １７への供給のために調整するように機能し、ＡＤＣ回路ＡＤＣ−Ｖ  １７は、ＡＤＣ−Ｖ  １１７に供給されたアナログ信号を、コントローラＭＣＵ４０への供給のために適切なディジタル信号に変換するように機能する。コンディショナ回路１１８はまた、ＲＥＦ  ＯＵＴラインにおいて供給された入力を、ＡＤＣ回路ＡＤＣ−Ｖ  １１７への出力に対してバッファするように機能してもよい。アナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ−ＨＣ１  １１１、ＡＤＣ−ＨＣ２  １１３、及びＡＤＣ−Ｖ  １１７は、好ましくは、インターフェースバス１１５を介してＭＣＵ４０と通信する、高速かつ高精度の変換器である。このため、ＭＣＵ４０は、第１のセンス抵抗９１に流れる電流をＡＤＣ−ＨＣ１  １１１の出力を介してモニタリングし、第２のセンス抵抗９２に流れる電流をＡＤＣ−ＨＣ２  １１３の出力を介してモニタリングし、電圧基準接点ＲＥＦにおける電圧ＡＤＣ−Ｖ  １１７の出力を介してモニタリングするように機能してもよい。
【００４１】
小電力／小電流
図３を参照すると、電気化学機器３０は、小電流動作モード及び電圧動作モードを提供する小電力動作モードで使用されるように構成された回路について図示される。図３に示すように、コントローラＭＣＵ４０は、インターフェースバス５５を介して図１に示すようなＤＡＣ回路５０へディジタル制御信号を提供し、ＤＡＣ回路５０は、図３に示すように、ディジタル・アナログ変換器回路ＤＡＣ５２及び関連付けられたコンディショナ回路５４を含む。ＤＡＣ回路５２は、コントローラ４０からのディジタル信号を、コンディショナ回路５４に供給される適切なアナログ信号に変換するように機能する。コンディショナ回路５４は、ＤＡＣ５２からのアナログ出力のレベルを、設定制御回路６０への供給に適しているレベルに調整し、ＤＡＣ５２の出力をバッファするように機能し、次いで、設定制御回路６０は、小電力演算増幅器ＬＰ  ＯＰＡ８２の非反転ピンに出力を供給する。小電力演算増幅器回路ＬＰ  ＯＰＡ８２は、図１に示すような小電流ドライバ８０として機能してもよい。小電力演算増幅器ＬＰ  ＯＰＡ８２の出力は、スイッチＳＷ−５を介して対電極接点ＣＮＴへ接続される。小電流モードで動作する場合、スイッチＳＷ−４が閉じられ、作用電極接点ＷＫＧを、図１に示すような小電流モニタリング回路１３０の入力と接続する。機器３０が小電力又は小電流モードでのみ動作する場合、スイッチＳＷ−５及びＳＷ−４は、閉じたままにされてもよく、ハードワイヤ接続で置き換えられてもよい。図３に示すように、作用電極接点ＷＫＧは、小電流モードで動作する場合に閉じられるスイッチＳＷ−４を介して接続され、これにより、作用電極接点ＷＫＧから流れる電流は増幅器１３２の反転入力に供給され、増幅器１３２は、例えば、接地ＧＮＤに接続された非反転端子を有する演算増幅器ＴＩＡ１３２の形態の電流フォロワ又はトランスインピーダンス増幅器ＴＩＡである。トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡ１３２の出力は、複数のフィードバック抵抗１３６からなるアレイを介して、アナログマルチプレクサの形態を有するモニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４へ接続され、モニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４は、ＭＣＵ４０の制御下で動作し、トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡ１３２の反転入力へ接続されて増幅器ＴＩＡ１３２のためのフィードバック信号ループを提供する。モニタマルチプレクサ１３４は、コントローラの制御下で、フィードバックループにおける接続のために、小電流動作モードにおいてモニタリングされている電流のための適切な抵抗を有する抵抗アレイ１３６における適切な抵抗を選択するように動作する。
【００４２】
増幅器ＴＩＡ１３２の出力は、トランスインピーダンス増幅器ＴＩＡ１３２の出力を反転し、そのような信号をＭＣＵ４０によるモニタリングに適したレベルへ増幅するために、例えば−１０の利得を有する負利得増幅器１３８を介して供給される。図１に示す小電流モニタリング回路１３０は、図３に示す増幅器ＴＩＡ１３２、負利得増幅器１３８、モニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４、及び複数の抵抗１３６からなるフィードバックアレイを含む。負利得増幅器１３８は、負利得増幅器１３８からの出力信号がＰＩＡ  ＯＵＴラインにおいてコンディショナ回路１１６を介してＡＤＣ回路１１９に供給され、インターフェースバス１１５を介してコントローラと通信するように、十分な利得を生じ、これにより、ＴＩＡ  ＩＮラインにおいて検出されてモニタリングされた電流の大きさをコントローラがモニタリングすることができる。コンディショナ回路１１６は、ＴＩＡ  ＯＵＴラインにおけるアナログ信号を適切なレベルに調整し、そのような信号をアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ−ＬＣ１１９への供給のためにバッファリングするように機能し、アナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ−ＬＣ１１９は、コンディショナ回路１１６によって供給されたアナログ信号を、インターフェースバス１１５を介してコントローラ４０への供給のために適切なディジタル信号に変換するように機能する。ＴＩＡ  ＯＵＴラインにおける増幅器１３８から出力信号は、フィードバック信号としてフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００にも供給される。
【００４３】
図３に示すように、バッファ回路１２０は、基準電極接点ＲＥＦに電気的に接続され、基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を反映するＲＥＦ  ＯＵＴラインにおけるバッファリングされた出力信号を供給する。この点では、バッファ１２０は、ＲＥＦ  基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を反映するバッファリングされたフィードバック信号を、ＯＵＴラインにおいて、フィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００への入力として供給する。バッファ１２０は、基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を反映するＲＥＦ  ＯＵＴラインにおける出力信号を供給し、コンディショナ回路１１８及びその後段のＡＤＣ回路ＡＤＣ−Ｖ  １１７を介してＭＣＵ４０へ供給する。コンディショナ回路１１８は、ＲＥＦ  ＯＵＴラインから供給されたアナログ信号を、ＡＤＣ変換器ＡＤＣ−Ｖのための適切なレベルに調整してバッファリングするように機能し、これにより、変換器ＡＤＣ−Ｖは、コンディショナ１１８からのアナログ信号を、バス１１５を介してコントローラ４０への供給のために適切なディジタル出力に変換するように機能し、これにより、コントローラは、基準電極接点ＲＥＦにおける電圧のレベルをモニタリングすることができる。フィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００は、コントローラの制御下で、小電流モードで動作する場合、ＴＩＡ  ＯＵＴラインにおけるフィードバック信号が小電力増幅器ＬＯ  ＯＰＡ８２の反転端子において負のフィードバックとして切り換え可能に供給可能であるように動作する。電圧モードで動作する場合、コントローラＭＣＵ４０は、基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を反映するバッファ１２０からのＲＥＦ  ＯＵＴラインにおけるフィードバック信号を、小電力増幅器ＬＰ  ＯＰＡ８２の反転端子への負のフィードバック信号として別個に供給するように、フィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００を制御することができる。動作において、ＭＣＵ４０は、ＡＤＣ−ＬＣ１１９の出力を介して作用電極接点ＷＫＧから流れる電流をモニタリングし、ＡＤＣ−Ｖ１１７の出力を介して基準電極接点ＲＥＦにおける電圧をモニタリングするように機能してもよい。ここで、ＡＤＣ−Ｖ１１７及びＡＤＣ−ＬＣ１１９は、好ましくは、インターフェースバス１１５を介してコントローラＭＣＵ４０と通信する、高速かつ高精度の変換器である。
【００４４】
回路構成要素
ここで、回路の動作をより詳しく考慮すると、図４を参照して、コントローラ４０は、コントローラチップＡＤｕＣ７０２６＿ＬＱＦＰ８０の形態を有するマイクロコントローラ回路４１を含む。マイクロコントローラチップ４１は、コンピュータプログラムを実行し、ユーザ入力を受信し、電気化学機器３０の回路の動作をモニタリング及び制御するように機能する。図４に示すように、マイクロコントローラチップ４１のピンのうちのいくつかは、およそ３．３ボルトの電圧源に直接的に又は間接的に接続される。例えば、ピン３８は、ＬＥＤ  Ｄ２１を介して３．３ボルトの電圧源に接続され、ＬＥＤ  Ｄ２１は機器３０の動作を反映して点灯する。
【００４５】
回路のための適切な供給電圧を生成する目的で、図２０に示すようなフィルタ回路が接続され、ジャックＪ３１において正の１５ボルトの電圧源Ｐ１５Ｖに接続され、ジャックＪ３３において負の１５ボルトの電圧源Ｎ１５Ｖに接続され、これらはキャパシタ１５１及び１５２の各アレイにわたって接続され、さらに、ジャックＪ３２において接地に接続され、これにより、接地接続とともに、＋１５ボルト及び−１５ボルトのフィルタリングされた出力電圧が生成される。＋１５ボルトの出力は、図２１に示すような電源回路１５５の入力に接続される。図示したように、＋１５ボルトの電圧源は、レギュレータチップＬＭ７８０５として設けられた電圧レギュレータＵ１  １５７の入力に供給され、これにより、レギュレータＵ１の出力において５ボルトの出力が生成される。電圧レギュレータＵ１の出力は、チップＡＤＰ３３０３として設けられた、低ドロップアウトレギュレータ回路ＬＤＯ１５８への入力として供給され、これにより、図２１に示すような低ドロップアウトレギュレータチップＬＤＯ１５８の出力において＋３．３Ｖの出力が生成される。低ドロップアウトレギュレータチップＬＤＯからの３．３ボルトの出力は、必要に応じて、図４に示すようなマイクロコントローラチップ４１を含む回路素子に供給されてもよい。
【００４６】
図４に示すようなマイクロコントローラチップ４１は、図４に示すようなピン７８において、２Ｖ５０における＋２．５Ｖの電圧基準にも接続される。選択された電圧基準を生成するために、図１７に示すような電圧基準回路１５４が提供される。図示するように、チップＬＴ４６０Ｇによって提供されるような電圧基準チップＶＲＥＦ１５６は、電源回路１５５からｎ５ボルトの入力ソース電圧源に接続される。電圧基準チップＶＲＥＦ１５６は、チップＡＤ８２２によって提供されるようなバッファＢＵＦＦ２  １５９に接続され、２．５ボルトの第１のバッファリングされた電圧基準２Ｖ５０と、１．２５ボルトの第２のバッファリングされた基準電圧１Ｖ２５とを提供する。２．５ボルトの基準２Ｖ５０は、図４に示すようなピン７８においてマイクロコントローラ４１に接続される。
【００４７】
図４に示すように、マイクロコントローラ４１のピン１８及び１９は、ジャックＪ２３に接続され、赤及び緑のＬＥＤをそれぞれ点灯させるために使用可能である。マイクロコントローラ４１のピン２０は、ダウンロードジャックＪ２１に接続され、プログラム更新などの情報、命令、又はプログラミングをダウンロードするための媒体又は装置と接続するために使用可能である。
【００４８】
図１８を参照すると、コンピュータメモリ１６０は、図４に示すマイクロコントローラ４１により使用するための選択されたプログラム命令及びパラメータを格納するための、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable and programmable read only memory）チップＥＰ及び関連付けられた回路の形態で提供される。先の命令及びパラメータは、メモリの再プログラミングによって変更されてもよい。ＥＰチップは、コントローラのピン６０へクロックラインを提供するラインＳＣＬを介して、また、図４に示すようなマイクロコントローラのピン５９へデータライン、例えばシリアルデータラインを提供するラインＳＤＡを介して、マイクロコントローラ４１と通信する。
【００４９】
マイクロコントローラ４１はまた、図４に示すように、マイクロコントローラ４１のリセットを可能にするために、ピン３７及びジャックＪ２２において接続されたリセット回路を含む。マイクロコントローラ４１はまた、コンピュータ、ネットワーク、スマートフォン、及び／又は他の選択された媒体などの外部装置とチップが通信することを可能にするために、例えばピン６１及び６２において、通信ポートを含む。この目的のために、マイクロコントローラ４１は、ピン６１及び６２においてそれぞれ接続されたＴＸｍｃｕにおける送信ライン及びＲＸｍｃｕにおける受信ラインと接続するためのポートを含み、それは、次いで、通信ジャック１６５、例えば図１９に示すようなスマートケーブルジャックに接続されてもよい。
【００５０】
機器から熱を除去するために、機器３０はまた、図２２に示すように、ファンを駆動するためにファン回路１８０を含む。簡単に説明すると、１５ボルトの入力が、チップＬＭ７８０５によって提供される電圧レギュレータ回路Ｕ２に供給され、次いで、電圧レギュレータ回路Ｕ２は、ファンに接続されたジャックＪ３６に５Ｖの出力を供給する。
【００５１】
図４のマイクロコントローラ４１はまた、図１に示すようなインターフェースバス５５を介して、図５に示すようなディジタル・アナログ変換器ＤＡＣ５０と通信する。図４及び図５により具体的に示すように、マイクロコントローラ４１は、マイクロコントローラ４１のピン５２と、図５に示すようなチップＡＤ５５４１＿ＳＯＩＣによって提供されるようなディジタル・アナログ変換器チップＤＡＣ５２のピン６との間に接続されたマスター出力／スレーブ入力ラインＭＯＳＩを含むインターフェースバス５５によって、マイクロコントローラ４１のピン５１とＤＡＣチップのピン４との間に接続されたスレーブ選択ラインＤＡＣ＿ＳＳによって、かつ、マイクロコントローラ４１のピン５８とＤＡＣチップ５２のピン５との間に接続されたシリアルクロックラインＳＣＬＫによって、ディジタル・アナログ回路ＤＡＣ５０と通信する。図５に示すように、ＤＡＣチップ５２は、基準電圧、ピン３における２．５ボルトの基準電圧２Ｖ５０にも接続される。マイクロコントローラ４１は、ＭＯＳＩラインを介してディジタル信号をＤＡＣチップＤＡＣ５２へ提供し、スレーブ選択ラインＤＡＣ＿ＳＳを介して、動作させるＤＡＣチップ５２を選択する。クロックラインＳＣＬＫを介してタイミングクロック信号が供給される。図２及び図３に示すように、マイクロコントローラからのディジタル信号に応じたＤＡＣチップ５２は、アナログ出力信号を、チップＡＤ８２２によって提供されるようなバッファ回路ＢＵＦＦ３  ５４の入力ピン３に提供し、バッファ回路ＢＵＦＦ３  ５４は、図２及び３に示すようなコンディショナ回路５４として機能し、図５に示すようなバッファチップＢＵＦＦ３  ５４の出力ピン１において、電流又は電力ドライバを駆動させるために適したレベルにバッファリングされて調整されたアナログ出力信号ＶＤＡＣを提供する。
【００５２】
コンディショナ回路５４からの出力ＶＤＡＣは、図７に示すような設定制御回路６０への入力として供給される。より具体的には、コンディショナ回路５４からの出力ＶＤＡＣは、図７に示すように、チップＡＤ８２２及び関連付けられた回路によって提供されるような演算増幅器ＯＰＡ１のピン３において入力として供給される。演算増幅器ＯＰＡ１は、図１〜図３に示す設定制御回路６０として機能する。マイクロコントローラ４１は、大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２（図２に示す）をイネーブルにするように機能する電力イネーブルラインＰＡ＿ＥＮを介して、図７に示すような演算増幅器ＯＰＡ１とも電気的に通信する。大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２は、大電流ドライバ７０（図１に示す）として機能してもよい。図２に示す大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２は、図２及び図７に示すように、設定制御回路６０がＣＴＲＬラインにおいてＯＰＡ１のピン１から出力制御信号を生成し、この信号が大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２のＰＡ７２のピン１に供給される場合、及び、コントローラが図７に示すようにＰＡ＿ＥＮラインにおいてイネーブル信号を設定制御回路６０への提供する場合、出力ラインＰＡｏｕｔにおいて大電力出力を提供するために、具体的には図７に示すチップＯＰＡ５４８及び関連付けられた回路として提供される電力増幅器チップＰＡを含む。図４及び図７に示すように、電力イネーブルラインＰＡ＿ＥＮは、図４に示すようなコントローラ４１のピン４１と、図７に示すような設定制御回路ＯＰＡ１  ６０のピン５との間に接続される。大電力増幅器７０からの出力をディセーブルにするために、コントローラは電力イネーブルラインＰＡ＿ＥＮをディセーブルにし、それによって、大電力増幅器７２からの出力ＰＡｏｕｔをディセーブルにする。図７に示すように、設定制御回路６０はまた、ＣＴＲＬラインにおいてＯＰＡ１のピン１から出力制御信号を生成し、この信号は、小電力演算増幅器回路８２（図３に示す）にも供給される。小電力演算増幅器回路８２は、図３及び図９に示すような小電流ドライバ８０（図１に示す）として機能する。
【００５３】
小電流ドライバ８０（図１に示す）は、図９に示すようなチップＡＤ８２２及び関連付けられた回路によって提供されるような演算増幅器ＯＰＡ３の形態で、小電力演算増幅器ＬＰ  ＯＰ８２（図３に示す）を含む。ここで、図９を参照すると、設定制御回路６０からの制御信号ＣＴＲＬは、演算増幅器ＯＰＡ３  ８２のピン５における入力として供給される。演算増幅器ＯＰＡ３  ８２のピン７における出力は、図９に示すようなディジタル制御されたアナログリレーＲＥＬＡＹ５によって提供されるスイッチＳＷ−５への入力として供給される。マイクロコントローラ４１は、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン３５と、図９に示すようなリレーＲＥＬＡＹ５のピン２との間に接続されたリレーラインＲＬＹ５を介して、スイッチＳＷ−５として動作するリレーＲＥＬＡＹ５と通信する。スイッチＳＷ−５の出力は、リレーＲＥＬＡＹ５のピン３において提供されて出力信号を生成し、出力信号は、小電流又は小電力動作モードにおける作用信号として、図１及び図３に示すような容器３５における対電極のための対電極接点ＣＮＴに供給される。従って、マイクロコントローラ４１は、リレーＲＥＬＡＹ５が起動される場合には小電力増幅器８２が対電極接点ＣＮＴに接続される一方、コントローラがＲＬＹ５ラインを介してリレーＲＥＬＡＹ５を開く場合には小電力増幅器ＬＰ  ＯＰＡ８２が対電極接点ＣＮＴから切断されるように、スイッチＳＷ−５を制御するように機能してもよい。
【００５４】
図１に示すように、大電流又は大電力動作モードで動作する場合、大電流ドライバ７０からの出力はＰＡ  ＯＵＴラインにおいて大電流モニタ回路９０に供給される。図８を参照すると、概して９０と呼ばれる大電流モニタ回路は、スイッチＳＷ−１及びＳＷ−２とともにより詳細に図示される。図８に示すように、大電流ドライバ７０から作用信号として供給される大電力出力信号ＰＡｏｕｔは、第１のセンス抵抗９１と、例えば差動増幅器、好ましくは、チップＩＮＡ１２１によって提供されるような計装増幅器ＩＮＡ１の形態を有する第１の増幅器９３とを有する第１の大電流モニタリング回路を利用する大電流モニタ９０によってモニタリングされる。大電流モニタリング回路はまた、第２のセンス抵抗９２と、例えば差動増幅器、好ましくは、具体的には図８に示すようなチップＩＮＡ１２１によって提供されるような計装増幅器ＩＮＡ２によって提供される第２の増幅器９４とによって提供される、第２の大電流モニタリング回路を含む。図示するように、大電力増幅器７２からのラインＰＡｏｕｔにおける出力は、第１のセンス抵抗ＲＳ１  ９１及び第１のスイッチＳＷ−１を介して対電極接点ＣＮＴに供給され、これと並列に、第２のセンス抵抗ＲＳ２  ９２及び第２のスイッチＳＷ−２を介して対電極接点ＣＮＴに供給される。センス抵抗１を利用する第１の大電流モニタリング回路が、大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２からのラインＰＡｏｕｔにおける第１の電流範囲のために使用されてもよいように、かつ、センス抵抗９２を用いる第２の大電流モニタリング回路が、大電力演算増幅器ＨＰ  ＯＰＡ７２からのラインＰＡｏｕｔにおける第２の電流範囲のために利用されるように、第１及び第２のセンス抵抗は、異なる抵抗を有するように選択される。スイッチＳＷ−１は、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン３０と、図８に示すようなリレー回路ＲＥＬＡＹ１のピン２との間のリレーラインＲＬＹ１を介してマイクロコントローラ４１の制御下で動作する、ディジタル制御されたアナログリレーＲＥＬＡＹ１によって好ましくは提供される。同様に、マイクロコントローラ４１は、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン３１と、図８に示すようなリレー回路ＲＥＬＡＹ２のピン２との間で接続するリレーラインＲＬＹ２のラインを介して、好ましくは図８に示すディジタル制御されたアナログリレーＲＥＬＡＹ２によって提供される、スイッチＳＷ−２の動作を制御する。
【００５５】
第１の大電流範囲における動作のために、マイクロコントローラ４１が、リレーラインＲＬＹ１を介してスイッチＳＷ−１を閉じて、大電流ドライバからの作用電流を提供する出力ＰＡｏｕｔに、センス抵抗９１を介して対電極接点ＣＮＴを接続させ、これにより、そのような電流の流れが、第１のセンス抵抗９１の両端にわたる電圧によって検出されるように、大電流モニタリング回路９０はマイクロコントローラの制御下で動作する。スイッチＳＷ−１がマイクロコントローラ４１によって閉じられるとき、スイッチＳＷ−２は、マイクロコントローラ４１の制御下で、リレーラインＲＬＹ２を介して開かれる。スイッチＳＷ−１が閉じているとき、第１のセンス抵抗９１を介して流れる電流は、第１のセンス抵抗９１にわたって流れる電流に比例する電圧降下を生成し、電流は、図８に示すような計装増幅器の形態を有していてもよい差動増幅器９３によって検出される。第１のセンス抵抗９１の両端にわたる電圧降下に応じて、差動増幅器９３は、第１のセンス抵抗９１を介して流れる電流に依存する出力ＩＮＡ１ｏｕｔを生成し、出力ＩＮＡ１ｏｕｔは、マイクロコントローラ４１によるモニタリングのために、図１に示すようなアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ１１０への入力として供給される。ＩＮＡ１ｏｕｔにおける差動増幅器９３から出力は、図２に示すようなフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００へ供給するための（図１に示すＩＮＡ  ＯＵＴの）フィードバック信号としても使用可能である。図８を再び参照すると、第２の大電流範囲において動作する場合、マイクロコントローラ４１は、リレーラインＲＬＹ１を介する信号によってスイッチＳＷ−１を開かせ、リレーラインＲＬＹ２を介する信号によってスイッチＳＷ−２を閉じさせ、これにより、第１のセンス抵抗９１とは異なる抵抗を有する第２のセンス抵抗９２が、大電流ドライバからの作用電流ＰＡｏｕｔの出力に、第２のスイッチＳＷ−２を介して、対電極接点ＣＮＴを接続する。スイッチＳＷ−２が閉じられた場合、第２のセンス抵抗９２に流れる電流は、比例又は依存する電圧降下を生成し、この電圧降下は、第２のセンス抵抗にわたる電圧降下を検出する計装増幅器ＩＮＡ２の形態で提供された差動増幅器９４によってモニタリング可能である。第２のセンス抵抗９２の両端にわたって検出された電位差に応じて、差動増幅器９４は、検出された電圧に依存する出力信号ＩＮＡ２ｏｕｔを供給し、この信号は、図１及び図２に示すようなフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００に対する（図１に示すＩＮＡ  ＯＵＴの）フィードバック信号として使用可能である。さらに、差動増幅器９４から供給された出力ＩＮＡ２ｏｕｔは、コントローラ４０によるモニタリングのために、図１に示すようなＡＤＣ回路１１０への入力ＩＮＡ  ＯＵＴとしても供給可能である。
【００５６】
図２に概略的に示すように、差動増幅器９３からの出力ＩＮＡ−１  ＯＵＴは、コントローラ４０によるモニタリングのために、コンディショナ回路１１２を介して供給可能であり、コンディショナ回路１１２は、アナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＨＣ１  １１１への供給のために、入力信号のレベルを調整し、そのような入力信号をバッファリングするように機能する。図１４により具体的に示すように、大電流モニタの第１のモニタリング回路からの出力は、出力信号ＩＮＡ１ｏｕｔとして、チップＡＤ８２２によって提供されたバッファＳＦＴ−ＢＵＦ−１及び関連付けられた回路の形態で提供されたコンディショナ回路１１２の入力に供給され、コンディショナ回路１１２は、入力信号ＩＮＡ１ｏｕｔをバッファリングし、この信号を、チップＬＴＣ８６４Ａ＿ＳＯＩＣによって提供されたＡＤＣ回路チップＡＤＣ１及び関連付けられた回路によって提供されたアナログ・ディジタル変換器１１１への供給のために適切なレベルに調整し、アナログ・ディジタル変換器１１１は、マイクロコントローラ４１への供給のために、コンディショナ回路１１２からのアナログ入力をディジタル出力に変換するように機能する。ＡＤＣ回路チップＡＤＣ１は、図１及び図２に示すように、インターフェースバス１１５を介してマイクロコントローラ４１に接続され、インターフェースバス１１５は、図４に示すように、マイクロコントローラ４１のピン５８、５７、５６にそれぞれ接続されるクロックラインＳＣＬＫ、マスター入力／スレーブ出力ラインＭＩＳＯ、及び制御線ＡＤＣ１＿ＣＮＶを含む。
【００５７】
また、図２に概略的に示すように、差動増幅器９４からの出力ＩＮＡ−２  ＯＵＴは、コントローラ４０によるモニタリングのために、コンディショナ回路１１４を介して供給可能であり、コンディショナ回路１１４は、アナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＨＣ１  １１３への供給のために、信号のレベルを調整し、そのような信号をバッファリングするように機能する。図１５により具体的に示すように、大電流モニタの第２のモニタリング回路からの出力は、出力信号ＩＮＡ２ｏｕｔとして、チップＡＤ８２２として提供されたバッファＳＦＴ−ＢＵＦ−２及び関連付けられた回路を含むコンディショナ回路１１４の入力に供給され、コンディショナ回路１１２は、入力信号ＩＮＡ２ｏｕｔをバッファリングし、この信号を、チップＬＴＣ１８６４Ａ＿ＳＯＩＣによって提供されたＡＤＣ回路チップＡＤＣ２及び関連付けられた回路によって提供されたアナログ・ディジタル変換器１１３への供給のために適切なレベルに調整し、アナログ・ディジタル変換器１１３は、マイクロコントローラ４１への供給のために、コンディショナ回路１１４からのアナログ入力をディジタル出力に変換するように機能する。ＡＤＣ回路チップＡＤＣ２は、図１及び図２に示すように、インターフェースバス１１５を介してマイクロコントローラ４１に接続され、インターフェースバス１１５は、図４に示すように、マイクロコントローラ４１のピン５８、５７、５５にそれぞれ接続されるクロックラインＳＣＬＫ、マスター入力／スレーブ出力ラインＭＩＳＯ、及び制御線ＡＤＣ２＿ＣＮＶを含む。
【００５８】
図１、図２、及び図３に概略的に示すように、マイクロコントローラ４１は、基準電極接点ＲＥＦにおける電圧をモニタリングするために、バッファ１２０とも電気的に通信する。図１１により具体的に示すように、バッファ１２０は、チップＡＤ８２２として提供されたバッファチップＢＵＦ５及び関連付けられた回路を含む。バッファチップＢＵＦ５のピン３における入力は、基準電極接点において現れる電圧がピン３における入力としてバッファチップＢＵＦ５に供給されるように、基準電極用のジャックＪ６２において基準電極接点ＲＥＦに接続される。これを受けて、バッファチップＢＵＦ５は、出力ピン１において抵抗Ｒ６５を介して出力ＲＥＦｏｕｔを供給する。バッファチップ５からのＲＥＦｏｕｔラインは、ピン３における基準電極接点ＲＥＦからの電圧入力に対してバッファリングされる、図１、図２、及び図３に示すようなフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００への電圧基準フィードバック信号を提供する。
【００５９】
図１１を再び参照すると、ジャックＪ６２において基準電極接点に接続されたバッファチップＢＵＦ５は、基準電極接点ＲＥＦにおける電圧又は信号を検出するように機能し、また、基準電極接点ＲＥＦにおいて検出された電圧を表すバッファリングされた出力ＲＥＦｏｕｔを出力ピン１において提供するように動作し、出力ＲＥＦｏｕｔはマイクロコントローラ４１によってモニタリング可能である。この目的のために、バッファチップＢＵＦ５からのＲＥＦｏｕｔは、図１６に示すようなコンディショナ回路１１８に供給され、コンディショナ回路１１８は、ＡＤＣ回路１１７への供給のために、信号をバッファリングして適切なレベルへ調整し、ＡＤＣ回路１１７は、インターフェースバス１１５を介してコントローラ４０へ供給するために、コンディショナ回路１１８からのアナログ信号を適切なディジタル信号に変換する。図１６により具体的に示すように、図１１に示すようなＢＵＦ５の形態を有するバッファ１２０からの出力ＲＥＦｏｕｔは、チップＡＤ８２２によって提供されるような、コンディショナ回路１１８のバッファチップＳＦＴ−ＢＵＦ−４のピン３において入力として供給される。バッファチップは、ＲＥＦｏｕｔにおいて入力として提供された信号を、チップＬＴＣ１８６４Ａ＿ＳＯＩＣの形態を有するＡＤＣチップＡＤＣ４によって提供されたＡＤＣ回路１１７への入力のために適切なレベルに調整する。ＡＤＣチップＡＤＣ４は、インターフェースバス１１５を介してマイクロコントローラ４１と通信し、インターフェースバス１１５は、信号のクロック生成及びタイミングのためのクロックラインＳＣＬＫと、マイクロコントローラ４１へ信号を送信するためのマスター入力／スレーブ出力ＭＩＳＯラインと、マイクロコントローラ４１から制御信号を受信するための制御線ＡＤＣ４＿ＣＮＶとを有し、これらのラインは、図４に示すようなコントローラ４１のピン５８、５７、及び４９にそれぞれ接続される。
【００６０】
図１１を再び参照すると、オプションで、バッファ１２０のバッファチップＢＵＦ５は、対電極のためにジャックＪ６１において対電極接点ＣＮＴに接続されもよく、また、図８により具体的に示すような第１及び第２の大電流モニタリングスイッチＳＷ−１及びＳＷ−２を介して選択的に大電流モニタリング回路９０からの出力ラインＣＮＴに選択的に接続されてもよく、又は、図９により具体的に示すようなスイッチＳＷ−５を介して小電流ドライバから出力ラインＣＮＴに選択的に接続されてもよい。図１１を再び参照すると、ジャックＪ６１によって提供される対電極接点ＣＮＴにおける信号は、バッファチップＢＵＦ５のピン５に対する入力として供給される。これを受けて、バッファチップＢＵＦ５はピン７においてバッファリングされた出力ＣＮＴｏｕｔを供給し、この出力は、図４に示すようなコントローラ４１のピン８０において接続されたＣＮＴｍｏｎラインを介してマイクロコントローラ４１によりモニタリングするために、図１に示すようなＡＤＣ回路１２５に供給可能である。より具体的には、図２３を参照すると、対電極接点ＣＮＴにおいて検出された信号を表すバッファ１２０からのＣＮＴｏｕｔ信号は、チップＡＤ８２２として提供されたバッファチップＳＦＴ−ＢＵＦ−５及び関連付けられた回路を含むバッファ回路１２７への入力として供給可能であり、バッファ回路１２７は、マイクロコントローラ４１への供給用のためのバッファリングされた出力ＣＮＴｍｏｎを、好ましくは図１に示すようなＡＤＣ回路１２５を介して提供する。
【００６１】
図１に示すように、作用電極接点ＷＫＧは、機器が大電力又は大電流モードで動作するように構成される場合、スイッチＳＷ−３によって接地に接続されてもよく、又は代替として、機器が小電力又は小電流モードで動作するように構成される場合、スイッチＳＷ−４によって小電流モニタ１３０に接続されてもよい。図１２により詳細に示すように、ジャックＪ６３において提供された作用電極接点ＷＫＧは、スイッチＳＷ−３及びＳＷ−４の両方への入力として、それらの各入力ピン４において接続される。図１２に示すように、スイッチＳＷ−３は、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン３２に接続されたリレーラインＲＬＹ３を介してマイクロコントローラの制御下で動作する、好ましくはディジタル制御されたアナログリレーであるリレーＲＥＬＡＹ３の形態で提供される。同様に、スイッチＳＷ−４は、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン３３に接続されたリレーラインＲＬＹ４を介してマイクロコントローラ４１の制御下で動作する、好ましくはディジタル制御されたアナログリレーであるリレーＲＥＬＡＹ４の形態で提供される。このため、大電流又は大電力モードで動作するとき、マイクロコントローラ４１はリレーＲＥＬＡＹ３を閉じさせ、これにより、ジャックＪ６３における作用電極接点ＷＫＧに、リレーＲＥＬＡＹ３の出力ピン３における接地を接続させ、また、リレーＲＥＬＡＹ４を開かせ、これにより、ジャックＪ６３において提供された作用電極接点ＷＫＧを、リレーＲＥＬＡＹ４のピン３におけるＴＩＡｉｎラインにおけるリレーＲＥＬＡＹ４の出力から切断させる。小電力又は小電流モードで動作するとき、コントローラ４１は、リレーＲＥＬＡＹ３を開かせ、ジャックＪ６３において提供された作用電極接点ＷＫＧを、出力ピン３における接地から切断させ、また、リレーＲＥＬＡＹ４を閉じさせ、作用電極接点ＷＫＧに出力ラインＴＩＡｉｎを接続させ、これにより、図１に示すような小電流モニタリング回路１３０に接続する。図３に示すように、スイッチＳＷ−４が閉じているとき、スイッチＳＷ−４から出力されるＴＩＡ  ｉｎラインは、カレントフォロワ増幅器又はトランスインピーダンス増幅器ＴＩＡとして構成された演算増幅器１３２の形態で提供された増幅器への入力として供給される。ＴＩＡ  ＩＮラインは、スイッチＳＷ−４を介して、符号１３２を有するトランスインピーダンス増幅器ＴＩＡの反転端子へ供給される。ＴＩＡ増幅器１３２の非反転入力は、図３に示されるように接地に接続される。ＴＩＡ増幅器１３２からの出力は、−１０の利得を有し、ＴＩＡ増幅器からの信号を反転してＴＩＡｏｕｔとして供給する増幅器１３８への入力として供給される。さらに、ＴＩＡ増幅器１３２からの出力は、複数のフィードバック抵抗１３６からなるアレイを介して、マイクロコントローラ４１の制御下のモニタマルチプレクサＭＵＸ１３４を介して供給され、ＴＩＡ増幅器１３２の反転入力へのフィードバック信号を提供し、それによって、コントローラ４０の制御下で小電流モニタリングを提供する。概して１３０で示す小電流モニタリング回路を、図１０により詳しく示す。図１０を参照すると、作用電極接点ＷＫＧからの信号は、��３に概略的に示すように、スイッチＳＷ−４を介してＴＩＡｉｎラインにおいてモニタリング回路１３０に提供され、また、図１０により具体的に示すように、チップＡＤ８２２によって提供される演算増幅器回路ＯＰＡ２  １３３及び関連付けられた回路の反転入力ピン６に供給される。演算増幅器ＯＰＡ２は、ピン５〜８においてトランスインピーダンス増幅器１３２の機能を提供し、ピン１〜４において負利得増幅器１３８の機能を提供する。図１０に示すように、ＴＩＡｉｎ信号は演算増幅器ＯＰＡ２の反転入力ピン６において入力され、一方、ピン５における非反転入力は接地に接続される。演算増幅器ＯＰＡ２のＴＩＡセクションは、出力ピン７において出力を生成し、この出力は、抵抗ＲＦ１〜ＲＦ８を含む抵抗アレイ１３６に供給され、また、演算増幅器ＯＰＡ２の負利得増幅器セクションの反転ピン２における入力に供給される。抵抗アレイ１３６は、演算増幅器ＯＰＡ２のＴＩＡ増幅器セクションの出力ピン７におけるＴＩＡ増幅器１３２の出力と、チップＡＤＧ１４０８によって提供された、ディジタル制御されたアナログマルチプレクサなどのモニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４との間に接続され、モニタマルチプレクサＭＵＸ２  １３４は、マイクロコントローラ４１の制御下でアレイにおける選択された抵抗を切り換え可能に接続し、切り換え可能に選択されたフィードバック信号を生成するように機能し、このフィードバック信号は、モニタマルチプレクサＭＵＸ２の出力ピン８から演算増幅器ＯＰＡ２のＴＩＡセクションのピン６における反転入力に供給される。このフィードバックループを考えれば、ＴＩＡ増幅器１３２の出力は、演算増幅器ＯＰＡ２のピン７から、ＭＵＸ２として提供されたモニタマルチプレクサ１３４への入力としてそれぞれ接続された、１０ｋ、１ｋ、１００、１０、１００ｋ、１Ｍ、１０Ｍ、５０Ｍの別個の抵抗ＲＦ４、ＲＦ３、ＲＦ２、ＲＦ１、ＲＦ５、ＲＦ６、ＲＦ７、及びＲＦ８を有する抵抗アレイ１３６に供給される。モニタマルチプレクサ１３４の出力は、ＭＵＸ２からピン８において供給され、演算増幅器ＯＰＡ２のピン６へのフィードバック入力になる。マルチプレクサチップＭＵＸ２は、マイクロコントローラ４１がモニタマルチプレクサＭＵＸ２をイネーブル及びディセーブルにすることができるように、ＭＵＸ２イネーブルラインＭＵＸ２Ｅｎを介してマイクロコントローラ４１と通信し、また、マイクロコントローラが、フィードバックループにおける接続のためにアレイ１３６における適切な抵抗を切り換え可能に選択する一方、他の抵抗を切断することができるように、ＭＵＸ２選択ラインＭｕｘ２Ｓｅｌ０、Ｍｕｘ２Ｓｅｌ１、Ｍｕｘ２Ｓｅｌ２ラインを介してマイクロコントローラ４１と通信する。Ｍｕｘ２Ｅｎラインは、モニタマルチプレクサＭｕｘ２のピン２から、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン４３に接続される。同様に、図１０に示すＭｕｘ２Ｓｅｌ０、Ｍｕｘ２Ｓｅｌ１、Ｍｕｘ２Ｓｅｌ２ラインは、ピン４６、４７、及び４８においてマイクロコントローラ４１にそれぞれ接続される。マイクロコントローラ４１は、Ｍｕｘ２Ｅｎラインを介して、モニタＭＵＸ２  １３４の動作をイネーブルにする制御信号を送るように機能する。フィードバックループにおける接続のために選択された特定の抵抗は、Ｍｕｘ２Ｓｅｌ０〜２ラインを介してマイクロプロセッサによって送られたＭＵＸ選択信号によって選択されている。アレイ１３６の選択される特定の抵抗は、マイクロコントローラ４１によって、図３に示すようなコンディショナ回路１１６及びＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＬＣ  １１９を介してＴＩＡｏｕｔラインにおいてモニタリングされている電流に依存する。演算増幅器ＯＰＡ２  １３３からのＴＩＡｏｕｔラインは、図３に示すように、また、図６により具体的に示すように、小電流モニタリング回路からフィードバックマルチプレクサ回路ＭＵＸ１００にフィードバック信号を提供する。図１０を再び参照して、増幅器ＯＰＡ２  １３３からのＴＩＡｏｕｔラインは、図３に示すようなコンディショナ回路１１６及びＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＬＣ  １１９を含む、図１に概略的に示すようなＡＤＣ回路１００に供給される。
【００６２】
図３に示すコンディショナ回路１１６及びＡＤＣ回路ＡＤＣ−ＬＣ  １１９を、図１３により詳しく示す。ここ図１３を参照すると、コンディショナ回路１１６は、チップＡＤ８２２によって提供されたバッファ回路ＳＦＴ−ＢＵＦ−３及び関連付けられた回路を含み、バッファ回路ＳＦＴ−ＢＵＦ−３は、チップＬＴＣ１８６４Ａ＿ＳＯＩＣの形態を有するＡＤＣ回路ＡＤＣ３によって提供されるアナログ・ディジタル変換器回路ＡＤＣ−ＬＣ  １１９への供給に適したレベルになるように、ＴＩＡｏｕｔラインにおけるアナログ信号入力を調整してレベルを設定するように機能する。バッファＳＦＴ−ＢＵＦ−３の出力ピン７におけるコンディショナ回路１１６からの出力は、図１３に示すようなＡＤＣ回路ＡＤＣ３  １１９のピン２への入力として供給される。このため、ＡＤＣ回路ＡＤＣ３は、ＳＦＴ−ＢＵＦ−３のピン３においてＴＩＡｏｕｔラインにおいてコンディショナ回路１１６に供給されているアナログ信号を、マイクロコントローラ４１によるモニタリングに適したディジタル信号へ変換するように機能する。図１３に示すようなＡＤＣ回路ＡＤＣ３  １１９は、図３に示すようなインターフェースバス１１５を介してマイクロコントローラ４１と通信し、図４及び図１３に示すように、マイクロコントローラからクロック信号を提供するラインＳＣＬＫと、ＡＤＣ３におけるＡＤＣ回路からの信号をマイクロコントローラ４１に提供するマスター入力／スレーブ出力ラインＭＩＳＯと、マイクロコントローラ４１からの制御信号を提供する制御線ＡＤＣ３＿ＣＮＶとを介してマイクロコントローラ４１と通信する。より具体的には、図４及び図１３に示すように、クロックラインＳＣＬＫは、図１３に示すようなＡＤＣ回路ＡＤＣ３のピン７に、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン５８を接続する。ＭＩＳＯラインは、図１３に示すようなＡＤＣ回路ＡＤＣ３のピン６に、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のＭＩＳＯピン５７を接続する。最後に、制御線ＡＤＣ３＿ＣＮＶは、図１３に示すようなＡＤＣ回路ＡＤＣ３のピン５に、図３に示すようなマイクロコントローラ４１のピン５０を接続する。このように、図１に概略的に示すように、小電流モニタリング回路１３０からのＴＬＡ  ＯＵＴラインは、ＡＤＣ回路１１０を介して供給可能であり、これにより、小電流モニタからのアナログ出力は、インターフェースバス１１５を介したＭＣＵ４０への供給のために適したディジタル入力信号に変換され、マイクロコントローラが小電流モニタからの信号をモニタリングできるようになる。
【００６３】
図１に示すように、ＭＣＵ４０はまた、図６により詳しく示すようなインターフェースバスＭＵＸを介してフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００と接続される。フィードバックマルチプレクサ１００は、図６に示されるような、チップＡＤＧ１４０８の形態を有するマルチプレクサチップＭＵＸ１及び関連付けられた回路を含んでもよい。フィードバックマルチプレクサＭＵＸ１及び関連付けられた回路は、図１に示すようなインターフェースバスＭＵＸを介して、図４に示すようなマイクロコントローラ４１に接続されたディジタル制御されたアナログマルチプレクサ回路を提供するように機能する。インターフェースバスＭＵＸは、図４に示すマイクロコントローラ４１のピン６３と、図６に示すようなＭＵＸ１回路のピン２とを接続するマルチプレクサイネーブルラインＭＵＸ１Ｅｎを含み、マイクロコントローラ４１からのイネーブル信号によってＭＵＸ１回路の動作をイネーブルにするイネーブルラインを提供する。図１に示すようなインターフェースバスＭＵＸは、図４に示すようなマイクロコントローラ４１のピン６４、６５、及び６６に図６に示すようなＭＵＸ１回路のピン１、１６、及び１５をそれぞれ接続する出力選択ラインＭＵＸ１Ｓｅｌ０、ＭＵＸ１Ｓｅｌ１、ＭＵＸＳｅｌ２を含む。ＭＵＸ１回路からの出力を、図６に示すようなＭＵＸ１チップのピン８において接続されたＭＵＸｏｕｔラインに提供するために、マイクロコントローラ４１の制御下で、ＭＵＸ１のピン４に接続されたＴＩＡｏｕｔライン、ＭＵＸ１のピン５に接続されたＲＥＦｏｕｔライン、ＭＵＸ１回路のピン６に接続されたＩＮＡ２ｏｕｔライン、及びＭＵＸ１のピン７に接続されたＩＮＡ１ｏｕｔラインにおけるフィードバック信号によって提供されたどの入力が切り換え可能に接続されてもよいかをマイクロコントローラ４１が選択できるように、選択ラインは利用される。このため、図１を参照すると、フィードバックマルチプレクサ１００の図６に示すＭＵＸ１チップは、入力として、小電流モニタリング回路１３０からＴＩＡｏｕｔラインにおいて提供されたフィードバック信号と、  基準電極接点ＲＥＦに接続されたバッファ１２０からＲＥＦｏｕｔラインにおいて提供された電圧フィードバック信号と、図２に示すようなＩＮＡ１ｏｕｔラインにおけるフィードバック信号を含むＩＮＡ  ＯＵＴラインにおいて供給されたフィードバック信号と、大電流モニタリング回路９０からの異なる範囲の電流のために図２に示すようなＩＮＡ２ｏｕｔラインにおいて供給されたフィードバック信号とを受信する。従って、図６を再び参照すると、マイクロコントローラ４１は、小電流モードで動作する場合にはＴＩＡｏｕｔラインにおける入力がＭＵＸｏｕｔラインにおいて供給されるように、第１の選択された電流範囲において大電流モードで動作する場合にはＩＮＡ１ｏｕｔラインにおける入力がＭＵＸｏｕｔラインにおいて供給されるように、第２の選択された電流範囲において大電流モードで動作する場合にはＩＮＡ２ｏｕｔラインにおける入力がＭＵＸｏｕｔラインにおいて供給されるように、電圧モードで動作する場合にはＲＥＦｏｕｔラインにおける入力がＭＵＸｏｕｔラインにおいて供給されるように��フィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００の動作を制御する。図１に示すように、フィードバックマルチプレクサ１００からのＭＵＸｏｕｔラインは、小電流ドライバ８０への入力として、及び、大電流ドライバ７０への入力として供給され、これにより、フィードバック信号が動作モードに依存して適切なドライバに供給される。より具体的には、大電流モードにおいて動作する場合、図７に示す電力増幅器７２に供給されたＭＵＸｏｕｔ信号が、選択的に、第１の選択された電流範囲において大電流モードで動作する場合には（図２に示すような）ラインＩＮＡ−１  ＯＵＴからフィードバック信号になるか、又は、第２の選択された電流範囲において大電流モードで動作する場合には（図２に示すような）ラインＩＮＡ−２  ＯＵＴに係るフィードバック信号になるかのいずれかとなりうるように、又は代替として、大電力又は大電流動作における電圧モードで動作する場合、ＲＥＦＯＵＴラインにおけるフィードバック信号になりうるように、図６に示すようなフィードバックマルチプレクサＭＵＸ１００のピン８からのＭＵＸｏｕｔラインは、図７に示すような電力増幅器ＯＰＡ  ＰＡ７２のピン２における反転入力への出力として供給される。図６に示すようなＭＵＸｏｕｔラインは、ＭＵＸ１のピン８から、図９に示すような小電流増幅器ＯＰＡ３  ８２のピン６への入力として供給される。小電流又は小電力の動作モードでは、小電流モニタ１３０からの図３に示すようなＴＩＡ  ＯＵＴラインにおけるフィードバック信号は、小電流モードにある小電力増幅器８２にフィードバック信号としてＭＵＸｏｕｔラインにおいて供給することができ、又は代替として、小電力又は小電流レベルにおいて電圧モードで動作する場合には、フィードバック信号又はＲＥＦｏｕｔラインは、ＭＵＸｏｕｔラインにおいて小電力増幅器８２に供給することができる。
【００６４】
電気化学機器３０は、コンピュータで実行されたプログラムの制御下で動作してもよい。図２４のフローチャートの形態で、選択されたプログラム動作の一例を示す。図２４を参照すると、開始ステップ２００において、電気化学機器３０の電源が最初にオンされ、又は電源をオンした後の場合にはリセットされ、動作を開始する。ステップ２０５において、機器３０のハードウェア及びソフトウェアが初期化され、機器からの出力が一時的にディセーブルにされる。決定ステップ２１０において、電流、タイミング、シーケンス処理、他は他の選択された動作モードのような何らかの新たなパラメータ又は設定が受信されているか否かを決定する。新たな設定又はパラメータが受信されている場合、ステップ２１５において、必要な設定が更新される。ステップ２２０において、ステップ２１０において新たなパラメータ又は設定が受信されていないか、ステップ２１５において何らかのそのようなパラメータ又は設定がいったん更新された場合、開始動作のためのＳＴＡＲＴコマンドが受信されたか否かを決定する。ＳＴＡＲＴコマンドが受信されていなければ、プログラムはステップ２１０に戻り、もう一度、何らかの新たなパラメータ又は設定が受信されているか否かを決定する。しかしながら決定ステップ２２０において、ＳＴＡＲＴコマンドが受信されたと決定した場合、プログラムは、電圧モード、大電流モード、又は小電流モードのような、機器３０の動作のモードを設定するステップ２２５に進む。次にステップ２３０において、機器は、選択された動作モードのために必要な電圧又は電流を設定し、次にステップ２３５において、各データ点の時間、測定の合計時間、又は他の選択されたタイミングパラメータのような、動作のタイミングを設定し、計算し、制御する。次にステップ２４０において、機器は自動範囲設定機能を実行し、例えば、高分解能、低雑音、及び高ダイナミックレンジなど、最良の結果を実現するように回路を設定することにより、適切な電流範囲を検出して自動的に選択する。ステップ２４５において、機器は、基準電圧及び出力電流を読み出し、次にステップ２５０に進み、測定中に警告又はアラームがあったか否かをチェックする。ステップ２５５において、電圧及び／又は電流のような測定された結果は、通信ポートを介して、ホストコンピュータ又はデータコレクタのような他の装置に送信されてもよい。次にステップ２６０において、機器は、測定中に検出されたハードウェア又はソフトウェアのエラーがあったか否かを決定する。エラーがあった場合、プログラムはステップ２７０に進み、出力をディセーブルにする。ステップ２６０においてエラーが検出されない場合、プログラムは決定ステップ２６５に進み、ＳＴＯＰコマンドが受信されているか否かを決定する。ＳＴＯＰコマンドが受信された場合、プログラムは再びステップ２７０に進み、出力をディセーブルにする。ステップ２６５においてＳＴＯＰコマンドが受信されていない場合、プログラムはステップ２３０に戻り、再び電圧及び電流制御の設定を決定して再びステップ２３０からステップ２６５のステップを繰り返す。最後にステップ２７０において、出力をディセーブルにした後、プログラムはステップ２１０に戻り、何らかの新たなパラメータ又は設定が受信されているか否かを決定し、次いで、再び各動作ステップに進む。
【００６５】
本発明の所定の実施形態が上で説明及び／又は例示されたが、当業者には、先の開示から、様々な他の実施形態が明らかになる。従って、本発明は、説明及び／又は例示した特定の実施形態に限定せず、添付された特許請求の範囲及びその精神から離れることなく、大幅に変化又は変更してもよい。
【００６６】
さらに、本明細書で使用されるように、用語「約」は、寸法、サイズ、定式化、パラメータ、形状、又は他の量及び特性が厳密なものではなく、厳密である必要もなく、所望に応じて、公差、変換係数、丸め、測定誤差など、及び当業者が既知の他のファクターを反映し、近似的であってもよく、大きくても小さくてもよい。概して、寸法、サイズ、定式化、パラメータ、形状、又は他の量及び特性は、そのように明示的に述べているか否かにかかわらず、おおよその値である。非常に異なるサイズ、形状、及び寸法の実施形態もまた、説明した構成を使用可能であることに注意する。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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