JP2002064342A - 電圧−電流変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で多チャンネルの電流信号を発生し、
消費電力が少ない電圧−電流変換回路を提供する。 【解決手段】 オペアンプＡ１〜Ａ３、トランジスタＱ
１、及び、Ｑ２は、低い動作電圧で設計される。ＤＡ変
換器４は、電圧信号１０１をオペアンプＡ１から成る電
圧信号入力回路に入力して電圧−電流変換する。トラン
ジスタＱ１、抵抗Ｒ１、及び、Ｒ２から成るレベル変換
回路は、レベル変換信号１０２を発生する。オペアンプ
Ａ２から成るバッファ回路は、レベル変換信号１０２を
マルチプレクサＵ１を経由してサンプル・ホールド用の
キャパシタＣ１に入力する。オペアンプＡ３、トランジ
スタＱ２、及び、抵抗Ｒ３から成る電流信号出力回路
は、ホールドした信号から電流信号１０４を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧−電流変換回
路に関し、より詳細には、計測用装置に搭載され多チャ
ンネルの電流信号を出力する電圧−電流変換回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】測定データを処理する装置には、多チャ
ンネルの電圧信号を電流信号に変換し、各チャンネル毎
に電流信号を出力する電圧−電流変換回路を有し、多地
点の現場との間の通信に利用するものがある。

【０００３】図３は、従来の電圧−電流変換回路の回路
である。ＤＡ変換器４は、デジタル電圧信号を電圧信号
１０１に変換し、オペアンプＡ６を介して電圧信号１０
１をマルチプレクサＵ３の信号入力端子に入力する。マ
ルチプレクサＵ３は、１入力−４出力のスイッチ機能を
有し、図示されない制御部からのチャンネル選択制御信
号１０３に基づいて、入力端子と対応するチャンネルの
出力端子の内の１つとを接続し、電圧信号１０１をサン
プル・ホールド用のキャパシタＣ３に入力する。オペア
ンプＡ７から成る電圧信号入力回路は、抵抗Ｒ９、Ｒ１
０、及び、ＮＰＮトランジスタＱ３から成るレベル変換
回路にホールドした信号を入力し、レベル変換信号１０
２に変換する。抵抗Ｒ１２及びＰＮＰトランジスタＱ４
から成る電流信号出力回路は、レベル変換信号１０２に
基づいて、電流信号１０４を出力する。

【０００４】電圧信号入力回路、レベル変換回路、及
び、電流信号出力回路の動作範囲は、２４Ｖの電源電圧
よりも低いので、ツェナーダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１
１から成る定電圧回路によって電源電圧を低く抑える。
電圧信号入力回路、レベル変換回路、定電圧回路、及
び、電流信号出力回路は、マルチプレクサのチャンネル
数だけ設けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電圧−電流
変換回路では、電圧信号入力回路、レベル変換回路、及
び、電流信号出力回路は、各チャンネル毎に装備される
ことにより、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、及び、Ｒ１２の値がチ
ャンネル間でバラツキがあるので、これに伴う電流信号
の精度に誤差が発生する。

【０００６】また、定電圧回路は、各チャンネル毎に装
備されるので、チャンネル数を増やすと、動作電流も増
加し、電圧−電流変換回路の消費電力が増加する。

【０００７】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、高精
度で多チャンネルの電流信号を発生し、消費電力が少な
い電圧−電流変換回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電圧−電流変換回路は、複数チャンネルの
ための電圧信号を電流信号に変換して各チャンネルに供
給する電圧−電流変換回路において、第１の電圧を出力
する第１の電圧源と、負極端子が該第１の電圧源の負極
端子と接続され該第１の電圧よりも低い第２の電圧を出
力する第２の電圧源と、正極端子が前記第１の電圧源と
接続され該第１の電圧よりも低い第３の電圧を出力する
第３の電圧源と、前記第２の電圧で作動し前記複数チャ
ンネルのための電圧信号を順次に入力する電圧信号入力
回路と、前記第１の電圧で作動し、前記電圧信号をレベ
ル変換してレベル変換信号を出力するレベル変換回路
と、該レベル変換回路からレベル変換信号を入力し、複
数の出力端子からチャンネル選択制御信号に応答して１
つの出力端子を選択し、該選択した出力端子に前記レベ
ル変換信号を出力するマルチプレクサと、前記マルチプ
レクサの各出力端子に接続され、前記第３の電圧で作動
し、前記マルチプレクサの出力端子から出力される前記
レベル変換信号を電流信号に変換して出力する電流信号
出力回路とを備えることを特徴とする。

【０００９】本発明の電圧−電流変換回路は、電圧信号
入力回路及びレベル変換回路をチャンネル間で共通化
し、電流信号出力回路のみをチャンネル毎に必要とする
ことにより、回路全体の部品点数を削減したので、発生
する電流信号が高精度になると共に消費電力が削減され
る。

【００１０】本発明の電圧−電流変換回路では、前記レ
ベル変換回路及び前記電流信号出力回路は、レール・ツ
ー・レール式のオペアンプを有する回路であることが好
ましい。この場合、各回路の供給電圧に対する出力電圧
の変化範囲を拡大するので、供給電圧を抑え消費電力を
削減できる。

【００１１】前記電流信号を変換して電圧変換検出信号
として出力する検出回路と、前記電圧変換検出信号と前
記電圧信号入力回路に入力された電圧信号とを比較する
比較回路とを有する自己診断回路を更に備えることも本
発明の好ましい態様である。この場合、自己診断回路が
動作状態を監視しているので、故障検出が容易になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例に基づ
いて、本発明の電圧−電流変換回路について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の電圧
−電流変換回路の回路図である。本実施形態例の電圧−
電流変換回路は、４チャンネル分の出力回路１、制御部
２、レベル変換器３、ＤＡ変換器４、電圧信号入力回
路、レベル変換回路、バッファ回路、サンプル・ホール
ド回路、電流信号出力回路、２４［Ｖ］の第１電圧電
源、５［Ｖ］の第３電圧電源、及び、５［Ｖ］の第２電
圧電源で構成される。第２電圧電源は、負極端子が第１
電圧電源の負極端子に接続され、第２電圧電源及び第１
電圧電源の負極端子は、共通に接続され、第３電圧電源
は、正極端子が第１電圧電源の正極端子に接続され、第
３電圧電源及び第１電圧電源の正極端子は、共通に接続
される。

【００１３】電圧信号入力回路は、オペアンプＡ１で構
成され、レベル変換回路は、ＮチャネルＭＯＳトランジ
スタＱ１、抵抗Ｒ１、及び、Ｒ２で構成される。オペア
ンプＡ１は、非反転入力端子が電圧信号入力回路の入力
端子となり、反転入力端子がトランジスタＱ１のソー
ス、及び、抵抗Ｒ１の一端に接続され、出力端子がトラ
ンジスタＱ１のゲートに接続され、第２電圧電源から電
力が供給される。抵抗Ｒ１の他端は、第２電圧電源の負
極端子に接続される。トランジスタＱ１のドレインは、
抵抗Ｒ２の一端に接続され、レベル変換回路の出力端子
となる。抵抗Ｒ２の他端は、第３電圧電源の正極端子に
接続される。

【００１４】バッファ回路は、オペアンプＡ２から成る
ボルテージホロワである。オペアンプＡ２は、非反転入
力端子がバッファ回路の入力端子となり、反転入力端子
が出力端子に接続され、出力端子がバッファ回路の出力
端子となり、第３電圧電源から電力が供給される。

【００１５】出力回路１は、サンプル・ホールド用のキ
ャパシタＣ１、及び、電流信号出力回路で構成される。
電流信号出力回路は、オペアンプＡ３、ＰチャネルＭＯ
ＳトランジスタＱ２、及び、抵抗Ｒ３で構成される。オ
ペアンプＡ３は、非反転入力端子が出力回路１の入力端
子となり、反転入力端子がトランジスタＱ２のソース、
及び、抵抗Ｒ３の一端に接続され、出力端子がトランジ
スタＱ２のゲートに接続され、第３電圧電源から電力が
供給される。抵抗Ｒ３の他端は、第３電圧電源の正極端
子に接続される。トランジスタＱ２のドレインは、出力
回路１の一方の出力端子となる。出力回路１の他方の出
力端子は、第２電圧電源の負極端子に接続される。

【００１６】マルチプレクサＵ１は、１入力−４出力の
スイッチ機能を有し、制御入力端子からのチャンネル選
択制御信号１０３に基づいて、信号入力端子と対応する
チャンネルの信号出力端子の何れか１つとを接続する。
マルチプレクサＵ１は、信号入力端子がバッファ回路の
出力端子であるオペアンプＡ２の出力端子に接続され、
４つの信号出力端子が対応するチャンネルの出力回路１
の入力端子に夫々接続される。キャパシタＣ１は、オペ
アンプＡ３の非反転入力端子と第３電圧電源の正極端子
との間に接続される。

【００１７】オペアンプＡ２及びＡ３には、出力電圧を
電源電圧いっぱいまで振幅させるレール・ツー・レール
式のオペアンプが採用される。トランジスタＱ１及びＱ
２には、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間
電圧、及び、コレクタ・エミッタ間電圧に比して、ゲー
ト・ソース間電圧、及び、ドレイン・ソース間電圧が低
いＭＯＳトランジスタが採用される。この場合、電圧信
号入力回路及び電流信号出力回路は、低い電源電圧で設
計できる。

【００１８】制御部２は、第２電圧電源から電力が供給
され、レベル変換器３を経由してチャンネル選択制御信
号１０３をマルチプレクサＵ１に入力し、対応するチャ
ンネルの出力回路１を選択する。ＤＡ変換器４は、デジ
タル信号を電圧信号１０１に変換し、電圧信号入力回路
の入力端子に入力する。

【００１９】電圧信号入力回路は、電圧信号１０１を入
力しレベル変換回路に与える。レベル変換回路は、第３
電圧電源から電力の供給を受ける回路が処理できるよう
に、信号のレベルをシフトして、レベル変換信号１０２
をバッファ回路を経由してサンプル・ホールド用のキャ
パシタＣ１に入力する。レベル変換回路の抵抗Ｒ１及び
Ｒ２の値は、電圧信号１０１から最適なレベル変換信号
１０２に変換できるように設計される。

【００２０】電流信号出力回路は、ホールドしたレベル
変換信号１０２の電圧信号から電流信号１０４を発生
し、出力端子対から電流信号１０４を出力する。電流信
号出力回路の抵抗Ｒ３の値は、ホールドした信号から最
適な電流信号１０４を発生できるように設計される。

【００２１】上記実施形態例によれば、電圧信号入力回
路及びレベル変換回路をチャンネル間で共通化し、電流
信号出力回路のみをチャンネル毎に必要とすることによ
り、回路全体の部品点数を削減したので、発生する電流
信号が高精度になると共に消費電力が削減される。

【００２２】図２は、本発明の第２実施形態例の電圧−
電流変換回路の回路図である。本実施形態例の電圧−電
流変換回路は、故障を検出する自己診断機能を有する点
が先の実施形態例と異なる。本実施形態例の電圧−電流
変換回路は、先の実施形態例の構成に代えて、第２及び
第３の電圧信号入力回路、第２及び第３のレベル変換回
路、及び、マルチプレクサＵ２を有する。制御部２Ａ
は、１つのＤＡ変換部、及び、２つのＡＤ変換部を有す
る。また、１つのＤＡ変換部、及び、２つのＡＤ変換部
は、制御部２Ａの外部に別回路として有することもでき
る。

【００２３】第２の電圧信号入力回路は、オペアンプＡ
４で構成され、第２のレベル変換回路は、ＰチャネルＭ
ＯＳトランジスタＱ３、抵抗Ｒ４、及び、Ｒ５で構成さ
れる。オペアンプＡ４は、非反転入力端子が第２の電圧
信号入力回路の入力端子となり、反転入力端子がトラン
ジスタＱ３のソース、及び、抵抗Ｒ５の一端に接続さ
れ、出力端子がトランジスタＱ３のゲートに接続され、
第３電圧電源から電力が供給される。抵抗Ｒ５の他端
は、第３電圧電源の正極端子に接続される。トランジス
タＱ３のドレインは、抵抗Ｒ４の一端に接続され、第２
のレベル変換回路の出力端子となる。抵抗Ｒ４の他端
は、第２電圧電源の負極端子に接続される。

【００２４】第３の電圧信号入力回路は、オペアンプＡ
５で構成され、第３のレベル変換回路は、ＰチャネルＭ
ＯＳトランジスタＱ４、抵抗Ｒ６、及び、Ｒ７で構成さ
れる。オペアンプＡ５は、非反転入力端子が第３の電圧
信号入力回路の入力端子となり、反転入力端子がトラン
ジスタＱ４のソース、及び、抵抗Ｒ７の一端に接続さ
れ、出力端子がトランジスタＱ４のゲートに接続され、
第３電圧電源から電力が供給される。抵抗Ｒ７の他端
は、第３電圧電源の正極端子に接続される。トランジス
タＱ４のドレインは、抵抗Ｒ６の一端に接続され、第３
のレベル変換回路の出力端子となる。抵抗Ｒ６の他端
は、第２電圧電源の負極端子に接続される。

【００２５】出力回路１Ａは、ＲＣフィルタを有する。
ＲＣフィルタは、出力回路１内のキャパシタＣ２、及
び、出力回路１内の抵抗Ｒ８で構成される。マルチプレ
クサＵ２は、４入力−１出力のスイッチ機能を有し、制
御入力端子からのチャンネル選択制御信号１０３に基づ
いて、信号出力端子と対応するチャンネルの信号入力端
子の何れか１つとを接続する。マルチプレクサＵ２は、
信号出力端子が第３の電圧信号入力回路の入力端子であ
るオペアンプＡ５の非反転入力端子に接続され、信号入
力端子の１つが対応するチャンネルの出力回路１Ａの第
２出力端子に夫々接続される。出力回路１Ａの第２出力
端子は、キャパシタＣ２を介して第３電圧電源の正極端
子に接続され、抵抗Ｒ８を介してオペアンプＡ３の反転
入力端子に接続される。

【００２６】制御部２Ａは、第１信号入力端子が第２の
レベル変換回路の出力端子である抵抗Ｒ４の一端に接続
され、第２信号入力端子が第３のレベル変換回路の出力
端子である抵抗Ｒ６の一端に接続され、信号出力端子が
第１の電圧信号入力回路の入力端子であるオペアンプＡ
１の非反転入力端子に接続される。

【００２７】制御部２Ａは、伝送したいデジタル情報の
設定値をＤＡ変換部で電圧信号１０１に変換し、電圧信
号１０１を信号出力端子から第１のレベル変換回路に入
力する。制御部２Ａは、第１信号入力端子からの第１電
圧変換検査信号をＡＤ変換部でデジタル情報のリードバ
ック値に変換し、第２信号入力端子からの第２電圧変換
検査信号をＡＤ変換部でデジタル情報のＤＡ変換値に変
換して、内蔵の比較回路で自己診断する。

【００２８】制御部２Ａは、設定値、リードバック値、
及び、ＤＡ変換値を解析して、“断線故障”又は“リー
ドバックエラー”を検出する。リードバック値が設定値
と異なる場合、“リードバックエラー”を通知する。Ｄ
Ａ変換値が正常、且つ、リードバック値が所定値（例え
ば０．６５［ｍＡ］）以下である場合、“断線故障”を
通知する。ＤＡ変換値が異常の場合、“リードバックエ
ラー”を通知する。

【００２９】上記実施形態例によれば、自己診断回路が
動作状態を監視しているので、故障検出が容易になる。

【００３０】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の電圧−電流変換回路は、上
記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記
実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した電圧
−電流変換回路も、本発明の範囲に含まれる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電圧−電
流変換回路では、電圧信号入力回路及びレベル変換回路
をチャンネル間で共通化し、電流信号出力回路のみをチ
ャンネル毎に必要とすることにより、回路全体の部品点
数を削減したので、発生する電流信号が高精度になると
共に消費電力が削減される。また、自己診断回路が動作
状態を監視しているので、故障検出が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の電圧−電流変換回路
の回路図である。

【図２】本発明の第２実施形態例の電圧−電流変換回路
の回路図である。

【図３】従来の電圧−電流変換回路の回路である。

【符号の説明】

１ 出力回路 ２ 制御回路 ３ レベル変換器 ４ ＤＡ変換器 １０１ 電圧信号 １０２ レベル変換信号 １０３ チャンネル選択制御信号 １０４ 電流信号 Ａ１〜Ａ８ オペアンプ Ｕ１〜Ｕ３ マルチプレクサ Ｒ１〜Ｒ１２ 抵抗 Ｃ１〜Ｃ３ キャパシタ Ｑ１〜Ｑ４ トランジスタ Ｄ１ ツェナーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 稔之 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 馬庭 幸雄 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 池戸 弘泰 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G035 AA20 AB01 AC02 AD03 AD10 AD13 AD20 AD23 AD45 AD48 AD54 5H430 BB01 BB09 BB12 EE06 EE09 EE12 EE17 FF08 FF12 GG01 GG11 HH03 5J091 AA01 CA36 CA97 FA01 HA08 HA10 HA17 HA20 HA25 HA29 HA38 KA00 KA01 KA03 KA11 KA17 KA18 KA19 KA34 KA41 SA13 SA15 5J092 AA01 CA36 CA97 FA01 HA08 HA10 HA17 HA20 HA25 HA29 HA38 KA00 KA01 KA03 KA11 KA17 KA18 KA19 KA34 KA41 SA13 SA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数チャンネルのための電圧信号を電流信
   号に変換して各チャンネルに供給する電圧−電流変換回
   路において、 第１の電圧を出力する第１の電圧源と、負極端子が該第
   １の電圧源の負極端子と接続され該第１の電圧よりも低
   い第２の電圧を出力する第２の電圧源と、正極端子が前
   記第１の電圧源と接続され該第１の電圧よりも低い第３
   の電圧を出力する第３の電圧源と、前記第２の電圧で作
   動し前記複数チャンネルのための電圧信号を順次に入力
   する電圧信号入力回路と、前記第１の電圧で作動し、前
   記電圧信号をレベル変換してレベル変換信号を出力する
   レベル変換回路と、該レベル変換回路からレベル変換信
   号を入力し、複数の出力端子からチャンネル選択制御信
   号に応答して１つの出力端子を選択し、該選択した出力
   端子に前記レベル変換信号を出力するマルチプレクサ
   と、前記マルチプレクサの各出力端子に接続され、前記
   第３の電圧で作動し、前記マルチプレクサの出力端子か
   ら出力される前記レベル変換信号を電流信号に変換して
   出力する電流信号出力回路とを備えることを特徴とする
   電圧−電流変換回路。
2. 【請求項２】前記レベル変換回路及び前記電流信号出力
   回路は、レール・ツー・レール式のオペアンプを有する
   回路である、請求項１に記載の電圧−電流変換回路。
3. 【請求項３】前記電流信号を変換して電圧変換検出信号
   として出力する検出回路と、前記電圧変換検出信号と前
   記電圧信号入力回路に入力された電圧信号とを比較する
   比較回路とを有する自己診断回路を更に備える、請求項
   １又は２に記載の電圧−電流変換回路。