JPH02140015A - High speed operating circuit for photocoupler - Google Patents

High speed operating circuit for photocoupler

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JPH02140015A
JPH02140015A JP63293215A JP29321588A JPH02140015A JP H02140015 A JPH02140015 A JP H02140015A JP 63293215 A JP63293215 A JP 63293215A JP 29321588 A JP29321588 A JP 29321588A JP H02140015 A JPH02140015 A JP H02140015A
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JP
Japan
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photocoupler
signal
output
sent
comparator
Prior art date
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Application number
JP63293215A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Ayukawa
鮎川 一朗
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To decrease the switching time and to attain the high speed communication and control by connecting a comparator to an output of a photocoupler. CONSTITUTION:When a signal Tx at a high speed is sent in the system 1, the signal is sent to a system 2, in which the signal appears at an output of a comparator COMP1 via a photocoupler PG1. when a high speed signal Rx is sent from the system 2, the signal is sent via a photocoupler PC2 in the system 1 and the signal Rx appears at the output of a comparator COMP2. After a low speed signal Lx is sent via a photocoupler PC3 from the system 1 separately, the signal Lx appears at the output of the photocoupler PC3. Moreover, a low speed signal SX is sent from the system 2 to the system 1 and sent to the output of the photocoupler PC4.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 (既要 産業上の利用分野 従来の技術(第4図、第5図) 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(第1図) 作用 実施例(第2図、第3図) 発明の効果 〔概要〕 フォトカプラの高速動作回路に関し、 フォトカプラのスイッチング動作を速くして、最大動作
周波数を上げると共に、負荷変動によるスイッチング時
間の変動を少なくすることを目的とし、 互いに信号アースを分離した系同志で通信を行う場合の
カレントループ・インターフェイスに用いるフォトカプ
ラにおいて、前記フォトカプラの出力にコンパレータを
接続するように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Table of Contents] (Existing industrial fields of application, prior art (Figures 4 and 5) Means for solving the problem to be solved by the invention (Figure 1) Effect Embodiments (Figures 2 and 3) Effects of the invention [Summary] Regarding the high-speed operation circuit of a photocoupler, the switching operation of the photocoupler is made faster, the maximum operating frequency is increased, and the fluctuation in switching time due to load fluctuation is reduced. In a photocoupler used for a current loop interface when communicating between systems whose signal grounds are separated from each other, a comparator is connected to the output of the photocoupler.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、フォトカプラの高速動作回路に関し、さらに
詳しくいえば、カレントループ・インターフェイスにお
いて用いられるフォトカプラのスイッチング動作を高速
化すると共に、負荷変動の影響を少なくしたフォトカプ
ラの高速動作回路に関する。
The present invention relates to a high-speed operation circuit for a photocoupler, and more particularly, to a high-speed operation circuit for a photocoupler that speeds up the switching operation of a photocoupler used in a current loop interface and reduces the influence of load fluctuations.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、例えば、ドライブ側とレシーブ側の2つの系の間
で信号伝送等を行う場合、電圧信号を用いるのが一般的
である。
Conventionally, for example, when transmitting signals between two systems, one on the drive side and the other on the receive side, voltage signals have generally been used.

しかし、2つの系で互いにアースを分離したい場合には
電流信号を用いた信号伝送が行われる。
However, if it is desired to separate the two systems from each other, signal transmission using current signals is performed.

つまり、カレントループ・インターフェイスが用いられ
る。
That is, a current loop interface is used.

第4図は従来の信号アースを分離したカレントループ・
インターフェイスにフォトカプラを用いた場合の1例で
ある。
Figure 4 shows a conventional current loop with separate signal ground.
This is an example in which a photocoupler is used as an interface.

ドライブ側には、入力信号の印加する入力端子10、オ
ープンコレクタICIL電源vccnに接続した抵抗1
2を設ける。
On the drive side, there is an input terminal 10 to which an input signal is applied, and a resistor 1 connected to an open collector ICIL power supply vccn.
2 will be provided.

また、レシーブ側には、発光ダイオード16とフォトト
ランジスタ17から成るフォトカプラ13、電源v c
cuに接続された抵抗14、負荷15とを設ける。
Further, on the receiving side, a photocoupler 13 consisting of a light emitting diode 16 and a phototransistor 17, and a power supply v c
A resistor 14 and a load 15 connected to the cu are provided.

入力端子10に信号を印加すると、電源V CCDより
抵抗12を介してフォトカプラ13の発光ダイオード1
6に電流が流れて発光する。
When a signal is applied to the input terminal 10, the light emitting diode 1 of the photocoupler 13 is connected from the power supply V CCD through the resistor 12.
6, a current flows through it and it emits light.

この光をフォトトランジスタ17が受光すると、8hフ
オトトランジスタ17に電流が流れ、そのコレクタ電圧
はエミッタと同じアース電位になる。
When the phototransistor 17 receives this light, a current flows through the 8h phototransistor 17, and its collector voltage becomes the same ground potential as the emitter.

これにより、負荷15の両端の電位はほぼ0(V)にな
る。
As a result, the potential across the load 15 becomes approximately 0 (V).

次に、入力端子10の信号がなくなると、フォトトラン
ジスタ17に電流が流れなくなってそのコレクタ電圧が
上昇し、定常状態では電源VCCRになる。その時負荷
15には電源V CCRの電圧が印加される。
Next, when the signal at the input terminal 10 disappears, no current flows through the phototransistor 17 and its collector voltage rises, becoming the power supply VCCR in a steady state. At that time, the voltage of the power supply VCCR is applied to the load 15.

第5図は、フォトカプラの動作特性の説明図であり、(
A)図はフォトカプラを示した図、(B)図はスイッチ
ング波形図、(C)図はスイ・7チング時間特性を示し
た図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operating characteristics of a photocoupler.
Figure A) is a diagram showing a photocoupler, Figure (B) is a diagram of switching waveforms, and Figure (C) is a diagram showing switching time characteristics.

(A)図のように、フォトカプラの入力電流をIF (
A)とし、フォトカプラの出力端子と電源V CCRと
の間には負荷抵抗RLを接続し、出力電圧VCtを取り
出す。
(A) As shown in the figure, the input current of the photocoupler is changed to IF (
A), a load resistor RL is connected between the output terminal of the photocoupler and the power supply V CCR, and the output voltage VCt is taken out.

1例として、VCCR= 5 V、I F =16 r
n A % RL=lOKΩとすると、スイッチング波
形は(B)図のようになる。
As an example, VCCR=5 V, I F =16 r
If n A % RL=lOKΩ, the switching waveform will be as shown in figure (B).

即ち、■、の立上りから少し遅れてVCEがo■まで下
がり、■)の立下り後、所定時間遅れて■■は5vまで
上昇する。
That is, VCE falls to o■ with a slight delay from the rise of ■, and after a predetermined time delay after the fall of ■), rises to 5V.

その過程で、■、の立上りからVcとが0.5Vまで下
がるまでの時間をt。H1■、の立下りからVCEが0
.5Vまで上昇する時間をt5、■、の立下りがら■。
In the process, the time from the rise of ■ until Vc drops to 0.5V is t. VCE becomes 0 from the fall of H1■.
.. The time it takes to rise to 5V is t5, and the falling edge of ■ is ■.

が4.5■まで上昇する時間をt。FFと定義する。The time it takes for the value to rise to 4.5 ■ is t. Define as FF.

この時のむ。N、 S、”OFFは負荷抵抗RLの大き
さによって変化し、(C)図のようなスイッチング時間
特性となる。
At this time. N, S, and OFF vary depending on the size of the load resistance RL, resulting in a switching time characteristic as shown in Figure (C).

図から明らかなように、(A)図のようなフォトカプラ
を用いたインターフェイスの最大動作周波数は、スイッ
チング動作が一番遅いt。FWによって制限されている
As is clear from the figure, the maximum operating frequency of the interface using a photocoupler as shown in figure (A) is t, which is the slowest switching operation. Limited by FW.

上記のように、1例としてRL= 10にΩとすると、
joyr=70μsecとなり、最大動作周波数は、1
 / (70/jsElcX 2 ) =7.14Kl
lzとなる。
As mentioned above, as an example, if RL = 10 and Ω,
joyr=70μsec, and the maximum operating frequency is 1
/ (70/jsElcX 2 ) = 7.14Kl
It becomes lz.

しかも、負荷変動がt。FFに直接影響を与える。Moreover, the load fluctuation is t. Directly affects FF.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記のような従来のものでは、次のような欠点があった
The conventional devices as described above have the following drawbacks.

即ち、フォトカプラを用いた従来のカレントループ・イ
ンターフェイスでは、スイッチング動作が遅く、(特に
t。FFが大きい)幅の狭いパルスには応答しない。
That is, the conventional current loop interface using a photocoupler has a slow switching operation and does not respond to narrow pulses (particularly when tFF is large).

しかも、第5図で示したように、負荷の変動がt OF
Fに直接影響を与えるため、負荷変動をも考慮したマー
ジンを持った設計が必要となる。
Moreover, as shown in Fig. 5, the load fluctuation is t OF
Since it directly affects F, it is necessary to design with a margin that also takes into account load fluctuations.

本発明では、このような従来の欠点を解決し、フォトカ
プラのスイッチング動作を速くしてt。F、を小さくし
、最大動作周波数を上げ、しかも負荷変動がt。FFに
直接影響を与えないようにして、マージンの小さい回路
を提供することを目的とする。
The present invention solves these conventional drawbacks and speeds up the switching operation of the photocoupler. F is reduced, the maximum operating frequency is increased, and the load fluctuation is reduced to t. The purpose is to provide a circuit with a small margin without directly affecting the FF.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は本発明に係るフォトカプラの高速動作回路の原
理図である。
FIG. 1 is a principle diagram of a high-speed operation circuit of a photocoupler according to the present invention.

(A)図のように、フォトカプラPCの出力コレクタ側
をコンパレータの一方の入力端子(十入力端子)に接続
し、エミッタ側をアースする。
(A) As shown in the figure, the output collector side of the photocoupler PC is connected to one input terminal (ten input terminal) of the comparator, and the emitter side is grounded.

また、フォトカプラPCの上記出力の一方と電源V C
CRとの間には抵抗R1を接続し、アースとの間には抵
抗R2を接続する。
In addition, one of the above outputs of the photocoupler PC and the power supply V C
A resistor R1 is connected between it and CR, and a resistor R2 is connected between it and ground.

さらに、上記コンパレータCOMPの他方の入力端子(
−入力端子)とアース間には参照電圧Vratを有する
電源を接続する。コンパレータの出力を負荷に供給する
Furthermore, the other input terminal of the comparator COMP (
- input terminal) and ground, a power supply having a reference voltage Vrat is connected. Supply the output of the comparator to the load.

この回路の入力電流、即ち、フォトカプラPCの入力電
流をIFとし、 となるようにVCCRs R1、R2を設定したとする
とスイッチング波形は(B)図のようになる。
Assuming that the input current of this circuit, that is, the input current of the photocoupler PC is IF, and the VCCRs R1 and R2 are set as follows, the switching waveform will be as shown in figure (B).

即ち、コンパレータCOMPの一方の入力端子である十
入力端子には、(B)図に示した■c!と同じ波形の電
圧が入力される。
That is, the 10 input terminal, which is one input terminal of the comparator COMP, has ■c! shown in figure (B). A voltage with the same waveform as is input.

参照電圧V、、、を、0.5< Vrsr<4.5 (
V) ニ選ぶと、コンパレータCOMPの遅延は数10
nsecであるから、該コンパレータCOMPの出力電
圧voutは(B)図のようになる。
Let the reference voltage V, , 0.5<Vrsr<4.5 (
V) If you choose D, the delay of the comparator COMP will be several 10
nsec, the output voltage vout of the comparator COMP is as shown in figure (B).

この図から明らかなように、OFF時のスイッチング動
作時間は、t QFFからtPに減少する(tpsLo
ry)・ 理想的には、V、、f=0.5Vとすると、t OFT
’をtsにまで減少させることができる(ts≦L、≦
L oyt)。
As is clear from this figure, the switching operation time when OFF decreases from tQFF to tP (tpsLo
ry)・Ideally, if V,, f=0.5V, t OFT
' can be reduced to ts (ts≦L,≦
Loyt).

また、フォトカプラPCから見た負荷は、R里とR2と
コンパレータCOMPのみによって決まるので、コンパ
レータの出力に接続されている負荷の変動によるt。F
Fの変化は著しく減少する。
Also, since the load seen from the photocoupler PC is determined only by Rri, R2, and the comparator COMP, t due to fluctuations in the load connected to the output of the comparator. F
The change in F is significantly reduced.

なお、t、はI、の立下りからvexが0.5Vに上昇
するまでの時間、t、はIFの立下りからvcEがV 
rafまで上昇する時間、t OFFは■、の立下りか
らVCtが4.5■まで立上る時間、tONは!、の立
上りからVCEが0.5■まで下降する時間である。
Note that t is the time from the fall of I until vex rises to 0.5V, and t is the time from the fall of IF to the time when vcE rises to V
The time it takes for VCt to rise to raf, tOFF, is ■.The time it takes for VCt to rise from the fall of to 4.5■, tON is! This is the time from the rise of , for VCE to fall to 0.5■.

〔作用〕[Effect]

上記のように、フォトカプラPCの出力にコンパレータ
COMPを接続したので、スイッチング時間が短くなり
、しかも負荷変動によるスイッチング時間の変動が少な
いため、余分なマージンをとる必要もなく、結果的に最
大動作周波数を高めることができる。
As mentioned above, since the comparator COMP is connected to the output of the photocoupler PC, the switching time is shortened, and there is little variation in the switching time due to load fluctuations, so there is no need to take extra margin, resulting in maximum operation. The frequency can be increased.

例えば、R1=10にΩの場合、v、、t=0.5vに
すると、t OFFはt、にまで減少し、70μsec
が25μsecになり、1/ (25μX2)=20に
11zまで動作可能となる。
For example, if R1=10 and Ω, if v,,t=0.5v, tOFF will decrease to t, and 70μsec
becomes 25 μsec, and it becomes possible to operate up to 11z at 1/(25μ×2)=20.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第2図は、本発明に係るフォトカプラの高速動作回路の
第1の実施例であり、互いに異なる信号アースを持つ系
同志の通信に用いた場合の1例を示した図である。
FIG. 2 is a first embodiment of a high-speed operation circuit of a photocoupler according to the present invention, and is a diagram showing an example of the case where it is used for communication between systems having mutually different signal grounds.

インターフェイスとしてはR5232Cを用い、クロッ
クやデータ等の変化の速い信号伝送と、制御ラインのよ
うに変化の少ない信号伝送とに分離したシステムの例で
ある。
This is an example of a system that uses R5232C as an interface and separates signal transmission that changes quickly, such as clocks and data, and signal transmission that changes little, such as control lines.

図において、第1図と同一符号は同一のものを示す。V
CCIl1% Vccaz、VCCM1% VCCI!
は電源、ICはオープンコレクタIC,PCI”PO2
はフォトカプラ、V rafは参照電圧、R1−Reは
抵抗、COMP を及びCOMP2はコンパレータであ
る。
In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same parts. V
CCI1% Vccaz, VCCM1% VCCI!
is a power supply, IC is an open collector IC, PCI"PO2
is a photocoupler, V raf is a reference voltage, R1-Re is a resistor, COMP and COMP2 are comparators.

この例では、それぞれ異なった信号アースを持つ系とし
て、系1、系2を考え系1から系2へ向かうクロックや
データの高速の信号(周波数の高い信号)をTxとし、
その逆方向の高速の信号をRxとし、L x SS x
をそれぞれ、変化の少ない低速の信号(周波数の低い信
号)、例えば制御ラインの信号とする。
In this example, considering systems 1 and 2 as systems with different signal grounds, the high-speed clock and data signals (high frequency signals) going from system 1 to system 2 are Tx,
Let the high-speed signal in the opposite direction be Rx, L x SS x
Let each be a slow signal (low frequency signal) with little change, for example, a control line signal.

この場合、Tx、Rxのように、高速の信号伝送をする
には、第1図(A)に示したフォトカプラとコンパレー
タから成る高速動作@路を用い、Lx、Sxのように低
速の信号伝送をするには、従来のフォトカプラだけを用
いればよい。
In this case, in order to transmit high-speed signals such as Tx and Rx, a high-speed operation @ path consisting of a photocoupler and a comparator shown in Figure 1 (A) is used, and a low-speed signal transmission such as Lx and Sx is used. For transmission, only conventional optocouplers need to be used.

今、系lで高速の信号Txを送信すると、この信号は系
2へ送られ、フォトカプラPC+を介してコンパレータ
COMP tの出力に信号Txが送出される。
Now, when system 1 transmits a high-speed signal Tx, this signal is sent to system 2, and the signal Tx is sent to the output of comparator COMP t via photocoupler PC+.

また、系2からは高速の信号Rxを送ると、系1でフォ
トカプラPC2を介して伝送された後、コンパレータC
OMP!の出力に信号Rxが送出される。
Also, when a high-speed signal Rx is sent from system 2, it is transmitted via photocoupler PC2 in system 1, and then sent to comparator C.
OMP! A signal Rx is sent to the output of.

これとは別に、低速の信号Lxは系1からフォトカプラ
PCsを介して伝送された後、該フォトカプラPC3の
出力に信号Lxが送出される。
Separately, the low-speed signal Lx is transmitted from the system 1 via the photocoupler PCs, and then the signal Lx is sent to the output of the photocoupler PC3.

さらに、低速の信号Sxも系2から系1へ伝送され、フ
ォトカプラPC4の出力側に送出される。
Furthermore, a low-speed signal Sx is also transmitted from system 2 to system 1 and sent to the output side of photocoupler PC4.

上記の例で、フォトカプラが、第5図(C)の特性をも
つとすると、最大動作周波数が7KHzから20KHz
に改善されるため、従来方法では使用できなかった9 
600 bps−?’19.2kbpsの通信が可能と
なる。
In the above example, if the photocoupler has the characteristics shown in Figure 5(C), the maximum operating frequency will be from 7KHz to 20KHz.
9 that could not be used with conventional methods.
600 bps-? '19.2 kbps communication is possible.

第3図は、本発明に係るフォトカプラの高速動作回路の
第2の実施例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of a high-speed operation circuit for a photocoupler according to the present invention.

この実施例は、信号アースの異なる系にストローブ信号
を用いて状態信号を伝送する例であり、系Iと系2とか
ら成っている。
This embodiment is an example in which a strobe signal is used to transmit a status signal to systems with different signal grounds, and consists of system I and system 2.

PC(PCO,PCl 〜PCn)はフォトカプラ、C
OMPはコンパレータ、V rafは参照電圧、VCC
は電源、DFFはDフリップフロップ、R(R1−R3
、R11〜Rtn、 R*x 〜Rtn)は抵抗、IC
<Ice、ICx=ICn)はオーブンコレクタ【Cを
示す。
PC (PCO, PCl to PCn) is a photocoupler, C
OMP is a comparator, V raf is a reference voltage, VCC
is the power supply, DFF is the D flip-flop, R(R1-R3
, R11~Rtn, R*x~Rtn) are resistors, IC
<Ice, ICx=ICn) indicates oven collector [C.

D1〜Dnの信号としては、例えばアラーム信号、状態
信号等の変化の少ない信号とし、Hsとしてはストロー
ブ信号(変化の速い高速の信号)を用いる。
As the signals D1 to Dn, signals that change little, such as alarm signals and status signals, are used, and as Hs, a strobe signal (a high-speed signal that changes quickly) is used.

系1から系2へ伝送すべき信号D1〜Dnは、I Ct
 〜r Cnを通り、系2内でPCt〜PCnへ伝送さ
れた後、DフリップフロップDFFへ入力する。
The signals D1 to Dn to be transmitted from system 1 to system 2 are I Ct
After passing through ~rCn and being transmitted to PCt~PCn within system 2, it is input to the D flip-flop DFF.

一方、ストローブ信号HsはICoを通りフォトカプラ
PCoへ伝送された後、コンパレータCOMPへ入力し
、その後、DフリップフロップDFFのクロ・ツク入力
端子CKに入力する。
On the other hand, the strobe signal Hs is transmitted to the photocoupler PCo through ICo, then inputted to the comparator COMP, and then inputted to the clock input terminal CK of the D flip-flop DFF.

これにより、DフリップフロフプDFFの出力Q1〜Q
nから出た信号D1〜Dnは受信側で受信される。
As a result, the outputs Q1 to Q of the D flip-flop DFF
Signals D1 to Dn output from n are received at the receiving side.

このように、ストローブ信号のような変化の速い信号は
本発明の高速動作回路を用いて伝送し、アラーム信号や
状態信号のような変化の少ない信号の伝送には従来のフ
ォトカプラを用いればよい。
In this way, signals that change quickly, such as strobe signals, can be transmitted using the high-speed operation circuit of the present invention, and conventional photocouplers can be used to transmit signals that change little, such as alarm signals and status signals. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。
As explained above, the present invention has the following effects.

(1)フォトカプラの出力にコンパレータを接続するこ
とにより、スイッチング時間を減少させることができる
から、このような本発明のフォトカプラの高速動作回路
を、信号アースを分離する系のインターフェイスに用い
た場合、最大動作周波数を従来のものより高めることが
でき、高速の通信や制御が可能となる。
(1) By connecting a comparator to the output of a photocoupler, the switching time can be reduced, so the high-speed operation circuit of the photocoupler of the present invention can be used as an interface for a system that separates signal ground. In this case, the maximum operating frequency can be increased compared to conventional systems, enabling high-speed communication and control.

(2)  フォトカプラの出力にコンパレータを接続し
たので、受信側(コンパレータの出力側)の負荷変動に
よるスイッチング時間変動を減少させることができる。
(2) Since a comparator is connected to the output of the photocoupler, switching time fluctuations due to load fluctuations on the receiving side (output side of the comparator) can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るフォトカプラの高速動作回路の原
理図、 第2図は本発明の第1の実施例の回路図、第3図は本発
明の第2の実施例の回路図、第4図は従来の信号アース
を分離したインターフェイスの1例を示した図、 第5図はフォトカプラの動作特性説明図である。 PC−フォトカプラ COMP−・−コンパレータV 
raf ’−’参照電圧  R1,R2−抵抗。 ト
FIG. 1 is a principle diagram of a high-speed operation circuit of a photocoupler according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional interface with separate signal ground, and FIG. 5 is a diagram illustrating the operating characteristics of a photocoupler. PC-Photocoupler COMP-・-Comparator V
raf '-'Reference voltage R1, R2-resistance. to

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)互いに信号アースを分離した系同志で通信を行う
場合のカレントループ・インターフェイスに用いるフォ
トカプラ(PC)において、 前記フォトカプラ(PC)の出力にコンパレータ(CO
M)を接続したことを特徴とするフォトカプラの高速動
作回路。
(1) In a photocoupler (PC) used for a current loop interface when communicating between systems with separate signal grounds, a comparator (CO) is connected to the output of the photocoupler (PC).
A high-speed operation circuit of a photocoupler, characterized in that M) is connected.
JP63293215A 1988-11-19 1988-11-19 High speed operating circuit for photocoupler Pending JPH02140015A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8858147B2 (en) 2012-05-30 2014-10-14 Sungwoo Hitech Co., Ltd. Self-piercing rivet

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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