JP3674448B2 - 信号入力回路及び信号入出力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号入力回路及びこの信号入力回路を有する信号入出力装置に関わり、特に、入力される電流信号を素早く電圧信号に変換する信号入力回路、及びＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の受け渡しを正確に電流信号によって行う信号入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、複数の電子コントロールユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）が組み込まれている。これらのＥＣＵは、互いにパルス信号の受け渡しを行っている。このパルス信号の受け渡しを電圧信号で行った場合、ＥＣＵ間の接地電位（ＧＮＤ）レベルの違いにより、信号レベルの誤判定が生じてしまう惧れがある。この誤判定を防止するため、信号の受け渡しを電流信号で行う方法を用いている。代表例として、信号出力側ＥＣＵはオープンコレクタ型のトランジスタを有し、信号入力側ＥＣＵはプルアップ抵抗を有する形式が挙げられる。
【０００３】
信号出力側ＥＣＵが有するトランジスタは、信号出力側ＥＣＵの信号出力端子に接続されたコレクタ電極と、信号出力側ＥＣＵのＧＮＤに接続されたエミッタ電極と、パルス信号が入力されるベース電極とを有するｎｐｎトランジスタである。パルス信号がＨ（ハイ）レベルの時、トランジスタがオンして、信号出力端子から電流信号が流入する。パルス信号がＬ（ロー）レベルの時、トランジスタがオフして、電流信号が流入しない。信号出力端子は、ワイヤハーネス（信号線）を介して信号入力側ＥＣＵの信号入力端子に接続されている。
【０００４】
一方、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗は、信号入力端子と信号入力側ＥＣＵの電源電位（Ｖｃｃ）との間に接続されている。信号入力端子から電流信号が流出するとき、電流信号はプルアップ抵抗を流れる。プルアップ抵抗に電流信号が流れることで、信号入力側ＥＣＵの入力信号端子の電位は、電源電位レベルからＧＮＤレベルへ降下する。また、信号入力端子から電流信号が流出しないとき、プルアップ抵抗に電流信号が流れず、入力信号端子の電圧は電源電位レベルである。
【０００５】
このように、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号がＨレベルの時、信号入力側ＥＣＵの信号入力端子の電位はＧＮＤレベルとなり、パルス信号がＬレベルの時、信号入力端子の電位は電源電位レベルとなる。つまり、ＧＮＤレベルをＬレベル、電源電位レベルをＨレベルと仮定すると、電流信号を信号入力端子の電圧信号に反転変換することができることになる。信号入力側ＥＣＵは信号入力端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することで、信号出力側に入力されるパルス信号と同じパルス信号がインバータ回路から出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオフ状態からオン状態に変化したとき、トランジスタの電流シンク能力が十分であれば、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗の抵抗値の大きさに係わらず、素早く電流信号の印加（流入・流出）が開始される。したがって、電流信号は素早くプルアップ抵抗を流れるため、パルス信号に遅れることなく、信号入力端子の電位はＨレベルからＬレベルに変位する。
【０００７】
これに対して、信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオン状態からオフ状態に変化したとき、電流信号の印加はパルス信号に遅れることなく停止する。しかし、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、プルアップ抵抗の抵抗値と、ワイヤハーネスが有する線間容量等とで決まる時定数を持って減少する。つまり、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、流れ始めの時のように素早く停止しない。この結果、信号入力端子の電位はＬレベルからこの時定数を持ってＨレベルに変化するため、インバータ回路を介して出力されるパルス信号は、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号に対して遅延してＨレベルからＬレベルに変化する。
【０００８】
このように、複数のＥＣＵ間の電流信号を介したパルス信号伝達において、出力パルス信号は入力パルス信号に対して、片方のエッジ（立ち下がり）のみ信号遅延が生じることになり、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化してしまう。ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時に、誤判定が生じる惧れがある。
【０００９】
また、この信号遅延を小さくするために、プルアップ抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくした場合、プルアップ抵抗に流れる電流量が増加し、信号入力側ＥＣＵの消費電流の増大に繋がる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的には、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、入力された電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路であって、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する信号入力回路であることである。
【００１５】
ここで、変換抵抗が接続された第１の電位は、電流信号の印加が有る時に、変換抵抗に電流信号を流すための電位である。即ち、電流信号の印加が無い時、変換抵抗に電流は流れないので、入力信号端子の電位は「第１の電位」となる。一方、電流信号の印加が有る時、変換抵抗に電流信号が流れて電圧降下が生じるため、入力信号端子の電位は第１の電位とは異なる電位（以後、「第２の電位」という）となる。このようにして、電流信号の印加の有無を入力信号端子の電圧信号に変換することができる。具体的に、信号入力回路が接地電位と電源電位の１電源系の回路であり「第１の電位」が電源電位であれば、「第２の電位」は接地電位である。逆に、「第１の電位」が接地電位であれば、「第２の電位」は電源電位である。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の変換抵抗への印加が有る状態から無い状態に変化した後の意であり、この時、入力信号端子の電圧信号は「第２の電位」から「第１の電位」に向けて変化する。
【００１６】
本発明の第１の特徴によれば、電流信号の印加が停止した後、変換抵抗に流れる電流信号は所定の時定数を持って減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号は、所定の変化率で第２の電位から第１の電位へ向けて変化する。この所定の時定数は、変換抵抗の抵抗値と、信号入力回路の前段に位置する信号出力回路とを接続する信号線が有する線間容量等とで決定される。しかし、この所定の変化率で入力信号端子の電圧信号が変化している期間の少なくとも一部分において、微分回路の第１のスイッチング素子がオン状態になり、第１のスイッチング素子がオン状態である期間に、定電流回路が入力信号端子に対して所定の電流を印加することで、信号線の線間容量等を素早く充電することができる。したがって、入力信号端子の電圧信号は、急速に第２の電位から第１の電位に変化する。このように、電流信号を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号に対して出力する電圧信号の片方のエッジ（立ち下がり）に生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００１７】
本発明の第１の特徴において、微分回路はワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。微分回路が有する第１のスイッチング素子がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。また、オン期間は、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している総ての期間であることが望ましい。ワンショットマルチバイブレータが不要となり、信号入力回路を小型化することができる。
【００１８】
また、微分回路が有する第１のスイッチング素子は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間を流れる電流を制御する制御電極とを有し、微分回路は、入力信号端子と第１のスイッチング素子の制御電極との間に接続されたコンデンサをさらに有することが望ましい。なお、前述のワンショットマルチバイブレータは、第１のスイッチング素子の制御電極とコンデンサとの間に接続すればよい。
【００１９】
また、定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタと、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極とを有する第２のトランジスタとを有することが望ましい。定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子と第１の電位との間に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極と、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極とを有する第２のトランジスタとを有する増幅回路であってもよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、電流信号の受け渡しを行う信号入出力装置であって、電流信号を出力する信号出力回路と、電流信号が入力され、電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路と、信号出力回路と信号入力回路の間を接続する信号線とを有することである。また、信号入力回路は、信号線に接続され、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する。
【００２１】
本発明の第２の特徴によれば、信号入力回路に入力される電流信号に対して変換された電圧信号の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、信号出力回路の入力パルス信号に対する信号入力回路の出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、信号出力回路は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、信号線に接続された第２の電極と、第１の電極と第２の電極間を流れる電流を制御する制御電極とを有する第２のスイッチング素子を有することが望ましく、信号入力回路は、入力信号端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することが望ましい。第２のスイッチング素子の制御電極に入力される入力パルス信号に対して、インバータ回路から出力される出力パルス信号のパルス幅の変化が減少する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００２４】
また本発明によれば、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することができる。
【００２５】
さらに本発明によれば、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することができる。
【００２６】
さらに本発明によれば、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路の構成を示す回路図である。本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路２は、図１に示すように、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する信号入力回路２である。また、信号入力回路２は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（Ｖｃｃ）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、定電流回路１５とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子１１を有する。定電流回路１５は、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００２８】
ここで、変換抵抗５が接続された第１の電位（Ｖｃｃ）は、電流信号Ｓ１の印加が有る時に、変換抵抗４に電流信号Ｓ１を流すための電位である。つまり、電流信号Ｓ１の印加が有る時は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は第１の電位（Ｖｃｃ）とは異なる第２の電位となり、電流信号Ｓ１の印加が無い時は、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は、第１の電位となる。ここでは、信号入力回路２は、接地電位（ＧＮＤ）と電源電位（Ｖｃｃ）の１電源系の回路であり、第１の電位は電源電位であり、第２の電位はＧＮＤである。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の印加が有る状態から無い状態に変化した後の意である。さらにここでは、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号が所定の変化率で変化している総ての期間である場合について説明する。
【００２９】
微分回路１０が有する第１のスイッチング素子１１は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、第２の電極（コレクタ電極）と、エミッタ電極とコレクタ電極の間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有するｎｐｎバイポーラトランジスタである。微分回路１０は、入力信号端子４とバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続されたコンデンサ１２と、ＧＮＤとバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続された第３の抵抗１３とをさらに有する。
【００３０】
定電流回路１５は、バイポーラトランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、電源電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタ１８と、第１のトランジスタ１８とカレントミラー型に構成された第２のトランジスタ１９とを有する。即ち、第２のトランジスタ１９は、電源電位（Ｖｃｃ）に接続された第１の電極と、入力信号端子４に接続された第２の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極とを有する。ここで、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９は、共にｐｎｐバイポーラトランジスタである。また、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９において、第１の電極はエミッタ電極であり、第２の電極はコレクタ電極であり、制御電極はベース電極である。
【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図１に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路２と、信号出力回路２５と信号入力回路２の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。ここでは、信号入力回路を信号入力側ＥＣＵ２とし、信号出力回路を信号出力側ＥＣＵ２５とする。
【００３２】
信号出力側ＥＣＵ２５は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、ワイヤハーネス３０に接続された第２の電極（コレクタ電極）と、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、エミッタ電極とコレクタ電極間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有する第２のスイッチング素子２６を有する。第２のスイッチング素子２６は、ｎｐｎバイポーラトランジスタである。即ち、信号出力側ＥＣＵ２５は、オープンコレクタ型のｎｐｎバイポーラトランジスタ２６から構成されている。信号入力側ＥＣＵ２は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が入力され、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力するインバータ回路２０をさらに有する。
【００３３】
図１に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。図３は本発明の第１実施形態に係わる信号入出力装置の動作を説明する図である。図３において、「Ｖｉｎ」はトランジスタ２６のベース電極に入力される入力パルス信号、「Ｓ１」は電流信号、「Ｓｉｎ」は入力信号端子４の電圧信号、「Ｖ１」はトランジスタ１１のベース電極の電位、「Ｓ２」はトランジスタ１９のコレクタ電極から入力信号端子４に流入する電流をそれぞれ示す。
【００３４】
（１）電流信号Ｓ１の印加が無い時
まず、信号出力側ＥＣＵ２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＧＮＤレベル（以後、「Ｌレベル」という）である時、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ２６はオフ状態である。したがって、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入せず、信号入力側ＥＣＵ２から流出しない。電流信号Ｓ１が変換抵抗５に流れないため、変換抵抗５の両端子間に電圧降下が生じない。したがって、変換抵抗５が接続された入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、電源電位レベル（以後、「Ｈレベル」という）である。インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）はＬレベルである。このように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルの時、電流信号Ｓ１の印加は無く、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）はＨレベルである。
【００３５】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルであるため、微分回路１０のコンデンサ１２は充電されているが、コンデンサ１２に電流は流れていない。トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）はＬレベルであり、トランジスタ１１のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態である。トランジスタ１１のエミッタ−コレクタ間の抵抗は無限大となり、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルになる。したがって、トランジスタ１１のコレクタ電極に接続された定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態である。また、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３６】
（２）電流信号Ｓ１の印加が開始された時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルからＨレベルへ変化すると、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れ始め、トランジスタ２６はオフ状態からオン状態に変化する。そして、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入し始め、信号入力側ＥＣＵ２から流出し始める。つまり、電流信号Ｓ１の印加が開始される。ここで、トランジスタ２６の電流シンク能力が十分であるとすると、変換抵抗５の抵抗値の大きさに係わらず、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりとほぼ同時に、電流信号Ｓ１の印加が開始される。即ち、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち上がりのずれはほとんどない。したがって、変換抵抗５の両端子間に発生する電圧降下も、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく生じるため、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく追従してＨレベルからＬレベルへ変化する。そして、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなくＬレベルからＨレベルへ変化する。
【００３７】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルからＬレベルに変化すると、コンデンサ１２に充電されている電荷が放電され、図３に示すように、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）は、一時的にＧＮＤレベルよりも低い電位レベルになる。したがって、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極に逆方向の電圧が印加されるためベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態のままである。コンデンサ１２に充電されている電荷は、第３の抵抗１３を介してＧＮＤに放電される。また、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルのままであるため、定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態のままであり、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３８】
（３）電流信号Ｓ１の印加が停止した時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＨレベルからＬレベルへ変化すると、トランジスタ２６はオン状態からオフ状態に変化する。そして、信号出力側ＥＣＵ２５への電流信号Ｓ１の流入、信号入力側ＥＣＵ２からの電流信号Ｓ１の流出が停止する。つまり、電流信号Ｓ１の印加が停止する。入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち下がりとほぼ同時にトランジスタ２６はオフ状態となるため、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち下がりのずれはほとんどない。しかし、ワイヤハーネス３０が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）を充電するための電流が変換抵抗５を流れる。したがって、変換抵抗５を流れる電流信号は、線間容量（ＣＡ）および入力容量（ＣＢ）とを加算した容量値と変換抵抗５の抵抗値とで決まる所定の時定数をもって減少する。その結果、変換抵抗５の両端子間の電圧降下は、この時定数で決まる所定の変化率で減少し、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、この所定の変化率でＬレベルからＨレベルへ向けて変化する。
【００３９】
入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０のコンデンサ１２に電荷が充電され続ける。これは、コンデンサ１２に電流が流れている状態を示し、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）がＬレベルからＨレベルの方向に変化する。そして、コンデンサ１２を流れる電流の一部は、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極の間をベース電流として流れ、トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。即ち、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０が有するトランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。
【００４０】
トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化すると、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位は、Ｈレベルからトランジスタ１１が持つコレクタ−エミッタ間飽和電圧まで降下する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、トランジスタ１８のベース−エミッタ間順方向電圧、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、トランジスタ１８、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。そして、この電流に比例した電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタ電極からコレクタ電極へ流れ、入力信号端子４に電流Ｓ２が流入される。即ち、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間、定電流回路５のトランジスタ１９から入力信号端子４へ電流Ｓ２が流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は急激に上昇し、ＬレベルからＨレベルに到達し、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も、追従してＨレベルからＬレベルに変化する。そして、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルに到達すると、電圧信号（Ｓｉｎ）は所定の変化率で変化しなくなるため、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態になり、定電流回路１５から信号入力端子４への電流Ｓ２の流入は停止する。したがって、図３に示すように信号入力端子４に電流Ｓ２が流入されることにより、電流信号（Ｓｉｎ）がＨレベルまで到達するまでの遅延時間は、点線３１から点線３０まで短縮される。
【００４１】
以上説明したように本発明の第１実施形態によれば、電流信号Ｓ１を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号Ｓ１に対して変換された電圧信号（Ｓｉｎ）の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗５の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路２を提供することができる。したがって、信号出力回路２５の出力パルス信号（Ｖｉｎ）がオンしているときに流れる電流信号Ｓ１を増加させることなく、信号遅延時間を短縮する信号伝達特性を有する信号入出力装置を提供することができる。また、ＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時でも、信号出力回路２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する信号入力回路２の出力パルス信号のパルス幅の変化が小さい信号入出力装置を提供することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明に係わる信号入力回路は、定電流回路１５の代わりに増幅回路を有していても構わない。図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３の構成を示す回路図である。図２において、図１に示した信号入力回路２と同じ構成である部分に図１と同一の記号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（電源電位）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、増幅回路１６とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１１を有する。増幅回路１６は、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００４３】
増幅回路１６は、トランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、第１の抵抗１７の他方の端子と電源電位との間に接続された第２の抵抗２１と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極（ベース電極）と、電源電位に接続された第１の電極（エミッタ電極）と、入力信号端子４に接続された第２の電極（コレクタ電極）とを有する第２のトランジスタ（ｐｎｐバイポーラトランジスタ）１９とを有する。
【００４４】
図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図２に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路（信号出力側ＥＣＵ）２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路（信号入力側ＥＣＵ）３と、信号出力側ＥＣＵ２５と信号入力側ＥＣＵ３の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。
【００４５】
次に、図２に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。まず、電流信号の印加が無い時、及び電流信号の印加が開始された時、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態であるため、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位はＨレベルである。したがって、増幅回路１６の第２の抵抗２１及び第１の抵抗１７に電流は流れない。また、トランジスタ１９のベース電極にも電流は流れず、トランジスタ１９はオフ状態であり、トランジスタ１９のコレクタ電極から信号入力端子４へ電流Ｓ２は流入されない。
【００４６】
電流信号Ｓ１の印加が停止した時、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間、トランジスタ１１はオフ状態からオン状態に変化する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、第２の抵抗２１の抵抗値、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、第２の抵抗２１、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。同時に、この電流に比例したベース電流がトランジスタ１９に流れ、トランジスタ１９はオン状態となる。そして、このベース電流により増幅された電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタからコレクタ電極へ流れ、電流Ｓ２は信号入力端子４に流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。
【００４７】
以上説明したように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に効果が得られると同時に、第１実施形態がＩＣ化した場合に好適（コスト低減）であるのに対し、第２実施形態はディスクリート部品で構成した場合に好適である。また、トランジスタ１１に流れる電流に比例したベース電流をトランジスタ１９が増幅することにより、より電流量の大きい電流Ｓ２を信号入力端子４に流入することができる。
【００４８】
なお、本発明の第１実施形態及び第２実施形態において、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５に流入し、信号入力回路（２、３）から流出する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。「第１の電位」をＧＮＤ、「第２の電位」を電源電位（Ｖｃｃ）とし、総てのバイポーラトランジスタ（１１、１８、１９、２６）のトランジスタタイプを逆にすることで、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５から流出し、信号入力回路（２、３）に流入する。
【００４９】
また、第１のスイッチング素子１１、第２のスイッチング素子２６、第１のトランジスタ１８、第２のトランジスタ１９は、それぞれＭＯＳ形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であってもよい。この場合、「第１の電極」はソース電極であり、「第２の電極」はドレイン電極であり、「制御電極」はゲート電極となる。また、第２のスイッチング素子２６は、オープンドレイン型のＭＯＳＦＥＴとなる。
【００５０】
さらに、微分回路１０は、トランジスタ１１のベース電極とコンデンサ１２との間に接続されたワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。トランジスタ１１がオン状態である期間を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。
【００５１】
さらに、図１に示した信号入出力装置は、信号入力回路２が集積回路として形成された第１の半導体チップと、信号出力回路２５が集積回路として形成された第２の半導体チップとから構成されていることが望ましい。また、図２に示した信号入出力装置は、信号入力回路３及び信号出力回路２５を構成する各電気素子を個別の半導体素子として作成し、各半導体素子を図２に示した配線パターンが予め形成されたプリント配線基板などの実装基板に載置して形成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図３】図１及び図２に示した信号入出力装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
２、３ 信号入力回路
４ 信号入力端子
５ 変換抵抗
１０ 微分回路
１１ 第１のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
１２ コンデンサ
１３ 第３の抵抗
１５ 定電流回路
１６ 増幅回路
１７ 第１の抵抗
１８ 第１のトランジスタ
１９ 第２のトランジスタ
２０ インバータ回路
２１ 第２の抵抗
２５ 信号出力回路
２６ 第２のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
３０ 信号線（ワイヤハーネス）
Ｓ１ 電流信号
【発明の属する技術分野】
本発明は信号入力回路及びこの信号入力回路を有する信号入出力装置に関わり、特に、入力される電流信号を素早く電圧信号に変換する信号入力回路、及びＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の受け渡しを正確に電流信号によって行う信号入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、複数の電子コントロールユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）が組み込まれている。これらのＥＣＵは、互いにパルス信号の受け渡しを行っている。このパルス信号の受け渡しを電圧信号で行った場合、ＥＣＵ間の接地電位（ＧＮＤ）レベルの違いにより、信号レベルの誤判定が生じてしまう惧れがある。この誤判定を防止するため、信号の受け渡しを電流信号で行う方法を用いている。代表例として、信号出力側ＥＣＵはオープンコレクタ型のトランジスタを有し、信号入力側ＥＣＵはプルアップ抵抗を有する形式が挙げられる。
【０００３】
信号出力側ＥＣＵが有するトランジスタは、信号出力側ＥＣＵの信号出力端子に接続されたコレクタ電極と、信号出力側ＥＣＵのＧＮＤに接続されたエミッタ電極と、パルス信号が入力されるベース電極とを有するｎｐｎトランジスタである。パルス信号がＨ（ハイ）レベルの時、トランジスタがオンして、信号出力端子から電流信号が流入する。パルス信号がＬ（ロー）レベルの時、トランジスタがオフして、電流信号が流入しない。信号出力端子は、ワイヤハーネス（信号線）を介して信号入力側ＥＣＵの信号入力端子に接続されている。
【０００４】
一方、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗は、信号入力端子と信号入力側ＥＣＵの電源電位（Ｖｃｃ）との間に接続されている。信号入力端子から電流信号が流出するとき、電流信号はプルアップ抵抗を流れる。プルアップ抵抗に電流信号が流れることで、信号入力側ＥＣＵの入力信号端子の電位は、電源電位レベルからＧＮＤレベルへ降下する。また、信号入力端子から電流信号が流出しないとき、プルアップ抵抗に電流信号が流れず、入力信号端子の電圧は電源電位レベルである。
【０００５】
このように、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号がＨレベルの時、信号入力側ＥＣＵの信号入力端子の電位はＧＮＤレベルとなり、パルス信号がＬレベルの時、信号入力端子の電位は電源電位レベルとなる。つまり、ＧＮＤレベルをＬレベル、電源電位レベルをＨレベルと仮定すると、電流信号を信号入力端子の電圧信号に反転変換することができることになる。信号入力側ＥＣＵは信号入力端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することで、信号出力側に入力されるパルス信号と同じパルス信号がインバータ回路から出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオフ状態からオン状態に変化したとき、トランジスタの電流シンク能力が十分であれば、信号入力側ＥＣＵのプルアップ抵抗の抵抗値の大きさに係わらず、素早く電流信号の印加（流入・流出）が開始される。したがって、電流信号は素早くプルアップ抵抗を流れるため、パルス信号に遅れることなく、信号入力端子の電位はＨレベルからＬレベルに変位する。
【０００７】
これに対して、信号出力側ＥＣＵのトランジスタがオン状態からオフ状態に変化したとき、電流信号の印加はパルス信号に遅れることなく停止する。しかし、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、プルアップ抵抗の抵抗値と、ワイヤハーネスが有する線間容量等とで決まる時定数を持って減少する。つまり、プルアップ抵抗を流れる電流信号は、流れ始めの時のように素早く停止しない。この結果、信号入力端子の電位はＬレベルからこの時定数を持ってＨレベルに変化するため、インバータ回路を介して出力されるパルス信号は、信号出力側ＥＣＵに入力されるパルス信号に対して遅延してＨレベルからＬレベルに変化する。
【０００８】
このように、複数のＥＣＵ間の電流信号を介したパルス信号伝達において、出力パルス信号は入力パルス信号に対して、片方のエッジ（立ち下がり）のみ信号遅延が生じることになり、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化してしまう。ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時に、誤判定が生じる惧れがある。
【０００９】
また、この信号遅延を小さくするために、プルアップ抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくした場合、プルアップ抵抗に流れる電流量が増加し、信号入力側ＥＣＵの消費電流の増大に繋がる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的には、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、入力された電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路であって、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する信号入力回路であることである。
【００１５】
ここで、変換抵抗が接続された第１の電位は、電流信号の印加が有る時に、変換抵抗に電流信号を流すための電位である。即ち、電流信号の印加が無い時、変換抵抗に電流は流れないので、入力信号端子の電位は「第１の電位」となる。一方、電流信号の印加が有る時、変換抵抗に電流信号が流れて電圧降下が生じるため、入力信号端子の電位は第１の電位とは異なる電位（以後、「第２の電位」という）となる。このようにして、電流信号の印加の有無を入力信号端子の電圧信号に変換することができる。具体的に、信号入力回路が接地電位と電源電位の１電源系の回路であり「第１の電位」が電源電位であれば、「第２の電位」は接地電位である。逆に、「第１の電位」が接地電位であれば、「第２の電位」は電源電位である。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の変換抵抗への印加が有る状態から無い状態に変化した後の意であり、この時、入力信号端子の電圧信号は「第２の電位」から「第１の電位」に向けて変化する。
【００１６】
本発明の第１の特徴によれば、電流信号の印加が停止した後、変換抵抗に流れる電流信号は所定の時定数を持って減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号は、所定の変化率で第２の電位から第１の電位へ向けて変化する。この所定の時定数は、変換抵抗の抵抗値と、信号入力回路の前段に位置する信号出力回路とを接続する信号線が有する線間容量等とで決定される。しかし、この所定の変化率で入力信号端子の電圧信号が変化している期間の少なくとも一部分において、微分回路の第１のスイッチング素子がオン状態になり、第１のスイッチング素子がオン状態である期間に、定電流回路が入力信号端子に対して所定の電流を印加することで、信号線の線間容量等を素早く充電することができる。したがって、入力信号端子の電圧信号は、急速に第２の電位から第１の電位に変化する。このように、電流信号を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号に対して出力する電圧信号の片方のエッジ（立ち下がり）に生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号に対する出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００１７】
本発明の第１の特徴において、微分回路はワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。微分回路が有する第１のスイッチング素子がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。また、オン期間は、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している総ての期間であることが望ましい。ワンショットマルチバイブレータが不要となり、信号入力回路を小型化することができる。
【００１８】
また、微分回路が有する第１のスイッチング素子は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間を流れる電流を制御する制御電極とを有し、微分回路は、入力信号端子と第１のスイッチング素子の制御電極との間に接続されたコンデンサをさらに有することが望ましい。なお、前述のワンショットマルチバイブレータは、第１のスイッチング素子の制御電極とコンデンサとの間に接続すればよい。
【００１９】
また、定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタと、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極とを有する第２のトランジスタとを有することが望ましい。定電流回路は、第１のスイッチング素子が有する第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子と第１の電位との間に接続された第２の抵抗と、第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極と、第１の電位に接続された第１の電極と、入力信号端子に接続された第２の電極とを有する第２のトランジスタとを有する増幅回路であってもよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、電流信号の受け渡しを行う信号入出力装置であって、電流信号を出力する信号出力回路と、電流信号が入力され、電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路と、信号出力回路と信号入力回路の間を接続する信号線とを有することである。また、信号入力回路は、信号線に接続され、電流信号が入力される入力信号端子と、第１の電位と入力信号端子との間に接続され、電流信号の印加が有る時に電流信号が流れることで、電流信号を入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電圧信号が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、第１のスイッチング素子がオン状態である期間、入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する。
【００２１】
本発明の第２の特徴によれば、信号入力回路に入力される電流信号に対して変換された電圧信号の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、信号出力回路の入力パルス信号に対する信号入力回路の出力パルス信号のパルス幅が変化が減少する。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、信号出力回路は、第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、信号線に接続された第２の電極と、第１の電極と第２の電極間を流れる電流を制御する制御電極とを有する第２のスイッチング素子を有することが望ましく、信号入力回路は、入力信号端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有することが望ましい。第２のスイッチング素子の制御電極に入力される入力パルス信号に対して、インバータ回路から出力される出力パルス信号のパルス幅の変化が減少する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路を提供することができる。
【００２４】
また本発明によれば、入力される電流信号と変換される電圧信号との間でパルス幅の変化が小さい信号入力回路を提供することができる。
【００２５】
さらに本発明によれば、電流信号の印加が停止した後、信号入力端子の電圧信号が所定の変化率で変化している間、信号入力端子に対して所定の電流を印加する信号入力回路を提供することができる。
【００２６】
さらに本発明によれば、パルス幅の変化が小さい電流信号を介したパルス信号伝達が可能な信号入出力装置を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路の構成を示す回路図である。本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路２は、図１に示すように、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する信号入力回路２である。また、信号入力回路２は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（Ｖｃｃ）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、定電流回路１５とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子１１を有する。定電流回路１５は、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００２８】
ここで、変換抵抗５が接続された第１の電位（Ｖｃｃ）は、電流信号Ｓ１の印加が有る時に、変換抵抗４に電流信号Ｓ１を流すための電位である。つまり、電流信号Ｓ１の印加が有る時は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は第１の電位（Ｖｃｃ）とは異なる第２の電位となり、電流信号Ｓ１の印加が無い時は、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は、第１の電位となる。ここでは、信号入力回路２は、接地電位（ＧＮＤ）と電源電位（Ｖｃｃ）の１電源系の回路であり、第１の電位は電源電位であり、第２の電位はＧＮＤである。また、「電流信号の印加が停止した後」とは、電流信号の印加が有る状態から無い状態に変化した後の意である。さらにここでは、微分回路１０の第１のスイッチング素子１１がオン状態である期間（以後、「オン期間」という）は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号が所定の変化率で変化している総ての期間である場合について説明する。
【００２９】
微分回路１０が有する第１のスイッチング素子１１は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、第２の電極（コレクタ電極）と、エミッタ電極とコレクタ電極の間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有するｎｐｎバイポーラトランジスタである。微分回路１０は、入力信号端子４とバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続されたコンデンサ１２と、ＧＮＤとバイポーラトランジスタ１１のベース電極との間に接続された第３の抵抗１３とをさらに有する。
【００３０】
定電流回路１５は、バイポーラトランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、電源電位に接続された第１の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタ１８と、第１のトランジスタ１８とカレントミラー型に構成された第２のトランジスタ１９とを有する。即ち、第２のトランジスタ１９は、電源電位（Ｖｃｃ）に接続された第１の電極と、入力信号端子４に接続された第２の電極と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極とを有する。ここで、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９は、共にｐｎｐバイポーラトランジスタである。また、第１のトランジスタ１８及び第２のトランジスタ１９において、第１の電極はエミッタ電極であり、第２の電極はコレクタ電極であり、制御電極はベース電極である。
【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図１に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路２と、信号出力回路２５と信号入力回路２の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。ここでは、信号入力回路を信号入力側ＥＣＵ２とし、信号出力回路を信号出力側ＥＣＵ２５とする。
【００３２】
信号出力側ＥＣＵ２５は、ＧＮＤに接続された第１の電極（エミッタ電極）と、ワイヤハーネス３０に接続された第２の電極（コレクタ電極）と、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、エミッタ電極とコレクタ電極間を流れる電流を制御する制御電極（ベース電極）とを有する第２のスイッチング素子２６を有する。第２のスイッチング素子２６は、ｎｐｎバイポーラトランジスタである。即ち、信号出力側ＥＣＵ２５は、オープンコレクタ型のｎｐｎバイポーラトランジスタ２６から構成されている。信号入力側ＥＣＵ２は、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が入力され、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力するインバータ回路２０をさらに有する。
【００３３】
図１に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。図３は本発明の第１実施形態に係わる信号入出力装置の動作を説明する図である。図３において、「Ｖｉｎ」はトランジスタ２６のベース電極に入力される入力パルス信号、「Ｓ１」は電流信号、「Ｓｉｎ」は入力信号端子４の電圧信号、「Ｖ１」はトランジスタ１１のベース電極の電位、「Ｓ２」はトランジスタ１９のコレクタ電極から入力信号端子４に流入する電流をそれぞれ示す。
【００３４】
（１）電流信号Ｓ１の印加が無い時
まず、信号出力側ＥＣＵ２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＧＮＤレベル（以後、「Ｌレベル」という）である時、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ２６はオフ状態である。したがって、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入せず、信号入力側ＥＣＵ２から流出しない。電流信号Ｓ１が変換抵抗５に流れないため、変換抵抗５の両端子間に電圧降下が生じない。したがって、変換抵抗５が接続された入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、電源電位レベル（以後、「Ｈレベル」という）である。インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）はＬレベルである。このように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルの時、電流信号Ｓ１の印加は無く、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）はＨレベルである。
【００３５】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルであるため、微分回路１０のコンデンサ１２は充電されているが、コンデンサ１２に電流は流れていない。トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）はＬレベルであり、トランジスタ１１のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態である。トランジスタ１１のエミッタ−コレクタ間の抵抗は無限大となり、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルになる。したがって、トランジスタ１１のコレクタ電極に接続された定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態である。また、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３６】
（２）電流信号Ｓ１の印加が開始された時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＬレベルからＨレベルへ変化すると、トランジスタ２６のベース電極からエミッタ電極へベース電流は流れ始め、トランジスタ２６はオフ状態からオン状態に変化する。そして、電流信号Ｓ１は、信号出力側ＥＣＵ２５に流入し始め、信号入力側ＥＣＵ２から流出し始める。つまり、電流信号Ｓ１の印加が開始される。ここで、トランジスタ２６の電流シンク能力が十分であるとすると、変換抵抗５の抵抗値の大きさに係わらず、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりとほぼ同時に、電流信号Ｓ１の印加が開始される。即ち、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち上がりのずれはほとんどない。したがって、変換抵抗５の両端子間に発生する電圧降下も、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく生じるため、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなく追従してＨレベルからＬレベルへ変化する。そして、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち上がりに遅れることなくＬレベルからＨレベルへ変化する。
【００３７】
また、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルからＬレベルに変化すると、コンデンサ１２に充電されている電荷が放電され、図３に示すように、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）は、一時的にＧＮＤレベルよりも低い電位レベルになる。したがって、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極に逆方向の電圧が印加されるためベース電流は流れず、トランジスタ１１はオフ状態のままである。コンデンサ１２に充電されている電荷は、第３の抵抗１３を介してＧＮＤに放電される。また、トランジスタ１１のコレクタ電極はＨレベルのままであるため、定電流回路１５の第１の抵抗１７に電流は流れず、トランジスタ１８及びトランジスタ１９はオフ状態のままであり、定電流回路１５から入力信号端子４へ電流（Ｓ２）は流入されない。
【００３８】
（３）電流信号Ｓ１の印加が停止した時
次に、入力パルス信号（Ｖｉｎ）がＨレベルからＬレベルへ変化すると、トランジスタ２６はオン状態からオフ状態に変化する。そして、信号出力側ＥＣＵ２５への電流信号Ｓ１の流入、信号入力側ＥＣＵ２からの電流信号Ｓ１の流出が停止する。つまり、電流信号Ｓ１の印加が停止する。入力パルス信号（Ｖｉｎ）の立ち下がりとほぼ同時にトランジスタ２６はオフ状態となるため、図３に示すように、入力パルス信号（Ｖｉｎ）と電流信号Ｓ１との間で、立ち下がりのずれはほとんどない。しかし、ワイヤハーネス３０が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）を充電するための電流が変換抵抗５を流れる。したがって、変換抵抗５を流れる電流信号は、線間容量（ＣＡ）および入力容量（ＣＢ）とを加算した容量値と変換抵抗５の抵抗値とで決まる所定の時定数をもって減少する。その結果、変換抵抗５の両端子間の電圧降下は、この時定数で決まる所定の変化率で減少し、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）は、この所定の変化率でＬレベルからＨレベルへ向けて変化する。
【００３９】
入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０のコンデンサ１２に電荷が充電され続ける。これは、コンデンサ１２に電流が流れている状態を示し、トランジスタ１１のベース電極の電位（Ｖ１）がＬレベルからＨレベルの方向に変化する。そして、コンデンサ１２を流れる電流の一部は、トランジスタ１１のベース電極とエミッタ電極の間をベース電流として流れ、トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。即ち、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）がＬレベルからＨレベルに向けて変化している期間、微分回路１０が有するトランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化する。
【００４０】
トランジスタ１１がオフ状態からオン状態に変化すると、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位は、Ｈレベルからトランジスタ１１が持つコレクタ−エミッタ間飽和電圧まで降下する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、トランジスタ１８のベース−エミッタ間順方向電圧、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、トランジスタ１８、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。そして、この電流に比例した電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタ電極からコレクタ電極へ流れ、入力信号端子４に電流Ｓ２が流入される。即ち、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間、定電流回路５のトランジスタ１９から入力信号端子４へ電流Ｓ２が流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。したがって、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）は急激に上昇し、ＬレベルからＨレベルに到達し、インバータ回路２０から出力される出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）も、追従してＨレベルからＬレベルに変化する。そして、入力信号端子の電圧信号（Ｓｉｎ）がＨレベルに到達すると、電圧信号（Ｓｉｎ）は所定の変化率で変化しなくなるため、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態になり、定電流回路１５から信号入力端子４への電流Ｓ２の流入は停止する。したがって、図３に示すように信号入力端子４に電流Ｓ２が流入されることにより、電流信号（Ｓｉｎ）がＨレベルまで到達するまでの遅延時間は、点線３１から点線３０まで短縮される。
【００４１】
以上説明したように本発明の第１実施形態によれば、電流信号Ｓ１を介したパルス信号伝達において、入力される電流信号Ｓ１に対して変換された電圧信号（Ｓｉｎ）の片方のエッジに生じる信号遅延が減少し、入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）のパルス幅が変化が減少する。また、この信号遅延を小さくするために、変換抵抗５の抵抗値を小さくして時定数を小さくする必要が無くなるため、信号遅延時間を短縮し、且つ消費電流の増加を抑えた信号入力回路２を提供することができる。したがって、信号出力回路２５の出力パルス信号（Ｖｉｎ）がオンしているときに流れる電流信号Ｓ１を増加させることなく、信号遅延時間を短縮する信号伝達特性を有する信号入出力装置を提供することができる。また、ＰＷＭ信号などのパルス幅が管理されるパルス信号の伝達時でも、信号出力回路２５の入力パルス信号（Ｖｉｎ）に対する信号入力回路２の出力パルス信号のパルス幅の変化が小さい信号入出力装置を提供することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明に係わる信号入力回路は、定電流回路１５の代わりに増幅回路を有していても構わない。図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３の構成を示す回路図である。図２において、図１に示した信号入力回路２と同じ構成である部分に図１と同一の記号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。図２に示すように、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３は、電流信号Ｓ１が入力される入力信号端子４と、第１の電位（電源電位）と入力信号端子４との間に接続され、電流信号Ｓ１の印加が有る時に電流信号Ｓ１が流れることで、電流信号Ｓ１を入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）に変換する変換抵抗５と、微分回路１０と、増幅回路１６とを有する。微分回路１０は、電流信号１の印加が停止した後、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分において、オン状態となる第１のスイッチング素子（ｎｐｎバイポーラトランジスタ）１１を有する。増幅回路１６は、微分回路１０のトランジスタ１１がオン状態である期間に入力信号端子４に対して所定の電流（Ｓ２）を印加する。
【００４３】
増幅回路１６は、トランジスタ１１のコレクタ電極に一方の端子が接続された第１の抵抗１７と、第１の抵抗１７の他方の端子と電源電位との間に接続された第２の抵抗２１と、第１の抵抗１７の他方の端子に接続された制御電極（ベース電極）と、電源電位に接続された第１の電極（エミッタ電極）と、入力信号端子４に接続された第２の電極（コレクタ電極）とを有する第２のトランジスタ（ｐｎｐバイポーラトランジスタ）１９とを有する。
【００４４】
図２は、本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路３を含む信号入出力装置の回路構成も示している。図２に示すように、この信号入出力装置は、入力パルス信号（Ｖｉｎ）が入力され、電流信号Ｓ１を出力する信号出力回路（信号出力側ＥＣＵ）２５と、入力された電流信号Ｓ１を電圧信号（Ｓｉｎ）に変換して、出力パルス信号（Ｖｏｕｔ）を出力する信号入力回路（信号入力側ＥＣＵ）３と、信号出力側ＥＣＵ２５と信号入力側ＥＣＵ３の間を接続する信号線（ワイヤハーネス）３０とを有する。
【００４５】
次に、図２に示した信号入出力装置の動作を図３を参照して説明する。まず、電流信号の印加が無い時、及び電流信号の印加が開始された時、微分回路１０のトランジスタ１１はオフ状態であるため、トランジスタ１１のコレクタ電極の電位はＨレベルである。したがって、増幅回路１６の第２の抵抗２１及び第１の抵抗１７に電流は流れない。また、トランジスタ１９のベース電極にも電流は流れず、トランジスタ１９はオフ状態であり、トランジスタ１９のコレクタ電極から信号入力端子４へ電流Ｓ２は流入されない。
【００４６】
電流信号Ｓ１の印加が停止した時、入力信号端子４の電圧信号（Ｓｉｎ）が電源電位に向けて所定の変化率で変化している期間、トランジスタ１１はオフ状態からオン状態に変化する。そして、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧、第１の抵抗１７の抵抗値、第２の抵抗２１の抵抗値、及び電源電位（Ｖｃｃ）で決まる電流が、第２の抵抗２１、第１の抵抗１７、及びトランジスタ１１を流れる。同時に、この電流に比例したベース電流がトランジスタ１９に流れ、トランジスタ１９はオン状態となる。そして、このベース電流により増幅された電流Ｓ２がトランジスタ１９のエミッタからコレクタ電極へ流れ、電流Ｓ２は信号入力端子４に流入される。変換抵抗５を流れる電流信号及び電流Ｓ２が入力信号端子４に流入されることにより、ワイヤハーネス３が有する線間容量（ＣＡ）及びインバータ回路２０が有する入力容量（ＣＢ）が急速に充電され、変換抵抗５を流れる電流信号が急速に減少する。
【００４７】
以上説明したように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に効果が得られると同時に、第１実施形態がＩＣ化した場合に好適（コスト低減）であるのに対し、第２実施形態はディスクリート部品で構成した場合に好適である。また、トランジスタ１１に流れる電流に比例したベース電流をトランジスタ１９が増幅することにより、より電流量の大きい電流Ｓ２を信号入力端子４に流入することができる。
【００４８】
なお、本発明の第１実施形態及び第２実施形態において、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５に流入し、信号入力回路（２、３）から流出する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。「第１の電位」をＧＮＤ、「第２の電位」を電源電位（Ｖｃｃ）とし、総てのバイポーラトランジスタ（１１、１８、１９、２６）のトランジスタタイプを逆にすることで、電流信号Ｓ１は、信号出力回路２５から流出し、信号入力回路（２、３）に流入する。
【００４９】
また、第１のスイッチング素子１１、第２のスイッチング素子２６、第１のトランジスタ１８、第２のトランジスタ１９は、それぞれＭＯＳ形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であってもよい。この場合、「第１の電極」はソース電極であり、「第２の電極」はドレイン電極であり、「制御電極」はゲート電極となる。また、第２のスイッチング素子２６は、オープンドレイン型のＭＯＳＦＥＴとなる。
【００５０】
さらに、微分回路１０は、トランジスタ１１のベース電極とコンデンサ１２との間に接続されたワンショットマルチバイブレータを更に有していてもよい。トランジスタ１１がオン状態である期間を、電流信号の印加が停止した後、入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している期間の一部分のみにすることができる。
【００５１】
さらに、図１に示した信号入出力装置は、信号入力回路２が集積回路として形成された第１の半導体チップと、信号出力回路２５が集積回路として形成された第２の半導体チップとから構成されていることが望ましい。また、図２に示した信号入出力装置は、信号入力回路３及び信号出力回路２５を構成する各電気素子を個別の半導体素子として作成し、各半導体素子を図２に示した配線パターンが予め形成されたプリント配線基板などの実装基板に載置して形成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる信号入力回路（信号入出力装置）の構成を示す回路図である。
【図３】図１及び図２に示した信号入出力装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
２、３ 信号入力回路
４ 信号入力端子
５ 変換抵抗
１０ 微分回路
１１ 第１のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
１２ コンデンサ
１３ 第３の抵抗
１５ 定電流回路
１６ 増幅回路
１７ 第１の抵抗
１８ 第１のトランジスタ
１９ 第２のトランジスタ
２０ インバータ回路
２１ 第２の抵抗
２５ 信号出力回路
２６ 第２のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ）
３０ 信号線（ワイヤハーネス）
Ｓ１ 電流信号
Claims (7)
- 入力された電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路において、
前記電流信号が入力される入力信号端子と、
第１の電位と前記入力信号端子との間に接続され、前記電流信号の印加が有る時に当該電流信号が流れることで、当該電流信号を前記入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、
前記電流信号の印加が停止した後、前記入力信号端子の電圧信号が前記第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、
前記第１のスイッチング素子がオン状態である期間、前記入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路と
を有することを特徴とする信号入力回路。 - 前記微分回路が有する前記第１のスイッチング素子がオン状態である期間は、前記電流信号の印加が停止した後、前記入力信号端子の電位が所定の変化率で変化している総ての期間であることを特徴とする請求項１記載の信号入力回路。
- 前記微分回路が有する前記第１のスイッチング素子は、前記第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、第２の電極と、当該第１の電極と当該第２の電極の間を流れる電流を制御する制御電極とを有し、前記微分回路は、前記入力信号端子と前記第１のスイッチング素子の制御電極との間に接続されたコンデンサをさらに有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の信号入力回路。 - 前記定電流回路は、
前記第１のスイッチング素子が有する前記第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、
前記第１の電位に接続された第１の電極と、前記第１の抵抗の他方の端子に接続された第２の電極及び制御電極とを有する第１のトランジスタと、
前記第１の電位に接続された第１の電極と、前記入力信号端子に接続された第２の電極と、前記第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極とを有する第２のトランジスタと
を有することを特徴とする請求項３記載の信号入力回路。 - 前記定電流回路は、
前記第１のスイッチング素子が有する前記第２の電極に一方の端子が接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗の他方の端子と前記第１の電位との間に接続された第２の抵抗と、
前記第１の抵抗の他方の端子に接続された制御電極と、前記第１の電位に接続された第１の電極と、前記入力信号端子に接続された第２の電極とを有する第２のトランジスタと
を有する増幅回路であることを特徴とする請求項３記載の信号入力回路。 - 電流信号の受け渡しを行う信号入出力装置において、
電流信号を出力する信号出力回路と、
前記電流信号が入力され、当該電流信号を電圧信号に変換する信号入力回路と、
前記信号出力回路と前記信号入力回路の間を接続する信号線とを有し、
前記信号入力回路は、
前記信号線に接続され、前記電流信号が入力される入力信号端子と、
第１の電位と前記入力信号端子との間に接続され、前記電流信号の印加が有る時に当該電流信号が流れることで、当該電流信号を前記入力信号端子の電圧信号に変換する変換抵抗と、
前記電流信号の印加が停止した後、前記入力信号端子の電圧信号が前記第１の電位に向けて所定の変化率で変化している期間の少なくとも一部分においてオン状態となる第１のスイッチング素子を有する微分回路と、
前記第１のスイッチング素子がオン状態である期間、前記入力信号端子に対して所定の電流を印加する定電流回路とを有する
ことを特徴とする信号入出力装置。 - 前記信号出力回路は、前記第１の電位とは異なる第２の電位に接続された第１の電極と、前記信号線に接続された第２の電極と、第１の電極と第２の電極間を流れる電流を制御する制御電極とを有する第２のスイッチング素子を有し、
前記信号入力回路は、前記入力信号端子の電圧が入力されるインバータ回路をさらに有する
ことを特徴とする請求項６記載の信号入出力装置。
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