JP7010205B2 - ２線式伝送器 - Google Patents

Description

本開示は、２線式伝送器に関する。

従来、センサから取得した電気信号に基づいて、外部回路へ所定の電流信号を出力する２線式伝送器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－９９０８８号公報

特許文献１に開示されている２線式伝送器は、シャントレギュレータ回路を備える。シャントレギュレータ回路は、外部回路へ出力する電流信号の変化に応じて、２線式伝送器に印加する回路電圧を制御する。回路電圧を安定に制御することが求められる。

本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、動作の安定性を高めることができる２線式伝送器を提供することを目的とする。

幾つかの実施形態に係る２線式伝送器は、外部回路と２本の伝送線を介して接続され、前記外部回路を電源としつつ前記外部回路に電流信号を出力する２線式伝送器であって、測定データに基づく電気信号を出力するセンサに接続され、前記測定データに基づく第１信号を出力する測定データ処理回路と、前記第１信号に基づいて前記電流信号を決定して前記外部回路に出力する電流出力回路と、前記第１信号に基づいて前記電流出力回路に接続される電源線と接地線との間に印加する回路電圧を決定するシャントレギュレータ回路とを備える。前記第１信号は、前記測定データ処理回路から、前記電流出力回路及び前記シャントレギュレータ回路のそれぞれに直接入力される。このように、電流出力回路とシャントレギュレータ回路とが両方とも第１信号に基づいて動作することで、各回路に信号が入力されるタイミングのずれが少なくなる。その結果、動作の安定性が高まる。

一実施形態に係る２線式伝送器において、前記電流出力回路が前記第１信号に基づいて前記電流信号として流れる電流を小さくするほど、前記シャントレギュレータ回路が前記第１信号に基づいて前記回路電圧を大きくしてよい。このようにすることで、２線式伝送器に供給される電力が確保される。その結果、動作の安定性が高まる。

一実施形態に係る２線式伝送器において、前記測定データ処理回路は、前記電気信号を処理し、制御信号を出力する信号処理回路と、前記制御信号に基づいて前記第１信号を出力する第１信号生成回路とを含んでよい。このようにすることで、電流出力回路が測定データに基づく電流信号を出力できる。その結果、動作の安定性が高まる。

一実施形態に係る２線式伝送器において、前記制御信号は、ＰＷＭによって制御されるＰＷＭ信号を含み、前記第１信号生成回路は、ＬＰＦを含み、前記ＰＷＭ信号を前記第１信号に変換して出力してよい。このようにすることで、電流出力回路が測定データに基づく電流信号を出力できる。その結果、動作の安定性が高まる。

一実施形態に係る２線式伝送器において、前記制御信号は、デジタル信号を含み、前記第１信号生成回路は、ＤＡコンバータを含み、前記デジタル信号をアナログ信号に変換して前記第１信号として出力してよい。このようにすることで、部品点数が削減される。その結果、部品実装面積の削減、又は、低コスト化が実現されるとともに、動作の安定性が高まる。

一実施形態に係る２線式伝送器において、前記測定データ処理回路は、異常状態検出回路を含んでよい。このようにすることで、信号処理回路が異常になった場合に、信号出力回路が出力する電流信号を異常状態に応じてバーンアウトさせることができる。

本開示によれば、動作の安定性を高めることができる２線式伝送器が提供される。

比較例に係る２線式伝送器を示す回路図である。 一実施形態に係る２線式伝送器の構成例を示すブロック図である。 測定データ処理回路の構成例を示す回路図である。 電流出力回路の構成例を示す回路図である。 シャントレギュレータ回路の構成例を示す回路図である。 他の実施形態に係る２線式伝送器の構成例を示す回路図である。 ＤＡコンバータを備える２線式伝送器の構成例を示す回路図である。 異常状態検出回路を備える２線式伝送器の構成例を示す回路図である。

図１に示されるように、比較例に係る２線式伝送器９００は、２本の伝送線Ｌ１及びＬ２を介して外部回路１０に接続されている。２線式伝送器９００は、外部回路１０が供給する電力によって動作する。つまり、２線式伝送器９００は、外部回路１０を電源として動作する。外部回路１０は、電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とを有する。電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とは、伝送線Ｌ１及びＬ２に対して直列に接続されている。２線式伝送器９００は、ダイオードＤ１を介して伝送線Ｌ１からＩｏｕｔで表される電流を引き込み、抵抗Ｒ３を介して伝送線Ｌ２にＩｏｕｔで表される電流を流すことによって、外部回路１０に電流信号Ｉｏｕｔを出力する。

比較例に係る２線式伝送器９００は、センサ５０に接続されている。２線式伝送器９００は、センサ５０から測定データを取得する。センサ５０は、２線式伝送器９００からの電力で動作する。センサ５０は、圧力又は温度等の物理量を測定し、測定信号Ｓ１に変換し、２線式伝送器９００に出力する。

比較例に係る２線式伝送器９００は、測定データ処理回路１０２と、電流出力回路１０６と、シャントレギュレータ回路１０８とを備える。

測定データ処理回路１０２は、信号処理回路１０４を備える。信号処理回路１０４は、センサ５０から測定信号Ｓ１を取得し、測定信号Ｓ１に対して直線性補正等の所定の処理を実行する。信号処理回路１０４は、所定の処理を実行した測定信号Ｓ１をパルス幅変調方式で変調し、変調した信号を、切替え制御信号としてスイッチＳＷ１に出力する。パルス幅変調方式で変調した信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号とも称される。スイッチＳＷ１に出力されるＰＷＭ信号は、電流信号用ＰＷＭ信号と称される。スイッチＳＷ１は、２つの固定接点と１つの可動接点とを有する。スイッチＳＷ１は、一方の固定接点において、ＶＲ１で表される電圧を出力する第１基準電圧源ＰＲ１に接続されている。スイッチＳＷ１は、他方の固定接点において、ＶＲ２で表される電圧を出力する第２基準電圧源ＰＲ２に接続されている。スイッチＳＷ１は、可動接点において、信号線Ｌ３に接続されている。スイッチＳＷ１の可動接点の接続先は、入力される電流信号用ＰＷＭ信号の電圧レベルの変化に応じて、２つの固定接点の間で切り替わる。これによって、測定データ処理回路１０２は、ＶＲ１とＶＲ２との間で電圧が変化する信号を、信号Ｓ２として信号線Ｌ３に出力する。

電流出力回路１０６は、信号線Ｌ３を介して入力される信号Ｓ２に基づいて、外部回路１０に出力する電流信号の値を決定する。電流信号Ｉｏｕｔは、４ｍＡから２０ｍＡまでの電流によって表される。電流出力回路１０６は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）３と、バッファ増幅器Ｑ１と、誤差増幅器Ｑ２と、トランジスタＱ３及びＱ４とを備える。トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタに対して並列に抵抗Ｒ８が接続されている。２線式伝送器９００は、外部回路１０から抵抗Ｒ８を介して供給される電力によって起動できる。ＬＰＦ３は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ１とを有し、信号Ｓ２を平滑化する。バッファ増幅器Ｑ１は、平滑化された信号Ｓ２をバッファリングし、信号Ｖａ’として出力する。伝送線Ｌ２の電圧は、Ｖｂで表されるとする。誤差増幅器Ｑ２は、信号Ｖａ’と電圧Ｖｂとの電位差を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧と、第１基準電圧源ＰＲ１が出力する電圧ＶＲ１を抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とで分圧した電圧との誤差を検出し、それらの電圧が一致するように、トランジスタＱ３及びＱ４に流れる電流を制御する。トランジスタＱ４が外部回路１０から引き込む電流は、センサ５０が出力した測定信号Ｓ１に応じた電流信号Ｉｏｕｔとなる。通常、電流信号Ｉｏｕｔは、センサ５０の測定結果が設定スパンに対して０％であるときに４ｍＡとなり、１００％であるときに２０ｍＡとなるように決定される。センサ５０が出力する測定信号Ｓ１が小さいほど、電流信号Ｉｏｕｔが小さくなる。

測定データ処理回路１０２は、基準電圧出力部１１０をさらに備える。信号処理回路１０４は、基準電圧出力部１１０に、センサ５０から取得した測定信号Ｓ１に応じた電気信号を出力する。

比較例に係る２線式伝送器９００は、基準電圧処理回路１１２をさらに備える。基準電圧出力部１１０は、基準電圧処理回路１１２に、信号処理回路１０４から入力される電気信号に応じて、基準電圧を出力する。基準電圧出力部１１０は、基準電圧を表す基準電圧用信号としてＰＷＭ信号を採用する。基準電圧を表すＰＷＭ信号は、基準電圧用ＰＷＭ信号と称される。基準電圧出力部１１０は、信号処理回路１０４から入力される電気信号が小さいほど、つまり、センサ５０から出力される測定信号Ｓ１が小さいほど、高いデューティ比を有する基準電圧用ＰＷＭ信号を出力する。基準電圧出力部１１０は、信号処理回路１０４から入力される電気信号が大きいほど、つまり、センサ５０から出力される測定信号Ｓ１が大きいほど、低いデューティ比を有する基準電圧用ＰＷＭ信号を出力する。ここで、センサ５０から出力される測定信号Ｓ１が小さい場合、電流信号Ｉｏｕｔは例えば４ｍＡ等の小さい値となっている。

基準電圧処理回路１１２は、ＬＰＦ４と誤差増幅器Ｑ５と抵抗Ｒ１０及びＲ１１とを備える。ＬＰＦ４は、抵抗Ｒ９と容量Ｃ２とを有する。基準電圧処理回路１１２は、ＬＰＦ４によって基準電圧用ＰＷＭ信号を平滑化し、誤差増幅器Ｑ５と抵抗Ｒ１０及びＲ１１とによって負帰還増幅を行い、その出力Ｖｒｅｆをシャントレギュレータ回路１０８に出力する。

シャントレギュレータ回路１０８は、誤差増幅器Ｑ６とトランジスタＱ７と抵抗Ｒ１３及びＲ１４とを備える。誤差増幅器Ｑ６は、誤差増幅器Ｑ５の出力Ｖｒｅｆと、回路に印加されている回路電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４とで分圧した電圧との誤差を検出し、それらが一致するようにトランジスタＱ７とともに回路電圧Ｖ１を制御する。トランジスタＱ７のドレイン電流は、Ｉ_Dと表されている。回路電圧Ｖ１は、接地線と電源線との間に印加されている電圧に対応する。接地線は、ＣＯＭとして表されている接地点に接続されている配線である。接地線の電圧は、接地電圧又はＣＯＭ電圧ともいう。電源線は、伝送線Ｌ１にダイオードＤ１とトランジスタＱ４又は抵抗Ｒ８を介して接続されている配線である。

上記動作によって、電流信号Ｉｏｕｔが小さいことによって２線式伝送器９００に外部回路１０から流れ込む電流が小さい場合に、回路電圧Ｖ１が高くなる。このようにすることで２線式伝送器９００の内部で消費可能な電力が増える。回路電圧Ｖ１を入力電圧としたＤＣ－ＤＣコンバータが使用される場合、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力側（２次側）で使用可能な電流が増やされる。

比較例に係る２線式伝送器９００は、コンパレータ回路１１３をさらに備える。コンパレータ回路１１３は、比較器Ｑ８を備える。比較器Ｑ８の反転入力端子に、基準電圧用ＰＷＭ信号をＬＰＦ４で平滑化した電圧が入力される。比較器Ｑ８の非反転入力端子に、回路電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４とで分圧した電圧が入力される。比較器Ｑ８は、これらの電圧を比較し、非反転入力端子に入力される電圧が低下した場合、つまり、回路電圧Ｖ１が低下した場合、信号処理回路１０４に対して出力する電圧の反転によって、信号処理回路１０４に異常を知らせる。信号処理回路１０４は、比較器Ｑ８から入力される電圧の反転を検出した場合、測定信号Ｓ１の現在値を保存する等の処理を実行する。

以上説明してきたように、比較例に係る２線式伝送器９００において、基準電圧出力部１１０は、センサ５０から入力される測定信号Ｓ１が小さいほど、高いデューティ比を有する基準電圧用ＰＷＭ信号を出力する。このようにすることで、センサ５０から入力される測定信号Ｓ１が小さいほど、シャントレギュレータ回路１０８が制御する回路電圧Ｖ１は高くなる。つまり、外部回路１０から供給される電流に対応する電流信号Ｉｏｕｔが小さい場合に、回路電圧Ｖ１が高くされる。その結果、２線式伝送器９００の回路内で消費可能な電力が増える。

比較例に係る２線式伝送器９００において、電流出力回路１０６に信号を出力するＬＰＦ３の過渡応答特性と、シャントレギュレータ回路１０８に信号を出力するＬＰＦ４の過渡応答特性とは、互いに異なることがある。ＬＰＦ３及びＬＰＦ４の過渡応答特性が互いに異なる場合、電流出力回路１０６又はシャントレギュレータ回路１０８が想定と異なる動作をする可能性がある。

例えば、ＬＰＦ４の過渡応答よりもＬＰＦ３の過渡応答が速い場合、電流出力回路１０６による電流信号の変化は、シャントレギュレータ回路１０８による回路電圧Ｖ１の変化より速くなる。

電流出力回路１０６が電流信号を大きくする場合、電流信号が大きくなることによって、抵抗Ｒ１及びＲ３での電圧降下が大きくなる。抵抗の電圧降下が大きくなることによって、トランジスタＱ４のエミッタ電圧が小さくなる。一方で、ＬＰＦ４の過渡応答がＬＰＦ３の過渡応答よりも遅いことによって、回路電圧Ｖ１が高いままに制御されている。回路電圧Ｖ１が高いままであることによって、トランジスタＱ４のコレクタ－エミッタ間の電圧が小さくなる。コレクタ－エミッタ間の電圧が小さくなることによって、トランジスタＱ４は飽和する。トランジスタＱ４が飽和している場合、トランジスタＱ４のコレクタ電流が増えにくい。電流出力回路１０６がトランジスタＱ４のコレクタ電流を増やすことによって電流信号を大きくする場合、誤差増幅器Ｑ２の出力電圧を大きくし、トランジスタＱ３のコレクタ電流を増やし、トランジスタＱ４のベース電流を増やそうとする。しかし、誤差増幅器Ｑ２の出力電圧の上限によって、トランジスタＱ３のコレクタ電流を十分に増やせないことがある。その結果、測定データに基づいて出力すべき電流信号の大きさが確保できないことが起こりうる。

電流出力回路１０６が電流信号を小さくする場合、電流信号が小さくなる速さに比べて、回路電圧Ｖ１が大きくなる速さが遅い。つまり、電流信号が小さくなった場合に、回路電圧Ｖ１が小さいままとなる状態が発生しうる。この場合、２線式伝送器９００の各回路に供給される電力が減少する。その結果、２線式伝送器９００が動作停止（リセット）状態になりうる。

例えば、ＬＰＦ４の過渡応答よりもＬＰＦ３の過渡応答が遅い場合、電流出力回路１０６による電流信号の変化は、シャントレギュレータ回路１０８による回路電圧Ｖ１の変化より遅くなる。電流出力回路１０６が電流信号を大きくしようとする場合、回路電圧Ｖ１が先に小さくなってしまう状態が発生しうる。この場合、２線式伝送器９００の各回路に供給される電力が減少する。その結果、２線式伝送器９００が動作停止（リセット）状態になりうる。電流出力回路１０６が電流信号を小さくしようとする場合、回路電圧Ｖ１が先に大きくなってしまう状態が発生しうる。この場合、トランジスタＱ４が飽和しうる。その結果、トランジスタＱ４のコレクタ電流を十分に増やせず、測定データに基づいて出力すべき電流信号の大きさが確保できないことが起こりうる。

比較例に係る２線式伝送器９００は、起動時に想定と異なる動作をする可能性がある。起動時において、２線式伝送器９００に印加される回路電圧Ｖ１は、時間の経過とともに上昇していく。回路電圧Ｖ１が上昇している途中において、誤差増幅器Ｑ５が動作していない場合、誤差増幅器Ｑ５の出力は、高インピーダンスとなっている。この場合、誤差増幅器Ｑ５の出力は、抵抗Ｒ１０及びＲ１１によってＣＯＭ電圧にプルダウンされている状態となっている。この状態で、シャントレギュレータ回路１０８に含まれる誤差増幅器Ｑ６の非反転入力端子には、ＣＯＭ電圧が入力されている。誤差増幅器Ｑ６の反転入力端子の電圧は、抵抗Ｒ１４にかかる電圧だけＣＯＭ電圧よりも高いので、非反転入力端子の電圧より高くなる。この状態で、誤差増幅器Ｑ６が先に動作する場合、誤差増幅器Ｑ６は、ＣＯＭ電圧を出力する。誤差増幅器Ｑ６がＣＯＭ電圧を出力することによってトランジスタＱ７のゲートにＣＯＭ電圧が入力される。トランジスタＱ７のゲートとドレインとが同じＣＯＭ電圧となることによって、トランジスタＱ７がオン状態となる。トランジスタＱ７がオン状態となる場合、２線式伝送器９００に入力される電流は、トランジスタＱ７に流れ、他の回路に流れにくくなる。電流がトランジスタＱ７以外の回路に流れにくくなる結果として、２線式伝送器９００が起動できなくなることがある。

そこで、本開示は、２つのＬＰＦ間で過渡応答特性が異なるような、回路パラメータの誤差がある場合でも、回路が想定通りに動作可能な２線式伝送器を説明する。

（本開示の実施形態）
図２に示されるように、一実施形態に係る２線式伝送器１００は、測定データ処理回路１０２と、電流出力回路１０６と、シャントレギュレータ回路１０８とを備える。２線式伝送器１００は、コンパレータ回路１１３をさらに備えてよい。測定データ処理回路１０２は、信号処理回路１０４と、第１信号生成回路１０５とを備えてよい。

図２において、実線は、外部回路１０から電力の供給を受けるための電気配線を表している。外部回路１０は、電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とを有する。電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とは、伝送線Ｌ１及びＬ２に対して直列に接続されている。２線式伝送器１００は、外部回路１０が供給する電力によって動作する。つまり、２線式伝送器１００は、外部回路１０を電源として動作する。電流出力回路１０６は、外部回路１０から電流信号Ｉｏｕｔに対応する電流を引き込む。電流出力回路１０６は、引き込む電流の大きさを制御することによって、外部回路１０に出力する電流信号Ｉｏｕｔを生成する。電流信号Ｉｏｕｔは、４ｍＡから２０ｍＡまでの電流によって表されるとする。電流信号Ｉｏｕｔは、異なる電流値によって表されてもよい。外部回路１０は、電流信号Ｉｏｕｔに基づいて、２線式伝送器１００から情報を取得できる。シャントレギュレータ回路１０８は、２線式伝送器１００の各構成部に印加される回路電圧Ｖ１を決定する。信号処理回路１０４、第１信号生成回路１０５及びコンパレータ回路１１３は、シャントレギュレータ回路１０８で決定された回路電圧Ｖ１で動作してよいし、降圧電源ＩＣ（Integrated Circuit）等によって回路電圧Ｖ１を降圧した電圧で動作してもよい。２線式伝送器１００の各構成部に供給される電力は、回路電圧Ｖ１に基づいて決定される。

センサ５０は、圧力又は温度等の物理量を測定し、測定データを電気信号に変換し、２線式伝送器１００に出力する。センサ５０は、２線式伝送器１００からの電力で動作してよい。センサ５０は、２線式伝送器１００からの電力ではなく、他の電源からの電力によって動作してもよい。

図２において、破線は、各構成部間の信号の流れを表している。信号処理回路１０４は、センサ５０から測定データに基づく電気信号を取得する。測定データに基づく電気信号は、測定信号ともいう。信号処理回路１０４がセンサ５０から取得する測定信号は、Ｓ１で表されるとする。信号処理回路１０４は、第１信号生成回路１０５に測定信号に基づく信号を出力する。測定信号に基づく信号は、Ｓ２で表されるとする。第１信号生成回路１０５は、信号処理回路１０４から取得した信号に基づいて第１信号Ｖａを生成する。つまり、測定データ処理回路１０２は、測定データに基づく第１信号Ｖａを生成する。測定データ処理回路１０２は、第１信号Ｖａを電流出力回路１０６と、シャントレギュレータ回路１０８とに出力する。電流出力回路１０６は、入力された第１信号Ｖａに基づいて、電流信号Ｉｏｕｔを決定する。通常、電流信号Ｉｏｕｔは、センサ５０の測定結果が設定スパンに対して０％であるときに４ｍＡとなり、１００％であるときに２０ｍＡとなるように決定される。センサ５０が出力する測定信号が小さいほど、電流信号Ｉｏｕｔが小さくなる。シャントレギュレータ回路１０８は、入力された第１信号Ｖａに基づいて、回路電圧Ｖ１を決定する。回路電圧Ｖ１は、接地線と電源線との間に印加されている電圧に対応する。接地線は、ＣＯＭとして表されている接地点に接続されている配線である。接地線の電圧は、接地電圧又はＣＯＭ電圧ともいう。接地線は、伝送線Ｌ２に接続している配線である。電源線は、電流出力回路１０６を介して伝送線Ｌ１に接続している配線である。外部回路１０は、電源線を介して、２線式伝送器１００に電力を供給する。シャントレギュレータ回路１０８は、回路電圧Ｖ１に基づく信号をコンパレータ回路１１３に出力する。コンパレータ回路１１３は、シャントレギュレータ回路１０８から取得した信号に基づいて、回路電圧Ｖ１に異常があるか否かを表す信号を生成し、信号処理回路１０４に出力する。

図３を参照して、測定データ処理回路１０２の動作を説明する。

２線式伝送器１００は、測定データ処理回路１０２でセンサ５０に接続可能であり、図３においてセンサ５０に接続されている。２線式伝送器１００は、センサ５０から測定データを取得する。センサ５０は、２線式伝送器１００からの電力で動作してよい。センサ５０は、２線式伝送器１００からの電力ではなく、他の電源からの電力によって動作してもよい。

測定データ処理回路１０２は、信号処理回路１０４と、スイッチ回路１０３と、第１信号生成回路１０５とを備える。

信号処理回路１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用的な集積回路によって構成されてよい。信号処理回路１０４は、所定のプログラムを実行することによって、種々の機能を実現してよい。信号処理回路１０４は、記憶部を有してよい。２線式伝送器１００は、信号処理回路１０４とは別個の構成部として記憶部を備えてもよい。記憶部は、信号処理回路１０４の動作に用いられる各種情報、又は、信号処理回路１０４の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、信号処理回路１０４のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。

信号処理回路１０４は、センサ５０から測定信号Ｓ１を取得する。信号処理回路１０４は、ＲＳ４８５等の規格に基づいてセンサ５０と通信してよい。

信号処理回路１０４は、測定信号Ｓ１を、ＰＷＭ信号に変換し、スイッチ回路１０３に出力する。スイッチ回路１０３に出力されるＰＷＭ信号は、電流信号用ＰＷＭ信号と称される。信号処理回路１０４は、測定信号Ｓ１をＰＷＭ信号に変換する前に、測定信号Ｓ１に直線性補正等の所定の処理を実行してよい。所定の処理は、例えば、直線性補正等の処理を含んでよい。信号処理回路１０４は、測定信号Ｓ１を、パルス幅変調方式に限られず、例えば、パルス密度変調方式又はパルス振幅変調方式等の種々の変調方式で変調してもよい。

スイッチ回路１０３は、スイッチＳＷ１と、第１基準電圧源ＰＲ１と、第２基準電圧源ＰＲ２とを備える。第１基準電圧源ＰＲ１及び第２基準電圧源ＰＲ２はそれぞれ、ＶＲ１及びＶＲ２で表される電圧を出力する。スイッチＳＷ１は、２つの固定接点と１つの可動接点とを有する。各固定接点は、第１基準電圧源ＰＲ１と第２基準電圧源ＰＲ２とに接続されている。可動接点は、第１信号生成回路１０５に信号を出力する信号線Ｌ３に接続されている。

スイッチＳＷ１の可動接点は、信号処理回路１０４から入力されるＰＷＭ信号の電圧レベルに基づいていずれかの固定接点に接触することによって、信号線Ｌ３にＶＲ１及びＶＲ２のいずれかの電圧を出力する。ＰＷＭ信号は、Ｈｉｇｈ及びＬｏｗとそれぞれ称される２つの電圧レベルの信号を含む。Ｈｉｇｈと称される電圧レベルは、Ｈレベルともいう。Ｌｏｗと称される電圧レベルは、Ｌレベルともいう。ＰＷＭ信号は、所定期間内における各電圧レベルの時間の比を表すデューティ比によって、０～１００％の値を表す。例えば、所定期間内において、半分の時間でＨレベルが続き、残りの半分の時間でＬレベルが続くＰＷＭ信号は、５０％を表す。所定期間内の全ての時間でＬレベルが続くＰＷＭ信号は、０％を表す。所定期間内の全ての時間でＨレベルが続くＰＷＭ信号は、１００％を表す。本実施形態において、Ｌレベルは、接地電圧であるとする。Ｌレベルの電圧は、Ｌ電圧ともいう。Ｈレベルは、所定電圧であるとする。所定電圧は、適宜設定されてよい。Ｈレベルの電圧は、Ｈ電圧ともいう。スイッチＳＷ１の可動接点は、例えば、ＰＷＭ信号の電圧レベルがＬレベルである場合に第１基準電圧源ＰＲ１に接続されている固定接点に接触し、ＶＲ１で表される電圧を信号線Ｌ３に出力してよい。スイッチＳＷ１の可動接点は、例えば、ＰＷＭ信号の電圧レベルがＨレベルである場合に第２基準電圧源ＰＲ２に接続されている固定接点に接触し、ＶＲ２で表される電圧を信号線Ｌ３に出力してよい。スイッチ回路１０３が可動接点の接触する先を制御することによって、ＶＲ１及びＶＲ２のいずれかの電圧レベルを含む信号Ｓ２が信号線Ｌ３に出力される。信号Ｓ２は、制御信号ともいう。

第１信号生成回路１０５は、抵抗Ｒ２と容量Ｃ１とを含むＬＰＦ１を含む。第１信号生成回路１０５は、バッファ増幅器Ｑ１をさらに含んでもよい。バッファ増幅器Ｑ１は、オペアンプであるとする。第１信号生成回路１０５は、ＬＰＦ１で信号Ｓ２を平滑化し、直流信号に変換する。第１信号生成回路１０５は、バッファ増幅器Ｑ１で、ＬＰＦ１で変換された直流信号をバッファリングし、第１信号Ｖａとして出力する。第１信号生成回路１０５は、信号線Ｌ４を介して、第１信号Ｖａを電流出力回路１０６に出力する。第１信号生成回路１０５は、信号線Ｌ５を介して、第１信号Ｖａをシャントレギュレータ回路１０８に出力する。第１信号生成回路１０５は、ＬＰＦ１とバッファ増幅器Ｑ１とに分けられている構成に限られず、ＬＰＦ１とバッファ増幅器Ｑ１とが一体となったアクティブフィルタとして構成されてもよい。第１信号生成回路１０５において、ＬＰＦ１がアクティブフィルタに置き換えられてもよい。

図４を参照して、電流出力回路１０６の動作を説明する。

図４に示されるように、電流出力回路１０６は、伝送線Ｌ１及びＬ２を介して外部回路１０に接続されている。つまり、一実施形態に係る２線式伝送器１００は、外部回路１０に接続可能である。外部回路１０は、電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とを有する。電圧源Ｅｂと抵抗Ｒ１とは、伝送線Ｌ１及びＬ２に対して直列に接続されている。電流出力回路１０６は、ダイオードＤ１を介して伝送線Ｌ１からＩｏｕｔで表される電流を引き込み、抵抗Ｒ３を介して伝送線Ｌ２にＩｏｕｔで表される電流を流すことによって、外部回路１０に電流信号を出力する。電流出力回路１０６は、測定データ処理回路１０２から第１信号Ｖａを取得する。電流出力回路１０６は、第１信号Ｖａに基づいて、電流信号Ｉｏｕｔを外部回路１０に出力する。つまり、２線式伝送器１００は、第１信号Ｖａに基づいて外部回路１０に出力する電流信号Ｉｏｕｔを決定する。外部回路１０は、電流信号Ｉｏｕｔに基づいて、２線式伝送器１００からセンサ５０の測定データに基づく情報を取得できる。

電流出力回路１０６は、誤差増幅器Ｑ２を含む。誤差増幅器Ｑ２は、オペアンプであるとする。誤差増幅器Ｑ２の非反転端子は、抵抗Ｒ４を介して、測定データ処理回路１０２から第１信号Ｖａを入力する信号線Ｌ４に接続されている。信号線Ｌ４は、抵抗Ｒ４、Ｒ５及びＲ３を介して接地線に接続している。伝送線Ｌ２の電圧は、Ｖｂで表されるとする。第１信号Ｖａと電圧Ｖｂとの電位差を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧が誤差増幅器Ｑ２の非反転端子に入力される。電圧Ｖｂは、抵抗Ｒ３に流れる電流によって抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧降下に対応する。抵抗Ｒ３に流れる電流は、電流信号Ｉｏｕｔに対応する。第１信号Ｖａと電圧Ｖｂとの電位差を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧が誤差増幅器Ｑ２の非反転端子に入力されることによって、電流信号Ｉｏｕｔに関する信号が誤差増幅器Ｑ２の非反転端子にフィードバックされる。誤差増幅器Ｑ２の反転端子は、抵抗Ｒ６を介して第１基準電圧源ＰＲ１に接続されており、抵抗Ｒ７を介して接地線に接続されている。第１基準電圧源ＰＲ１が出力する電圧ＶＲ１を、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とで分圧した電圧が誤差増幅器Ｑ２の反転端子に入力される。

電流出力回路１０６は、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４とを含む。トランジスタＱ３は、ｎｐｎトランジスタであるとする。トランジスタＱ４は、ｐｎｐトランジスタであるとする。トランジスタＱ４は、エミッタの側でダイオードＤ１を介して、外部回路１０と２線式伝送器１００とを接続する伝送線Ｌ１に接続されており、コレクタの側で電源線に接続されている。トランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタに対して並列に抵抗Ｒ８が接続されている。２線式伝送器１００は、外部回路１０から抵抗Ｒ８を介して供給される電力によって起動できる。トランジスタＱ４のベースは、トランジスタＱ３のコレクタに接続されている。トランジスタＱ３のエミッタは、ダイオードＤ２を介して接地線に接続されている。トランジスタＱ３のエミッタは、ダイオードを介さずに接地線に接続されていてもよいし、抵抗又はその他の素子を介して接地線に接続されていてもよい。誤差増幅器Ｑ２の出力は、トランジスタＱ３のベースに接続されている。つまり、誤差増幅器Ｑ２の出力は、トランジスタＱ３のベースに入力される。

誤差増幅器Ｑ２は、非反転端子に入力される電圧と反転端子に入力される電圧との差を検出し、その差を増幅して出力する。誤差増幅器Ｑ２は、非反転端子に入力される電圧と反転端子に入力される電圧とが一致するように、トランジスタＱ３及びＱ４に流れる電流を制御する。具体的には、誤差増幅器Ｑ２の出力に基づいて、トランジスタＱ３のベース電流が決定されるとともに、トランジスタＱ３のコレクタ電流が決定される。トランジスタＱ４において、エミッタ電流は、ベース電流によって決定される。トランジスタＱ４のベース電流は、誤差増幅器Ｑ２の出力に基づいて決定されるトランジスタＱ３のコレクタ電流に一致する。よって、トランジスタＱ４のエミッタ電流は、誤差増幅器Ｑ２の出力に基づいて決定される。トランジスタＱ４のエミッタ電流は、外部回路１０から引き込まれる、Ｉｏｕｔで表される電流信号に対応する。誤差増幅器Ｑ２の非反転端子は、抵抗Ｒ３を通じて接地線に接続されている。つまり、誤差増幅器Ｑ２の出力は、抵抗Ｒ３を通じて誤差増幅器Ｑ２の非反転端子にフィードバックされる。

電流出力回路１０６の各回路要素のパラメータは、センサ５０の測定データの測定レンジと、電流信号の大きさの範囲とが対応するように適宜設定されうる。電流信号が計装用標準信号である場合、測定データの測定レンジに対応する電流信号の大きさの範囲が４ｍＡ以上且つ２０ｍＡ以下となるように、パラメータが設定されてよい。センサ５０の測定信号は、センサ５０の測定レンジの下限に対応する信号として０％の値を表し、測定レンジの上限に対応する信号として１００％の値を表してよい。つまり、測定信号は、センサ５０の測定データを０％から１００％までの値で表してよい。電流信号の大きさは、測定信号が０％の値を表す場合に下限値の４ｍＡとされ、測定信号が１００％の値を表す場合に上限値の２０ｍＡとされてよい。

例えば以下に項目（ａ）～（ｆ）として示される条件を前提として、電流信号の大きさが設定されうる。
（ａ）Ｒ６＞＞Ｒ７
（ｂ）Ｒ４＝Ｒ５
（ｃ）Ｒ５＞＞Ｒ３
（ｄ）ＶＲ１＝０．４Ｖ
（ｅ）ＶＲ２＝２．０Ｖ
（ｆ）スイッチＳＷ１は、入力されるＰＷＭ信号の電圧レベルがＬレベルの場合、ＶＲ１を信号線Ｌ３に出力し、Ｈレベルの場合、ＶＲ２を信号線Ｌ３に出力する。

上記項目（ａ）～（ｆ）の条件下で、電流出力回路１０６は、以下のように動作する。項目（ａ）に基づいて、誤差増幅器Ｑ２の反転端子の電圧は、ＣＯＭ電圧になる。誤差増幅器Ｑ２は、非反転端子の電圧がＣＯＭ電圧になるように、トランジスタＱ３及びＱ４の電流を制御する。このとき、項目（ｂ）に基づいてＶｂ＝－Ｖａが成立するとともに、項目（ｃ）に基づいてＩｏｕｔ＝Ｖａ／Ｒ３が成立する。ここで、抵抗Ｒ３の抵抗値は、１００Ωであるとする。項目（ｄ）～（ｆ）に基づいて、第１信号生成回路１０５が出力する第１信号Ｖａは、ＰＷＭ信号の電圧レベルがＬレベルで一定となっている場合に０．４Ｖとなる。この場合、電流信号Ｉｏｕｔは、下限値の４ｍＡとなる。第１信号Ｖａは、ＰＷＭ信号の電圧レベルがＨレベルで一定となっている場合に２．０Ｖとなる。この場合、電流信号Ｉｏｕｔは、上限値の２０ｍＡとなる。このようにして、電流信号の下限値及び上限値が設定されうる。

図５を参照して、シャントレギュレータ回路１０８の動作を説明する。

シャントレギュレータ回路１０８は、測定データ処理回路１０２から第１信号Ｖａを取得する。シャントレギュレータ回路１０８は、第１信号Ｖａに基づいて、２線式伝送器１００に印加する回路電圧Ｖ１を制御する。回路電圧Ｖ１は、接地線と電源線との間に印加されている電圧に対応する。図５において、接地線は、ＣＯＭとして表されている接地点に接続されている配線である。接地線の電圧は、接地電圧又はＣＯＭ電圧ともいう。電源線は、Ｖ１と表されている配線である。

図５に示されるように、シャントレギュレータ回路１０８は、誤差増幅器Ｑ６を含む。誤差増幅器Ｑ６は、オペアンプであるとする。誤差増幅器Ｑ６の反転端子は、抵抗Ｒ１７を介して、測定データ処理回路１０２から第１信号Ｖａを入力する信号線Ｌ５に接続されている。抵抗Ｒ１７と誤差増幅器Ｑ６の非反転端子との間に位置する節点Ｎ１は、抵抗Ｒ１４とを介して接地線に接続されている。節点Ｎ１は、抵抗Ｒ１３及びＲ１８を介して電源線に接続されている。節点Ｎ１の電圧は、第１信号Ｖａを抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１４とで分圧した電圧となる。つまり、第１信号Ｖａを抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１４とで分圧した電圧が誤差増幅器Ｑ６の反転端子に入力される。誤差増幅器Ｑ６の非反転端子は、第２基準電圧源ＰＲ２に接続されている。第２基準電圧源ＰＲ２が出力する電圧ＶＲ２が誤差増幅器Ｑ６の非反転端子に入力される。

シャントレギュレータ回路１０８は、トランジスタＱ７を含む。トランジスタＱ７は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるとする。トランジスタＱ７は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴに限られず、ｐｎｐトランジスタであってもよい。誤差増幅器Ｑ６の反転入力端子への入力と非反転入力端子への入力とが交換される場合に、トランジスタＱ７は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ又はｎｐｎトランジスタに置き換えられてもよい。トランジスタＱ７は、ソースで電源線に接続されており、ドレインで接地線に接続されている。誤差増幅器Ｑ６の出力は、トランジスタＱ７のゲートに接続されている。つまり、誤差増幅器Ｑ６の出力は、トランジスタＱ７のゲートに入力される。

誤差増幅器Ｑ６は、非反転端子に入力される電圧と反転端子に入力される電圧との差を検出し、その差を増幅して出力する。誤差増幅器Ｑ６は、非反転端子に入力される電圧と反転端子に入力される電圧とが一致するように、トランジスタＱ７に流れる電流Ｉｃを制御する。具体的には、シャントレギュレータ回路１０８は、誤差増幅器Ｑ６の反転端子の電圧がＶＲ２になるように回路電圧Ｖ１を制御する。つまり、節点Ｎ１の電圧がＶＲ２に制御される。節点Ｎ１の電圧がＶＲ２である場合、抵抗Ｒ１４に流れる電流Ｉｄは、Ｉｄ＝ＶＲ２／Ｒ１４で算出され、一定値となる。

第１信号Ｖａと節点Ｎ１の電圧との差に基づいて抵抗Ｒ１７に流れる電流Ｉａは、Ｉａ＝（Ｖａ－ＶＲ２）／Ｒ１７で算出される。

回路電圧Ｖ１と節点Ｎ１の電圧との差に基づいて抵抗Ｒ１８及びＲ１３に流れる電流Ｉｂは、Ｉｂ＝（Ｖ１－ＶＲ２）／（Ｒ１３＋Ｒ１８）で算出される。

電流Ｉｄは、電流Ｉａと電流Ｉｂとの和に対応する。電流Ｉｄが一定値であることに基づけば、電流Ｉａが大きくなるほど、Ｉｂが小さくなる。電流Ｉａ及び電流Ｉｂをそれぞれ算出する式に基づけば、第１信号Ｖａが大きいほど、回路電圧Ｖ１が小さくなる。

Ｉｄ＝Ｉａ＋Ｉｂが成り立つことから、回路電圧Ｖ１は、以下の式（１）で算出される。
V1=[1+(R13+R18)/R17+(R13+R18)/R14]×VR2-(R13+R18)/R17×Va （１）

仮に、項目（ｇ）～（ｉ）として以下に示されるような具体的な数値が抵抗値として適用される場合、回路電圧Ｖ１は、電流信号Ｉｏｕｔが４ｍＡである場合に１２Ｖとなり、電流信号Ｉｏｕｔが２０ｍＡである場合に６Ｖとなる。
（ｇ）Ｒ１４＝１５０ｋΩ
（ｈ）Ｒ１７＝８０ｋΩ
（ｉ）Ｒ１８＋Ｒ１３＝３００ｋΩ

式（１）の右辺第１項は、回路電圧Ｖ１がＶＲ２に基づいて決定されることを表している。式（１）の右辺第２項は、回路電圧Ｖ１がＶａに基づいて決定されることを表している。２線式伝送器１００の起動時において、第１信号生成回路１０５のバッファ増幅器Ｑ１の出力は、高インピーダンスになりうる。バッファ増幅器Ｑ１の出力が高インピーダンスである場合、バッファ増幅器Ｑ１が出力する第１信号Ｖａは不定となりうる。しかし、Ｖａが不定となっている場合でも、回路電圧Ｖ１は、上記式（１）の右辺第１項に基づいて決定されうる。その結果、起動時に回路電圧Ｖ１が不定となる状態が避けられる。

回路電圧Ｖ１が決定されることによって、シャントレギュレータ回路１０８の誤差増幅器Ｑ６の出力がＣＯＭ電圧に固定される状態が避けられる。仮に、誤差増幅器Ｑ６の出力がＣＯＭ電圧に固定される場合、トランジスタＱ７は、オン状態となる。トランジスタＱ７がオン状態になった場合、２線式伝送器１００に供給される電流の全て又は大部分がトランジスタＱ７に流れる状態が発生しうる。この状態が発生してしまうと、２線式伝送器１００の他の回路に供給される電流が不足し、２線式伝送器１００の起動が阻害される。誤差増幅器Ｑ６の出力がＣＯＭ電圧に固定される状態が避けられることによって、起動時にトランジスタＱ７に電流が流れすぎる状態が避けられる。その結果、２線式伝送器１００の他の回路の起動が阻害される状態が避けられる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る２線式伝送器１００において、電流出力回路１０６及びシャントレギュレータ回路１０８は、両方とも、第１信号生成回路１０５が生成した第１信号Ｖａに基づいて動作する。本実施形態に係る２線式伝送器１００によれば、電流出力回路１０６及びシャントレギュレータ回路１０８が共通の第１信号Ｖａに基づいて動作する。このようにすることで、ＬＰＦ３とＬＰＦ４との間の過渡応答の差異に起因する上述の問題が回避されうる。その結果、動作の安定性が高まる。

また、本実施形態に係る２線式伝送器１００によれば、２線式伝送器１００の起動時において、第２基準電圧源ＰＲ２が出力する電圧ＶＲ２によって回路電圧Ｖ１が決定される。これによって、起動時に回路電圧Ｖ１が不定となる状態が避けられる。その結果、２線式伝送器１００の回路がより確実に起動される。

図３に示されるように、２線式伝送器１００は、基準電圧出力部１１０と、抵抗Ｒ９及び容量Ｃ２を含むＬＰＦ２と、コンパレータ回路１１３とをさらに備えてよい。コンパレータ回路１１３は、比較器Ｑ８を備える。比較器Ｑ８の非反転入力端子は、シャントレギュレータ回路１０８に接続されている。比較器Ｑ８の反転入力端子は、抵抗Ｒ９及び容量Ｃ２を含むＬＰＦ２に接続されている。

基準電圧出力部１１０は、センサ５０からの測定信号Ｓ１に基づくＰＷＭ信号を出力する。基準電圧出力部１１０は、測定信号Ｓ１に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。測定信号Ｓ１が小さいほど、ＰＷＭ信号のデューティ比が高くされてよい。抵抗Ｒ９及び容量Ｃ２を含むＬＰＦ２は、基準電圧出力部１１０が出力したＰＷＭ信号を平滑化した直流信号を、比較器Ｑ８の反転入力端子に出力する。つまり、測定信号Ｓ１に基づく直流信号が比較器Ｑ８の反転入力端子に入力される。

コンパレータ回路１１３は、シャントレギュレータ回路１０８から、回路電圧Ｖ１に係る信号を取得する。回路電圧Ｖ１に係る信号は、比較器Ｑ８の非反転入力端子に入力される。回路電圧Ｖ１に係る信号は、回路電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１８の抵抗値と、抵抗Ｒ１３及びＲ１４の抵抗値の和とで分圧した電圧に対応する（図５参照）。

比較器Ｑ８は、回路電圧Ｖ１に係る信号と、測定信号Ｓ１に基づく直流信号とを比較し、回路電圧Ｖ１が所定値以上であるか、所定値未満に低下したか判定する。比較器Ｑ８は、判定結果に係る信号を信号処理回路１０４に出力する。比較器Ｑ８は、回路電圧Ｖ１が所定値以上である場合に電圧レベルがＨレベルとなっている信号を出力し、回路電圧Ｖ１が所定値未満に低下した場合に電圧レベルがＬレベルとなっている信号を出力してよい。信号処理回路１０４は、比較器Ｑ８が出力する信号の電圧レベルに基づいて、回路電圧Ｖ１が所定値以上であるか否か確認できる。回路電圧Ｖ１が所定値未満に低下している場合、信号処理回路１０４は、２線式伝送器１００が異常状態になっていると判定してよい。信号処理回路１０４は、２線式伝送器１００が異常状態になっていると判定した場合、異常状態に対応する処理を実行してよい。異常状態に対応する処理は、例えば、センサ５０からの測定信号Ｓ１の値を保存する等の処理を含んでよい。

図６に示されるように、他の実施形態に係る２線式伝送器１００は、いくつかの回路要素が削減されてよい。測定データ処理回路１０２は、図３において第１基準電圧源ＰＲ１とスイッチＳＷ１とを含んでいるのに対して、図６においてこれらを含んでいない。図６の構成例は、図３に示されるスイッチ回路１０３に対応する構成を含んでいない。図６において、信号処理回路１０４は、ＰＷＭ信号を信号Ｓ２として、スイッチ回路１０３に対応する構成を介さずに直接、信号線Ｌ３に出力している。ＰＷＭ信号である信号Ｓ２のＨ電圧は、適宜設定されてよい。信号Ｓ２のＨ電圧は、第２基準電圧源ＰＲ２が出力する電圧ＶＲ２に基づいて設定されてよい。信号Ｓ２のＨ電圧は、ＶＲ２より大きい値に設定されてもよいし、ＶＲ２に等しい値に設定されてもよいし、ＶＲ２より小さい値に設定されてもよい。

信号線Ｌ３に入力された信号Ｓ２は、抵抗Ｒ２及び容量Ｃ１を含むＬＰＦ１によって平滑化され、バッファ増幅器Ｑ１でバッファリングされ、第１信号Ｖａに変換される。第１信号Ｖａの電圧は、信号Ｓ２のＨ電圧及びデューティ比に基づいて決定される。例えば、信号Ｓ２のデューティ比が５０％である場合、第１信号Ｖａの電圧は、信号Ｓ２のＨ電圧の１／２の電圧となる。仮に、信号Ｓ２のＨ電圧が２．０Ｖであるとする。この仮定の下で、第１信号Ｖａが例えば０．４Ｖから２．０Ｖの間で制御される場合、信号Ｓ２のデューティ比は、２０％から１００％の間で制御される。

図３に示される実施形態において、センサ５０の測定信号が１００％の値である場合に対応する第１信号Ｖａの電圧は、ＶＲ２と同じになる。測定信号の値が小さくなるほど、Ｖａは小さくなる。つまり、測定信号が０％から１００％の値のいずれの値となる場合でも、Ｖａは、ＶＲ２以下となる。

一方で、図６に示される他の実施形態において、信号Ｓ２のＨ電圧がＶＲ２と異なる電圧に設定されうる。信号Ｓ２のＨ電圧がＶＲ２と異なる電圧に設定された場合、センサ５０の測定信号が１００％の値である場合に対応する第１信号Ｖａの電圧は、ＶＲ２と異なりうる。

シャントレギュレータ回路１０８において、ＶＲ２とＶａとの電位差に基づく電流が抵抗Ｒ１７に流れる。ＶａがＶＲ２より低い場合、抵抗Ｒ１７の電流は、誤差増幅器Ｑ６の側からバッファ増幅器Ｑ１の側に向かう方向に流れる。誤差増幅器Ｑ６の側からバッファ増幅器Ｑ１の側に向かう方向は、第１方向ともいう。ＶａがＶＲ２より高い場合、抵抗Ｒ１７の電流は、バッファ増幅器Ｑ１の側から誤差増幅器Ｑ６の側に向かう方向に流れる。バッファ増幅器Ｑ１の側から誤差増幅器Ｑ６の側に向かう方向は、第２方向ともいう。つまり、ＶａがＶＲ２より低いか高いかに応じて、抵抗Ｒ１７の電流の方向が変化する。

測定信号が０％以上且つ１００％以下の所定値である場合に対応するＶａとＶＲ２とが同じ値に設定される場合、ＶａとＶＲ２との間の大小関係は、測定信号の値に応じて変化する。測定信号が所定値である場合、ＶａとＶＲ２とが同じ値になる。この場合、抵抗Ｒ１７の電流は流れない。測定信号が所定値未満である場合、ＶａはＶＲ２より低くなる。この場合、抵抗Ｒ１７の電流は、第１方向に流れる。測定信号が所定値より大きい場合、ＶａはＶＲ２より高くなる。この場合、抵抗Ｒ１７の電流は、第２方向に流れる。

測定信号が１００％の値である場合に対応するＶａとＶＲ２とが同じ値に設定される場合、抵抗Ｒ１７に流れる電流の方向は、第１方向だけとなる。この場合、所定値が１００％に設定されているといえる。

測定信号と所定値との差が大きくなるほど、抵抗Ｒ１７の電流が大きくなるとともに、抵抗Ｒ１７における消費電力が大きくなる。ここで、測定信号の値の確率分布が０％から１００％までの間で一様であると仮定する。この仮定の下で、所定値が５０％に設定される場合に、抵抗Ｒ１７における消費電力が最小化されうる。一方で、所定値が１００％に設定される場合に、抵抗Ｒ１７における消費電力が最大になりうる。つまり、所定値が０％より大きく且つ１００％未満に設定されることによって、所定値が１００％に設定される場合よりも、抵抗Ｒ１７における消費電力が低減されうる。

電流出力回路１０６における誤差増幅器Ｑ２の反転入力端子は、図３において抵抗Ｒ６及びＲ７を介して第１基準電圧源ＰＲ１に接続されているのに対して、図６において接地線に接続されている。また、電流出力回路１０６は、図６において抵抗Ｒ６及びＲ７を含んでいない。

図６において、電流出力回路１０６における誤差増幅器Ｑ２の反転入力端子が接地線に接続されている構成は、図３において第１基準電圧源ＰＲ１が出力する電圧ＶＲ１が０Ｖに設定される場合に対応しうる。つまり、図６の電流出力回路１０６は、図３に関して説明してきた動作と同様に、第１信号Ｖａに基づいて電流信号を決定しうる。

図６に例示した２線式伝送器１００は、図１に示される２線式伝送器１００よりも少ない部品点数で構成されうる。その結果、部品実装面積の削減、又は、低コスト化が実現されうる。

図７に示されるように、一実施形態に係る２線式伝送器１００は、ＤＡコンバータ１２１を備えてよい。図３において２線式伝送器１００が備えるスイッチ回路１０３及び第１信号生成回路１０５は、図７においてＤＡコンバータ１２１に置き換えられている。ＤＡコンバータ１２１は、信号処理回路１０４から出力される測定信号に基づく信号を第１信号Ｖａに変換することによって、スイッチ回路１０３及び第１信号生成回路１０５の機能を代替する。この場合、信号処理回路１０４は、測定信号に基づく信号として、制御信号を出力する。制御信号は、測定信号が０％から１００％の間の何れの値であるかを示すデジタル信号を含む。ＤＡコンバータ１２１は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、第１信号Ｖａとして出力する。

２線式伝送器１００は、ＤＡコンバータ１２２を備えてよい。図３において２線式伝送器１００が備える基準電圧出力部１１０と抵抗Ｒ９及び容量Ｃ２を含むＬＰＦ２とは、図７においてＤＡコンバータ１２２に置き換えられている。ＤＡコンバータ１２２は、信号処理回路１０４から出力される基準電圧用の信号を直流信号に変換することによって、基準電圧出力部１１０及びＬＰＦ２の機能を代替する。

ＤＡコンバータ１２１又はＤＡコンバータ１２２は、信号処理回路１０４と別の構成として配置されていてもよいし、信号処理回路１０４に含まれていてもよい。２線式伝送器１００の一部の回路要素がＤＡコンバータ１２１又はＤＡコンバータ１２２で置き換えられることによって、部品点数が削減されうる。その結果、部品実装面積の削減、又は、低コスト化が実現されうるとともに、動作の安定性が高まる。

仮に、信号処理回路１０４が暴走などで異常状態になった場合、第１信号Ｖａが不定となりうる。この場合、電流出力回路１０６が出力する電流信号は、バーンアウトすることが求められる。バーンアウトは、電流信号として、例えば３．６ｍＡ以下又は２１．６ｍＡ以上の電流を流す処理をいう。

例えば図８に示される一実施形態に係る２線式伝送器１００によって、バーンアウトが実現されうる。図８において、電流出力回路１０６及びシャントレギュレータ回路１０８の構成に関する詳細な記載は、省略されている。

図８に示される２線式伝送器１００は、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４及びＳＷ５をと、カウンタ１１４と、オアゲートＯＧと、インバータＩＮＶとを備える。これらの構成は、異常状態検出回路ともいう。異常状態検出回路は、図８に例示される形態に限られず、他の種々の形態で実現されうる。

スイッチＳＷ４は、３つの固定接点を有する。スイッチＳＷ４の第１の固定接点は、電圧ＶＲ１を出力する第１基準電圧源ＰＲ１の正電極に接続されている。スイッチＳＷ４の第２の固定接点は、電圧ＶＲ２を出力する第２基準電圧源ＰＲ２の正電極に接続されている。スイッチＳＷ４の第３の固定接点は、電圧ＶＲ３を出力する第３基準電圧源ＰＲ３の正電極に接続されている。スイッチＳＷ４の可動接点は、信号線Ｌ３に接続されている。スイッチＳＷ４は、このように構成されることで、信号処理回路１０４の動作状態に応じて、電流出力回路１０６に対して、電圧ＶＲ１、ＶＲ２及びＶＲ３のいずれかを選択的に出力できる。

カウンタ１１４は、信号処理回路１０４の異常を検知するフリーランのカウンタである。カウンタ１１４は、信号処理回路１０４の状態に応じた所定レベルのエラー信号ＥＲＲを出力する。カウンタ１１４は、信号処理回路１０４から入力されるクリア信号ＣＬＲのエッジでクリアされる。エラー信号ＥＲＲは、信号処理回路１０４が正常動作している場合、クリアされてＬレベルになる。エラー信号ＥＲＲは、信号処理回路１０４が内部に設けられているＣＰＵの暴走などで異常になっている場合、クリアされずにオーバーフローし、Ｈレベルになる。

エラー信号ＥＲＲは、スイッチＳＷ２及びＳＷ３に切替信号として入力されるとともに、オアゲートＯＧの一方の入力端子に入力されている。オアゲートＯＧの他方の入力端子に、インバータＩＮＶを介して比較器Ｑ８の出力信号Ｖ３が入力されている。インバータＩＮＶの出力信号ｉＶ３は、スイッチＳＷ４にも切替信号として入力されている。出力信号を表すｉＶ３に付されているｉは、反転信号を表す記号である。オアゲートＯＧの出力信号は、電圧切替信号ＶＳＥＬとしてスイッチＳＷ５に入力されている。

スイッチＳＷ２は、２つの固定接点を有し、信号処理回路１０４が正常であるか異常状態であるかを表す信号を選択的に出力する。スイッチＳＷ２の一方の固定接点に、信号処理回路１０４から電流信号用ＰＷＭ信号が入力される。スイッチＳＷ２の他方の固定接点に、スイッチＳＷ３の出力信号が入力される。スイッチＳＷ２の可動接点から出力される出力信号は、スイッチＳＷ４に切替信号として入力されている。

スイッチＳＷ２の可動接点は、信号処理回路１０４が正常であるか異常状態であるかに基づき動作する。スイッチＳＷ２の可動接点は、エラー信号ＥＲＲがＬレベルの正常状態を表している場合、電流信号用ＰＷＭ信号が入力されている固定接点を選択する。スイッチＳＷ２の可動接点は、エラー信号ＥＲＲがＨレベルの異常状態を表している場合、スイッチＳＷ３の異常方向指示信号ＤＩＲが入力されている固定接点を選択する。

スイッチＳＷ３は、２つの固定接点を有し、信号処理回路１０４の異常状態が上限と下限のいずれの方向への振り切れかを示す電流を選択的に出力する。スイッチＳＷ３の一方の固定接点に、回路電圧Ｖ１が入力される。スイッチＳＷ３の他方の固定接点は、接地点に接続される。スイッチＳＷ３の可動接点から出力される出力信号は、異常方向指示信号ＤＩＲとしてスイッチＳＷ２の他方の固定接点に入力されている。

スイッチＳＷ３の可動接点は、信号処理回路１０４が異常状態になっている場合において、上限及び下限のいずれの方向への振り切れによる異常であるかを示す信号が第１信号Ｖａとして電流出力回路１０６に出力されるように、いずれかの固定接点を選択する。スイッチＳＷ３の可動接点は、例えば、上限振切時に電流出力回路１０６が出力する電流が２１．６ｍＡ以上となるように、回路電圧Ｖ１が入力されている固定接点を選択し、異常方向指示信号ＤＩＲとして回路電圧Ｖ１を出力してよい。スイッチＳＷ３の可動接点は、例えば、下限振切時に電流出力回路１０６が出力する電流が３．６ｍＡ以下となるように、接地電圧が入力されている固定接点を選択し、異常方向指示信号ＤＩＲとして接地電圧を出力してよい。図８において、スイッチＳＷ３の切替信号としてエラー信号ＥＲＲが入力されているが、他の信号が入力されてもよい。

スイッチＳＷ５は、２つの固定接点を有し、コンパレータ回路１１３に入力する電圧を選択する。スイッチＳＷ５の一方の固定接点に、基準電圧用ＰＷＭ信号が入力される。スイッチＳＷ５の他方の固定接点に、直列接続されている抵抗Ｒ１５及びＲ１６の接続点が接続されている。スイッチＳＷ５の可動接点から出力される出力信号は、ＬＰＦ２を構成する抵抗Ｒ９の一端に入力されている。直列接続されている抵抗Ｒ１５の一端に、回路電圧Ｖ１が入力され、抵抗Ｒ１６の他端は共通電位点に接続されている。

スイッチＳＷ５の可動接点は、オアゲートＯＧが出力する電圧切替信号ＶＳＥＬに基づいて、接続する固定接点を選択する。電圧切替信号ＶＳＥＬは、比較器Ｑ８の出力信号Ｖ３がＬレベルとなっている場合、又は、信号処理回路１０４が異常状態となっている場合に、Ｈレベルとなる。電圧切替信号ＶＳＥＬがＨレベルである場合、スイッチＳＷ５の可動接点は、回路電圧Ｖ１が抵抗Ｒ１５とＲ１６の直列回路で分圧された電圧が入力されている固定接点を選択する。電圧切替信号ＶＳＥＬは、比較器Ｑ８の出力信号Ｖ３がＨレベルとなっている場合、且つ、信号処理回路１０４が正常である場合に、Ｌレベルとなる。電圧切替信号ＶＳＥＬがＬレベルである場合、スイッチＳＷ５の可動接点は、基準電圧用ＰＷＭ信号が入力されている固定接点を選択する。

図８に示される一実施形態に係る２線式伝送器１００は、異常状態検出回路を備えることによって、信号処理回路１０４が異常になった場合に、電流出力回路１０６が出力する電流信号を異常状態に応じてバーンアウトさせることができる。

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０ 外部回路
５０ センサ
１００ ２線式伝送器
１０２ 測定データ処理回路
１０３ スイッチ回路
１０４ 信号処理回路
１０５ 第１信号生成回路
１０６ 電流出力回路
１０８ シャントレギュレータ回路
１１０ 基準電圧出力部
１１３ コンパレータ回路
１２１、１２２ ＤＡコンバータ

Claims (7)

1. 外部回路と２本の伝送線を介して接続され、前記外部回路を電源としつつ前記外部回路に電流信号を出力する２線式伝送器であって、
   測定データに基づく電気信号を出力するセンサに接続され、前記測定データに基づく第１信号を出力する測定データ処理回路と、
   前記第１信号に基づいて前記電流信号を決定して前記外部回路に出力する電流出力回路と、
   前記第１信号に基づいて前記電流出力回路に接続される電源線と接地線との間に印加する回路電圧を決定するシャントレギュレータ回路と
   を備え、
   前記第１信号は、前記測定データ処理回路から、前記電流出力回路及び前記シャントレギュレータ回路のそれぞれに直接入力される２線式伝送器。
2. 前記測定データ処理回路は、前記電気信号から生成されたＰＷＭ信号に基づくパルス電圧を平滑化した信号を前記第１信号として出力するＬＰＦを有する、請求項１に記載の２線式伝送器。
3. 前記第１信号は、前記ＬＰＦから出力された後で分岐されて、前記電流出力回路及び前記シャントレギュレータ回路に他のＬＰＦを介さずに入力される、請求項２に記載の２線式伝送器。
4. 外部回路と２本の伝送線を介して接続され、前記外部回路を電源としつつ前記外部回路に電流信号を出力する２線式伝送器であって、
   測定データに基づく電気信号を出力するセンサに接続され、前記測定データに基づく第１信号を出力する測定データ処理回路と、
   前記第１信号に基づいて前記電流信号を決定する電流出力回路と、
   前記第１信号に基づいて前記２線式伝送器の回路電圧を決定するシャントレギュレータ回路と
   を備え、
   前記測定データ処理回路は、前記電気信号を処理し、制御信号を出力する信号処理回路と、前記制御信号に基づいて前記第１信号を出力する第１信号生成回路とを含み、
   前記制御信号は、デジタル信号を含み、
   前記第１信号生成回路は、ＤＡコンバータを含み、前記デジタル信号をアナログ信号に変換して前記第１信号として出力する、２線式伝送器。
5. 外部回路と２本の伝送線を介して接続され、前記外部回路を電源としつつ前記外部回路に電流信号を出力する２線式伝送器であって、
   測定データに基づく電気信号を出力するセンサに接続され、前記測定データに基づく第１信号を出力する測定データ処理回路と、
   前記第１信号に基づいて前記電流信号を決定して前記外部回路に出力する電流出力回路と、
   前記第１信号に基づいて前記電流出力回路に接続される電源線と接地線との間に印加する回路電圧を決定するシャントレギュレータ回路と
   を備え、
   前記測定データ処理回路は、前記電気信号を処理し、制御信号を出力する信号処理回路と、前記制御信号に基づいて前記第１信号を出力する第１信号生成回路とを含み、
   前記制御信号は、ＰＷＭ信号を含み、
   前記第１信号生成回路は、前記ＰＷＭ信号に基づくパルス電圧を平滑化した信号を前記第１信号として出力するＬＰＦを有する、２線式伝送器。
6. 前記電流出力回路が前記第１信号に基づいて前記電流信号として流れる電流を小さくするほど、前記シャントレギュレータ回路が前記第１信号に基づいて前記回路電圧を大きくする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の２線式伝送器。
7. 前記測定データ処理回路は、異常状態検出回路を含む、請求項１から６までのいずれか一項に記載の２線式伝送器。

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