JPH0713040U - 絶縁増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】観測することができる入力信号の周波数が広帯
域化し、かつ、測定精度が向上する絶縁増幅装置を実現
すること。 【構成】並列型ＡＤ変換器と、電気／光変換手段からな
る入力増幅回路と、光伝送手段と、光／電気信号変換手
段と、この複数個の光／電気信号変換手段が得られるデ
ジタル信号をアナログ信号に変換する並列型ＤＡ変換器
と、前記並列型ＡＤ変換器と並列型ＤＡ変換器を制御す
るタイムベース信号発生回路よりなる出力回路部分を具
備し、前記タイムベース信号を光伝送信号を介して前記
入力増幅回路側に送出するようにした絶縁増幅装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、入出力間が絶縁された絶縁増幅装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来この種の絶縁増幅装置にあっては、入力側から出力側に絶縁して伝送する にあたっては、入力信号をシリアルのデジタルデータに変換して光カプラで絶縁 し復調するようにしたもの、または、入力信号をそのアナログの電圧値に比例し た光の強さを有する光信号に変換したものをホトカプラ等で伝送する方法を用い ていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、シリアルのデジタルデータを伝送する場合には、信号伝送に時間がか かる、又は、アナログの電圧値に比例した強さの光信号を伝送する場合には本体 部分での入力信号に対応する信号の値の直線性が悪いという問題があった。 本考案はこのような問題を解決し、観測することができる入力信号の周波数が 広帯域化し、かつ、測定精度が向上する絶縁増幅装置を実現すること目的とした ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、入力信号を複数ビットのデジタル信号に変換する並列型ＡＤ変換器 と、 この並列型ＡＤ変換器により変換されたデジタル信号の各ビットに各々対応し 設けられた複数個の電気／光変換手段からなる入力増幅回路と、 この入力増幅回路の出力を各ビット毎に伝送する光伝送手段と、 この光伝送手段で伝送された各ビット毎の光信号をそれぞれ電気信号に変換す る複数個の光／電気信号変換手段と、 この複数個の光／電気信号変換手段が得られるデジタル信号をアナログ信号に 変換する並列型ＤＡ変換器と、 前記並列型ＡＤ変換器と並列型ＤＡ変換器を制御するタイムベース信号発生回 路よりなる出力部分を具備し、 前記タイムベース信号を光伝送信号を介して前記入力増幅回路側に送出するよ うにした絶縁増幅装置である。

【０００５】

【作用】

入力増幅回路で入力した信号を、並列型ＡＤ変換器でデジタル変換した後に、 電気／光変換を行って、出力部分に伝送するから、入力信号が高周波であっても 対応可能な絶縁増幅装置を実現できる。

【０００６】

【実施例】

以下、図面を用いて本考案の絶縁増幅装置を説明する。 図１は本考案の絶縁増幅装置の一実施例を示す構成図である。図において、１ ，１３は帯域制限フィルタで、帯域制限フィルタ１は入力信号の帯域を制限し、 帯域制限フィルタ１３は下記のデジタル／アナログ変換器１０の出力のうち不必 要な高周波成分を遮断して出力する。

【０００７】 ２は利得可変増幅器で、入力信号を設定された条件に増幅する。３は並列型ア ナログ／デジタル変換器（以下、並列型ＡＤ変換器と呼ぶ）で、利得可変増幅器 ２の出力を複数ビットのデジタル信号に変換する。

【０００８】 ６ａは発光ダイオード等で構成した電気／光変換手段で、並列型ＡＤ変換器３ から出力されたデジタルの電気信号を光信号に変換する。

【０００９】 ７ｂは光／電気変換手段で、電気／光変換手段６ａからの光信号を後述の光伝 送手段８を介して入力し、再び電気信号に変換する。 ９はラッチで光／電気変換手段７ｂから出力された電気信号を一時的に保持す る。１０は上記のデジタル／アナログ変換器（以下ＤＡ変換器と呼ぶ）で、ラッ チ９からの出力をアナログ信号に変換する。

【００１０】 １１はタイムベース回路で、並列型ＡＤ変換器３とＤＡ変換器１０およびラッ チ９の動作を制御するため各々にタイムベース信号を出力する。 １２は利得制御回路で、利得可変増幅器２での増幅率を設定するための信号を 出力する。

【００１１】 前記タイムベース回路１１から出力された信号のうち、並列型ＡＤ変換器３に 送出するタイムベース信号と、利得制御回路１２から出力される信号は、電気／ 光変換手段６ｂから、光伝送手段８、さらに、光／電気変換手段７ａを介して、 位相同期回路５および利得制御回路４に出力する。上記光伝送手段８は具体的に は、光ケーブルあるいは光ファイバ等で実現する。

【００１２】 １４は電源トランスで出力部分から入力増幅回路に電源を供給する。トランス １４は、出力部分に供給されている直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧 をコイルトランスを介して、入力増幅回路に供給する。またこの入力増幅回路に 供給された交流電圧は再び直流電圧に変換され、入力増幅回路における電源とし て用いられる。 なお、実施例では、電源トランス１４としてあるが、入力増幅回路と出力部分 では、各々別の直流電源を有してもよい。このような構成とすることで、入力信 号の広帯域化を図ることが可能となる。

【００１３】 このような構成における動作を説明する。 入力端子より入力した電気信号は帯域制限フィルタ１を通過し、利得可変増幅 器２により所定のレベルに調整される。

【００１４】 このレベル調整された信号は、ＡＤ変換器３より、複数ビットのデジタル信号 （以下、「並列データ」という）に変換される。この並列型のＡＤ変換器３での デジタル変換速度は位相同期回路５から出力されるクロック信号により定められ る。

【００１５】 このデジタル変換された並列データは、各々ビット毎に電気／光変換手段６ａ で光信号に変換される。具体的には、光のオン／オフ信号に変換される。 この光信号は光伝送手段８により、絶縁されて出力部分に伝送される。なお、 出力部分と入力増幅回路とが離れた構成となっている場合であっても、光伝送手 段８により、効率よく光信号を出力部分に伝送することが可能となる。

【００１６】 出力部分では、この光信号を光／電気変換手段７ｂにより入力され、電気信号 に変換される。この電気信号は、ラッチ９にて、タイムベース回路１１から出力 されたラッチ用タイムベース信号に従って各ビット毎にラッチされる。 このラッチされたデジタルデータは、並列型ＤＡ変換器１０に入力され、タイ ムベース回路１１から前記タイムベース信号と同一周波数のクロック信号により 、出力されたＤＡ変換用タイムベース信号に従って、順次アナログ信号に変換さ れる。

【００１７】 このアナログ信号に戻された電気信号は帯域制限フィルタ１３により不要な高 周波雑音を除去する。 この帯域制限フィルタ１３からの出力は、その後測定系に入力され波形観測が なされる。

【００１８】 なお、実施例においては、帯域制限フィルタ１３は並列型ＤＡ変換器１０の出 力側に接続されているが、ＤＡ変換器１０の入力側にデジタルフィルタとして接 続するようにしてもよい。 このような構成にすることで、出力信号の遮断周波数の特性の自由度が増大す る。 また、ＤＡ変換せずに直接複数ビットのデジタルデータとして出力し、そのデ ジタルデータに基づいて波形観測をしてもよい。

【００１９】 タイムベース回路１１から出力されるタイムベース信号の周波数を変更するこ とで、ＡＤ変換器３におけるＡＤ変換の速度を可変することも可能であり、これ に付随して入力側の帯域フィルタの周波数を可変にする構成とした応用例も考え られる。

【００２０】 入力増幅回路においては、入力信号を周波数ｆ_iのタイミングで並列型ＡＤ変 換器３にてＡＤ変換を行い、出力部分においては、伝送された複数ビットの信号 を、周波数ｆ₀（ｆ_i≠ｆ₀）のタイミングで並列型ＤＡ変換器１０にてＤＡ変換 して出力する構成も可能である。すなわち、ＡＤ変換の周波数とＤＡ変換の周波 数とが異なる構成であってもよい。このような構成とすれば、例えば、ＤＡ変換 器の変換速度をＡＤ変換器の変換速度よりも遅くすることで、絶縁増幅装置全体 の消費電力を減らすことが可能である。

【００２１】 シリアルの信号をパラレル信号に変換するようなレートデュサーを、並列型Ａ Ｄ変換器３の出力に接続し、これにより、並列型ＡＤ変換器３から出力される並 列データの整数倍のビット幅に変換されたデータを光伝送する構成の応用例も考 えられる。

【００２２】 この構成では、ＡＤ変換器３の変換速度の整数分の１のレートで、電気信号を 光信号に変換すればよく、また、光信号の伝送も同様の速度で行えばよいため、 入力信号が高速であっても対処できる。このため、通常の絶縁増幅装置では電気 ／光変換手段６ａ等はＡＤ変換器３よりも動作速度が遅く、高速のＡＤ変換器を 用いても、測定可能な入力信号の周波数帯域が電気／光変換手段６ａ等によって 制限されていたが、このような制限がなくなり、また、安価な電気／光変換手段 を用いることも可能となる。

【００２３】 また、実施例では、入力増幅回路から出力部分への伝送は光信号で行っている が、電気信号を周波数の低いマイクロ波等の電磁波に変換して伝送する構成とし てもよい。

【００２４】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、本考案の絶縁増幅装置により、以下の効果を得ら れる。 まず、並列型ＡＤ変換器を用いているため、入力信号の入力増幅回路から出力 部分への伝送レートを早くすることができる。

【００２５】 例えば、本考案を用いることで、入力増幅回路と出力部分が絶縁されている絶 縁増幅装置を有する測定器等にあっては、入力信号は１００ＭHzでサンプリング が可能となり、データの伝送量は１００Ｍbyte／secとなる。 このとき、出力部分のＤＡ変換器１０等の再生可能周波数を１／２．５とすれ ば、４０ＭＨｚの帯域となる。

【００２６】 また、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器の特性とその分解能、および、基準電圧のみで 入力信号の変換の特性が定まるので、入力信号を直接光信号に変換するアナログ 方式に比べ、直流特性を大幅に改善できる。

【００２７】 さらに、入力増幅回路と出力部分間の信号の伝送手段として光ファイバ等を用 いることで、入力の結合部分の数が増大しても、結合容量が増えることがないた めＣＭＲＲ（同相信号除去比）の向上が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の基本的構成図である。

【符号の説明】

１，１３ 帯域制限フィルタ ２ 利得可変増幅器 ３ 並列型ＡＤ変換器 ４，１２ 利得制御回路 ５ 位相同期回路 ６ａ，６ｂ 電気／光変換手段 ７ａ，７ｂ 光／電気変換手段 ８ 光伝送手段 ９ ラッチ １０ 並列型ＤＡ変換器 １１ タイムベース回路 １４ 電源トランス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を複数ビットのデジタル信号に変
   換する並列型ＡＤ変換器と、 この並列型ＡＤ変換器により変換されたデジタル信号の
   各ビットに各々対応し設けられた複数個の電気／光変換
   手段からなる入力増幅回路と、 この入力増幅回路の出力を各ビット毎に伝送する光伝送
   手段と、 この光伝送手段で伝送された各ビット毎の光信号をそれ
   ぞれ電気信号に変換する複数個の光／電気信号変換手段
   と、 この複数個の光／電気信号変換手段が得られるデジタル
   信号をアナログ信号に変換する並列型ＤＡ変換器と、 前記並列型ＡＤ変換器と並列型ＤＡ変換器を制御するタ
   イムベース信号発生回路よりなる出力回路部分を具備
   し、 前記タイムベース信号を光伝送信号を介して前記入力増
   幅回路側に送出するようにした絶縁増幅装置。