JPH077931B2 - ２線式デ−タ伝送方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アナログの電流信号データの伝送方式、特
に、時分割多重による遅延を最小にするデータ伝送方式
に関するものである。

〔従来の技術〕

パルス振幅変調（PAM）された電流信号を、たとえば双
方向に伝送する場合等においては、該信号を時分割多重
する方法が用いられることがある。すなわち、時間軸に
分割スロットを設けて、通信を行う２局間に上り信号ス
ロット、下り信号スロットを割り当てるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来の時分割多重方式によれば、データ情報
（上り、下りの多重化された情報）の他に、パルスサン
プリングクロック情報および多重用の同期情報を併せて
伝送する必要があり、合計３種類の情報を伝送しなけれ
ばならない。そのため、基本的には３系統の情報伝送路
が必要となる。これに対して、必要とされる伝送路を少
なくするために、同期情報を符号化してデータ情報に載
せる方法が考えられ利用されているが、この方法を用い
てもデータ情報とクロック情報の２系統の伝送路が必要
になる。そのため、従来の双方向伝送ではデータを実時
間で遅延なく伝送するために少なくとも４線式伝送路ま
たは３線式伝送路が必要であり、２線式伝送路では不可
能であった。

また、この問題は、単方向伝送において２以上のデータ
情報を多重化する際にも同様に存在し、２以上のデータ
情報を２線式伝送路で伝送することは出来なかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の２線式データ伝送方式は上記問題点に鑑みてな
されたものであり、コントローラ側の主局（４）と、ア
クチュエータ（１）に駆動電流を供給するとともにトラ
ンスミッタ（２）からの検出信号を入力する従局（３）
とを２線式信号伝送路（13）で接続し、主局から従局へ
２線式信号伝送路を介して４〜20mAの間で変化する駆動
制御信号を送信するとともに、同じく従局から主局へ２
線式信号伝送路を介して４〜20mAの間で変化する検出制
御信号を送信する２線式データ伝送方式であって、２線
式信号伝送路を第１（［０］），第２（［１］），第３
（［３］）のタイムスロットが順次繰り返される状態に
仕切って多重になし、第１のタイムスロットで２線式信
号伝送路を基底レベル（零レベル）にするとともにこれ
を同期信号として使用し、第２のタイムスロットで２線
式信号伝送路を駆動制御信号のレベルにし、第３のタイ
ムスロットで２線式信号伝送路を検出制御信号のレベル
にするものである。

〔作用〕

データ中に含まれることのない零電流が同期信号に割り
当てられているので、同期信号とデータとが完全に識別
され、同期信号がクロック情報も兼ねる。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。ア
クチュエータ１は、４〜20mAの直流信号を入力信号とし
て駆動する従来からのアクチュエータである。また、ト
ランスミッタ２は、４〜20mAの直流信号を出力する従来
からある発信手段である。そして、これらアクチュエー
タ１およびトランスミッタ２が配備されている場所の近
傍に多重伝送手段６の従局３が設けられている。一方、
コントローラであるPID調節計４の近傍には、多重伝送
手段６の主局５が設けられている。PID調節計４は、本
来は、その電流出力端子にアクチュエータ１を接続して
４〜20mAの直流信号を与え、その電流入力端子にトラン
スミッタ２を接続して同じく４〜20mAの直流信号を入力
することにより、トランスミッタ２からのデータを入力
しながら、該データに応じた制御信号をアクチュエータ
１に対して与えるフィードバック制御コントローラであ
るが、ここでは、その入出力端子が多重伝送手段６を介
してアクチュエータ１およびトランスミッタ２と接続さ
れている。

多重伝送手段６の主局４は、多重信号送信回路７、多重
信号受信回路８および同期回路９から構成されている。

多重信号送信回路７は、直流電源7a、I/V変換器7b、ゲ
ート回路付V/I変換器7cから構成されている。I/V変換器
7bは、４〜20mAの電流信号を１〜5Vの電圧信号に変換す
る手段であり、第２図にその具体的構成を示す。第２図
において21は入力端子、22は出力端子、23,24はそれぞ
れ演算増幅器である。ゲート回路付V/I変換器7cは、同
期回路９からの第１サンプリングクロックS1に従って、
一定周期で離散的に電圧信号を電流信号に変換する手段
であり、第３図にその具体的構成を示す。第３図におい
て、31は入力端子、32、32′は出力端子、33はサンプリ
ングクロック用の入力端子、34は演算増幅器、35はフォ
トカプラ、36はスイッチングトランジスタである。

多重信号受信回路８は、I/V変換器8a、サンプルホール
ド回路8b、V/I変換器8cおよび直流電源8dから構成され
ている。I/V変換器8aは同7bと同様のものである。サン
プルホールド回路8bは、同期回路９からの第２サンプリ
ングクロックS2のタイミングで、入力電圧をつぎのクロ
ック入力まで保持する手段であり、第４図にその具体的
構成を示す。同図において、41は入力端子、42は出力端
子、43はサンプリングクロック入力端子、44はアナログ
スイッチであり、サンプリングクロック入力端子43の入
力状態（ハイまたはロー）に応じてサンプリングおよび
ホールドを行う。V/I変換器8cは、１〜5Vの電圧信号を
４〜20mAの電流信号に変換する手段であり、具体例を第
５図に示す。この構成は、第３図に示したゲート回路付
V/I変換器7cからフォトカプラ35によるゲート回路部を
除去した構成に他ならず、51が入力端子、52,52′が出
力端子、53が演算増幅器、54がスイッチングトランジス
タである。

同期回路９は、クロックパルス発信器9a、リングカウン
タ9b、同期変換器9cから構成されている。リングカウン
タ9bは、発振器9aからのクロックパルスを分周して、前
述したサンプリングクロックS1,S2および同期変換器9c
へ与える同期パルスS0を作る手段であり、その具体例を
第６図に示す。３つのJKフリップフロップ回路および幾
つかの論理要素を同図のように接続し、端子61をクロッ
ク信号を入力端子、端子62〜64をそれぞれ同期パルスS
0、サンプリングクロックS1,S2の出力端子とすることに
より、第７図のタイミングチャートに示すように動作す
る。なお、端子65は、パワーオン時の初期セットを行う
ためのリセット入力端子である。第７図において、
（ａ）は発振器9aが出力するクロックパルス、（ｂ）は
端子62から出力される同期パルスS0、（ｃ）は端子63か
ら出力されるサンプリングクロックS1、（ｄ）は端子64
から出力されるサンプリングクロックS2をそれぞれ示
す。

同期変換器9cは、電圧値としての同期パルスS0を電流値
に変換する手段であり、具体的には同期パルスS0が「ロ
ー」レベルのときの出力電流を零すなわち基底レベルに
する手段である。第８図は同期変換器9cの具体的構成を
示すものであり、コンパレータ81とフォトカプラ82とか
ら構成されており、端子83から同期パルスS0を入力し、
端子84および84′から出力する。

このように構成された主局４では、V/I変換器7cの出力
端子、I/V変換器8aの入力端子および同期変換器9c出力
端子が２線式信号伝送路13に対して直列に接続されてい
る。なお、多重信号送信回路７のV/I変換器7cの２つの
出力端子間にはダイオード14が図のように接続されてい
る。また、I/V変換器7bの入力端子にはPID調節計５の出
力端子が接続され、V/I変換器8cの出力端子にはPID調節
計５の入力端子が接続されている。

つぎに、従局３の構成について説明する。従局３の基本
構成は主局４とほぼ同様であり、多重信号受信回路10、
多重信号送信回路11および同期回路12を具備している。
多重信号受信回路10の構成は、主局４側の多重信号受信
回路８と同一であり、I/V変換器10a、サンプルホールド
回路10b、V/I変換器10cおよび直流電源10dは、それぞれ
多重信号受信回路８のI/V変換器8a、サンプルホールド
回路8b、V/I変換器8cおよび直流電源8dに対応する。同
様に、多重信号送信回路11も主局４の多重信号送信回路
７と同一構成となっている。

同期回路12は、主局４の同期回路９と若干異なる構成と
なっており、発振器12a、分周器12b、リングカウンタ12
cおよび同期検出器12dから構成されている。第10図は同
期回路12の動作を示すタイミングチャートであり、同図
（ａ）は分周器12bが出力する基準サンプリングパル
ス、同図（ｂ）は同期検出器12dが検出した同期パルスS
0′、同図（ｃ）および（ｄ）はそれぞれリングカウン
タ12cで作られたサンプリングクロックS1′,S2′であ
る。なお、同図（ａ）の基準サンプリングパルスは、発
振器12aからのそのｎ倍の周波数のクロックを、同図
（ｂ）の同期パルスS0′の立ち下がりを基準にして分周
することにより形成されている。第９図は同期検出器12
dの具体例を示すものであり、フォトカプラ91およびコ
ンパレータ92から構成されており、端子93,93′が電流
入力端子、端子94が出力端子である。

このように構成された従局３では、I/V変換器10aの入力
端子、V/I変換器11cの出力端子および同期検出器12dの
入力端子が２線式信号伝送路13に直列に接続されてい
る。なお、多重信号送信回路11のV/I変換器11cの２つの
出力端子間にはダイオード15が図のように接続されてい
る。また、V/I変換器10cの出力端子にはアクチュエータ
１が接続され、I/V変換器11bの入力端子にはトランスミ
ッタ２が接続されている。

つぎに、このように構成された本実施例の全体動作を、
第11図を用いて説明する。

PID調節計５の電流出力端子から第11図（ａ）に示すよ
うに20mAから4mAに向かってリニアにその値が減少する
電流信号α１が出力され、同時に、トランスミッタ２の
出力端子から同図（ｂ）に示すように4mAから20mAに向
かってリニアのその値が増加する電流信号α２が出力さ
れたとする。PID調節計５の電流出力は、主局４の多重
信号送信回路７に入力され、I/V変換器7bにおいて5Vか
ら1Vにリニアに下がる電圧信号に変換される。同様にト
ランスミッタ２の電流出力は、従局３の多重信号送信回
路11に入力され、I/V変換器11（ｂ）において1Vから5V
にリニアに上がる電圧信号に変換される。

一方、主局４側の同期回路９では、同期パルスS0、サン
プリングパルスS1,S2が作られており、これらのパルス
によって２線式信号伝送路13が第11図（ｃ）に示すよう
なタイムスロットに仕切られる。

すなわち、主局４側の同期パルスS0によって同期スロッ
ト「０」の時点において２線式信号伝送路13は基底レベ
ルとなり、サンプリングパルスS1によって、スロット
「１」の区間だけ信号α１を２線式信号伝送路13に送出
する。また、主局４側では、サンプリングパルスS2によ
って、スロット「２」の時点で多重信号受信回路８に入
力される信号をサンプリングする。従局３側では、２線
式信号伝送路13の基底レベルを検出し、これに基づいて
従局３側の同期パルスS0′およびサンプリングパルスS
1′,S2′を作成する。したがって、同期パルスS0′およ
びサンプリングパルスS1′,S2′は、主局４側の同期パ
ルスS0およびサンプリングパルスS1,S2とそれぞれ同一
タイミングとなる。従局３の多重信号受信回路10は、サ
ンプリングパルスS1′によって、スロット「１」の時点
の２線式信号伝送路13上の電流信号をサンプルホールド
し、従局３の多重信号送信回路11は、サンプリングパル
スS2′によって、スロット「２」の区間だけトランスミ
ッタ２の信号α２を２線式信号伝送路13に送信する。

第11図（ｄ）はこのときの２線式信号伝送路13上の電流
信号波形、同図（ｅ）は従局３の多重信号受信回路10に
おけるサンプルホールド後の波形、同図（ｆ）は主局４
の多重信号受信回路８におけるサンプルホールド後の波
形をそれぞれ示したものである。これらの図から、２種
のデータと同期信号とが２線式信号伝送路13上で多重化
され、主局４および従局３においてそれぞれ相手側から
の信号を自己が送出する信号と明確に分離されてきれい
に抽出できることが判る。

なお、本実施例では、２種のデータを双方向に伝送する
例を示したが、本発明は３種以上のデータの多重化にも
適用することができ、また、２種以上のデータを単方向
に伝送する場合にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の２線式データ伝送方式によ
れば、データ中に含まれることのない零電流を同期信号
として割り当てられているので、データ情報とクロック
情報と同期情報という３つの情報を１組の２線式伝送路
に多重化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図〜
第６図はそれぞれ第１図の実施例内の各要素の具体例を
示す構成図、第７図は同期回路９における信号波形図、
第８図および第９図はそれぞれ第１図の実施例内の一要
素の具体例を示す構成図、第10図は同期回路12における
信号波形図、第11図は本実施例の動作を説明するための
タイミングチャート。 １……アクチュエータ、２……トランスミッタ、３……
従局、４……主局、５……PID調節計、６……多重伝送
手段、7,11……多重信号送信回路、8,10……多重信号受
信回路、9,12……同期回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コントローラ側の主局と、アクチュエータ
   に駆動電流を供給するとともにトランスミッタからの検
   出信号を入力する従局とを２線式信号伝送路で接続し、 主局から従局へ２線式信号伝送路を介して４〜20mAの間
   で変化する駆動制御信号を送信するとともに、同じく従
   局から主局へ２線式信号伝送路を介して４〜20mAの間で
   変化する検出制御信号を送信する２線式データ伝送方式
   であって、 前記２線式信号伝送路を第1,第2,第３のタイムスロット
   が順次繰り返される状態に仕切って多重になし、 第１のタイムスロットで２線式信号伝送路を基底レベル
   にするとともにこれを同期信号として使用し、 第２のタイムスロットで２線式信号伝送路を前記駆動制
   御信号のレベルにし、 第３のタイムスロットで２線式信号伝送路を前記検出制
   御信号のレベルにすることを特徴とする２線式データ伝
   送方式。