JPH0916882A - ２線式信号受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】簡単な回路構成で、２線式伝送路上を流れるア
ナログ信号とディジタル信号とを分離し、各々の信号を
絶縁を行い、さらに、アナログ信号へのディジタル通信
信号の影響を取り除く。 【解決手段】２線式フィールド機器１は、２線式伝送路
３を経由して２線式信号受信装置と接続され、同一伝送
路を使用して、動作電力の受給，アナログ電流信号の伝
送，ディジタル信号での通信を行う。２線式信号受信装
置は、スイッチドキャパシタ回路とサンプルホールド回
路と経由して、絶縁されたアナログ信号を上位機器４へ
伝送する。また、ディジタル通信信号は、通信インター
フェイス２６で絶縁され、送受信回路２７を経由して、
上位機器と通信を行う。ここで、ディジタル通信信号を
受信中は、アナログ信号をサンプルホールド回路でホー
ルドすることにより、ディジタル通信信号の影響を取り
除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２線式伝送器上でアナ
ログ信号の受信と、ディジタル通信を行う信号受信装置
に係り、特にディジタル通信により、受信するアナログ
信号が乱れるのを防ぐのに好適な信号受信装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる２線式フィールド機器と称され
る信号伝送装置は、２線式伝送路を介して遠く離れた上
位側の信号受信装置側より供給される電力で動作し、各
種プラントの圧力・温度・流量などの物理量を検出し
て、その値を電気信号に変換し、同一２線式伝送路を通
じて信号受信装置へ信号を伝送しているのが通常であ
る。

【０００３】そして、該電気信号の伝送は、規格化され
ており、フィールド機器が２線式伝送路に、４〜２０ｍ
Ａのアナログ電流信号を出力して、上位側に設置された
信号受信装置が、そのアナログ電流信号を受信するもの
となっている。また、一般的にはフィールド機器から信
号受信装置へのアナログ信号の一方向通信が行われてい
たものであった。

【０００４】しかし、近年、半導体集積回路技術の向上
により、容易にマイクロプロセッサ内蔵の２線式フィー
ルド機器が開発され実用化されている。これによれば、
前記伝送路上で一方向のアナログ信号の通信のほかに、
双方向のディジタル信号の通信を行い、２線式フィール
ド機器のレンジ設定，自己診断などをコミュニケータ，
上位機器などから遠隔に操作できるようになってきてい
る。

【０００５】このディジタル信号の通信は、前記４〜２
０ｍＡのアナログ電流信号に重畳したり、アナログ電流
信号とディジタル通信信号を切り替えたりすることによ
り行っていた。

【０００６】信号受信装置は、フィールド機器からの４
〜２０ｍＡのアナログ電流信号を受信し、例えば１〜５
Ｖの信号に変換した後、信号絶縁を行い、上位システム
に伝送している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術にあっては、ディジタル信号での通信時に、アナロ
グ信号が乱れてしまうことについての配慮がされておら
ず、前記乱れたアナログ信号を、そのまま、上位システ
ムに伝送してしまうといった問題があった。

【０００８】４〜２０ｍＡのアナログ電流信号に、ディ
ジタル電流信号を重畳する方式においては、重畳する信
号を上下方向に均等にしたり、信号振幅を小さくしたり
して、前記影響値を小さくしているが、完全に影響をな
くすことはできず、また、信号振幅を小さくするとディ
ジタル信号での通信の信頼性が低下するという問題や、
ローパスフィルタでディジタル信号を鈍らせて平滑化す
るため、出力するアナログ信号の応答性が悪化するとい
う問題もあった。

【０００９】本発明は、２線式伝送路を使用してフィー
ルド機器からのアナログ信号を受信して出力する際に、
ディジタル信号を受信期間中だけ前記アナログ信号をホ
ールドすることによって、以上の問題点を解決し、さら
に、簡単な回路構成で上位機器に伝送するアナログ信号
を絶縁できる２線式信号受信装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の第１の特徴は、フィールド機器と信号受信
装置との間で、フィールド機器の動作電力の供給と、装
置間での４〜２０ｍＡのアナログ電流信号の伝送と、デ
ィジタル信号での通信とを同一の２線式伝送路で行う２
線式信号受信装置において、前記２線式伝送器へ接続す
る信号受信装置のアナログ信号受信部に、サンプルホー
ルド手段を設け、ディジタル通信の信号受信時に、前記
サンプルホールド手段をホールド動作させ、上記アナロ
グ電流信号の出力を上記ディジタル通信の信号受信直前
の値にホールドさせることである。 また、本発明の第
２の特徴は、フィールド機器と信号受信装置との間で、
フィールド機器の動作電力の供給と、装置間での４〜２
０ｍＡのアナログ電流信号の伝送と、ディジタル信号で
の通信とを同一の２線式伝送路で行い、ディジタル通信
時には、前記アナログ電流信号に前記ディジタル信号を
重畳させて通信を行う２線式信号受信装置において、前
記２線式信号受信装置内でアナログ信号とディジタル通
信信号とを分離する手段と、各信号を絶縁して上位機器
へ伝送する手段とを備えたことである。

【００１１】また、本発明の第３の特徴は、フィールド
機器と信号受信装置との間で、フィールド機器の動作電
力の供給と、装置間での４〜２０ｍＡのアナログ電流信
号の伝送と、ディジタル信号での通信とを同一の２線式
伝送路で行い、ディジタル通信時には、前記アナログ電
流信号と前記ディジタル信号を切り換えて通信を行う２
線式信号受信装置において、前記２線式信号受信装置内
で前記アナログ信号とディジタル通信信号とを分離する
手段と、各信号を絶縁して上位機器へ伝送する手段とを
備えたことである。

【００１２】

【作用】本発明による２線式信号受信装置において、フ
ィールド機器と信号受信装置とを接続する２線式伝送路
上を流れる電流は、４〜２０ｍＡのアナログ電流信号と
これに重畳、または切り替えるディジタル通信信号であ
り、ディジタル通信中に、信号受信装置に内蔵されてい
るサンプルホールド回路は、受信した信号に対し、ホー
ルド動作を行う。

【００１３】このため、ディジタル通信中において、２
線式信号受信装置の出力は、ディジタル通信を行う前の
アナログ信号値をホールドすることになり、かつ、その
間ディジタル通信信号で乱れたアナログ信号を切り離す
ことになるので、ディジタル通信によるアナログ信号へ
の影響が２線式信号受信装置の出力にでてこなくするこ
とが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。

【００１５】図１は、２線式フィールド機器１の出力が
４〜２０ｍＡのアナログ電流信号からなり、このアナロ
グ電流信号に重畳されたディジタル信号によって信号受
信装置２を介して上位機器４との間で通信を行う場合の
構成図を示す。

【００１６】同図において、概略機器構成を説明する。
２線式フィールド機器１は、複合センサを有し、このセ
ンサは各種プラントにおける圧力，温度，流量などの物
理量を検出し、信号受信装置内の電源２１から供給され
る電力によって動作するようになっている。そして、前
記センサからの出力は、２線式フィールド機器１内で種
々の処理が行われ、その処理された信号は、２線式伝送
路３を介して、信号受信装置２に出力されるようになっ
ている。前記信号受信装置２は前記伝送路３のアナログ
電流信号の伝送ループに接続される負荷抵抗２２を備
え、この負荷抵抗２２の間の電圧を検知することによ
り、前記２線式フィールド機器１からの物理量を受信す
るようになっている。そして、さらに通信インターフェ
イス２６と送受信回路２７を内蔵しており、前記ディジ
タル通信信号によって、前記２線式フィールド機器１と
上位機器４との間で信号受信装置を介して通信を行い、
例えば、自己診断情報の読み出し、レンジ値の変更等の
処理を上位機器４側にて行うようになっている。

【００１７】次に、ディジタル信号の伝送方法について
説明する。前記通信インターフェイス２６は、２線式伝
送路３と上位機器４との間の通信路の絶縁を行い、例え
ば図１に示すトランスなどの部品で構成されている。ま
た、通信インターフェイス２６は、２線式伝送器３の伝
送ループに直列に接続され、２線式伝送路３を流れる２
線式フィールド機器１の出力信号（４〜２０ｍＡＤＣ）
にディジタル信号を重畳することにより、前記２線式フ
ィールド機器１に対して、ディジタル信号を送信し、逆
に、２線式伝送路３を流れる電流信号の変化を検出して
ディジタル信号を受信している。ディジタル通信を行う
方式としては、４〜２０ｍＡＤＣのアナログ電流信号に
ディジタル電流信号を重畳する方式と、前記アナログ電
流信号とディジタル電流信号とを切り替えて通信する方
式とがある。本実施例では、前者の重畳する方式で後に
説明する。

【００１８】２線式フィールド機器１と信号受信装置２
との間の通信で使用するディジタル信号は、ディジタル
信号の“１”、“０”に対応して、２種類の周波数信号
を変調する方式や、２種類の振幅信号を変調する方式，
２種類の位相信号を変調する方式などが用いられてい
る。

【００１９】２線式フィールド機器１と上位機器４との
通信に際し、送受信回路２７においては、前記変調信号
の変調，復調などの処理を行い、２線式伝送路にディジ
タル信号が流れている期間中に、ディジタル信号の受信
中を示す信号（Ｒ_BUSY）を出力する。

【００２０】次に、アナログ信号の伝送方法について説
明する。

【００２１】負荷抵抗２２は、通常、２５０Ω程度の値
の抵抗を用い、２線式フィールド機器１の出力信号であ
る電流信号（４〜２０ｍＡＤＣ）の電流ループに接続
し、その電流信号を検出する。前記電流信号は、負荷抵
抗２２からアンプ２３を介して、電圧信号に変換され、
アナログ出力回路２４に伝送される。

【００２２】アナログ出力回路２４は、スイッチドキャ
パシタ方式の絶縁回路とサンプルホールド回路とを合成
した回路で構成され、シーケンス回路２９からの制御信
号（ＳＷ１，ＳＷ２）により、前記各種動作を行い、上
位機器４へ２線式伝送路３とは絶縁されたアナログ信号
（１〜５ＶＤＣ）を出力する。また、絶縁耐圧を強化す
るために、通常、アナログスイッチには、フォトモスリ
レーなどが使われている。

【００２３】これらの、信号受信装置２内の各回路は、
外部から供給される電源（２４Ｖ）をもとに電源回路２
５で作られた、絶縁電圧（Ｖ_DD）から供給される電力で
動作する。

【００２４】次に、シーケンス回路２９とアナログ出力
回路２４の詳細動作について説明する。

【００２５】図２にシーケンス回路２９の一実施例を示
す。シーケンス回路２９は、オシレータ２８から出力さ
れるクロック信号（clock） を基準として、アナログ出
力回路２４のスイッチドキャパシタ回路をサンプルホー
ルド回路を制御する信号（ＳＷ１，ＳＷ２）を作りだし
ている。

【００２６】フリップフロップ２９２，２９３は、前記
クロック信号を分周して、それぞれの信号と論理回路２
９４に出力する。論理回路２９４では、前記分集信号か
ら制御信号（ＳＷ１，ＳＷ２）を作成する。リセット回
路２９１は、送受信回路２７から出力されるディジタル
信号の受信中を示す信号（Ｒ_BUSY）をもとに作成し、遅
延回路を内蔵させることにより、前記ディジタル信号受
信中と、その後伝送路に対するディジタル信号の影響が
完全になくなる一定の期間経過するまで、前記フリップ
フロップ２９２，２９３をリセットする。

【００２７】図３に、そのタイミングチャートを示す。
制御信号（ＳＷ１，ＳＷ２）が、同時にＯＮになること
がなく、かつ、交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すため、図
１のアナログ出力回路２４において、アナログ信号は、
内蔵コンデンサへの充電／放電による信号伝送と信号絶
縁との両機能を実現している。ここで、制御信号（ＳＷ
２）がＯＦＦの場合、内蔵出力アンプとその前段に取り
付けられたコンデンサとにより、サンプルホールド回路
を構成し、アナログ出力値をホールドしている。

【００２８】よってディジタル信号の受信中、およびそ
の後、一定期間は、前記制御信号（ＳＷ１，ＳＷ２）の
両方ともＯＮになることがないため、アナログ出力はデ
ィジタル通信前の値をホールドし、かつ、ディジタル通
信信号の影響を受けたアナログ信号を回路から切り離す
ので、図４に示すように２線式伝送路３上のディジタル
信号の影響を取り除くことができるという効果がある。

【００２９】また、前記２線式伝送路３上のディジタル
信号に、正負方向に同じ振幅の方形波，またはサイン波
の小信号を採用して変調した場合、ローパスフィルタに
て、前記ディジタル信号の影響を削減することができる
が、完全に取り除くことはできず、かつ、ローパスフィ
ルタを内蔵することによりアナログ出力信号の応答が鈍
くなるという問題がある。本実施例によれば、ディジタ
ル信号を鈍らせて影響を取り除くような低い周波数をカ
ットするローパスフィルタを内蔵する必要がないので、
高速応答を維持したまま、信号絶縁ができ、かつ前記デ
ィジタル信号の影響を完全に取り除くことができるとい
う効果もある。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明による２線式信号受信装置によれば、簡単な
回路構成で、アナログ信号とディジタル通信信号とを分
離し、各々の信号を絶縁した上で、上位機器へ伝送で
き、かつディジタル通信信号のアナログ信号への影響を
取り除くことができるという効果がある。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２線式信号受信装置の一実施例を
示すブロック図，及び、機器構成図である。

【図２】本発明による信号受信装置のシーケンス回路の
回路図である。

【図３】本発明による信号受信装置のタイミングチャー
トである。

【図４】アナログ信号にディジタル信号を重畳した入力
電流信号と、及びアナログとディジタルそれぞれの信号
に分離した出力信号の図である。

【符号の説明】 １…２線式フィールド機器，２…２線式信号受信装置，
３…２線式伝送路，４…上位機器，２１…電力供給電
源，２２…負荷抵抗，２３…アンプ，２４…アナログ出
力回路，２５…電源回路，２６…通信インターフェイ
ス，２７…送受信回路，２８…オシレータ，２９…シー
ケンス回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィールド機器と信号受信装置との間で、
   フィールド機器の動作電力の供給と、装置間での４〜２
   ０ｍＡのアナログ電流信号の伝送と、ディジタル信号で
   の通信とを同一の２線式伝送路で行う２線式信号受信装
   置において、 ２線式伝送器へ接続する上記信号受信装置のアナログ信
   号受信部に、サンプルホールド手段を設け、 ディジタル通信の信号受信時に、上記サンプルホールド
   手段をホールド動作させ、アナログ電流信号の出力を上
   記ディジタル通信の信号受信直前の値にホールドさせる
   ことを特徴とする２線式信号受信装置。
2. 【請求項２】フィールド機器と信号受信装置との間で、
   フィールド機器の動作電力の供給と、装置間での４〜２
   ０ｍＡのアナログ電流信号の伝送と、ディジタル信号で
   の通信とを同一の２線式伝送路で行い、ディジタル通信
   時には、上記アナログ電流信号に上記ディジタル信号を
   重畳させて通信を行う２線式信号受信装置において、 上記２線式信号受信装置内でアナログ信号とディジタル
   通信信号とを分離する手段と、 各信号を絶縁して上位機器へ伝送する手段とを備えたこ
   とを特徴とする２線式信号受信装置。
3. 【請求項３】請求項２の２線式信号受信装置において、 前記アナログ信号とディジタル通信信号とを分離する手
   段は、ディジタル通信の信号受信時に、前記アナログ電
   流信号を前記ディジタル通信の信号受信直前の値にホー
   ルドさせ、ディジタルの影響を除去したアナログ電流信
   号を出力することを特徴とする２線式信号受信装置。
4. 【請求項４】フィールド機器と信号受信装置との間で、
   フィールド機器の動作電力の供給と、装置間での４〜２
   ０ｍＡのアナログ電流信号の伝送と、ディジタル信号で
   の通信とを同一の２線式伝送路で行い、ディジタル通信
   時には、上記アナログ電流信号と上記ディジタル信号を
   切り換えて通信を行う２線式信号受信装置において、 上記２線式信号受信装置内でアナログ信号とディジタル
   通信信号とを分離する手段と、 各信号を絶縁して上位機器へ伝送する手段とを備えたこ
   とを特徴とする２線式信号受信装置。
5. 【請求項５】請求項４の２線式信号受信装置において、 前記アナログ信号とディジタル通信信号とを分離する手
   段は、ディジタル通信の信号受信時に、前記アナログ電
   流信号を前記ディジタル通信の信号受信直前の値にホー
   ルドさせ、ディジタルの影響を除去したアナログ電流信
   号を出力することを特徴とする２線式信号受信装置。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４，５記載の２線式信
   号受信装置において、 前記ディジタル通信信号を受信後、サンプルホールドを
   解除するまでの間に、伝送路に対するディジタル信号の
   影響が無くなるまでの一定の遅延期間を設けたことを特
   徴とする２線式信号受信装置。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５，６記載の２線
   式信号受信装置において、 前記信号受信装置のサンプルホールド回路の前段に、ス
   イッチドキャパシタ回路の信号絶縁手段を設け、前記デ
   ィジタル通信信号を受信期間中に、前記スイッチドキャ
   パシタ回路の入力スイッチを開放し、サンプルホールド
   動作をする手段を備えたことを特徴とする２線式信号受
   信装置。
8. 【請求項８】請求項１〜７記載の２線式信号受信装置に
   おいて、 前記スイッチドキャパシタ回路の信号絶縁のためのスイ
   ッチが、サンプルホールド回路のスイッチを兼ねること
   を特徴とする２線式信号受信装置。