JP2009509471A - 適応型入力セル回路 - Google Patents

Abstract

入力セルを動作する方法であって、前記方法は、センサー入力信号、デジタル・バイアスの第１の制御入力及び第２の制御入力を受信する段階、及び前記第１の制御入力のバイアスが第１のデジタル状態である場合に第１の抵抗器回路を用いセンサー入力信号へアナログ・プルアップ・バイアスを加える段階、を有する。第１の抵抗器回路の少なくとも一部に接地への経路を設け、第１の制御入力が第２のデジタル状態のバイアスである場合に、第１の抵抗器回路にセンサー入力へプルダウン・バイアスを加えさせる。方法は、電圧基準及び入力波形信号を受信する段階、第２の制御入力のバイアスが第１のデジタル状態である場合に、第２の抵抗器回路を用い入力波形信号を比較器に加え、及び第２の制御入力のバイアスが第２のデジタル状態である場合に、バイアス及び減衰された入力波形信号を比較器に加える段階、を有する。方法は、バイアスされたセンサー入力信号を第２の抵抗器回路により加えられた波形と比較し、入力セル出力を決定し、従って入力セルはセンサー入力信号を時間に基づくパラメーターに変換できる。

Description

本発明は電子制御装置により用いられ得る種類の入力セル回路に関する。

電子制御装置は、通常は特定のグループの入力センサー、出力装置、及び制御用途のために特注設計された工業オートメーション及び自動車用途に広く用いられている。設定可能電子制御装置（Configurable Electronic Controllers、ＣＥＣ）は、例えば特許文献１、発明者Burkatovsky、２００４年７月１２日出願、及び特許文献２、発明者Burkatovsky、２００５年７月７日出願に記載されているように、特に用途が広いと考えられ、種々のデジタル及びアナログセンサーを測定可能な電子制御装置の設計、及びモーター、ソレノイド、及び表示器のような一連の出力装置の制御を可能にする。特許文献３、名称「ConfigurableElectronicController」、発明者Bhatnagar、２０００年１２月２１日出願、特許文献４、名称「ConfigurableElectronicControllerforAppliances」、発明者Bhatnagar、２０００年１２月２１日出願、特許文献５、名称「UniversalAnalogInput」、発明者Pascucci他、１９９０年７月１２日出願、特許文献６、名称「UniversalInput/OutputDevice」、発明者McLeish他、１９８９年１１月２８日出願、及び技術冊子ＳＳＰ１４９２センサー（センサープラットフォーム社、カリフォルニア州、米国）は、設定可能な電子機器に基づく又は関する他の装置内の入力回路を記載している。

ＣＥＣ装置は入力セルを用い、ＣＥＣと装置に接続されたセンサーとの間の電気インターフェースを提供する。このような従来の入力セルの１つの例は図１に示される。図１は特許文献１の図４を参照し記載され示された従来の入力セル２４０の実施例を図示する。

図１に示されるように、従来の入力セル２４０はセンサー（示されない）と接続される入力ピン２１０を有する。センサー（示されない）は比較器２３５の第１の入力２３６に信号を供給する。同期電圧Ｖｓｙｎｃは同期入力２５５に沿ってＣＥＣ（示されない）から受信され、そして比較器２３５の第２の入力２３８へ供給される。比較器２３５は出力電圧ＶｃｅｌｌをＣＥＣ（示されない）へ供給する。出力電圧Ｖｃｅｌｌは第１の入力２３６と第２の入力２３８のどちらの振幅が大きいかを示す。図１に示されるように、入力セル２４０は、比較器２３５の第１の入力２３６をバイアスする任意の抵抗器２１５を有する。任意の抵抗器２１５は一般に比較的高い抵抗値を有する。

図１の入力セル２４０は、光学位置センサー、アナログ電圧出力センサー、及び特定の出力パラメーターを有する近接センサーを測定する際に特に有用な種類の入力セルである。しかしながら、サーミスタ、磁気ホール効果及び統合ＩＣセンサー（圧力、加速度、及びガス濃度向け）のような他のセンサーは異なる出力パラメーターを有し、当該他のセンサーにより供給された信号の出力パラメーターを有する信号を受信するために異なる種類の入力セルを必要とする。

従来、プログラム可能な制御装置、例えば制御装置のユーザーが特定の用途に用いられる特定のセンサー種類と共に動作するよう特別に適応された入力セルを選択し得るように置き換え可能な入力セルを備えたアレン・ブラッドリー社のプログラム可能なロジック制御装置を設けることが一般的だった。この解決策は、しかしながら、置き換え可能な入力セルを受信するように、プログラム可能なロジック制御装置を特別に適応する必要があり、更にユーザーが特定の用途に必要な正にその入力セルにアクセスする必要がある。このような解決策はまた、互換性を可能にするために必要な種類の置き換え可能な接続を支持するために制御装置の重量と価格を増大させる。

更に、種々のセンサーを用い種々のタスクを実行する柔軟なＣＥＣが単一の筐体内に設けられるよう、そして印刷回路基板若しくは半導体パターンのような単一の基板に設けられるよう、又は共通の工程を用いて組立、加工、製造、若しくは形成できるよう、別個の付属品を必要としないＣＥＣを提供する必要がある。
国際公開第２００５／０２９２０７号パンフレット 国際公開第２００６／００８７３２号パンフレット 米国特許出願第２００１／００３９１９０号明細書 米国特許出願第２００１／００１５９１８号明細書 国際公開第９１／０２３００号パンフレット 米国特許第５０１４２３８号明細書

従って、従来のプログラム可能なロジック制御装置及びＣＥＣには、多数の異なる入力センサーを提供し得る適応型汎用入力セルが必要である。

本発明のある態様では、設定可能制御システムが提供される。設定可能制御システムは、同期制御モジュール、前記同期制御モジュールと接続された複数の設定可能信号取得モジュール、前記複数の信号取得モジュールと接続された制御ロジック、前記複数の信号取得モジュール及び前記制御部の対応する複数の入力ピンとそれぞれ接続された複数の同一の入力セル、並びに前記同期制御モジュール及び前記複数の入力セルと接続された同期信号生成器、を有し、前記複数の入力セルのそれぞれは、入力信号パラメーターを時間に基づくパラメーターへ変換し、前記信号取得モジュールのそれぞれは前記時間に基づくパラメーターを所要のデジタル形式に変換する。前記入力セルは、第１の入力、第２の入力、及び出力を有する比較器、第１の基準電源電圧と前記比較器の第１の入力との間に直列に接続された第１の抵抗器の結合、前記結合の中の少なくとも２つの抵抗器と接地との間に直列に接続され、前記信号取得モジュールからのバイアス制御信号に応じプルアップ・バイアスを前記入力信号ピンに加える１つのスイッチ状態とプルダウン・バイアスを前記入力信号ピンに加えるもう１つのスイッチ状態との間を切り替える第１の電磁気制御スイッチ、第２の基準電源電圧、前記同期制御モジュールからの波形信号を受信する入力、及び前記比較器の第２の入力との間に接続された第２の抵抗器の結合、並びに前記第２の結合の中の少なくとも１つの抵抗器と前記第２の基準電源電圧との間に直列に接続され、前記信号取得モジュールからのバイアス制御信号に応じ、波形信号を前記比較器に加える１つのスイッチ状態と、バイアス又は減衰された前記波形信号を前記比較器に加えるもう１つのスイッチ状態との間で選択的に切り替え可能な第２の電磁気制御スイッチ、を有する。

本発明のある態様では、複数の信号を取得する方法が提供される。前記方法は、同期制御モジュールを設け、前記同期制御モジュールと接続された複数の設定可能信号取得モジュールを設定する段階、前記複数の信号取得モジュールと接続された制御ロジックを設ける段階、前記複数の信号取得モジュールとそれぞれ接続された複数の同一の入力セルを設ける段階、それぞれ前記複数の同一の入力セルの１つにより取得される複数の入力信号を取得する前記複数の入力セルと接続された同期信号生成器を設ける段階、前記取得された入力信号パラメーターを複数の時間に基づくパラメーターに変換する段階、及び前記複数の時間に基づくパラメーターをデジタル形式に変換する段階、を有し、前記取得された入力信号パラメーターを複数の時間に基づくパラメーターに変換する段階は、第１及び第２の電磁気制御スイッチにより制御される。

本発明の別の態様では、入力セルを動作する方法が提供される。前記方法は、比較器へのセンサー入力信号、デジタル・バイアスの第１の制御入力及び第２の制御入力を受信する段階、第１の抵抗器回路を用い、前記第１の制御入力のバイアスが第１のデジタル状態である場合にセンサー入力信号へアナログ・プルアップ・バイアスを加え、前記抵抗器回路の少なくとも一部に接地への経路を設け、前記第１の制御入力のバイアスが第２のデジタル状態である場合に前記第１の抵抗器回路にセンサー入力信号へプルダウン・バイアスを加えさせる段階、電圧基準及び比較器入力波形信号を受信する段階、第２の抵抗器回路を用い、前記第２の制御入力が第１のデジタル状態である場合に比較器に入力波形を加え、前記第２の制御入力のバイアスが第２デジタル状態である場合にバイアスされた又は減衰された入力波形を加える段階、及び前記バイアスされたセンサー入力信号を前記第２の抵抗器回路により加えられた前記波形と比較し、入力セルが前記センサー入力信号パラメーターを時間に基づくパラメーターに変換できるよう入力セル出力を決定する段階、を有する。

本発明の更に別の態様では、入力セルが提供される。前記入力セルは、第１の入力、第２の入力、及び出力を有し、第１の比較器入力と第２の比較器入力の信号の比較に基づき出力信号を生成する比較器、センサーから信号を受信し及び前記センサー信号を前記比較器の前記第１の入力へ供給するセンサー信号入力を有するセンサー信号取得回路、第１の基準電圧と前記センサー信号入力との間に直列に接続された複数のバイアス抵抗器を有する抵抗器回路、前記複数のバイアス抵抗器の少なくとも２つと接地との間に接続され、第１のバイアス制御信号に応じ、前記第１の抵抗器回路と前記接地との間の電気接続を提供する状態と、前記電気接続を提供しない状態との間を遷移する第１の電磁気制御スイッチ、及び前記比較器の第２の入力と接続された同期入力と、それらの間に接続された第１の基準抵抗器とを有する外部制御可能な基準制御回路、第２の基準電源電圧と前記比較器の第２の入力との間に接続され、それらの間に接続された第２の基準抵抗器を有し、第２のバイアス制御信号に応じ、前記第２の基準電圧、前記第２の基準抵抗器、及び前記比較器の第２の入力の間の電気接続を定める状態と、前記電気接続を定めない状態との間を遷移し、従って前記比較器の第２の入力で前記同期入力がバイアスされ減衰されるようにする第２の電磁気制御スイッチ、を有する。

本発明の更に別の態様では、入力セルが提供される。前記入力セルは、第１の入力、第２の入力、及び出力を有し、前記第１の入力の信号振幅が前記第２の入力の信号振幅より大きいかどうかを示す信号を出力に生成する比較器、第１のデジタル制御信号を受信し前記第１のデジタル制御信号に応じ開状態と閉状態との間を遷移する第１の制御線を有し、前記第１の入力及び第１の抵抗器回路と接続され、前記開状態又は前記閉状態の１つである場合に前記第１の入力にプルアップ・バイアスを加え、異なる状態である場合に前記入力信号にプルダウン・バイアスを加える第１のスイッチ、及び第２のデジタル制御信号を受信し前記第２のデジタル制御信号に応じ開状態と閉状態との間を遷移する第２の制御線を有し、同期入力、前記第２の入力、及び第２の抵抗器回路と電気的に接続され、前記閉状態である場合に前記同期入力により供給される波形に前記開状態である場合と異なるバイアス及び減衰を加える第２のスイッチ、を有する。

本発明の更に別の態様では、入力セルが提供される。前記入力セルは、第１の入力、第２の入力、及び出力を有し、前記第１及び第２の入力の信号の比較に基づき出力信号を生成する比較器、第１の基準電源電圧と、前記比較器の第１の入力と接続されたセンサー入力との間に直列に接続された第１の抵抗器及び第２の抵抗器、前記第１及び第２の抵抗器及び接地と接続され、第１の制御線から信号を受信し、前記第１の制御線から受信した信号に応じ、前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器が閉じられている場合と開かれている場合とで異なるバイアスを前記第１の入力のセンサー入力に供給するように切り替える第１のスイッチ、及び 第２の基準電源電圧、第２のスイッチ、及び同期入力との間に直列に接続され、前記第２の比較器入力と接続された第３の抵抗器及び第４の抵抗器、を有し、前記第２のスイッチは第２の制御線と接続され、前記第２の制御線から信号を受信し、波形入力を前記第２の比較器入力に加えるか、又はバイアス若しくは減衰された波形入力を前記第２の比較器入力に加え、従って前記入力セルに接続されない前記入力セルの制御回路ロジックが前記センサー入力に加えられるバイアスを選択的に調整し、前記センサー入力が比較される信号を適応して定められる。

本発明は、例として図面を参照して以下に記載される。

適応型入力セル及び当該適応型入力セルを用いた設定可能制御システムが提供される。

理解されるべき点は、本発明が請求項により定められ、以下の記載又は図面に説明される詳細な構成への適用及び構成要素の配置に限定されないことである。本発明は、他の実施例又は種々の方法で実施若しくは実行される実施例にも適用可能である。また、理解されるべき点は、本願明細書で用いられる句及び用語は説明を目的とし、限定として解釈されるべきではないことである。更に、理解されるべき点は、如何なる特定の抵抗値又は他の記載された一連の構成要素の性能特性も単なる例であることである。

図２は適応型入力セル５００のある実施例を図示する。図２の実施例では、適応型入力セル５００は、１対のセンサー入力５３０及び５３１、第１の制御入力５３６、第２の制御入力５３２、波形入力５３４及び出力５３８、を含む複数の入力及び出力を有する。比較器５３５が設けられる。比較器５３５は２つの入力、つまり第１の入力５２２及び第２の入力５２４を有する。第１の入力５２２はセンサー入力５３０と接続される。また第２の入力５２４は抵抗器Ｒｓ５６０を介し波形入力５３４と接続される。比較器５３５は出力５３８に出力電圧Ｖｃｅｌｌを生成する。ある例では、比較器５３５は、第１の入力５２２及び第２の入力５２４のアナログ信号振幅のアナログ比較に基づき出力５３８に出力電圧Ｖｃｅｌｌを生成する。

入力「プルアップ」又は「プルダウン」選択回路５４０は第１の入力５２２と接続され、そしてアナログ・プルアップ・バイアス又はアナログ・プルダウン・バイアスをセンサー入力５３０で受信した信号に加え、比較器５３５の第１の入力５２２に入力電圧Ｖｉｎｐを形成する。図２に示された実施例では、選択回路５４０は抵抗器Ｒｕ５４２及びＲｄ５４４及び第１の電磁気制御スイッチ５４８を有する。この実施例では、抵抗器Ｒｕ５４２、Ｒｄ５４４は第１の抵抗器回路を第１の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿１と比較器５３５の第１の入力５２２との間に形成する。第１の電磁気制御スイッチ５４８は抵抗器Ｒｕ５４２及びＲｄ５４４と接地ＧＩとの間に配置される。更に、図２の例である実施例では、抵抗器Ｒｕ５４２は２乃至１０ｋΩの範囲の抵抗値を有し、抵抗器Ｒｄ５４４は１００乃至５００Ωの範囲の抵抗値を有し得る。

第１の電磁気制御スイッチ５４８は、電磁気制御スイッチ５４８が接地ＧＩへの電気経路を設ける１つの状態と、第１の電磁気制御スイッチ５４８が接地ＧＩへの電気経路を設けないもう１つの状態との間を切り替え可能である。経路が設けられる場合、プルダウン・バイアスが第１の入力５２２で信号に加えられる。如何なる経路も設けられない場合、プルアップ・バイアスが第１の入力５２２で信号に加えられる。図２の例である実施例では、第１の電磁気制御スイッチ５４８はトランジスターＴ１として図示され、例えばＮチャネルＦＥＴであるジーテック・セミコンダクター社のＺＶＮ３３０６Ｆ型トランジスターを有し得る。

この実施例では、第１の電磁気制御スイッチ５４８は、ＰＬＤ２００（プログラム可能ロジック素子、例えばＦＰＧＡ）から信号取得モジュール２６０（図３に示される）を介し入来する第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１に応じて動作する。第１の電磁気制御スイッチ５４８は、第１の制御入力５３６を介し第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１を受信する。

抵抗器５４６及びＲｓ５６０として示される第２の抵抗器回路、並びに第２の電磁気制御スイッチ５５０は、基準制御回路５５４を構成する。抵抗器Ｒｂ５４６及び第２の電磁気制御スイッチ５５０は、波形入力５３４により供給される同期電圧Ｖｓｙｎｃを得るために用いられる。例として及び限定的ではなく、基準制御回路５５４が用いられ、速度若しくはＰＷＭセンサーから入力電圧Ｖｉｎｐを得るために基準信号を供給する。

抵抗器Ｒｓ５６０は、第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２及び比較器５３５の第２の入力５２４との間に第２の抵抗器回路を設ける。第２の電磁気制御スイッチ５５０は、第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２及び比較器５３５の第２の入力５２４との間に直列に接続される。第２の電磁気制御スイッチ５５０が配置され、従って第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２から抵抗器Ｒｂ５４６へ至る電気経路を生成する状態と、当該電気経路を設けない状態との間を変更できる。第２の電磁気制御スイッチ５５０は、これらの状態の間を、デジタル装置２００及び第２の制御入力５３２で信号取得モジュール２６０により供給される第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２に応じて変更する。

動作中、第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２及び同期電圧Ｖｓｙｎｃは図３のデジタル装置２００から受信される。第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２は、第２の電磁気制御スイッチ５５０に例えば第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２への電気経路を生成する状態に入らせる。これは、比較器５３５の第２の入力５２４に同期電圧Ｖｓｙｎｃのバイアスされた又は減衰された形式を供給する。第２の電磁気制御スイッチ５５０の他の状態は、第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２及び比較器５３５の第２の入力５２４との間に開路を作成する。便宜上、第２の入力５２４に結果として生じる同期電圧Ｖｓｙｎｃは本願明細書では基準電圧Ｖｃ１として参照される。

ある非限定的な例である実施例では、第２の電磁気制御スイッチ５５０は、ＰチャネルＦＥＴのジーテックス・セミコンダクター社のBS２５０F型のようなトランジスターＴ２であり得る。また例えば抵抗器Ｒｂ５４６は約１０乃至２００Ωの間の抵抗値を有し得る。図２に示されるように、任意のバッファー５６６及び５６８が設けられ、予期しない又は不要な電磁気パルスの送信を防ぐ。

理解されるべき点は、他の実施例では、第１の電磁気制御スイッチ５４８又は第２の電磁気制御スイッチ５５０は、電気信号、光信号、又は磁気信号に応じて導電状態から非導電状態へ遷移でき、例えば電磁気的に制御された形式であり、リレー、光カプラー、電流制御スイッチ、電圧制御スイッチ若しくはＰチャネル電界効果トランジスターを含むがこれらに限定されない如何なるスイッチを有しても良い。更に、理解されるべき点は、引用された抵抗値が単なる例であること、本願明細書に記載された機能と一致する結果を達成する他の値が用いられて良いこと、及び当該他の値の選択が本願明細書の教示を読んだ当業者により行われ得ることである。

更に理解されるべき点は、第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１及び第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２がアナログ形式又はデジタル形式の何れでも、比較的高い信号及び比較的低い信号の１つとして供給されて良いことである。第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１又は第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２をデジタル形式で用いることは、設定可能な制御システム６００が標準的に制御を決定するため及びデジタル形式の制御信号を生成するために用いられる場合に有利である。

特に、図３は複数の適応型入力セル５００を用いる設定可能制御システム６００のある実施例の一般的なブロック図である。設定可能制御システム６００は、元の入力セル２４０を置き換える適応型入力セル５００を除き、特許文献１の図３に示された制御装置と同様である。設定可能制御システム６００は、同期信号生成器２５０、設定可能デジタル装置２００を有する。設定可能デジタル装置２００は、例えばＦＰＧＡ若しくはＣＰＬＤであり、少なくとも同期制御モジュール２７０、制御ロジック・モジュール３７０、複数の信号取得モジュール２６０を有する。信号取得モジュール２６０は、設定可能制御システム６００から適応型入力セル５００を通じて入来する信号を受け付けるよう構成される。適応型入力セル５００は同一であるか、又は異なって良い。
設定可能出力制御ロジック・モジュール２８０は、設定可能制御システム６００の出力ピン３８０と接続された負荷を上側の出力ドライバ３５０及び／又は下側の出力ドライバ３６０を通じて制御するよう構成されて良い。この実施例では、当該上側の出力ドライバ３５０のそれぞれは、上側のスイッチ制御３１０及び上側のスイッチ３２０を有する。また当該下側の出力ドライバ３６０のそれぞれは、下側のスイッチ制御３３０及び下側のスイッチ３４０を有する。

設定可能制御システム６００の同期制御モジュール２７０は、適応型入力セル５００及び信号取得モジュール２６０の動作を同期するために基本時間依存信号を生成するよう構成される。当該同期は、適応型入力セル５００により入力信号値を時間に基づくパラメーター（例えばパルス幅、遅延、デューティ・サイクル、周波数、等）に変換するため、及び設定可能信号取得モジュール２６０により当該時間に基づくパラメーターをデジタル形式に変換するために必要である。同期制御モジュール２７０のある可能な実施は、例えば一定間隔で入来するパルスを計数するカウンタであって良い。当該パルス列は、例えばシステム・クロックから得られて良い。同期制御モジュール２７０の出力基準データ２９０は、信号取得モジュール２６０のそれぞれと、そして同期データ２７５として同期信号生成器２５０と接続される。同期信号生成器２５０は、例えばデジタル−アナログ変換器として実施される。同期制御モジュール２７０は、信号取得モジュール２６０のそれぞれと、そして同期信号生成器２５０と同期データ２７５として接続される。同期制御モジュール２７０の動作中、同期データ２７５の値は出力基準データ２９０と等しく、０から最大値へ周期的に変化し、同期信号生成器２５０の同期入力２５５に鋸歯形状の同期電圧Ｖｓｙｎｃを生じる。この電圧は適応型入力セル５００の第２の入力へ転送される。各適応型入力セル５００の第１の入力５２２は、それぞれ設定可能制御システム６００の対応する入力ピンと接続される。適応型入力セル５００の比較器出力信号２２０は、対応する信号取得モジュール２６０の入力ピンと接続される。設定可能信号取得モジュール２６０は受信される必要がある信号の種類に応じて変化して実施され、異なる周辺環境に対応して良い。

適応型入力セル５００の機能は、種々の例であるセンサー群に関連する信号取得方法を分析することにより実証されるだろう。

［温度センサーの信号取得−ＮＴＣ抵抗器］
図４は、適応型入力セル５００と接続された負の温度係数（ＮＴＣ）抵抗器を示す。ＮＴＣ抵抗器Ｒｔ５５２を測定するため、対応するプログラム可能ロジックは、第１の制御入力５３６で制御信号Ｃｔｒｌ＿１への論理Ｌｏｗ、及び第２の制御入力５３２で第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２への論理Ｈｉｇｈに対応するよう構成される。Ｃｔｒｌ＿１及びＣｔｒｌ＿２はそれぞれ、この実施例ではそれぞれトランジスターＴ１及びＴ２として示される第１及び第２の電磁気制御スイッチ５４８及び５５０をオフに切り替える。第２の電磁気制御スイッチ５５０の「オフ」状態は、特許文献１の記載に従い比較器５３５の動作モードを決定する。第１の電磁気制御スイッチ５４８の「オフ」状態は、直列接続された抵抗器Ｒｕ５４２、Ｒｄ５４４、及びＲｔ５５２を通じて流れる電流を生じる。第１の入力５２２の入力電圧Ｖｉｎｐは、第１の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿１と、知られている抵抗器Ｒｕ５４２、Ｒｄ５４４、及びＮＴＣ抵抗器Ｒｔ５５２を有する分圧器とにより定められる。入力５２２で入力電圧Ｖｉｎｐを測定することは、特許文献１に記載されているように、抵抗器Ｒｔ５５２及び対応する測定温度の計算を可能にする。計算は、図３の制御ロジック・モジュール３７０により、従来知られている次式を用い行われて良い。
Ｒｔ＝［Ｖｉｎｐ×（Ｒｕ＋Ｒｄ）］／［Ｖｒｅｆ＿ｌ−Ｖｉｎｐ］
［速度又はＰＷＭセンサー信号の取得］
特許文献１に記載されたように、信号測定は入力電圧の時間に基づくパラメーターへの変換に基づき実行され、設定可能ロジックによるデジタル形式への変換が続いて良い。同期入力２５５（図２−５）の標準的な周波数は、５０乃至１００ｋＨｚの範囲である。周波数（速度）又はＰＷＭ（速度及び方向）センサーは、工業及び自動車制御用途に用いられ、時間に基づくパラメーターであるパルス間隔、周波数、若しくはパルス幅の測定を必要とする。この場合、信号が所要のデジタル形式で受信された場合に別の変換を行う必要はない。図４の適応型入力セル５００の提案された実施例は、時間に基づくパラメーターの取得を可能にする。

この目的のため、プログラム可能なロジックの設定は、第２の制御入力５３２の第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２に論理Ｌｏｗを割り当て、従って第２の電磁気制御スイッチ５５０を第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２を抵抗器Ｒｂ５４６を通じて比較器２３５の第２の入力５２４と接続する状態に設定する。図６は対応する波形を示し、以下に更に説明される。

［オープン・コレクターのホール効果センサーによる速度測定］
図５は、適応型入力セル５００と接続された速度センサー５５８、例えばインフィニオン社のホール効果センサーであるＴＬＥ４９０６を示す。この種のセンサーは、通常の動作条件を提供するためにプルアップ抵抗器を必要とする。これは、第１の制御入力５３６の第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１を論理Ｌｏｗに設定することにより達成される。測定された入力周波数が比較的低い（数ｋＨｚ低い）場合、第２の制御入力５３２の第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２は論理Ｈｉｇｈを割り当てられ、適応型入力セル５００は実質的に従来の入力セル２４０と同様に動作し、そして測定過程は特許文献１の図８及び９に関する記載に従う。

測定された周波数が比較的高い（数ｋＨｚ高い）場合、第２の制御入力５３２の第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２は論理Ｌｏｗを割り当てられる。この場合、Ｖｃ１は比較器５３５の第２の入力５２４の基準電圧を表し、適応型入力セル５００の波形入力５３４の鋸歯形同期電圧Ｖｓｙｎｃを第２の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿２に対し抵抗器Ｒｓ５６０及びＲｂ５４６により分圧して定められる。閉じられた第２の電磁気制御スイッチ５５０に亘る電圧降下は無視できる。

図６は適応型入力セル５００の種々の点で測定された関連波形を図示する。図６（Ａ）の曲線１は、波形入力５３４の同期電圧Ｖｓｙｎｃを表す。図６（Ｂ）の曲線２は比較器５３５の第２の入力５４２に結果として生じる鋸歯形基準電圧Ｖｃ１を表す。図６Ｂの曲線３は比較器２３５の第１の入力５２２の入力電圧Ｖｉｎｐを表す。曲線３は速度センサー５５８の出力により定められ、実質的に接地と第１の基準電源電圧Ｖｒｅｆ＿１との間で変動する。「Ｈｉｇｈ」入力電圧Ｖｉｎｐが常に基準電圧Ｖｃ１より大きい、及び「Ｌｏｗ」入力電圧Ｖｉｎｐが常に基準電圧Ｖｃ１より小さいという事実は、比較器５３５を速度センサー５５８の状態検出に用いることを可能にする。比較器５３５の出力電圧Ｖｃｅｌｌは出力５３８で測定され、図６（Ｃ）の曲線４により示され、実質的に速度センサー５５８の出力状態と一致し、従って比較的高い速度及びＰＷＭ測定を可能にする。この場合、出力電圧Ｖｃｅｌｌのタイミングがセンサーのタイミングと等しいので、他に何の設定も必要ない。生じ得る電子雑音を抑制するために、信号取得モジュール２６０内に任意のデジタル・フィルターが設定されて良い（示されない）。

異常な状況では、図６（Ｄ）の曲線５により示されるように、弱い接続により又は他の理由により、入力電圧Ｖｉｎｐは比較器５３５の「不定」な領域に含まれる異常値を得る。比較器５３５の基準電圧Ｖｃ１は図６（Ｄ）の曲線２により再び示される。比較器５３５の結果として生じる出力電圧Ｖｃｅｌｌは図６（Ｅ）の曲線６により示される。この出力は図６（Ｃ）の曲線４で示された比較器５３５の通常出力と明らかに異なる。また信号取得モジュール２６０は、適正に設定された場合、曲線６の波形及び周波数を検出し、並びに品質の悪い速度センサー５５８へ信号で伝え得る。

［２線のホール効果センサーによる速度測定］
図７は、設定可能制御システム６００の適応型入力セル５００と接続された２線のホール効果センサー５６２、例えばインフィニオン社のＴＬＥ４９５３を示す。この種のセンサーは、通常の動作条件を提供するためにプルダウン抵抗器を必要とする。これは、第１の制御入力５３６の第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１信号を論理Ｈｉｇｈに設定し、第１の電磁気制御スイッチ５４８にセンサー入力５３０、抵抗器Ｒｄ５４４、及び接地ＧＩとの間の経路を設けさせ、従って２線のホール効果センサー５６２に「プルダウン」を実施することにより達成される。

抵抗器Ｒｄ５４４の値は、２線のホール効果センサー５６２のＬｏｗ及びＨｉｇｈ状態電流に従い選択され、従って抵抗器Ｒｄ５４４に亘る電圧降下、及び比較器５３５の第１の入力５２２の入力電圧Ｖｉｎｐを決定する。例えば、Ｒｄの値が２５０Ωでは次の通りである：
Ｖｈ＝２５０Ω×１４ｍＡ＝３．５Ｖ
Ｖｌ＝２５０Ω×６ｍＡ＝１．５Ｖ
これらの値は低及び高周波数の測定に関連する実施例で許容できる。

［更に多くの入力センサーの測定］
適応型入力セル５００は、第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１及び第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２を適切に設定することにより図１に示される入力セル２４０と実質的に同様の方法で動作するよう設定されて良い。これは、特許文献１に詳細に記載された、より多くのセンサーの測定及び制御を可能にする。

例えば、第２の制御信号Ｃｔｒｌ＿２が論理Ｈｉｇｈに設定され、及び第１の制御信号Ｃｔｒｌ＿１がセンサーの種類に従い論理Ｌｏｗ又はＨｉｇｈに設定される場合、アナログ出力センサー、近接センサー、及び特許文献１に記載された光学スイッチのようなセンサーは、適応型入力セル５００により測定できる。

理解されるべき点は、入力セル２４０が１又は複数の信号取得モジュール２６０、同期制御モジュール２７０、及び／又は制御ロジック・モジュール３７０を有する共通基板に設けられ、作成され、製造され、加工され、又は形成されて良いことである。従って、例えば完全な設定可能制御システム６００は低価格、既存の多ポート制御システムより高い信頼性且つ小さい大きさを備え提供できる。

当業者により更に理解されるべき点は、本発明が以上に特に示され記載された事項により制限されないことである。むしろ本発明の範囲は請求項により定められ、本願明細書に記載された種々の特徴の組み合わせ又は従属組み合わせを含み、及びそれらの変形及び修正は本願明細書を読んだ後、当業者に明らかである。

従来の入力セル回路を図示する。 本発明による適応型入力セル回路の好適な実施例を図示する。 本発明による適応型入力セル回路を有する制御装置のブロック図を示す。 本発明による、ＮＴＣ抵抗温度センサーと接続された適応型入力セル回路の好適な実施例を図示する。 本発明による、オープン・コレクターのホール効果速度センサーと接続された適応型入力セル回路の別の好適な実施例を図示する。 図５に記載された、適応型入力セルの機能を説明するタイミング図を示す。 本発明による、２線のホール効果センサーによる速度測定を提供する適応型入力セル回路の別の好適な実施例を図示する。

符号の説明

２００ デジタル装置
２１０ 入力ピン
２１５ 抵抗器
２２０ 比較器の出力信号
２３５ 比較器
２３６ 第１の入力
２３８ 第２の入力
２４０ 入力セル
２５０ 同期信号生成器
２５５ 同期入力
２６０ 信号取得モジュール
２７０ 同期制御モジュール
２７５ 同期データ
２８０ 出力制御ロジック・モジュール
２９０ 出力基準データ
３１０ 上側のスイッチ制御
３２０ 上側のスイッチ
３３０ 下側のスイッチ制御
３４０ 下側のスイッチ
３５０ 上側の出力ドライバ
３６０ 下側の出力ドライバ
３７０ 制御ロジック・モジュール
３８０ 出力ピン
５００ 適応型入力セル
５２２ 比較器の第１の入力
５２４ 比較器の第２の入力
５３０ センサー入力
５３１ センサー入力
５３２ 第２の制御入力
５３４ 波形入力
５３５ 比較器
５３６ 第１の制御入力
５３８ 出力
５４０ プルアップ／プルダウン選択回路
５４２ 抵抗器Ｒｕ
５４４ 抵抗器Ｒｄ
５４６ 抵抗器Ｒｂ
５４８ 第１の電磁気制御スイッチ
５５０ 第２の電磁気制御スイッチ
５５２ 抵抗器Ｒｔ
５５４ 基準制御回路
５５８ 速度センサー
５６０ 抵抗器Ｒｓ
５６２ ホール効果センサー
５６６ バッファー
５６８ バッファー
６００ 設定可能制御システム
Ｃｔｒｌ＿１ 第１の制御信号
Ｃｔｒｌ＿２ 第２の制御信号
ＧＩ 接地
Ｖｃｅｌｌ 出力電圧
Ｖｃ１ 基準電圧
Ｖｉｎｐ 入力電圧
Ｖｒｅｆ＿１ 第１の基準電源電圧
Ｖｒｅｆ＿２ 第２の基準電源電圧
Ｖｓｙｎｃ 同期電圧

Claims (16)

1. 設定可能制御システムであって、
   同期制御モジュール、
   前記同期制御モジュールと接続された複数の設定可能信号取得モジュール、
   前記複数の信号取得モジュールと接続された制御ロジック、
   前記複数の信号取得モジュール及び対応する複数の入力ピンとそれぞれ接続された複数の同一の入力セル、及び
   前記同期制御モジュール及び前記複数の入力セルと接続された同期信号生成器、を有し、前記複数の入力セルのそれぞれは入力信号パラメーターを時間に基づくパラメーターに変換し、前記複数の信号取得モジュールのそれぞれは前記時間に基づくパラメーターを所要のデジタル形式に変換し、前記入力セルは、
   第１の入力、第２の入力、及び出力を有する比較器、
   第１の基準電源電圧と前記比較器の第１の入力との間に直列に接続された第１の抵抗器の結合、
   前記信号取得モジュールからのバイアス制御信号に応じ、前記入力ピンの１つにプルアップ・バイアスを加える１つのスイッチ状態と、前記入力ピンの前記１つにプルダウン・バイアスを加えるもう１つのスイッチ状態との間を切り替える、前記結合の中の抵抗器の少なくとも１つと接地との間に直列に接続された第１の電磁気制御スイッチ、
   第２の基準電源電圧、前記同期制御モジュールからの波形信号を受信する入力、及び前記比較器の第２の入力との間に接続された第２の抵抗器の結合、及び
   前記信号取得モジュールからのバイアス制御信号に応じ、前記波形信号を前記比較器に加える１つのスイッチ状態と、前記波形信号のバイアス及び減衰を前記比較器に加えるもう１つのスイッチ状態との間で切り替える、前記第２の結合の中の抵抗器の少なくとも１つと第２の基準電源電圧との間に直列に接続された第２の電磁気制御スイッチ、を有する、設定可能制御システム。
2. 前記比較器は、前記入力信号ピンからの入力信号及び前記同期信号生成器からの同期信号を受信し、前記信号取得モジュールへの信号である比較器の出力を生成する、請求項１記載の設定可能制御システム。
3. 前記第１の電磁気制御スイッチ及び第２の電磁気制御スイッチは、Ｎチャネル電界効果トランジスター、Ｐチャネル電界効果トランジスター、光カプラー、及びリレーの１つである、請求項１記載の設定可能制御システム。
4. 前記第１の電磁気制御スイッチ及び前記第２の電磁気制御スイッチの少なくとも１つは、導電状態から非導電状態へ、電気信号、光信号、又は磁気信号に応じて遷移する、請求項１記載の設定可能制御システム。
5. 前記入力セルは、前記同期制御モジュール、前記制御ロジック、及び前記同期信号生成器の少なくとも１つを有する共通基板に生成、組立、製造、加工、又は形成される、請求項１記載の設定可能制御システム。
6. 複数の信号を取得する方法であって、
   同期制御モジュールを設け、前記同期制御モジュールと接続された複数の設定可能信号取得モジュールを設定する段階、
   前記複数の信号取得モジュールと接続された制御ロジックを設ける段階、
   それぞれ入力信号パラメーターを複数の時間に基づくパラメーターに変換する、前記複数の信号取得モジュールとそれぞれ接続された複数の入力セルを設ける段階、
   それぞれ複数の入力セルの１つにより取得される複数の入力信号を取得する前記複数の入力セルと接続された同期信号生成器を設ける段階、
   前記取得された入力信号を複数の時間に基づくパラメーターに変換する段階、及び
   前記複数の時間に基づくパラメーターをデジタル形式に変換する段階、を有し、
   前記取得された入力信号を複数の時間に基づくパラメーターに変換する段階は、前記複数の入力セルの中の第１及び第２の電磁気制御スイッチにより制御される、方法。
7. 前記入力セルの１つと接続された前記信号取得モジュールは、前記複数の入力セルの１つにより取得された入力信号を特徴付ける種類のパラメーターに従い、前記第１及び第２の電磁気制御スイッチを制御する、請求項６記載の方法。
8. 前記取得された入力信号を複数の時間に基づくパラメーターに変換する段階、及び前記複数の時間に基づくパラメーターを所要のデジタル形式に変換する段階は、前記第１及び第２の電磁気制御スイッチを制御する外部から供給された電磁気信号に基づき実行される、請求項７記載の方法。
9. 入力セルを動作する方法であって、前記方法は、
   センサー入力信号、デジタル・バイアスの第１の制御入力及び第２の制御入力を受信する段階、
   第１の抵抗器回路を用い、前記第１の制御入力のバイアスが第１のデジタル状態である場合に前記センサー入力信号へアナログ・プルアップ・バイアスを加え、前記第１の抵抗器回路の少なくとも一部に接地への経路を設け、前記第１の制御入力のバイアスが第２のデジタル状態である場合に前記第１の抵抗器回路にセンサー入力信号へプルダウン・バイアスを加えさせる段階、
   基準電圧及び同期入力を受信する段階、
   第２の抵抗器回路を用い、前記第２の制御入力が第１のデジタル状態である場合に比較器に同期入力を加え、前記第２の制御入力のバイアスが第２デジタル状態である場合に前記比較器にバイアスされた又は減衰された入力波形信号を加える段階、及び
   前記バイアスされたセンサー入力信号を前記第２の抵抗器回路により加えられた前記波形と比較し、前記入力セルが前記センサー入力信号を時間に基づくパラメーターに変換できるよう入力セル出力を決定する段階、を有する方法。
10. 前記入力波形信号は鋸歯形信号である、請求項９記載の方法。
11. 入力セルであって、
    第１の入力、第２の入力、及び出力を有し、第１の比較器入力と第２の比較器入力の信号の比較に基づき出力信号を生成する比較器、
    センサーから信号を受信し及び前記センサー信号を前記比較器の前記第１の入力へ供給するセンサー信号入力を有するセンサー信号取得回路、
    第１の基準電圧と前記センサー信号入力との間に直列に接続された複数のバイアス抵抗器を有する抵抗器回路、
    前記複数のバイアス抵抗器の少なくとも２つと接地との間に接続され、第１のバイアス制御信号に応じ、前記第１の抵抗器回路と前記接地との間の電気接続を設ける状態と、前記電気接続を設けない状態との間を遷移する第１の電磁気制御スイッチ、及び
    前記比較器の第２の入力と接続された同期入力と、それらの間に接続された第１の基準抵抗器とを有する外部制御可能な基準制御回路、
    第２の基準電源電圧と前記比較器の第２の入力との間に接続され、それらの間に接続された第２の基準抵抗器を有し、第２のバイアス制御信号に応じ、前記第２の基準電圧、前記第２の基準抵抗器、及び前記比較器の第２の入力の間の電気接続を定める状態と、前記電気接続を定めない状態との間を遷移し、従って前記比較器の第２の入力で前記同期入力がバイアスされ減衰されるようにする第２の電磁気制御スイッチ、を有する入力セル。
12. 前記比較器は、入力信号ピンからの入力信号及び同期信号生成器からの同期信号を受信し、信号取得モジュールへの比較器出力信号を生成する、請求項１１記載の入力セル。
13. 前記第１の電磁気制御スイッチ及び第２の電磁気制御スイッチは、Ｎチャネル電界効果トランジスター、Ｐチャネル電界効果トランジスター、光カプラー、及びリレーの１つである、請求項１１記載の入力セル。
14. 前記第１の電磁気制御スイッチ及び前記第２の電磁気制御スイッチの少なくとも１つは、導電状態から非導電状態へ、電気信号、光信号、又は磁気信号に応じて遷移する、請求項１１記載の入力セル。
15. 入力セルであって、
    第１の比較器入力、第２の比較器入力、及び出力を有し、前記第１の入力の信号振幅が前記第２の入力の信号振幅より大きいかどうかを示す比較器出力信号を出力に生成する比較器、
    第１のデジタル制御信号を受信し前記第１のデジタル制御信号に応じ開状態と閉状態との間を遷移する第１の制御線を有し、前記第１の比較器入力及び第１の抵抗器回路と接続され、前記開状態又は前記閉状態の１つである場合に前記第１の入力にプルアップ・バイアスを加え、異なる状態である場合に前記入力信号にプルダウン・バイアスを加える第１のスイッチ、及び
    第２のデジタル制御信号を受信し前記第２のデジタル制御信号に応じ開状態と閉状態との間を遷移する第２の制御線を有し、同期入力、前記第２の比較器入力、及び第２の抵抗器回路と電気的に接続され、前記閉状態である場合に前記同期入力により供給される波形に前記開状態である場合と異なるバイアス及び減衰を加える第２のスイッチ、を有する入力セル。
16. 入力セルであって、
    第１の比較器入力、第２の比較器入力、及び出力を有し、前記第１及び第２の入力信号の比較に基づき比較器出力信号を生成する比較器、
    第１の基準電源電圧と、前記比較器の第１の入力と接続されたセンサー入力との間に直列に接続された第１の抵抗器及び第２の抵抗器、
    前記第１及び第２の抵抗器及び接地と接続され、第１の制御線から信号を受信し、前記第１の制御線から受信した信号に応じ、前記第１及び第２の抵抗器が閉じられている場合と開かれている場合とで異なるバイアスを前記第１の入力のセンサー入力に供給するように切り替える第１のスイッチ、及び
    第２の基準電源電圧、第２のスイッチ、及び同期入力との間に直列に接続され、前記第２の比較器入力と接続された第３の抵抗器及び第４の抵抗器、を有し、
    前記第２のスイッチは第２の制御線と接続され、前記第２の制御線から信号を受信し、波形入力を前記第２の比較器入力に加えるか、又はバイアス若しくは減衰された波形入力を前記第２の比較器入力に加え、従って前記入力セルに接続されない前記入力セルの制御回路ロジックが前記センサー入力に加えられるバイアスを選択的に調整し、前記センサー入力が比較される信号を適応して定められる、入力セル。

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