JP4800371B2 - Range switching circuit - Google Patents
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Description
本発明は半導体スイッチの漏れ電流や、演算増幅器やバッファアンプ等のバイアス電流に起因する測定誤差の少ない電流/電圧変換回路に関するものである。 The present invention relates to a current / voltage conversion circuit with a small measurement error due to a leakage current of a semiconductor switch and a bias current of an operational amplifier or a buffer amplifier.
電流の大きさ、又は電流に関連した電気量や電力量等のような物理量を測定する場合、電流を電圧に変換する為にI/V変換抵抗を用いる。従来は対象とする電流の大きさに応じて抵抗値の異なる数種類のI/V変換抵抗を、スイッチ又はリレー又は半導体等のスイッチで切り替えて測定していた。これは一般的にはレンジ切り替えと呼ばれる。 When measuring a physical quantity such as the magnitude of current or the amount of electricity or power related to the current, an I / V conversion resistor is used to convert the current into a voltage. Conventionally, several types of I / V conversion resistors having different resistance values depending on the magnitude of the target current are measured by switching with a switch, a relay, or a semiconductor switch. This is generally called range switching.
図23はその一例としてのレンジ数2の場合の基本的な電流/電圧変換回路であり、I/V変換抵抗3、4を並列にして半導体スイッチ23、25でレンジ切り替えを行なう。
一般的にはダイナミックレンジが大きく、且つ高速に変化する電流についてはレンジ切り替えは困難であり、測定対象電流が小さく半導体スイッチの漏れ電流の影響が誤差要因となる場合は実用にならず、それ故に特許文献1や特許文献2、あるいはそれらの基本原理である特許文献3等で対策を講じた回路で実現可能となった。
FIG. 23 shows a basic current / voltage conversion circuit in the case of two ranges as an example, and the range is switched by the
In general, it is difficult to switch the range for currents that have a large dynamic range and change at high speed, and it is not practical when the current to be measured is small and the influence of the leakage current of the semiconductor switch causes an error. The circuit can be realized by a circuit in which countermeasures are taken in
図14は特許文献1で開示されている代表的な電流/電圧変換回路のレンジ数3の場合の構成図である。小さい電流レンジからそれぞれレンジ1、レンジ2、レンジ3とする。レンジ1が最小レンジである。
I/V変換抵抗3、4、5はそれぞれレンジ1、2、3用であり、抵抗値をR1、R2、R3としてこれらを直列接続し、レンジ1以外のI/V変換抵抗には電流バイパス回路を設ける。
レンジ2の電流バイパス回路はレンジ切り替え回路90中のスイッチ91によりその出力部である電流駆動回路92の駆動信号をレンジオフ時はダイオードスイッチ6のI/V変換抵抗4側の端子電圧に、レンジオン時は不感帯回路93を経由した誤差増幅器としての演算増幅器1の電圧出力V1側に切り替え、ダイオードスイッチ6を介して電流駆動回路92でI/V変換抵抗4、5を駆動する。
レンジ3についても同様である。動作の詳細は特許文献1による。
以下本書ではこれを「抵抗直列電流/電圧変換回路1」と呼ぶ。
FIG. 14 is a configuration diagram of a typical current / voltage conversion circuit disclosed in
I /
The current bypass circuit of the
The same applies to
Hereinafter, this is referred to as “resistance series current /
図15は特許文献2で開示されている主な電流/電圧変換回路のレンジ数3の場合の構成図である。
各レンジのI/V変換抵抗3、4、5を直列接続し、最小レンジ以外の各I/V変換抵抗には電流バイパス回路を設ける。
レンジ2の電流バイパス回路はレンジ切り替え回路100中の電流駆動回路104の駆動信号を、加算器103によるリミット回路102を介したI/V変換抵抗4側のダイオードスイッチ6の端子電圧と不感帯回路101を介した誤差増幅器としての演算増幅器1の電圧出力V1との加算値とし、ダイオードスイッチ6を介して電流駆動回路104でI/V変換抵抗4、5を駆動し、その動作は自動レンジ切り替えになるというものである。
レンジ3の電流バイパス回路についても同様である。動作の詳細は特許文献2による。
以下本書ではこれを「抵抗直列電流/電圧変換回路2」と呼ぶ。
FIG. 15 is a block diagram of the main current / voltage conversion circuit disclosed in
The I /
The
The same applies to the current bypass circuit of
Hereinafter, this is referred to as “resistance series current /
以上の抵抗直列電流/電圧変換回路1と抵抗直列電流/電圧変換回路2は要約するとレンジオフ時はダイオードスイッチの両端を同電位にしてその漏れ電流を無くし、レンジオン時は演算増幅器の出力信号で電流バイパス回路を駆動するものであり、図16はこれをレンジ数2の場合で集約して表現した構成図である。
The resistor series current /
また、特許文献3における電流/電圧変換回路は測定対象電流をダイオードスイッチにより、I/V変換抵抗の両端で直接バイパスさせるものであり、抵抗直列電流/電圧変換回路1及び抵抗直列電流/電圧変換回路2の基本原理となるものである。
以下、これらをまとめて「抵抗直列電流/電圧変換回路」と呼ぶ。
In addition, the current / voltage conversion circuit in
Hereinafter, these are collectively referred to as a “resistor series current / voltage conversion circuit”.
レンジ数2の場合と同様のレンジ切り替え回路を追加する事により容易にレンジ数3以上に拡張可能である事は特許文献1、特許文献2、及び特許文献3で開示されているので、説明の明快化の為に本書では必要時以外はレンジ数を2又は3とし、最小レンジからレンジ1、レンジ2、レンジ3としそのフルスケールの電流値を各々I1FS、I2FS、I3FSとする。
Since it is disclosed in
負帰還を施した誤差増幅器としての演算増幅器1がリニアに動作する領域では図16の様に非反転入力端子をグランド(回路動作基準電位)に接続すると、その反転入力端子の電位は入力電流Iの大きさに関わらず常に非反転入力端子電位に等しくなるようにその出力電圧V1が制御されるので、電流入力端子電圧eはほぼ0Vになる。以下本書では説明の明快化の為にeを0Vとして扱う。
In the region where the
図16において電流を電圧に変換するI/V変換抵抗3、4は抵抗値が各々R1、R2とし、その大きさはR1>R2であり、R1がレンジ1、R2がレンジ2に対応するものとする。
In FIG. 16, I /
レンジ切り替え回路80はレンジ2オン時のバイパス回路を駆動する。
本書ではバイパス電流の方向を、電流駆動回路からI/V変換抵抗に向かう場合を電流吐き出し方向、I/V変換抵抗から電流駆動回路に向かう場合を電流吸い込み方向とする。
The
In this document, the direction of the bypass current is defined as a current discharge direction when traveling from the current drive circuit to the I / V conversion resistor, and a current suction direction when traveling from the I / V conversion resistor to the current drive circuit.
レンジ制御部81は演算増幅器1の出力電圧V1とR2の下端電圧V2から図16中に示したI−V21のグラフの様な電圧出力V21を生成する。
バッファアンプ10はR2の下端電圧V2をバッファリングするもので必要に応じて設ける。
The range controller 81 generates a voltage output V21 like the graph of I-V21 shown in FIG. 16 from the output voltage V1 of the
The
図16の回路動作の概要は以下の通りである。
演算回路2は電圧信号のA/D変換、電流算出、レンジオン/オフ制御信号の制御等を行なうもので、演算増幅器、差動増幅器、コンパレータ、A/D変換器等のハードウェアを組み合わせて機能を実現したり、それらとマイクロコンピュータシステムを組み合わせてハードウェアとソフトウェアで機能を実現する等公知の技術によっても実現方法は千差万別であるが、本発明では所要機能が得られるのであれば方法は問わないので総称として演算回路で示す。その中の差動増幅器もハードウェアによる差動増幅回路についてもA/D変換後のデータをソフトウェアで減算して差分を取っても良い。
The outline of the circuit operation of FIG. 16 is as follows.
The
入力電流IがI1FS以下の場合は演算回路2はレンジ2オン/オフ制御信号をオフとし、レンジ制御部81は電流駆動回路82の出力電圧V21をR2下端の電圧V2と同じ値にするのでダイオードスイッチ6の両端の電位差は0Vで、ダイオードスイッチはオフ状態になって電流を流さないので電流I21は0Aになる。
When the input current I is less than I1FS, the
これに伴い入力電流Iは全てR1とR2を流れ、I=I1、であり、演算回路2によりR1下端の電圧V1を測定し、
I=V1/(R1+R2) ・・・(1)
の演算で入力電流Iの値を求める。
Accordingly, the input current I flows through R1 and R2, and I = I1, and the
I = V1 / (R1 + R2) (1)
The value of the input current I is obtained by the following calculation.
入力電流IがI1FSを越えると演算回路2はレンジ2オン/オフ制御信号をオンにし、負帰還動作により演算増幅器1は、
I=I1+I21 ・・・(2)
となる様に出力電圧V1を増減させ、これに伴い電流駆動回路82の出力電圧が増減し、ダイオードスイッチ6がオンになり、バイパス電流I21を駆動する。
演算回路2でその時のR2下端の電圧V2を測定し、
I=V2/R2 ・・・(3)
の演算で入力電流Iの値を求める。
When the input current I exceeds I1FS, the
I = I1 + I21 (2)
The output voltage V1 is increased or decreased so that the output voltage of the
The
I = V2 / R2 (3)
The value of the input current I is obtained by the following calculation.
以上記した様に、ダイオードスイッチ6は電流駆動回路82とR2下端間の電流のオン/オフスイッチの機能を果たす。ここで、電流駆動回路82は単なるオン/オフスイッチ動作ではなく、入出力の関係が折れ線的な増幅器としての動作をする事は大きな特徴であり、アナログスイッチではオン/オフができない様な比較的大きな電流をレンジ切り替えして測定する場合には特に有利である。
As described above, the diode switch 6 functions as a current on / off switch between the
しかし、図16ではレンジ数が増えるとバッファアンプ10相当のバッファアンプ又はバッファアンプが無い場合は入力電流経路と演算回路2との接続点が増え、これらのバイアス電流が測定対象の入力電流に加算されるので、微小電流を測定する場合には測定誤差要因になるという欠点と、回路規模が大きくなるという欠点が有った。
解決しようとする課題は半導体スイッチの漏れ電流や、演算増幅器やバッファアンプ等のバイアス電流に起因する測定誤差の少ない電流/電圧変換回路を得ようとするものである。 The problem to be solved is to obtain a current / voltage conversion circuit with a small measurement error due to a leakage current of a semiconductor switch and a bias current of an operational amplifier or a buffer amplifier.
請求項1に関わる電流/電圧変換回路は、誤差増幅用演算増幅器とI/V変換抵抗を負帰還抵抗とするI/V変換用演算増幅器を設け、電流オン/オフ用の半導体スイッチの一方の端子を誤差増幅用演算増幅器の反転入力端子に、もう一方の端子をI/V変換用演算増幅器の反転入力端子に各々接続し、I/V変換用演算増幅器の非反転入力端子の接続先をレンジオン/オフ用の半導体スイッチにより誤差増幅用演算増幅器の出力かグランドかを選択できる様にし、電流オン/オフ用の半導体スイッチとレンジオン/オフ用の半導体スイッチの両方又は何れか一方をオン/オフさせる事により、半導体スイッチの漏れ電流が少なくI/V変換抵抗に流れる電流のオン/オフ制御が可能で、I/V変換用演算増幅器の出力電圧とその非反転入力端子電圧の電位差がI/V変換抵抗に流れる電流値に比例した電圧になる事を特徴とするものである。
A current / voltage conversion circuit according to
請求項2に関わる多重化電流/電圧変換回路と呼ぶ電流/電圧変換回路は、請求項1による電流/電圧変換回路の各レンジ毎のI/V変換に関わる回路を所要レンジ数分並列に設け、これと誤差増幅用演算増幅器を組み合わせて半導体スイッチの漏れ電流少なく任意のレンジをオン/オフ制御可能とした事を特徴とするものである。
A current / voltage conversion circuit called a multiplexed current / voltage conversion circuit according to
請求項3に関わる多重化電流/電圧変換回路は、請求項2の多重化電流/電圧変換回路において、電流オン/オフ用の半導体スイッチとI/V変換用演算増幅器の反転入力端子の間に抵抗を入れ、より大きな効果が必要な場合はレンジオン/オフ用の半導体スイッチと誤差増幅用演算増幅器の出力端子の間に不感帯回路を設けて誤差増幅用演算増幅器の出力電圧範囲を広くした事を特徴とするものである。
The multiplexed current / voltage conversion circuit according to
(抹消)(Erasure)
本発明のレンジ切り替え回路により、従来困難であったナノアンペアレベル、ピコアンペアレベル等の微小な電流に対しても半導体スイッチの漏れ電流やバッファアンプ等のバイアス電流に起因する測定誤差を低減した電流/電圧変換回路を実現できる効果を得られる。 The range switching circuit of the present invention reduces the measurement error caused by the leakage current of the semiconductor switch and the bias current of the buffer amplifier, etc., even for minute currents such as the nanoampere level and picoampere level, which have been difficult in the past. An effect that a voltage conversion circuit can be realized can be obtained.
最初に本書で使用するの用語の定義を示す。
本書では電圧の単位は[V]、電流の単位は[A]、抵抗の単位は[Ω]であるものとし、説明の明快化の為に文脈上単位が明らかな場合はその記載を省く場合がある。
また、入力電流Iの方向により回路各部の電圧、電流は符号が異なるのみで回路上は正負同様に動作するので、以下の説明における電圧、電流の値は特にことわらない場合は正の値又は絶対値で説明するものとする。
First, definitions of terms used in this document are shown.
In this document, the unit of voltage is [V], the unit of current is [A], and the unit of resistance is [Ω]. For the sake of clarity, the description is omitted when the unit is clear in context. There is.
In addition, since the voltage and current of each part of the circuit differ only in the sign depending on the direction of the input current I and operate on the circuit in the same way as the positive and negative, the voltage and current values in the following description are positive or The absolute value will be used for explanation.
また、抵抗に関して説明図中で符号と抵抗値Rnを並記している場合がある。判り易くする為に誤解を招かない範囲で、抵抗を特定する場合に符号でなく抵抗値Rnで呼ぶ場合がある。 In addition, there are cases where the symbol and the resistance value Rn are written side by side in the explanatory diagram regarding the resistance. In order to make it easy to understand, there is a case where the resistance is specified by the resistance value Rn instead of the sign when specifying the resistance within a range not causing misunderstanding.
また、請求項2で示したI/V変換抵抗を負帰還抵抗とするI/V変換用演算増幅器とレンジオン/オフ用半導体スイッチと電流オン/オフ用の半導体スイッチを組み合わせた回路を所要レンジ数分並列に設け、これと演算増幅器を組み合わせてレンジ切り替えを可能とした電流/電圧変換回路を「多重化電流/電圧変換回路」と呼ぶ。
A circuit combining the I / V conversion operational amplifier using the I / V conversion resistor as a negative feedback resistor, a range on / off semiconductor switch, and a current on / off semiconductor switch according to
なお、図20は不感帯回路の入出力の関係を示したもので、図21、図22は公知の不感帯回路例である。
以降の説明の為に不感帯設定電圧の絶対値を正負同一値とした場合の不感帯回路を次式で定義する。
Vout=db(Vin、Edb) ・・・(4)
但し、Vinは入力電圧、Edbは不感帯設定電圧、Voutは不感帯出力電圧であり、
Vin<−Edbの時 Vout=Vin+Edb
−Edb≦Vin<+Edbの時 Vout=0
+Edb≦Vinの時 Vout=Vin−Edb
とする。
FIG. 20 shows the input / output relationship of the dead zone circuit, and FIGS. 21 and 22 show examples of known dead zone circuits.
For the following explanation, the dead zone circuit when the absolute value of the dead zone set voltage is the same value is defined by the following equation.
Vout = db (Vin, Edb) (4)
Where Vin is the input voltage, Edb is the dead band setting voltage, Vout is the dead band output voltage,
When Vin <-Edb Vout = Vin + Edb
When −Edb ≦ Vin <+ Edb, Vout = 0
When + Edb ≦ Vin, Vout = Vin−Edb
And
上記の説明からも明らかな様に、不感帯回路はその入力電圧の大きさでオン/オフするので外部からのオン/オフ制御信号は不要であり、本書の各図面中のスイッチ回路に不感帯回路を適用する場合はそのオン/オフ制御信号は無きものとする。 As is clear from the above description, since the dead zone circuit is turned on / off at the magnitude of its input voltage, an external on / off control signal is unnecessary, and the dead zone circuit is not included in the switch circuit in each drawing of this document. When applied, there is no on / off control signal.
また、図24は一般的ダイオードの電圧−電流特性例であり、順方向電圧VFが数百mV以下では電流がほぼ0Aのオフ状態になり、順方向電圧VFがそれ以上では電流が急激に大きくなりダイオードがオン状態になる。
図25は双方向並列接続したダイオードイッチの電圧−電流特性例であり、図24のスイッチ特性のVFとIを正負双方向にした特性になる。
FIG. 24 shows an example of voltage-current characteristics of a general diode. When the forward voltage VF is several hundred mV or less, the current is almost 0 A, and when the forward voltage VF is more than that, the current increases rapidly. The diode is turned on.
FIG. 25 shows an example of voltage-current characteristics of a diode switch connected in both directions in parallel. The switch characteristics shown in FIG.
本発明では上記のダイオードの電流スイッチ特性を用いる。
その様なダイオード相当の電圧−電流特性を有する素子にはダイオード接続したトランジスタやダイオード接続したFET、バリスタ、又はツェナーダイオード等があるが、説明の明快化の為に本書ではそれらも含めて「ダイオードスイッチ」で表記し図面中ではダイオード記号で表わす。
In the present invention, the current switch characteristic of the diode is used.
There are diode-connected transistors, diode-connected FETs, varistors, Zener diodes, etc. as elements having such a voltage-current characteristic equivalent to diodes. It is indicated by “switch” and is indicated by a diode symbol in the drawing.
なお、以上の説明からも明らかな様に、「ダイオードスイッチ」はその両端子電圧の大きさでオン/オフするので外部からのオン/オフ制御信号は不要であり、本書の各図面中のスイッチ回路に「ダイオードスイッチ」を適用する場合はそのオン/オフ制御信号は無きものとする。 As is clear from the above description, since the “diode switch” is turned on / off at the magnitude of the voltage at both terminals, an on / off control signal from the outside is not necessary, and the switch in each drawing of this document When a “diode switch” is applied to the circuit, there is no on / off control signal.
また本書ではこれらダイオードスイッチ以外に、スイッチ素子として電界効果トランジスタ(以下FETと称す)やフォトモスリレーを用いる事ができるので、これらを総称として「FETスイッチ」と呼ぶものとする。
その他にアナログ回路のオン/オフ用スイッチとして一般的なアナログスイッチがあり、本発明でもスイッチとして使用できる場合が多くある。
従って、回路中で単にスイッチ機能があれば良く、ダイオードスイッチ、FETスイッチ、一般的アナログスイッチの何れでも使用可能な場合は総称として「半導体スイッチ」と呼ぶものとする。
In this document, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) and photo MOS relays can be used as switching elements in addition to these diode switches, and these are collectively referred to as “FET switches”.
In addition, there is a general analog switch as an on / off switch for an analog circuit, and it can be used as a switch in the present invention in many cases.
Accordingly, it is sufficient that the circuit has only a switching function. When any of a diode switch, FET switch, and general analog switch can be used, it is generically called “semiconductor switch”.
また、本書では図面間で部品や回路ブロックが同一の場合は同一符号又はA、B等のサフィクス付きの同一符号で示し、何れかの図面でその説明を行なったら他の図面説明では同一のものとして説明を繰り返さないものとする。
さらに、以下で記述する実施例はあくまでも「例」であり、同等機能を実現する方法にはそれらから組み合わせの変更や応用、派生、類推される種々のバリエーションが容易に考えられるが、発明が指す原理に基づく限りはそれらは全て本発明の範囲に含まれるものとする。
以上を前提に以下に発明実施の最良形態を実施例で示す。
Also, in this document, when parts and circuit blocks are the same in the drawings, they are indicated by the same reference numerals or the same reference numerals with suffixes such as A, B, etc. The description will not be repeated.
Further, the embodiments described below are merely “examples”, and various variations derived from combinations, applications, derivations, and analogies can be easily considered as methods for realizing equivalent functions. They are all within the scope of the present invention as long as they are based on the principle.
Based on the above, the best mode for carrying out the invention will be described below as an example.
図2は本発明の請求項1の多重化電流/電圧変換回路のレンジ数1の基本回路例であり、そのレンジをレンジ1と呼ぶものとする。
電流オン/オフ用の半導体スイッチ23は演算回路2の出力であるレンジオン/オフ制御信号でオン/オフ制御されるもので、アナログスイッチ、フォトモスリレー、FET、トランジスタ、ダイオードスイッチ、メカニカルリレー等入力電流をオン/オフできれば一般的なスイッチ素子で良い。
FIG. 2 is an example of a basic circuit with a range number of 1 for a multiplexed current / voltage conversion circuit according to
The current on / off
抵抗14とスイッチ15はレンジ1がオフ時に演算増幅器1の負帰還ループがオープンになって出力が飽和するのを避ける為のもので、レンジ1オフ時にスイッチ15をオンにして入力電流Iを抵抗14に流れる様にして演算増幅器1を正常に負帰還動作させるものであり、他にレンジが追加されて常に何れかのレンジがオンになる場合は抵抗14とスイッチ15は無くても良い。レンジ数が1の場合にはレンジ1がオン時にはスイッチ15をオフにするものとする。
これにより、演算増幅器1は入力電流Iの大きさに関わらず常にその反転入力端子が0Vになる様にその出力電圧V0が制御される。以降の説明ではこれを前提とする。
なお、抵抗14とスイッチ15操作は本来の電流/電圧変換機能には直接関わらないのでここでの説明では省く。
The
As a result, the output voltage V0 of the
Since the operation of the
レンジオン/オフ用のスイッチ回路120は演算回路2の出力であるレンジオン/オフ制御信号でオン/オフ制御されるもので、アナログスイッチ、フォトモスリレー、FET、トランジスタ、ダイオードスイッチ、メカニカルリレー等アナログ信号をオン/オフできれば一般的なスイッチ素子で良い。
抵抗33はスイッチ回路120がオフ時に演算増幅器12の非反転入力端子をグランドにプルダウンする。
The range ON /
The
図17はスイッチ回路120の別の回路例であり、121は公知の不感帯回路であり、122は反転増幅器である。
本例では図17の回路内の抵抗の抵抗値は全て等しいものとし、これに伴い全ての反転増幅器のゲインは−1とする。
Vcontに接続されたオン/オフ制御信号を0Vにすると入力VinはそのままVoutに出力される。
オン/オフ制御信号をVinの見込まれる最大値より大きな電圧Vdisに設定して置き、これをVcontに入力すると不感帯回路121の不感帯設定電圧として働きVoutは0Vになる。
以上から図17はVcontの電圧でオン/オフ制御されるスイッチ動作をする事が判る。本スイッチによると、スイッチ動作が緩やかになり、負帰還回路の応答が追従できない事による各演算増幅器出力のスパイクノイズが減る効果がある。
なお、Vdisは一定値(固定値)で良く、コンパレータやインバータ等との適合性が良いのは利点である。
FIG. 17 shows another circuit example of the
In this example, the resistance values of the resistors in the circuit of FIG. 17 are all equal, and accordingly, the gains of all the inverting amplifiers are −1.
When the on / off control signal connected to Vcont is set to 0V, the input Vin is output to Vout as it is.
When the on / off control signal is set to a voltage Vdis that is larger than the maximum value expected of Vin and is input to Vcont, it acts as a deadband setting voltage of the
From the above, it can be seen that FIG. 17 performs a switch operation that is on / off controlled by the voltage of Vcont. According to this switch, the switch operation becomes gentle, and there is an effect that the spike noise of each operational amplifier output due to the fact that the response of the negative feedback circuit cannot follow is reduced.
Note that Vdis may be a constant value (fixed value), and it is an advantage that compatibility with a comparator, an inverter, or the like is good.
図2のI/V変換抵抗3は抵抗値R1のI/V変換用抵抗であり、演算増幅器12と共にI/V変換回路を構成する。
バッファアンプ10はI/V変換用の演算増幅器12の非反転入力端子電圧をバッファリングして演算回路2に渡す為のもので、必須ではなく接続先の入力インピーダンスを鑑みて必要に応じて設ければ良い。
An I /
The
以下に図2の回路動作を説明する。
I/V変換用の演算増幅器12はその負帰還動作により反転入力端子の電位が非反転入力端子電位V12と等しくなる様に出力電圧V11を制御する。
従ってレンジオン/オフ用スイッチ回路120と電流オン/オフ用半導体スイッチ23をオフにするとV12は抵抗33によりグランドにプルダウンされて0Vになり、反転入力端子電位も0Vになる。ここで演算増幅器1の反転入力端子の電位は常に0Vになる様に制御されるので結果的に電流オン/オフ用半導体スイッチ23の両端子間電圧は0Vで漏れ電流が極めて小さいオフ状態になり、I/V変換抵抗3に流れる電流は0A、即ちレンジ1はオフ状態になる。
The circuit operation of FIG. 2 will be described below.
The
Accordingly, when the range on / off
レンジオン/オフ用スイッチ回路120と電流オン/オフ用半導体スイッチ23をオンにするとV12はV0からスイッチ回路120の電圧降下分を差し引いた電圧V12になり、I/V変換用の演算増幅器12の反転入力端子の電位も同電位になる。
結果として電流オン/オフ用半導体スイッチ23の両端電位差はV12となりI/V変換用の演算増幅器12によりI/V変換抵抗3を経由して入力電流Iが駆動されるので、レンジ1はオン状態になる。
When the range on / off
As a result, the potential difference between both ends of the current on / off
この時、I/V変換抵抗3に流れる電流値Iはその両端電位差をR1で除算すれば求められるが、I/V変換用の演算増幅器12の反転入力端子電位と非反転入力端子電位V12が等しいので、その出力V11と非反転入力端子電位V12を用いて演算回路2により電位差V1を求めR1で除算すれば電流値Iが求められる。即ち、
I=(V11−V12)/R1
=V1/R1 ・・・(5)
になる。
At this time, the current value I flowing through the I /
I = (V11−V12) / R1
= V1 / R1 (5)
become.
本回路の特徴は電流のオン/オフ制御が可能であり、I/V変換用の演算増幅器12の出力電圧とその非反転入力端子電圧の電位差V1がI/V変換抵抗3に流れる電流値に比例した電圧になり、入力電流Iの経路に電流オン/オフ用半導体スイッチ23以外にバッファアンプや演算回路等のバイアス電流を要する回路素子を接続する必要が無いので、それらに起因する測定誤差が生じない事である。
即ち、本電流/電圧変換回路は大きな電流に対するレンジ切り替えだけでなく、比較的微小な電流に対しても有効である。
The feature of this circuit is that current ON / OFF control is possible, and the potential difference V1 between the output voltage of the
In other words, this current / voltage conversion circuit is effective not only for range switching for a large current but also for a relatively small current.
図3は本発明の請求項1の多重化電流/電圧変換回路のレンジ数1の別の基本回路例である。
これは図2の電流オン/オフ用半導体スイッチ23をダイオードスイッチ6に置き換えたものであり、レンジ切り替え動作は実施例1と同様であるので説明は省く。
レンジオン/オフ用スイッチ回路120をオフにするとV12が0Vになり、ダイオードスイッチ両端電位も0Vになって漏れ電流が少ないオフ状態になり、そのオン/オフ制御が不要になる利点がある。
FIG. 3 shows another basic circuit example of the number of
This is obtained by replacing the current on / off
When the range on / off
図4は本発明の請求項1の多重化電流/電圧変換回路のレンジ数1のさらに別の基本回路例である。
誤差増幅器1の出力を基準として電流/電圧変換用の演算増幅器12の出力との差分を取る様にしている。
レンジ切り替え動作は実施例1と同様であるので説明は省く。
FIG. 4 shows still another basic circuit example of the number of
The difference from the output of the
Since the range switching operation is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
レンジオン/オフ用スイッチ回路120がオンの場合、そのオン抵抗値が抵抗33の抵抗値R2より充分小さく無視可能の場合はV0≒V12になるので本回路でも(5)式により電流値を求める事ができる。
これはレンジ数が増えてもバッファアンプ10が1個で済むので回路を少なくできる利点がある。
When the range ON /
This has the advantage that the number of circuits can be reduced because only one
図5は本発明の請求項1の多重化電流/電圧変換回路の基本回路のレンジ数1のさらに別の実施例である。
図2に於ける電流/電圧変換用の演算増幅器12の出力V11と非反転入力端子電位V12の差分を取るのを止め、直接V11で電流値Iを算出するものである。
レンジ切り替え動作は実施例1と同様であるので説明は省く。
FIG. 5 shows still another embodiment of the
The difference between the output V11 of the
Since the range switching operation is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
電流オン/オフ用半導体スイッチ23がFETスイッチの様にオン抵抗が充分小さく入力電流Iによる電圧降下がほぼ0Vになる場合は、電流/電圧変換用の演算増幅器12の反転入力端子電位V12は0Vと見なせ、
I=(V11−V12)/R1
≒V11/R1 ・・・(6)
によりその出力電圧V11から直接電流値Iを算出する事が可能になる。
これは回路を少なくできる利点がある。
When the on / off
I = (V11−V12) / R1
≒ V11 / R1 (6)
Thus, the current value I can be directly calculated from the output voltage V11.
This has the advantage of reducing the circuit.
図6は本発明の請求項1の電流/電圧変換回路の回路例である。
回路は図3と同様であるが、電流/電圧変換回路を電流吐き出し用と電流吸い込み用にそれぞれ設けている。
レンジ切り替え動作は実施例1と同様であるので説明は省く。
入力電流値Iは実施例1と同様にして
I=V1P/R1+V1N/R1 ・・・(7)
で求められる。
なお、通常はダイオードスイッチ6、6Aの何れかがオフになるので(7)式のV1P、V1Nの少なくとも一方は0Vになる。
FIG. 6 is a circuit example of a current / voltage conversion circuit according to
The circuit is the same as that shown in FIG. 3, but current / voltage conversion circuits are provided for discharging current and for sucking current, respectively.
Since the range switching operation is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
The input current value I is the same as in Example 1. I = V1P / R1 + V1N / R1 (7)
Is required.
Normally, since either one of the diode switches 6 and 6A is turned off, at least one of V1P and V1N in the equation (7) becomes 0V.
レンジオン/オフ用のスイッチ回路130はオフ時にダイオードスイッチ6、6Aに逆バイアス電圧印加を可能としたものであり、演算回路2の出力であるレンジオン/オフ制御信号でオン/オフ制御されるもので、アナログスイッチ、フォトモスリレー、FET、トランジスタ、メカニカルリレー等アナログ信号をオン/オフできれば一般的なスイッチ素子で良く、これと逆バイアス電圧設定用定電圧源で構成する。
参考例としてスイッチ回路130の別の回路例を図18に示す。
The switch circuit 130 for range ON / OFF enables reverse bias voltage application to the diode switches 6 and 6A when OFF, and is ON / OFF controlled by a range ON / OFF control signal that is an output of the
As a reference example, another circuit example of the switch circuit 130 is shown in FIG.
ダイオードスイッチ6、6A周辺回路のオフセット電圧による漏れ電流を防ぐ為に逆バイアス電圧を印加したい場合、見込まれる最大のオフセット電圧を打ち消せるだけの逆バイアス電圧−E1、+E2をスイッチ回路130に設定すると、スイッチ回路130がオフ時にはI/V変換用演算増幅器12、12Aの非反転入力端子に逆バイアス電圧が印加され、反転入力端子も同電位になるように制御されるので、結果としてダイオードスイッチ6、6Aが所要の電圧に逆バイアスされる事になる。
When it is desired to apply a reverse bias voltage to prevent leakage current due to an offset voltage in the peripheral circuits of the diode switches 6 and 6A, the reverse bias voltages −E1 and + E2 that can cancel the maximum offset voltage that is expected are set in the switch circuit 130. When the switch circuit 130 is off, the reverse bias voltage is applied to the non-inverting input terminals of the I / V conversion
信号電流経路にバイアス電流を要す回路素子を接続する必要が無く、簡単な回路で逆バイアス電圧を印加してダイオードスイッチ周辺回路のオフセット電圧による漏れ電流を防ぐ事ができる事が本回路の特徴であり利点である。
上記回路は抵抗直列電流/電圧変換回路にも適用可能であり、図1はその一例である。
It is not necessary to connect a circuit element that requires a bias current to the signal current path, and the reverse bias voltage can be applied with a simple circuit to prevent leakage current due to the offset voltage of the diode switch peripheral circuit. It is an advantage.
The above circuit can also be applied to a resistance series current / voltage conversion circuit, and FIG. 1 shows an example thereof.
図7は本発明の請求項2の多重化電流/電圧変換回路の回路例である。
本回路は図2の回路をレンジ数2に拡張したものでレンジ1、レンジ2とする。同様にして任意のレンジ数に拡張可能である。
レンジ切り替え動作は図2と同様なので、動作説明は省く。
入力電流Iは各レンジの電流値の合計で求められる。本例では
I=V1/R1+V2/R2 ・・・(8)
である。
なお、何れか1つのレンジのみオンにする場合は(8)式のV1、V2の内オフにするレンジについては0Vになる。
FIG. 7 is a circuit example of a multiplexed current / voltage conversion circuit according to
This circuit is an extension of the circuit of FIG. Similarly, it can be expanded to any number of ranges.
The range switching operation is the same as in FIG.
The input current I is obtained by the sum of the current values of each range. In this example, I = V1 / R1 + V2 / R2 (8)
It is.
When only one of the ranges is turned on, the range to be turned off among V1 and V2 in equation (8) is 0V.
抵抗14とスイッチ15はレンジ1、レンジ2共にオフ時に演算増幅器1の負帰還ループがオープンになって出力が飽和するのを避ける為のもので、測定機能には関わらないので無くても良い。
入力保護回路16は過大入力や全レンジオフ時の電流入力をバイパスする為の保護回路であり、測定機能には関わらないので必須ではない。
The
The
各レンジはそのレンジオン/オフ制御信号を用いて演算回路2で任意にオン/オフ制御できるので、I/V変換信号であるV1、V2又はV1、V2から演算で求めた電流値を用いて自動レンジ切り替えを行なう等の事ができる。
例として入力電流増大時110%FS(フルスケール)で上位レンジに移行、入力電流減少時9%FSで下位レンジに移行する場合のレンジ切り替えの手順を図30、図31のフローチャートに示す。
図30はレンジ切り替え時に一端両レンジ共にオンにするオーバーラップ時間を設ける場合であり、図31はオーバーラップ時間が不要の場合であり、何れにするかは適用する際に適宜選択すれば良い。
Each range can be arbitrarily turned on / off by the
As an example, the flowchart of FIG. 30 and FIG. 31 shows the procedure of range switching when shifting to the upper range at 110% FS (full scale) when the input current increases and shifting to the lower range at 9% FS when the input current decreases.
FIG. 30 shows a case in which an overlap time for turning on both ranges at the time of range switching is provided. FIG. 31 shows a case in which the overlap time is not required.
本回路はレンジ数の拡張が容易、且つ任意のレンジオン/オフが容易であり、入力電流の経路にバイアス電流を要す回路素子を接続する必要が無い事が本回路の特徴であり利点である。 The feature of this circuit is that it is easy to extend the number of ranges and easily turn on / off any range, and it is not necessary to connect a circuit element that requires a bias current to the path of the input current. .
図8は本発明の請求項2の多重化電流/電圧変換回路の別の回路例であり、図7の電流/電圧変換回路に抵抗値R0のI/V変換抵抗17を追加したものである。
I/V変換抵抗17を演算増幅器1に直結する事により容易に1レンジ追加でき、そのレンジの電流値はV0/R0で求められる。
レンジ切り替え動作は図7と同様なので、動作説明は省く。
FIG. 8 is another circuit example of the multiplexed current / voltage conversion circuit according to
One range can be easily added by directly connecting the I / V conversion resistor 17 to the
The range switching operation is the same as in FIG.
図9は本発明の請求項2の多重化電流/電圧変換回路のさらに別の回路例であり、誤差増幅器1の出力を基準として各レンジ毎に差分を取る場合の多重化電流/電圧変換回路の実施例である。
レンジ切り替え動作は実施例6と同様なので動作説明は省く。
レンジオン/オフ用スイッチ回路120のオン抵抗値が抵抗33の抵抗値R3より充分小さく無視可能の場合はV0≒V12になり、レンジオン/オフ用スイッチ回路120Aのオン抵抗値が抵抗34の抵抗値R4より充分小さく無視可能の場合はV0≒V22になるので本回路でも(8)式により電流値を求める事ができる。
FIG. 9 is still another circuit example of the multiplexed current / voltage conversion circuit according to
Since the range switching operation is the same as that of the sixth embodiment, the description of the operation is omitted.
When the ON resistance value of the range ON /
図10は本発明の請求項2の多重化電流/電圧変換回路のさらに別の回路例であり、差分演算不要とした多重化電流/電圧変換回路の実施例である。
電流オン/オフ用半導体スイッチ23がFETスイッチの様にオン抵抗が充分小さく電流I1による電圧降下がほぼ0Vになる場合は、電流/電圧変換用の演算増幅器12の反転入力端子電位はV12≒0Vと見なせ、電流オン/オフ用半導体スイッチ25がFETスイッチの様にオン抵抗が充分小さく電流I2による電圧降下がほぼ0Vになる場合は、電流/電圧変換用の演算増幅器13の反転入力端子電位はV22≒0Vと見なせるので、演算増幅器12の出力電圧をV11、演算増幅器13の出力電圧をV21とすると
I=(V11−V12)/R1+(V21−V22)/R2
=V11/R1+V21/R2 ・・・(9)
により直接電流値Iを算出する事が可能になり、これは回路を少なくできる利点がある。
なお、何れか1つのレンジのみオンにする場合は(9)式のV11、V21の内オフにするレンジについては0Vになる。
FIG. 10 shows still another circuit example of the multiplexed current / voltage conversion circuit according to
When the current on / off
= V11 / R1 + V21 / R2 (9)
Can directly calculate the current value I, which has the advantage of reducing the number of circuits.
When only one of the ranges is turned on, the range to be turned off among V11 and V21 in equation (9) is 0V.
図11は、本発明の請求項3の多重化電流/電圧変換回路の回路例であり、図7の回路において電流オン/オフ用スイッチにダイオードスイッチ6、7を用い、抵抗値R11、R21の抵抗18、19を入れたものであり、演算増幅器1とスイッチ回路120、120A間に不感帯回路を設けない場合である。
R11、R21が無く何れか1レンジのみオンにするものとして最小レンジから順次オンにする場合の入力電流Iと演算増幅器1の出力電圧V0の関係は大凡図26の様になり、V0の最大値はほぼダイオードスイッチ6、7の両端電圧と同程度で非線形で且つ温度依存性が高く、最大でも通常±0.8〜1.2Vとバラツキが大きく、演算増幅器1の出力電圧V0をレンジ切り替え等の演算条件にするのは困難である。
但し、図26はレンジ数をnに拡張した場合を示している。
FIG. 11 is a circuit example of a multiplexed current / voltage conversion circuit according to
The relationship between the input current I and the output voltage V0 of the
However, FIG. 26 shows a case where the number of ranges is expanded to n.
一方、図11の様に抵抗R11、R21を入れ、演算増幅器1とスイッチ回路120、120A間に不感帯回路を設けない場合の、何れか1レンジのみオンにするものとして最小レンジから順次オンにする場合の入力電流Iと演算増幅器1の出力電圧V0の関係は大凡図27 の様になる。但し、図27はレンジ数をnに拡張した場合を示している。
レンジ1のみオンの場合は、I/V変換用演算増幅器12の反転入力端子電位V12は非反転入力端子電位と等しいのでV0になる。従って、ダイオードスイッチの両端子間電圧をVF1とすると、
V0=V12
=VF1+R11・I ・・・(10)
となり、R11を適当に設定してR11・Iに対してVF1を相対的に小さくすればV0と入力電流Iの関係が安定した比例関係になり、他のレンジについても同様であるのでV0を演算回路2の演算条件に使用可能になる事が特徴であり利点である。
なお、以上の動作はダイオードスイッチ6とR11、あるいはダイオードスイッチ7とR21の位置を各々入れ替えても全く同じである。
On the other hand, when resistors R11 and R21 are inserted as shown in FIG. 11 and a dead zone circuit is not provided between the
When only range 1 is on, the inverting input terminal potential V12 of the I / V conversion
V0 = V12
= VF1 + R11 · I (10)
If R11 is set appropriately and VF1 is made relatively small with respect to R11 · I, the relationship between V0 and input current I becomes a stable proportional relationship, and the same applies to other ranges, so V0 is calculated. It is a feature and an advantage that it can be used for the calculation conditions of the
The above operation is exactly the same even if the positions of the diode switches 6 and R11 or the diode switches 7 and R21 are exchanged.
図12は本発明の請求項3の多重化電流/電圧変換回路の別の回路例であり、図11の回路の演算増幅器1とI/V変換用演算増幅器12、13の非反転入力端子の間に不感帯を有するスイッチ回路140、140Aを設けたものである。140、140Aのスイッチ回路例を図19に示す。
図19の141は公知の不感帯回路であり、143、144は不感帯設定電圧用の定電圧源、142は反転増幅器である。
FIG. 12 shows another circuit example of the multiplexed current / voltage conversion circuit according to
In FIG. 19, 141 is a known dead band circuit, 143 and 144 are constant voltage sources for the dead band setting voltage, and 142 is an inverting amplifier.
不感帯回路141の不感帯設定電圧+Edb、−Edbは定電圧源143、144で設定する。
本例では回路内の抵抗の抵抗値は全て等しいものとし、これに伴い全ての反転増幅器のゲインは−1とする。
The dead band setting voltages + Edb, -Edb of the dead band circuit 141 are set by the constant voltage sources 143, 144.
In this example, the resistance values of the resistors in the circuit are all equal, and accordingly, the gains of all the inverting amplifiers are -1.
反転増幅器142はそのレンジオン/オフディセーブル制御入力Vcontを反転させる。
これによりレンジオン/オフディセーブル制御入力Vcontは不感帯回路141の不感帯設定電圧に加算され、その設定電圧をVcontで変更する事ができる様になる。
ここで、Vcontを0Vにすると不感帯回路141には何も影響を及ぼさないのでスイッチ回路はイネーブル状態になる。
The inverting amplifier 142 inverts the range on / off disable control input Vcont.
As a result, the range on / off disable control input Vcont is added to the dead band setting voltage of the dead band circuit 141, and the set voltage can be changed by Vcont.
Here, when Vcont is set to 0 V, the dead zone circuit 141 is not affected, and the switch circuit is enabled.
Vcontを見込まれる(Vin−Edb)より大きな電圧Vdisに設定すると不感帯回路141の出力は0Vになり、スイッチ回路はディセーブル状態になる。
140の回路機能を
Vout=db(Vin、Edb、Vcont) ・・・(11)
で示すものとする。
但し、Vcont=0V時は(4)式を用いて
Vout=db(Vin、Edb) ・・・(12)
Vcont≧Vdis時は、
Vout=0V ・・・(13)
とする。
When the voltage Vdis is set to a voltage Vdis larger than expected (Vin−Edb), the output of the dead band circuit 141 becomes 0V, and the switch circuit is disabled.
140 circuit function Vout = db (Vin, Edb, Vcont) (11)
It shall be indicated by
However, when Vcont = 0V, use the equation (4). Vout = db (Vin, Edb) (12)
When Vcont ≧ Vdis,
Vout = 0V (13)
And
ここで図12の最小レンジ1の不感帯設定電圧Edb1を0Vとし、レンジ2の不感帯設定電圧はレンジ1オン時の入力電流がフルスケール値I1FS時のV0の値に等しいEdb2、レンジが増える毎に不感帯設定電圧はその1レンジ小さいレンジオン時の入力電流がフルスケール値となる時のV0に等しくなる様に設定するものとする。
Here, the dead band setting voltage Edb1 of the
その場合R11、R21が無ければレンジ2の不感帯設定電圧Edb2はダイオードスイッチ6の両端電位差の最大値VF1とすれば良く
Edb2=VF1
とし、レンジ3以降も同様にして
Edb3=Edb2+VF2 ・・・(14)
:
とし、その条件で何れか1レンジのみオンにするものとして最小レンジから順次オンにする場合の入力電流Iと演算増幅器1の出力電圧V0の関係は大凡図28の様になり、レンジ毎のV0の変化幅はほぼダイオードスイッチの両端電圧であり、非線形且つ温度依存性が高く、最大でも通常±0.8〜1.2Vとバラツキが大きく、V0をレンジ切り替え等の演算条件にするのは困難である。
但し、図28はレンジ数をnに拡張した場合を示している。
In this case, if there is no R11, R21, the dead band setting voltage Edb2 of
Similarly, after
:
The relationship between the input current I and the output voltage V0 of the
However, FIG. 28 shows a case where the number of ranges is expanded to n.
一方、図12の様に抵抗R11、R21を入れ、スイッチ回路140、140Aに不感帯回路を設けた場合には、上記の原則に従って不感帯設定電圧を設定すると、
Edb1=0V ・・・(15)
Edb2=Edb1+R11・I1FS+VF1 ・・・(16)
Edb3=Edb2+R21・I2FS+VF2 ・・・(17)
:
となる。この時何れか1レンジのみオンにするものとして最小レンジから順次オンにする場合の入力電流Iと演算増幅器1の出力電圧V0の関係は大凡図29の様に折れ線的な単調増加の関係になる。
但し、図29はレンジ数をnに拡張した場合を示している。
On the other hand, when resistors R11 and R21 are inserted as shown in FIG. 12 and a dead zone circuit is provided in the switch circuits 140 and 140A, the dead zone set voltage is set according to the above principle.
Edb1 = 0V (15)
Edb2 = Edb1 + R11 · I1FS + VF1 (16)
Edb3 = Edb2 + R21 · I2FS + VF2 (17)
:
It becomes. At this time, when only one of the ranges is turned on, the relationship between the input current I and the output voltage V0 of the
However, FIG. 29 shows a case where the number of ranges is expanded to n.
レンジ1のみオンの場合は、I/V変換用演算増幅器12の反転入力端子電位は非反転入力端子電位と等しくV12になるので、ダイオードスイッチ6の両端電位差をVF1とすると、
V0=V12+Edb1
=VF1+R11・I+Edb1 ・・・(18)
となり、R11を適当に設定してR11・Iに対してVF1を相対的に小さくすればV0と入力電流Iの関係がEdb1をオフセットとした安定した比例関係になり、他のレンジについても同様であるのでV0を演算回路2の演算条件に使用可能になる事が特徴であり利点である。
When only range 1 is on, the inverting input terminal potential of the
V0 = V12 + Edb1
= VF1 + R11 · I + Edb1 (18)
If R11 is set appropriately and VF1 is made relatively small relative to R11 · I, the relationship between V0 and input current I becomes a stable proportional relationship with Edb1 as an offset, and the same applies to other ranges. Therefore, V0 can be used as a calculation condition of the
図13は本発明の別の電流/電圧変換回路の回路例であり、多重化電流/電圧変換回路と抵抗直列電流/電圧変換回路を組み合わせたものである。
抵抗3は抵抗値R1のレンジ1用のI/V変換抵抗であり、抵抗153は抵抗値R2のレンジ2用のI/V変換抵抗であり、抵抗154は抵抗値R3のレンジ3用のI/V変換抵抗であり、レンジ1を請求項2による多重化電流/電圧変換回路とし、レンジ2、レンジ3を公知の抵抗直列電流/電圧変換回路150で構成したものである。
FIG. 13 is a circuit example of another current / voltage conversion circuit according to the present invention, which is a combination of a multiplexed current / voltage conversion circuit and a resistor series current / voltage conversion circuit.
The
抵抗直列電流/電圧変換回路150のI/V変換抵抗の電位差を求める場合の比較基準電位は通常であれば演算増幅器152の反転入力端子の電位とするが、本回路例ではそれと同電位である非反転入力端子からバッファアンプ151を介して演算回路2に入力する事により、バッファアンプ151のバイアス電流による測定精度悪化を排除している。
各レンジのオン/オフ制御は演算回路2でレンジ1オン/オフ制御信号、レンジ2、3オン/オフ制御信号、レンジ3オン/オフ制御信号を制御する事により行なう。
ダイオードスイッチ6、7はFETスイッチとしても良い。
When the potential difference of the I / V conversion resistance of the resistance series current / voltage conversion circuit 150 is obtained, the comparison reference potential is normally the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier 152, but in this circuit example, it is the same potential. By inputting to the
On / off control of each range is performed by controlling the
The diode switches 6 and 7 may be FET switches.
多重化電流/電圧変換回路と抵抗直列電流/電圧変換回路の動作については先に説明した通りである。以下ではそれらを組み合わせた場合の回路動作の概要を示す。
本回路を使用する際は演算増幅器1の負帰還ループをオープンにしない為にスイッチ回路120、120Aは共にオフする期間が無い様に制御するものとする。
The operations of the multiplexed current / voltage conversion circuit and the resistor series current / voltage conversion circuit are as described above. The outline of the circuit operation when combining them will be described below.
When using this circuit, it is assumed that both the
演算増幅器152の出力はその反転入力端子の電位がスイッチ回路120Aの出力電圧が印加された非反転入力端子に等しくなる様に制御される。
従ってレンジ2、3オン/オフ制御信号がオフ時は演算増幅器152の非反転入力端子の電位は0Vであり、反転入力端子も0Vになってダイオードスイッチ7の両端子間電圧も0Vになり抵抗直列電流/電圧変換回路150はオフになる。
The output of the operational amplifier 152 is controlled so that the potential of the inverting input terminal becomes equal to the non-inverting input terminal to which the output voltage of the
Therefore, when the
レンジ2、3オン/オフ制御信号をオンにするとダイオードスイッチ7の右側端子電位はV0からスイッチ120Aの両端子間電圧を引いた値になって、抵抗直列電流/電圧変換回路150はオンになり、レンジ3オン/オフ制御信号がオフであればレンジ2が有効、オンであればレンジ3が有効になる。
レンジ1とレンジ2又はレンジ3は何れか一方のみオンでも共にオンでも良く、電流値Iはレンジ3オフ時は
I=V1/R1+V2/(R2+R3) ・・・(19)
レンジ3オン時は
I=V1/R1+V3/R3 ・・・(20)
の演算で求める事ができる。
When the
Either one of
When
It can be obtained by the operation of
本回路ではレンジ2、3オン/オフ制御信号をオフにすると抵抗直列電流/電圧変換回路150がオフになりダイオードスイッチ7でレンジ1と切り離されるので抵抗直列電流/電圧変換回路150側のバッファアンプや演算回路2内の使用素子のバイアス電流等に起因する誤差要因が小電流レンジであるレンジ1側に影響し難くなる利点がある。
なお、本回路例と同様の構成でレンジ数は任意に増やす事が可能である。
In this circuit, when the
Note that the number of ranges can be arbitrarily increased with the same configuration as in this circuit example.
以上の様にバッファアンプや演算回路等のバイアス電流の測定値への影響が無視できない小電流レンジは請求項2又は請求項3の多重化電流/電圧変換回路で構成し、そうでないレンジについては公知の抵抗直列電流/電圧変換回路で構成する事により、大きなレンジ数でも比較的少ない回路で使用素子の漏れ電流やバイアス電流による影響が少なく精度が高い任意のレンジオン/オフ制御可能な電流/電圧変換回路を得られるのが本回路例の特徴であり利点である。
As described above, the small current range in which the influence on the measured value of the bias current of the buffer amplifier or the arithmetic circuit cannot be ignored is constituted by the multiplexed current / voltage conversion circuit according to
本発明の多重化電流/電圧変換回路によると半導体スイッチの漏れ電流や、演算増幅器やバッファアンプ等のバイアス電流に起因する測定誤差の少ない電流/電圧変換回路を得る事ができる。 According to the multiplexed current / voltage conversion circuit of the present invention, it is possible to obtain a current / voltage conversion circuit with a small measurement error due to a leakage current of a semiconductor switch and a bias current of an operational amplifier or a buffer amplifier.
1、12、12A、13 演算増幅器
2 演算回路
3、3A、4、5、17、153、154 I/V変換抵抗
6、6A、7 ダイオードスイッチ
8、9、10、10A、11、151、152 バッファアンプ
14、18、19、33、33A、34 抵抗
15、91、91A スイッチ
16 入力保護回路
20、20A、21、22 差動増幅器
23、24、25、26 半導体スイッチ
27、28 インバータ
52、53、82、92、92A、104、104A 電流駆動回路
50、80、90、90A、100、100A レンジ切り替え回路
51、81 レンジ制御部
32、54、55 電流ブースタ
56、57、131、132、143、144 定電圧源
93、93A、101、101A、121、141 不感帯回路
102、102A リミット回路
103、103A 加算器
122、133、142 反転増幅器
120、120A、130、140、140A スイッチ回路
150 抵抗直列電流/電圧変換回路
1, 12, 12A, 13
150 resistance series current / voltage conversion circuit
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