JP5629248B2 - デジタルアイソレータおよびフィールド機器 - Google Patents

Description

この発明は、１次側回路と２次側回路との間の入出力信号の電気的絶縁を確保するデジタルアイソレータおよびこのデジタルアイソレータを用いたフィールド機器に関するものである。

従来より、上位側制御装置より一対の電線を介して送られてくる所定の電流範囲の信号（制御信号電流）を受けて動作する装置として、ＣＰＵやＲＯＭを搭載した電空ポジショナ等のフィールド機器が用いられている。

このフィールド機器は、４〜２０ｍＡの電流範囲で変化する制御信号電流を受けて動作し、この制御信号電流から自己の動作電源を生成する動作電源回路を備え、この動作電源回路が生成する動作電源を自己の内部回路へ送るようにしている。この場合、最低４ｍＡであっても動作しなければならないので、自己の内部回路に必要な動作電流を定電流回路により、４ｍＡ以下に抑えている。

一方、電空ポジショナには調節弁の弁開度制御という本来の機能に加えて、調節弁の異常診断や自己の異常診断等を行って、その診断結果や実際の弁開度をパーソナルコンピュータなどの外部機器へ通信によって出力する機能も求められている。

このような外部機器との間で通信を行う２線式のフィールド機器では、機器内部のＣＰＵなどで構成される制御部と、外部機器との通信を行う通信回路との間に、アイソレータを介装させて入出力信号間の電気的絶縁を確保している。

このアイソレータとして、従来、絶縁回路として広く使われてきたフォトカプラに対して、絶縁部の通信方式としてパルストランスや静電容量などの方式を用いたデジタルアイソレータが使用されることが多くなっている。デジタルアイソレータは、発光効率の低下、発光電流不足による伝達ミスがない、回路面積が小さい、消費電力が低い等の長所を有したデバイスである（例えば、特許文献１参照）。

図１５に従来より用いられているデジタルアイソレータ１００の要部のブロック図を示す。同図において、１は１次側回路、２は２次側回路であり、１次側回路１は入力側電源３からの電源電圧ＶＤＤ１の供給を受けて動作し、２次側回路２は出力側電源４からの電源電圧ＶＤＤ２の供給を受けて動作する。

１次側回路１は量子化部（ロジック変換部）１−１と、送信部１−２と、更新パルス発生部１−３とを備え、２次側回路２は受信部２−１と、出力部２−２と、更新パルス監視部（フェールセーフ回路）２−３とを備え、１次側回路１の送信部１−２と２次側回路２の受信部２−１との間に絶縁部５が設けられている。

〔通常の動作〕
このデジタルアイソレータ１００において、１次側回路１の入力信号端子ＴINには、その信号レベルが「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルとの間で変化するデジタル信号ＤINが入力信号として与えられる（図１６（ａ）参照）。量子化部１−１はこの入力信号ＤINの信号レベルの変化を受け取って、「Ｈ」／「Ｌ」レベルのロジック信号に変換し、送信部１−２へ送る。

この送信部１−２へ送られた信号は、絶縁部５を通して、２次側回路２の受信部２−１で受信され、出力部２−２へ送られる。出力部２−２は、受信部２−１から送られてきた信号を２次側回路２からの出力信号ＤOUTとして、出力信号端子ＴOUTより出力する（図１６（ｂ）参照）。

なお、図１６（ｃ）は１次側回路１への入力側電源３からの電源電圧ＶＤＤ１の供給状態を示し、図１６（ｄ）は２次側回路２への出力側電源４からの電源電圧ＶＤＤ２の供給状態を示し、電源電圧ＶＤＤ１およびＶＤＤ２は１次側回路１および２次側回路２へ常に供給されている。

〔フェールセーフ時の動作〕
上述した通常の動作中、１次側回路１における更新パルス発生部１−３は、量子化部１−１からの送信部１−２への信号を監視し、この信号に一定時間以上変化がみられない場合、送信部１−２へ更新パルスを出力する。この更新パルスは送信部１−２より絶縁部５を通して２次側回路２の受信部２−１へ送られる。

更新パルス監視部２−３は、受信部２−１が受信する更新パルスを監視し、更新パルスが受信されない場合、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１が遮断されているか、１次側回路１が非動作状態であると判断し、出力部２−２からの出力信号ＤOUTすなわち２次側回路２からの出力信号ＤOUTを強制的に「Ｈ」レベルあるいは「Ｌ」レベルに固定する。

図１７に１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１が遮断された場合のタイムチャートを示す。この例では、ｔ１点で１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１が遮断されたことにより（図１７（ｃ）：ｔ１点）、２次側回路２からの出力信号ＤOUTが強制的に「Ｈ」レベルに固定されている（図１７（ｂ）：ｔ１点）。なお、逆の方式として、図１８に示すように、２次側回路２からの出力信号ＤOUTを強制的に「Ｌ」レベルに固定する場合もある。

図１９にこのデジタルアイソレータ１００のフェールセーフ時の動作も含めた入出力の真理値表を示す。この真理値表からも分かるように、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１が遮断された場合、入力信号ＤINの信号レベルに拘わらず、出力信号ＤOUTは「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベルに強制的に固定される。

図２０にこのデジタルアイソレータ１００を１つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図を示す。このデジタルアイソレータ１００を構成する集積回路ＩＣ１において、１次側のピンＰ１とピンＰ３とは内部で接続されており、ピンＰ１に電源電圧ＶＤＤ１を与え、ピンＰ２に入力信号ＤINを与えるようにする。このピンＰ２がデジタルアイソレータ１００の入力信号端子ＴINとされる。

なお、ピンＰ４は接地し、ピンＰ３とピンＰ４との間にはコンデンサＣ１を接続する。また、２次側のピンＰ６とＰ８とは内部で接続されており、ピンＰ５に電源電圧ＶＤＤ２を与え、ピンＰ７より出力信号ＤOUTを得るようにする。このピンＰ７がデジタルアイソレータ１００の出力信号端子ＴOUTとされる。なお、ピンＰ８は接地し、ピンＰ５とピンＰ６との間にはコンデンサＣ２を接続する。

特開２００７−１２３６５０号公報

２線式のフィールド機器において、このようなデジタルアイソレータを用いると、消費電力を低減することができる。しかしながら、２線式のフィールド機器では、動作電力に大きな制約があるので、低消費電力型のデジタルアイソレータを採用するにしても、制御周期を長くしたりする等しない限り余剰電力はなく、制御周期を長くすれば、制御性の低下を招いてしまう。このため、デジタルアイソレータに対して、さらなる低消費電力化が求められている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、さらなる低消費電力化を図ることができるデジタルアイソレータおよびこのデジタルアイソレータを用いたフィールド機器を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係るデジタルアイソレータは、第１の電源の供給を受けて動作する１次側回路と、第２の電源の供給を受けて動作する２次側回路とを備え、その信号レベルが第１のレベルと第２のレベルとの間で変化するデジタル信号を入力信号とし、この入力信号を１次側回路を通して非接触で２次側回路へ送り当該２次側回路からの出力信号とする一方、１次側回路への第１の電源の供給が遮断された場合、２次側回路からの出力信号のレベルを第１および第２のレベルの何れか一方のレベルに強制的に固定するデジタルアイソレータにおいて、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給をオン／オフするスイッチ手段を設け、１次側回路の入力信号端子に入力信号に代えて、１次側回路への第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路からの出力信号のレベルとは逆のレベルの信号を与えるようにしたものである。

この発明において、例えば、第１のレベルを「Ｈ」レベル、第２のレベルを「Ｌ」レベル、１次側回路への第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路からの出力信号のレベルを「Ｈ」レベルとした場合、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオン／オフされる一方、１次側回路の入力信号端子に入力信号に代えて、「Ｌ」レベルの入力信号が入力される。

この場合、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオンとされると、１次側回路の入力信号端子に入力されている「Ｌ」レベルの入力信号が非接触で２次側回路へ送られ、２次側回路からの出力信号として出力される。一方、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオフとされると、２次側回路からの出力信号のレベルが「Ｈ」レベルに固定される。これにより、１次側回路への第１の電源の供給のオン／オフに応じて、すなわち入力信号のレベルに応じて、２次側回路からの出力信号のレベルが「Ｌ」／「Ｈ」レベルに変化する。この場合、「Ｌ」レベルの信号を伝達する場合にのみ１次側回路への第１の電源の供給が行われ、「Ｈ」レベルの信号を伝達する場合には１次側回路への第１の電源の供給が遮断されるので、１次側回路における電力消費が低減される。

また、この発明において、例えば、第１のレベルを「Ｈ」レベル、第２のレベルを「Ｌ」レベル、１次側回路への第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路からの出力信号のレベルを「Ｌ」レベルとした場合、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオン／オフされる一方、１次側回路の入力信号端子に入力信号に代えて、「Ｈ」レベルの入力信号が入力される。

この場合、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオンとされると、１次側回路の入力信号端子に入力されている「Ｈ」レベルの入力信号が非接触で２次側回路へ送られ、２次側回路からの出力信号として出力される。一方、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給がオフとされると、２次側回路からの出力信号のレベルが「Ｌ」レベルに固定される。これにより、１次側回路への第１の電源の供給のオン／オフに応じて、すなわち入力信号のレベルに応じて、２次側回路からの出力信号のレベルが「Ｈ」／「Ｌ」レベルに変化する。この場合、「Ｈ」レベルの信号を伝達する場合にのみ１次側回路への第１の電源の供給が行われ、「Ｌ」レベルの信号を伝達する場合には１次側回路への第１の電源の供給が遮断されるので、１次側回路における電力消費が低減される。

本発明では、１次側回路の入力信号端子に入力信号に代えて、１次側回路への第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路からの出力信号のレベルとは逆のレベルの信号を与えるようにするが、スイッチ手段による１次側回路への第１の電源の供給のオン／オフに拘わらず常に逆のレベルの信号を与えるようにしてもよく、スイッチ手段が１次側回路への第１の電源の供給をオンとしている間のみ逆のレベルの信号を与えるようにしてもよい。

また、２次側回路からの出力信号を保持する信号保持回路を設け、２次側回路に、１次側回路を通して非接触で送られてくる信号のレベルが前回と同じであった場合に信号出力を停止する信号出力停止手段を設けるようにしてもよい。

また、本発明に係るデジタルアイソレータは、上位側制御装置より一対の電線を介して送られてくる所定の電流範囲の信号を受け、この信号から自己の動作電源を生成する動作電源回路と、この動作電源回路が生成する動作電源の供給を受けて所定の動作を行う制御部と、この制御部から外部機器へ情報を発信するための通信回路と、制御部と通信回路との間に介装されて電気的絶縁を確保するアイソレータとを備えたフィールド機器として、例えばバルブポジショナ（電空ポジショナ）におけるアイソレータとして用いられる。なお、本発明に係るデジタルアイソレータを用いるフィールド機器は、バルブポジショナに限られるものではなく、２線式電磁流量計や２線式温度発信器などにおけるアイソレータとして用いるようにしてもよい。

本発明によれば、入力信号のレベルに応じて１次側回路への第１の電源の供給をオン／オフするスイッチ手段を設け、１次側回路の入力信号端子に入力信号に代えて、１次側回路への第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路からの出力信号のレベルとは逆のレベルの信号を与えるようにしたので、１次側回路への第１の電源を間欠的に遮断しながら２次側回路へ信号を伝達するようにして、１次側回路における電力消費を低減し、さらなる低消費電力化を図ることが可能となる。

本発明に係るデジタルアイソレータの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示すブロック図である。 この実施の形態１のデジタルアイソレータの動作を説明するためのタイムチャートである。 この実施の形態１のデジタルアイソレータを２つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図である。 本発明に係るデジタルアイソレータの他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示すブロック図である。 この実施の形態２のデジタルアイソレータの動作を説明するためのタイムチャートである。 この実施の形態２のデジタルアイソレータを２つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図である。 図６に示したデジタルアイソレータの変形例（実施の形態３）を示す図である。 この実施の形態３のデジタルアイソレータの動作を説明するためのタイムチャートである。 図７に示したデジタルアイソレータの変形例（実施の形態４）を示す図である。 この実施の形態４のデジタルアイソレータの動作を説明するためのタイムチャートである。 ２次側回路からの出力信号を保持する信号保持回路を設けた例（実施の形態５）を示す図である。 本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器（バルブポジショナ）に用いた例（実施の形態６）を示す図である。 本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器（２線式電磁流量計）に用いた例（実施の形態７）を示す図である。 本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器（２線式温度発信器）に用いた例（実施の形態８）を示す図である。 従来より用いられているデジタルアイソレータの要部のブロック図である。 従来のデジタルアイソレータの通常の動作を説明するためのタイムチャートである。 従来のデジタルアイソレータのフェールセーフ時の動作（出力信号を「Ｈ」レベルに強制的に固定する例）を説明するためのタイムチャートである。 従来のデジタルアイソレータのフェールセーフ時の動作（出力信号を「Ｌ」レベルに強制的に固定する例）を説明するためのタイムチャートである。 従来のデジタルアイソレータのフェールセーフ時の動作も含めた入出力の真理値表を示す図である。 従来のデジタルアイソレータを１つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係るデジタルアイソレータの一実施の形態（実施の形態１）の要部を示すブロック図である。同図において、図１５と同一符号は図１５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態１のデジタルアイソレータを符号１０１で示す。

このデジタルアイソレータ１０１の従来のデジタルアイソレータ１００と異なる点は、入力側電源３と１次側回路１との間にスイッチ部６を設け、従来は１次側回路１の入力信号端子ＴINに与えるようにしていた入力信号ＤINをスイッチ部６へ与えるようにし、入力信号ＤINのレベルに応じてスイッチ部６のオン／オフを行わせるようにしたところにある。また、入力信号端子ＴINには入力信号ＤINに代えて、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路２からの出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号を常に与えるようにしたところにある。

この例では、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時、２次側回路２からの出力信号ＤOUTのレベルは、「Ｈ」レベルに強制的に固定されるものとする。また、スイッチ部６は、入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなった場合にオンとされ、入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなった場合にオフとされるものとする。また、１次側回路１の入力信号端子ＴINには、上述した１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時における出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号として「Ｌ」レベルの信号が常に与えられるものとする。

このデジタルアイソレータ１０１では、入力信号ＤINがスイッチ部６へ与えられ、この入力信号ＤINのレベルに応じてスイッチ部６がオン／オフされる。この場合、入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなると、スイッチ部６がオンとされ、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給される。入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなると、スイッチ部６がオフとされ、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断される。

入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなって（図２（ａ）に示すｔ１点）、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給されると（図２（ｆ）に示すｔ１点）、入力信号端子ＴINに与えられている「Ｌ」レベルの信号が送信部１−２へ送られる。

送信部１−２へ送られた「Ｌ」レベルの信号は、絶縁部５を通して、２次側回路２の受信部２−１で受信され、出力部２−２へ送られる。出力部２−２は、受信部２−１から送られてきた「Ｌ」レベルの信号を２次側回路２からの出力信号ＤOUTとして、出力信号端子ＴOUTより出力する（図２（ｂ）に示すｔ１点）。

入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなって（図２（ａ）に示すｔ２点）、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されると（図２（ｆ）に示すｔ２点）、２次側回路２の更新パルス監視部２−３は、２次側回路２からの出力信号ＤOUTを強制的に「Ｈ」レベルに固定する（図２（ｂ）に示すｔ２点）。

以下同様にして、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給のオン／オフに応じて、すなわち入力信号ＤINの「Ｌ」／「Ｈ」レベルに応じて、２次側回路１からの出力信号ＤOUTのレベルが「Ｌ」／「Ｈ」レベルに変化する。

この場合、「Ｌ」レベルの信号を伝達する場合にのみ１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が行われ、「Ｈ」レベルの信号を伝達する場合には１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されるので、１次側回路１における電力消費が低減される。これにより、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１を常に供給する従来のデジタルアイソレータ１００（図１５）に対して、さらなる低消費電力化を図ることができるようになる。

図３にこのデジタルアイソレータ１０１を２つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図を示す。このデジタルアイソレータ１０１は、図２０に示した従来の集積回路ＩＣ１と、図１におけるスイッチ部６の役目を果たす集積回路ＩＣ２とにより構成されている。

集積回路ＩＣ２は、ピンＰ９〜Ｐ１４を備えており、ピンＰ１３とピンＰ１２およびピン１４との間の接続状態が内部で選択的に切り替えられるようになっている。この例では、ピンＰ１０およびピンＰ１２に電源電圧ＶＤＤ１を、ピンＰ９に入力信号ＤINを与えるようにし、入力信号ＤINのレベルが「Ｌ」レベルとなった場合にピンＰ１３をピンＰ１２側に接続させ、入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなった場合にピンＰ１３をピンＰ１４側に接続させるようにしている。なお、ピンＰ１０とピンＰ１１との間にはコンデンサＣ３を接続し、ピンＰ１４は接地させている。

また、集積回路ＩＣ１と集積回路ＩＣ２とは、集積回路ＩＣ１のピンＰ１と集積回路ＩＣ２のピンＰ１３との間に抵抗Ｒ１を挿入して接続している。また、集積回路ＩＣ１は、ピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に、ピンＰ７（出力信号端子ＴOUT）からの出力信号ＤOUTのレベルが強制的に「Ｈ」レベルに固定されるタイプとされている。また、集積回路ＩＣ１の入力信号ＤINの入力用として設けられているピンＰ２（入力信号端子ＴIN）を、抵抗Ｒ２を介して接地させている。

すなわち、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに、入力信号ＤINを与える代わりに、常に「Ｌ」レベルの信号（電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号）を与えている。これにより、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINのレベルが常に「Ｌ」レベルに固定され、図２を用いて説明した動作と同じ動作が得られる。

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、２次側回路２からの出力信号ＤOUTのレベルが１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に「Ｈ」レベルに固定されるものとしたが、実施の形態２では、２次側回路２からの出力信号ＤOUTのレベルが１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に「Ｌ」レベルに固定されるものとする。

この場合、図４に示すように、１次側回路１の入力信号端子ＴINに、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される２次側回路２からの出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号として、「Ｈ」レベルの信号を常に与えるものとする。また、スイッチ部６は、入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなった場合にオンとされ、入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなった場合にオフとされるものとする。この実施の形態２のデジタルアイソレータを符号１０２で示す。

このデジタルアイソレータ１０２では、入力信号ＤINがスイッチ部６へ与えられ、この入力信号ＤINのレベルに応じてスイッチ部６がオン／オフされる。この場合、入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなると、スイッチ部６がオンとされ、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給される。入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなると、スイッチ部６がオフとされ、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断される。

入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなって（図５（ａ）に示すｔ１点）、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給されると（図５（ｆ）に示すｔ１点）、入力信号端子ＴINに与えられている「Ｈ」レベルの信号が送信部１−２へ送られる。

送信部１−２へ送られた「Ｈ」レベルの信号は、絶縁部５を通して、２次側回路２の受信部２−１で受信され、出力部２−２へ送られる。出力部２−２は、受信部２−１から送られてきた「Ｈ」レベルの信号を２次側回路２からの出力信号ＤOUTとして、出力信号端子ＴOUTより出力する（図５（ｂ）に示すｔ１点）。

入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなって（図５（ａ）に示すｔ２点）、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されると（図５（ｆ）に示すｔ２点）、２次側回路２の更新パルス監視部２−３は、２次側回路２からの出力信号ＤOUTを強制的に「Ｌ」レベルに固定する（図５（ｂ）に示すｔ２点）。

以下同様にして、１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給のオン／オフに応じて、すなわち入力信号ＤINの「Ｈ」／「Ｌ」レベルに応じて、２次側回路１からの出力信号ＤOUTのレベルが「Ｈ」／「Ｌ」レベルに変化する。

この場合、「Ｈ」レベルの信号を伝達する場合にのみ１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が行われ、「Ｌ」レベルの信号を伝達する場合には１次側回路１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されるので、１次側回路１における電力消費が低減される。これにより、１次側回路１へ電源電圧ＶＤＤ１を常に供給する従来のデジタルアイソレータ１００（図１５）に対して、さらなる低消費電力化を図ることができるようになる。

図６にこのデジタルアイソレータ１０２を２つのＩＣ（集積回路）で構成した場合の図を示す。このデジタルアイソレータ１０２は、図２０に示した従来の集積回路ＩＣ１と、図４におけるスイッチ部６の役目を果たす集積回路ＩＣ２とにより構成されている。

集積回路ＩＣ２は、ピンＰ９〜Ｐ１４を備えており、ピンＰ１３とピンＰ１２およびピンＰ１４との間の接続状態が内部で選択的に切り替えられるようになっている。この例では、ピンＰ１０およびピンＰ１２に電源電圧ＶＤＤ１を、ピンＰ９に入力信号ＤINを与えるようにし、入力信号ＤINのレベルが「Ｈ」レベルとなった場合にピンＰ１３をピンＰ１２側に接続させ、入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなった場合にピンＰ１３をピンＰ１４側に接続させるようにしている。なお、ピンＰ１０とピンＰ１１との間にはコンデンサＣ３を接続し、ピンＰ１４は接地させている。

また、集積回路ＩＣ１と集積回路ＩＣ２とは、集積回路ＩＣ１のピンＰ１と集積回路ＩＣ２のピンＰ１３との間に抵抗Ｒ１を挿入して接続している。また、集積回路ＩＣ１は、ピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に、集積回路ＩＣ１のピンＰ７（出力信号端子ＴOUT）からの出力信号ＤOUTのレベルが強制的に「Ｌ」レベルに固定されるタイプとされている。また、集積回路ＩＣ１の入力信号ＤINの入力用として設けられているピンＰ２（入力信号端子ＴIN）には、電源電圧ＶＤＤ１を常に与えている。

すなわち、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに、入力信号ＤINを与える代わりに、常に「Ｈ」レベルの信号（電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号）を与えている。これにより、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINのレベルが常に「Ｈ」レベルに固定され、図５を用いて説明した動作と同じ動作が得られる。

〔実施の形態３〕
図６では、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに「Ｈ」レベルの信号を常に与えるようにしたが、図７に示すように、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３と集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINとの間を直接接続し、ピンＰ１３に生じる信号のレベルを入力信号端子ＴINへ与えるようにしてもよい。このデジタルアイソレータを実施の形態３として符号１０３で示す。

このデジタルアイソレータ１０３では、入力信号ＤINが集積回路ＩＣ２のピンＰ９へ与えられ、この入力信号ＤINのレベルに応じてピンＰ１３とピンＰ１２およびピンＰ１４との間の接続状態が選択的に切り替えられる。この場合、入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなると、ピンＰ１３がピンＰ１２側に接続され、集積回路ＩＣ１のピンＰ１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給される。

この時、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINには、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３を通して「Ｈ」レベルの信号が与えられる。入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなると、ピンＰ１３がピンＰ１４側に接続され、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断される。この時、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINには、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３を通して「Ｌ」レベルの信号が与えられる。

入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなって（図８（ａ）に示すｔ１点）、集積回路ＩＣ１のピンＰ１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給されると（図８（ｆ）に示すｔ１点）、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに与えられている「Ｈ」レベルの信号（図８（ｅ））が２次側へ送られ、出力信号ＤOUTとして出力される（図８（ｂ）に示すｔ１点）。

入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなって（図８（ａ）に示すｔ２点）、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されると（図８（ｆ）に示すｔ２点）、集積回路ＩＣ１のフェールセーフ機能によって、出力信号ＤOUTが強制的に「Ｌ」レベルに固定される（図８（ｂ）に示すｔ２点）。

以下同様にして、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給のオン／オフに応じて、すなわち集積回路ＩＣ２のピンＰ９への入力信号ＤINの「Ｈ」／「Ｌ」レベルに応じて、出力信号ＤOUTのレベルが「Ｈ」／「Ｌ」レベルに変化する。

このように、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給を行っている間だけ、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに「Ｈ」レベルの信号（電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号）を与えるようにしても、実施の形態２と同様の動作を行わせることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態３では、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３と集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINとの間を直接接続するようにしたが、図９に示すように、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３と集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINとの間をインバータＩＮＶ１を介して接続するようにしてもよい。なお、この場合、集積回路ＩＣ１は、入力信号端子ＴINへの電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に、出力信号端子ＴOUTからの出力信号ＤOUTのレベルが強制的に「Ｈ」レベルに固定されるタイプとする。このデジタルアイソレータを実施の形態４として符号１０４で示す。

このデジタルアイソレータ１０４では、入力信号ＤINが集積回路ＩＣ２のピンＰ９へ与えられ、この入力信号ＤINのレベルに応じてピンＰ１３とピンＰ１２およびピンＰ１４との間の接続状態が選択的に切り替えられる。この場合、入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなると、ピンＰ１３がピンＰ１２側に接続され、集積回路ＩＣ１のピンＰ１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給される。

この時、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINには、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３およびインバータＩＮＶ１を通して「Ｌ」レベルの信号が与えられる。入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなると、ピンＰ１３がピンＰ１４側に接続され、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断される。この時、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINには、集積回路ＩＣ２のピンＰ１３およびインバータＩＮＶ１を通して「Ｈ」レベルの信号が与えられる。

入力信号ＤINが「Ｌ」レベルとなって（図１０（ａ）に示すｔ１点）、集積回路ＩＣ１のピンＰ１へ電源電圧ＶＤＤ１が供給されると（図１０（ｆ）に示すｔ１点）、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに与えられている「Ｌ」レベルの信号（図１０（ｅ））が２次側へ送られ、出力信号ＤOUTとして出力される（図１０（ｂ）に示すｔ１点）。

入力信号ＤINが「Ｈ」レベルとなって（図１０（ａ）に示すｔ２点）、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給が遮断されると（図１０（ｆ）に示すｔ２点）、集積回路ＩＣ１のフェールセーフ機能によって、出力信号ＤOUTが強制的に「Ｈ」レベルに固定される（図１０（ｂ）に示すｔ２点）。

以下同様にして、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給のオン／オフに応じて、すなわち集積回路ＩＣ２のピンＰ９への入力信号ＤINの「Ｌ」／「Ｈ」レベルに応じて、出力信号ＤOUTのレベルが「Ｌ」／「Ｈ」レベルに変化する。

このように、集積回路ＩＣ１のピンＰ１への電源電圧ＶＤＤ１の供給を行っている間だけ、集積回路ＩＣ１の入力信号端子ＴINに「Ｌ」レベルの信号（電源電圧ＶＤＤ１の供給遮断時に強制的に固定される出力信号ＤOUTのレベルとは逆のレベルの信号）を与えるようにしても、実施の形態１と同様の動作を行わせることができる。

〔実施の形態５〕
図１１に２次側回路からの出力信号を保持する信号保持回路を設けた例を実施の形態４として示す。この実施の形態５のデジタルアイソレータ１０５では、実施の形態１に示したデジタルアイソレータ１０１の構成に加え、２次側回路２からの出力信号ＤOUTを保持する信号保持回路７を設けている。また、２次側回路２に、１次側回路１から非接触で送られてくる信号のレベルを前回の信号のレベルと比較し、その信号のレベルが前回と同じであった場合に信号出力を停止する信号出力停止部２−４を設けている。

このデジタルアイソレータ１０５では、２次側回路２からの出力信号ＤOUTが信号保持回路７によって保持されるので、１次側回路１から非接触で送られてくる信号のレベルが前回と同じままであればその信号の出力を信号出力停止部２−４で停止することにより、省エネルギーを図ることができる。

なお、実施の形態１だけではなく、実施の形態２〜４についても、信号保持回路７や信号出力停止部２−４を設けた構成としてもよい。

〔実施の形態６〕
図１２に本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器に用いた例を示す。この例では、２線式のフィールド機器として、バルブポジショナ（電空ポジショナ）への適用例を示している。

同図において、２００はバルブポジショナ、３００は上位制御装置、４００はバルブ、５００は外部電源、６００はパーソナルコンピュータなどの外部機器である。バルブポジショナ２００は、信号入力ブロック２０１と、電源ブロック２０２と、制御部２０３と、開度調整部（電空変換部）２０４と、開度検出センサ２０５と、通信回路２０６と、デジタルアイソレータ２０７とを備えている。

バルブポジショナ２００において、信号入力ブロック２０１は、上位側制御装置３００より一対の電線を介して送られてくる４〜２０ｍＡの電流範囲で変化する制御信号電流を受け取る。電源ブロック２０２は、信号入力ブロック２０１が受け取った制御信号電流から自己の動作電源を生成し、制御部２０３やデジタルアイソレータ２０７へ供給する。

制御部２０３は、電源ブロック２０２が生成する動作電源の供給を受けて、信号入力ブロック２０１からの制御信号電流値を上位制御装置３００からの開度信号として、開度調整部２０４を介してバルブ４００の開度を制御する。この開度制御は制御部２０３における制御ブロック２０３Ａが行う。

また、制御部２０３（出力ブロック２０３Ｂ、通信ブロック２０３Ｃ）は、バルブ４００の異常診断や自己の異常診断等を行って、その診断結果や実際の弁開度（開度信号）を外部機器６００へ通信回路２０６（出力ブロック２０６Ａ、通信ブロック２０６Ｂ）を介して出力する。

この外部機器６００への診断結果や開度信号の出力は、４〜２０ｍＡの電流信号によって行うが、バルブポジショナ２００に供給される上位側制御装置３００からの電流では出力分が足りないため、外部電源５００からの電流の供給を受ける。この際、通信回路２０６と制御部２０３との間の電気的絶縁を確保するために、通信回路２０６と制御部２０３との間にデジタルアイソレータ２０７を介装している。

本実施の形態では、この通信回路２０６と制御部２０３との間に介装するデジタルアイソレータ２０７として、実施の形態１〜５として示したデジタルアイソレータ１０１〜１０５を用いる。

これにより、デジタルアイソレータ２０７での消費電力を減らし、その消費電力の減少分を制御部２０３などに割り振るようにして、制御性の向上や他機能の追加などが可能となる。また、外部機器６００との通信に際して電力不足に陥ったり、バルブ４００の制御動作を犠牲にしたりすることが避けられる。

〔実施の形態７〕
図１３に本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器に用いた他の例を示す。この例では、２線式のフィールド機器として、２線式電磁流量計への適用例を示している。

この２線式電磁流量計７００は、変換部７０１と検出器７０２とを備え、変換部７０１は、電源ブロック７０３と、トランス７０４と電源（アナログ用）７０５と、デジタル回路部（マイコン）７０６と、デジタルアイソレータ７０７と、タイミングブロック７０８と、サンプリング回路ブロック７０９と、信号処理回路ブロック７１０と、デジタルアイソレータ（レベルシフト）７１１と、タイミングブロック７１２とを備え、検出器７０２は、電極部７１３と、コイル部７１４とを備えている。電極部７１３は流体に晒され、コイル部７１４には励磁電流が供給される。

この２線式電磁流量計７００において、検出器７０２の流体側は、配管アースが基準電位となり、外部電源５００のグランドとは電位が異なることと、流体からの起電力信号は、配管アースを基準とした信号処理をすることが流体ノイズ処理に効果があることから、流体側と外部電源５００側とはアイソレーションが必要とされる。このために、デジタル回路部７０６とタイミングブロック７０８との間にデジタルアイソレータ７０７を介装している。また、検出器７０２のコイル部７１４側は、消費電流の効率化からコイル電源を上位、回路電源を下位にした直列接続方式にしているため、デジタル回路部７０６とタイミングブロック７１２との間にレベルシフトのデジタルアイソレータ７１１を介装している。本実施の形態では、このデジタルアイソレータ７０７，７１１として、実施の形態１〜５として示したデジタルアイソレータ１０１〜１０５を用いる。

〔実施の形態８〕
図１４に本発明に係るデジタルアイソレータを２線式のフィールド機器に用いた他の例を示す。この例では、２線式のフィールド機器として、２線式温度発信器への適用例を示している。

この２線式温度発信器８００は、回路ブロック８０１と温度センサ部８０２とを備え、回路ブロック８０１は、電源ブロック８０３と、トランス８０４と電源（アナログ用）８０５と、デジタル回路部（マイコン）８０６と、デジタルアイソレータ８０７と、タイミングブロック８０８と、信号処理回路ブロック８０９とを備え、温度センサ部８０２は、電極部８１０を備えている。電極部８１０は流体に晒される。

この２線式温度発信器８００において、温度センサ部８０２は、プロセス側のアースに設置される可能性があるため、外部電源５００のグランドとはアイソレーションが必要とされる。このために、デジタル回路部８０６とタイミングブロック８０８との間にデジタルアイソレータ８０７を介装している。本実施の形態では、このデジタルアイソレータ８０７として、実施の形態１〜５として示したデジタルアイソレータ１０１〜１０５を用いる。

本発明のデジタルアイソレータは、２線式のフィールド機器における制御部と通信回路との間など、１次側回路と２次側回路との間の入出力信号の電気的絶縁を確保するデジタルアイソレータとして、各種の分野で利用することが可能である。

１…１次側回路、１−１…量子化部（ロジック変換部）、１−２…送信部、１−３…更新パルス発生部、２…２次側回路、２−１…受信部、２−２…出力部、２−３…更新パルス監視部（フェールセーフ回路）、２−４…信号出力停止部、３…入力側電源、４…出力側電源、５…絶縁部、６…スイッチ部、７…信号保持回路、ＴIN…入力信号端子、ＤIN…入力信号、ＴOUT…出力信号端子、ＤOUT…出力信号、ＩＣ１，ＩＣ２…集積回路、Ｐ１〜Ｐ１４…ピン、Ｒ１，Ｒ２…抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…コンデンサ、ＩＮＶ１…インバータ、１０１〜１０５…デジタルアイソレータ、２００…バルブポジショナ、２０１…信号入力ブロック、２０２…電源ブロック、２０３…制御部、２０３Ａ…制御ブロック、２０３Ｂ…出力ブロック、２０３Ｃ…通信ブロック、２０４…開度調整部、２０５…開度検出センサ、２０６…通信回路、２０６Ａ…出力ブロック、２０６Ｂ…通信ブロック、２０７…デジタルアイソレータ、３００…上位側制御装置、４００…バルブ、５００…外部電源、６００…外部機器、７００…２線式電磁流量計、７０１…変換部、７０２…検出器、７０３…電源ブロック、７０４…トランス、７０５…電源（アナログ用）、７０６…デジタル回路部（マイコン）、７０７…デジタルアイソレータ、７０８…タイミングブロック、７０９…サンプリング回路ブロック、７１０…信号処理回路ブロック、７１１…デジタルアイソレータ（レベルシフト）、７１２…タイミングブロック、７１３…電極部、７１４…コイル部、８００…２線式温度発信器、８０１…回路ブロック、８０２…温度センサ部、８０３…電源ブロック、８０４…トランス、８０５…電源（アナログ用）、８０６…デジタル回路部（マイコン）、８０７…デジタルアイソレータ、８０８…タイミングブロック、８０９…信号処理回路ブロック、８１０…電極部。

Claims (8)

1. 第１の電源の供給を受けて動作する１次側回路と、第２の電源の供給を受けて動作する２次側回路とを備え、その信号レベルが第１のレベルと第２のレベルとの間で変化するデジタル信号を入力信号とし、この入力信号を前記１次側回路を通して非接触で前記２次側回路へ送り当該２次側回路からの出力信号とする一方、前記１次側回路への前記第１の電源の供給が遮断された場合、前記２次側回路からの出力信号のレベルを前記第１および第２のレベルの何れか一方のレベルに強制的に固定するデジタルアイソレータにおいて、
   前記入力信号のレベルに応じて前記１次側回路への前記第１の電源の供給をオン／オフするスイッチ手段を備え、
   前記１次側回路は、
   前記入力信号の入力用として設けられた入力信号端子を備え、
   前記１次側回路の前記入力信号端子に前記入力信号に代えて、前記１次側回路への前記第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される前記２次側回路からの出力信号のレベルとは逆のレベルの信号が与えられる
   ことを特徴とするデジタルアイソレータ。
2. 請求項１に記載されたデジタルアイソレータにおいて、
   前記スイッチ手段による前記１次側回路への前記第１の電源の供給のオン／オフに拘わらず、前記１次側回路の前記入力信号端子に前記逆のレベルの信号が常に与えられる
   ことを特徴とするデジタルアイソレータ。
3. 請求項１に記載されたデジタルアイソレータにおいて、
   前記スイッチ手段が前記１次側回路への前記第１の電源の供給をオンとしている間のみ、前記１次側回路の前記入力信号端子に前記逆のレベルの信号が与えられる
   ことを特徴とするデジタルアイソレータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載されたデジタルアイソレータにおいて、
   前記第１のレベルは「Ｈ」レベルであり、
   前記第２のレベルは「Ｌ」レベルであり、
   前記１次側回路への前記第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される前記２次側回路からの出力信号のレベルは「Ｈ」レベルである
   ことを特徴とするデジタルアイソレータ。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載されたデジタルアイソレータにおいて、
   前記第１のレベルは「Ｈ」レベルであり、
   前記第２のレベルは「Ｌ」レベルであり、
   前記１次側回路への前記第１の電源の供給遮断時に強制的に固定される前記２次側回路からの出力信号のレベルは「Ｌ」レベルである
   ことを特徴とするデジタルアイソレータ。
6. 請求項１〜３の何れか１項に記載されたデジタルアイソレータにおいて、
   前記２次側回路からの出力信号を保持する信号保持回路を備え、
   前記２次側回路は、
   前記１次側回路を通して非接触で送られてくる信号のレベルが前回と同じであった場合に信号出力を停止する信号出力停止手段
   を備えることを特徴とするデジタルアイソレータ。
7. 上位側制御装置より一対の電線を介して送られてくる所定の電流範囲の信号を受け、この信号から自己の動作電源を生成する動作電源回路と、この動作電源回路が生成する動作電源の供給を受けて所定の動作を行う制御部と、この制御部から外部機器へ情報を発信するための通信回路と、前記制御部と前記通信回路との間に介装されて電気的絶縁を確保するアイソレータとを備えたフィールド機器において、
   前記アイソレータは、請求項１〜６の何れか１項に記載されたデジタルアイソレータである
   ことを特徴とするフィールド機器。
8. 請求項７に記載されたフィールド機器において、
   前記フィールド機器は、バルブポジショナである
   ことを特徴とするフィールド機器。

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