データ変換のシステムおよび方法
【課題】ディジタル化されたＡＣ信号に対して非線形データ変換を実行するデータ変換システムを提供する。
【解決手段】非線形データ変換システム１００は、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る入力と、非線形変換された信号を出力する出力と、入力および出力に結合された処理システム１０４とを含む。処理システム１０４は、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換し、非線形変換された信号を出力に転送するように構成される。
【解決手段】非線形データ変換システム１００は、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る入力と、非線形変換された信号を出力する出力と、入力および出力に結合された処理システム１０４とを含む。処理システム１０４は、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換し、非線形変換された信号を出力に転送するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ変換システムおよびデータ変換方法に関し、より具体的には、非線形データ変換を実行するデータ変換システムおよびデータ変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプトカプラは、光を使用して第１デバイスから第２デバイスへ信号を通信するデバイスである。したがって、オプトカプラを使用して、特定のコンポーネントまたは回路の間などで、電気絶縁を提供することができる。電気絶縁は、コンポーネントまたは回路が過度な電流を引き出すのを防ぐのに有利に使用することができる。さらに、電気絶縁を使用して、デバイス内の短絡または他の問題が他のデバイスに影響するのを防ぐことができる。その結果、オプトカプラは、電気デバイスおよび／または電気回路を絶縁するのにしばしば使用される。
【０００３】
１つの絶縁応用例は、デバイスが爆発性環境または危険な環境内に配置される場合に使用される。オプトカプラを使用して、デバイスが過度な電流を引き出さず、引き出すことができず、したがって電気火花を生じまたは点火を引き起こすことができないことを保証することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オプトカプラは、欠点を有する。オプトカプラは、比較的遅いスイッチング速度を有する。その結果、オプトカプラは、制限されたシグナリング帯域幅を有する。さらに、オプトカプラは、受動デバイスであり、信号伝送制御または信号伝送調整を全く実行しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様では、ディジタル化されたＡＣ信号に対して非線形データ変換を実行するデータ変換システムは、
ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る入力と、
非線形変換された信号を出力する出力と、
入力および出力に結合され、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換し、非線形変換された信号を出力に転送するように構成された処理システムと
を含む。
【０００６】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点に関して非線形変換された信号を作成する。
好ましくは、所定の伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
【０００７】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点からの距離に関してディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内で位相情報を実質的に保存する。
【０００８】
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内でゼロ交差情報を保存する。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号の信号帯域幅を実質的に減らす。
【０００９】
本発明の一態様では、ディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法は、
ディジタル化されたＡＣ信号を受け取るステップと、
非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換するステップと、
非線形変換された信号を転送するステップと
を含む。
【００１０】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点に関して非線形変換された信号を作成する。
好ましくは、所定の伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
【００１１】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点からの距離に関してディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内で位相情報を実質的に保存する。
【００１２】
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内でゼロ交差情報を保存する。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号の信号帯域幅を実質的に減らす。
【００１３】
本発明の一態様では、オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御するオプトカプラ伝送システムは、
オプトカプラと、
オプトカプラに結合され、第１デバイスから伝送の試みを受け取り、第２デバイスがオプトカプラを介して既に伝送しつつあるかどうかを判定し、伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド（ｄｅａｄｂａｎｄ）期間の外であるかどうかを判定し、第２デバイスが伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラを介して第１デバイスから伝送するように構成されたコントローラと
を含む。
【００１４】
好ましくは、コントローラは、第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラを介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される。
【００１５】
好ましくは、コントローラは、伝送の試みがデッドバンド期間内である場合に、デッドバンド期間が経過し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラを介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される。
【００１６】
好ましくは、オプトカプラ伝送システムは、オプトカプラを介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む。
好ましくは、オプトカプラ伝送システムは、マスタ−スレーブ通信方式を実施する。
【００１７】
本発明の一態様では、オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法は、
第１デバイスから伝送の試みを受け取るステップと、
第２デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定するステップと、
伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定するステップと、
第２デバイスが伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラ伝送媒体を介して第１デバイスから伝送するステップと
を含む。
【００１８】
好ましくは、この方法は、第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む。
【００１９】
好ましくは、この方法は、伝送の試みがデッドバンド期間内である場合に、デッドバンド期間が経過し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む。
【００２０】
好ましくは、オプトカプラ伝送媒体は、オプトカプラ伝送媒体を介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む。
好ましくは、この方法は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する。
【００２１】
同一の参照番号は、すべての図面で同一の要素を表す。図面が、必ずしも原寸通りではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるバスループシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態による信号プロセッサの絶縁特徴のさらなる詳細を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従って、ディジタル化されたＡＣ信号に対してデータ変換を実行する変換システムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態による伝達関数を示す図である。
【図５】変換システムの入力でのＡＣ信号を示す図である。
【図６】本発明による非線形データ変換の後のディジタル化されたＡＣ信号を示す図である。
【図７】本発明の実施形態によるディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法を示す流れ図である。
【図８】デバイスＡとデバイスＢとの間でオプトカプラ伝送媒体を介して二重通信を実行する従来技術のオプトカプラ通信システムを示す図である。
【図９】本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システムを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システムのさらなる詳細を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態によるオプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜１１および次の説明は、本発明の最良の態様を作成し、使用する方法を当業者に教示するために特定の例を示すものである。発明的原理を教示するために、いくつかの従来の態様は、単純化されるか省略された。当業者は、本発明の範囲に含まれる、これらの例からの変形形態を了解するであろう。当業者は、下で説明される特徴をさまざまな形で組み合わせて、本発明の複数の変形形態を形成できることを了解するであろう。その結果、本発明は、下で説明される特定の例に限定されるのではなく、特許請求の範囲およびその同等物のみによって限定される。
【００２４】
図１に、本発明の実施形態によるバスループシステム１００を示す。バスループ１００は、ホストシステム１、バスループ４、バス機器１０、およびバス機器１０をバスループ４に結合する信号プロセッサ３０を含む。ホストシステム１は、バスループ４上でループ電圧ＶＬおよびループ電流ＩＬを生成する。ホストシステム１は、中央制御装置、ＣＰＵ、またはバスループ４上で受け取られる信号を処理するのに使用される、ある他の処理システムを含むことができる。本発明の一実施形態によれば、バスループ４は、２線式バスループ４を含む。しかし、バスループ４が、２線式バスループを含む必要がないことを理解されたい。
【００２５】
バス機器１０は、流量計など、すべての形のセンサまたはメーターを含むことができる。バス機器１０が流量計を含む実施形態では、流量計は、コリオリ式流量計または密度計などの振動流量計（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ）を含むことができる。図１に示されているように、バス機器１０は、センサ１３およびバス機器エレクトロニクス２０を含む。バス機器エレクトロニクス２０は、すべての形のＣＰＵ、処理システム、またはマイクロプロセッシングシステムを含むことができる。本発明の実施形態によれば、センサ１３は、第１アナログ信号を生成し、第１アナログ信号をバス機器エレクトロニクス２０に入力するように構成される。バス機器エレクトロニクス２０は、バスループ４内を流れる可変ループ電流ＩＬの形である第２アナログ信号を生成することができる。バス機器１０を、２線式バス４と共に使用されるときに所定のまたは制限された量の電力を引き出すように構成することができる。バスループシステム１００に組み込まれた測定通信プロトコルおよび電力制限のゆえに、バス機器１０を、信号プロセッサ３０を使用して２線式バスループ４から絶縁することができる。いくつかの実施形態では、信号プロセッサ３０は、本質安全（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌｌｙ ｓａｆｅ、Ｉ．Ｓ．）バリア（破線）を含むことができる。
【００２６】
絶縁は、バス機器１０が２線式バスループ４およびホストシステム１から引き出すことのできる電力を制限する。絶縁は、バス機器１０の破局故障の場合に、２線式バスループ４およびホストシステム１への損傷を防ぐ。さらに、絶縁は、爆発の危険を除去し、バス機器１０の環境内のすべての爆発性材料または引火性材料の発火を防ぐために、Ｉ．Ｓ．バリアを介する電力転送を制限する。
【００２７】
図２に、本発明の実施形態による信号プロセッサ３０の絶縁特徴のさらなる詳細を示す。この信号プロセッサは、バス機器１０から第１アナログ信号を受け取るものとして図示されている。しかし、第１アナログ信号が、バス機器１０から発する必要があるのではなく、信号プロセッサ３０が、アナログ信号処理が要求される他の環境で利用され得ることを理解されたい。リード２２０を介してバス機器１０から受け取られたアナログ信号は、アナログ−ディジタル変換器２４０によって受け取られ、この信号は、このアナログ−ディジタル変換器２４０でディジタル化される。本発明の一実施形態によれば、アナログ−ディジタル変換器２４０は、ΔΣ変換器を含み、このΔΣ変換器は、アナログ信号を直列ビットストリームに変換する。しかし、他のアナログ−ディジタル変換器を使用することができ、使用される特定のアナログ−ディジタル変換器が本発明の範囲を限定してはならないことを理解されたい。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、信号プロセッサ３０は、２線式バスループ４とアナログ−ディジタル変換器２４０との間に接続されるオプトカプラ１１５を含む。オプトカプラ１１５は、光アイソレータ、光カプラ、またはフォトカプラと呼ばれる場合もある。オプトカプラ１１５は、バス機器１０をホストシステム１から電気的に絶縁する。その結果、バス機器１０は、２線式バスループ４を短絡させることができない。さらに、バス機器１０の破局故障は、ホストシステム１から過度な電流を引き出すことができない。オプトカプラ１１５は、送信器光源１２２および受信器光源１２３を含む。送信器光源１２２および受信器光源１２３は、レーザ送信器光源およびレーザ受信器光源、ＬＥＤ送信器光源およびＬＥＤ受信器光源、ＬＥＤレーザ送信器光源およびＬＥＤレーザ受信器光源などを含む、すべての形の光反応電子コンポーネントを含むことができる。
【００２９】
送信器光源１２２および受信器光源１２３は、一般に互いに隣接して形成され、送信器光源１２２によって生成された光は、受信器光源１２３によって直接に受け取られる。他の実施形態では、送信器光源１２２および受信器光源１２３は、たとえば光ファイバケーブルなどの、ある光デバイスによって分離される。いくつかの実施形態では、この２つのコンポーネントは、図２に示されているように単一のパッケージ内に形成される。しかし、他の実施形態では、送信器光源１２２および受信器光源１２３が別々のコンポーネントを含むことができることを理解されたい。
【００３０】
送信器光源１２２は、放たれる光への電流の変換を含む光符号化された信号を生成する。受信器光源１２３は、この光符号化された信号を受け取り、受け取られた光を電気信号に戻って変換し、この電気信号は、送信器光源１２２でのオリジナルの電気信号と実質的に同一である。したがって、オプトカプラ１１５は、ディジタル信号の転送によく適する。
【００３１】
図２に示された実施形態では、バス機器１０は、第１アナログ信号を生成し、この第１アナログ信号は、アナログ−ディジタル変換器２４０に送られる。アナログ−ディジタル変換器２４０は、ディジタル信号を出力する。このディジタル信号は、送信器光源１２２によって受け取られ、受信器光源１２３に送られる。その後、受信器光源１２３は、受け取られた信号を信号コンディショナ２５０に送る。
【００３２】
信号コンディショナ２５０は、たとえば直列ビットストリームの形であるものとすることができるディジタル信号を処理することができ、ディジタル信号をスケーリングされたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換することができる。その後、ＰＷＭ信号を、第２アナログ信号に変換し、バスループ４に出力することができる。
【００３３】
図３に、本発明の実施形態に従って、ディジタル化されたＡＣ信号に対して非線形データ変換を実行する変換システム１００を示す。変換システム１００は、１つまたは複数の入力１０１および１つまたは複数の出力１０２を含む。変換システム１００は、ディジタル化されたＡＣ信号を入力１０１で受け取り、変換された信号を出力１０２で出力する。変換された信号を、たとえばオプトカプラ１１５を介する伝送など、伝送媒体を介する伝送のためにより効率的であり便利な形に変換することができる。しかし、他の伝送媒体が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００３４】
変換システム１００を、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、所定の伝達関数を使用することによってディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換して、変換された信号部分を作成し、変換された信号部分を転送するように構成することができる。変換システム１００は、所定の基準点に関して、ディジタル化されたＡＣ信号を変換することができる。変換システム１００は、基準点からの垂直距離（すなわち、電圧）など、所定の基準点からの距離に関して、ディジタル化されたＡＣ信号を変換することができる。
【００３５】
変換システム１００は、信号プロセッサ３０または他のバリアデバイスの一部、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、プロセッサまたはマイクロプロセッサ、プリプロセッサなどを含む、すべての形のシステムを含むことができる。その代わりに、いくつかの実施形態では、変換システム１００は、バス機器１０の一部またはバス機器１０のサブシステムを含むことができる。
【００３６】
変換システム１００は、処理システム１０４およびストレージ（図示せず）を含むことができる。処理システム１０４は、変換ルーチン１１０、ディジタル化ＡＣ信号ストレージ１１１（または、信号部分など、ディジタル化されたＡＣ信号の少なくとも一部のストレージ）、および所定の伝達関数１１２を含むことができる。所定の伝達関数１１２は、ディジタル化されたＡＣ信号またはその信号部分を処理し、信号部分の非線形変換を実行するのに使用される（下の議論を参照されたい）。
【００３７】
図４に、本発明の実施形態による伝達関数を示す。この伝達関数は、圧縮と増幅との両方を含む、非線形である。これは、グラフの上の凡例に示されている。さらに、いくつかの実施形態では、圧縮および増幅をも非線形とすることができる。
【００３８】
この伝達関数は、入力波形の全体的な形状を変更せずに、特定の値または領域を調整することによるなど、ディジタル化されたＡＣ信号を変更する。この伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号を変換する数学関数を含むことができる。代替案では、この伝達関数は、本質的にディジタルフィルタである、ディジタル化されたＡＣ信号によって乗算される一連の係数を含むことができる。ディジタル化されたＡＣ信号は、ディジタル化されたＡＣ信号の転送を改善するため、および転送の効率を改善するために変換される。データ変換は、帯域幅を制限することによって伝送の質を高める。データ変換は、位相情報を維持し、有利なことに、帯域幅を減らしながら位相情報を維持する。データ変換は、ディジタル化されたＡＣ信号の圧縮と増幅との両方によってこれを達成する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ディジタル化は、アナログ測定信号などの時間変動するＡＣ信号に課せられるディジタル通信プロトコルを含むことができる。たとえば、ＨＡＲＴディジタル通信プロトコルを、アナログ電圧信号またはアナログ電流信号に重畳することができる。ＨＡＲＴプロトコルは、いくつかの実施形態で、位相連続周波数偏移変調（ＣＰ−ＦＳＫ）を使用することができる。しかし、他の通信プロトコルおよび変調が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれることを理解されたい。
【００４０】
伝達関数は、基準点から指定された距離以内にある入力値に対して増幅を実行する。１つの基準点を、ＡＣ信号ゼロ交差点がゼロ電圧レベルの上または下にシフトされた場合であっても、そのゼロ交差点とすることができる。しかし、他の基準点が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００４１】
増幅は、所定の利得を達成することができる。増幅は、実質的に線形とすることができ、あるいは非線形とすることができる。いくつかの実施形態では、利得は、基準点からの距離に伴って変化することができる。基準点の周囲の増幅は、ゼロ交差情報を保存する。基準点の周囲の増幅は、ゼロ交差識別をより簡単にすることができる。
【００４２】
逆に、伝達関数は、前に述べたゼロ交差点などの基準点から所定の距離を超える信号部分に対して圧縮を実行する。圧縮は、実質的に線形とすることができ、あるいは非線形とすることができる。圧縮は、所定の圧縮を達成することができる。いくつかの実施形態では、圧縮は、基準点からの距離に伴って変化することができる。
【００４３】
図５に、変換システム１００の入力でのＡＣ信号を示す。このＡＣ信号は、振幅および周期を含む時間変動する信号を含む。このＡＣ信号は、既にディジタル化されているものとすることができ、あるいは、その代わりに、いくつかの実施形態では、変換の前に変換システム１００によってディジタル化されるものとすることができる。
【００４４】
図６に、本発明による非線形データ変換の後のディジタル化されたＡＣ信号を示す。この図から、ＡＣ信号の全体的なピークツーピーク振幅が、波形の形状を変更せずに大きく減らされ、圧縮されていることがわかる。この例では、オリジナルＡＣ信号は、約２５０のオリジナル振幅から約３０の振幅に圧縮されている。しかし、それと同時に、ここではゼロ交差点である（振幅が０ではない場合であっても）基準点の周囲の振幅が、増幅されている。ディジタル値が垂直に約１単位離れている圧縮された領域とは対照的に、基準点の周囲の増幅された領域では、ディジタル値が約３単位離れている。これは、基準点の周囲の信号領域が圧縮された場合などのように、ディジタル化されたＡＣ信号の基準点が一緒により近くなり、区別がむずかしくなることがなくなるようにするために行われる。圧縮されたディジタル値は、特にディジタル値に重畳されるノイズの存在下で、判定がむずかしくなる可能性がある。
【００４５】
最終的な結果は、基準点から離れたディジタル値（ピークの近くなど）が、圧縮の結果として垂直距離に関して相対的により近くなることである。逆に、基準点の周囲のディジタル値は、増幅によって垂直に離れて移動される。その結果は、基準点がより区別しやすくなると同時に、全体的なＡＣ信号がより少ない全体的な帯域幅を必要とすることである。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態によるディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法の流れ図７００である。ステップ７０１では、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る。
ステップ７０２では、ディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換する。伝達関数を使用して、基準点から離れた信号を圧縮する（すなわち、大きいディジタル値を圧縮する）。圧縮は、任意の所望の量の圧縮とすることができ、任意の所望の圧縮を使用することができる。この電圧領域の信号部分の圧縮は、ディジタル化されたＡＣ信号の帯域幅を減らすように動作し、オプトカプラを介するディジタル化されたＡＣ信号の伝送をより効率的にする。さらに、伝達関数を使用して、基準点に近い信号を所定の利得によって増幅する（すなわち、小さいディジタル値を増幅する）。増幅は、任意の所望の利得量によるものとすることができる。増幅は、ディジタル化されたＡＣ信号のゼロ交差によって提供される位相情報を含む位相情報を保存する。さらに、増幅は、ディジタル化されたＡＣ信号がオプトカプラを通過した後に、ディジタル化されたＡＣ信号内でゼロ交差点を区別しやすくすることができる。
【００４７】
ステップ７０３では、信号部分を圧縮し／増幅した後に、非線形変換された信号を、伝送のためにオプトカプラに転送する。伝送の後に、ゼロ交差情報を含む位相情報を、非線形変換された信号から判定することができる。さらに、望まれる場合に、オプションで、圧縮および増幅を、伝送の後に、鏡像（すなわち、逆）伝達関数を使用することによるなど、逆転することができる。その後、この方法は、ステップ７０１までループバックし、繰り返して信号部分を受け取り、処理することができる。
【００４８】
図８に、デバイスＡとデバイスＢとの間でオプトカプラ伝送媒体を介して二重通信を実行する従来技術のオプトカプラ通信システムを示す。オプトカプラ伝送媒体は、オプトカプラおよび関連するワイヤもしくは他の導体を含む。２つの別々の伝送経路が含まれ、その結果、二重通信（すなわち、両方の方向での通信）を実行できるようになる。いくつかの実施形態では、通信は、半二重通信を含み、ここでは、一時に１つのデバイスだけが伝送することができる。
【００４９】
従来技術のオプトカプラ通信システムは、欠点を有する。デバイスＡとデバイスＢとの両方が、同時に通信を試みることができる。半二重通信システムでの同時通信の試みは、伝送の障害をもたらす。さらに、デバイスＡからの伝送が、デバイスＡへのエコーバックを作成する場合には、デバイスＡは、受け取られたエコーを、誤ってデバイスＢからの正当な伝送として解釈する可能性がある。
【００５０】
図９に、本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システム９００を示す。オプトカプラ通信システム９００は、デバイスＡ ９０５とデバイスＢ ９０７との間のオプトカプラ１１５を含む伝送媒体を介する通信を調整するコントローラ９２０を含む。いくつかの実施形態のオプトカプラ１１５は、デバイスの間で半二重（または単信）通信を実行し、ここでは、一時に１つのデバイスだけが伝送することができる。
【００５１】
コントローラ９２０を、オプトカプラ通信システム９００内のどこにでも配置することができ、コントローラ９２０が、例示のみのためにオプトカプラ１１５の右に図示されていることを理解されたい。いくつかの実施形態では、コントローラ９２０は、信号プロセッサ３０のコンポーネントを含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ９２０は、デバイスＡ ９０５またはデバイスＢ ９０７のコンポーネントを含むことができ、ここでは、デバイスは、マスタ通信デバイスのように動作する。それと同時に、他方のデバイス（１つまたは複数）は、スレーブ通信デバイス（１つまたは複数）として動作する。
【００５２】
オプトカプラ通信システム９００は、エコーの受信を防ぐように構成される。その代わりにまたはそれに加えて、オプトカプラ通信システム９００は、一時に複数のデバイスが伝送するのを防ぐように構成される。
【００５３】
いくつかの実施形態のオプトカプラ通信システム９００は、第１デバイスＡ ９０５から伝送の試みを受け取り、第２デバイスＢ ９０７がオプトカプラ１１５を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定し、伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定し、第２デバイスＢ ９０７が伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラ１１５を介して第１デバイスＡ ９０５から伝送するように構成される。
【００５４】
図１０に、本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システム９００のさらなる詳細を示す。この実施形態では、コントローラ９２０およびオプトカプラ１１５は、１つのデバイスに組み合わされる。組み合わされたデバイスは、追加の機能および追加の回路網を含むことができる。コントローラ９２０は、オプトカプラ１１５を介する伝送を調整するためにコントローラ９２０によって切り替えられるスイッチ９３１および９３２を含むことができる。これらのスイッチは、任意の形のスイッチを含むことができる。
【００５５】
図１１は、本発明の実施形態によるオプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法の流れ図１１００である。ステップ１１０１では、伝送の試みをデバイスＡなどのデバイスから受け取る。伝送の試みを、任意のデバイスからのものとすることができるが、明瞭にするために、この図および例ではデバイスＡが使用されることを理解されたい。
【００５６】
ステップ１１０２では、デバイスＢが既に伝送しつつあるかどうかを判定する。デバイスＢが既に伝送しつつある場合には、この方法はステップ１１０３に進む。デバイスＢが既に伝送しつつあるのではない場合には、この方法はステップ１１０５に分岐する。
【００５７】
ステップ１１０３では、デバイスＢが既に伝送しつつあり、デバイスＡは、伝送を待たされる。この待機は、デバイスＢが伝送を完了し終えるまで行われる。
ステップ１１０４では、この方法は、デバイスＢからの伝送が完了するまで、他の伝送の試みを待たせる。この伝送は、いくつかの実施形態ではデバイスＢからデバイスＡへの伝送を含むことができるが、他のデバイスが、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００５８】
ステップ１１０５では、デバイスＢは既に伝送しているのではなく、この方法は、試みがデッドバンドの外であるかどうかを調べるためにチェックする。伝送の試みがデッドバンドの外ではない場合には、この方法は、ステップ１１０１までループバックし、すべての伝送が、デッドバンド期間が経過し終えるまで待たされる。そうではなく、伝送の試みがデッドバンドの外である場合には、この方法は、ステップ１１０６に進む。
【００５９】
いくつかのバス機器について、パワーアップフェーズ中に、機器が、仕様に含まれず、伝送されてはならない測定値または他のデータを生成し、外に出す場合がある。この理由から、この方法は、パワーアップの後の所定の時間の間にデッドバンド期間を実施することができる。このデッドバンド期間中に受信された信号を、信頼できないと判定することができ、無視することができる。デッドバンドが満了した後に到着する信号は、許容できると判定される。
【００６０】
ステップ１１０６では、デバイスＢが、伝送を待たされる。これは、３つ以上のデバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送できる場合に、追加のデバイスを含むことができる。
【００６１】
ステップ１１０７では、デバイスＡが伝送を許可される。ステップ１１０８では、この方法は、デバイスＡが伝送を終えたかどうかを調べるためにチェックする。デバイスＡが伝送を終えていない場合には、この方法はステップ１１０６にループバックする。デバイスＡが伝送を終えた場合に（そのときに）、この方法は、ステップ１１０１までループバックし、さらなる伝送の試みを待つ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ変換システムおよびデータ変換方法に関し、より具体的には、非線形データ変換を実行するデータ変換システムおよびデータ変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプトカプラは、光を使用して第１デバイスから第２デバイスへ信号を通信するデバイスである。したがって、オプトカプラを使用して、特定のコンポーネントまたは回路の間などで、電気絶縁を提供することができる。電気絶縁は、コンポーネントまたは回路が過度な電流を引き出すのを防ぐのに有利に使用することができる。さらに、電気絶縁を使用して、デバイス内の短絡または他の問題が他のデバイスに影響するのを防ぐことができる。その結果、オプトカプラは、電気デバイスおよび／または電気回路を絶縁するのにしばしば使用される。
【０００３】
１つの絶縁応用例は、デバイスが爆発性環境または危険な環境内に配置される場合に使用される。オプトカプラを使用して、デバイスが過度な電流を引き出さず、引き出すことができず、したがって電気火花を生じまたは点火を引き起こすことができないことを保証することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オプトカプラは、欠点を有する。オプトカプラは、比較的遅いスイッチング速度を有する。その結果、オプトカプラは、制限されたシグナリング帯域幅を有する。さらに、オプトカプラは、受動デバイスであり、信号伝送制御または信号伝送調整を全く実行しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様では、ディジタル化されたＡＣ信号に対して非線形データ変換を実行するデータ変換システムは、
ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る入力と、
非線形変換された信号を出力する出力と、
入力および出力に結合され、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換し、非線形変換された信号を出力に転送するように構成された処理システムと
を含む。
【０００６】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点に関して非線形変換された信号を作成する。
好ましくは、所定の伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
【０００７】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点からの距離に関してディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内で位相情報を実質的に保存する。
【０００８】
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内でゼロ交差情報を保存する。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号の信号帯域幅を実質的に減らす。
【０００９】
本発明の一態様では、ディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法は、
ディジタル化されたＡＣ信号を受け取るステップと、
非線形変換された信号を作成するために所定の伝達関数を使用してディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換するステップと、
非線形変換された信号を転送するステップと
を含む。
【００１０】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点に関して非線形変換された信号を作成する。
好ましくは、所定の伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
【００１１】
好ましくは、所定の伝達関数は、所定の基準点からの距離に関してディジタル化されたＡＣ信号のディジタル値を二者択一的に圧縮しまたは増幅するように構成される。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内で位相情報を実質的に保存する。
【００１２】
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号内でゼロ交差情報を保存する。
好ましくは、非線形データ変換は、非線形変換された信号の信号帯域幅を実質的に減らす。
【００１３】
本発明の一態様では、オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御するオプトカプラ伝送システムは、
オプトカプラと、
オプトカプラに結合され、第１デバイスから伝送の試みを受け取り、第２デバイスがオプトカプラを介して既に伝送しつつあるかどうかを判定し、伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド（ｄｅａｄｂａｎｄ）期間の外であるかどうかを判定し、第２デバイスが伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラを介して第１デバイスから伝送するように構成されたコントローラと
を含む。
【００１４】
好ましくは、コントローラは、第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラを介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される。
【００１５】
好ましくは、コントローラは、伝送の試みがデッドバンド期間内である場合に、デッドバンド期間が経過し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラを介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される。
【００１６】
好ましくは、オプトカプラ伝送システムは、オプトカプラを介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む。
好ましくは、オプトカプラ伝送システムは、マスタ−スレーブ通信方式を実施する。
【００１７】
本発明の一態様では、オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法は、
第１デバイスから伝送の試みを受け取るステップと、
第２デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定するステップと、
伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定するステップと、
第２デバイスが伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラ伝送媒体を介して第１デバイスから伝送するステップと
を含む。
【００１８】
好ましくは、この方法は、第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む。
【００１９】
好ましくは、この方法は、伝送の試みがデッドバンド期間内である場合に、デッドバンド期間が経過し終えるまで、第１デバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む。
【００２０】
好ましくは、オプトカプラ伝送媒体は、オプトカプラ伝送媒体を介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む。
好ましくは、この方法は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する。
【００２１】
同一の参照番号は、すべての図面で同一の要素を表す。図面が、必ずしも原寸通りではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるバスループシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態による信号プロセッサの絶縁特徴のさらなる詳細を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従って、ディジタル化されたＡＣ信号に対してデータ変換を実行する変換システムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態による伝達関数を示す図である。
【図５】変換システムの入力でのＡＣ信号を示す図である。
【図６】本発明による非線形データ変換の後のディジタル化されたＡＣ信号を示す図である。
【図７】本発明の実施形態によるディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法を示す流れ図である。
【図８】デバイスＡとデバイスＢとの間でオプトカプラ伝送媒体を介して二重通信を実行する従来技術のオプトカプラ通信システムを示す図である。
【図９】本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システムを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システムのさらなる詳細を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態によるオプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜１１および次の説明は、本発明の最良の態様を作成し、使用する方法を当業者に教示するために特定の例を示すものである。発明的原理を教示するために、いくつかの従来の態様は、単純化されるか省略された。当業者は、本発明の範囲に含まれる、これらの例からの変形形態を了解するであろう。当業者は、下で説明される特徴をさまざまな形で組み合わせて、本発明の複数の変形形態を形成できることを了解するであろう。その結果、本発明は、下で説明される特定の例に限定されるのではなく、特許請求の範囲およびその同等物のみによって限定される。
【００２４】
図１に、本発明の実施形態によるバスループシステム１００を示す。バスループ１００は、ホストシステム１、バスループ４、バス機器１０、およびバス機器１０をバスループ４に結合する信号プロセッサ３０を含む。ホストシステム１は、バスループ４上でループ電圧ＶＬおよびループ電流ＩＬを生成する。ホストシステム１は、中央制御装置、ＣＰＵ、またはバスループ４上で受け取られる信号を処理するのに使用される、ある他の処理システムを含むことができる。本発明の一実施形態によれば、バスループ４は、２線式バスループ４を含む。しかし、バスループ４が、２線式バスループを含む必要がないことを理解されたい。
【００２５】
バス機器１０は、流量計など、すべての形のセンサまたはメーターを含むことができる。バス機器１０が流量計を含む実施形態では、流量計は、コリオリ式流量計または密度計などの振動流量計（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒ）を含むことができる。図１に示されているように、バス機器１０は、センサ１３およびバス機器エレクトロニクス２０を含む。バス機器エレクトロニクス２０は、すべての形のＣＰＵ、処理システム、またはマイクロプロセッシングシステムを含むことができる。本発明の実施形態によれば、センサ１３は、第１アナログ信号を生成し、第１アナログ信号をバス機器エレクトロニクス２０に入力するように構成される。バス機器エレクトロニクス２０は、バスループ４内を流れる可変ループ電流ＩＬの形である第２アナログ信号を生成することができる。バス機器１０を、２線式バス４と共に使用されるときに所定のまたは制限された量の電力を引き出すように構成することができる。バスループシステム１００に組み込まれた測定通信プロトコルおよび電力制限のゆえに、バス機器１０を、信号プロセッサ３０を使用して２線式バスループ４から絶縁することができる。いくつかの実施形態では、信号プロセッサ３０は、本質安全（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌｌｙ ｓａｆｅ、Ｉ．Ｓ．）バリア（破線）を含むことができる。
【００２６】
絶縁は、バス機器１０が２線式バスループ４およびホストシステム１から引き出すことのできる電力を制限する。絶縁は、バス機器１０の破局故障の場合に、２線式バスループ４およびホストシステム１への損傷を防ぐ。さらに、絶縁は、爆発の危険を除去し、バス機器１０の環境内のすべての爆発性材料または引火性材料の発火を防ぐために、Ｉ．Ｓ．バリアを介する電力転送を制限する。
【００２７】
図２に、本発明の実施形態による信号プロセッサ３０の絶縁特徴のさらなる詳細を示す。この信号プロセッサは、バス機器１０から第１アナログ信号を受け取るものとして図示されている。しかし、第１アナログ信号が、バス機器１０から発する必要があるのではなく、信号プロセッサ３０が、アナログ信号処理が要求される他の環境で利用され得ることを理解されたい。リード２２０を介してバス機器１０から受け取られたアナログ信号は、アナログ−ディジタル変換器２４０によって受け取られ、この信号は、このアナログ−ディジタル変換器２４０でディジタル化される。本発明の一実施形態によれば、アナログ−ディジタル変換器２４０は、ΔΣ変換器を含み、このΔΣ変換器は、アナログ信号を直列ビットストリームに変換する。しかし、他のアナログ−ディジタル変換器を使用することができ、使用される特定のアナログ−ディジタル変換器が本発明の範囲を限定してはならないことを理解されたい。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、信号プロセッサ３０は、２線式バスループ４とアナログ−ディジタル変換器２４０との間に接続されるオプトカプラ１１５を含む。オプトカプラ１１５は、光アイソレータ、光カプラ、またはフォトカプラと呼ばれる場合もある。オプトカプラ１１５は、バス機器１０をホストシステム１から電気的に絶縁する。その結果、バス機器１０は、２線式バスループ４を短絡させることができない。さらに、バス機器１０の破局故障は、ホストシステム１から過度な電流を引き出すことができない。オプトカプラ１１５は、送信器光源１２２および受信器光源１２３を含む。送信器光源１２２および受信器光源１２３は、レーザ送信器光源およびレーザ受信器光源、ＬＥＤ送信器光源およびＬＥＤ受信器光源、ＬＥＤレーザ送信器光源およびＬＥＤレーザ受信器光源などを含む、すべての形の光反応電子コンポーネントを含むことができる。
【００２９】
送信器光源１２２および受信器光源１２３は、一般に互いに隣接して形成され、送信器光源１２２によって生成された光は、受信器光源１２３によって直接に受け取られる。他の実施形態では、送信器光源１２２および受信器光源１２３は、たとえば光ファイバケーブルなどの、ある光デバイスによって分離される。いくつかの実施形態では、この２つのコンポーネントは、図２に示されているように単一のパッケージ内に形成される。しかし、他の実施形態では、送信器光源１２２および受信器光源１２３が別々のコンポーネントを含むことができることを理解されたい。
【００３０】
送信器光源１２２は、放たれる光への電流の変換を含む光符号化された信号を生成する。受信器光源１２３は、この光符号化された信号を受け取り、受け取られた光を電気信号に戻って変換し、この電気信号は、送信器光源１２２でのオリジナルの電気信号と実質的に同一である。したがって、オプトカプラ１１５は、ディジタル信号の転送によく適する。
【００３１】
図２に示された実施形態では、バス機器１０は、第１アナログ信号を生成し、この第１アナログ信号は、アナログ−ディジタル変換器２４０に送られる。アナログ−ディジタル変換器２４０は、ディジタル信号を出力する。このディジタル信号は、送信器光源１２２によって受け取られ、受信器光源１２３に送られる。その後、受信器光源１２３は、受け取られた信号を信号コンディショナ２５０に送る。
【００３２】
信号コンディショナ２５０は、たとえば直列ビットストリームの形であるものとすることができるディジタル信号を処理することができ、ディジタル信号をスケーリングされたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換することができる。その後、ＰＷＭ信号を、第２アナログ信号に変換し、バスループ４に出力することができる。
【００３３】
図３に、本発明の実施形態に従って、ディジタル化されたＡＣ信号に対して非線形データ変換を実行する変換システム１００を示す。変換システム１００は、１つまたは複数の入力１０１および１つまたは複数の出力１０２を含む。変換システム１００は、ディジタル化されたＡＣ信号を入力１０１で受け取り、変換された信号を出力１０２で出力する。変換された信号を、たとえばオプトカプラ１１５を介する伝送など、伝送媒体を介する伝送のためにより効率的であり便利な形に変換することができる。しかし、他の伝送媒体が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００３４】
変換システム１００を、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取り、所定の伝達関数を使用することによってディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換して、変換された信号部分を作成し、変換された信号部分を転送するように構成することができる。変換システム１００は、所定の基準点に関して、ディジタル化されたＡＣ信号を変換することができる。変換システム１００は、基準点からの垂直距離（すなわち、電圧）など、所定の基準点からの距離に関して、ディジタル化されたＡＣ信号を変換することができる。
【００３５】
変換システム１００は、信号プロセッサ３０または他のバリアデバイスの一部、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、プロセッサまたはマイクロプロセッサ、プリプロセッサなどを含む、すべての形のシステムを含むことができる。その代わりに、いくつかの実施形態では、変換システム１００は、バス機器１０の一部またはバス機器１０のサブシステムを含むことができる。
【００３６】
変換システム１００は、処理システム１０４およびストレージ（図示せず）を含むことができる。処理システム１０４は、変換ルーチン１１０、ディジタル化ＡＣ信号ストレージ１１１（または、信号部分など、ディジタル化されたＡＣ信号の少なくとも一部のストレージ）、および所定の伝達関数１１２を含むことができる。所定の伝達関数１１２は、ディジタル化されたＡＣ信号またはその信号部分を処理し、信号部分の非線形変換を実行するのに使用される（下の議論を参照されたい）。
【００３７】
図４に、本発明の実施形態による伝達関数を示す。この伝達関数は、圧縮と増幅との両方を含む、非線形である。これは、グラフの上の凡例に示されている。さらに、いくつかの実施形態では、圧縮および増幅をも非線形とすることができる。
【００３８】
この伝達関数は、入力波形の全体的な形状を変更せずに、特定の値または領域を調整することによるなど、ディジタル化されたＡＣ信号を変更する。この伝達関数は、ディジタル化されたＡＣ信号を変換する数学関数を含むことができる。代替案では、この伝達関数は、本質的にディジタルフィルタである、ディジタル化されたＡＣ信号によって乗算される一連の係数を含むことができる。ディジタル化されたＡＣ信号は、ディジタル化されたＡＣ信号の転送を改善するため、および転送の効率を改善するために変換される。データ変換は、帯域幅を制限することによって伝送の質を高める。データ変換は、位相情報を維持し、有利なことに、帯域幅を減らしながら位相情報を維持する。データ変換は、ディジタル化されたＡＣ信号の圧縮と増幅との両方によってこれを達成する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ディジタル化は、アナログ測定信号などの時間変動するＡＣ信号に課せられるディジタル通信プロトコルを含むことができる。たとえば、ＨＡＲＴディジタル通信プロトコルを、アナログ電圧信号またはアナログ電流信号に重畳することができる。ＨＡＲＴプロトコルは、いくつかの実施形態で、位相連続周波数偏移変調（ＣＰ−ＦＳＫ）を使用することができる。しかし、他の通信プロトコルおよび変調が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれることを理解されたい。
【００４０】
伝達関数は、基準点から指定された距離以内にある入力値に対して増幅を実行する。１つの基準点を、ＡＣ信号ゼロ交差点がゼロ電圧レベルの上または下にシフトされた場合であっても、そのゼロ交差点とすることができる。しかし、他の基準点が、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００４１】
増幅は、所定の利得を達成することができる。増幅は、実質的に線形とすることができ、あるいは非線形とすることができる。いくつかの実施形態では、利得は、基準点からの距離に伴って変化することができる。基準点の周囲の増幅は、ゼロ交差情報を保存する。基準点の周囲の増幅は、ゼロ交差識別をより簡単にすることができる。
【００４２】
逆に、伝達関数は、前に述べたゼロ交差点などの基準点から所定の距離を超える信号部分に対して圧縮を実行する。圧縮は、実質的に線形とすることができ、あるいは非線形とすることができる。圧縮は、所定の圧縮を達成することができる。いくつかの実施形態では、圧縮は、基準点からの距離に伴って変化することができる。
【００４３】
図５に、変換システム１００の入力でのＡＣ信号を示す。このＡＣ信号は、振幅および周期を含む時間変動する信号を含む。このＡＣ信号は、既にディジタル化されているものとすることができ、あるいは、その代わりに、いくつかの実施形態では、変換の前に変換システム１００によってディジタル化されるものとすることができる。
【００４４】
図６に、本発明による非線形データ変換の後のディジタル化されたＡＣ信号を示す。この図から、ＡＣ信号の全体的なピークツーピーク振幅が、波形の形状を変更せずに大きく減らされ、圧縮されていることがわかる。この例では、オリジナルＡＣ信号は、約２５０のオリジナル振幅から約３０の振幅に圧縮されている。しかし、それと同時に、ここではゼロ交差点である（振幅が０ではない場合であっても）基準点の周囲の振幅が、増幅されている。ディジタル値が垂直に約１単位離れている圧縮された領域とは対照的に、基準点の周囲の増幅された領域では、ディジタル値が約３単位離れている。これは、基準点の周囲の信号領域が圧縮された場合などのように、ディジタル化されたＡＣ信号の基準点が一緒により近くなり、区別がむずかしくなることがなくなるようにするために行われる。圧縮されたディジタル値は、特にディジタル値に重畳されるノイズの存在下で、判定がむずかしくなる可能性がある。
【００４５】
最終的な結果は、基準点から離れたディジタル値（ピークの近くなど）が、圧縮の結果として垂直距離に関して相対的により近くなることである。逆に、基準点の周囲のディジタル値は、増幅によって垂直に離れて移動される。その結果は、基準点がより区別しやすくなると同時に、全体的なＡＣ信号がより少ない全体的な帯域幅を必要とすることである。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態によるディジタル化されたＡＣ信号のデータ変換方法の流れ図７００である。ステップ７０１では、ディジタル化されたＡＣ信号を受け取る。
ステップ７０２では、ディジタル化されたＡＣ信号を非線形変換する。伝達関数を使用して、基準点から離れた信号を圧縮する（すなわち、大きいディジタル値を圧縮する）。圧縮は、任意の所望の量の圧縮とすることができ、任意の所望の圧縮を使用することができる。この電圧領域の信号部分の圧縮は、ディジタル化されたＡＣ信号の帯域幅を減らすように動作し、オプトカプラを介するディジタル化されたＡＣ信号の伝送をより効率的にする。さらに、伝達関数を使用して、基準点に近い信号を所定の利得によって増幅する（すなわち、小さいディジタル値を増幅する）。増幅は、任意の所望の利得量によるものとすることができる。増幅は、ディジタル化されたＡＣ信号のゼロ交差によって提供される位相情報を含む位相情報を保存する。さらに、増幅は、ディジタル化されたＡＣ信号がオプトカプラを通過した後に、ディジタル化されたＡＣ信号内でゼロ交差点を区別しやすくすることができる。
【００４７】
ステップ７０３では、信号部分を圧縮し／増幅した後に、非線形変換された信号を、伝送のためにオプトカプラに転送する。伝送の後に、ゼロ交差情報を含む位相情報を、非線形変換された信号から判定することができる。さらに、望まれる場合に、オプションで、圧縮および増幅を、伝送の後に、鏡像（すなわち、逆）伝達関数を使用することによるなど、逆転することができる。その後、この方法は、ステップ７０１までループバックし、繰り返して信号部分を受け取り、処理することができる。
【００４８】
図８に、デバイスＡとデバイスＢとの間でオプトカプラ伝送媒体を介して二重通信を実行する従来技術のオプトカプラ通信システムを示す。オプトカプラ伝送媒体は、オプトカプラおよび関連するワイヤもしくは他の導体を含む。２つの別々の伝送経路が含まれ、その結果、二重通信（すなわち、両方の方向での通信）を実行できるようになる。いくつかの実施形態では、通信は、半二重通信を含み、ここでは、一時に１つのデバイスだけが伝送することができる。
【００４９】
従来技術のオプトカプラ通信システムは、欠点を有する。デバイスＡとデバイスＢとの両方が、同時に通信を試みることができる。半二重通信システムでの同時通信の試みは、伝送の障害をもたらす。さらに、デバイスＡからの伝送が、デバイスＡへのエコーバックを作成する場合には、デバイスＡは、受け取られたエコーを、誤ってデバイスＢからの正当な伝送として解釈する可能性がある。
【００５０】
図９に、本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システム９００を示す。オプトカプラ通信システム９００は、デバイスＡ ９０５とデバイスＢ ９０７との間のオプトカプラ１１５を含む伝送媒体を介する通信を調整するコントローラ９２０を含む。いくつかの実施形態のオプトカプラ１１５は、デバイスの間で半二重（または単信）通信を実行し、ここでは、一時に１つのデバイスだけが伝送することができる。
【００５１】
コントローラ９２０を、オプトカプラ通信システム９００内のどこにでも配置することができ、コントローラ９２０が、例示のみのためにオプトカプラ１１５の右に図示されていることを理解されたい。いくつかの実施形態では、コントローラ９２０は、信号プロセッサ３０のコンポーネントを含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ９２０は、デバイスＡ ９０５またはデバイスＢ ９０７のコンポーネントを含むことができ、ここでは、デバイスは、マスタ通信デバイスのように動作する。それと同時に、他方のデバイス（１つまたは複数）は、スレーブ通信デバイス（１つまたは複数）として動作する。
【００５２】
オプトカプラ通信システム９００は、エコーの受信を防ぐように構成される。その代わりにまたはそれに加えて、オプトカプラ通信システム９００は、一時に複数のデバイスが伝送するのを防ぐように構成される。
【００５３】
いくつかの実施形態のオプトカプラ通信システム９００は、第１デバイスＡ ９０５から伝送の試みを受け取り、第２デバイスＢ ９０７がオプトカプラ１１５を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定し、伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定し、第２デバイスＢ ９０７が伝送してはおらず、デッドバンド期間が経過済みである場合に、オプトカプラ１１５を介して第１デバイスＡ ９０５から伝送するように構成される。
【００５４】
図１０に、本発明の実施形態によるオプトカプラ通信システム９００のさらなる詳細を示す。この実施形態では、コントローラ９２０およびオプトカプラ１１５は、１つのデバイスに組み合わされる。組み合わされたデバイスは、追加の機能および追加の回路網を含むことができる。コントローラ９２０は、オプトカプラ１１５を介する伝送を調整するためにコントローラ９２０によって切り替えられるスイッチ９３１および９３２を含むことができる。これらのスイッチは、任意の形のスイッチを含むことができる。
【００５５】
図１１は、本発明の実施形態によるオプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法の流れ図１１００である。ステップ１１０１では、伝送の試みをデバイスＡなどのデバイスから受け取る。伝送の試みを、任意のデバイスからのものとすることができるが、明瞭にするために、この図および例ではデバイスＡが使用されることを理解されたい。
【００５６】
ステップ１１０２では、デバイスＢが既に伝送しつつあるかどうかを判定する。デバイスＢが既に伝送しつつある場合には、この方法はステップ１１０３に進む。デバイスＢが既に伝送しつつあるのではない場合には、この方法はステップ１１０５に分岐する。
【００５７】
ステップ１１０３では、デバイスＢが既に伝送しつつあり、デバイスＡは、伝送を待たされる。この待機は、デバイスＢが伝送を完了し終えるまで行われる。
ステップ１１０４では、この方法は、デバイスＢからの伝送が完了するまで、他の伝送の試みを待たせる。この伝送は、いくつかの実施形態ではデバイスＢからデバイスＡへの伝送を含むことができるが、他のデバイスが、企図され、この明細書および特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００５８】
ステップ１１０５では、デバイスＢは既に伝送しているのではなく、この方法は、試みがデッドバンドの外であるかどうかを調べるためにチェックする。伝送の試みがデッドバンドの外ではない場合には、この方法は、ステップ１１０１までループバックし、すべての伝送が、デッドバンド期間が経過し終えるまで待たされる。そうではなく、伝送の試みがデッドバンドの外である場合には、この方法は、ステップ１１０６に進む。
【００５９】
いくつかのバス機器について、パワーアップフェーズ中に、機器が、仕様に含まれず、伝送されてはならない測定値または他のデータを生成し、外に出す場合がある。この理由から、この方法は、パワーアップの後の所定の時間の間にデッドバンド期間を実施することができる。このデッドバンド期間中に受信された信号を、信頼できないと判定することができ、無視することができる。デッドバンドが満了した後に到着する信号は、許容できると判定される。
【００６０】
ステップ１１０６では、デバイスＢが、伝送を待たされる。これは、３つ以上のデバイスがオプトカプラ伝送媒体を介して伝送できる場合に、追加のデバイスを含むことができる。
【００６１】
ステップ１１０７では、デバイスＡが伝送を許可される。ステップ１１０８では、この方法は、デバイスＡが伝送を終えたかどうかを調べるためにチェックする。デバイスＡが伝送を終えていない場合には、この方法はステップ１１０６にループバックする。デバイスＡが伝送を終えた場合に（そのときに）、この方法は、ステップ１１０１までループバックし、さらなる伝送の試みを待つ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトカプラ(optocoupler)伝送媒体(transmission medium)を介する(through)信号伝送を制御するオプトカプラ伝送システム（９００）であって、
オプトカプラ（１１５）と、
前記オプトカプラ（１１５）に結合され、第１デバイス（９０５）から伝送の試み(transmit attempt)を受け取り、第２デバイス（９０７）が前記オプトカプラ（１１５）を介して既に伝送しつつある(already transmitting)かどうかを判定し、前記伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間(deadband period)の外(outside)であるかどうかを判定し、前記第２デバイス（９０７）が伝送してはおらず、前記デッドバンド期間が経過済み(elapsed)である場合に、前記オプトカプラ（１１５）を介して前記第１デバイス（９０５）から伝送するように構成されたコントローラ（９２０）と を含むオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項２】
前記コントローラ（９２０）は、前記第２デバイス（９０７）が既に伝送しつつある場合に、前記第２デバイス（９０７）が伝送を完了し終えるまで、前記第１デバイス（９０５）が前記オプトカプラ（１１５）を介して伝送するのを待たせる(hold off)ようにさらに構成される、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項３】
前記コントローラ（９２０）は、前記伝送の試みが前記デッドバンド期間内である場合に、前記デッドバンド期間が経過し終えるまで、前記第１デバイス（９０５）が前記オプトカプラ（１１５）を介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項４】
前記オプトカプラ伝送システム（９００）は、前記オプトカプラ（１１５）を介して通信する少なくとも２つのデバイス（９０５、９０７）を含む、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項５】
前記オプトカプラ伝送システム（９００）は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項６】
オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法であって、
第１デバイスから伝送の試みを受け取るステップと、
第２デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定するステップと、
前記伝送の試みの受取りがパワーアップ発生(power-up occurrence)の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定するステップと、
前記第２デバイスが伝送してはおらず、前記デッドバンド期間が経過済みである場合に、前記オプトカプラ伝送媒体を介して前記第１デバイスから伝送するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、前記第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、前記第１デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるス
テップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記伝送の試みが前記デッドバンド期間内である場合に、前記デッドバンド期間が経過し終えるまで、前記第１デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記オプトカプラ伝送媒体は、前記オプトカプラ伝送媒体を介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する、請求項６に記載の方法。
【請求項１】
オプトカプラ(optocoupler)伝送媒体(transmission medium)を介する(through)信号伝送を制御するオプトカプラ伝送システム（９００）であって、
オプトカプラ（１１５）と、
前記オプトカプラ（１１５）に結合され、第１デバイス（９０５）から伝送の試み(transmit attempt)を受け取り、第２デバイス（９０７）が前記オプトカプラ（１１５）を介して既に伝送しつつある(already transmitting)かどうかを判定し、前記伝送の試みの受取りがパワーアップ発生の後のデッドバンド期間(deadband period)の外(outside)であるかどうかを判定し、前記第２デバイス（９０７）が伝送してはおらず、前記デッドバンド期間が経過済み(elapsed)である場合に、前記オプトカプラ（１１５）を介して前記第１デバイス（９０５）から伝送するように構成されたコントローラ（９２０）と を含むオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項２】
前記コントローラ（９２０）は、前記第２デバイス（９０７）が既に伝送しつつある場合に、前記第２デバイス（９０７）が伝送を完了し終えるまで、前記第１デバイス（９０５）が前記オプトカプラ（１１５）を介して伝送するのを待たせる(hold off)ようにさらに構成される、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項３】
前記コントローラ（９２０）は、前記伝送の試みが前記デッドバンド期間内である場合に、前記デッドバンド期間が経過し終えるまで、前記第１デバイス（９０５）が前記オプトカプラ（１１５）を介して伝送するのを待たせるようにさらに構成される、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項４】
前記オプトカプラ伝送システム（９００）は、前記オプトカプラ（１１５）を介して通信する少なくとも２つのデバイス（９０５、９０７）を含む、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項５】
前記オプトカプラ伝送システム（９００）は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する、請求項１に記載のオプトカプラ伝送システム（９００）。
【請求項６】
オプトカプラ伝送媒体を介する信号伝送を制御する伝送制御方法であって、
第１デバイスから伝送の試みを受け取るステップと、
第２デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して既に伝送しつつあるかどうかを判定するステップと、
前記伝送の試みの受取りがパワーアップ発生(power-up occurrence)の後のデッドバンド期間の外であるかどうかを判定するステップと、
前記第２デバイスが伝送してはおらず、前記デッドバンド期間が経過済みである場合に、前記オプトカプラ伝送媒体を介して前記第１デバイスから伝送するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記第２デバイスが既に伝送しつつある場合に、前記第２デバイスが伝送を完了し終えるまで、前記第１デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるス
テップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記伝送の試みが前記デッドバンド期間内である場合に、前記デッドバンド期間が経過し終えるまで、前記第１デバイスが前記オプトカプラ伝送媒体を介して伝送するのを待たせるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記オプトカプラ伝送媒体は、前記オプトカプラ伝送媒体を介して通信する少なくとも２つのデバイスを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、マスタ−スレーブ通信方式を実施する、請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１６８９５５（Ｐ２０１２−１６８９５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６４７５３（Ｐ２０１２−６４７５３）
【出願日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【分割の表示】特願２０１１−５２１０７９（Ｐ２０１１−５２１０７９）の分割
【原出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（５９２２２５５０４）マイクロ・モーション・インコーポレーテッド (95)
【氏名又は名称原語表記】Ｍｉｃｒｏ Ｍｏｔｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【分割の表示】特願２０１１−５２１０７９（Ｐ２０１１−５２１０７９）の分割
【原出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（５９２２２５５０４）マイクロ・モーション・インコーポレーテッド (95)
【氏名又は名称原語表記】Ｍｉｃｒｏ Ｍｏｔｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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