２線式伝送器、補正回路
【課題】２線の伝送路から信号を受ける後段の受信機がレシオメトリック特性を有する場合でも、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度が低下しない２線式伝送器を提供する。
【解決手段】センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、伝送路１と基準伝送路２との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する抵抗素子１０３、１０４と、センサ信号と中間電位信号とが供給されるオペアンプ１０２と、オペアンプ１０２によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成する演算器１１１と、センサ信号がレシオメトリック特性を持つようにセンサ信号を補正する電流源１０６、アナログ電圧信号分圧器１０７、測定器１０８、電圧生成器１０９、演算器１１０と、を含む。
【解決手段】センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、伝送路１と基準伝送路２との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する抵抗素子１０３、１０４と、センサ信号と中間電位信号とが供給されるオペアンプ１０２と、オペアンプ１０２によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成する演算器１１１と、センサ信号がレシオメトリック特性を持つようにセンサ信号を補正する電流源１０６、アナログ電圧信号分圧器１０７、測定器１０８、電圧生成器１０９、演算器１１０と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２線式伝送器、補正回路にかかり、特にセンサによって検出されたセンサ信号を、レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号として出力する２線式伝送器、補正回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
２線式伝送器は、流量や圧力といった物理量を検出し、検出値（以降、センサ信号と記す）を出力する機器である。センサ信号をアナログ電圧信号に変換して出力する２線式伝送器としては、例えば、特許文献１に記載されたものが挙げられる。
図６は、特許文献１に記された２線式伝送器の従来技術を説明するための図である。図示した２線式伝送器６１０は、センサＳによって出力されるセンサ信号Ｍ1、Ｍ2を増幅するオペアンプ６１と、オペアンプ６１から出力されたセンサ信号Ｖsnsの電圧値に応じて接続先が切り替えられるスイッチ６３と、スイッチ６３に接続された抵抗素子６５、６６、６７を備えている。また、２線式伝送器６１０は、基準電圧発生部６４と、スイッチ６３に接続される抵抗素子６６、抵抗素子６７の大きさによって出力電流Ｉoutが変化するオペアンプ６２を備えている。センサＳは、例えば、磁気、温度、圧力といった物理量を検出するセンサである。
【０００３】
図６に示した２線式伝送器６１０は、以下のように動作する。
オペアンプ６１は、連続的に変化するセンサ信号Ｖsnsを出力する。センサ信号Ｖsnsが所定の閾値を超えると、スイッチ６３の接続先が抵抗素子６６から抵抗素子６７に切り替わる。オペアンプ６２の出力信号Ｖoutとグラウンド（ＧＮＤ）の電位差は、抵抗素子６５、スイッチ６３に接続されている抵抗素子６６または抵抗素子６７によって分圧される。分圧された電位に応じた信号は、フィードバック信号Ｖfbとしてオペアンプ６２に入力される。オペアンプ６２は、基準電圧発生部６４によって生成されると基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbの電圧値を等しくするように動作する。
【０００４】
このため、オペアンプ６２は、フィードバック信号Ｖfbの電圧値が上昇すると、出力電流Ｉoutを増加させるように動作する。このとき、出力信号Ｖoutは、基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbの電圧値とが等しくなるように低下する。
一方、フィードバック信号Ｖfbが低下すると、オペアンプ６２は出力電流Ｉoutを減少させるように動作する。この結果、オペアンプ６２の出力信号Ｖoutは、基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbとが等しくなるように上昇する。
本願発明の発明者らは、上記した特許文献１の、センサ信号Ｖsnsが連続的に変化するにも関わらず、出力信号Ｖoutが離散的に変化することに鑑みて、センサ信号Ｖsnsの変化に伴って出力信号Ｖoutが連続的に変化するアナログ電圧信号を出力する２線式伝送器を発明した。
【０００５】
図７は、本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器を説明するための図である。図示した２線式伝送器は、温度センサ、磁気センサ、圧力センサ等のセンサＳと、センサＳの出力信号Ｖsnsを増幅するオペアンプ７１と、オペアンプ７１の出力信号によって出力電流Ｉoutが変化する第1の電流源７２と、第1の抵抗素子７３（抵抗値Ｒ0）及び第２の抵抗素子７４（抵抗値Ｒ1）によって構成されている。なお、第２の電流源７５からは、アナログ電圧信号Ｖoutが出力される伝送路１からグラウンドＧＮＤに流れる電流のうち、第1の電流源７２に流れる電流以外のすべての電流の総和が流れている。
図７に示した受信機７７は、２つの伝送路から信号を受けるＣＰＵ等の受信機７７を備えていて、受信機７７は、伝送路の一方から抵抗素子７６を介して電源から電源電圧Ｖccの供給を受けている。
【０００６】
次に、このように構成された２線式伝送器の動作について説明する。アナログ電圧信号ＶoutとグラウンドＧＮＤの電位差を第1の抵抗素子７３及び第２の抵抗素子７４によって分圧した電圧をフィードバック電圧Ｖfbとするとき、オペアンプ７１はセンサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbの電圧が等しくなるように動作する。具体的には、センサ信号Ｖsnsが上昇するとオペアンプＯＰは出力電流Ｉoutを減少させるように動作し、センサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるようにアナログ電圧信号Ｖoutが上昇する。センサ信号Ｖsnsが低下するとオペアンプＯＰは出力電流Ｉoutを増加させるように動作し、センサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるようにアナログ電圧信号Ｖoutが低下する。
【０００７】
したがって、センサ信号Ｖsnsが連続的に変化するとき、アナログ電圧信号Ｖoutも連続的に変化する。すなわち、センサ信号Ｖsnsが連続的なアナログ電圧信号に変換される。この２線式伝送器のセンサ信号Ｖsnsとアナログ電圧信号Ｖoutの関係は、次の式（１）で表される。
Ｖout＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））・Ｖsns …式（１）
【０００８】
ところで、センサ信号をアナログ電圧信号に変換して出力する伝送器には、出力信号がレシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号のもの（以下、本明細書ではレシオメトリック型の２線伝送器と記す）と、出力信号が非レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号のもの（以下、本明細書では非レシオメトリック型の２線伝送器と記す）がある。ここで、レシオメトリック特性とは、センサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であり、非レシオメトリック特性とは、信号の電圧レベルが電源電圧の変動に比例しない特性である。図７に示した本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器は、非レシオメトリック型の２線式伝送器である。
【０００９】
非レシオメトリック型の２線式伝送器では、２線式伝送器の２つの伝送路から信号を受ける後段の受信機７７も非レシオメトリック特性を有するものを用いることが望ましい。この理由は、電源電圧Ｖccが変動すると受信機側の入力特性は変動するが、アナログ電圧信号は変動しないため、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度が低下するという問題が発生するためである。
【００１０】
非レシオメトリック型の２線式伝送器にレシオメトリック特性を有する受信機７７を用いる場合、２線伝送器の非レシオメトリック特性を有する信号を補正してレシオメトリック特性を有する信号を出力するレシオメトリック補正回路がある。レシオメトリック補正回路の従来技術としては、例えば、特許文献２に記載のレシオメトリック補正回路が上げられる。図８は、特許文献２に記載されているレシオメトリック補正回路を含む回路のブロック図である。このようなレシオメトリック補正回路８１は、センサ素子８２に直接印加された電源電圧ＶDDの変動を検出して補正量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ ６４３７５８１ Ｂ１
【特許文献２】特開２０１０−８５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図７に記載の非レシオメトリック型の２線伝送器では、抵抗素子７６を介して電源電圧Ｖccが受信機７７に供給される構成であるからレシオメトリック補正回路を使って電源電圧Ｖccの変動を直接検出することができない。また、前記したように、図７に記載の２線式伝送器は、非レシオメトリック型の２線伝送器であることから、電源電圧Ｖccが変動しても出力信号Ｖoutは変動せず、レシオメトリック補正回路が電源電圧Ｖccの変動を検出することができない。
【００１３】
このため、図７に記載の２線式伝送器では、レシオメトリック補正回路を使って信号を補正することができず、レシオメトリック型の受信機を適用することができなくなる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、レシオメトリック特性を有する信号を出力することによって、２線の伝送路から信号を受ける後段の受信機（例えばＣＰＵ等）がレシオメトリック特性を有する場合でも、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度が低下しない、２線式伝送器、補正回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するため、本発明の２線式伝送器は、センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、前記伝送路（例えば図１に示した伝送路１）と基準伝送路（例えば図１に示した基準伝送路２）との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段（例えば図１に示した抵抗素子１０３、１０４）と、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器（例えば図１に示したオペアンプ１０２）と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、前記アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段（例えば図１に示した演算器１１１）と、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段（例えば図１に示した電流源１０６、アナログ電圧信号分圧器１０７、測定器１０８、電圧生成器１０９、演算器１１０）と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記アナログ電圧信号の補正演算を行う補正演算手段と、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出する補正量算出手段と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記補正量算出手段が、前記センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器としての動作が行われていないとき、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、バイアス電流生成手段（例えば図１に示した電流源１０６）と、前記アナログ電圧信号を分圧する手段（例えば図１に示したアナログ電圧信号分圧器１０７）と、前記アナログ電圧信号の分圧を検出し、前記バイアス電流と前記アナログ電圧信号の分圧に基づいて電源電圧の分圧を算出する算出手段（例えば図１に示した測定器１０８）と、理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧を生成する手段（例えば図１に示した電圧生成器１０９）と、前記電源電圧の分圧の算出値と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じて前記アナログ電圧信号の補正量を算出する演算手段と、前記補正量に基づき前記アナログ電圧信号の補正演算を行う演算手段（例えば図１に示した演算器１１０）と、を含むことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段は、第１の電流を流して測定された第１の検出電圧と、第２の電流を流して測定された第２の検出電圧と、に基づき、電源電圧の分圧を算出することが望ましい。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段は、前記算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じてアナログ電圧信号の補正量を算出することが望ましい。
【００１８】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、前記補正量と前記センサ信号を乗算することが望ましい。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記増幅器が、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給され、入力された前記センサ信号と前記中間電位信号とが等しくなるように、前記伝送路と前記基準伝送路との間の電位を制御する信号を出力することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記センサ信号がアナログ信号である場合、前記センサ信号をデジタル信号に変換する第１の変換回路（例えば図５に示したアナログ・デジタル変換器５０１）と、前記アナログ電圧信号の分圧をデジタル信号に変換する第２の変換回路（例えば図５に示したアナログ・デジタル変換器５０２）と、前記第１及び第２の変換回路によって変換されたデジタル信号に基づいてレシオメトリック特性に補正されたデジタル信号を出力する加工回路（例えば図５に示したデジタル演算回路５００）と、前記加工回路によって補正されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記増幅器に出力するデジタル・アナログ変換回路（例えば図５に示したデジタル・アナログ変換器５０３）と、をさらに含むことが望ましい。
【００２０】
また、本発明の補正回路は、伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、を含み、前記センサ信号を前記アナログ電圧信号に変換して前記伝送路に出力する２線式伝送器の補正回路であって、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる２線式伝送器によれば、レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号を出力することができる。このため、２線の伝送路から信号を受ける後段のＣＰＵ等の受信機がレシオメトリック特性を有する場合でも、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１の２線式伝送器を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態１の２線式伝送器の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態１の検出電圧と電源電圧の分圧との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１のアナログ電圧信号と電源電圧との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施形態２の２線式伝送器を説明するための図である。
【図６】特許文献１の２線式伝送器の従来技術を説明するための図である。
【図７】本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器を説明するための図である。
【図８】特許文献２のレシオメトリック補正回路を含む回路のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１、実施形態２について説明する。
（実施形態１）
１ 回路構成
図１は、実施形態１の２線式伝送器を説明するための図であって、２線式伝送器の回路構成を示している。この２線式伝送器は、センサ１０１と、センサ１０１の出力信号Ｖsnsを増幅するオペアンプ１０２と、オペアンプ１０２の出力信号によって出力電流Ｉoutが変化する電流源１１４と、抵抗素子１０３（抵抗値Ｒ0）及び抵抗素子１０４（抵抗値Ｒ1）と、電流源１０５及び電流源１０６と、アナログ電圧信号分圧器１０７と、アナログ電圧信号の分圧を検出し、電源電圧の分圧を算出する測定器１０８と、理想的な電源電圧の分圧を生成する電圧生成器１０９と、算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧からセンサ信号Ｖsnsの補正量を算出する演算器１１０と、算出された補正量に基づいてセンサ信号Ｖsnsの補正演算を行う演算器１１１と、を含んでいる。
【００２４】
センサ１０１は、温度センサ、磁気センサ、圧力センサ等のいずれとして構成されたものであってもよい。また、図１に示した２線式伝送器は、電源電圧Ｖccを二線式伝送器に供給する電源とグランドＧＮＤとの間に、受信機１１２が抵抗素子１１３を介して接続されている。受信機１１２は、レシオメトリック特性を有するＣＰＵとして構成されている。
【００２５】
センサ１０１は、２線式伝送器と一体的に組み込まれるものであっても、別体として出荷後に２線式伝送器に接続されるものであってもよい。また、受信器１１２は、２線伝送器の出荷後、２線伝送器の後段に接続される２線伝送器とは別体の回路である。
受信機１１２にアナログ電圧信号を入力する伝送路には、二線式伝送器の出力信号であるアナログ電圧信号Ｖout1またはアナログ電圧信号Ｖout2が出力される。本明細書では、アナログ電圧信号Ｖout1、アナログ電圧信号Ｖout2の両方を指す場合、単にアナログ電圧信号Ｖoutとも記す。
【００２６】
電流源１０５を流れる電流は、電源電圧Ｖccを供給する電源からグラウンドＧＮＤに流れる電流のうち、電流源１１４を流れる電流及び電流源１０６を流れる電流以外の電流の総和を示している。
図１に示した二線式伝送器において、電源電圧Ｖccを供給する電源に直接接続された伝送路を伝送路１、グラウンドＧＮＤに直接接続された伝送路を基準伝送路２と記す。オペアンプ１０２にアナログ信号Ｖrと共に入力されるフィードバック信号Ｖfbは、伝送路１と基準伝送路２との中間電位信号となる。アナログ信号Ｖr、フィードバック信号Ｖfbについては後述するものとする。
【００２７】
２ 動作
次に、このように構成された２線式伝送器の動作について図１と共に、図２のフローチャートを用いて説明する。先ず、実施形態１に２線式伝送器がとり得る状態Ｉ〜状態ＶＩの６つの状態について説明する。図２のフローチャートの各ステップは、状態Ｉ〜状態ＶＩの各々を実現するための動作を示している。実施形態１では、２線式伝送器が先ず状態Iを実現するように動作し（ステップＳ１）、続いて状態ＩＩを実現するよう動作する（ステップＳ２）。そして、以降、ステップＳ３〜Ｓ５を順に実行することにより、状態ＩＩＩ〜状態ＶＩが実現される。以下、状態Ｉ〜状態ＶＩの各々について、実施形態１の２線式伝送器の動作を説明する。
【００２８】
状態Ｉ
状態Ｉでは、電流源１１４の出力電流Ｉoutの出力が停止され、かつ電流源１０６に電流Ｉbias1が流される。このとき、アナログ電圧信号Ｖout1がアナログ電圧信号分圧器１０７によって１／Ｎ倍に分圧された検出電圧Ｖdet1が測定器１０８によって測定される（ステップＳ１）。
【００２９】
状態ＩＩ
状態ＩＩでは、電流源１１４の出力電流Ｉoutの出力が停止され、かつ電流源１０６に電流Ｉbias2が流される。このとき、アナログ電圧信号Ｖout2がアナログ電圧信号分圧器１０７で１／Ｎ倍に分圧された検出電圧Ｖdet2が測定器１０８によって測定される。
検出電圧Ｖdet1は、次の式（２）で表される。式（２）においてＩcc1は電流源１０５に流れる電流である。検出電圧Ｖdet2は次の式（３）で表される。式（３）において、Ｉcc2は電流源１０５に流れる電流である（ステップＳ２）。
Ｖdet1＝Ｖout1／Ｎ=（Ｖcc−Ｒload×（Ｉcc1＋Ｉbias1））／Ｎ …式（２）
Ｖdet2＝Ｖout2／Ｎ=（Ｖcc−Ｒload×（Ｉcc2＋Ｉbias2））／Ｎ …式（３）
【００３０】
状態ＩＩＩ
状態ＩＩＩでは、測定器１０８が、検出電圧Ｖdet1と検出電圧Ｖdet2とに基づいて、電源によって印加される電源電圧Ｖccを１／Ｎ倍に分圧した電圧Ｖ1の大きさを算出する。算出は、式（２）及び式（３）によって行われる（ステップＳ３）。また、電圧Ｖ１は、以下の式（４）によって算出される。
Ｖ1＝Ｖcc／Ｎ
＝Ｖdet1＋（Ｖdet1−Ｖdet2）×（Ｉcc1＋Ｉbias1）／（Ｉcc2−Ｉcc1＋Ｉbias2−Ｉbias1） …式（４）
【００３１】
ここで、電流源１０５に流れる電流Ｉcc1とＩcc2が等しく、次の式（５）で表されるとき、電源電圧Ｖccを１／Ｎに分圧した電圧Ｖ1は次の式（６）で表される。
Ｉcc1＝Ｉcc2＝Ｉcc …式（５）
Ｖ1＝Ｖdet1＋（Ｖdet1−Ｖdet2）×（Ｉcc＋Ｉbias1）／（Ｉbias2−Ｉbias1）
…式（６）
【００３２】
図３は、検出電圧Ｖdet1、検出電圧Ｖdet2、及び電源電圧の分圧Ｖ1との関係を示した図である。図３の縦軸はＶout／Ｎ（すなわち検出電圧）を示している。横軸は、電流源１０５、１０６に流れる電流の和を示している。すなわち、図３によれば、電流源１０５、１０６に流れる電流の和がＩcc＋Ｉbias1のとき、Ｖout／Ｎ＝Ｖout1／Ｎ＝Ｖdet1となる。また、電流源１０５、１０６に流れる電流の和がＩcc＋Ｉbias2のとき、Ｖout／Ｎ＝Ｖout2／Ｎ＝Ｖdet2となる。そして、電流源１０５、１０６に流れる電流の和が０のとき抵抗素子１１３の両端の電位が等しくなるため、Ｖout／Ｎ＝Ｖcc／Ｎ＝Ｖ1となることが分かる。
【００３３】
状態ＩＶ
状態ＩＶでは、演算器１１０により、電源の電圧Ｖccの分圧Ｖ1と理想的な電源電圧の分圧Ｖ0に応じてセンサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcが算出される（ステップＳ４）。電圧生成器１０９によって理想的な電源電圧Ｖcc0を１／Ｎ倍に分圧した電圧Ｖ0が生成されるとき、センサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcは次の式（７）で表される。
Ｖc＝Ｖ1／Ｖ0＝Ｖcc／Ｖcc0 …式（７）
なお、理想的な電源電圧の分圧Ｖ0、センサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcの算出は、２線式伝送器の出荷後、センサや電源、外部制御装置となるコンピュータ等に２線式伝送器を接続し、未だ２線式伝送器が２線式伝送器として動作していないとき等に行われる。そして、算出された補正量Ｖcは演算器１１０の図示しないＲＡＭ等に書き込まれ、以降繰返しセンサ信号Ｖsnsの補正に使用される。
【００３４】
状態Ｖ
状態Ｖでは、演算器１１１が、センサ信号Ｖsnsと補正量Ｖcとを乗算し、アナログ信号Ｖrを算出する（ステップＳ５）。アナログ信号Ｖrは次の式（８）で表される。
Ｖr＝Ｖsns×Ｖc＝Ｖsns×Ｖcc／Ｖcc0 …式（８）
式（８）によれば、アナログ信号Ｖrが電源電圧Ｖccに比例していることがわかる。すなわち、アナログ信号Ｖrはレシオメトリック特性を有することが明らかである。
【００３５】
状態ＶＩ
状態ＶＩでは、オペアンプ１０２がアナログ信号Ｖrとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるように電流源１１４の出力電流Ｉoutを制御する。出力電流Ｉoutが制御されることにより、アナログ電圧信号Ｖoutが出力される（ステップＳ６）。センサ信号Ｖsnsとアナログ電圧信号Ｖoutの関係は次の式（９）で表される。
Ｖout＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））×Ｖr
＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））×Ｖsns×Ｖcc／Ｖcc0 …式（９）
【００３６】
式（９）によれば、アナログ電圧信号Ｖoutが電源電圧Ｖccに比例していることがわかる。図４は、アナログ電圧信号Ｖoutと電源電圧Ｖccとの関係を示した図であって、縦軸にアナログ電圧信号Ｖout、横軸に電源電圧Ｖccが示されている。図４によれば、アナログ電圧信号Ｖoutが電源電圧Ｖccに比例して変化する、レシオメトリック特性を有することが明らかである。
【００３７】
以上説明した実施形態１によれば、レシオメトリック型の２線式伝送器を提供することができるので、レシオメトリック特性を有する受信機を適用した場合であっても、レシオメトリック補正回路を用いることなく受信機にレシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号を出力し、受信機における信号処理の精度が低下することを防ぐことができる。
【００３８】
（実施形態２）
図５は、実施形態２の２線式伝送器を説明するための図である。なお、実施形態２では、図５中に示した構成のうち、図２に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略するものとする。
実施形態２の２線式伝送器は、図１に示した実施形態１の２線式伝送器に、アナログ・デジタル変換器５０１、５０２、デジタル演算器５００、デジタル・アナログ変換器５０３を追加して構成されている。デジタル演算器５００は、図１に示した電源電圧の分圧を算出する測定器１０８、理想的な電源電圧の分圧を生成する電圧生成器１０９、算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧からセンサ信号Ｖsnsの補正量を算出する演算器１１０、算出された補正量に基づいてセンサ信号Ｖsnsの補正演算を行う演算器１１１によって構成されている。
【００３９】
実施形態２のアナログ電圧信号Ｖoutはアナログ・デジタル変換器５０２によってデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は測定器１０８と電圧生成器１０９と演算器によって補正量Ｖcに変換される。センサ信号Ｖsnsはアナログ・デジタル変換器ADC1によってデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は演算器１１１によって補正量Ｖcと乗算された後、デジタル・アナログ変換器５０３によってアナログ信号Ｖrに変換される。このような実施形態２によれば、センサ信号Ｖsnsをアナログ信号Ｖrに変換した後に、実施形態１と同様の処理をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明した本発明は、センサによって検出された検出値を反映して連続的に変化する、レシオメトリック特性を有する信号を得ることが望ましい２線式伝送器であれば、どのような２線式伝送器にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０１ センサ
１０２ オペアンプ
１０３，１０４，１１３ 抵抗素子
１０４ 抵抗素子
１０５，１０６，１１４ 電流源
１０７ アナログ電圧信号分圧器
１０８ 測定器
１０９ 電圧生成器
１１０ 演算器
１１２ 受信機
５００ デジタル演算器
５０１，５０２ アナログ・デジタル変換器
５０３ デジタル・アナログ変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２線式伝送器、補正回路にかかり、特にセンサによって検出されたセンサ信号を、レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号として出力する２線式伝送器、補正回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
２線式伝送器は、流量や圧力といった物理量を検出し、検出値（以降、センサ信号と記す）を出力する機器である。センサ信号をアナログ電圧信号に変換して出力する２線式伝送器としては、例えば、特許文献１に記載されたものが挙げられる。
図６は、特許文献１に記された２線式伝送器の従来技術を説明するための図である。図示した２線式伝送器６１０は、センサＳによって出力されるセンサ信号Ｍ1、Ｍ2を増幅するオペアンプ６１と、オペアンプ６１から出力されたセンサ信号Ｖsnsの電圧値に応じて接続先が切り替えられるスイッチ６３と、スイッチ６３に接続された抵抗素子６５、６６、６７を備えている。また、２線式伝送器６１０は、基準電圧発生部６４と、スイッチ６３に接続される抵抗素子６６、抵抗素子６７の大きさによって出力電流Ｉoutが変化するオペアンプ６２を備えている。センサＳは、例えば、磁気、温度、圧力といった物理量を検出するセンサである。
【０００３】
図６に示した２線式伝送器６１０は、以下のように動作する。
オペアンプ６１は、連続的に変化するセンサ信号Ｖsnsを出力する。センサ信号Ｖsnsが所定の閾値を超えると、スイッチ６３の接続先が抵抗素子６６から抵抗素子６７に切り替わる。オペアンプ６２の出力信号Ｖoutとグラウンド（ＧＮＤ）の電位差は、抵抗素子６５、スイッチ６３に接続されている抵抗素子６６または抵抗素子６７によって分圧される。分圧された電位に応じた信号は、フィードバック信号Ｖfbとしてオペアンプ６２に入力される。オペアンプ６２は、基準電圧発生部６４によって生成されると基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbの電圧値を等しくするように動作する。
【０００４】
このため、オペアンプ６２は、フィードバック信号Ｖfbの電圧値が上昇すると、出力電流Ｉoutを増加させるように動作する。このとき、出力信号Ｖoutは、基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbの電圧値とが等しくなるように低下する。
一方、フィードバック信号Ｖfbが低下すると、オペアンプ６２は出力電流Ｉoutを減少させるように動作する。この結果、オペアンプ６２の出力信号Ｖoutは、基準電圧Ｖrefとフィードバック信号Ｖfbとが等しくなるように上昇する。
本願発明の発明者らは、上記した特許文献１の、センサ信号Ｖsnsが連続的に変化するにも関わらず、出力信号Ｖoutが離散的に変化することに鑑みて、センサ信号Ｖsnsの変化に伴って出力信号Ｖoutが連続的に変化するアナログ電圧信号を出力する２線式伝送器を発明した。
【０００５】
図７は、本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器を説明するための図である。図示した２線式伝送器は、温度センサ、磁気センサ、圧力センサ等のセンサＳと、センサＳの出力信号Ｖsnsを増幅するオペアンプ７１と、オペアンプ７１の出力信号によって出力電流Ｉoutが変化する第1の電流源７２と、第1の抵抗素子７３（抵抗値Ｒ0）及び第２の抵抗素子７４（抵抗値Ｒ1）によって構成されている。なお、第２の電流源７５からは、アナログ電圧信号Ｖoutが出力される伝送路１からグラウンドＧＮＤに流れる電流のうち、第1の電流源７２に流れる電流以外のすべての電流の総和が流れている。
図７に示した受信機７７は、２つの伝送路から信号を受けるＣＰＵ等の受信機７７を備えていて、受信機７７は、伝送路の一方から抵抗素子７６を介して電源から電源電圧Ｖccの供給を受けている。
【０００６】
次に、このように構成された２線式伝送器の動作について説明する。アナログ電圧信号ＶoutとグラウンドＧＮＤの電位差を第1の抵抗素子７３及び第２の抵抗素子７４によって分圧した電圧をフィードバック電圧Ｖfbとするとき、オペアンプ７１はセンサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbの電圧が等しくなるように動作する。具体的には、センサ信号Ｖsnsが上昇するとオペアンプＯＰは出力電流Ｉoutを減少させるように動作し、センサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるようにアナログ電圧信号Ｖoutが上昇する。センサ信号Ｖsnsが低下するとオペアンプＯＰは出力電流Ｉoutを増加させるように動作し、センサ信号Ｖsnsとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるようにアナログ電圧信号Ｖoutが低下する。
【０００７】
したがって、センサ信号Ｖsnsが連続的に変化するとき、アナログ電圧信号Ｖoutも連続的に変化する。すなわち、センサ信号Ｖsnsが連続的なアナログ電圧信号に変換される。この２線式伝送器のセンサ信号Ｖsnsとアナログ電圧信号Ｖoutの関係は、次の式（１）で表される。
Ｖout＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））・Ｖsns …式（１）
【０００８】
ところで、センサ信号をアナログ電圧信号に変換して出力する伝送器には、出力信号がレシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号のもの（以下、本明細書ではレシオメトリック型の２線伝送器と記す）と、出力信号が非レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号のもの（以下、本明細書では非レシオメトリック型の２線伝送器と記す）がある。ここで、レシオメトリック特性とは、センサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であり、非レシオメトリック特性とは、信号の電圧レベルが電源電圧の変動に比例しない特性である。図７に示した本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器は、非レシオメトリック型の２線式伝送器である。
【０００９】
非レシオメトリック型の２線式伝送器では、２線式伝送器の２つの伝送路から信号を受ける後段の受信機７７も非レシオメトリック特性を有するものを用いることが望ましい。この理由は、電源電圧Ｖccが変動すると受信機側の入力特性は変動するが、アナログ電圧信号は変動しないため、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度が低下するという問題が発生するためである。
【００１０】
非レシオメトリック型の２線式伝送器にレシオメトリック特性を有する受信機７７を用いる場合、２線伝送器の非レシオメトリック特性を有する信号を補正してレシオメトリック特性を有する信号を出力するレシオメトリック補正回路がある。レシオメトリック補正回路の従来技術としては、例えば、特許文献２に記載のレシオメトリック補正回路が上げられる。図８は、特許文献２に記載されているレシオメトリック補正回路を含む回路のブロック図である。このようなレシオメトリック補正回路８１は、センサ素子８２に直接印加された電源電圧ＶDDの変動を検出して補正量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ ６４３７５８１ Ｂ１
【特許文献２】特開２０１０−８５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図７に記載の非レシオメトリック型の２線伝送器では、抵抗素子７６を介して電源電圧Ｖccが受信機７７に供給される構成であるからレシオメトリック補正回路を使って電源電圧Ｖccの変動を直接検出することができない。また、前記したように、図７に記載の２線式伝送器は、非レシオメトリック型の２線伝送器であることから、電源電圧Ｖccが変動しても出力信号Ｖoutは変動せず、レシオメトリック補正回路が電源電圧Ｖccの変動を検出することができない。
【００１３】
このため、図７に記載の２線式伝送器では、レシオメトリック補正回路を使って信号を補正することができず、レシオメトリック型の受信機を適用することができなくなる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、レシオメトリック特性を有する信号を出力することによって、２線の伝送路から信号を受ける後段の受信機（例えばＣＰＵ等）がレシオメトリック特性を有する場合でも、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度が低下しない、２線式伝送器、補正回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するため、本発明の２線式伝送器は、センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、前記伝送路（例えば図１に示した伝送路１）と基準伝送路（例えば図１に示した基準伝送路２）との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段（例えば図１に示した抵抗素子１０３、１０４）と、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器（例えば図１に示したオペアンプ１０２）と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、前記アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段（例えば図１に示した演算器１１１）と、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段（例えば図１に示した電流源１０６、アナログ電圧信号分圧器１０７、測定器１０８、電圧生成器１０９、演算器１１０）と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記アナログ電圧信号の補正演算を行う補正演算手段と、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出する補正量算出手段と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記補正量算出手段が、前記センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器としての動作が行われていないとき、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、バイアス電流生成手段（例えば図１に示した電流源１０６）と、前記アナログ電圧信号を分圧する手段（例えば図１に示したアナログ電圧信号分圧器１０７）と、前記アナログ電圧信号の分圧を検出し、前記バイアス電流と前記アナログ電圧信号の分圧に基づいて電源電圧の分圧を算出する算出手段（例えば図１に示した測定器１０８）と、理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧を生成する手段（例えば図１に示した電圧生成器１０９）と、前記電源電圧の分圧の算出値と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じて前記アナログ電圧信号の補正量を算出する演算手段と、前記補正量に基づき前記アナログ電圧信号の補正演算を行う演算手段（例えば図１に示した演算器１１０）と、を含むことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段は、第１の電流を流して測定された第１の検出電圧と、第２の電流を流して測定された第２の検出電圧と、に基づき、電源電圧の分圧を算出することが望ましい。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段は、前記算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じてアナログ電圧信号の補正量を算出することが望ましい。
【００１８】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記レシオメトリック特性補正手段が、前記補正量と前記センサ信号を乗算することが望ましい。
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記増幅器が、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給され、入力された前記センサ信号と前記中間電位信号とが等しくなるように、前記伝送路と前記基準伝送路との間の電位を制御する信号を出力することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の２線式伝送器は、上記した発明において、前記センサ信号がアナログ信号である場合、前記センサ信号をデジタル信号に変換する第１の変換回路（例えば図５に示したアナログ・デジタル変換器５０１）と、前記アナログ電圧信号の分圧をデジタル信号に変換する第２の変換回路（例えば図５に示したアナログ・デジタル変換器５０２）と、前記第１及び第２の変換回路によって変換されたデジタル信号に基づいてレシオメトリック特性に補正されたデジタル信号を出力する加工回路（例えば図５に示したデジタル演算回路５００）と、前記加工回路によって補正されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記増幅器に出力するデジタル・アナログ変換回路（例えば図５に示したデジタル・アナログ変換器５０３）と、をさらに含むことが望ましい。
【００２０】
また、本発明の補正回路は、伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、を含み、前記センサ信号を前記アナログ電圧信号に変換して前記伝送路に出力する２線式伝送器の補正回路であって、前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる２線式伝送器によれば、レシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号を出力することができる。このため、２線の伝送路から信号を受ける後段のＣＰＵ等の受信機がレシオメトリック特性を有する場合でも、受信機が受けるアナログ電圧信号の精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１の２線式伝送器を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態１の２線式伝送器の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態１の検出電圧と電源電圧の分圧との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１のアナログ電圧信号と電源電圧との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施形態２の２線式伝送器を説明するための図である。
【図６】特許文献１の２線式伝送器の従来技術を説明するための図である。
【図７】本願発明の発明者らが発明した２線式伝送器を説明するための図である。
【図８】特許文献２のレシオメトリック補正回路を含む回路のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１、実施形態２について説明する。
（実施形態１）
１ 回路構成
図１は、実施形態１の２線式伝送器を説明するための図であって、２線式伝送器の回路構成を示している。この２線式伝送器は、センサ１０１と、センサ１０１の出力信号Ｖsnsを増幅するオペアンプ１０２と、オペアンプ１０２の出力信号によって出力電流Ｉoutが変化する電流源１１４と、抵抗素子１０３（抵抗値Ｒ0）及び抵抗素子１０４（抵抗値Ｒ1）と、電流源１０５及び電流源１０６と、アナログ電圧信号分圧器１０７と、アナログ電圧信号の分圧を検出し、電源電圧の分圧を算出する測定器１０８と、理想的な電源電圧の分圧を生成する電圧生成器１０９と、算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧からセンサ信号Ｖsnsの補正量を算出する演算器１１０と、算出された補正量に基づいてセンサ信号Ｖsnsの補正演算を行う演算器１１１と、を含んでいる。
【００２４】
センサ１０１は、温度センサ、磁気センサ、圧力センサ等のいずれとして構成されたものであってもよい。また、図１に示した２線式伝送器は、電源電圧Ｖccを二線式伝送器に供給する電源とグランドＧＮＤとの間に、受信機１１２が抵抗素子１１３を介して接続されている。受信機１１２は、レシオメトリック特性を有するＣＰＵとして構成されている。
【００２５】
センサ１０１は、２線式伝送器と一体的に組み込まれるものであっても、別体として出荷後に２線式伝送器に接続されるものであってもよい。また、受信器１１２は、２線伝送器の出荷後、２線伝送器の後段に接続される２線伝送器とは別体の回路である。
受信機１１２にアナログ電圧信号を入力する伝送路には、二線式伝送器の出力信号であるアナログ電圧信号Ｖout1またはアナログ電圧信号Ｖout2が出力される。本明細書では、アナログ電圧信号Ｖout1、アナログ電圧信号Ｖout2の両方を指す場合、単にアナログ電圧信号Ｖoutとも記す。
【００２６】
電流源１０５を流れる電流は、電源電圧Ｖccを供給する電源からグラウンドＧＮＤに流れる電流のうち、電流源１１４を流れる電流及び電流源１０６を流れる電流以外の電流の総和を示している。
図１に示した二線式伝送器において、電源電圧Ｖccを供給する電源に直接接続された伝送路を伝送路１、グラウンドＧＮＤに直接接続された伝送路を基準伝送路２と記す。オペアンプ１０２にアナログ信号Ｖrと共に入力されるフィードバック信号Ｖfbは、伝送路１と基準伝送路２との中間電位信号となる。アナログ信号Ｖr、フィードバック信号Ｖfbについては後述するものとする。
【００２７】
２ 動作
次に、このように構成された２線式伝送器の動作について図１と共に、図２のフローチャートを用いて説明する。先ず、実施形態１に２線式伝送器がとり得る状態Ｉ〜状態ＶＩの６つの状態について説明する。図２のフローチャートの各ステップは、状態Ｉ〜状態ＶＩの各々を実現するための動作を示している。実施形態１では、２線式伝送器が先ず状態Iを実現するように動作し（ステップＳ１）、続いて状態ＩＩを実現するよう動作する（ステップＳ２）。そして、以降、ステップＳ３〜Ｓ５を順に実行することにより、状態ＩＩＩ〜状態ＶＩが実現される。以下、状態Ｉ〜状態ＶＩの各々について、実施形態１の２線式伝送器の動作を説明する。
【００２８】
状態Ｉ
状態Ｉでは、電流源１１４の出力電流Ｉoutの出力が停止され、かつ電流源１０６に電流Ｉbias1が流される。このとき、アナログ電圧信号Ｖout1がアナログ電圧信号分圧器１０７によって１／Ｎ倍に分圧された検出電圧Ｖdet1が測定器１０８によって測定される（ステップＳ１）。
【００２９】
状態ＩＩ
状態ＩＩでは、電流源１１４の出力電流Ｉoutの出力が停止され、かつ電流源１０６に電流Ｉbias2が流される。このとき、アナログ電圧信号Ｖout2がアナログ電圧信号分圧器１０７で１／Ｎ倍に分圧された検出電圧Ｖdet2が測定器１０８によって測定される。
検出電圧Ｖdet1は、次の式（２）で表される。式（２）においてＩcc1は電流源１０５に流れる電流である。検出電圧Ｖdet2は次の式（３）で表される。式（３）において、Ｉcc2は電流源１０５に流れる電流である（ステップＳ２）。
Ｖdet1＝Ｖout1／Ｎ=（Ｖcc−Ｒload×（Ｉcc1＋Ｉbias1））／Ｎ …式（２）
Ｖdet2＝Ｖout2／Ｎ=（Ｖcc−Ｒload×（Ｉcc2＋Ｉbias2））／Ｎ …式（３）
【００３０】
状態ＩＩＩ
状態ＩＩＩでは、測定器１０８が、検出電圧Ｖdet1と検出電圧Ｖdet2とに基づいて、電源によって印加される電源電圧Ｖccを１／Ｎ倍に分圧した電圧Ｖ1の大きさを算出する。算出は、式（２）及び式（３）によって行われる（ステップＳ３）。また、電圧Ｖ１は、以下の式（４）によって算出される。
Ｖ1＝Ｖcc／Ｎ
＝Ｖdet1＋（Ｖdet1−Ｖdet2）×（Ｉcc1＋Ｉbias1）／（Ｉcc2−Ｉcc1＋Ｉbias2−Ｉbias1） …式（４）
【００３１】
ここで、電流源１０５に流れる電流Ｉcc1とＩcc2が等しく、次の式（５）で表されるとき、電源電圧Ｖccを１／Ｎに分圧した電圧Ｖ1は次の式（６）で表される。
Ｉcc1＝Ｉcc2＝Ｉcc …式（５）
Ｖ1＝Ｖdet1＋（Ｖdet1−Ｖdet2）×（Ｉcc＋Ｉbias1）／（Ｉbias2−Ｉbias1）
…式（６）
【００３２】
図３は、検出電圧Ｖdet1、検出電圧Ｖdet2、及び電源電圧の分圧Ｖ1との関係を示した図である。図３の縦軸はＶout／Ｎ（すなわち検出電圧）を示している。横軸は、電流源１０５、１０６に流れる電流の和を示している。すなわち、図３によれば、電流源１０５、１０６に流れる電流の和がＩcc＋Ｉbias1のとき、Ｖout／Ｎ＝Ｖout1／Ｎ＝Ｖdet1となる。また、電流源１０５、１０６に流れる電流の和がＩcc＋Ｉbias2のとき、Ｖout／Ｎ＝Ｖout2／Ｎ＝Ｖdet2となる。そして、電流源１０５、１０６に流れる電流の和が０のとき抵抗素子１１３の両端の電位が等しくなるため、Ｖout／Ｎ＝Ｖcc／Ｎ＝Ｖ1となることが分かる。
【００３３】
状態ＩＶ
状態ＩＶでは、演算器１１０により、電源の電圧Ｖccの分圧Ｖ1と理想的な電源電圧の分圧Ｖ0に応じてセンサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcが算出される（ステップＳ４）。電圧生成器１０９によって理想的な電源電圧Ｖcc0を１／Ｎ倍に分圧した電圧Ｖ0が生成されるとき、センサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcは次の式（７）で表される。
Ｖc＝Ｖ1／Ｖ0＝Ｖcc／Ｖcc0 …式（７）
なお、理想的な電源電圧の分圧Ｖ0、センサ信号Ｖsnsの補正量Ｖcの算出は、２線式伝送器の出荷後、センサや電源、外部制御装置となるコンピュータ等に２線式伝送器を接続し、未だ２線式伝送器が２線式伝送器として動作していないとき等に行われる。そして、算出された補正量Ｖcは演算器１１０の図示しないＲＡＭ等に書き込まれ、以降繰返しセンサ信号Ｖsnsの補正に使用される。
【００３４】
状態Ｖ
状態Ｖでは、演算器１１１が、センサ信号Ｖsnsと補正量Ｖcとを乗算し、アナログ信号Ｖrを算出する（ステップＳ５）。アナログ信号Ｖrは次の式（８）で表される。
Ｖr＝Ｖsns×Ｖc＝Ｖsns×Ｖcc／Ｖcc0 …式（８）
式（８）によれば、アナログ信号Ｖrが電源電圧Ｖccに比例していることがわかる。すなわち、アナログ信号Ｖrはレシオメトリック特性を有することが明らかである。
【００３５】
状態ＶＩ
状態ＶＩでは、オペアンプ１０２がアナログ信号Ｖrとフィードバック信号Ｖfbが等しくなるように電流源１１４の出力電流Ｉoutを制御する。出力電流Ｉoutが制御されることにより、アナログ電圧信号Ｖoutが出力される（ステップＳ６）。センサ信号Ｖsnsとアナログ電圧信号Ｖoutの関係は次の式（９）で表される。
Ｖout＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））×Ｖr
＝（１＋（Ｒ0／Ｒ1））×Ｖsns×Ｖcc／Ｖcc0 …式（９）
【００３６】
式（９）によれば、アナログ電圧信号Ｖoutが電源電圧Ｖccに比例していることがわかる。図４は、アナログ電圧信号Ｖoutと電源電圧Ｖccとの関係を示した図であって、縦軸にアナログ電圧信号Ｖout、横軸に電源電圧Ｖccが示されている。図４によれば、アナログ電圧信号Ｖoutが電源電圧Ｖccに比例して変化する、レシオメトリック特性を有することが明らかである。
【００３７】
以上説明した実施形態１によれば、レシオメトリック型の２線式伝送器を提供することができるので、レシオメトリック特性を有する受信機を適用した場合であっても、レシオメトリック補正回路を用いることなく受信機にレシオメトリック特性を有するアナログ電圧信号を出力し、受信機における信号処理の精度が低下することを防ぐことができる。
【００３８】
（実施形態２）
図５は、実施形態２の２線式伝送器を説明するための図である。なお、実施形態２では、図５中に示した構成のうち、図２に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略するものとする。
実施形態２の２線式伝送器は、図１に示した実施形態１の２線式伝送器に、アナログ・デジタル変換器５０１、５０２、デジタル演算器５００、デジタル・アナログ変換器５０３を追加して構成されている。デジタル演算器５００は、図１に示した電源電圧の分圧を算出する測定器１０８、理想的な電源電圧の分圧を生成する電圧生成器１０９、算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧からセンサ信号Ｖsnsの補正量を算出する演算器１１０、算出された補正量に基づいてセンサ信号Ｖsnsの補正演算を行う演算器１１１によって構成されている。
【００３９】
実施形態２のアナログ電圧信号Ｖoutはアナログ・デジタル変換器５０２によってデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は測定器１０８と電圧生成器１０９と演算器によって補正量Ｖcに変換される。センサ信号Ｖsnsはアナログ・デジタル変換器ADC1によってデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は演算器１１１によって補正量Ｖcと乗算された後、デジタル・アナログ変換器５０３によってアナログ信号Ｖrに変換される。このような実施形態２によれば、センサ信号Ｖsnsをアナログ信号Ｖrに変換した後に、実施形態１と同様の処理をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明した本発明は、センサによって検出された検出値を反映して連続的に変化する、レシオメトリック特性を有する信号を得ることが望ましい２線式伝送器であれば、どのような２線式伝送器にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０１ センサ
１０２ オペアンプ
１０３，１０４，１１３ 抵抗素子
１０４ 抵抗素子
１０５，１０６，１１４ 電流源
１０７ アナログ電圧信号分圧器
１０８ 測定器
１０９ 電圧生成器
１１０ 演算器
１１２ 受信機
５００ デジタル演算器
５０１，５０２ アナログ・デジタル変換器
５０３ デジタル・アナログ変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、
前記伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、
前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、
前記増幅器によって出力される信号に基づいて、前記アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、
を含むことを特徴とする２線式伝送器。
【請求項２】
前記レシオメトリック特性補正手段は、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記アナログ電圧信号の補正演算を行う補正演算手段と、
前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出する補正量算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
【請求項３】
前記補正量算出手段は、
前記センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器としての動作が行われていないとき、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出することを特徴とする請求項２に記載の２線式伝送器。
【請求項４】
前記補正演算手段は、
バイアス電流生成手段と、
前記アナログ電圧信号を分圧する手段と、
前記アナログ電圧信号の分圧を検出し、前記バイアス電流と前記アナログ電圧信号の分圧に基づいて電源電圧の分圧を算出する算出手段と、
理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧を生成する手段と、
前記電源電圧の分圧の算出値と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じて前記アナログ電圧信号の補正量を算出する演算手段と、
前記補正量に基づき前記アナログ電圧信号の補正演算を行う演算手段と、
を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の２線式伝送器。
【請求項５】
前記レシオメトリック特性補正手段は、第１の電流を流して測定された第１の検出電圧と、第２の電流を流して測定された第２の検出電圧と、に基づき、電源電圧の分圧を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項６】
前記レシオメトリック特性補正手段は、前記算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じてアナログ電圧信号の補正量を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項７】
前記レシオメトリック特性補正手段は、前記補正量と前記センサ信号を乗算することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項８】
前記増幅器は、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給され、入力された前記センサ信号と前記中間電位信号とが等しくなるように、前記伝送路と前記基準伝送路との間の電位を制御する信号を出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項９】
前記センサ信号がアナログ信号である場合、前記センサ信号をデジタル信号に変換する第１の変換回路と、
前記アナログ電圧信号の分圧をデジタル信号に変換する第２の変換回路と、
前記第１及び第２の変換回路によって変換されたデジタル信号に基づいてレシオメトリック特性に補正されたデジタル信号を出力する加工回路と、前記加工回路によって補正されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記増幅器に出力するデジタル・アナログ変換回路と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項１０】
伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、を含み、前記センサ信号を前記アナログ電圧信号に変換して前記伝送路に出力する２線式伝送器の補正回路であって、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、
を含むことを特徴とする補正回路。
【請求項１】
センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器であって、
前記伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、
前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、
前記増幅器によって出力される信号に基づいて、前記アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、
を含むことを特徴とする２線式伝送器。
【請求項２】
前記レシオメトリック特性補正手段は、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記アナログ電圧信号の補正演算を行う補正演算手段と、
前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出する補正量算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
【請求項３】
前記補正量算出手段は、
前記センサ信号をアナログ電圧信号に変換して伝送路に出力する２線式伝送器としての動作が行われていないとき、前記補正演算手段による補正に使用される補正量を算出することを特徴とする請求項２に記載の２線式伝送器。
【請求項４】
前記補正演算手段は、
バイアス電流生成手段と、
前記アナログ電圧信号を分圧する手段と、
前記アナログ電圧信号の分圧を検出し、前記バイアス電流と前記アナログ電圧信号の分圧に基づいて電源電圧の分圧を算出する算出手段と、
理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧を生成する手段と、
前記電源電圧の分圧の算出値と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じて前記アナログ電圧信号の補正量を算出する演算手段と、
前記補正量に基づき前記アナログ電圧信号の補正演算を行う演算手段と、
を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の２線式伝送器。
【請求項５】
前記レシオメトリック特性補正手段は、第１の電流を流して測定された第１の検出電圧と、第２の電流を流して測定された第２の検出電圧と、に基づき、電源電圧の分圧を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項６】
前記レシオメトリック特性補正手段は、前記算出された電源電圧の分圧と理想的な電源電圧の分圧に相当する電圧に応じてアナログ電圧信号の補正量を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項７】
前記レシオメトリック特性補正手段は、前記補正量と前記センサ信号を乗算することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項８】
前記増幅器は、前記センサ信号と前記中間電位信号とが供給され、入力された前記センサ信号と前記中間電位信号とが等しくなるように、前記伝送路と前記基準伝送路との間の電位を制御する信号を出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項９】
前記センサ信号がアナログ信号である場合、前記センサ信号をデジタル信号に変換する第１の変換回路と、
前記アナログ電圧信号の分圧をデジタル信号に変換する第２の変換回路と、
前記第１及び第２の変換回路によって変換されたデジタル信号に基づいてレシオメトリック特性に補正されたデジタル信号を出力する加工回路と、前記加工回路によって補正されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記増幅器に出力するデジタル・アナログ変換回路と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【請求項１０】
伝送路と基準伝送路との間の中間電位に関する中間電位信号を生成する中間電位信号生成手段と、センサ信号と前記中間電位信号とが供給される増幅器と、前記増幅器によって出力される信号に基づいて、アナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成手段と、を含み、前記センサ信号を前記アナログ電圧信号に変換して前記伝送路に出力する２線式伝送器の補正回路であって、
前記センサ信号がセンサに与えられる電源電圧の変動に比例して信号の電圧レベルが変動する特性であるレシオメトリック特性を持つように、前記センサ信号を補正するレシオメトリック特性補正手段と、
を含むことを特徴とする補正回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７３９３７（Ｐ２０１２−７３９３７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９７４８（Ｐ２０１０−２１９７４８）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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