專利名稱：測(cè)量用模擬前端電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合在例如記錄儀和溫度調(diào)節(jié)器等的前端中使用的測(cè)量用模擬前端電路。
背景技術(shù)：
作為模擬前端電路，公知的有例如美信公司制造的傳感器信號(hào)處理器(MAX1464)(非專利文獻(xiàn) I Low-Power, Low-Noise Multichannel sensor Signal Processor，，，MAX146Data Sheet RevO, http://www.maximintegrated.com/datasheet/index, mvp/id/4590)。MAX1464是低功率、低噪聲、多通道的傳感器信號(hào)處理器。所述MAX1464多用于壓力檢測(cè)/補(bǔ)償、RTD (電阻式溫度檢測(cè)器)/熱電偶的線性化、重量檢測(cè)/分類以及臨界顯示用的遠(yuǎn)程處理監(jiān)測(cè)等工業(yè)用、汽車用和過(guò)程控制用的過(guò)程控制用的應(yīng)用。MAX1464 包括 MUX (復(fù)用器(Multiplexer))、PGA (程控增益放大器(ProgrammableGain Amplif ier))、ADC (模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital Convertor))、CPU (中央處理器(Central Processing Unit))、DAC (數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital-Analog Convertor))> PWM(脈寬調(diào)制器(Pulse Width Modul ator))。如上所述構(gòu)成的MAX1464例如如下所述地進(jìn)行動(dòng)作。即，通過(guò)MUX選擇來(lái)自連接在MAX1464上的傳感器的輸出，通過(guò)PGA進(jìn)行增益調(diào)整。接著，通過(guò)ADC把傳感器輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。然后通過(guò)CPU對(duì)轉(zhuǎn)換成所述數(shù)字量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。作為結(jié)果得到的數(shù)據(jù)作為數(shù)字信號(hào)從CPU通過(guò)串行接口被輸出到系統(tǒng)側(cè)。或者，數(shù)字信號(hào)由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出，或者數(shù)字信號(hào)由PWM轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制(PulseWidth Modulation, PWM)信號(hào)后輸出。但是，在作為例如溫度調(diào)節(jié)器的模擬前端這樣的測(cè)量用前端所要求的所述傳感器信號(hào)處理器(MAX1464)的規(guī)格中，有過(guò)大輸入保護(hù)、AD轉(zhuǎn)換、隔離以及計(jì)算。可是，所述MAX1464雖然具有AD轉(zhuǎn)換和計(jì)算功能，但沒(méi)有過(guò)大輸入保護(hù)功能和隔離功能。因此，過(guò)大輸入保護(hù)功能和隔離功能需要外置電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是對(duì)于隔離功能，需要電源的隔離和通信的隔離。關(guān)于MAX1464，在通信的隔離中需要對(duì)SCLK (時(shí)鐘)、DI (數(shù)據(jù)輸入)、DO (數(shù)據(jù)輸出)和CS (芯片選擇)四個(gè)信號(hào)隔離。因此在MAX1464和與該MAX1464進(jìn)行信號(hào)傳遞的電路之間，要追加光耦合器這樣的隔離用元件。從成本和向基板上安裝的面積的觀點(diǎn)出發(fā)，追加光耦合器是不利的。例如在使用四個(gè)(株)東芝制造的光耦合器TLP283的情況下，需要7mmX 2.6mmX 4的安裝面積。此外，在從MAX1464模擬輸出的情況下，DAC也需要高精度的隔離放大器作為隔離元件。其結(jié)果導(dǎo)致成本和安裝面積都增大。此外，MAX1464另外需要用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)構(gòu)成部件(例如CPU和存儲(chǔ)器等)的隔離電源。因此，由于隔離電源的損耗會(huì)導(dǎo)致耗電增加。因此難以實(shí)現(xiàn)以小型、低耗電和低成本為目標(biāo)的測(cè)量用前端。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)小型化、低耗電和低成本的測(cè)量用模擬前端電路。本發(fā)明的第一方式的測(cè)量用模擬前端電路，成為與傳感器和控制裝置的接口，其包括:隔離部，作為與所述傳感器的接口，至少包括AD轉(zhuǎn)換電路；非隔離部，作為與所述控制裝置的接口，至少包括控制電路；以及隔離通信部，在所述隔離部和所述非隔離部之間進(jìn)行半雙工隔離通信，所述控制電路在通過(guò)所述隔離通信部對(duì)所述隔離部進(jìn)行了有關(guān)測(cè)量的設(shè)定之后，向所述AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，通過(guò)所述隔離通信部從所述隔離部取得通過(guò)所述AD轉(zhuǎn)換電路得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把取得的所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到所述控制
>j-U ρ α裝直。按照本發(fā)明的第一方式，非隔離部包括的控制電路通過(guò)進(jìn)行半雙工隔離通信的隔離通信部，對(duì)包括AD轉(zhuǎn)換電路的隔離部進(jìn)行有關(guān)測(cè)量的設(shè)定。此后，控制電路向AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令。通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了 AD轉(zhuǎn)換后，控制電路通過(guò)隔離通信部從隔離部取得通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。進(jìn)而控制電路把取得的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到控制裝置。這樣，通過(guò)隔離通信部的半雙工隔離通信，在一個(gè)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)雙方向的數(shù)據(jù)通信。因此無(wú)需追加光耦合器等隔離用元件。其結(jié)果，在成本和安裝面積方面都是有利的。此外，如上所述，控制電路配置在非隔離部。因此，在隔離部所包括的AD轉(zhuǎn)換電路與非隔離部所包括的控制電路之間可以進(jìn)行隔離通信。因此，與把控制電路配置于隔離部的結(jié)構(gòu)相比，能減少傳送的數(shù)據(jù) 量。本發(fā)明的第二方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第一方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述非隔離部通過(guò)所述隔離通信部向所述隔離部發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令，所述NOP命令連續(xù)且等間隔地夾在所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和下一個(gè)所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令之間，所述隔離部通過(guò)抽出重疊于所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和所述NOP命令的時(shí)鐘成分，恢復(fù)在內(nèi)部使用的時(shí)鐘，進(jìn)而通過(guò)所述隔離通信部針對(duì)所述非隔離部進(jìn)行所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的傳送和狀態(tài)(M—夕7)的應(yīng)答。按照該方式，通過(guò)把時(shí)鐘成分重疊于從非隔離部發(fā)送的AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令，并在隔離部進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，僅用半雙工通信一個(gè)系統(tǒng)就可以在隔離部和非隔離部之間傳送需要的信號(hào)和時(shí)鐘。本發(fā)明的第三方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第一方式或第二方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述隔離部包括:輸入切換電路，對(duì)一個(gè)以上的傳感器輸出進(jìn)行輸入切換；設(shè)定監(jiān)控寄存器(設(shè)定* 二>)，存儲(chǔ)由非隔離部設(shè)定的有關(guān)所述測(cè)量的設(shè)定內(nèi)容；放大器，在包含于所述設(shè)定內(nèi)容中的范圍內(nèi)，將選擇到的所述傳感器的輸出放大，并將放大后的所述傳感器的輸出向所述AD轉(zhuǎn)換電路輸出；通信電路，通過(guò)隔離通信用變壓器與所述非隔離部之間進(jìn)行所述半雙工隔離通信；以及DC — DC轉(zhuǎn)換器，將通過(guò)所述非隔離部和隔離電源用變壓器從所述控制裝置提供的電力轉(zhuǎn)換成需要的電壓。按照該方式，可以通過(guò)進(jìn)行半雙工隔離通信的隔離通信部對(duì)隔離部所包括的AD轉(zhuǎn)換電路和非隔離部所包括的控制電路之間進(jìn)行隔離。此外，按照該方式，在隔離部?jī)H配置AD轉(zhuǎn)換電路所需要的最小限度的電路。因此可以減少通過(guò)隔離電源供電的電路的耗電、抑制隔離電源的損耗部分。其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)降低測(cè)量用模擬前端電路的耗電。本發(fā)明的第四方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第三方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述隔離部在所述傳感器和所述輸入切換電路之間還包括過(guò)大輸入保護(hù)電路，該過(guò)大輸入保護(hù)電路將內(nèi)部電路從因所述傳感器的輸出造成的過(guò)大輸入保護(hù)起來(lái)。按照該方式，把將內(nèi)部的構(gòu)成部件從過(guò)大輸入保護(hù)起來(lái)的過(guò)大輸入保護(hù)電路內(nèi)置于測(cè)量用模擬前端電路中。因此，按照該方式，除了隔離功能以外，還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)大輸入保護(hù)功能。本發(fā)明的第五方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第三方式的測(cè)量用模擬前端電路中，通過(guò)安裝有所述隔離部和所述非隔離部的基板的布線圖案形成所述隔離通信用變壓器。按照該方式，通過(guò)基板上的布線圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離通信用變壓器。因此，由于不需要以往在隔離通信中所需要的光耦合器等部件，所以可以實(shí)現(xiàn)降低成本和減少安裝面積。本發(fā)明的第六方式的測(cè)量用 模擬前端電路是在所述第一方式的測(cè)量用模擬前端電路中，非隔離部包括外圍電路和變壓器驅(qū)動(dòng)器，外圍電路與內(nèi)部總線連接，并且包括控制電路和通過(guò)隔離通信部進(jìn)行半雙工隔離通信的通信電路，變壓器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)隔離電源用變壓器，該隔離電源用變壓器把從控制裝置提供的電力提供給隔離部。按照該方式，可以通過(guò)進(jìn)行半雙工隔離通信的隔離通信部對(duì)隔離部所包括的AD轉(zhuǎn)換電路和非隔離部所包括的控制電路之間進(jìn)行隔離。此外，可以減少通過(guò)隔離電源供電的電路的耗電、抑制隔離電源的損耗部分。因此，按照該方式，可以實(shí)現(xiàn)降低耗電。本發(fā)明的第七方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第三方式至第六方式中的任意一個(gè)方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述隔離電源用變壓器是壓電變壓器。按照該方式，通過(guò)使用壓電變壓器作為隔離電源用變壓器，可以實(shí)現(xiàn)隔離電源。因此，可以提供小型、高效、低電磁噪聲的測(cè)量用模擬前端電路。本發(fā)明的第八方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第一方式至第七方式中任意一個(gè)方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述隔離部、所述非隔離部和所述隔離通信部分別安裝在同一個(gè)基板上。按照該方式，通過(guò)一個(gè)組件> 一就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量所需要的功能。因此可以減少開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的工時(shí)數(shù)。因此，有助于實(shí)現(xiàn)小型化和降低成本。本發(fā)明的第九方式的測(cè)量用模擬前端電路是在所述第三方式至第七方式中的任意一個(gè)方式的測(cè)量用模擬前端電路中，所述隔離部、所述非隔離部、所述隔離通信部和所述隔離電源用變壓器分別安裝在同一個(gè)基板上。按照該方式，通過(guò)一個(gè)組件就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量所需要的功能。因此可以減少開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的工時(shí)數(shù)。因此有助于實(shí)現(xiàn)小型化和降低成本。本發(fā)明的測(cè)量用模擬前端電路，作為與傳感器和控制裝置的接口使用，其包括:隔離部，作為與所述傳感器的接口，至少包括AD轉(zhuǎn)換電路；非隔離部，作為與所述控制裝置的接口，至少包括控制電路；以及隔離通信部，在所述隔離部和所述非隔離部之間進(jìn)行半雙工隔離通信，所述控制電路在通過(guò)所述隔離通信部對(duì)所述隔離部進(jìn)行了有關(guān)測(cè)量的設(shè)定之后，向所述AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，通過(guò)所述隔離通信部從所述隔離部取得通過(guò)所述AD轉(zhuǎn)換電路得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把取得的所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到所述控制裝置。按照本發(fā)明，可以提供一種能實(shí)現(xiàn)小型化、低耗電以及低成本的測(cè)量用模擬前端電路。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路的隔離通信部結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示在本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路中使用的隔離通信用變壓器安裝結(jié)構(gòu)的圖。圖4是為了說(shuō)明在本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路中使用的隔離通信協(xié)議而引用的圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，出于說(shuō)明的目的，為了提供對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施方式的徹底的理解，提出了許多具體的細(xì)節(jié)。然而，顯然可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的前提下實(shí)施一個(gè)或更多的實(shí)施方式。在其它的情況下，為了簡(jiǎn)化制圖，示意性地示出了公知的結(jié)構(gòu)和裝置。下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施方式的構(gòu)成圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30結(jié)構(gòu)的框圖。按照?qǐng)D1，本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30承擔(dān)作為與傳感器10和系統(tǒng)的主控制器20(控制裝置)的接口的作用。所述前端電路30包括隔離部31、非隔離部32和隔離通信部33。隔離部31承擔(dān)與傳感器10的接口的作 用。另一方面，非隔離部32承擔(dān)與主控制器20的接口的作用。隔離通信部33連接隔離部31和非隔離部32，進(jìn)行半雙工隔離通信。所述隔離部31、非隔離部32和隔離通信部33與后面敘述的隔離電源用變壓器一起安裝在同一個(gè)基板上(沒(méi)有圖示)。非隔離部32把AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令通過(guò)隔離通信部33發(fā)送給隔離部31。此時(shí)，以在AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令與下一個(gè)AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令之間連續(xù)且等間隔地夾有NOP (空操作)命令的方式進(jìn)行發(fā)送。接收到這些命令的隔離部31通過(guò)抽出重疊于AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令的時(shí)鐘成分，恢復(fù)在內(nèi)部使用的時(shí)鐘。接著，隔離部31通過(guò)隔離通信部33，針對(duì)非隔離部32進(jìn)行通過(guò)在AD轉(zhuǎn)換電路313中的AD轉(zhuǎn)換(后面敘述)得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果的傳送和狀態(tài)的應(yīng)答。隔離部31包括輸入切換電路(MUX) 311、放大器312、AD轉(zhuǎn)換電路313、設(shè)定監(jiān)控寄存器314、通信電路315、時(shí)鐘恢復(fù)電路316和DC— DC轉(zhuǎn)換器(D C-DC^ 一夕)317。輸入切換電路311通過(guò)過(guò)大輸入保護(hù)電路35從傳感器10接收傳感器輸出信號(hào)。輸入切換電路311對(duì)輸入的一個(gè)以上的傳感器輸出進(jìn)行輸入切換,把輸入切換(選擇)到的傳感器輸出輸出到放大器312。接著，放大器312在設(shè)定監(jiān)控寄存器314中預(yù)先設(shè)定的范圍(> > 7)內(nèi)，把傳感器輸出放大。放大后的傳感器輸出從放大器312輸出到AD轉(zhuǎn)換電路313。AD轉(zhuǎn)換電路313把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。此外，在本實(shí)施方式中，作為AD轉(zhuǎn)換電路313使用以被稱為△ Σ調(diào)制的方式進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的△ Σ型AD轉(zhuǎn)換電路。所述Λ Σ型AD轉(zhuǎn)換電路與逐次轉(zhuǎn)換和閃速轉(zhuǎn)換型(7 7 -変換型)相比，線路噪聲的影響小，并且能以高精度進(jìn)行測(cè)量。在本發(fā)明中，AD轉(zhuǎn)換電路313不限于此，也可以使用并聯(lián)比較型、逐次比較型、跟隨比較型等其他形式的AD轉(zhuǎn)換電路。此外，在設(shè)定監(jiān)控寄存器314中存入由非隔離部32 (后面敘述的控制電路)設(shè)定的、包含所述范圍的有關(guān)測(cè)量的設(shè)定內(nèi)容。通信電路315是在與非隔離部32之間通過(guò)隔離通信用變壓器330進(jìn)行半雙工隔離通信的通信接口。時(shí)鐘恢復(fù)電路316抽出重疊于AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令的時(shí)鐘成分，恢復(fù)在內(nèi)部使用的時(shí)鐘，所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令是從非隔離部32發(fā)送且由通信電路315接收的命令。DC - DC轉(zhuǎn)換器317把從主控制器20通過(guò)非隔離部32和隔離電源用變壓器34提供的電力轉(zhuǎn)換成需要的電壓，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的構(gòu)成部件。此外，隔離部31可以通過(guò)過(guò)大輸入保護(hù)電路35與傳感器10連接。過(guò)大輸入保護(hù)電路35包括:保護(hù)開(kāi)關(guān)(SW)351，把內(nèi)部電路從因傳感器10的輸出造成的過(guò)大輸入保護(hù)起來(lái)；衰減器(ATT) 352，在輸入高電壓時(shí)把高電壓衰減到規(guī)定的電壓；以及開(kāi)關(guān)353，進(jìn)行衰減器(ATT) 352的開(kāi)一關(guān)。非隔離部32通過(guò)隔離通信部33對(duì)隔離部31進(jìn)行有關(guān)測(cè)量的設(shè)定。此后，把AD轉(zhuǎn)換命令發(fā)送到AD轉(zhuǎn)換電路313。此外，非隔離部32通過(guò)隔離通信部33從隔離部31取得由AD轉(zhuǎn)換電路313轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果。接著，非隔離部32把取得的轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到主控制器20。因此，非隔離部32包括通過(guò)內(nèi)部總線326連接的其他構(gòu)成部件(控制電路(CPU321)、存儲(chǔ)器322、通信部323、通信電路324和其他外圍電路325)。此外，內(nèi)部總線326由地址、數(shù)據(jù)和用于控制的多個(gè)線 路構(gòu)成，并且共同連接所述的構(gòu)成部件?？刂齐娐?21按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器322中的程序，生成所述的命令并向隔離部31的AD轉(zhuǎn)換電路313提供所述的命令?？刂齐娐?21把由振蕩器327生成的時(shí)鐘重疊在所述的命令上。接著，控制電路321把重疊了時(shí)鐘的命令通過(guò)通信電路324和隔離通信用變壓器330，向隔離部31 (通信電路315)發(fā)送。此外，隔離部31的通信電路315和非隔離部32的通信電路324是通信接口，該通信接口用于通過(guò)隔離通信用變壓器330在隔離部31和非隔離部32之間進(jìn)行半雙工隔離通信。非隔離部32還包括振蕩器(OSC) 327和變壓器驅(qū)動(dòng)器(卜9 > > K 7 4 ^') 328。振蕩器327生成基本時(shí)鐘。另一方面，變壓器驅(qū)動(dòng)器328用于驅(qū)動(dòng)后面敘述的隔離電源用變壓器34，該隔離電源用變壓器34把從主控制器20提供的電力提供給隔離部31。如圖2所示，隔離通信部33由隔離部31的通信電路315、隔離通信用變壓器330和非隔離部32的通信電路324構(gòu)成。即，隔離通信部33在隔離部31和非隔離部32之間進(jìn)行半雙工隔離通信。通信電路315和通信電路324都具有發(fā)射器Tr和接收器Rv，采用二進(jìn)制的ASK(幅移鍵控(Amplitude Shift Keying))調(diào)制進(jìn)行半雙工通信。S卩，通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)的信道可以實(shí)現(xiàn)從非隔離部32向隔離部31發(fā)送設(shè)定寫(xiě)入命令和測(cè)量開(kāi)始命令(AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令)、從隔離部31向非隔離部32發(fā)送AD轉(zhuǎn)換結(jié)果、從隔離部31向非隔離部32發(fā)送狀態(tài)、以及從隔離部31向非隔離部32傳送設(shè)定讀出的數(shù)據(jù)。使用基板上的布線形成隔離通信用變壓器330。例如如圖3所示，通過(guò)把印刷在安裝隔離部31和非隔離部32的基板(測(cè)量用模擬前端電路30)上的布線圖案多次折返來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離通信用變壓器33。實(shí)施方式的動(dòng)作下面對(duì)本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。作為傳感器10的測(cè)量結(jié)果，從所述傳感器10生成的傳感器輸出信號(hào)輸入到測(cè)量用模擬前端電路30的輸入切換電路311 (隔離部31)。在輸入切換電路311中，順序切換輸入的傳感器輸出信號(hào)。在此，把被選擇的傳感器輸出信號(hào)輸入到放大器312。此外，傳感器輸出信號(hào)根據(jù)需要，通過(guò)過(guò)大輸入保護(hù)電路35被輸入到測(cè)量用模擬前端電路30的隔離部30。放大器312調(diào)整輸入的傳感器輸出信號(hào)的增益，使得與在設(shè)定監(jiān)控寄存器314中設(shè)定的范圍一致。增益調(diào)整后的信號(hào)從放大器312輸出到AD轉(zhuǎn)換電路313。輸入到AD轉(zhuǎn)換電路313的信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路313進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果(AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù))通過(guò)隔離通信部33 (通信電路315、隔離通信用變壓器330和通信電路324)，從隔離部31向非隔離部32發(fā)送。輸入到非隔離部32的數(shù)據(jù)在由非隔離部32的控制電路321的控制下，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器322中。控制電路321對(duì)所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果(AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù))進(jìn)行溫度測(cè)量用線性化、校正等計(jì)算。計(jì)算結(jié)果作為物理量，通過(guò)通信部323從控制電路321傳送到主控制器20。此外，傳感器種類、量程、測(cè)量周期等有關(guān)測(cè)量的設(shè)定作為命令，通過(guò)通信部323從主控制器20輸入到命令控制電路321?？刂齐娐?21根據(jù)有關(guān)所述測(cè)量的設(shè)定值決定隔離部31的設(shè)定。即，控制電路321把所述設(shè)定(命令)通過(guò)隔離通信部33向隔離部31發(fā)送。發(fā)送到隔離部31的命令存儲(chǔ)在設(shè)定監(jiān)控寄存器314中。針對(duì)隔離部31所需要的設(shè)定例如有衰減器352的開(kāi)/關(guān)、開(kāi)關(guān)353的開(kāi)/關(guān)、通過(guò)輸入切換電路311選擇傳感器、放大器312的增益設(shè)定和AD轉(zhuǎn)換電路313的測(cè)量時(shí)間等。測(cè)量開(kāi)始的觸發(fā)作為觸發(fā)命令，從主控制器20通過(guò)通信部323輸入到控制電路321。如果輸入觸發(fā)命令，則控制電路321通過(guò)隔離通信部33把AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令向隔離部31發(fā)送。隔離部31 (AD轉(zhuǎn)換電路313)接收所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。如果AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，則隔離部31通過(guò)隔離通信部33把所述轉(zhuǎn)換結(jié)果向非隔離部32發(fā)送。非隔離部32也可以通過(guò)隔離通信部33讀出隔 離部31的電路異常等錯(cuò)誤狀態(tài)和設(shè)定值等。從系統(tǒng)側(cè)的主控制器20向本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30 (非隔離部32)供電。通過(guò)隔離電源用變壓器34進(jìn)行向隔離部31的供電。即，非隔離部32通過(guò)變壓器驅(qū)動(dòng)器328驅(qū)動(dòng)隔離電源用變壓器34。在此，與隔離電源用變壓器34連接的DC — DC轉(zhuǎn)換器317把隔離電源用變壓器34的輸出電壓轉(zhuǎn)換成在隔離部31所需要的電壓。圖4表示在本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30中使用的隔離通信協(xié)議的一個(gè)例子。如圖4所示，非隔離部32把需要的設(shè)定信息與AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令一起向隔離部31發(fā)送。另一方面，隔離部31向非隔離部32發(fā)送AD轉(zhuǎn)換結(jié)果和狀態(tài)。在圖4中，為了方便把傳送波形分成兩部分表示，但實(shí)際上在同一線路上在雙方向上進(jìn)行傳送。詳細(xì)地說(shuō)，非隔離部32的控制電路321在生成的AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和下一個(gè)AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令之間以定間隔的方式插入NOP命令。接著，控制電路321經(jīng)由隔離通信部33持續(xù)地向隔離部31發(fā)送所述的命令。在隔離部31，根據(jù)接收到的AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，時(shí)鐘恢復(fù)電路316抽出重疊的時(shí)鐘成分。由此，生成在隔離部31中使用的時(shí)鐘。在此，成為基礎(chǔ)的時(shí)鐘由內(nèi)置在非隔尚部32中的振蕩器327生成。針對(duì)AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令，控制電路321向隔離部31傳送兩次相同的內(nèi)容。同樣地，針對(duì)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，隔離部31向非隔離部32傳送兩次相同的內(nèi)容。此時(shí)通過(guò)CRC (循環(huán)冗余檢驗(yàn)(Cyclic Redundancy Check))檢測(cè)有無(wú)錯(cuò)誤。由此可以避免因噪聲導(dǎo)致的通信錯(cuò)誤。
實(shí)施方式的效果如以上所說(shuō)明的，本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30把隔離部31 (AD轉(zhuǎn)換電路313)和非隔離部32 (控制電路321)之間隔離。其結(jié)果，可以減少在隔離通信中傳送的數(shù)據(jù)量。此時(shí)，隔離通信通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信雙方向的數(shù)據(jù)發(fā)送。此外，時(shí)鐘的傳送是在數(shù)據(jù)通信中重疊時(shí)鐘成分來(lái)進(jìn)行的。此外，隔離部31 (時(shí)鐘恢復(fù)電路316)可以進(jìn)行時(shí)鐘的恢復(fù)。因此，通過(guò)半雙工的隔離通信，可以在隔離部31和非隔離部32之間進(jìn)行需要的信號(hào)的傳送。在此，在需要的信號(hào)中除了設(shè)定、通過(guò)測(cè)量得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果、狀態(tài)等數(shù)據(jù)以外,還包括時(shí)鐘和復(fù)位的數(shù)據(jù)。此外，通過(guò)安裝有本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30的基板上的布線圖案，可以實(shí)現(xiàn)隔離通信用變壓器330。因此，測(cè)量用模擬前端電路30不需要以往在隔離通信中所必須的光耦合器等部件。因此，按照本實(shí)施方式，可以降低測(cè)量用模擬前端電路30的成本，此外可以減小基板安裝面積。通過(guò)使AD轉(zhuǎn)換電路313和控制電路321之間隔離，可以減少通過(guò)隔離電源供電的電路的耗電。即，可以抑制隔離電源的損耗部分，從而可以降低耗電。此外，通過(guò)使用壓電變壓器作為隔離電源用變壓器34來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離電源，可以使測(cè)量用模擬前端電路30小型化、高效和低電磁噪聲化。此外，在本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30中，使測(cè)量所需要的測(cè)量、隔離、計(jì)算等功能組件化。因此可以大幅減少開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的工時(shí)數(shù)。此外，通過(guò)用CPU構(gòu)成控制電路321，由此通過(guò)程序可以改變測(cè)量用模擬前端電路30的動(dòng)作。因此，可以使本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30適用于更寬范圍的產(chǎn)品，可以減少開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的工時(shí)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)因數(shù)目效應(yīng)而得到的成本下降。此外，本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30與以往的測(cè)量用模擬前端電路相比，可以進(jìn)一步小型化和降低耗電。因此，在多點(diǎn)測(cè)量裝置中，也可以把多個(gè)本實(shí)施方式的測(cè)量用模擬前端電路30并聯(lián)，與以往的掃描儀類型相比，可以提高性能，例如可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的高速化。出于示例和說(shuō)明的目的已經(jīng)給出了所述詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)上面的教導(dǎo)，許多變形和改變都是可能的。所 述的詳細(xì)說(shuō)明并非沒(méi)有遺漏或者旨在限制在這里說(shuō)明的主題。盡管已經(jīng)通過(guò)文字以特有的結(jié)構(gòu)特征和/或方法過(guò)程對(duì)所述主題進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，權(quán)利要求書(shū)中所限定的主題不是必須限于所述的具體特征或者具體過(guò)程。更確切地說(shuō)，將所述的具體特征和具體過(guò)程作為實(shí)施權(quán)利要求書(shū)的示例進(jìn)行了說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量用模擬前端電路，作為與傳感器和控制裝置的接口使用，其特征在于，所述測(cè)量用模擬前端電路包括: 隔離部，作為與所述傳感器的接口，至少包括AD轉(zhuǎn)換電路； 非隔離部，作為與所述控制裝置的接口，至少包括控制電路；以及 隔離通信部，在所述隔離部和所述非隔離部之間進(jìn)行半雙工隔離通信， 所述控制電路在通過(guò)所述隔離通信部對(duì)所述隔離部進(jìn)行了有關(guān)測(cè)量的設(shè)定之后，向所述AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，通過(guò)所述隔離通信部從所述隔離部取得通過(guò)所述AD轉(zhuǎn)換電路得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把取得的所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到所述控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述非隔離部通過(guò)所述隔離通信部向所述隔離部發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和NOP命令，所述NOP命令連續(xù)且等間隔地夾在所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和下一個(gè)所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令之間， 所述隔離部通過(guò)抽出重疊于所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和所述NOP命令的時(shí)鐘成分，恢復(fù)在內(nèi)部使用的時(shí)鐘，進(jìn)而通過(guò)所述隔離通信部針對(duì)所述非隔離部進(jìn)行所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的傳送和狀態(tài)的應(yīng)答。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于，· 所述隔離部包括: 輸入切換電路，對(duì)一個(gè)以上的傳感器輸出進(jìn)行輸入切換； 設(shè)定監(jiān)控寄存器，存儲(chǔ)由非隔離部設(shè)定的有關(guān)所述測(cè)量的設(shè)定內(nèi)容； 放大器，在包含于所述設(shè)定內(nèi)容中的范圍內(nèi)，將選擇到的所述傳感器的輸出放大，并將放大后的所述傳感器的輸出向所述AD轉(zhuǎn)換電路輸出； 通信電路，通過(guò)隔離通信用變壓器與所述非隔離部之間進(jìn)行所述半雙工隔離通信；以及 DC-DC轉(zhuǎn)換器，將通過(guò)所述非隔離部和隔離電源用變壓器從所述控制裝置提供的電力轉(zhuǎn)換成需要的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述隔離部在所述傳感器和所述輸入切換電路之間還包括過(guò)大輸入保護(hù)電路，該過(guò)大輸入保護(hù)電路將內(nèi)部電路從因所述傳感器的輸出造成的過(guò)大輸入保護(hù)起來(lái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 通過(guò)安裝有所述隔離部和所述非隔離部的基板的布線圖案形成所述隔離通信用變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述非隔離部包括: 外圍電路，與內(nèi)部總線連接，并且包括所述控制電路和通信電路，所述通信電路通過(guò)所述隔離通信部進(jìn)行半雙工隔離通信；以及 變壓器驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)隔離電源用變壓器，該隔離電源用變壓器把從所述控制裝置提供的電力向所述隔離部提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述隔離電源用變壓器是壓電變壓器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述隔離部、所述非隔離部和所述隔離通信部分別安裝在同一個(gè)基板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述隔離部、所述非隔離部、所述隔離通信部和所述隔離電源用變壓器分別安裝在同一個(gè)基板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量用模擬前端電路，其特征在于， 所述非隔離部在把所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令通過(guò)所述隔離通信部發(fā)送到所述隔離部時(shí)，以在所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令和下一個(gè)所述AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令之間連續(xù)且等間隔地夾有NOP命令的方式進(jìn)行發(fā)送?！?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)量用模擬前端電路，作為與傳感器和控制裝置的接口使用，其包括隔離部，作為與所述傳感器的接口，至少包括AD轉(zhuǎn)換電路；非隔離部，作為與所述控制裝置的接口，至少包括控制電路；以及隔離通信部，在所述隔離部和所述非隔離部之間進(jìn)行半雙工隔離通信，所述控制電路在通過(guò)所述隔離通信部對(duì)所述隔離部進(jìn)行了有關(guān)測(cè)量的設(shè)定之后，向所述AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行命令，通過(guò)所述隔離通信部從所述隔離部取得通過(guò)所述AD轉(zhuǎn)換電路得到的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并把取得的所述AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到所述控制裝置。
文檔編號(hào)H03M1/12GK103219995SQ201310019810
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者清水一弘, 小町友則, 安田和秀, 森定男 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社