JP3849562B2 - Current output transmitter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構成が簡単でありかつ高速応答が可能なデジタルアナログ変換器に関し、特に消費電力が制限される電流出力伝送器に用いて好適なデジタルアナログ変換器とそれを用いた2線式伝送器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4に物理量を周波数や電圧などの電気信号に変換するセンサ(図示せず)から信号を受けて4〜20mA等の電流信号に変換して出力する2線式伝送器の構成を示す。図4において、センサからの信号Sはマイクロプロセッサ41に入力される。マイクロプロセッサ41はこの信号Sを設定値D(0≦D≦1)に変換してPWM回路(パルス幅変調方式のデジタルオナログ変換器)51に出力する。
【0003】
PWM回路51は入力された設定値Dに応じたデューティ比を有するパルス信号をバッファ61に出力する。バッファ61はこのパルス信号を基準電圧Vrefの振幅を有するパルス波に変換し、ローパスフィルタ71に出力する。ローパスフィルタ71はこのパルス波を平滑して直流信号に変換し、2線式電圧電流変換器81に出力する。
【0004】
2線式電圧電流変換器81は入力すなわちローパスフィルタ71の出力に比例する電流Ioを出力する。抵抗R1〜R3の抵抗値を同じR1〜R3とし、基準電圧Vrefの電圧値を同じVrefとすると、出力電流Ioは、
Io=D×Vref×R2/(R1×R3)
になる。このようにして、物理量を電流信号に変換して出力する。
【0005】
図5に2線式伝送器の他の例を示す。センサ(図示せず)からの電気信号Sはマイクロプロセッサ42に入力される。マイクロプロセッサ42はこの電気信号Sの値に応じて粗調設定値D1(0≦D1≦1)をPWM回路A52に、微調設定値D2(0≦D2≦1)をPWM回路B53に出力する。
【0006】
PWM回路A52およびPWM回路B53は図4実施例と同じようにその入力設定値に応じたデューティ比のパルス波をバッファ62,63に出力し、バッファ62,63はその振幅を基準電圧Vrefに整形してローパスフィルタ72,73に出力する。ローパスフィルタ72,73の出力は2線式電圧電流変換器82で加算され、電流値に変換されて出力される。
【0007】
粗調設定値D1に対応する出力電流の値をIo1、微調設定値D2に対応する出力電流の値をIo2とすると、出力電流値Ioは、
Io=Io1+Io2
で表される。また、
Io1=D1×R2×Vref/(R1×R3)
Io2=D2×R2×Vref/(R1×R4)
で表される。R1〜R4は抵抗R1〜R4の抵抗値、Vrefは基準電圧Vrefの電圧値である。
【0008】
また、出力電流の粗調成分Io1と微調整分Io2の割合は、
Io1/Io2=R4/R3
になる。すなわち、粗調成分と微調整分の割合はR4とR3の比で決定される。例えば、粗調成分の設定値D1に8ビット、微調整分の設定値D2に8ビットを割り当て、R4/R3=256とすると、16ビットの分解能を得ることができる。
【0009】
この2線式伝送器はPWM回路を2つ用いているので、その出力パルス波の周期を短くすることができる。そのため、ローパスフィルタ72,73の時定数を小さくすることができるので、図4の2線式伝送器よりも応答性を早くすることができるという特徴がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような2線式伝送器には次のような課題があった。
【0011】
図4の伝送器では、ローパスフィルタ71の時定数をPWM回路51の出力パルス波の周期よりかなり大きな値に設定しなければならないために、応答性が悪くなるという課題があった。
【0012】
パルス波の周期を短くすればローパスフィルタ71の時定数を小さくすることができるが、PWM回路51のクロック周波数を高くしなければならない。しかしながら、クロック周波数を高くすると消費電力が増加する。そのため、消費電力を小さく押さえなければならない2線式伝送器では実現が困難であるという課題もあった。
【0013】
図5の2線式伝送器は、図4の2線式伝送器に比べて応答性を良くすることができるが、分解能を高くするためには抵抗R3とR4の比を大きくしなければならない。そのため、抵抗R4の抵抗値が高くなり、抵抗器の信頼性が低下し、またプリント基板に実装したときに漏れ電流の影響で精度が悪くなってしまうという課題があった。
【0014】
従って本発明が解決しようとする課題は、応答性を良くすることができ、かつ精度の低下がないデジタルアナログ変換器およびそれを用いた電流出力伝送器を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する本発明は以下のとおりである。
(1)センサから入力された電気信号に対応する粗調用の設定値と微調用の設定値とを出力するマイクロプロセッサと、入力された一方の設定値に対応するデューティ比のパルス波を出力する少なくとも1つのPWM回路と、それぞれの前記パルス波を平滑し直流電圧に変換するローパスフィルタと、入力された他方の設定値に対応するアナログ電圧を出力する少なくとも1つのD/A変換器と、それぞれの前記D/A変換器の出力を減衰させる減衰部と、前記ローパスフィルタの出力と前記減衰部の出力とを加算し、この加算された電圧に対応する電流値を出力する2線式電圧電流変換器とを備え、前記減衰部は、前記D/A変換器の出力を分圧し抵抗からなる分圧器と、その分圧した電圧に基づき出力しOPアンプで構成されたバッファとを備え、前記PWM回路は、前記粗調用の設定値を入力し、前記D/A変換器は、前記微調用の設定値を入力することを特徴とする電流出力伝送器。
(2)前記D/A変換器は、重み抵抗型またはラダー抵抗型または重み定電流型または抵抗回路網型のデジタルアナログ変換器であることを特徴とする(1)記載の電流出力伝送器。
(3)前記D/A変換器は、前記マイクロプロセッサに内蔵されたデジタルアナログ変換器である
ことを特徴とする(1)記載の電流出力伝送器。
(4)前記ローパスフィルタの出力に直列接続された抵抗と前記減衰部の出力に直列に接続された抵抗とは同じ抵抗値であることを特徴とする(2)記載の電流出力伝送器。
(5)前記ローパスフィルタの出力と前記減衰部の出力との比を2の乗数倍にしたことを特徴とする(1)記載の電流出力伝送器。
また、本発明の実施例は、異なる最小出力値を有する複数のデジタルアナログ変換部1,52を有し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52にアナログ値に変換すべきデジタル値に関連する値を入力し、複数のデジタルアナログ変換部1,52のアナログ出力を加算して出力する構成のデジタルアナログ変換器であって、デジタルアナログ変換部の少なくとも1つをパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器52で構成し、他のデジタルアナログ変換部を変換速度が速いデジタルアナログ変換器11で構成するようにしたものである。応答速度を早くすることができる。
【0016】
さらに、本発明の実施例は、前記変換速度が早いデジタルアナログ変換器は重み抵抗型またはラダー抵抗型または重み定電流型または抵抗回路網型のデジタルアナログ変換器であることを特徴としたものである。
【0017】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52のうち最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部を除いたデジタルアナログ変換部1は、デジタル値をアナログ信号に変換するD/A変換回路11と、このD/A変換回路11の出力を減衰させる減衰部12とから構成されることを特徴としたものである。精度低下がなくなる。
【0018】
さらに、本発明の実施例は、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52およびD/A変換回路11はほぼ同じ最小出力値を持つようにし、減衰部12の減衰率を調整することにより、デジタルアナログ変換部1、52の最小出力値を異ならせるようにしたものである。構成が簡単になる。
【0019】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部52、1のうち、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52をパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器とし、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器としたものである。応答性をよくすることができる。
【0020】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部52,1の最小出力値の比率を2の乗数倍に設定したものである。設定値算出の剰余算が不要になる。
【0021】
また、本発明の実施例は、異なる最小出力値を有する複数のデジタルアナログ変換部1,52を有し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52に物理量を変換したデジタル値に関連する値を入力し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52のアナログ出力を加算して電流信号に変換して出力する電流出力伝送器であって、デジタルアナログ変換部1,52の少なくとも1つをパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器52で構成し、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器で構成するようにしたものである。応答性が早くなる。
【0022】
さらに、本発明の実施例は、変換速度が早いデジタルアナログ変換器1は、重み抵抗型またはラダー抵抗型または重み定電流型または抵抗回路網型のデジタルアナログ変換器であることを特徴としたものである。
【0023】
また、本発明の実施例は、変換速度が速いデジタルアナログ変換器11は、マイクロプロセッサに内蔵されたデジタルアナログ変換器であることを特徴としたものである。構成が簡単になる。
【0024】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52のうち最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52を除いたデジタルアナログ変換部は、デジタル値をアナログ信号に変換するD/A変換回路11と、このD/A変換回路11の出力を減衰させる減衰部12とから構成されることを特徴としたものである。応答速度を早くすることができる。
【0025】
また、本発明の実施例は、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52およびD/A変換回路11はほぼ同じ最小出力値を
持つようにし、減衰部12の減衰率を調整することにより、デジタルアナログ変換部1の最小出力値を異ならせるようにしたものである。精度の低下がなくなる。
【0026】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1、52のうち、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52をパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器とし、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器としたものである。
【0027】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52の最小出力値の比率を2の乗数倍に設定したものである。設定値を求めるための剰余算が不要になる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係る2線式伝送器の一実施例を示す構成図である。なお、図5と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図1において、マイクロプロセッサ42はセンサ(図示せず)から入力された電気信号Sに対応する粗調用の設定値D1および微徴用の設定値D2を出力する。
【0029】
PWM回路52は入力された粗調用設定値D1に対応するデューティ比を有するパルス波を出力する。このパルス波はバッファ62でその振幅を基準電圧Vrefの大きさに整形される。整形されたパルス波はローパスフィルタ72で平滑され、直流電圧に変換される。
【0030】
11はD/A変換器であり、微調用設定値D2が入力されてこの設定値に対応するアナログ電圧を出力する。このD/A変換器11には抵抗回路網型、重み抵抗型、ラダー抵抗型、重み定電流型など、比較的変換速度の早いデジタルアナログ変換器を用いる。あるいはマイクロプロセッサ42に内蔵されているデジタルアナログ変換器を用いてもよい。
【0031】
12は減衰部であり、D/A変換器11の出力を減衰させる。すなわち、抵抗R5とR6からなる分圧器でD/A変換器の出力を分圧し、その分圧した電圧をOPアンプAmpで構成されたバッファを通して出力する。D/A変換器11と減衰器12でデジタルアナログ変換部1を構成している。デジタルアナログ変換部1の出力は2線式電圧電流変換器82で加算され、この加算された電圧に対応する電流値Ioが出力される。
【0032】
次に、この実施例の動作を説明する。2線式電圧電流変換器82の出力電流値をIo、粗調設定値D1に対応する出力電流値をIo1、微調設定値D2に対応する出力電流値をIo2とすると、
Io=Io1+Io2 ・・・・・・・・・・・・・・ (1)
になる。
【0033】
また、Io1、Io2は下記(2)、(3)式で表される。
Io1=D1×(R2/R1)×Vref/R3 ・・・・・・ (2)
Io2=D2×(R2/R1)×Vref×Dec/R4 ・・・ (3)
但し、Decは減衰器12の減衰率であり、
Dec=R6/(R5+R6) ・・・・・・・・・・・ (4)
で表される。従って、出力電流Ioに占める粗調成分Io1と微調整分Io2の比は下記(5)式で与えられる。
Io2/Io1=(R3/R4)×R6/(R5+R6) ・・・・・・(5)
【0034】
この(3)式から、抵抗R5とR6の分圧比を変えることにより、微調成分と粗調成分の比を任意に設定することができる。この場合、抵抗R3とR4は同じ抵抗値を用いることもできる。また、抵抗R5とR6の抵抗値は他の要素の影響を受けないので、減衰率を大きくしてもこれらの抵抗の抵抗値はそれほど大きな値を用いる必要はない。
【0035】
図2に具体的な設定例を示す。この例はVref=2.5V、R1=100Ω、R2=R3=R6=100KΩ、R4=R5=1MΩとした場合である。また、D1とD2の設定値はいずれも0〜255とする。
【0036】
PWM回路52による粗調設定値D1の最大出力は、前記(1)式にそれぞれの値を代入して計算すると、
最大出力=2.5V×(100KΩ/100Ω)×(1/100KΩ)=25mA
になる。また、最小出力すなわち分解能は
最小出力=最大出力/255=98.04μA
になる。
【0037】
D/A変換器11による微調設定値D2の最大出力は、同様にして
最大出力=2.5V×(100KΩ/100Ω)×(100KΩ/(1MΩ+100KΩ))×
(1/1MΩ)=227.27μA
になる。また、最小出力すなわち分解能は
最小出力=227.27μA/255=0.8878μA
である。
【0038】
また、微調設定値D2を110とすると、それに対応する出力電流Io2は97.66μAになる。この値は粗調設定値D1の分解能の値に近いので、微調設定値を0から110まで変化するようにすると、微調設定値がフルスケールになると粗調設定値が1増加する関係が得られる。
【0039】
このような粗調設定値D1、微調設定値D2を設定するためには、下記の手順によって行う。
(1)出力したい電流値を図2のPWM回路の最小出力値で除算する。
(2)(1)の余りを図2のD/A変換器の最小出力値で除算する。
(3)(1)の商をD1としてPWM回路52に設定する。
(4)(2)の商をD2としてD/A変換器11に設定する。
【0040】
すなわち、剰余算を2回行わなければならない。2線式伝送器では低消費電力が要求されるので、CPUのクロック周波数を高くすることが困難である。そのため、この2回の剰余算を演算するために時間がかかり、応答時間が遅くなってしまうという欠点がある。
【0041】
そのため、粗調成分の出力電流と微調成分の出力電流の比を2のn乗(nは整数)になるように調整する。例えば、出力電流のフルスケールに対して16ビットの整数(符号成分を除くと15ビット)を対応させ、センサが検出する物理量を0〜7FFFHの値に変換し、微調設定値D2に7ビット、粗調設定値D1に8ビットを割り当てる。この場合、微調設定値がフルスケール(=128)になったときに粗調設定値が1増加する関係が得られればよい。
【0042】
粗調成分の出力電流Io1と微調成分の出力電流Io2の比は前記(5)式で与えられるので、
Io2/Io1=(R3/R4)×R6/(R5+R6)=1/128 ・・・・ (6)
になるように抵抗R3〜R6の値を決定すればよい。
【0043】
図1実施例と同様にR1=100Ω、R2=R3=100KΩとすると、R4=330KΩ+470KΩ、R5=150KΩ、R6=10KΩとすれば、上式を満たすことが出来る。これらの抵抗値は汎用のE24系列に含まれているので、簡単に入手することができる。
【0044】
前記(1)〜(4)式を整理すると、出力電流Ioは、
になる。この式に前記(6)式およびR1=100Ω、R2=R3=100KΩを代入すると、
Io=(Vref/100)×(D1+D2/128)
になる。
【0045】
すなわち、上位8ビットを粗調設定値D1に設定し、下位7ビットを微調設定値D2にセットすればよいことがわかる。このようにすると、時間のかかる剰余算を行わなくてもよいので、応答性を高めることができる。
【0046】
図3に本発明の他の実施例を示す。この実施例はデジタルアナログ変換部を3つ用いたものである。図3において、43は信号処理回路中のマイクロプロセッサであり、センサ(図示せず)の出力Sを(n1+n2+n3)ビットの値に変換する。
【0047】
要素1〜要素3は図1のPWM回路52あるいはデジタルアナログ変換部1であり、マイクロプロセッサ43が変換した値が入力される。すなわち、要素1には下位n3ビットが、要素2には中位n2が、要素3には上位n1ビットがそれぞれ設定値として入力される。要素1〜要素3はこの入力された設定値をアナログ信号に変換して出力する。
【0048】
21は減衰部であり、要素1の出力を1/2n2+n3に減衰する。22は減衰部であり、要素2の出力を1/2n2に減衰する。3は加算部であり、減衰部21,22および要素3の出力を加算し、また必要であれば電流信号に変換して出力する。
【0049】
なお、これらの実施例ではデジタルアナログ変換部を2つあるいは3つ使用したが、4つ以上使用するようにしてもよい。また、図1実施例では2線式伝送器の例で説明したが、3線式あるいは4線式の伝送器に用いることもできる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果が期待できる。
本発明の実施例は、異なる最小出力値を有する複数のデジタルアナログ変換部1,52を有し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52にアナログ値に変換すべきデジタル値に関連する値を入力し、複数のデジタルアナログ変換部1,52のアナログ出力を加算して出力する構成のデジタルアナログ変換器であって、デジタルアナログ変換部の少なくとも1つをパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器52で構成し、他のデジタルアナログ変換部を変換速度が速いデジタルアナログ変換器11で構成するようにした。
【0051】
デジタルアナログ変換部を2個以上用いて変換するようにしたので、パルス変調方式のデジタルアナログ変換器の出力パルスの周期を短くすることができるので、応答速度を早くすることができるという効果がある。また、構成が簡単なパルス変調方式のデジタルアナログ変換器も併用するようにしたので、構成が複雑にならないという効果もある。
【0052】
また、本発明の実施例は、前記変換速度が早いデジタルアナログ変換器は重み抵抗型またはラダー抵抗型または重み定電流型または抵抗回路網型のデジタルアナログ変換器であることを特徴とした。構成が比較的簡単でかつ変換速度が速いデジタルアナログ変換器を用いることができるという効果がある。
【0053】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52のうち最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部を除いたデジタルアナログ変換部1は、デジタル値をアナログ信号に変換するD/A変換回路11と、このD/A変換回路11の出力を減衰させる減衰部12とから構成されることを特徴とした。
【0054】
減衰部で減衰させるために高抵抗を用いる必要がないので、漏れ電流による精度低下がなく、かつ信頼性が低下しないという効果がある。
【0055】
また、本発明の実施例は、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52およびD/A変換回路11はほぼ同じ最小出力値を持つようにし、減衰部12の減衰率を調整することにより、デジタルアナログ変換部1、52の最小出力値を異ならせるようにした。
【0056】
デジタルアナログ変換部に同じ基準電圧を用いることができるなど、構成が簡単になるという効果がある。また、簡単に任意の減衰率を得ることができるという効果がある。
【0057】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部52、1のうち、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52をパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器とし、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器とした。
【0058】
下位側に変換速度の速いデジタルアナログ変換器を用いるようにしたので、細かい変動を高速で捕らえることができるという効果がある。
【0059】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部52,1の最小出力値の比率を2の乗数倍に設定した。データのビットを分割して各デジタルアナログ変換部に分配するだけでよく、設定値算出の剰余算が不要になるので、高速応答が可能になるという効果がある。
【0060】
さらに、本発明の実施例は、異なる最小出力値を有する複数のデジタルアナログ変換部1,52を有し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52に物理量を変換したデジタル値に関連する値を入力し、この複数のデジタルアナログ変換部1,52のアナログ出力を加算して電流信号に変換して出力する電流出力伝送器であって、デジタルアナログ変換部1,52の少なくとも1つをパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器52で構成し、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器で構成するようにした。
【0061】
デジタルアナログ変換部を2個以上用いて変換するようにしたので、パルス変調方式のデジタルアナログ変換器の出力パルスの周期を短くすることができるので、応答速度を早くすることができるという効果がある。また、構成が簡単なパルス変調方式のデジタルアナログ変換器を併用するようにしたので、構成が複雑にならないという効果もある。
【0062】
また、本発明の実施例は、変換速度が早いデジタルアナログ変換器1は、重み抵抗型またはラダー抵抗型または重み定電流型または抵抗回路網型のデジタルアナログ変換器であることを特徴とした。構成が比較的簡単でかつ変換速度が速いデジタルアナログ変換器を用いることができるという効果がある。
【0063】
さらに、本発明の実施例は、変換速度が速いデジタルアナログ変換器11は、マイクロプロセッサに内蔵されたデジタルアナログ変換器であることを特徴とした。個別のデジタルアナログ変換器が不要なため、構成が簡単になるという効果がある。
【0064】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52のうち最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52を除いたデジタルアナログ変換部は、デジタル値をアナログ信号に変換するD/A変換回路11と、このD/A変換回路11の出力を減衰させる減衰部12とから構成されることを特徴とした。
【0065】
減衰部で減衰させるために高抵抗を用いる必要がないので、漏れ電流による精度低下がなく、かつ信頼性が低下しないという効果がある。
【0066】
さらに、本発明の実施例は、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52およびD/A変換回路11はほぼ同じ最小出力値を持つようにし、減衰部12の減衰率を調整することにより、デジタルアナログ変換部1の最小出力値を異ならせるようにした。
【0067】
デジタルアナログ変換部に同じ基準電圧を用いることができるなど、構成が簡単になるという効果がある。また、簡単に任意の減衰率を得ることができるという効果がある。
【0068】
また、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1、52のうち、最小出力値が最大のデジタルアナログ変換部52をパルス幅変調方式のデジタルアナログ変換器とし、他のデジタルアナログ変換部1を変換速度が速いデジタルアナログ変換器とした。
【0069】
下位側に変換速度の速いデジタルアナログ変換器を用いるようにしたので、細かい変動を高速で捕らえることができるという効果がある。
【0070】
さらに、本発明の実施例は、複数のデジタルアナログ変換部1,52の最小出力値の比率を2の乗数倍に設定した。データのビットを分割して各デジタルアナログ変換部に分配するだけ出よく、設定値算出の剰余算が不要になるので、高速応答が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】各デジタルアナログ変換部の設定の一例を示す表である。
【図3】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図4】従来の2線式伝送器の構成図である。
【図5】従来の2線式伝送器の構成図である。
【符号の説明】
1 デジタルアナログ変換部
11 D/A変換回路
12、21、22 減衰部
3 加算部
42、43 マイクロプロセッサ
52 PWM回路
72 ローパスフィルタ
82 2線式電圧電流変換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital-to-analog converter that is simple in structure and capable of high-speed response, and more particularly, a digital-to-analog converter suitable for use in a current output transmitter with limited power consumption and two-wire transmission using the same. It is about a vessel.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a configuration of a two-wire transmitter that receives a signal from a sensor (not shown) that converts a physical quantity into an electrical signal such as frequency and voltage, converts the signal into a current signal of 4 to 20 mA, and outputs the current signal. In FIG. 4, the signal S from the sensor is input to the microprocessor 41. The microprocessor 41 converts this signal S into a set value D (0 ≦ D ≦ 1) and outputs it to a PWM circuit (pulse width modulation type digital onalograph converter) 51.
[0003]
The
[0004]
The two-wire voltage / current converter 81 outputs a current Io proportional to the input, that is, the output of the low-
Io = D × Vref × R2 / (R1 × R3)
become. In this way, the physical quantity is converted into a current signal and output.
[0005]
FIG. 5 shows another example of a two-wire transmitter. An electrical signal S from a sensor (not shown) is input to the
[0006]
The PWM circuit A52 and the PWM circuit B53 output a pulse wave having a duty ratio corresponding to the input set value to the
[0007]
When the output current value corresponding to the coarse adjustment setting value D1 is Io1 and the output current value corresponding to the fine adjustment setting value D2 is Io2, the output current value Io is
Io = Io1 + Io2
It is represented by Also,
Io1 = D1 × R2 × Vref / (R1 × R3)
Io2 = D2 × R2 × Vref / (R1 × R4)
It is represented by R1 to R4 are resistance values of the resistors R1 to R4, and Vref is a voltage value of the reference voltage Vref.
[0008]
The ratio of the coarse adjustment component Io1 and the fine adjustment component Io2 of the output current is
Io1 / Io2 = R4 / R3
become. That is, the ratio of the coarse adjustment component and the fine adjustment is determined by the ratio of R4 and R3. For example, when the coarse adjustment component setting value D1 is assigned 8 bits and the fine adjustment setting value D2 is assigned 8 bits, and R4 / R3 = 256, a resolution of 16 bits can be obtained.
[0009]
Since this two-wire transmitter uses two PWM circuits, the period of the output pulse wave can be shortened. Therefore, since the time constants of the low-
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a two-wire transmitter has the following problems.
[0011]
In the transmitter of FIG. 4, the time constant of the low-
[0012]
If the period of the pulse wave is shortened, the time constant of the low-
[0013]
The two-wire transmitter of FIG. 5 can improve the responsiveness compared to the two-wire transmitter of FIG. 4, but the ratio of the resistors R3 and R4 must be increased in order to increase the resolution. . Therefore, the resistance value of the resistor R4 is increased, the resistance of the resistor is lowered, and there is a problem that the accuracy is deteriorated due to the influence of the leakage current when mounted on the printed board.
[0014]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a digital-to-analog converter that can improve the responsiveness and has no deterioration in accuracy, and a current output transmitter using the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving such problems is as follows.
(1) A microprocessor that outputs a setting value for coarse adjustment and a setting value for fine adjustment corresponding to an electrical signal input from a sensor, and a pulse wave having a duty ratio corresponding to one input setting value At least one PWM circuit, a low-pass filter that smoothes and converts each pulse wave into a DC voltage, and at least one D / A converter that outputs an analog voltage corresponding to the other input set value, A two-wire voltage current that attenuates the output of the D / A converter, adds the output of the low-pass filter and the output of the attenuation unit, and outputs a current value corresponding to the added voltage and a converter, wherein the damping unit comprises: a voltage divider comprising the output of the D / a converter from the dividing resistor, composed of the output to the OP amplifier based on the divided voltage buffer Wherein the PWM circuit receives a set value for the coarse adjustment, the D / A converter, the current output transmitter, characterized in that inputting the set value for the fine adjustment.
(2) The current output transmitter according to (1 ), wherein the D / A converter is a weight resistance type, ladder resistance type, weight constant current type, or resistance network type digital-analog converter.
(3) The current output transmitter according to (1 ), wherein the D / A converter is a digital / analog converter built in the microprocessor.
(4) The current output transmitter according to (2) , wherein the resistance connected in series to the output of the low-pass filter and the resistance connected in series to the output of the attenuation unit have the same resistance value.
(5) The current output transmitter according to (1) , wherein the ratio between the output of the low-pass filter and the output of the attenuator is a multiplier of 2.
In addition, the embodiment of the present invention includes a plurality of digital /
[0016]
Furthermore, an embodiment of the present invention is characterized in that the digital-analog converter having a high conversion speed is a weight resistance type, ladder resistance type, weight constant current type, or resistance network type digital analog converter. is there.
[0017]
In the embodiment of the present invention, the digital /
[0018]
Further, in the embodiment of the present invention, the digital /
[0019]
In the embodiment of the present invention, among the plurality of digital-
[0020]
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the ratio of the minimum output values of the plurality of digital-
[0021]
In addition, the embodiment of the present invention includes a plurality of digital /
[0022]
Further, the embodiment of the present invention is characterized in that the digital-
[0023]
Further, the embodiment of the present invention is characterized in that the digital-analog converter 11 having a high conversion speed is a digital-analog converter incorporated in a microprocessor. Configuration is simplified.
[0024]
Further, according to the embodiment of the present invention, the digital / analog conversion unit excluding the digital /
[0025]
In the embodiment of the present invention, the digital /
[0026]
Furthermore, in the embodiment of the present invention, among the plurality of digital /
[0027]
In the embodiment of the present invention, the ratio of the minimum output values of the plurality of digital-
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a two-wire transmitter according to the present invention. The same elements as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 1, a
[0029]
The
[0030]
Reference numeral 11 denotes a D / A converter which receives a fine adjustment set value D2 and outputs an analog voltage corresponding to the set value. The D / A converter 11 is a digital / analog converter having a relatively high conversion speed, such as a resistance network type, a weight resistance type, a ladder resistance type, or a weight constant current type. Alternatively, a digital / analog converter incorporated in the
[0031]
An
[0032]
Next, the operation of this embodiment will be described. When the output current value of the two-wire voltage-
Io = Io1 + Io2 (1)
become.
[0033]
Io1 and Io2 are expressed by the following equations (2) and (3).
Io1 = D1 x (R2 / R1) x Vref / R3 (2)
Io2 = D2 x (R2 / R1) x Vref x Dec / R4 (3)
However, Dec is the attenuation factor of the
Dec = R6 / (R5 + R6) (4)
It is represented by Therefore, the ratio of the coarse adjustment component Io1 to the fine adjustment component Io2 in the output current Io is given by the following equation (5).
Io2 / Io1 = (R3 / R4) × R6 / (R5 + R6) (5)
[0034]
From this equation (3), the ratio of the fine adjustment component to the coarse adjustment component can be arbitrarily set by changing the voltage dividing ratio of the resistors R5 and R6. In this case, the resistors R3 and R4 can use the same resistance value. In addition, since the resistance values of the resistors R5 and R6 are not affected by other factors, it is not necessary to use such a large resistance value even if the attenuation factor is increased.
[0035]
FIG. 2 shows a specific setting example. In this example, Vref = 2.5 V, R1 = 100Ω, R2 = R3 = R6 = 100 KΩ, and R4 = R5 = 1 MΩ. The set values of D1 and D2 are both 0-255.
[0036]
The maximum output of the coarse adjustment setting value D1 by the
Maximum output = 2.5V × (100KΩ / 100Ω) × (1 / 100KΩ) = 25mA
become. The minimum output, that is, the resolution is minimum output = maximum output / 255 = 98.04 μA.
become.
[0037]
Similarly, the maximum output of the fine adjustment setting value D2 by the D / A converter 11 is the maximum output = 2.5V × (100KΩ / 100Ω) × (100KΩ / (1MΩ + 100KΩ)) ×
(1 / 1MΩ) = 227.27μA
become. The minimum output, that is, the resolution is minimum output = 227.27 μA / 255 = 0.8878 μA
It is.
[0038]
If the fine adjustment set value D2 is 110, the corresponding output current Io2 is 97.66 μA. Since this value is close to the resolution value of the coarse adjustment setting value D1, if the fine adjustment setting value is changed from 0 to 110, a relationship is obtained in which the coarse adjustment setting value increases by 1 when the fine adjustment setting value becomes full scale. .
[0039]
In order to set the coarse adjustment setting value D1 and the fine adjustment setting value D2, the following procedure is performed.
(1) Divide the current value to be output by the minimum output value of the PWM circuit of FIG.
(2) The remainder of (1) is divided by the minimum output value of the D / A converter of FIG.
(3) The quotient of (1) is set in the
(4) The quotient of (2) is set in the D / A converter 11 as D2.
[0040]
That is, the remainder calculation must be performed twice. Since a two-wire transmitter requires low power consumption, it is difficult to increase the CPU clock frequency. For this reason, it takes time to calculate the two remainders, and there is a disadvantage that the response time is delayed.
[0041]
Therefore, the ratio of the output current of the coarse adjustment component and the output current of the fine adjustment component is adjusted to be 2 to the nth power (n is an integer). For example, a 16-bit integer (15 bits excluding the sign component) is made to correspond to the full scale of the output current, the physical quantity detected by the sensor is converted to a value of 0 to 7FFFH, and the fine adjustment setting value D2 is 7 bits. 8 bits are assigned to the coarse adjustment setting value D1. In this case, it is only necessary to obtain a relationship in which the coarse adjustment set value increases by 1 when the fine adjustment set value becomes full scale (= 128).
[0042]
Since the ratio of the output current Io1 of the coarse adjustment component and the output current Io2 of the fine adjustment component is given by the above equation (5),
Io2 / Io1 = (R3 / R4) x R6 / (R5 + R6) = 1/128 (6)
What is necessary is just to determine the value of resistance R3-R6 so that it may become.
[0043]
As in the embodiment of FIG. 1, assuming that R1 = 100Ω and R2 = R3 = 100KΩ, the above equation can be satisfied if R4 = 330KΩ + 470KΩ, R5 = 150KΩ, and R6 = 10KΩ. Since these resistance values are included in the general-purpose E24 series, they can be easily obtained.
[0044]
By arranging the equations (1) to (4), the output current Io is
become. Substituting the above equation (6) and R1 = 100Ω and R2 = R3 = 100KΩ into this equation,
Io = (Vref / 100) × (D1 + D2 / 128)
become.
[0045]
That is, it is understood that the upper 8 bits should be set to the coarse adjustment setting value D1 and the lower 7 bits should be set to the fine adjustment setting value D2. In this way, since it is not necessary to perform time-consuming remainder calculation, the responsiveness can be improved.
[0046]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. This embodiment uses three digital-analog converters. In FIG. 3,
[0047]
[0048]
Reference numeral 21 denotes an attenuation unit that attenuates the output of the
[0049]
In these embodiments, two or three digital / analog converters are used. However, four or more digital / analog converters may be used. In the embodiment of FIG. 1, the example of the two-wire transmitter has been described, but it can also be used for a three-wire or four-wire transmitter.
[0050]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the following effects can be expected according to the present invention.
The embodiment of the present invention includes a plurality of digital /
[0051]
Since conversion is performed by using two or more digital / analog converters, the period of the output pulse of the pulse-modulation type digital / analog converter can be shortened, so that the response speed can be increased. . Further, since the pulse modulation type digital-analog converter having a simple configuration is also used, there is an effect that the configuration is not complicated.
[0052]
In an embodiment of the present invention, the digital-to-analog converter having a high conversion speed is a weight resistor type, ladder resistor type, weighted constant current type or resistor network type digital-to-analog converter. There is an effect that a digital-analog converter having a relatively simple configuration and a high conversion speed can be used.
[0053]
Further, according to the embodiment of the present invention, the digital /
[0054]
Since it is not necessary to use a high resistance to attenuate at the attenuation section, there is an effect that there is no decrease in accuracy due to leakage current and reliability is not decreased.
[0055]
In the embodiment of the present invention, the digital /
[0056]
The same reference voltage can be used for the digital-analog converter, and the configuration is simplified. Moreover, there is an effect that an arbitrary attenuation rate can be easily obtained.
[0057]
Further, according to the embodiment of the present invention, among the plurality of digital /
[0058]
Since a digital-analog converter having a high conversion speed is used on the lower side, there is an effect that fine fluctuations can be captured at high speed.
[0059]
In the embodiment of the present invention, the ratio of the minimum output values of the digital-to-
[0060]
Furthermore, the embodiment of the present invention has a plurality of digital /
[0061]
Since conversion is performed by using two or more digital / analog converters, the period of the output pulse of the pulse-modulation type digital / analog converter can be shortened, so that the response speed can be increased. . In addition, since the pulse modulation type digital-analog converter having a simple configuration is used in combination, the configuration is not complicated.
[0062]
The embodiment of the present invention is characterized in that the digital-
[0063]
Furthermore, the embodiment of the present invention is characterized in that the digital-analog converter 11 having a high conversion speed is a digital-analog converter built in a microprocessor. Since a separate digital-to-analog converter is unnecessary, there is an effect that the configuration is simplified.
[0064]
In the embodiment of the present invention, the digital / analog conversion unit excluding the digital /
[0065]
Since it is not necessary to use a high resistance to attenuate at the attenuation section, there is an effect that there is no decrease in accuracy due to leakage current and reliability is not decreased.
[0066]
Further, in the embodiment of the present invention, the digital /
[0067]
The same reference voltage can be used for the digital-analog converter, and the configuration is simplified. Moreover, there is an effect that an arbitrary attenuation rate can be easily obtained.
[0068]
In the embodiment of the present invention, among the plurality of digital /
[0069]
Since a digital-analog converter having a high conversion speed is used on the lower side, there is an effect that fine fluctuations can be captured at high speed.
[0070]
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the ratio of the minimum output values of the plurality of digital-
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a table showing an example of settings of each digital-analog converter.
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional two-wire transmitter.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional two-wire transmitter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入力された一方の設定値に対応するデューティ比のパルス波を出力する少なくとも1つのPWM回路と、
それぞれの前記パルス波を平滑し直流電圧に変換するローパスフィルタと、
入力された他方の設定値に対応するアナログ電圧を出力する少なくとも1つのD/A変換器と、
それぞれの前記D/A変換器の出力を減衰させる減衰部と、
前記ローパスフィルタの出力と前記減衰部の出力とを加算し、この加算された電圧に対応する電流値を出力する2線式電圧電流変換器とを備え、
前記減衰部は、前記D/A変換器の出力を分圧し抵抗からなる分圧器と、その分圧した電圧に基づき出力しOPアンプで構成されたバッファとを備え、
前記PWM回路は、前記粗調用の設定値を入力し、
前記D/A変換器は、前記微調用の設定値を入力する
ことを特徴とする電流出力伝送器。A microprocessor that outputs a setting value for coarse adjustment and a setting value for fine adjustment corresponding to the electrical signal input from the sensor;
At least one PWM circuit that outputs a pulse wave having a duty ratio corresponding to one of the input set values;
A low-pass filter for smoothing each pulse wave and converting it to a DC voltage;
At least one D / A converter that outputs an analog voltage corresponding to the other set value inputted;
An attenuation unit for attenuating the output of each of the D / A converters;
A two-wire voltage-current converter that adds the output of the low-pass filter and the output of the attenuation unit, and outputs a current value corresponding to the added voltage ;
The attenuating unit includes a voltage divider composed of a resistor that divides the output of the D / A converter, and a buffer configured by an OP amplifier that outputs based on the divided voltage,
The PWM circuit inputs the setting value for the coarse adjustment,
The current output transmitter, wherein the D / A converter inputs the setting value for fine adjustment .
ことを特徴とする請求項1記載の電流出力伝送器。The D / A converter, the current output transmitter according to claim 1, characterized in that the weight resistance type or ladder resistor type or weight constant current or resistor network type digital-to-analog converter.
ことを特徴とする請求項1記載の電流出力伝送器。The D / A converter, the current output transmitter according to claim 1, characterized in that a digital-to-analog converter incorporated in the microprocessor.
ことを特徴とする請求項2記載の電流出力伝送器。 3. The current output transmitter according to claim 2 , wherein the resistance connected in series to the output of the low-pass filter and the resistance connected in series to the output of the attenuation unit have the same resistance value.
ことを特徴とする請求項1記載の電流出力伝送器。Current output transmitter according to claim 1, characterized in that the multiplier multiplying the ratio of 2 between the output of the output and the damping portion of the low-pass filter.
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