JP4016975B2 - インタフェース回路 - Google Patents

Description

この発明はインタフェース回路に関し、特に、第１および第２の形式のうちのいずれか一方の形式で使用され、第１の回路の出力信号を第２の回路に伝達させるインタフェース回路に関する。

従来より、交通信号システムの各種機器の信号伝達形式は、各機器の仕様書で指定されている。たとえば交通信号制御器に接続される車両感知器などの信号伝達形式は、Ｐ１形インタフェース規格かＰ２形インタフェース規格などに指定される。各規格における出力条件などは規格書で指定されており、Ｐ１形インタフェース規格の信号条件は信号無しの時にオン（接）、信号有りの時にオフ（断）と指定され、Ｐ２形インタフェース規格の信号条件は信号無しの時にオフ（断）、信号有りの時にオン（接）と指定され、各規格における信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間は１００μｓ以下と規定されている（たとえば非特許文献１参照）。Ｐ１形かＰ２形かは各都道府県毎に定められており、車両感知器などのインタフェース回路は通常Ｐ１形とＰ２形のいずれの形式でも使用できるように構成されている。また、車両検知器などの仕様書では、電源が遮断された場合は、信号有りの場合と同じ信号条件にしなければならないと定められている。

図４は、そのようなインタフェース回路の構成を示す回路図である。図４において、このインタフェース回路は、入力端子Ｔ３１、出力端子Ｔ３２，Ｔ３３、抵抗素子３１、フォトＭＯＳリレー３２、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７、およびハードジャンパ３８を備える。フォトＭＯＳリレー３２は、フォトダイオード３３，３４、ノーマルオープン型フォトＭＯＳトランジスタ３５、およびノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ３６を含む。ハードジャンパ３８は、３つの端子Ｔ３４〜Ｔ３６を含む。

抵抗素子３１、フォトダイオード３３，３４、およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７は、電源電位ＶＣＣのラインと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７のゲートは、入力端子Ｔ３１を介して車両感知信号／Ｄを受ける。ノーマルオープン型ＭＯＳトランジスタ３５は、端子Ｔ３３とＴ３４の間に接続される。ノーマルクローズ型ＭＯＳトランジスタ３６は、端子Ｔ３３とＴ３５の間に接続される。端子Ｔ３６は、出力端子Ｔ３２に接続される。

インタフェース回路がＰ１形で使用される場合は、ハードジャンパ３８の端子Ｔ３４，Ｔ３６間がＵ字型のピンで接続される。信号／Ｄが活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７が非導通になってフォトダイオード３３，３４は発光せず、フォトＭＯＳトランジスタ３５が非導通になって出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が非導通になる。信号／Ｄが非活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７が導通してフォトダイオード３３，３４が発光し、フォトＭＯＳトランジスタ３５が導通して出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が導通する。また、電源電位ＶＣＣが遮断された場合は、フォトダイオード３３，３４は発光せず、フォトＭＯＳトランジスタ３５は非導通になって出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が非導通になる。

インタフェース回路がＰ２形で使用される場合は、ハードジャンパ３８の端子Ｔ３５，Ｔ３６間がＵ字型のピンで接続される。信号／Ｄが活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７は非導通になってフォトダイオード３３，３４は発光せず、フォトＭＯＳトランジスタ３６が導通して出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が導通する。信号／Ｄが非活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３７が導通してフォトダイオード３３，３４が発光し、フォトＭＯＳトランジスタ３６は非導通になって出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が非導通になる。また、電源電位ＶＣＣが遮断された場合は、フォトダイオード３３，３４は発光せず、フォトＭＯＳトランジスタ３６は導通して出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間が導通する。このようにして、車両感知信号／Ｄが出力端子Ｔ３２，Ｔ３３を介して交通信号制御機（図示せず）に伝達される。
「Ｐ１形インタフェース規格」社団法人新交通管理システム協会発行、１９９７年６月２６日

しかし、従来のインタフェース回路では、一般にフォトＭＯＳリレー３２の応答速度が遅いため、Ｐ１形インタフェース規格およびＰ２形インタフェース規格における信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間の規定を満足することができない可能性があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、第１および第２の形式のうちの所望の形式で使用することができ、応答速度が速いインタフェース回路を提供することである。

この発明に係るインタフェース回路は、第１および第２の形式のうちのいずれか一方の形式で使用され、第１の回路の出力信号を第２の回路に伝達させるインタフェース回路であって、１対の出力端子、フォトカプラ、第１のハードジャンパ、およびフォトＭＯＳリレーを備える。１対の出力端子は、第２の回路に接続される。フォトカプラは、インタフェース回路が第１の形式で使用される場合は第１の回路の出力信号が非活性化状態にされたことに応じて発光し、インタフェース回路が第２の形式で使用される場合は第１の回路の出力信号が活性化状態にされたことに応じて発光する第１のフォトダイオードと、１対の出力端子間に接続され、第１のフォトダイオードが発光したことに応じて導通するフォトトランジスタとを含む。第１のハードジャンパは、１対の出力端子のうちの一方の出力端子に接続された第１の端子と、インタフェース回路が第２の形式で使用される場合に第１の端子に接続される第２の端子とを含む。フォトＭＯＳリレーは、第２の端子と１対の出力端子のうちの他方の出力端子との間に接続されるフォトＭＯＳトランジスタと、電源電圧が印加されている場合に発光してフォトＭＯＳトランジスタを非導通にする第２のフォトダイオードとを含む。

この発明に係るインタフェース回路では、第１の回路の出力信号に応答して１対の出力端子間を接続する回路としてフォトカプラを使用したので、フォトＭＯＳリレーを使用していた従来に比べ、応答速度が速くなる。また、フォトカプラの第１のフォトダイオードは、インタフェース回路が第１の形式で使用される場合は第１の回路の出力信号が非活性化状態にされたことに応じて発光し、インタフェース回路が第２の形式で使用される場合は第１の回路の出力信号が活性化状態にされたことに応じて発光するので、第１および第２の形式のうちの所望の形式で使用することができる。また、第２の形式で使用する場合は、第１のハードジャンパを用いてフォトＭＯＳリレーのノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタを１対の出力端子間に接続するので、電源が遮断された場合は信号有りの場合と同じ信号条件にしなければならないという仕様書の要求を満たすことができる。

図１は、この発明の一実施の形態による交通信号システムで用いられる車両感知器の出力側のインタフェース回路の構成を示す回路図である。図１において、このインタフェース回路は、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２，Ｔ３、インバータ１、ハードジャンパ２，１２、抵抗素子３，８、フォトカプラ４、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７、およびフォトＭＯＳリレー９を備える。ハードジャンパ２は、３つの端子Ｔ４〜Ｔ６を含む。フォトカプラ４は、フォトダイオード５およびフォトトランジスタ６を含む。フォトＭＯＳリレー９は、フォトダイオード１０およびノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ１１を含む。ハードジャンパ３８は、２つの端子Ｔ７，Ｔ８を含む。

入力端子Ｔ１には、車両感知信号／Ｄが入力される。信号／Ｄは、表１に示すように、Ｐ１形およびＰ２形のいずれの場合においても、後述の車両感知エリアＡに車両が有る場合は活性化レベルの「Ｌ」レベルになり、車両感知エリアＡに車両が無い場合は非活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。

入力端子Ｔ１は、端子Ｔ４に直接接続されるとともに、インバータ１を介して端子Ｔ５に接続される。抵抗素子３、フォトダイオード５、およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ７は、電源電位ＶＣＣのラインと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７のゲートは、端子Ｔ６に接続される。フォトトランジスタ６は、出力端子Ｔ２，Ｔ３間に接続される。

抵抗素子８およびフォトダイオード１０は、電源電位ＶＣＣのラインと接地電位ＧＮＤのラインとの間に直列接続される。端子Ｔ７は、出力端子Ｔ２に接続される。ノーマルクローズ型ＭＯＳトランジスタ１１は、端子Ｔ８とＴ３の間に接続される。

インタフェース回路がＰ１形で使用される場合は、ハードジャンパ２の端子Ｔ４，Ｔ６間がＵ字型のピンで接続される。信号／Ｄは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７のゲートに直接与えられる。

信号／Ｄが活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７が非導通になってフォトダイオード５は発光せず、フォトトランジスタ６が非導通になって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になる。信号／Ｄが非活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７が導通してフォトダイオード５が発光し、フォトトランジスタ６が導通して出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。

また、電源電位ＶＣＣが遮断された場合は、フォトダイオード５は発光せず、フォトトランジスタ６は非導通になって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になる。なお、電源電位ＶＣＣが遮断された場合は、フォトダイオード１０は発光せず、ノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ１１が導通するが、ハードジャンパ１２の端子Ｔ７，Ｔ８間が接続されていないので、出力端子Ｔ２，Ｔ３間は非導通になる。

インタフェース回路がＰ２形で使用される場合は、ハードジャンパ２の端子Ｔ５，Ｔ６間がＵ字型のピンで接続されるとともに、ハードジャンパ１２の端子Ｔ７，Ｔ８間がＵ字型のピンで接続される。信号／Ｄは、インバータ１で反転されてＮチャネルＭＯＳトランジスタ７のゲートに与えられる。

信号／Ｄが活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７が導通してフォトダイオード５が発光し、フォトトランジスタ６が導通して出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。信号／Ｄが非活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ７が非導通になってフォトダイオード５は発光せず、フォトトランジスタ６が非導通になって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になる。

また、電源電位ＶＣＣが印加されている場合は、フォトダイオード１０が発光し、ノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ１１は非導通になって端子Ｔ８，Ｔ３間が非導通になる。電源電位ＶＣＣが遮断された場合は、フォトダイオード１０は発光せず、ノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ１１が導通して出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。

この実施の形態では、車両感知信号／Ｄに応答して出力端子Ｔ２，Ｔ３間を導通または非導通にする回路としてフォトカプラ４を使用したので、車両感知信号／Ｄに応答して出力端子Ｔ３２，Ｔ３３間を導通または非導通にする回路としてフォトＭＯＳリレー３２を使用していた従来に比べ、応答速度の高速化を図ることができる。

また、ハードジャンパ２の端子Ｔ４，Ｔ６間をピンで接続することによりインタフェース回路をＰ１形で使用することができ、ハードジャンパ２の端子Ｔ５，Ｔ６間をピンで接続することによりインタフェース回路をＰ２形で使用することができる。したがって、インタフェース回路をＰ１形とＰ２形のうちの所望の形式で使用することができる。

また、インタフェース回路をＰ１形で使用した場合は電源遮断時にフォトダイオード５が発光しなくなって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になり、ハードジャンパ１２の端子Ｔ７，Ｔ８間をピンで接続してインタフェース回路をＰ２形で使用した場合は電源遮断時にフォトダイオード１０が発光しなくなって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。したがって、電源が遮断された場合は信号有りと同じ信号条件にしなければならないという仕様書の要求を満たすことができる。

図２は、図１に示したインタフェース回路が用いられる交通信号システムの要部を示す図である。図２を参照して、交通量の少ない郊外では、従道路２０から主道路２１への出口に車両感知エリアＡが設けられており、車両感知エリアＡに車両が来たときのみ従道路２０側の信号Ｓ１を青にするとともに主道路２１側の信号Ｓ２，Ｓ３を赤にする半感応制御方式が採用されている。従道路２０から主道路２１に入ろうとする車両が無いときに主道路２１の車両を停止させる必要が無いからである。

従道路２０と主道路２１の交差部には車両感知器２２と交通信号制御機２３が設けられている。車両感知器２２は、車両感知エリアＡに車両が有る場合は車両感知信号／Ｄを活性化レベルの「Ｌ」レベルにし、車両感知エリアＡに車両が無い場合は車両感知信号／Ｄを非活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。図１のインタフェース回路は車両感知器２２に内蔵されており、出力端子Ｔ２，Ｔ３は信号線を介して交通信号制御機２３に接続されている。交通信号制御機２３は、出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通しているか否かに基づいて車両感知エリアＡにおける車両の有無を検出し、その検出結果に基づいて信号Ｓ１〜Ｓ３を制御する。

すなわち交通信号制御機２３は、車両感知エリアＡに車両が無い場合は、従道路２０側の信号Ｓ１を赤にするとともに主道路２１側の信号Ｓ２，Ｓ３を青にして、主道路２１の車両を通す。また交通信号制御機２３は、車両感知エリアＡに車両が有るは、所定時間Ｔ１だけ従道路２０側の信号Ｓ１を青にするとともに主道路２１側の信号Ｓ２，Ｓ３を赤にして、従道路２０の車両を主道路２１に導く。所定時間Ｔ１の経過後は、車両感知エリアＡに車両が有る場合でも所定時間Ｔ２だけ従道路２０側の信号Ｓ１を赤にするとともに主道路２１側の信号Ｓ２，Ｓ３を青にして、主道路２１の車両を通す。

また、表１に示したように、何らかの原因でインタフェース回路の電源が遮断された場合は、出力端子Ｔ２，Ｔ３間の導通状態は車両感知エリアＡに車両が有る場合と同じ状態になるので、従道路２０側の信号Ｓ１が赤に固定されることが防止される。インタフェース回路の電源が遮断される場合としては、電源線が切断された場合や、何らかの原因で電源線に過電流が流れ、電源線に接続されているブレーカが電源供給を遮断した場合がある。

なお、インタフェース回路の出力端子Ｔ２，Ｔ３間の状態は伝送装置(図示せず)を介して交通管制センタに送信されている。インタフェース回路の電源が遮断された場合は、出力端子Ｔ２，Ｔ３間の導通状態は車両感知エリアＡに車両が有る場合と同じ状態になるので、従道路２０の交通量が少ない郊外においてインタフェース回路の電源が遮断されたことを交通管制センタで容易に検知できる。これに対して、インタフェース回路の電源が遮断された場合は、出力端子Ｔ２，Ｔ３間の導通状態は車両感知エリアＡに車両が無い場合と同じ状態になるものとすると、従道路２０の交通量が少ない郊外においては、交通量が少ないのかインタフェース回路の電源が遮断されたのかを判別できず、インタフェース回路の電源が遮断されたことを交通管制センタで容易に検知することはできない。

図３は、この実施の形態の変更例を示す回路図である。図３を参照して、このインタフェース回路が図１のインタフェース回路と異なる点は、インバータ１、ハードジャンパ２およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ７が除去されて入力端子Ｔ１がフォトダイオード５のカソードに直接接続されている点と、信号／Ｄが信号ＤＥと置換されている点である。

信号ＤＥは、表２に示すように、インタフェース回路がＰ１形で使用される場合は、車両感知エリアＡに車両が有るときはハイインピーダンス（Ｈｉ−Ｚ）になり、車両感知エリアＡに車両が無いときは「Ｌ」レベルになる。また、信号ＤＥは、インタフェース回路がＰ２形で使用される場合は、車両感知エリアＡに車両が有るときは「Ｌ」レベルになり、車両感知エリアＡに車両が無いときはハイインピーダンスになる。つまり、車両感知器２２は、インタフェース回路がＰ１形で使用されるかＰ２形で使用されるかに応じて車両感知信号ＤＥのレベルを切換える。

インタフェース回路がＰ１形で使用される場合は、車両感知エリアＡに車両が有るときは信号ＤＥがハイインピーダンスになり、フォトダイオード５に電流が流れないのでフォトダイオード５は発光せず、フォトトランジスタ６が非導通になって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になる。車両感知エリアＡに車両が無いときは信号ＤＥが「Ｌ」レベルになり、フォトダイオード５に電流が流れてフォトダイオード５が発光し、フォトトランジスタ６が導通して出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。

また、インタフェース回路がＰ２形で使用される場合は、車両感知エリアＡに車両が有るときは信号ＤＥが「Ｌ」レベルになり、フォトダイオード５に電流が流れてフォトダイオード５が発光し、フォトトランジスタ６が導通して出力端子Ｔ２，Ｔ３間が導通する。車両感知エリアＡに車両が無いときは信号ＤＥがハイインピーダンスになり、フォトダイオード５に電流が流れないのでフォトダイオード５は発光せず、フォトトランジスタ６が非導通になって出力端子Ｔ２，Ｔ３間が非導通になる。他の構成および動作は、図１のインタフェース回路と同じであるので、その説明は繰り返さない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態による交通信号システムで用いられるインタフェース回路の構成を示す回路図である。 図１に示したインタフェース回路が用いられる交通信号システムの要部を示す図である。 この実施の形態の変更例を示す回路図である。 従来のインタフェース回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

Ｔ１，Ｔ３１ 入力端子、Ｔ２，Ｔ３，Ｔ３２，Ｔ３３ 出力端子、Ｔ４〜Ｔ８，Ｔ３４〜Ｔ３６ 端子、１ インバータ、２，１２，３８ ハードジャンパ、３，８，３１ 抵抗素子、４ フォトカプラ、５，１０，３３，３４ フォトダイオード、６ フォトトランジスタ、７，３７ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ、９，３２ フォトＭＯＳリレー、１１，３６ ノーマルクローズ型フォトＭＯＳトランジスタ、２０ 従道路、２１ 主道路、２２ 車両感知器、２３ 交通信号制御機、Ａ 車両感知エリア、Ｓ１〜Ｓ３ 信号、３５ ノーマルオープン型フォトＭＯＳトランジスタ。

Claims (4)

1. 第１および第２の形式のうちのいずれか一方の形式で使用され、第１の回路の出力信号を第２の回路に伝達させるインタフェース回路であって、
   前記第２の回路に接続される１対の出力端子、
   前記インタフェース回路が前記第１の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号が非活性化状態にされたことに応じて発光し、前記インタフェース回路が前記第２の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号が活性化状態にされたことに応じて発光する第１のフォトダイオードと、前記１対の出力端子間に接続され、前記第１のフォトダイオードが発光したことに応じて導通するフォトトランジスタとを含むフォトカプラ、
   前記１対の出力端子のうちの一方の出力端子に接続された第１の端子と、前記インタフェース回路が前記第２の形式で使用される場合に前記第１の端子に接続される第２の端子とを含む第１のハードジャンパ、および
   前記第２の端子と前記１対の出力端子のうちの他方の出力端子との間に接続されるフォトＭＯＳトランジスタと、電源電圧が印加されている場合に発光して前記フォトＭＯＳトランジスタを非導通にする第２のフォトダイオードとを含むフォトＭＯＳリレーを備える、インタフェース回路。
2. 前記第１の回路の出力信号の活性化状態および非活性化状態はそれぞれ第１の電位および第２の電位であり、
   前記インタフェース回路が前記第１の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号をそのまま通過させ、前記インタフェース回路が前記第２の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号を反転させて通過させるゲート回路、および
   前記ゲート回路の出力信号が前記第２の電位にされたことに応じて、前記第１のフォトダイオードに前記電源電圧を与えて発光させるスイッチング素子を備える、請求項１に記載のインタフェース回路。
3. 前記ゲート回路は、
   前記第１の回路の出力信号の反転信号を出力するインバータ、および
   前記第１の回路の出力信号を受ける第３の端子と、前記インバータの出力信号を受ける第４の端子と、前記インタフェース回路が前記第１の形式で使用される場合は前記第３の端子に接続され、前記インタフェース回路が前記第２の形式で使用される場合は前記第４の端子に接続される第５の端子とを含む第２のハードジャンパを含み、
   前記ゲート回路の出力信号は、前記第５の端子から出力される、請求項２に記載のインタフェース回路。
4. 前記第１のフォトダイオードのアノードは電源電位を受け、前記第１のフォトダイオードのカソードは前記第１の回路の出力信号を受け、
   前記インタフェース回路が前記第１の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号の活性化状態および非活性化状態はそれぞれハイインピーダンス状態および接地電位であり、
   前記インタフェース回路が前記第２の形式で使用される場合は前記第１の回路の出力信号の活性化状態および非活性化状態はそれぞれ前記接地電位および前記ハイインピーダンス状態である、請求項１に記載のインタフェース回路。

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