兩線式傳送器的製作方法

2023-06-06 00:21:16

專利名稱：兩線式傳送器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種兩線式傳送器，該兩線式傳送器將輸入信號作為模擬信號輸出， 上述輸入信號例如是由傳感器檢測出的傳感器信號。
背景技術：
兩線式傳送器檢測流量、壓力這樣的物理量，並輸出檢測值(以下記為「傳感器信號」)。作為將傳感器信號轉換為模擬電壓信號來輸出的兩線式傳送器，例如列舉了專利文件1中記載的兩線式傳送器。圖5是用於說明兩線式傳送器的現有技術的圖。圖示的兩線式傳送器10包括運算放大器1，其將由傳感器S輸出的傳感器信號Ml、M2進行放大；開關3，其對應於從運算放大器1輸出的傳感器信號Vsns的電壓值來切換連接目的地；以及電阻元件5、6、7，它們與開關3相連接。另外，兩線式傳送器10包括基準電壓產生部4和運算放大器2，該運算放大器2的輸出電流Iout根據與開關3相連接的電阻元件6、電阻元件7的大小發生變化。傳感器S例如是檢測磁性、溫度、壓力這樣的物理量的傳感器。圖5示出的兩線式傳送器10進行以下的動作。運算放大器1輸出連續變化的傳感器信號Vsns0當傳感器信號Vsns超過規定的閥值時，開關3的連接目的地從電阻元件6切換到電阻元件7。對於運算放大器2的輸出信號Vout和接地端(GND)之間的電位差，通過電阻元件5、連接到開關3上的電阻元件6或電阻元件7來進行分壓。與分壓後的電位相應的信號作為反饋信號Vfb被輸入到運算放大器2。運算放大器2進行動作使得由基準電壓產生部4所生成的基準電壓Vref與反饋信號 Vfb的電壓值相等。為此，當反饋信號Vfb的電壓值上升時，運算放大器2進行動作使得輸出電流Iout 增加。這時輸出信號Vout降低以使基準電壓Vref與反饋信號Vfb的電壓值相等。另一方面，當反饋信號Vfb的電壓值降低時，運算放大器2進行動作使得輸出電流 Iout減小。其結果是運算放大器2的輸出信號Vout上升以使基準電壓Vref與反饋信號 Vfb的電壓值相等。圖6是表示在以往的兩線式傳送器中的傳感器信號和輸出信號之間的關係的圖。 圖6的縱軸表示輸出信號Vout，橫軸表示兩線式傳送器的電阻R。兩線式傳送器的電阻R和輸出信號Vout之間的關係表示為以下的式子(1)。在式子(1)中，RO是圖示的電阻元件5 的電阻值，R是開關3所選擇的電阻元件6、電阻元件7中的任一個電阻元件的電阻值(Rl、 R2)。Vout = Vref+ (R0/R) 『 Vref ... (1)從傳感器S輸出的傳感器信號Vsns連續地進行變化。而且，在傳感器信號Vsns 超過規定的閥值的情況下，開關3的連接目的地從電阻元件6切換到電阻元件7。專利文獻1 =USP 6437581 Bl

發明內容
發明要解決的問題然而，根據上述式子(1)，儘管傳感器信號Vsns連續地發生變化，但輸出信號Vout 卻是離散地發生變化。因此，以往的兩線式傳送器的輸出信號Vout與傳感器信號Vsns不成比例，不能得到反映傳感器信號Vsns的輸出信號Vout。在圖6中示出了除了電阻元件6、 電阻元件7以外還存在多個電阻元件的情況，因此示出了離散的多個輸出信號Vout的值。為了消除上述問題點，在以往的結構中，需要將輸出信號Vout輸入到後級的 CPU (Central Processing Unit，未圖示)中，在CPU中對輸出信號Vout做進一步運算處理。本發明是鑑於上述問題點而完成的，其目的在於提供一種兩線式傳感器，該兩線式傳感器通過將傳感器信號轉換為連續的模擬信號來得到反映了傳感器信號的連續變化的信號，而且能夠簡化後級的運算所需的結構和處理。用於解決問題的方案為了解決上述問題，根據本發明的某個方式提供了一種兩線式傳感器，該兩線式傳感器將基於輸入信號(例如圖1示出的傳感器信號VI)的模擬電壓信號(例如圖1示出的輸出信號Μ)輸出到第一傳送路徑(例如圖ι示出的傳送路徑m)，該兩線式傳感器包括中間電位生成電路(例如圖1示出的電阻元件103、104)，其生成上述第一傳送路徑與第二傳送路徑(例如圖1示出的傳送路徑N2)的中間電位；放大器(例如圖1示出的運算放大器101)，其被提供上述輸入信號和上述中間電位；以及電流生成電路(例如圖1示出的電流源10 ，其基於由上述放大器輸出的控制信號生成從上述第一傳送路徑流向上述第二傳送路徑的電流。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中第一傳送路徑通過第一電阻元件(例如圖3示出的電阻元件107)連接到電源(例如圖3示出的Vcc)上。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中上述放大器輸出上述控制信號使得所輸入的上述輸入信號與上述中間電位相等。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中上述中間電位信號生成電路包括串聯連接在上述第一傳送路徑與上述第二傳送路徑之間的第二電阻元件(例如圖1示出的電阻元件103)和第三電阻元件(例如圖1示出的電阻元件104)，在上述第二電阻元件與上述第三電阻元件之間生成上述中間電位。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中上述電流生成電路包括基於上述中間電位生成上述電流的電流源。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中上述模擬電壓信號通過上述第一傳送路徑而作為電力被提供至上述放大器。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中還包括與上述第一傳送路徑相連接並接收上述模擬電壓信號的接收機(例如圖3示出的CPU接收機106)。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中還包括加工電路(例如圖4 示出的A/D轉換電路401、數字運算器40 ，其在上述輸入信號是模擬信號的情況下，將上述輸入信號轉換為數位訊號並進行加工；以及數字/模擬轉換電路(例如圖4示出的D/A 轉換電路40 ，其將經上述加工電路加工後的數位訊號轉換為模擬信號並輸出到上述放大
ο
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另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中上述輸入信號是從傳感器 (例如圖1示出的傳感器S)輸出的傳感器信號。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中還包括輸出上述傳感器信號的傳感器。另外期望，在上述發明中，本發明的兩線式傳送器中還包括上述第一電阻元件， 其連接在上述第一傳送路徑上；以及上述電源，其連接在上述第一電阻元件上。發明的效果根據本發明第一方面的記載，能夠將傳送路徑與基準傳送路徑之間的中間電位和輸入信號輸入到放大器中，從而基於該信號生成模擬電壓信號。放大器進行動作使得輸入的輸入信號和中間電位相等。為此，放大器的輸出根據輸入信號而發生變化，因此能夠得到反映了輸入信號的模擬電壓信號。另外，根據該信號能夠容易地提取出例如由傳感器檢測出的溫度、磁性、壓力等信息。因此，能夠提供一種可得到反映了輸入信號、例如傳感器信號的連續變化的信號的兩線式傳送器。根據本發明第二方面的記載，通過第一電阻元件將來自外部的電源連接到傳送路徑上，因此能夠將輸出模擬電壓信號的傳送路徑的電位適當保持。另外，也能夠防止傳送路徑和外部電源短路。根據本發明第三方面的記載，能夠將傳送路徑和基準傳送路徑之間的中間電位和輸入信號輸出到放大器中，基於該信號生成模擬電壓信號。放大器進行動作使得輸入的輸入信號和中間電位相等。為此，放大器的輸出根據輸入信號而發生變化，因此能夠得到反映了輸入信號的模擬信號。根據本發明第四方面的記載，中間電位生成電路包括串聯連接在傳送路徑和基準傳送路徑之間的第二電阻元件和第三電阻元件，從第二電阻元件和第三電阻元件之間輸出中間電位，因此，從放大器輸出的輸出信號的電壓範圍不會被基準電壓等所限制。根據本發明第五方面的記載，電流生成電路包括基於中間電位生成電流的電流源，因此能夠容易地控制傳送路徑與基準傳送路徑之間的電位。根據本發明第六方面的記載，模擬電壓信號通過傳送路徑被提供至放大器，因此能夠使放大器的輸入系統為雙系統，從而能夠簡化電路結構。根據本發明第七方面的記載，還設置有連接在傳送路徑上的接收機，因此從輸出到傳送路徑上的模擬信號中能夠直接得到例如由傳感器檢測出的檢測值。因此，能夠簡化接收機後級處的輸入信號、例如傳感器信號的運算。根據本發明第八方面的記載，在輸入信號是模擬信號的情況下，能夠將輸入信號轉換為數位訊號進行加工，並將加工後的數位訊號轉換為模擬信號輸出到放大器。因此，例如能夠容易地對輸入信號、例如傳感器信號進行偏移和靈敏度的校正，從而輸出任意特性的模擬信號。根據本發明第九方面的記載，能夠容易地提取出由傳感器檢測出的溫度、磁性、壓
力等fe息。根據本發明第十方面的記載，能夠實現包含有傳感器的小型兩線式傳送器。根據本發明第十一方面的記載，能夠實現包含有電阻元件和連接在電阻元件上的電源的小型兩線式傳感器。


圖1是用於說明本發明的實施方式1的兩線式傳送器的電路圖。圖2是表示本發明的實施方式1的輸出信號和傳感器信號之間的關係的圖。圖3是用於說明本發明的實施方式2的兩線式傳送器的電路圖。圖4是用於說明本發明的實施方式3的兩線式傳送器的電路圖。圖5是用於說明兩線式傳送器的現有技術的圖。圖6是表示現有的兩線式傳送路徑中的傳感器電壓和輸出電壓之間的關係的圖。附圖標記說明100 中間電位生成電路；101 運算放大器；102、105 電流源；103、104、107 電阻元件；106 :CPU接收機；401 :A/D轉換器；402 數字運算器；403 :D/A轉換器；。
具體實施例方式以下，使用附圖對本發明的實施方式1、實施方式2、實施方式3進行說明。(實施方式1)電路結構圖1是用於說明本發明的實施方式1的兩線式傳送器的電路圖。圖示的兩線式傳送器具備傳感器S。傳感器S對例如磁性、溫度、壓力這樣的物理量進行檢測，並將其作為傳感器信號Vl輸出。在此，兩線式傳感器具備傳感器S，但也可構成為在兩線式傳感器內不包含傳感器S而是在外部另外具備傳感器S。兩線式傳送器將輸入信號(例如傳感器信號VI)轉換為模擬電壓信號並輸出到傳送路徑上，該兩線式傳送器具備中間電位生成電路100，其生成傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的中間電位；運算放大器101，其被提供傳感器信號Vl和中間電位；電流源102， 其基於由運算放大器101輸出的信號O生成作為模擬電壓信號的輸出信號V3。在這樣的結構中，中間電位被反饋到運算放大器101，因此下面在本實施方式中記為反饋信號V2。運算放大器101生成對傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的電位進行控制的信號ο以使輸入的傳感器信號Vl和反饋信號V2相等。電流源102根據運算放大器101的控制信號ο使輸出電流13發生變化。另外，中間電位生成電路100包含串聯連接在傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的電阻元件103和電阻元件104，從電阻元件103和電阻元件104之間輸出反饋信號V2。從傳感器S輸出的傳感器信號Vl的信號線連接在運算放大器101的反轉輸入端子上。另外，反饋信號V2的信號線連接在運算放大器101的非反轉輸入端子上。運算放大器101的輸出端子連接在電流源102上。以上的結構和中間電位生成電路100都連接在成為電源的供給線的傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間，從傳送路徑m接受輸出信號V3 所需的電力的供給，從基準傳送路徑N2接受GND電位所需的電力的供給。此外，實施方式1的兩線式傳送器的外部電源通過未圖示的電阻元件連接到傳送路徑附上用以上拉輸出信號V3，基準傳送路徑N2被設置為接地。動作接著，對以上敘述的兩線式傳感器的動作進行說明。
輸出信號V3和GND之間的電位差通過電阻元件103和電阻元件104進行分壓。反饋信號V2是表示被電阻元件103和電阻元件104分壓的電壓的信號。運算放大器101進行動作使得傳感器信號Vl和反饋信號V2相等。具體地說，當傳感器信號Vl上升時，運算放大器101對電流源102進行控制使得輸出電流13減小並且輸出電壓V3上升。根據該動作，流入電阻元件103和電阻元件104 的電流增加，反饋信號V2上升。輸出電流13的減小量與傳感器信號Vl的上升量是相對應的，因此隨著傳感器信號Vl的上升，反饋信號V2上升，傳感器信號VI、反饋信號V2相等。 即運算放大器101的輸出信號V3上升使得傳感器信號Vl和反饋信號V2相等。另一方面，當傳感器信號Vl降低時，運算放大器101對電流源102進行控制使得輸出電流13增加並且輸出電壓V3下降。根據該動作，流入電阻元件103和電阻元件104 的電流減小，反饋信號V2降低。輸出電流13的增加量與傳感器信號Vl的減小量是相對應的，因此隨著傳感器信號Vl的降低，反饋信號V2降低，傳感器信號VI、反饋信號V2相等。 即，輸出信號V3降低使得傳感器信號Vl和反饋信號V2相等。上述動作中的傳感器信號Vl和輸出信號V3之間的關係表示為下面的式子(2)。 此外，在式子O)中，RO是電阻元件103的電阻值，Rl是電阻元件104的電阻值。V3 = (1+(R0/R1)) · Vl ... (2)根據上述式子(2)，明確可知，在本實施方式的兩線式傳送器中傳感器信號Vl被轉換為連續的模擬電壓信號。圖2是表示式子(2)所表示的輸出信號V3和傳感器信號Vl之間的關係的圖，縱軸表示輸出信號V3，橫軸表示傳感器信號VI。根據圖2，可知傳感器信號Vl被轉換為連續的模擬電壓信號，即，輸出信號V3與傳感器信號Vl成正比。根據以上所述的實施方式1，能夠將與傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的中間電位相關的反饋信號V2和傳感器信號Vl輸出到運算放大器101中，基於該信號生成模擬電壓信號。運算放大器101對傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的電位進行控制，使得輸入的傳感器信號Vl和反饋信號V2相等，因此傳送路徑m和基準傳送路徑N2之間的電位隨傳感器信號Vl變化。因此，運算放大器101的輸出隨傳感器信號Vl發生變化，因此能夠得到反映了傳感器信號Vl的模擬信號。另外，能夠方便地從該信號中提取出由傳感器S 檢測出的溫度、磁性、壓力等信息。(實施方式2)圖3是用於說明本發明的實施方式2的兩線式傳送器的電路圖。此外，在實施方式2中，對在圖3中示出的結構中的與圖1中示出的結構相同的結構附以相同的附圖標記， 省略一部分的說明。結構實施方式2的兩線式傳送器被構成為將接收機CPU 106連接到圖1示出的實施方式的兩線式傳送器上。另外，在圖3中明確示出了連接在傳送路徑m上的外部電源Vcc和電阻元件107、連接在基準傳送路徑N2上的GND線，示出兩線式傳送器正被使用的狀態。兩線式傳送器通過電阻元件107、傳送路徑m來從外部電源Vcc接受輸出信號V3所需的電力的供給。在此，兩線式傳送器也可構成為具備外部電源Vcc和電阻元件107，也可構成為不包含在兩線式傳送器內而是另外具備該外部電源Vcc和電阻元件107。接收機CPU 106是輸入兩線式傳送器的輸出信號V3、檢測由傳感器S檢測出的物理量的大小和強度等的結構。在圖3的電路中，在兩線式傳送器的內部將電流源102以外的所有電流源匯總表示為電流源105，將輸出電流13以外的所有電流的總和表示為14。動作接著對實施方式2的兩線式傳送器的動作進行說明。實施方式2中的兩線式傳送器的輸出信號V3通過電阻元件107被上拉至外部電源Vcc。當傳感器信號Vl降低、輸出電流13增加時，在實施方式2中，電阻元件107中的壓降增加而輸出信號V3的電壓降低。因此，在實施方式2中，能夠得到隨著傳感器信號Vl的降低而連續降低的輸出信號V3。另一方面，當傳感器信號Vl上升而輸出電流13減小時，電阻元件107的壓降降低，而輸出信號V3的電壓上升。因此，在實施方式2中，能夠得到隨著傳感器信號Vl的上升而連續上升的輸出信號V3。因而，實施方式2中的兩線式傳送器能夠將傳感器信號Vl轉換為與傳感器信號Vl 成正比的連續的模擬電壓信號V3。另外，接收機CPU 106接收來自兩線式傳送器的輸出信號V3，由此能夠得到與由傳感器S檢測出的溫度、磁性、壓力等相關的信息。與以上敘述的實施方式1、2相比，在圖5示出的現有技術中，輸出信號Vout是離散的且與傳感器信號Vsns不成比例，因此為了從輸出信號Vout中提取出溫度、磁性、壓力等信息，接收機CPU需要進行複雜的運算。另一方面，而在實施方式2中的兩線式傳送器中， 輸出信號V3是與傳感器信號Vl成正比的模擬信號，因此接收機CPU通過簡單的運算就能夠提取出包含在傳感器信號中的信息。另外，在現有技術中無法將輸出信號Vout的電壓變為基準電壓Vref以下的電壓， 但在實施方式2中的兩線式傳送器中就沒有這樣的約束。實施方式2通過改變電阻元件 103和電阻元件104的值能夠得到任意的輸出信號V3的電壓。(實施方式3)圖4是用於說明本發明的實施方式3的兩線式傳送器的電路圖。此外，在實施方式3中，對在圖4中示出的結構中與圖1中示出的結構相同的結構附以相同的附圖標記，省略一部分說明。結構實施方式3的兩線式傳送器構成為在圖1中示出的實施方式1的兩線式傳送器中添加A/D轉換器401、數字運算器402、D/A轉換器403。另外，在實施方式3的圖4中，在兩線式傳送器的內部將電流源102以外的所有的電流源匯總表示為電流源105，將輸出電流 13以外的所有的電流的總和表示為14。動作傳感器信號Vl被A/D轉換器401轉換為數位訊號。轉換後的數位訊號經數字運算器402進行運算處理後，被D/A轉換器403轉換為模擬信號VI』。根據這樣的實施方式3， 將傳感器信號Vl轉換為任意特性的模擬信號VI』後，能夠進行與實施方式1相同的處理。實施方式3例如在對傳感器信號的偏移、敏感度進行校正後轉換為輸出信號V3的情況下較為有利。產、丨k卜.的可利用件只要是期望得到反映了由傳感器檢測出的檢測值並連續變化的信號的兩線式傳送器，就能夠將以上說明的本發明應用於各式各樣的兩線式傳送器。
權利要求
1.一種兩線式傳送器，將基於輸入信號的模擬電壓信號輸出到第一傳送路徑，其特徵在於，包括中間電位生成電路，其生成上述第一傳送路徑與第二傳送路徑之間的中間電位； 放大器，其被提供上述輸入信號和上述中間電位；以及電流生成電路，其基於由上述放大器輸出的控制信號，生成從上述第一傳送路徑流向上述第二傳送路徑的電流。
2.根據權利要求1所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 上述第一傳送路徑通過第一電阻元件連接到電源上。
3.根據權利要求1或2所述的兩線式傳送器，其特徵在於，上述放大器輸出上述控制信號使得所輸入的上述輸入信號與上述中間電位相等。
4.根據權利要求1 3中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於，上述中間電位信號生成電路包括在上述第一傳送路徑與上述第二傳送路徑之間串聯連接的第二電阻元件和第三電阻元件，在上述第二電阻元件與上述第三電阻元件之間生成上述中間電位。
5.根據權利要求1 4中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 上述電流生成電路包括基於上述中間電位生成上述電流的電流源。
6.根據權利要求1 5中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 上述模擬電壓信號作為電力通過上述第一傳送路徑被提供至上述放大器。
7.根據權利要求1 6中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 還包括與上述第一傳送路徑相連接並接收上述模擬電壓信號的接收機。
8.根據權利要求1 7中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於，還包括加工電路，其在上述輸入信號是模擬信號的情況下，將上述輸入信號轉換為數位訊號來進行加工；以及數字/模擬轉換電路，其將經上述加工電路加工後的數位訊號轉換為模擬信號並輸出到上述放大器。
9.根據權利要求1 8中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 上述輸入信號是從傳感器輸出的傳感器信號。
10.根據權利要求1 9中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於， 還包括輸出上述傳感器信號的傳感器。
11.根據權利要求1 10中的任一項所述的兩線式傳送器，其特徵在於，還包括 上述第一電阻元件，其連接在上述第一傳送路徑上；以及上述電源，其連接在上述第一電阻元件上。
全文摘要
本發明提供一種能夠得到反映了傳感器信號的連續變化的信號而且能夠簡化後級的運算所需的結構和處理的兩線式傳送器。該兩線式傳送器由中間電位生成電路(100)、運算放大器(101)、以及電流源(102)構成，將基於傳感器信號V1的模擬電壓信號V3輸出到傳送路徑N1上，其中，上述中間電位生成電路(100)生成傳送路徑N1與傳送路徑N2之間的中間電位，上述運算放大器(101)被提供傳感器信號V1和反饋信號V2，上述電流源(102)基於由運算放大器(101)輸出的控制信號生成從傳送路徑N1流向傳送路徑N2的電流I3。此時由運算放大器(101)對控制信號進行控制使得傳感器信號V1和反饋信號V2相等。
文檔編號G08C19/02GK102227757SQ20108000344
公開日2011年10月26日 申請日期2010年10月15日 優先權日2009年10月21日
發明者山羽義郎, 棚橋友厚 申請人:旭化成微電子株式會社