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公開番号2024119185
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-03
出願番号2023025909
出願日2023-02-22
発明の名称HART通信装置
出願人アズビル株式会社
代理人個人
主分類H03K 7/06 20060101AFI20240827BHJP(基本電子回路)
要約【課題】HART物理層仕様で定められた台形波の傾き時間の仕様を満たすことが可能なHART通信装置を提供する。
【解決手段】HART通信装置は、送信すべきデジタル信号ITXDを変調して異なる2周波のパルス信号を出力するHARTモデム2と、2周波のパルス信号を台形波に整形するように構成されたチャージポンプ回路を含む波形整形回路3とを備える。波形整形回路3は、チャージポンプ回路の容量への充放電の電流量を2周波で変えることにより、2周波の台形波の傾きを変える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
送信すべきデジタル信号を変調して異なる２周波のパルス信号を出力するように構成されたＨＡＲＴモデムと、
前記２周波のパルス信号を台形波に整形するように構成されたチャージポンプ回路を含む波形整形回路とを備え、
前記波形整形回路は、前記チャージポンプ回路の容量への充放電の電流量を前記２周波で変えることにより、前記２周波の台形波の傾きを変えることを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１記載のＨＡＲＴ通信装置において、
前記チャージポンプ回路は、
前記台形波を出力する出力端子と反転入力端子とが接続されたオペアンプと、
一端が前記オペアンプの非反転入力端子と接続され、他端がグラウンドと接続された前記容量と、
前記容量を充電するための第１の定電流源と、
前記第１の定電流源と異なる電流量で前記容量を充電するための第２の定電流源と、
前記容量の電荷を放電するための第３の定電流源と、
前記第３の定電流源と異なる電流量で前記容量の電荷を放電するための第４の定電流源と、
前記パルス信号に応じて前記容量の充電と放電とを切り替え、前記デジタル信号の値に応じて前記容量の充電時に前記第１の定電流源と前記第２の定電流源のどちらかを前記容量と接続し、前記デジタル信号の値に応じて前記容量の放電時に前記第３の定電流源と前記第４の定電流源のどちらかを前記容量と接続するように構成されたスイッチ回路とを少なくとも含むことを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。
【請求項３】
請求項２記載のＨＡＲＴ通信装置において、
前記波形整形回路は、
前記デジタル信号を一定時間遅延させた信号を制御信号として出力するように構成された遅延回路をさらに備え、
前記スイッチ回路は、
制御端子に前記パルス信号が入力され、第１の接点端子が前記オペアンプの非反転入力端子と接続された第１のスイッチと、
制御端子に前記パルス信号が入力され、第１の接点端子が前記オペアンプの非反転入力端子と接続され、前記第１のスイッチに対して相補的に動作する第２のスイッチと、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第１のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第１の定電流源と接続された第３のスイッチと、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第１のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第２の定電流源と接続され、前記第３のスイッチに対して相補的に動作する第４のスイッチと、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第２のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第３の定電流源と接続された第５のスイッチと、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第２のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第４の定電流源と接続され、前記第５のスイッチに対して相補的に動作する第６のスイッチとから構成されることを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。
【請求項４】
送信すべきデジタル信号を変調して異なる２周波のパルス信号を出力するように構成されたＨＡＲＴモデムと、
前記２周波のパルス信号を台形波に整形するように構成されたローパスフィルタ回路を含む波形整形回路とを備え、
前記波形整形回路は、前記ローパスフィルタ回路の時定数を前記２周波で変えることにより、前記２周波の台形波の傾きを変えることを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。
【請求項５】
請求項４記載のＨＡＲＴ通信装置において、
前記ローパスフィルタ回路は、
反転入力端子に前記パルス信号が入力され、非反転入力端子に基準電圧が入力され、出力端子から前記台形波を出力するオペアンプと、
一端が前記オペアンプの反転入力端子と接続された第１の容量と、
一端が前記オペアンプの反転入力端子と接続された、前記第１の容量と異なる第２の容量と、
前記デジタル信号の値に応じて前記第１の容量と前記第２の容量のどちらかの他端を前記オペアンプの出力端子と接続するように構成されたスイッチ回路とを少なくとも含むことを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。
【請求項６】
請求項５記載のＨＡＲＴ通信装置において、
前記波形整形回路は、
前記デジタル信号を一定時間遅延させた信号を制御信号として出力するように構成された遅延回路をさらに備え、
前記スイッチ回路は、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第１の容量の他端と接続され、第２の接点端子が前記オペアンプの出力端子と接続された第１のスイッチと、
制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第２の容量の他端と接続され、第２の接点端子が前記オペアンプの出力端子と接続され、前記第１のスイッチに対して相補的に動作する第２のスイッチとから構成されることを特徴とするＨＡＲＴ通信装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＡＲＴ通信プロトコルに則った送信信号を生成するためのＨＡＲＴ通信装置に関するものである。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信は、制御システムで用いられている４～２０ｍＡの直流電流信号（アナログ信号）にデジタル信号を重畳する通信方式である。ＨＡＲＴ送信信号（デジタル信号）は、０と１を表す１対の周波数信号（１２００Ｈｚと２２００Ｈｚ）からなり、物理層の仕様により、パルス状の変調信号を台形波に波形整形する必要がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の仕様では、２周波の台形波がそれぞれ規定の振幅範囲内であることが定められていたが、２０１６年以降のＨＡＲＴ物理層仕様に、送信波形の台形波の傾き時間が追加規定された。この新規定では、台形波がＤＣレベルからピーク・ピーク値（peak-to-peak）の５％のレベルまで立ち上がる時間が１２００Ｈｚの場合で１０μｓ以上、２２００Ｈｚの場合で５μｓ以上と定められている。
【０００４】
このように、傾き時間が２周波で異なることから、２周波で同じ傾きを与える波形整形回路では、振幅範囲の仕様と傾き時間の仕様とを同時に満たすことが難しい、という課題があった。パルス状の変調信号を台形波に整形する波形整形回路は、非特許文献１、特許文献１、特許文献２等に開示されているが、これらの波形整形回路では、新規定に対応することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０１６－５２２５９３号公報
特開２００４－００７１７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
“NCR 20C12 Modem Application Note:A HART Master Demonstration Circuit Document Revision:1.2”，HART Communication Foundation Document Number:HCF_LIT-2，1993
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＨＡＲＴ物理層仕様で定められた台形波の傾き時間の仕様を満たすことが可能なＨＡＲＴ通信装置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】
【０００８】
本発明のＨＡＲＴ通信装置は、送信すべきデジタル信号を変調して異なる２周波のパルス信号を出力するように構成されたＨＡＲＴモデムと、前記２周波のパルス信号を台形波に整形するように構成されたチャージポンプ回路を含む波形整形回路とを備え、前記波形整形回路は、前記チャージポンプ回路の容量への充放電の電流量を前記２周波で変えることにより、前記２周波の台形波の傾きを変えることを特徴とするものである。
また、本発明のＨＡＲＴ通信装置の１構成例において、前記チャージポンプ回路は、前記台形波を出力する出力端子と反転入力端子とが接続されたオペアンプと、一端が前記オペアンプの非反転入力端子と接続され、他端がグラウンドと接続された前記容量と、前記容量を充電するための第１の定電流源と、前記第１の定電流源と異なる電流量で前記容量を充電するための第２の定電流源と、前記容量の電荷を放電するための第３の定電流源と、前記第３の定電流源と異なる電流量で前記容量の電荷を放電するための第４の定電流源と、前記パルス信号に応じて前記容量の充電と放電とを切り替え、前記デジタル信号の値に応じて前記容量の充電時に前記第１の定電流源と前記第２の定電流源のどちらかを前記容量と接続し、前記デジタル信号の値に応じて前記容量の放電時に前記第３の定電流源と前記第４の定電流源のどちらかを前記容量と接続するように構成されたスイッチ回路とを少なくとも含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のＨＡＲＴ通信装置の１構成例において、前記波形整形回路は、前記デジタル信号を一定時間遅延させた信号を制御信号として出力するように構成された遅延回路をさらに備え、前記スイッチ回路は、制御端子に前記パルス信号が入力され、第１の接点端子が前記オペアンプの非反転入力端子と接続された第１のスイッチと、制御端子に前記パルス信号が入力され、第１の接点端子が前記オペアンプの非反転入力端子と接続され、前記第１のスイッチに対して相補的に動作する第２のスイッチと、制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第１のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第１の定電流源と接続された第３のスイッチと、制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第１のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第２の定電流源と接続され、前記第３のスイッチに対して相補的に動作する第４のスイッチと、制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第２のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第３の定電流源と接続された第５のスイッチと、制御端子に前記制御信号が入力され、第１の接点端子が前記第２のスイッチの第２の接点端子と接続され、第２の接点端子が前記第４の定電流源と接続され、前記第５のスイッチに対して相補的に動作する第６のスイッチとから構成されることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のＨＡＲＴ通信装置は、送信すべきデジタル信号を変調して異なる２周波のパルス信号を出力するように構成されたＨＡＲＴモデムと、前記２周波のパルス信号を台形波に整形するように構成されたローパスフィルタ回路を含む波形整形回路とを備え、前記波形整形回路は、前記ローパスフィルタ回路の時定数を前記２周波で変えることにより、前記２周波の台形波の傾きを変えることを特徴とするものである。
また、本発明のＨＡＲＴ通信装置の１構成例において、前記ローパスフィルタ回路は、反転入力端子に前記パルス信号が入力され、非反転入力端子に基準電圧が入力され、出力端子から前記台形波を出力するオペアンプと、一端が前記オペアンプの反転入力端子と接続された第１の容量と、一端が前記オペアンプの反転入力端子と接続された、前記第１の容量と異なる第２の容量と、前記デジタル信号の値に応じて前記第１の容量と前記第２の容量のどちらかの他端を前記オペアンプの出力端子と接続するように構成されたスイッチ回路とを少なくとも含むことを特徴とするものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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