特許 6985491 レベル変換器ならびに車両制御装置におけるレベル値を変換する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985491

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】レベル変換器ならびに車両制御装置におけるレベル値を変換する方法

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/0175 20060101AFI20211213BHJP

   H03K 19/018 20060101ALN20211213BHJP

   H03K 19/082 20060101ALN20211213BHJP

【ＦＩ】

   H03K19/0175 210

   H03K19/0175 230

   !H03K19/018

   !H03K19/082

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-501308(P2020-501308)

(86)(22)【出願日】2018年6月12日

(65)【公表番号】特表2020-527309(P2020-527309A)

(43)【公表日】2020年9月3日

(86)【国際出願番号】EP2018065556

(87)【国際公開番号】WO2019011556

(87)【国際公開日】20190117

【審査請求日】2020年2月10日

(31)【優先権主張番号】102017115511.2

(32)【優先日】2017年7月11日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】597007363

【氏名又は名称】クノル−ブレムゼ ジステーメ フューア ヌッツファールツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｋｎｏｒｒ−Ｂｒｅｍｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｅ ｆｕｅｒ Ｎｕｔｚｆａｈｒｚｅｕｇｅ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】トーマス フォイヒト

【審査官】 竹内 亨

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０６４７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１８６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６３３６０３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０７７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０１４１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０８４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９５０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｋ １９／０１７５

Ｈ０３Ｋ １９／０１８

Ｈ０３Ｋ １９／０８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両制御装置用のレベル変換器において、前記レベル変換器は、
・第１の電圧端子（１１０）、第２の電圧端子（１２０）、１つまたは複数の出力端子（ＯＵＴ；ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）、入力端子（ＩＮ）、
・前記第１の電圧端子（１１０）と、前記少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ）または複数の出力端子のうち１つの出力端子（ＯＵＴ１）と、の間の第１の電流路を切り替える第１のスイッチ（Ｓ１）、および、
・前記第２の電圧端子（１２０）と、前記少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ）または前記複数の出力端子のうち別の出力端子（ＯＵＴ２）と、の間の第２の電流路を切り替える第２のスイッチ（Ｓ２）
を有し、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記入力端子（ＩＮ）での種々のレベルに応答して、
・前記入力端子（ＩＮ）に第１のレベルが生じた場合、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉成されかつ前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放され、
・第２のレベルが生じた場合、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開放されかつ前記第２のスイッチ（Ｓ２）が閉成される
ように切り替え可能であり、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）をそれぞれ駆動信号によって切り替えるためのそれぞれ１つの制御端子を有し、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記制御端子に第３のレベルが生じた場合に前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放されるように構成されており、前記第３のレベルは、前記第１のレベルと前記第２のレベルとの間にあり、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）の前記制御端子および前記第２のスイッチ（Ｓ２）の前記制御端子を駆動する基準電圧ユニット（２２０）を含む駆動回路（２００）が設けられており、前記入力端子（ＩＮ）が高オームに接続された場合、前記基準電圧ユニット（２２０）は、前記制御端子に前記第３のレベルを形成するように構成されており、これにより、前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放され、
前記駆動回路（２００）は、
・前記入力端子（ＩＮ）と前記第１のスイッチ（Ｓ１）の前記制御端子との間に接続された第３のスイッチ（Ｓ３）、および、
・前記入力端子（ＩＮ）と前記第２のスイッチ（Ｓ２）の前記制御端子との間に接続された第４のスイッチ（Ｓ４）
を含み、
前記第３のスイッチ（Ｓ３）は、前記入力端子（ＩＮ）に前記第１のレベルが生じた場合に閉成され、前記第４のスイッチ（Ｓ４）は、前記入力端子（ＩＮ）に前記第２のレベルが生じた場合に閉成される、
ことを特徴とするレベル変換器。

【請求項2】

前記基準電圧ユニット（２２０）は、前記第３のレベルの達成のための基準電圧を送出すべく、第３の電圧端子（１３０）および第４の電圧端子（１４０）を有する分圧器を有する、
請求項１記載のレベル変換器。

【請求項3】

前記分圧器、前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、次の電圧、すなわち前記第３の電圧端子（１３０）での３Ｖから５Ｖの領域の電圧、前記第４の電圧端子（１４０）および前記第２の電圧端子（１２０）でのアース電位、および前記第１の電圧端子（１１０）での少なくとも５Ｖの電圧によって駆動可能である、
請求項２記載のレベル変換器。

【請求項4】

前記第１のスイッチ（Ｓ１）、前記第２のスイッチ（Ｓ２）、前記第３のスイッチ（Ｓ３）および前記第４のスイッチ（Ｓ４）は、トランジスタを有し、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）のトランジスタは、前記第２のスイッチ（Ｓ２）のトランジスタに対して相補的であり、前記第３のスイッチ（Ｓ３）のトランジスタは、前記第４のスイッチ（Ｓ４）のトランジスタに対して相補的である、
請求項１から３までのいずれか１項記載のレベル変換器。

【請求項5】

次の抵抗、すなわち
・前記入力端子（ＩＮ）と前記第１のスイッチ（Ｓ１）の制御端子との間の第１の抵抗（Ｒ１）、
・前記入力端子（ＩＮ）と前記第２のスイッチ（Ｓ２）の制御端子との間の第２の抵抗（Ｒ２）、
・前記第１のスイッチ（Ｓ１）の前記制御端子と前記第１の電圧端子（１１０）との間の第３の抵抗（Ｒ３）、
・前記第２のスイッチ（Ｓ２）の前記制御端子と前記第２の電圧端子（１２０）との間の第４の抵抗（Ｒ４）、
・前記入力端子（ＩＮ）と前記第３のスイッチ（Ｓ３）の制御端子および前記第４のスイッチ（Ｓ４）の制御端子との間の第５の抵抗（Ｒ５）、
・前記第３の電圧端子（１３０）と前記第３のスイッチ（Ｓ３）の前記制御端子との間の第６の抵抗（Ｒ６）、および、
・前記第４の電圧端子（１４０）と前記第４のスイッチ（Ｓ４）の前記制御端子との間の第７の抵抗（Ｒ７）
のうち１つまたは複数の抵抗を有する複数の抵抗が設けられており、前記第６の抵抗（Ｒ６）および前記第７の抵抗（Ｒ７）は、前記第３の電圧端子（１３０）と前記第４の電圧端子（１４０）との間に直列に接続されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のレベル変換器。

【請求項6】

前記第１のスイッチ（Ｓ１）と前記第２のスイッチ（Ｓ２）との間の前記第１の電流路に沿って、第８の抵抗（Ｒ８）が設けられている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のレベル変換器。

【請求項7】

前記第１のスイッチ（Ｓ１）と、前記少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ）または前記複数の出力端子のうち１つの出力端子（ＯＵＴ１）と、の間に、前記出力端子（ＯＵＴ）と前記第１の電圧端子（１１０）との間の逆流電流を阻止するように構成されたダイオード（Ｄ１）が設けられている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のレベル変換器。

【請求項8】

前記１つまたは複数の出力端子（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）は、１つの出力端子（ＯＵＴ１）および別の出力端子（ＯＵＴ２）を含み、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）は、前記入力端子（ＩＮ）での種々のレベルに応答して、前記複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）が高オームに接続されるように切り替え可能である、
請求項１から７までのいずれか１項記載のレベル変換器。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項記載のレベル変換器を有する、車両用の制御装置。

【請求項10】

請求項９記載の制御装置を備えた商用車。

【請求項11】

車両制御装置におけるレベル値を変換する方法において、
・第１のスイッチ（Ｓ１）により、第１の電圧端子（１１０）と、少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ）または複数の出力端子のうち１つの出力端子（ＯＵＴ１）と、の間の第１の電流路を切り替え、
・第２のスイッチ（Ｓ２）により、第２の電圧端子（１２０）と、少なくとも１つの出力端子（ＯＵＴ）または複数の出力端子のうち別の出力端子（ＯＵＴ２）と、の間の第２の電流路を切り替え、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）を、入力端子（ＩＮ）での種々のレベルに応答して、
・前記入力端子（ＩＮ）に第１のレベルが生じた場合、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が閉成されかつ前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放され、
・第２のレベルが生じた場合、前記第１のスイッチ（Ｓ１）が開放されかつ前記第２のスイッチ（Ｓ２）が閉成され、
前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）を、前記第１のスイッチ（Ｓ１）の制御端子および前記第２のスイッチ（Ｓ２）の制御端子の双方に第３のレベルが生じた場合に前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放され、前記第３のレベルは、前記第１のレベルと前記第２のレベルとの間にあり、
基準電圧ユニット（２２０）を含む駆動回路（２００）によって、前記第１のスイッチ（Ｓ１）の前記制御端子および前記第２のスイッチ（Ｓ２）の前記制御端子を駆動し、前記基準電圧ユニット（２２０）は、前記入力端子（ＩＮ）が高オームに接続された場合、前記第１のスイッチ（Ｓ１）の制御端子および前記第２のスイッチ（Ｓ２）の制御端子の双方に前記第３のレベルを形成して、これにより、前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）が開放される、
ように切り替え、
前記駆動回路（２００）は、前記入力端子（ＩＮ）と前記第１のスイッチ（Ｓ１）の前記制御端子との間に接続された第３のスイッチ（Ｓ３）と、前記入力端子（ＩＮ）と前記第２のスイッチ（Ｓ２）の前記制御端子との間に接続された第４のスイッチ（Ｓ４）とを含み、
前記第３のスイッチ（Ｓ３）は、前記入力端子（ＩＮ）に前記第１のレベルが生じた場合に閉成され、前記第４のスイッチ（Ｓ４）は、前記入力端子（ＩＮ）に前記第２のレベルが生じた場合に閉成される、
ことを特徴とする方法。

【請求項12】

制御装置のテストのための、請求項１から８までのいずれか１項記載のレベル変換器の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両制御装置用のレベル変換器ならびに車両制御装置におけるレベル値を変換する方法、特に安全性に関するシステム内の（３つの状態を有する）トライステートレベル変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車技術、特に安全性に関するシステムでは、レベル値を調整可能な複数のレベルまたは状態に設定することがしばしば要求される。例えば、０Ｖもしくは５Ｖの電圧値または高オーム状態が挙げられる。安全性に関するシステムには、例えば、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ＥＢＳ（電子ブレーキシステム）、ＥＳＰ（電子安定化プログラム）またはトランスミッション調整装置が含まれる。

【0003】

３つの状態（いわゆるトライステートシステム）への言及した変換は、例えば３つの異なる電圧値を有するアナログ信号を生じさせるため、または当該アナログ信号を定義されたレベルへ移行させるために利用される。個々の電圧値への切り替えは、信号線路（コンピュータポート）、例えばＥＢＳ５．ｘおよびＥＢＳ７によってトリガされる。同様に、レベル変換は、２つの電圧レベルで集積回路およびコンピュータポートを用いて達成可能であるか、または３つの電圧レベルで２つのコンピュータポートを用いて達成可能である。

【0004】

なお、唯一の信号線路を用いた３つの電圧値（トライステート）についてのレベル変換の需要が存在する。さらに、こうしたレベル変換において、コストおよびリソースの増大がないとよい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

従来のシステムの上述した問題の少なくとも一部は、請求項１記載のレベル変換器および請求項１３記載のレベル値を変換する方法により解決される。

【0006】

本発明は、車両制御装置用のレベル変換器に関する。当該レベル変換器は、第１の電圧端子、第２の電圧端子、入力端子および少なくとも１つの出力端子を有する。また、当該レベル変換器は、第１のスイッチと第２のスイッチとを含む。第１のスイッチは、第１の電圧端子と少なくとも１つの出力端子（または複数の出力端子のうち１つの出力端子）との間の第１の電流路を切り替えるように構成されている。第２のスイッチは、第２の電圧端子と少なくとも１つの出力端子（または複数の出力端子のうち別の出力端子）との間の第２の電流路を切り替えるように構成されている。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、入力端子での種々のレベルに応答して、（ｉ）入力端子に第１のレベルが生じた場合、第１のスイッチが閉成されかつ第２のスイッチが開放され、（ｉｉ）第２のレベルが生じた場合、第１のスイッチが開放されかつ第２のスイッチが閉成されるように切り替えを行う。

【0007】

本発明においては、２つの素子間に接続されたスイッチとは、制御信号に応答して２つの素子間（例えば第１の電圧端子または第２の電圧端子と対応する出力端子との間）の電流路を開閉する電気モジュールであると理解されたい。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、入力端子での電圧レベルの変化に応答して相補的に切り替え可能である。当該切り替えは例えば同時に行うことができるが、レベル変化における時間ずれを伴って（連続して）行うこともできる。ただし、２つのスイッチは同時に閉成されてはならない。

【0008】

第１のスイッチおよび第２のスイッチは、入力端子に第３のレベルが生じた場合、双方とも開放されるように構成可能である。選択手段として、当該第３のレベルは、第１のレベルと第２のレベルとの間にあってよい。

【0009】

レベルとは、例えば所定の電圧値であると理解することができる。なお、レベルは所定の電圧値の領域内にあってよく、ここで、言及した領域内の任意の電圧に対して、定義された回路状態（開閉）が生じる。したがって、３つのレベルは入力端子での電圧値の３つの領域を定義することができ、当該３つの領域に対して入力端子での所望のレベル値が得られる。複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子は常に高オームであり、この場合、対応するレベル値は（高オームでない）他の出力端子に生じる。所望のレベル値は、第１の電圧端子および第２の電圧端子での電圧値によって達成される。特に、入力端子での３つのレベル値は、第１の電圧端子および第２の電圧端子での電圧値との相関を要しない。例えば、入力端子でのロー（ハイ）レベルから出力端子でのハイ（ロー）レベルを生じさせることもできる。

【0010】

別の実施例では、切り替え動作を生じさせる駆動回路を設けることができる。スイッチ自体と駆動回路とは、種々のモジュール（例えば１つまたは複数のトランジスタ）を有することができ、これにより個々の切り替え動作は基本的に任意に構成可能である。したがって、入力端子でのロー（ハイ）レベルから出力端子でのロー（ハイ）レベルを生じさせることもできる。

【0011】

第１のスイッチおよび第２のスイッチは、それぞれ第１のスイッチおよび第２のスイッチを制御信号に応答して切り替えるためのそれぞれ１つの制御端子を有することができる。選択手段として、当該レベル変換器は、第１のスイッチの制御端子および第２のスイッチの制御端子を駆動する基準電圧ユニットを有する駆動回路を含む。基準電圧ユニットは例えば第３のレベルを形成するように構成され、これにより、入力端子が高オームに接続された場合、第１のスイッチおよび第２のスイッチが開放される。基準電圧ユニットにより、入力端子に信号が生じない場合（すなわち入力端子が高オームである場合）、第１のスイッチおよび第２のスイッチの開放が達成される。

【0012】

選択手段として、駆動回路は、入力端子と第１のスイッチの制御端子との間に接続された第３のスイッチ、および入力端子と第２のスイッチの制御端子との間に接続された第４のスイッチを含む。第３のスイッチは、入力端子に第１のレベルが生じた場合に閉成可能である。第４のスイッチは、入力端子に第２のレベルが生じた場合に閉成可能である。選択手段として、基準電圧ユニットは、第３のレベルの達成のための基準電圧を送出する第３の電圧端子および第４の電圧端子を有する分圧器を含む。

【0013】

選択手段として、分圧器、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、次の電圧、すなわち第３の電圧端子に生じうる３Ｖから５Ｖの領域の電圧、第４の電圧端子および第２の電圧端子に生じうるアース電位、および第１の電圧端子に生じうる少なくとも５Ｖ（または１０Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖ、３２Ｖ、…）の電圧によって駆動可能である。

【0014】

第１のスイッチおよび／または第２のスイッチおよび／または第３のスイッチおよび／または第４のスイッチは、選択手段としてのトランジスタであるかまたはこれを含み、ここで、第１のスイッチのトランジスタは第２のスイッチのトランジスタに対して相補的であり、第３のスイッチのトランジスタは第４のスイッチのトランジスタに対して相補的である。各トランジスタは、バイポーラトランジスタであっても電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。

【0015】

選択手段として、当該レベル変換器は、
・入力端子（または第３のスイッチ）と第１のスイッチの制御端子との間の第１の抵抗、
・入力端子（または第４のスイッチ）と第２のスイッチの制御端子との間の第２の抵抗、
・第１のスイッチの制御端子と第１の電圧端子との間の第３の抵抗、
・第２のスイッチの制御端子と第２の電圧端子との間の第４の抵抗、
・入力端子と第３のスイッチの制御端子および／または第４のスイッチの制御端子との間の第５の抵抗、
・第３の電圧端子と第３のスイッチの制御端子との間の第６の抵抗、および
・第４の電圧端子と第４のスイッチの制御端子との間の第７の抵抗
のうち１つまたは複数の抵抗を有する複数の抵抗を含む。

【0016】

さらに、当該レベル変換器は、第１のスイッチと第２のスイッチとの間に、第８の抵抗を含むことができる。同様に、当該レベル変換器は、第１のスイッチと出力端子との間に、当該出力端子と第１の電圧端子との間での逆流電流（すなわち、第１のスイッチの閉成時に流れる電流に対して反対向きの電流）を阻止するように構成されたダイオードを含むことができる。

【0017】

選択手段として、少なくとも１つの出力端子が、２つの出力端子すなわち１つの出力端子と別の出力端子とを含むことができ、この場合、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、入力端子での種々のレベルに応答して、複数の出力端子のうち少なくとも１つの出力端子が高オームに接続されるように切り替え可能である。

【0018】

本発明はまた、上述したレベル変換器を有する、車両用の制御装置、特に商用車用の制御装置に関する。同様に、本発明は、こうした制御装置を備えた商用車にも関する。

【0019】

本発明はさらに、車両制御装置におけるレベル値を変換する方法にも関する。当該方法は、
・第１のスイッチにより、第１の電圧端子と出力端子または複数の出力端子のうち１つの出力端子との間の第１の電流路を切り替えるステップ、および
・第２のスイッチにより、第２の電圧端子と出力端子または複数の出力端子のうち別の出力端子との間の第２の電流路を切り替えるステップ
を含み、ここで、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、入力端子での種々のレベルに応答して、
・入力端子に第１のレベルが生じた場合、第１のスイッチが閉成されかつ第２のスイッチが開放され、
・第２のレベルが生じた場合、第１のスイッチが開放されかつ第２のスイッチが閉成される
ように切り替えられる。

【0020】

本発明はさらに、制御装置のテストのための、特に短絡検出のための、上述したレベル変換器の使用にも関する。種々のレベル値により、種々の電位レベルへの短絡、すなわちアースへの短絡または動作電圧への短絡のいずれが発生しているかを（例えば電流測定により）検出することができる。

【0021】

各実施例により、従来技術に比べて、特に次の利点が提供される。
・３ステートレベル変換を行うのに唯一の信号線路（コンピュータ‐ＰＩＮ）しか必要ない。これにより、コンピュータリソースが節約される。
・当該レベル変換器は、離散的なモジュールを利用可能であるので、任意の出力電圧への変換が可能となる。
・基本的に、任意のレベル値、特に入力電圧よりも高いレベル値へのレベル変換を行うことができる。
・３つの入力レベル、例えばロー（０Ｖ）、オープン（高オーム）およびハイ（例えば５Ｖ）での回路の周期的駆動により、当該レベル変換器をテストの目的で利用可能である。この場合、テストすべき回路は、どの電位レベルへの短絡が存在するかを検出するために、相応の電圧レベルで意図的に駆動される。
・特別なモジュールが必要ない。
・例えば、アナログ信号、出力段または電圧制限回路の監視を大きなコストなしに実現することができる。

【0022】

本発明の実施例は、以下の詳細な説明および種々の実施例を示した添付の図面から良好に理解されるが、特定の実施形態に限定されると解されてはならず、単に説明および理解のために用いていると解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施例によるレベル変換器の基本回路図を示す図である。

【図2】スイッチとして相補的なトランジスタを用いる具体的な実現のための一実施例を示す図である。

【図3】図２の実施例の別の選択手段の詳細を示す図である。

【図4】２つの出力端子を有するレベル変換器の別の実施例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１には、本発明の一実施例によるレベル変換器の基本回路図が示されている。当該レベル変換器は、例えば車両制御装置用としてまたは車両制御装置内で利用可能であり、第１の電圧端子１１０、第２の電圧端子１２０、出力端子ＯＵＴ、入力端子ＩＮ、第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２を含む。第１のスイッチＳ１は、第１の電圧端子１１０と出力端子ＯＵＴとの間の第１の電流路を切り替えるために用いられる。第２のスイッチＳ２は、第２の電圧端子１２０と出力端子ＯＵＴとの間の第２の電流路を切り替えるために用いられる。第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２は、入力端子ＩＮでの種々のレベルに応答して、（ｉ）入力端子ＩＮに第１のレベルが生じた場合、第１のスイッチＳ１が閉成されかつ第２のスイッチＳ２が開放され、（ｉｉ）第２のレベルが生じた場合、第１のスイッチＳ１が開放されかつ第２のスイッチＳ２が閉成されるように切り替え可能である。

【0025】

第１のレベルは例えば高電圧であってよく、第２のレベルは例えば低電圧であってよい。また、第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２は、その間にある第３のレベルで開放されるように選択可能である。

【0026】

第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２はさらに、双方とも入力端子ＩＮに結合されたそれぞれ１つの制御端子を有する。当該制御端子には、例えば、言及した、所望の切り替え動作を生じさせるレベルが生じる。

【0027】

つまり、図示のレベル変換器は、入力端子ＩＮを図示のように駆動することにより、出力端子ＯＵＴの３つの状態を変換することができる。第１の状態は、例えば、第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２の双方が開放され、これにより出力端子ＯＵＴが高オームとなる（定義された電圧値が生じない）ことにより定められる。第２の状態は、例えば、第１のスイッチＳ１が閉成されるが第２のスイッチＳ２は開放されたままとされることにより達成可能であり、このことは入力端子ＩＮでの相応のレベル値により達成される。当該第２の状態により、出力端子ＯＵＴに第１の電圧端子１１０からの電圧値＋Ｖが生じる。第３の状態は、第１のスイッチＳ１が開放されかつ第２のスイッチＳ２が閉成されることにより達成可能であり、これにより出力端子ＯＵＴでのレベル値が第２の電圧端子１２０に生じる電圧（例えばアース電位）に設定される。第１の電圧端子１１０の電圧＋Ｖは任意に選定可能である。

【0028】

こうした回路スキーマは、例えば、スイッチＳ１，Ｓ２が相互に相補的に構成されており、すなわち一方のスイッチが開放されかつ他方のスイッチが閉成される際に常に１つのレベル値が存在するが、２つのスイッチが同時に閉成されえないことにより達成可能である。なお、選択手段として、スイッチ双方を開放することもできる（例えば、入力端子ＩＮに定義された電圧値が生じない場合である）。

【0029】

入力端子ＩＮには、例えば、冒頭で言及したコンピュータポート（信号線路）が接続可能であり、これによりレベル変換器は当該信号線路によって制御可能となる。

【0030】

図２には、言及した相補的な回路動作のための可能な実現形態が示されている。このために、第１のスイッチＳ１が第１のトランジスタとして、第２のスイッチＳ２が第２のトランジスタとして構成されており、各トランジスタは相互に相補的である。例えばトランジスタはバイポーラトランジスタであってよく、ここで、第１のトランジスタＳ１はｐｎｐ（またはｎｐｎ）トランジスタであるのに対して、第２のトランジスタＳ２は相応にｎｐｎ（またはｐｎｐ）トランジスタである。図示のバイポーラトランジスタはもちろん電界効果トランジスタによっても置換可能である。

【0031】

図２の実施例では、レベル変換器はさらに、第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２の駆動を担当する駆動回路２００を含む。ここで、駆動回路２００は、入力端子ＩＮへの１つの入力側と少なくとも２つの出力側とを含み、出力側の１つは第１のスイッチＳ１の制御端子（バイポーラトランジスタのベース）に結合されており、もう１つは第２のスイッチＳ２の制御端子（バイポーラトランジスタのベース）に結合されている。

【0032】

また、駆動回路２００は、第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４を含む。第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４は、入力端子ＩＮに電気的に接続されたそれぞれ１つの制御端子を含む。なお、第３のスイッチＳ３は、入力端子ＩＮと第１のスイッチＳ１の制御端子との間に接続されている。第４のスイッチＳ４も同様に、入力端子ＩＮと第２のスイッチＳ２の制御端子との間に接続されている。

【0033】

駆動回路２００はさらに、とりわけ入力端子ＩＮに定義されたレベル値が生じない場合、第３のスイッチＳ３の制御端子および第４のスイッチＳ４の制御端子のための電圧値を形成する基準電圧ユニット２２０を含む。基準電圧ユニット２２０は、例えば、第３の電圧値（例えば３．３Ｖ）を予め定められた電圧値へ変換する分圧器であり、当該予め定められた電圧値は、入力端子ＩＮが高オームであるとき、第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４の双方が開放されて、第１のスイッチＳ１の制御端子および第２のスイッチＳ２の制御端子の双方に第３のレベル値が生じるように選定されており、これにより第１のスイッチおよび第２のスイッチが開放される。

【0034】

さらに、図２のレベル変換器は全部で８つの抵抗を含み、当該抵抗は例えば次のように配置可能である。第１の抵抗Ｒ１は、第１のスイッチＳ１の制御端子と第３のスイッチＳ３（例えば例示のトランジスタのソース端子またはドレイン端子）との間に配置されている。第２の抵抗Ｒ２は、第２のスイッチＳ２の制御端子と第４のスイッチＳ４（例えば例示のトランジスタのソース端子またはドレイン端子）との間に配置されている。第３の抵抗Ｒ３は、第１の電圧端子１１０と第１のスイッチＳ１の制御端子との間に配置されている。第４の抵抗Ｒ４は、第２の電圧端子１２０と第２のスイッチＳ２の制御端子との間に接続されている。第５の抵抗Ｒ５は、入力端子ＩＮと第３のスイッチＳ３の制御端子または第４のスイッチＳ４の制御端子との間に接続されている。第６の抵抗Ｒ６および第７の抵抗Ｒ７は、例示の基準電圧ユニット２２０内の分圧器の部分であって、第３の電圧端子１３０と第４の電圧端子１４０との間に直列に接続されており、ここで、第６の抵抗Ｒ６と第７の抵抗Ｒ７との間には第３のスイッチＳ３の制御端子および第４のスイッチＳ４の制御端子への電流路が形成されている。第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２との間には、選択手段として、（例えば第１のスイッチＳ１と出力端子ＯＵＴとの間に）第８の抵抗Ｒ８が配置されている。第８の抵抗Ｒ８は、例えば入力端子ＩＮでの（ローからハイへの、または逆の）切り替えが行われた場合に、第１の電圧端子１１０と第２の電圧端子１２０との間の電流を制限する。

【0035】

図２の実施形態では、すべてのスイッチ、すなわち第１のスイッチＳ１、第２のスイッチＳ２、第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４が、例えばトランジスタ（バイポーラまたは電界効果トランジスタ）によって形成されており、第１のトランジスタＳ１は第２のトランジスタＳ２に対して相補的であり、第３のトランジスタＳ３は第４のトランジスタＳ４に対して相補的である。

【0036】

図３にはレベル変換器の別の実施例が示されており、当該実施例は、第８の抵抗Ｒ８と出力端子ＯＵＴとの間に、選択手段としての、出力端子ＯＵＴから第１の電圧端子１１０へ流れうる電流を阻止するかまたは当該電流を少なくとも制限するダイオードＤ１が設けられている点のみが異なっている。それ以外では他のすべての素子が図２と同様に構成されているので、繰り返しての説明は省略する。

【0037】

図４には、２つの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を有するレベル変換器の別の実施例が示されており、ここで、第１のスイッチＳ１は、第１の電圧端子１１０と一方の出力端子ＯＵＴ１との間の第１の電流路を切り替える。第２のスイッチＳ２は、第２の電圧端子１２０と他方の出力端子ＯＵＴ２との間の第２の電流路を切り替える。なお、切り替え動作はこの場合も、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の少なくとも一方が常に高オームに接続されるように行われる。他のすべての素子は上述した実施例と同様に構成されている。特に、第１の電流路および／または第２の電流路に沿って、この場合も（例えば第１のスイッチＳ１または第２のスイッチＳ２と対応する出力側ＯＵＴ１または出力側ＯＵＴ２との間に）第８の抵抗Ｒ８またはダイオードＤ１を設けることができる。２つの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の単純な接続により、上述した構成が得られる。

【0038】

第１の電圧源１１０では、上述したように、約５Ｖの電圧値を形成することができる。またより高い電圧値（基本的には任意の電圧値）も第１の電圧源１１０で形成可能である。つまり、例えば約１０Ｖ、約２０Ｖまたは約３２Ｖの電圧値を第１の電圧源１１０で形成可能である。第２の電圧端子１２０と第４の電圧端子１４０とには、例えば基準電圧（例えばアース）が生じ、第３の電圧端子１３０には例えば３．３Ｖの電圧値が生じる。３．３Ｖの電圧値は、分圧器により例えば１．６５Ｖの電圧値へ分割され、これにより入力端子ＩＮがオープンであるかまたは当該入力端子ＩＮに同様に約１．６５Ｖの電圧値が生じる場合、第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４の双方が開放され、よって出力端子ＯＵＴが高オームとなる。スイッチＳ１〜Ｓ４に利用されているトランジスタに応じて、所定のレベル値に対する切り替え動作が行われる。第１のレベル値は、入力端子に０Ｖ（アース）から第１の上方電圧値（例えば１．２Ｖ）までの電圧値が生じることにより定義可能である。出力端子ＯＵＴは、第１の電圧値と第２の電圧値（例えば２Ｖ）との間では高オームとなり、第２の電圧値（例えば２Ｖ）を上回るとアースへ引かれる。

【0039】

各抵抗は、例えば次のように選定可能である。第１の抵抗Ｒ１は２１．５ｋΩの値を有することができ、第２の抵抗Ｒ２は４．６４ｋΩの値を有することができ、第３、第４および第５の抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５はそれぞれ１０ｋΩの抵抗値を有することができ、第６および第７の抵抗Ｒ６，Ｒ７はそれぞれ４．６４ｋΩの値を有することができ、第８の抵抗は４６４Ωの値を有することができる。これらの値は例示に過ぎず、他の実施例では別様に選定可能であることを理解されたい。

【0040】

言及した抵抗値および電圧値は例示に過ぎず、任意の他の値に相応に適応化可能である。特に、言及したすべての値は、±３％または±１０％または±５０％のトレランス領域を含んでよい。

【0041】

レベル変換器が３つの状態を取る相応の領域は、利用されるトランジスタに応じて、抵抗により調整可能である。例えば、入力端子ＩＮでは、所望の３つの状態を切り替えるために、０Ｖから３．３Ｖまでの電圧値が利用可能である。述べたように、１．２Ｖ〜２Ｖの電圧領域では第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４は開放可能であり、これにより第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２が開放され、出力端子ＯＵＴに定義された電圧値が生じない（当該状態がオープンである）。０Ｖ近傍の電圧値（アース）または１．２Ｖ未満の電圧値が入力端子ＩＮに生じると、例えば第３のスイッチＳ３が閉成可能となり、第４のスイッチＳ４が（これら２つのスイッチは相互に相補的であるので）開放可能となり、これにより第１のスイッチＳ１が閉成されかつ第２のスイッチが開放され、出力端子ＯＵＴに第１の電圧端子１１０からの電圧値＋Ｖが生じる。入力端子ＩＮに２Ｖ超の電圧値または３．３Ｖ近傍の電圧値が生じると、第３のスイッチＳ３が開放されかつ第４のスイッチＳ４が閉成され、これにより第２のスイッチＳ２が閉成され（かつ第１のスイッチＳ１が開放され）、これにより出力端子ＯＵＴに第２の電圧源１２０からのアース電位が生じる。

【0042】

言及した機能は次のようにまとめることもできる。すなわち
１．入力端子ＩＮが開放されたままであるかまたはコンピュータポートがＩｎｐｕｔへ接続されていると、スイッチＳ１〜Ｓ４は導通せず、出力端子ＯＵＴが高オームとなる。
２．入力端子ＩＮがアース（または基準電位ＧＮＤまたはロー）へ引かれると、スイッチＳ１およびスイッチＳ３が導通し、出力端子ＯＵＴに、（第１のスイッチＳ１および場合により設けられるダイオードＤ１の飽和電圧を差し引いた）第１の電圧端子１１０の第１の電圧値＋Ｖが生じる。
３．入力端子ＩＮで電圧が（例えばハイへ）高まり、Ｒ６またはＲ７での＋０．８Ｖの電圧より大きくなると、スイッチＳ２およびスイッチＳ４が導通し、出力端子ＯＵＴに第２のスイッチＳ２の飽和電圧が生じる。

【0043】

ダイオードＤ１は、出力端子ＯＵＴに第１の電圧端子１１０の電圧（すなわち＋Ｖ）よりも高い電圧が生じた場合の短絡防止のためのみに用いられる。第８の抵抗Ｒ８は、入力端子ＩＮでの高電圧レベルと低電圧レベルとの間の切り替えの際に場合により生じる横断電流の制限に用いられる。

【0044】

明細書、特許請求の範囲および図面に開示された本発明の各特徴は、個々に、また任意の組み合わせにおいても、本発明の実現のために重要でありうる。

【符号の説明】

【0045】

１１０，１２０，… 電圧端子
Ｓ１，Ｓ２，… スイッチ
Ｒ１，Ｒ２，… 抵抗
Ｄ１ ダイオード
ＩＮ 入力端子
ＯＵＴ，ＯＵＴ１，… １つまたは複数の出力端子
２００ 駆動回路
２２０ 基準電圧ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】