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特許7504204動的環境を監視および／または制御するための入力／出力装置および方法
(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】
(24)【登録日】2024-06-13
(45)【発行日】2024-06-21
(54)【発明の名称】動的環境を監視および／または制御するための入力／出力装置および方法
(51)【国際特許分類】
G05B 19/042 20060101AFI20240614BHJP
H04L 25/52 20060101ALI20240614BHJP
【ＦＩ】
G05B19/042
H04L25/52 Z
【請求項の数】
26
(21)【出願番号】P 2022525033
(86)(22)【出願日】2020-11-05
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-23
(86)【国際出願番号】 US2020059221
(87)【国際公開番号】W WO2021092257
(87)【国際公開日】2021-05-14
【審査請求日】2023-03-01
(31)【優先権主張番号】62/931,188
(32)【優先日】2019-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514087599
【氏名又は名称】オプテオン コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ホプキンス，ティー．，エリック
(72)【発明者】
【氏名】シェーファー，ティモシー，エヌ．
(72)【発明者】
【氏名】チョー，ジェフリー
【審査官】大古 健一
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５０７８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４７３６７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ １９／０４ －１９／０５
Ｈ０４Ｌ ２５／００ －２５／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御装置と機械の構成要素との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路であって、プログラミング電圧を前記制御装置から受信するための複数のインターコネクトと、
前記プログラマブルインタフェース回路と前記構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネルと、
前記信号チャネルと連結して第１アナログ信号を前記制御装置から受信するためのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路と、
前記信号チャネルと連結して第１デジタル信号を前記制御装置から受信するためのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路と、
前記信号チャネルを流れる電流量を検出するための電流検出回路であって、前記プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路からの出力のフィードバック制御のために選択可能である、電流検出回路と、を備え、
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を前記信号チャネルに提供するように、または前記第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を前記信号チャネルに提供するように、前記複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１の前記プログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
【請求項2】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、または、
前記信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送信および受信するように、
少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項3】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記第２アナログ信号として、前記信号チャネルを通じて少なくとも２種類の異なるアナログ信号を送信するように、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項4】
前記少なくとも２種類の異なるアナログ信号のうちの第３アナログ信号は、電流由来のアナログ信号である、請求項３に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項5】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記信号チャネルと連結されて前記信号チャネルにより送信される前記第２アナログ信号および前記第２デジタル信号を４ミリアンペア（ｍＡ）～２４ｍＡの出力電流で提供する、少なくとも１つの増幅回路をさらに備える、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項6】
前記プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、第１フィードバック回路経路と、
第２フィードバック回路経路と、
フィードバック入力を有するオペアンプと、
少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいて、前記フィードバック入力を前記第１フィードバック回路経路または前記第２フィードバック回路経路へ接続するよう構成されたマルチプレクサと、を備える、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項7】
前記第１フィードバック回路経路は、前記信号チャネルの電圧を検出し、前記第２フィードバック回路経路は、前記信号チャネルを流れる前記電流量を検出する、請求項６に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項8】
前記プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路は、前記信号チャネルを高論理レベルに駆動するように構成された第１回路と、
前記信号チャネルを低論理レベルに駆動するように構成された第２回路と、を備える、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項9】
前記第２回路は、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいて、前記低論理レベルを前記信号チャネルから絶縁するためのスイッチを含む、請求項８に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項10】
前記プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路は、前記複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数と前記信号チャネルとの間で接続されるトランシーバを備える、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項11】
前記トランシーバは、シングルサイド信号および差動デジタル信号を送受信するように、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、請求項１０に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項12】
前記制御装置と組み合わせられ、前記制御装置は、前記複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介して前記プログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置であり、前記絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御器またはマイクロコントローラを備える、請求項１に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項13】
前記構成要素をさらに備え、前記構成要素は、センサ、モータもしくは作動装置、または撮像装置の少なくとも１つである請求項１２に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項14】
制御装置と機械の構成要素との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路であって、プログラミング電圧を受信するための複数のインターコネクトと、
前記プログラマブルインタフェース回路と前記構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネルと、
前記信号チャネルと連結して第１アナログ信号を前記制御装置から受信するためにプログラム可能なオペアンプを有するプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路と、
前記信号チャネルと連結して第１デジタル信号を前記制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路と、を備え、
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を前記信号チャネルに提供するように、または前記第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を前記信号チャネルに提供するように、前記複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１の前記プログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
【請求項15】
前記プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内で前記第１アナログ信号を受信するための切り替え可能な出力信号ドライバをさらに備え、前記切り替え可能な出力信号ドライバ用のフィードバック信号は、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいて、電流検出モードから電圧検出モードまで切替されるように構成される、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項16】
前記切り替え可能な出力信号ドライバは、前記オペアンプを備える、請求項１５に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項17】
前記信号チャネルを流れる電流量を検出し、前記フィードバック信号を前記電流検出モードの前記切り替え可能な出力信号ドライバに提供するための電流検出回路をさらに備える、請求項１５に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項18】
シングルエンドアンプと差動アンプとの間で切り替えられるように構成されたアンプを含む前記プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内で切り替え可能な受信信号ドライバをさらに備える、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項19】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいてさらにプログラム可能である、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項20】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記信号チャネルを通じて少なくとも２種類の異なる信号伝達のアナログ信号を送信するように、少なくとも第２の前記プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項21】
前記プログラマブルインタフェース回路は、前記信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送受信するように、前記プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項22】
前記プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路と前記プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路を前記信号チャネルと連結するためのプログラマブル信号経路設定／絶縁回路をさらに備える、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項23】
前記プログラマブル信号経路設定／絶縁回路は、前記プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を前記信号チャネルから絶縁するためのトランジスタを備える、請求項２２に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項24】
前記複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介して前記プログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置と組み合わせられる、請求項１４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項25】
前記絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御器またはマイクロコントローラを備える、請求項２４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【請求項26】
前記構成要素をさらに備える、請求項２４に記載のプログラマブルインタフェース回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、２０１９年１１月５日に出願された、「動的環境を監視および／または制御するための入力／出力方法および装置（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）」と題された米国特許仮出願第６２／９３１，１８８号明細書に対する優先権の利益を主張し、当該出願は参照によりその全体が本明細書に援用される。
本願は、２０１９年１１月５日に出願された、「動的環境を監視および／または制御するための入力／出力方法および装置（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）」と題された米国特許仮出願第６２／９３１，１８８号明細書に対する優先権の利益を主張し、当該出願は参照によりその全体が本明細書に援用される。
【0002】
現代の自動化または半自動化された機械の一部（例えば、工場での組み立て、および／または検査ラインなどの産業環境における）は、数十～数百の構成要素を含むことがあり、それらの構成要素は１つまたは複数の遠隔装置により制御および／または監視されていることがある。例えば、異種の構成要素（センサ、作動装置、エンコーダ、モータ、電源、光源、撮像装置、画像処理プロセッサ、コンベヤ、制御装置、信号プロセッサ、信号発生器等）がありえて、データおよび／もしくは制御信号がそれらの構成要素へ送信される、ならびに／または、データおよび／もしくは制御信号がそれらの構成要素から受信されることがある。
【0003】
様々な種類の工場で使用される現代の製造機械は、多数の異なる業者から入手可能な数百のそのような異種の構成要素を備えうる。様々な構成要素の多様なエコシステムにより、現代の機械の設計者は、あらゆる独特な用途に対して特注の構成要素を発明する必要なしにほとんど無限の設計目標の一式を満足することができる、機械の多数の構成要素を組み立てることができる。多数の構成要素から構成されうる機械の例として、製造機械、自律走行車、最新型自動車、航空機、風力タービン、発電所が挙げられる。
【0004】
機械用の構成要素は、高い頻度で任意の一つのエンドユーザ用途で必要となるよりも大量に生産されて、その結果、構成要素の製造に関連する固定費と変動費は削減される。このビジネスモデルは、大量の構成要素が多くのエンドユーザへ販売される、および／または多くの異なるエンドユーザ用途で使用されるという予測に基づいている。大量生産の結果、機械用の多くの構成要素は特定のエンドユーザ用途とは無関係に設計される。そのため、そのような構成要素は典型的には特定の用途に対して最適化されない。設計段階で構成要素が最適化されないことで、比較的多数の構成要素が自動化／半自動化された機械で使用されうるが、構成要素の全機能または全能力が充分に活用されないことがある。さらに、１つまたは複数の含まれている構成要素の機能を適合させて自動化／半自動化された機械に対する特定の設計目標を実現するのに、１つまたは複数の適合する構成要素の追加が必要になることがある。要するに、特注ではない機械の構成要素の一般性によって、そのような構成要素を備える自動化／半自動化された機械にかなりの複雑さとコストが追加されうる。
【発明の概要】
【0005】
本明細書には、自動化／半自動化された機械用のプログラマブル入力／出力インタフェース回路に関連する本発明の装置および方法が記載される。プログラマブルインタフェース回路の例は、例えば、自動化／半自動化された機械の動的環境の制御を支援するのに使用することができて、制御装置と、機械の制御対象である１つまたは複数の構成要素および／またはそこからのデータが受信されうる１つまたは複数の構成要素との間に設置されうる。そのような構成要素は、温度センサ、光センサ、風センサ、圧力センサ、速度センサ、近接検出装置、ひずみゲージ、Ｘ線検出器、放射線センサ、化学センサ、湿度センサ、炎検出装置、煙センサ又はほこりセンサ、光源、ライトカーテン、検流計、エンコーダ、モータ、電源、光源、撮像装置、画像処理プロセッサ、コンベヤ、制御装置、信号プロセッサ、信号発生器、ロボティクス装置等であるが、これらに限定されない、センサや作動装置を備える。一部の実装によれば、本実装のプログラマブルインタフェース回路は、異なる種類の信号伝達（例えば、異なる種類のデジタル／アナログ信号伝達方式）を使用する多種多様な構成要素と連動するように（機械を使用する前、またはリアルタイムで機械が動作中に）プログラムすることができる。一部の実装では、インタフェース回路は異なる種類の信号を同じ信号チャネルを通じて送受信することができる。異なる種類の信号を同じ信号チャネルを通じて送受信する能力により、インターコネクトケーブルをより少なくして、相互接続の複雑さを軽減し、制御装置の設置面積を小さくして、実装および動作のコストを削減して、動作の信頼性をより高くすることができる。
【0006】
要するに、様々な実装は、絶縁通信制御装置と機械の構成要素との間で信号を適応的に交換することのできるプログラマブルインタフェース回路を対象としている。一実装例では、プログラマブルインタフェース回路は、プログラミング電圧を絶縁通信制御装置から受信するための複数のインターコネクトと、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネルとを備える。また、プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルへ接続して第１信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路と、信号チャネルへ接続して第２信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路と、信号チャネルを流れる電流量を検出するための電流検出回路も備える。プログラマブルインタフェース回路は、絶縁通信制御装置から受信した第１信号に基づく第１アナログ信号を信号チャネルへ提供するように、または絶縁通信制御装置から受信した第２信号に基づく第１デジタル信号を信号チャネルへ提供するように、動作中に第１のプログラミング電圧が複数のインターコネクトへ印加された場合に少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である。
【0007】
一実装例では、プログラマブルインタフェース回路は、複数のインターコネクトと、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネルとを備える。また、プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルへ接続して第１信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路と、信号チャネルへ接続して第２信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路も備える。プログラマブルインタフェース回路は、絶縁通信制御装置から受信した第１信号に基づく第１アナログ信号を信号チャネルへ提供するように、または絶縁通信制御装置から受信した第２信号に基づく第１デジタル信号を信号チャネルへ提供するように、動作中に第１のプログラミング電圧が複数のインターコネクトへ印加された場合に少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である。
【0008】
一部の実装は、プログラマブルインタフェース回路を動作させる方法を対象とする。プログラマブルインタフェース回路を動作させる例示の方法は、絶縁通信制御装置から機械の構成要素へ送信する第１信号を受信するようにインタフェース回路をプログラムする第１プログラミング電圧を受信する動作を含むことができて、第１信号はアナログ信号とデジタル信号のいずれかでありうる。この例示の方法はさらに、第１信号を絶縁通信制御装置から受信する動作と、受信した第１信号に基づく第１出力信号をプログラマブルインタフェース回路の信号チャネルへ送信する動作を含むことができて、第１出力信号は受信した第１信号と同じ種類の信号である。また、この例示の方法は、インタフェース回路をプログラムする第２プログラミング電圧を受信して信号チャネルにおいて第２信号を構成要素から受信することであって、第２信号は第１信号とは異なる種類の信号である、受信することと、受信した第２信号に基づく第１入力信号を絶縁通信制御装置へ送信することも含むことができる。
【0009】
本教示の前述および他の態様、実装、ならびに特徴は、以下の説明を添付の図面と併用することでさらによく理解することができる。前述の態様、実装、および特徴と、以下でより詳細に論じられる追加の態様、実装および特徴（そのような態様、実装および特徴は互いに矛盾しないとして）のすべての組み合わせは、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる請求項に係る主題のすべての組み合わせは、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図面は主に例示を目的としており、本明細書に記載される本発明の主題の範囲の制限は意図していないことを当業者は理解するであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本明細書で開示される本発明の主題の様々な態様は、場合によっては、様々な特徴の理解を容易にするために図面において誇張されて示される、または拡大されて示されることがある。図面において、類似の参照文字は概して類似の特徴（例えば、機能的に類似の、および／または構造的に類似の要素）を指す。
【0011】
【図1】機械の自動化のための従来の制御アーキテクチャおよび装置の一部分の例を表す。
【図3】本発明の一部の実装に係る、プログラマブルインタフェースモジュール３１５およびプログラマブルインタフェース回路４４０を含む機械の自動化のための制御アーキテクチャおよび装置の一部分の例を表す。
【図4A】プログラマブルインタフェースモジュール、アナログデジタル変換器、デジタルアナログ変換器、および絶縁通信制御装置を含む、フレックスＩ／Ｏ制御装置のパッケージに対する相互接続の例を表す。
【図4B】図３に示されるプログラマブルインタフェースモジュールの例を表し、モジュールは多数のプログラマブルインタフェース回路を含むことができて、各プログラマブルインタフェース回路は本発明の一部の実装に係る、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路とプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路を含むことができる。
【図7】機械の自動化／半自動化された制御のための、本発明の一部の実装に係る、方法に関連する動作を表す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下には、動的環境を監視および／または制御するための本発明の入力／出力方法および装置に関連する様々な概念、および、この方法および装置の実装の詳細な説明が続く。本明細書で論じられる様々な概念は多くの方法で実装されうることを理解されたい。特定の実装および用途の例は、本明細書では主に例示を目的として提供される。
【0013】
特に、図ならびに前述した実装例および以下の実装例は、本開示の範囲を本明細書で論じられる実装例に限定することは意図していない。記載される、または示される要素の少なくとも一部を交換することにより、他の実装は可能である。さらに、開示される実装例のうちの特定の要素が部分的に、または完全に、既知の構成要素を用いて例示可能である場合は、場合によっては、そのような既知の構成要素のうち本実装の理解に必要なそれらの部分のみが記載され、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、実装例の基礎となる際だった本発明の概念をわかりにくくしないように省略される。
【0014】
図１は、例えば製造施設で実現されうる、機械１５０の自動化のための従来の制御アーキテクチャおよび装置の一部分の簡略化された例を表す。図１では、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）１０５は、機械１５０の構成要素と最終的に通信するために、少なくとも１つの信号変圧器１１０－１と信号を送受信し得る。ＰＬＣを１台のみ図示しているが、そのようなＰＬＣを複数台（例えば、一部の実装においては、ＰＬＣを数十～数百単位で）、製造施設内の様々な場所で配置され得ることを理解するべきである。場合によっては、各ＰＬＣは、複数の信号変圧器１１０－１、１１０－２、…と連結可能で、次に、１つまたは複数の配線用ハーネス１１５により、自動化／半自動化された機械１５０内の構成要素１２０、１３０、１４０と連結する。
【0015】
図１では、説明のために機械１５０が３つの例示の構成要素、すなわちセンサ１２０、ステッピングモータ１３０、および熱制御機器１４０（加熱器および／または冷却器）を含むとして示されている。実際の用途では、機械１５０（および製造施設内の他の機械）は、（一般的には、少なくとも１つまたは複数のセンサ１２０が典型的には機械１５０内に含まれるが）プログラマブル論理制御装置１０５へと連結されたより少ない、もしくはより多い種類の構成要素、および／または異なる種類の構成要素を有しうる。機械１５０の構成要素は、指令信号および／または検出された信号に応答して動的環境で動作する。１つの構成要素の動作は別の構成要素の動作、および／または１つまたは複数のセンサ１２０により検出された動的環境内の変化に依存しうる。
【0016】
図１に示すのと同様の実装では、プログラマブル論理制御装置１０５は、複数のインターコネクト１０８を介して、複数の信号変圧器１１０－１、１１０－２、…１１０－Ｎへ接続及びそれらと通信し得る。信号変圧器は、特定の種類の信号伝達を扱うように設計され得、各種類の信号伝達に対して、信号変圧器の設計を異なるようにし得る。例えば、アナログの第１種類の信号伝達に対して第１信号変圧器１１０－１とデジタルの第１種類の信号伝達に対して第２信号変圧器１１０－２が存在し得る。アナログの第１種類の信号伝達と異なるアナログの第２種類の信号伝達に対して第３の信号変圧器等があり得る。各信号変圧器は、記載の通り、電線および／またはケーブル１１３を配線用ハーネス１１５に直接接続するために使用され得る、複数のピン（例えば、入力／出力信号チャネル用の物理的な導電性インターコネクト）を有し得る。プログラマブル論理制御装置１０５、信号変圧器１１０および配線用ハーネス１１５は、図２Ａの写真で表示されるように見えることがある。典型的には、信号変圧器と機械１５０のそれぞれの構成要素へ接続される異なる数の電線および／またはケーブル１１３が存在しうる。
【0017】
図２Ｂは、写真ではほとんど見えない機材ラック２１０との接続時に起こりうる、配線の密集状態の例を示す。自動化された機械用にプログラマブル論理制御装置１０５、信号変圧器１１０、配線用ハーネス１１５、および他のインタフェース装置を設置するのに、機材ラックおよび／または電子機器用キャビネットがしばしば使用されうる。一部の自動化／半自動化された製造機械では、多数のプログラマブル論理制御装置の信号変圧器、配線用ハーネスを含む多数のラックおよび複雑なケーブル配線（例えば、気が遠くなるような量の相互接続用ケーブルや特注のケーブル用ハーネス一式）が必要となることがある。多数のプログラマブル論理制御装置の信号変圧器および配線用ハーネスが機材ラック２１０に設置される場合、ラックはケーブル配線で非常に混雑してしまうことがあり、点検が非常に難しくなる。最初の設置時の複雑さに加えて、そのような機材の問題解決や修理は、非常に複雑で時間と費用がかかる仕事になりうる。場合によっては、ラック、ケーブル配線、ハーネス、およびＰＬＣは組み立てられて、いくつかの大きく高価な電気キャビネットに収容されて、図２Ａおよび図２Ｂに示されるような装置となることがある。
【0018】
機械の自動化における課題には、自動化／半自動化された機械においていくつかの異種の構成要素を（しばしば、かなり高速の動作速度で）確実に接続、調整、および制御することが含まれうる。そのような課題の克服には、前述したように、機械に対してかなりの技術的時間と、複雑さと、コストが加わりうる。この課題は新しい機械の設計ではより困難になりうる。使用される用途によっては、電力標準および通信標準により、少なくとも部分的にシステムの複雑さの範囲が制約を受けることがある。それでも、数多くの電力標準および／または通信標準を整合させるという仕事は、多数の異種の機械構成要素の存在とそれらの構成要素それぞれの電力要件および通信／信号伝達要件と相まって、かなりの時間と労力とコストをかけざるをえないことがある。
【0019】
様々な工場環境における製造機械を含む自動化のためにシステムにおいて異種の構成要素を組み合わせる複雑さは結果としてできるシステムの信頼性も制限することがあり、より少ない稼働時間と、かなりの修理／保守コストにつながりうることを、出願者は認識し、理解した。そのような低下した信頼性は、いくつかの自動化された従来の異種構成要素から構成されるシステムを用いることにより、機械を動作させることの危険性が増す（例えば、修理に関連する休止時間およびコストのリスクが高まる）ことを意味しうる。
【0020】
自動化／半自動化された機械における構成要素の配置を考案し、それらの異種の構成要素を組み立て、それら構成要素すべてを適切に機能させるというプロセスには、かなりの人的資源が必要とされ、場合によっては、機械そのものの部品コストを上回る。そのような法外な経済状態は自動化／半自動化された機械において自動化を利用するのにかなりの制約であることも、出願者は認識し、理解した。前述の複雑さ、リスク、コストという要因の一部またはすべては、自動化が適用され得る（例えば、工場の自動化／半自動化された環境を超える）経済活動の様々な領域で機械の自動化に対する検討を制約しうる。そのような領域には、限定しないが、職場、家庭、自律走行車、最新型自動車、通信システム、流体を操作または処理するシステム、廃棄物処理施設、発電所、ガス配管網および／または電力網が含まれうる。
【0021】
機械の様々な構成要素の相互接続をさらに検討するなかで、出願者は、多数の工業用イーサネット標準が開発されて制御機械の構成要素（場合によっては「周辺機器」と呼ばれることがある）に効果的に配備されていることも認識し、理解した。一部の構成要素または周辺機器はそのような工業用イーサネット標準に従って制御されうるが、機械の他の構成要素は比較的簡易な制御インタフェースを必要とすることがあり、その例として、限定しないが、シングルエンド接続、二値の電圧ベースの差動接続および電流ベース差動接続、ならびにアナログ電流／電圧信号による信号伝達に対応する制御インタフェースが挙げられる。様々な理由で、これらの接続のすべてではないとしてもほとんどは、データと、場合によっては電力についても自由な流れを許しながらも、構成要素間での電気的絶縁を維持する必要がある。
【0022】
機械の自動化のための多数の異なる構成要素との配線および接続の潜在的な複雑さを考慮し、機械の自動化に関連する上記の課題のうち、プログラマブルインタフェース回路／モジュールを用いて軽減しうるいくつかについて、出願者は認識し、理解した。より安価でより信頼できる自動化／半自動化された機械を迅速に配備することの重要な部分には、少なくともいくつかの基本的システム構成要素の統合を改善することと、（例えば、給電および制御を複雑なケーブル配線を用いて集中型の大きな電気キャビネット内で行うこととは対照的に）ネットワーク化および分散制御を一層活用することと、適応的でプログラム可能な（適応性のある）インタフェース回路を入力／出力の信号伝達に利用することが含まれることを出願者は認識し、理解した。
【0023】
前述の記載内容を鑑みて、図３は、システム構成要素の改善された統合およびネットワーク化と入力／出力の信号伝達用に適応的でプログラム可能な（適応性のある）インタフェース回路を実現する、自動化／半自動化された機械用の装置および制御アーキテクチャの一部分を表す。図３では、システム制御装置３０１は、様々な制御およびプログラミング信号を提供し、機械３５０の１つまたは複数の構成要素から情報を受信する。一部の実装では、システム制御装置３０１は、１つまたは複数のシリアル通信チャネルを介して、有線またはワイヤレスリンク３０５により通信する。システム制御装置３０１として機能する制御装置の例は、ＰＬＣ、パソコン、ラップトップコンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、分散型機械制御装置、またはそれらのいくつかの組み合わせを含むが、これらに限定されない。１つの例示的な実装では、システム制御装置３０１は、（米国）マサチューセッツ州・ケンブリッジのオプテオン社の製品であるマエストロ１６を含み得る。マエストロ１６の制御装置に関する現情報は、www.opteontech.com/seamless-systems/beyond-plcsにアクセスして入手可能である。マエストロ１６が使用する発明の技術は、２０１６年１０月４日に出願された、「動的環境を監視および／または制御するための方法、装置およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ、Ａｐｐａｒａｔｕｓ、ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）」と題された米国特許第９，４５９，６０７に記載があり、当該出願は参照によりその全体が本明細書に援用される。他の利点の中には、マエストロ１６をシステム制御装置３０１に使用すると、機械の自動化用に小型で、費用対効果がよく、遅延が非常に小さい制御策が提供される。
【0024】
図３に示す通り、絶縁通信制御装置３１０は、有線またはワイヤレスリンク３０５により、システム制御装置３０１と信号の送受信が可能である。絶縁通信制御装置３１０は、リンク３０５と機械３５０に最終的に接続する工場配線との間で電気的絶縁（例えば、電圧と電流の絶縁）を提供可能である。一部の実装では、絶縁通信制御装置３１０は、以下でさらに記載する通り、時分割の直列化信号をシステム制御装置３０１から受信し、受信した信号を電気的に絶縁し、直列化した絶縁信号を、モジュール３１５の作動モードをプログラムするために、プログラマブルインタフェースモジュール３１５に印加される並列化したプログラミング電圧に変換可能である。さらに、絶縁通信制御装置３１０は、並列化したデータを１つまたは複数のプログラマブルインタフェースモジュール３１５から受信し、該データを直列化し、リンク３０５を介して、直列化したデータを、システム制御装置３０１に送信するために電気的に絶縁可能である。絶縁通信制御装置３１０は、直列信号を並列信号に、かつその逆に変換するために、信号マルチプレクサを使用し、電気的絶縁を実現するための光遮断器および／または他のオプトアイソレーション回路の構成要素を使用し得る。
【0025】
適応的なプログラマブルなインタフェース回路に関して、絶縁通信制御装置３１０は、異なる種類の信号伝達の制御信号を提供し、給電し、および／または異なる種類の信号伝達の入力信号を、自動化／半自動化された機械３５０内の多種多様の構成要素から受信するために、以下さらに記載の通り、プログラマブルなインタフェース回路４４０、５８０を含むプログラマブルインタフェースモジュール３１５へ接続可能である。プログラマブルインタフェースモジュール３１５およびその回路の有利な態様は、１つまたは複数の適応的信号チャネル（いわゆる「フレキシブル（適応性のある、ｆｌｅｘｉｂｌｅ）Ｉ／Ｏ」チャネル）を含むことで、各信号チャネルは、異なる種類のアナログ信号およびデジタル信号を送信する、および／または受信するようにプログラムすることができる。絶縁通信制御装置３１０とプログラマブルインタフェースモジュール３１５の組み合わせは、本明細書では「フレックスＩ／Ｏ制御装置」４５０として言及され、異なる種類の信号伝達をそれぞれ使用する機械３５０内の１つまたは複数の構成要素との電気的絶縁および多様な信号伝達が可能である。フレックスＩ／Ｏ制御装置４５０の異なる実装では、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、絶縁通信制御装置３１０を備えた同じパッケージ内の回路として組み込まれ得、または絶縁通信制御装置に近接して設置可能な別個のモジュールとしてパッケージ化され得る。
【0026】
１つの態様において、フレックスＩ／Ｏ制御装置４５０により、システム制御装置３０１は、プログラマブルインタフェースモジュール３１５が接続され得る機械３５０のほとんどいかなる構成要素または装置との適合性を実現可能である。以下に記載される本発明の一部の実装によれば、同じ種類のケーブルおよびコネクタを各インタフェースモジュール３１５と構成要素またはインタフェースモジュールが接続されるブレイクアウトボックス３１８との間に使用可能である。図２Ａおよび図２Ｂに示す従来のシステムの実装と比較すると、フレックスＩ／Ｏ制御装置４５０は、したがって、込み入った複雑な配線の配置、そのような配置に関連する様々な課題（破壊または他の破損への脆弱性および破壊および他の破損の解決にかなりの困難さを含む）をそれぞれ生じる多数の信号変圧器を要する問題に対して、素晴らしくロバストな解決策を提示する。
【0027】
図３に示す通り、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は絶縁通信制御装置３１０と機械３５０の１つまたは複数の構成要素３２０、３２５、３３０、３４０との間に置くことができる。一部の実装によれば、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は最大で１６個の機械構成要素と連動するよう構成することができる。しかし、場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は任意の適切な数（例えば２個、４個、５個、６個、８個、９個、１０個、１２個、１６個、２０個、３２個など）の構成要素と連動するよう構成することができる。例えば、図４Ｂに関連して以下でより詳細に論じられるように、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、絶縁通信制御装置３１０と機械構成要素との間の接続に使用されるプログラマブルインタフェース回路４４０のＮ個のコピーを含みうる。場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、絶縁通信制御装置３１０と機械構成要素との間の接続に使用される異なる実装のプログラマブルインタフェース回路５８０のＭ個のコピーをさらに含み得る。ＮおよびＭの値は、一部の実装では、１～５０の間の同じまたは異なる正の整数であり得る。
【0028】
また、機械の自動化のための装置はプログラマブルインタフェースモジュール３１５が接続されるブレイクアウトボックス３１８を含みうる。１つのプログラマブルインタフェースモジュール３１５は、追加のケーブル３１９を用いて、１つまたは複数のブレイクアウトボックス３１８へ接続することができる。一実装例によれば、インタフェースモジュール３１５からの各ケーブル３１９は、最大で４つの機械構成要素との適応性のあるＩ／Ｏ信号伝達に対応可能で、１つのブレイクアウトボックス３１８へ接続することができる。別のケーブル３１４がブレイクアウトボックス３１８から各構成要素３２０、３３０、および３４０へと延びることがある。
【0029】
プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、１つまたは複数のケーブル３１９が接続される１つまたは複数の信号ポート３１７を含むことができる。信号ポート３１７は、異なる種類のアナログ信号および／またはデジタル信号、ならびに電力および基準電位を伝送するために、複数の導電性インターコネクトを備えうる。一実装例によれば、プログラマブルインタフェースモジュール３１５上には最大で４つ、またはより多くの信号ポート３１７が存在可能で、その結果、プログラマブルインタフェースモジュールは適応性のあるＩ／Ｏ信号チャネルを最大で１６個までの機械構成要素へ提供することができるが、より少ない、またはより多い機械構成要素との信号伝達に対応するインタフェースモジュールおよび信号ポート３１７はありうる。
【0030】
一部の実装では、各信号ポート３１７と、各ケーブル３１９、３１４の終端に使用される対となる対応するコネクタに同じ種類のコネクタ（オスまたはメス）を使用することができる。一部の実装によれば、ケーブル３１９は各信号ポートおよび各プログラマブルインタフェースモジュール３１５に対してすべて同じ種類とすることができる。場合によっては、ケーブルは、プログラマブルインタフェースモジュール３１５の標準的なレセプタクル（例えば、ＲＪ－４５、Ｍ８またはＭ１２のメスまたはオスのレセプタクル）へ差し込まれる標準的なイーサネットまたは工業用イーサネットコネクタ（例えば、ＲＪ－４５、Ｍ８またはＭ１２のオスまたはメスのプラグ）を有する８線式もしくは１２線式のイーサネットケーブル、または工業用イーサネットケーブル（例えば、ＣＡＴ５系列またはＣＡＴ６系列のケーブル）とすることができる。したがって、本実装のプログラマブルインタフェースモジュール３１５を用いて（電線や配線用ハーネスなどの）多様な接続装置をかなり簡略化、削減、除去することができる。
【0031】
一部の実装ではイーサネットケーブル以外のケーブルおよびコネクタを用いる、あるいは異なる数の信号線を有するケーブルおよびコネクタを用いることがあることが理解されるであろう。場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５と機械の１つまたは複数の構成要素および／または制御装置３１０との間で１つまたは複数のワイヤレスリンクが実現されることがある。さらに、またはあるいは、適応性のあるＩ／Ｏ信号伝達能力を有する単一のプログラマブルインタフェースモジュール３１５に対して、異なる種類のケーブルおよびコネクタが使用されることがある。
【0032】
一部の実装によれば、プログラマブルインタフェースモジュール３１５と絶縁通信制御装置３１０の間にデータ電力インターコネクト４０１が存在しうる。そのようなインターコネクトは、絶縁通信制御装置とプログラマブルインタフェースモジュールの両方を含むパッケージまたは筐体の中に含まれうる。あるいは、制御装置３１０とインタフェースモジュール３１５が別々にパッケージ化されている場合は、データ電力インターコネクトは１つ、２つ、またはより多くの多線式ケーブルおよびコネクタを用いて作成されうる。
【0033】
上述の通り、図３に示し、本明細書記載の実装に係る、プログラマブルインタフェースモジュール３１５を含む、フレックスＩ／Ｏ制御装置４５０を使用すると、多様な別個の信号変圧器１１０、複雑な配線用ハーネス、多様なコネクタおよびケーブル、および従来の自動化／半自動化された機械アーキテクチャ内で典型的に必要な適合する構成要素を使用する必要性を相当程度削減またはその使用をなくすことができる。そのような使用削減の例は、図３のアーキテクチャを図１のアーキテクチャと比較することで想定することができる。以下でより詳細に記載されるように、自動化の複雑さは、異なる種類のアナログ信号およびデジタル信号を扱うためにチャネルの適応的な（「適応性のある（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）」）制御が可能であるように、絶縁通信制御装置の入力／出力チャネルの機能を本質的に強化することのできるプログラマブルインタフェースモジュール３１５により低減することができる。そのような入力／出力チャネルの適応性は、本明細書では「フレックスＩ／Ｏ」、「適応性のあるＩ／Ｏ信号伝達」、または「適応性のあるＩ／Ｏチャネル」と呼ばれることがある。
【0034】
そのようなフレックスＩ／Ｏ信号チャネルを備える多数の絶縁通信制御装置３１０とプログラマブルインタフェースモジュール３１５が絶縁通信制御装置のネットワークとして共に用いられて、機械の各構成要素の相互接続に関連する複雑さを顕著に小さくすると共に、小さな遅延で動作の信頼性を向上させながら製造用途または他の自動化された用途のための自動化／半自動化された機械を制御することができる。そのような自動化／半自動化された用途には、限定しないが、製造施設、職場、家庭、自律走行車、複数のプロセッサおよび電子制御モジュールを用いる最新型自動車、通信システム、流体を操作または処理するシステム、廃棄物処理施設、発電所、ガス配管網および／または電力網が含まれる。
【0035】
図４Ａは、フレックスＩ／Ｏ制御装置４５０の例を表し、その中では絶縁通信制御装置３１０が少なくとも１つのプログラマブルインタフェースモジュール３１５と共にパッケージ化されている。図は、プログラマブルインタフェースモジュール３１５と絶縁通信制御装置３１０の間のいくつかのインターコネクト４０１の更なる詳細を示す。インターコネクト４０１は、各プログラマブルインタフェース回路４４０上の多数のインターコネクト４０１用の多数の電線（例えばリボンケーブル）を含みうる。一部の実装によれば、プログラマブルインタフェース回路４４０、５８０からのデジタル入力線（ＤＩＮ）は、絶縁通信制御装置３１０へ直接接続することができる。場合によっては、アナログ入力（ＡＩＮ）およびアナログ出力（ＡＯＵＴ）線がアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４８０およびデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）４８２にそれぞれ提供されることがあり、デジタル信号への、またはデジタル信号からの変換が、制御装置３１０との通信用に起こり得る。
【0036】
図４Ｂでは、プログラマブルインタフェースモジュール３１５の例が簡略化されたブロック図を用いて描かれている。プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、プログラマブルインタフェースモジュール３１５の１つまたは複数の構成要素へ印加される供給電圧＋ＶＤＣの値をプログラムするのに使用することができるプログラマブルバイアス回路４０５を含みうる。一部の実装によれば、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、それぞれがプログラマブルアナログ入力／出力回路４１０およびプログラマブルデジタル入力／出力回路４２０を備える１つまたは複数のプログラマブルインタフェース回路４４０、５８０を備えうる。アナログＩ／Ｏ回路４１０およびデジタルＩ／Ｏ回路４２０は、少なくとも一部の導電性インターコネクト４０１を使用して、絶縁通信制御装置３１０から信号を受信する、および絶縁通信制御装置３１０へ信号を送信することができる。プログラマブルインタフェースモジュール３１５はさらにプログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０を含みうる。アナログＩ／Ｏ回路４１０およびデジタルＩ／Ｏ回路４２０により生成される出力信号は、一部の実装に係る信号経路設定／絶縁回路４３０を用いて信号ポート３１７にある１つまたは２つの出力導電性インターコネクト４５２、４５４（それぞれＡＤＩＯ、ＤＩＦＦと名付けられている）へ向かわせることができる。場合によっては、信号経路設定／絶縁回路４３０は、出力インターコネクトのうちの一つ（例えば、インターコネクト４５２）がグランド電位または他の基準電位に対してシングルエンドの信号伝達を提供するように、プログラムすることができる。場合によっては、信号経路設定／絶縁回路４３０は、出力インターコネクトのうちの一つ（例えば、インターコネクト４５４）がグランドまたは一定の基準電圧もしくはグランドへの抵抗性経路を提供して、他の出力インターコネクト上でシングルエンド信号を提供しうるように、プログラムすることができる。一部の実装では、信号経路設定／絶縁回路４３０は、２つの出力インターコネクト４５２、４５４が互いに対して差動伝送方式を可能とするようにプログラムすることができる。
【0037】
一部の実装では、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は単一バージョンのプログラマブルインタフェース回路４４０の多数のコピー（例えば、回路４１０、４２０、４３０のコピー）を含むことができて、各プログラマブルインタフェース回路は１つまたは複数の機械構成要素と通信することができる。一部の実装では、プログラマブルインタフェースモジュール３１５にはプログラマブルインタフェース回路４４０のコピーが少なくとも４つ存在することがあり、その結果、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は８線式のケーブル３１９を用いて４つの機械構成要素と通信するための４つの信号チャネル（最大で８つの導電性インターコネクト４５２、５４５）を有する。それゆえ、インタフェースモジュール３１５へ接続するのに標準的な工業用Ｍ８またはＭ１２ケーブル配線を使用することができる。ただし、本発明のプログラマブルインタフェースモジュール３１５は、インタフェース回路４４０の４つのコピーと標準的なＭ８またはＭ１２ケーブル配線に限定されない。場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５はプログラマブルインタフェース回路４４０のコピーを４つより少なく、または４つより多く有することがある。
【0038】
場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５の中に２つ以上の異なるバージョンのプログラマブルインタフェース回路４４０、５８０のコピーが存在しうる。そのような実装の例が、図５Ｅに関連して以下で説明される。
【0039】
例示のプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０の更なる詳細は図５Ａに示される。一部の実装では、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０は、第１マルチプレクサ５１０と、第２マルチプレクサ５１５と、切り替え可能なアナログ出力ドライバ５２０と、電流センサ５３０と、切り替え可能な受信側信号ドライバ５４０とを備える。第１マルチプレクサ５１０、出力信号ドライバ５２０、および電流センサ５３０を接続して、信号を電圧レベルで符号化（例えば、電圧源として動作する）、または信号を電流レベルで符号化（例えば、電流源として動作する）して信号を出力するプログラマブルまたは切り替え可能な出力信号ドライバを形成することができる。したがって、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０は、アナログ電圧由来の信号またはアナログ電流由来の信号のいずれかを出力できる。受信側信号ドライバ５４０は、シングルエンドアナログ信号または差動アナログ信号を受信するようプログラムすることができる。
【0040】
一部の実装では、第１マルチプレクサ５１０は多重化チップ５１２として具現化することができて、この多重化チップ５１２は２つの入力信号（ＩＮ１、ＩＮ２）のうちの一つを選択してその出力で提供するように（インターコネクトＡＭＯＤＥを介して）プログラムすることができる。そのようなチップの例はＳＮ７４ＬＶＣ１Ｇ３１５７で、多重化動作用に構成された単極双投アナログスイッチであり、テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツから入手できる。ただし、他の多重化回路も場合によっては用いることができる。例えば、汎用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用して、２つの信号のうちの一つを共通出力線上で制御可能に切り替えることができる。多重化チップ５１２が使用される場合、チップからの出力を例えば出力信号ドライバ５２０内のオペアンプ５２２の非反転端子へ接続することができる。多重化チップの（ＡＭＯＤＥと名付けられた導電性インターコネクトへ接続されているのが示される）プログラム可能な「選択」入力を使用して、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０のアナログ電圧モード（例えば、本質的に電圧由来の出力）またはアナログ電流モード（例えば、本質的に電流由来の出力）に対する動作をプログラムすることができる。電圧由来の出力または電流由来の出力を図５Ａの模式図内のインターコネクトＰ３に提供することができて、インターコネクトＰ３は第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）での電圧または電流を制御するためにインターコネクトＰ３を有する回路（図５Ｃに示される）と連結することができる。一部の実装では、図面内の導電性インターコネクトは、プリント回路基板、電線、もしくはコネクタのピン、またはこれらの何らかの組み合わせの上で導電性配線またはパッドとして具現化することができる。
【0041】
第１マルチプレクサ５１０の多重化チップ５１２の第１入力ＩＮ１は、第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）を流れる電流レベルに比例する信号を伝送することができる。電流レベルは、電圧源または電流源＋ＶＤＣと第１出力インターコネクト４５２（回路実装において図５Ａおよび図５ＣのインターコネクトＰ１）の間で接続される線上での電流の流れを検出するために配置される電流検出チップ５３２を有する電流センサ５３０により検出することができる。電流検出チップ５３２の例はＬＴ６１０６電流検出チップであり、以前はカリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されていたが、現在はマサチューセッツ州ノーウッドのアナログ・デバイセズ社から入手できる。ただし、他の電流検出回路（例えば、専用チップの代わりに汎用オペアンプを使用する検出回路）を使用することもできる。図５Ａで示される実装によれば、インターコネクトＰ１を介して第１出力インターコネクト４５２へ電力を供給する電源ラインに抵抗器Ｒ３が置かれている。抵抗器Ｒ３での電圧差を検出して、第１出力インターコネクト４５２を流れる（例えば、インターコネクト４５２へ吐き出される、またはインターコネクト４５２に吸い込まれる）電流に比例する信号を提供することができる。多重化チップ５１２の第２入力ＩＮ２は、プログラマブルインタフェース回路４４０の第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）での電圧レベルに比例する信号を伝送することができる。例えば、第２入力ＩＮ２は、インターコネクトＰ２を用いて第１出力インターコネクト４５２と連結することができる（例えば、１つまたは複数の抵抗器Ｒ１４および受信側信号ドライバ５４０を介して接続される）。
【0042】
第１入力ＩＮ１または第２入力ＩＮ２から信号を選択することで、電流レベル検出または電圧レベル検出のいずれかをフィードバック回路経路においてアナログ出力信号ドライバ５２０内のオペアンプ５２２の非反転端子へ提供することができる。したがって、出力信号ドライバ５２０は、２つの異なるフィードバックループ間で切り替え可能である。電圧レベル検出が使用される（ＩＮ２入力が選択される）場合、プログラマブルインタフェース回路４４０のアナログＩ／Ｏ部分は電圧－電圧モードで動作することができる。そのような場合は、アンプ５２２からの出力電圧は、（例えば、ＡＯＵＴと名付けられた導電性インターコネクトを介して）アンプの反転端子に提供される入力電圧に比例する。場合によっては、絶縁通信制御装置３１０はアナログ信号を直接ＡＯＵＴへ供給することができる（例えば、絶縁通信制御装置は基板に実装されたＤＡＣを含みうる）。他の場合では、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を絶縁通信制御装置３１０からのデジタル信号をＡＯＵＴへ提供されるアナログ信号へ変換するために、（絶縁通信制御装置と図４Ａに描かれたインタフェースモジュールの間で、またはインタフェースモジュール３１５のフロントエンドで）使用することができる。
【0043】
電流レベル検出が使用される（ＩＮ１入力が選択される）場合、プログラマブルインタフェース回路４４０のアナログＩ／Ｏ部分は電流出力モードで動作することができる。そのような構成では、アンプ５２２からの出力電流は、ＡＯＵＴを介してアンプの反転端子に提供される入力電圧に比例する。入力電圧は絶縁通信制御装置３１０または前述したＤＡＣから受信可能である。
【0044】
プログラマブルインタフェース回路４４０の更なる特徴は、少なくとも第１出力インターコネクト４５２（インターコネクトＰ２を介してＡＤＩＯ）上でアナログ信号を受信することができて、受信したアナログ信号を、図４Ａに示されるように、（例えば、インターコネクトＡＩＮを介して）絶縁通信制御装置３１０へ、または対応するデジタル信号を制御装置３１０へ提供するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）へ提供することができるということである。切り替え可能な受信側信号ドライバ５４０を使用して、シングルエンドアナログ信号に対して第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）へ供給される出力信号、または差動アナログ信号に対して両方の出力インターコネクト４５２、４５４（ＡＤＩＯおよびＤＩＦＦ）へ供給される出力信号を監視することができる。例えば、マルチプレクサチップ５１２を有する第２マルチプレクサ５１５を使用して入力ＩＮ１とＩＮ２の間で切り替えを行うことができて、これにより受信側ドライバオペアンプ５４２の異なる構成が提供される。第１入力（ＩＮ１）がインターコネクト（ＡＤＩＦＳＥＬ）へ印加される信号に基づいて選択される場合、オペアンプ５４２の反転端子は基準電位（例えばグランド）へ接続することができる。この構成では、オペアンプは第１出力インターコネクト（ＡＤＩＯ）へ接続されるインターコネクトＰ２を介して検出される信号に対してシングルエンド非反転アンプとして動作する。第２入力（ＩＮ２）が選択される場合、オペアンプの反転端子は第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）へ接続することができる。この構成では、オペアンプ５４２は出力インターコネクト（ＡＤＩＯおよびＤＩＦＦ）間に現れる差動アナログ信号に対して差動アンプとして機能する。場合によっては、第２マルチプレクサ５１２の選択ピン（ＡＤＩＦＳＥＬと名付けられたインターコネクトへ接続されるのが示されている）は代わりに（図５Ｂに示される）トランシーバ５７０の（ＲＸＥＮと名付けられた）インターコネクトへ接続することができて、余分なインターコネクトを回避することができる。
【0045】
切り替え可能な受信側信号ドライバ５４０のオペアンプ５４２からの出力を絶縁通信制御装置へ信号を提供するインターコネクト（ＡＩＮ）へ（または、図４Ａに描かれる絶縁通信制御装置へ信号を提供するＡＤＣへ）提供することができる。アナログ信号を受信、または検出した場合、第１出力インターコネクト４５２は、プログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０に関連して以下でさらに詳細に記載されるように、出力信号ドライバ５２０のオペアンプ５２２の出力およびデジタルＩ／Ｏ回路４２０から絶縁することができる。
【0046】
プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路４２０の例が図５Ｂに示されている。一部の実装によれば、デジタルＩ／Ｏ回路４２０は、調整可能な高レベル論理ドライバ５５０と、低レベル論理ドライバ５６０と、トランシーバ５７０とを含む。高レベル論理ドライバ５５０および低レベル論理ドライバ５６０は、第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）上でシングルエンド論理信号を提供するのに使用することができる。トランシーバ５７０は、第１出力インターコネクト４５２上でシングルエンド論理信号を、または第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）および第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）上で差動論理信号を提供するために使用することができて、シングルエンド論理信号および差動論理信号を受信するのにも使用することができる。
【0047】
アナログおよびデジタルＩ／Ｏ回路の汎用性により、プログラマブルインタフェース回路３１５は、一部の実装では、標準化されたネットワーク通信をサポート可能である。例えば、１つまたは複数のデジタル信号チャネルは、標準的な信号プロトコルにしたがって、ＲＳ４８５通信をサポートするようにプログラム可能である。より具体的な例として、デジタルＩ／Ｏ回路４２０は、２線式ＲＳ－４８５ネットワーキングチャネル用に２つのインターコネクト４５２、４５４を使用して、直線バス技術をサポートするようにプログラム可能である。あるいは、２つのデジタルＩ／Ｏ回路４２０は、４線式の全二重ＲＳ－４８５ネットワーキングチャネルをサポートするようにプログラム可能である。プログラマブルインタフェースモジュールでサポートされ得る他のネットワーキングプロトコルは、ＰｒｏｆｉｂｕｓやＣＡＮバスを含むが、これらに限定されない。
【0048】
一部の実装によれば、調整可能な高レベル論理ドライバ５５０にはカレントミラー５５２およびリレードライバ５５４を実装することができる。カレントミラーおよびリレードライバは、任意の適切な電圧＋ＶＤＣを第１出力インターコネクト４５２上で切り替える（図５Ｃに示される）トランジスタ５８４を（インターコネクトＰ４を介して）駆動することができる。このようにして、カレントミラー５５２およびリレードライバ５５４は、（例えば、ＤＯＵＴＰと名付けられた導電性インターコネクトにおいて）絶縁通信制御装置３１０から受信した高論理値を機械３５０の構成要素が高論理レベルであると解釈するのに適切な任意の電圧レベル＋ＶＤＣへ変換することができる。その構成要素は第１出力インターコネクト４５２へ接続することができる。一部の実装によれば、電圧値＋ＶＤＣは、図５Ｄに関連して以下に記載されるように、ユーザプログラム可能とすることができる。高レベル論理ドライバ５５０に対する他の実装も可能である。場合によっては、絶縁通信制御装置３１０からの出力はトランジスタ５８４を直接駆動するのに充分である可能性があり、カレントミラー５５２およびリレードライバ５５４は必要ではない可能性がある。一部の実装では、カレントミラーおよびリレードライバは、アンプ、ラインドライバ、バッファ、またはそれらの何らかの組み合わせで置き換えることができる。
【0049】
低レベル論理ドライバ５６０には、一部の実装によれば、一部でトランジスタ５６２が実装されることがある。トランジスタは、絶縁通信制御装置３１０から（例えば、導電性インターコネクトＤＯＵＴＮを介して）受信した信号に応答してグランド電位などの低レベル基準電圧を（インターコネクトＰ２を介して）第１出力インターコネクト４５２上で切り替えるように構成することができる。場合によっては、抵抗器Ｒ１７および第２トランジスタＴ８を、第１出力インターコネクト４５２へ接続された構成要素により低論理レベルと解釈されるであろう電圧に対して安全なプルダウン電流を規定するためにトランジスタ５６２と組み合わせて使用することができる。場合によっては、低レベル論理ドライバ５６０を絶縁通信制御装置からの論理信号を反転させるために使用することができる。例えば、トランジスタ５６２は正電圧でオンにされるｎ－ＦＥＴとすることができて、トランジスタ５８２、５８４（図５Ｃ）をオン状態にすることができる。そのような構成では、トランジスタ５６２を駆動する論理信号は第１出力インターコネクト４５２で反転される。トランジスタ５６２がオフ状態にされている場合、トランジスタ５６２は低レベル論理ドライバ５６０の回路を第１出力インターコネクト４５２から効果的に絶縁することができる。
【0050】
トランシーバ５７０には、一部の実装では、トランシーバチップ５７２を実装することができる。トランシーバチップの例は、ＬＴＣ２８７６トランシーバチップであり、以前はカリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されていたが、現在はマサチューセッツ州ノーウッドのアナログ・デバイセズ社から入手できる。
そのようなトランシーバチップは、２つの出力インターコネクト（ＴＲ１、ＴＲ２）上でユーザが選択可能なシングルエンドまたは差動のデジタル送受信を提供することができる。場合によっては、トランシーバチップ５７２を５ボルトの論理レベルまたは３ボルトの論理レベルのデジタル信号を送受信するのに使用することもできる。論理信号レベルは、例えばトランシーバのＶＣＣ供給ピンへ印加される電圧レベルにより設定することができる。トランシーバ５７０は、絶縁通信制御装置３１０へ接続することのできる（ＴＸＥＮ、ＲＸＥＮと名付けられた）プログラマブル入力インターコネクトを有することができて、ＴＸＥＮはトランシーバがデジタル信号を送信、ＲＸＥＮはトランシーバがデジタル信号を受信するようにプログラムするのに使用することができる。トランシーバ５７０はさらに、絶縁通信制御装置３１０へ接続することのできる（ＤＩＮ、ＤＯＵＴと名付けられた）デジタルデータインターコネクトをさらに含みうる。デジタルデータインターコネクトＤＩＮは、機械３５０の構成要素から受信したデジタルデータを絶縁通信制御装置３１０へ送信するのに使用することができる。デジタルデータインターコネクトＤＯＵＴは、絶縁通信制御装置３１０から受信したデジタルデータを機械３５０の構成要素へ送信するのに使用することができる。専用トランシーバチップ５７２が一部の実装に使用されることがあるが、別の実装では、トランシーバ５７０は（パッケージ化されたトランジスタ、抵抗器などの）より基本的な回路部品から作ることができる。
そのようなトランシーバチップは、２つの出力インターコネクト（ＴＲ１、ＴＲ２）上でユーザが選択可能なシングルエンドまたは差動のデジタル送受信を提供することができる。場合によっては、トランシーバチップ５７２を５ボルトの論理レベルまたは３ボルトの論理レベルのデジタル信号を送受信するのに使用することもできる。論理信号レベルは、例えばトランシーバのＶＣＣ供給ピンへ印加される電圧レベルにより設定することができる。トランシーバ５７０は、絶縁通信制御装置３１０へ接続することのできる（ＴＸＥＮ、ＲＸＥＮと名付けられた）プログラマブル入力インターコネクトを有することができて、ＴＸＥＮはトランシーバがデジタル信号を送信、ＲＸＥＮはトランシーバがデジタル信号を受信するようにプログラムするのに使用することができる。トランシーバ５７０はさらに、絶縁通信制御装置３１０へ接続することのできる（ＤＩＮ、ＤＯＵＴと名付けられた）デジタルデータインターコネクトをさらに含みうる。デジタルデータインターコネクトＤＩＮは、機械３５０の構成要素から受信したデジタルデータを絶縁通信制御装置３１０へ送信するのに使用することができる。デジタルデータインターコネクトＤＯＵＴは、絶縁通信制御装置３１０から受信したデジタルデータを機械３５０の構成要素へ送信するのに使用することができる。専用トランシーバチップ５７２が一部の実装に使用されることがあるが、別の実装では、トランシーバ５７０は（パッケージ化されたトランジスタ、抵抗器などの）より基本的な回路部品から作ることができる。
【0051】
デジタルＩ／Ｏ回路４２０は、一部の実装によれば、（インターコネクトＰ２を介して）第１出力インターコネクト４５２と基準電圧（図示の例ではグランド）の間で接続するシャントスイッチ（例えば、トランジスタ５８６）を含みうる。場合によっては、低インピーダンス抵抗器Ｒ４はトランジスタ５８６の電流を伝送する端子と直列で含まれうる。このトランジスタは、第１出力インターコネクト上で低論理レベル値を提供するのに使用することができる。
また、このトランジスタは、（例えば、センサからアナログ信号を受信した場合に）第１出力インターコネクト４５２から受信した電流に対して低インピーダンスのシンクを提供するのに使用することができる。例えば、抵抗器Ｒ４の値は１０オーム～５００オームの間の任意の値とすることができる。低インピーダンス経路は電流検出動作または電流により符号化される通信動作、および差動アナログ電圧の測定で有用となりうる。
また、このトランジスタは、（例えば、センサからアナログ信号を受信した場合に）第１出力インターコネクト４５２から受信した電流に対して低インピーダンスのシンクを提供するのに使用することができる。例えば、抵抗器Ｒ４の値は１０オーム～５００オームの間の任意の値とすることができる。低インピーダンス経路は電流検出動作または電流により符号化される通信動作、および差動アナログ電圧の測定で有用となりうる。
【0052】
一部の実装では、デジタルＩ／Ｏ回路４２０はさらに、第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）と基準電圧（例えば、グランド）の間で接続される第２シャントスイッチ（例えば、図示されていないトランジスタ）をさらに含みうる。この第２シャントスイッチは、例えばシングルエンドの送信または受信で第２出力インターコネクト４５４上で基準電圧を提供するのに使用することができる。デジタルＩ／Ｏ回路４２０は、アナログＩ／Ｏ回路４１０の対応するインターコネクトと接続するインターコネクトＰ２、Ｐ４、Ｐ５を含むことができる。
【0053】
図５Ｃは、プログラマブルインタフェース回路４４０に実装することのできるプログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０の例を示す。一部の実装によれば、経路設定／絶縁回路は、アナログ信号またはデジタル信号を第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）上で切り替える、および／またはアナログ／デジタル回路を第１出力インターコネクト４５２から絶縁するよう構成される複数のトランジスタを備える。例えば、第１トランジスタ５８２は、アナログ信号がアナログＩ／Ｏ回路４１０に入力された（例えば、インターコネクトＡＯＵＴにおいて絶縁通信制御装置３１０から受信されて、図５Ａのアナログ信号ドライバ５２０によりインターコネクトＰ３へ出力される）場合、第１出力インターコネクト４５２上のアナログ信号を駆動するアンプとして構成することができる。第１トランジスタ５８２は、ペンシルベニア州マルバーンのビシェイ・インターテクノロジー社から入手できるＳｉｌｉｃｏｎｉｘ Ｓｉ３４５９ＢＤＶパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワーＦＥＴとすることができる。デジタル信号が第１出力インターコネクト４５２へ提供される場合、第１トランジスタ５８２はオン状態にすることができて、その結果、電圧を経路設定／絶縁回路４３０の第２トランジスタ５８４へ提供することができる。
【0054】
第２トランジスタ５８４（やはりパワートランジスタとすることができて、第１トランジスタ５８２と同じモデルでもよい）は、第１出力インターコネクト４５２上で論理信号を駆動するのに使用することができる。例えば、高レベル論理ドライバ５５０の入力へ印加される（例えば、図５ＢのインターコネクトＤＯＵＴＰにおいて提供される）論理信号は、電圧で変換して、第２トランジスタ５８４により第１出力インターコネクト４５２上で切り替えることができる。
【0055】
信号伝達がアナログＩ／Ｏ回路４１０でも高レベル論理ドライバ５５０でも提供されない場合、第１トランジスタ５８２および第２トランジスタ５８４はオン状態にされて、高電圧レベル＋ＶＤＣを第１出力インターコネクト４５２へ供給することができる。この構成では、一部の実装によれば、デジタル信号インターコネクトＤＯＵＴＮおよび低レベル論理ドライバ５６０は第１出力インターコネクト４５２上の反転した論理信号を駆動するために使用することができる。
【0056】
プログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０のトランジスタおよび低レベル論理ドライバ５６０のトランジスタ５６２は、場合によっては、絶縁スイッチと考えることができる。例えば、これらのトランジスタのうちの関連する方がオフ状態にある場合、そのトランジスタは第１出力インターコネクトをアナログ回路、デジタル回路、および／またはアナログ回路とデジタル回路に関連する電圧レベルから絶縁することができる。これらのトランジスタを使用することで、一部の実装によれば、異なる種類のデジタル信号およびアナログ信号の適応性のあるＩ／Ｏ信号伝達（送信および受信）が１つまたは２つの出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）、４５４（ＤＩＦＦ）を有する同じ信号チャネルを通じて可能となる。
【0057】
前述したように、プログラマブルインタフェース回路４４０で使用可能な（正電圧および負電圧の振幅を提供する回路用に＋ＶＤＣや－ＶＤＣなどの）電圧源は、一部の実装によれば、ユーザプログラム可能とすることができる。図５Ｄは、前述した回路部分のうちの任意の１つまたはそれらの組み合わせに対する供給電圧をプログラムするためのプログラマブルバイアス回路４０５の例を示す。一部の実装によれば、プログラマブルバイアス回路４０５は、バイアス電圧＋ＶＤＣを提供する出力バイアス端子５９８へ接続可能である、第１バイアス電圧（図示の例で＋２４Ｖ）を受信するよう構成されている第１端子５９１および第２バイアス電圧（図示の例で＋５Ｖ）を受信するように構成されている第２端子５９２を含むことができる。他の実装に対しては他のバイアス値を使用可能である。第１トランジスタ５９３は、より高いバイアス値を有する第１端子を出力バイアス端子５９８へ接続するのに使用可能である。ツェナーダイオードＤ８は、より高いバイアス電源が出力端子へ接続された場合に、より低いバイアス電源を出力バイアス端子から効果的に絶縁するのに使用可能である。場合によっては、第２トランジスタ５９５は第１トランジスタ５９３をオンまたはオフにするのに使用可能である（例えば、第１トランジスタで必要とされるゲート電圧が絶縁通信制御装置の論理ドライバにより提供されるゲート電圧より高い場合）。バイアス値は、（ＶＤＳＥＬと名付けられた）論理入力を設定またはクリアすることで選択可能である。単一のプログラマブル論理入力により選択可能な２つのバイアス値のみが示されているが、例えばより多くのトランジスタ、バイアス入力端子、およびプログラマブル論理入力を追加することで、追加のバイアス値を加えて選択することができる。
【0058】
プログラマブルインタフェースモジュール３１５およびそのインタフェース回路４４０を動作させるのに使用可能ないくつかの例示の電圧バイアス値には、限定しないが、２４Ｖ ＤＣ、５Ｖ ＤＣ、および３．３Ｖ ＤＣが含まれる。一部の実装では、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、バイアス電圧を内部的に、絶縁通信制御装置から独立して生成するために、電源回路および／または構成要素を含みうる。そのような実装では、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、機械の局所にあるインターコネクトケーブル３１９、３１４の電線を介してインタフェースモジュールへ接続された構成要素のグランド基準を局所的に共有して、機械のより大部分の範囲で発生しうるグランドの相違を回避することができる。場合によっては、プログラマブルインタフェースモジュール３１５は、やはり、またはあるいは、機械の局所にあるインターコネクトケーブル上の１つまたは複数の電線を介してインタフェースモジュールへ接続された構成要素と１つまたは複数のバイアス電源を局所的に共有可能である。
【0059】
ふたたび図４Ｂを参照すると、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０、プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路４２０、プログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０についての上記の説明から、インターコネクト４０１上での様々な設定により、インタフェース回路４４０を異なる種類のアナログ信号伝達およびデジタル信号伝達を扱うように構成する、またはプログラムすることができることが理解されるであろう。いくつかの例示の設定が次に記載される。記載される設定は、インタフェース回路４４０内の絶縁スイッチを実現するのに使用されるトランジスタの種類および／または数に依存することを当業者は理解するであろう。それゆえ、異なる種類および／または異なる数のトランジスタが絶縁スイッチを実現するのに使用される場合、設定は異なりうる。
【0060】
機械３５０の構成要素へのアナログ信号の送信では、第２トランジスタ５８４はアナログ信号が第１出力インターコネクト４５２へ通過するのを可能とするオン（すなわち、導通）状態にすることができて（例えば、ＤＯＵＴＰが論理的に高い値に設定される）、シャントトランジスタ５８６は基準電位（示される実装ではグランド）を第１出力インターコネクト４５２から絶縁するオフ（すなわち、非導通）状態にすることができて（インターコネクトＣＵＲＳＩＮＫが論理的に低い値へクリアされる）、低レベル論理ドライバ５６０のトランジスタ５６２は低レベル論理ドライバの回路を第１出力インターコネクト４５２から絶縁するオフ状態にすることができる（ＤＯＵＴＮが論理的に低い値へクリアされる）。アナログ信号の送信は、前述した（インターコネクトＡＭＯＤＥ上でなされる）モード選択に従って、電流モードまたは電圧モードとしうるのが理解されるであろう。さらに、アナログデータは、絶縁通信制御装置３１０によってそのような信号をインターコネクトＡＯＵＴへ印加することで時間的に変化する信号として、静的な直流値として、または直流値に重畳された時間的に変化する信号（例えば、直流電流に重畳されたシリアルデータ）として、送信することができる。
【0061】
アナログ信号の受信では、高レベル論理ドライバ５５０の回路、アンプ５２０、電流センサ５３０、および供給＋ＶＤＣを第１出力インターコネクト４５２から絶縁するために少なくとも第２トランジスタ５８４をオフ状態にすることができる（ＤＯＵＴＰが低論理値へクリアされる）。場合によっては、第１トランジスタ５８２もオフ状態にすることができる（ＡＯＵＴが低電圧レベルまたはゼロ電圧レベルへクリアされる）。低レベル論理ドライバ５６０のトランジスタ５６２は、アナログ信号の受信ではオフ状態にすることができる。場合によっては、シャントトランジスタ５８６は、受信した電流に基づくアナログ信号の受信でアナログ電流を吸い込むために、オン状態にすることができる（ＣＵＲＳＩＮＫが論理的に高い値へ設定される）。あるいは、第３トランジスタ５８６は、受信した電圧に基づくアナログ信号の受信でオフ状態にすることができる（ＣＵＲＳＩＮＫが論理的に低い値へ設定される）。さらに、アナログデータは、時間的に変化する信号として、一時的に静的な値として、または一時的に静的な値に重畳された時間的に変化する信号として受信することができる。一時的に静的な値は、１マイクロ秒～１０秒の期間にわたって値の変化がないことがある。
【0062】
時間的に変化する信号が一時的に静的な値に重畳される場合、アナログ信号を受信するために絶縁通信制御装置により適切なデジタルフィルタ処理をすることで、直流電流または直流電圧に重畳されたシリアルデジタル情報も読み出しながら直流電流情報または直流電圧情報を読み出せるようにすることができる。シリアルデジタル情報は、一部の実装によれば、４ｍＡ～２０ｍＡの範囲の直流電流の±１ｍＡの変調として、信号の送信および／または受信で重畳されうる。３００ボー～２３０．４キロボーのボーレートおよびより高いレートで重畳されたデータは、一部の実装によれば、絶縁通信制御装置または機械の構成要素により受信して復号化することができる。
【0063】
ＬＴＣ２８７６トランシーバチップなどのトランシーバチップ５７２がトランシーバ５７０で使用される場合、アナログ信号を送信および受信する間はその出力を高インピーダンス状態にするのが望ましいことがある。これは、ＬＴＣ２８７６トランシーバチップではチップの受信側イネーブルピン（示される実装ではインターコネクトＲＸＥＮへ接続される）を高論理レベルとして、チップの送信側イネーブルピン（図ではインターコネクトＴＸＥＮへ接続される）を低論理レベルにすることで行うことができる。異なるトランシーバチップまたはトランシーバ構成では他の設定が必要になることがある。
【0064】
トランシーバ５７０を介した差動信号の送信および受信では、高レベル論理ドライバ５５０の回路、アンプ５２０、電流センサ５３０、および供給＋ＶＤＣを第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）から絶縁するために少なくとも第２トランジスタ５８４をオフ状態にすることができる（ＤＯＵＴＰが論理的に低い値へクリアされる）。場合によっては、第１トランジスタ５８２もオフ状態にすることができる（ＡＯＵＴが低電圧レベルまたはゼロ電圧レベルへクリアされる）。低レベル論理ドライバ５６０のトランジスタ５６２も、差動信号の送信ではオフ状態にすることができる（ＤＯＵＴＮが低論理値へクリアされる）。シャントトランジスタ５８６も、基準電位（この例ではグランド）を差動信号線（ＡＤＩＯおよびＤＩＦＦ）から絶縁するためにオフ状態にすることができる（ＣＵＲＳＩＮＫが論理的に低い値へクリアされる）。
【0065】
差動デジタル信号伝達での送信モードおよび受信モードは、トランシーバチップ５７２のピンの値を設定することで確立される。例えば、ＬＴＣ２８７６トランシーバチップがトランシーバ内で使用される場合、その受信側イネーブルピン（ＲＸＥＮへ接続される）を論理的に低い値へクリアして、その送信側イネーブルピン（ＴＸＥＮへ接続される）を論理的に低い値へクリアすることで、トランシーバは第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）および第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）上で差動デジタル信号を受信して、対応するデジタル信号をチップのデジタル出力（インターコネクトＤＩＮへ接続される）において絶縁通信制御装置３１０へ提供するよう設定される。逆に、トランシーバチップの受信側イネーブルピンを論理的に高い値に設定して、送信側イネーブルピンを論理的に高い値に設定することで、トランシーバはチップのデジタル入力（インターコネクトＤＯＵＴへ接続される）で絶縁通信制御装置３１０から受信したデジタル信号を差動デジタル信号として第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）および第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）へ接続される構成要素へ送信するよう設定される。異なるトランシーバ構成では他の設定が必要になることがある。
【0066】
シングルエンドデジタル受信は、一部の実装によれば、トランシーバ５７０を用いて行うことができる。例えば、ＬＴＣ２８７６トランシーバチップがトランシーバ内で使用される場合、その受信側イネーブルピン（ＲＸＥＮへ接続される）を論理的に低い値へクリアして、その送信側イネーブルピン（ＴＸＥＮへ接続される）を論理的に低い値へクリアすることで、トランシーバは第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）上でシングルエンドデジタル信号を受信するよう設定される。また、第２トランジスタ５８４、第３トランジスタ５８６、および任意選択で第１トランジスタ５８２も、それぞれの回路を絶縁するためにクリアされうる。この構成では、論理的に高い値は、第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）上の電圧レベルが（示される実装では、分圧器５６７のために第２出力インターコネクト４５４上の）＋ＶＤＣの値の半分より大きい場合にトランシーバの出力（ＤＩＮへ接続される）に現れる。論理的に低い値は、第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）上の電圧レベルが＋ＶＤＣの値の半分より小さい場合にトランシーバの出力（ＤＩＮへ接続される）に現れる。ある送信機からシングルエンドデジタル信号を受信する際に電流プルアップが必要な場合、第１トランジスタ５８２および第２トランジスタはオン状態へ設定されることがある。ある送信機からシングルエンドデジタル信号を受信する際に電流プルダウンが必要な場合、低レベルデジタルドライバ５６０のトランジスタ５６２はオン状態へ設定されることがある。
【0067】
シングルエンドデジタル送信は、前述したように高レベル論理ドライバ５５０および／または低レベル論理ドライバ５６０を用いて行うことができる。シングルエンドデジタル送信を可能にするインターコネクトの設定は、当業者には前述の説明から明らかであろう。シングルエンドデジタル送信を行う場合、トランシーバ５７０の出力は、前述したように高インピーダンス状態にすることができる。＋ＶＤＣに対する電圧レベルを選択することで、シングルエンドデジタル送信をユーザがプログラムした論理的に高い電圧レベルで行うことができる。
【0068】
必要に応じて、絶縁通信制御装置３１０とプログラマブルインタフェースモジュール３１５の間のインターコネクト４０１のうちの１つまたは複数を絶縁通信制御装置の出力および／または他の部分からある程度電気的に絶縁することができる。例えば、（例えば、不要な直流電圧または直流電流から絶縁するため、および／または信号のクロストークを防ぐために）光電子工学的絶縁、容量性絶縁、もしくは誘導性絶縁、またはこれらの何らかの組み合わせを使用して、ある程度の電気的絶縁を提供することができる。
【0069】
一部の実装では、デジタルＩ／Ｏ回路の２つの変形をインタフェースモジュール３１５で使用することができる。図５Ｅは、図５Ｂに示されるデジタルＩ／Ｏ回路の変形を表す。図５ＥのデジタルＩ／Ｏ回路５８０は高レベル論理ドライバ５５０および低レベル論理ドライバ５６０を含むが、トランシーバチップ５７２は含まない。代わりに、デジタルＩ／Ｏ回路５８０は一対のツェナーダイオードＤ２０、Ｄ２１を使用して、受信した電圧を約３ボルトに保つ。一対のダイオードは、構成要素の送信機により出力された非常に広範囲の信号電圧から受信したシングルエンドデジタル信号を絶縁通信制御装置３１０に対して適切なデジタル入力信号レベルへ変換するロバストな手段を提供する。
示される例では、受信したシングルエンドデジタル信号はおよそ３ボルトへ下げることができる。ツェナーダイオードの対に異なる供給電圧を与えることで、受信したシングルエンドデジタル信号を他のデジタル電圧値（例えば、５ボルト、１．８ボルト、１．５ボルトなど）へ下げることができる。
示される例では、受信したシングルエンドデジタル信号はおよそ３ボルトへ下げることができる。ツェナーダイオードの対に異なる供給電圧を与えることで、受信したシングルエンドデジタル信号を他のデジタル電圧値（例えば、５ボルト、１．８ボルト、１．５ボルトなど）へ下げることができる。
【0070】
図５ＥのデジタルＩ／Ｏ回路５８０は、（例えば、差動デジタル信号伝達が必要ない場合に）シングルエンドデジタル送信・受信で使用されうる。デジタルＩ／Ｏ回路５８０は、プログラマブルインタフェースモジュール３１５の何らかのインタフェース回路４４０内の前述したアナログＩ／Ｏ回路４１０と共に使用することができる。
【0071】
一部の実装では、別の回路をプログラマブルインタフェースモジュール３１５の一部に対して使用することができる。そのような別の回路は、２０１９年１１月５日に出願された「動的環境を監視および／または制御するための入力／出力方法および装置」と題された米国特許仮出願第６２／９３１，１８８号明細書でその明細書の中の図４Ａ、図４Ｂ、および図５に関連して記載されている。図５Ａのアナログ回路の代わりに、アナログＩ／Ｏ信号伝達を実現する別の回路の例が図６Ａおよび図６Ｂに示されている。
【0072】
図６Ａは、絶縁通信制御装置３１０と構成要素３２０、３２５、３３０、３４０の間でアナログ信号を送受信するのに使用可能な、一部の実装に係る別のプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路６１０の例を示す。アナログＩ／Ｏ回路６１０は、電圧電流変換器６４２と（少なくとも部分的にトランジスタを用いて実現されうる）複数のスイッチ６５２、６５４、６５６、６５８を備えうる。一部の実装では、アナログＩ／Ｏ回路６１０は、アナログデジタル変換器４８０とデジタルアナログ変換器４８２の一方または両方と組み合わせられ得る。絶縁通信制御装置３１０がアナログ信号を出力および受信することができる場合、アナログデジタル変換器４８０およびデジタルアナログ変換器４８２は使用されないことがある。一部の実装によれば、アナログＩ／Ｏ回路６１０は、２つの出力インターコネクト６５２、６５４（ＡＮ１、ＡＮ２）上に各ライン（例えば、図示の例では２４Ｖと５Ｖ）上に現れる電圧量を制限することのできるツェナーダイオード電圧リミッタを含みうる。アナログＩ／Ｏ回路６１０はさらに、フィルタ処理、電圧調整、電流調整、および／または電流制限のために抵抗器およびコンデンサを含みうる。
【0073】
図６Ａに係る回路がプログラマブルインタフェース回路４４０内で使用される場合、この回路は図５ＡのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路４１０を置き変えうる。例えば、第１マルチプレクサ５１０、第２マルチプレクサ５１５、アナログ出力信号ドライバ５２０、および電流センサ５３０を取り除いて図６Ａの回路で置き換えることができる。受信側信号ドライバ５４０を取り除く、または非切替式の電圧フォロワまたはアンプへと変更することができる。さらに、プログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０の第１トランジスタ５８２を取り除くことができる。電流制限抵抗器を第２トランジスタ５８４と電圧源＋ＶＤＣの間に保持することができる。図６ＡのプログラマブルＩ／Ｏ回路６１０は、図５ＢのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路４２０と共に動作することができる。例えば、別のプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路６１０の第１出力インターコネクト６３２（Ｐ２）はプログラマブルインタフェース回路４４０の第１出力インターコネクト４５２（ＡＤＩＯ）へ接続することができて、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路６１０の第２出力インターコネクト６３４（ＤＩＦＦ）はプログラマブルインタフェース回路４４０の第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）へ接続することができる。
【0074】
さらに詳細には、電圧電流変換器６４２はアナログ電圧信号を受信して、アナログ電圧信号に比例し、アナログ電圧信号を代表する電流値を有するアナログ電流信号を出力することができる。電流変換器６４２は、機械の構成要素を用いてカレントループ内の信号を駆動して、場合によっては４ｍＡ～２０Ａの電流レベルを、またはほぼそれらの値の間の電流レベルを出力することができる。一部の実装では、電流変換器６４２は、信号伝達に対して０．２ミリアンペア（ｍＡ）～２５ｍＡの電流レベルを、またはほぼそれらの値の間の電流レベルを出力することができる。電流変換器の例は、テキサス州ダラスのテキサス・インスツルメンツから入手できる、ＸＴＲ１１７カレントループ送信機である。電流変換器６４２は、電圧電流変換器６４２を出力から、およびオフ状態にされている（すなわち、開回路または高インピーダンス状態）デジタルＩ／Ｏ回路６１０から絶縁することができる、あるいは電圧電流変換器６４２が絶縁通信制御装置３１０からのアナログ信号を受信してアナログ電流信号を第１出力インターコネクト６３２（Ｐ２）へ出力することができるようにするスイッチ６５２、６５４と共に配置することができる。
【0075】
一部の実装によれば、第１スイッチ６５２は双投スイッチとすることができる。第１位置（インターコネクトＡＭＯＤＥ上の信号により設定またはクリアされる）では、第１スイッチ６５２はアナログ信号へ変換される絶縁通信制御装置からのデジタル出力（ＤＡＯＵＴ）を伝送するインターコネクトを電圧電流変換器６４２の入力へ接続することができる。第２位置では、第１スイッチ６５２は、Ｐ２を介して受信した信号を機械３５０の構成要素へ送信するため、第１出力インターコネクト６３２（Ｐ２）を電圧電流変換器６４２の入力へ接続することができる。
【0076】
第３スイッチ６５６は、例えば構成要素からアナログ信号を受信した場合にグランドへの（抵抗器Ｒ３０を介した低インピーダンス経路などの）電流路を提供するために、または、アナログ信号を構成要素へ送信する場合に基準電圧（例えばグランド）を提供するために使用することができる。第３スイッチは、例えば、インターコネクト（ＧＮＤＥＮと名付けられた）に保持されたプログラミング電圧により、プログラム可能である。また、第４スイッチ６５８もアナログ信号を構成要素から受信した場合にグランドへの電流路を提供するために使用することができる。プログラミング電圧は、プログラミング電圧信号、プログラミング電流信号、またはプログラミング光信号としてではあるが、これらに限定されないものとして、提供され得る。
【0077】
４つのスイッチ６５２、６５４、６５６、６５８の様々な種類のアナログ信号の送信および受信に対する設定は、デジタルおよびアナログ電子機器の分野の当業者には前述の説明から明らかであろう。デジタル信号の送信および受信では、第１スイッチ６５２、第２スイッチ６５４、および第４スイッチ６５８はオフ（開回路または高インピーダンス）状態にされることがある。差動デジタル送受信では、第３スイッチ６５６はオフ状態にされることがある。シングルエンドデジタル送受信およびシングルエンドアナログ送信では、第３スイッチ６５６はオン（短絡、または低インピーダンス）状態にされることがある。４つのスイッチ６５２、６５４、６５６、６５８は、スイッチへ接続されたインターコネクト（それぞれ、ＡＭＯＤＥ、ＡＯＵＴＥＮ、ＧＮＤＥＮ、およびＲＥＦＥＮと名付けられた）に保持されたプログラミング電圧によりプログラム可能である。
【0078】
図６ＢはプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路６１２の別の取りうる実装を表す。図６Ｂの実装は、受信側信号ドライバ５４１が切り替え可能ではないことを除き、図５Ａの実装と似ている。その代わりに、受信側信号ドライバ５４１はフォロワとして構成されているオペアンプ５４２を有する。受信側信号ドライバ５４０、５４１内のオペアンプ５４２は、幅広い出力インピーダンスから信号を調整することができる。図６Ｂの実装では、マルチプレクサ５１２の第２入力は抵抗性経路（Ｒ１４）を介して出力インターコネクトＰ２へ接続し、Ｔ１が導通する場合に電流にグランドへの経路を提供可能なシャント抵抗性分岐Ｒ１６およびＴ１）へ接続する。図６Ｂの回路は図５Ａの回路よりチップが一つ少なく、差動アナログ信号の受信が必要ない場合に使用されうる。
【0079】
上記の回路は主に正電力を供給するために記載されているが（例えば正電位をグランドへ）、回路は、負電圧で動作させる、または正電圧および負電圧の範囲内で動作するよう、上記説明から電子機器の当業者は容易に構成することができる。情報の信号伝達の大部分は多くの用途で正電位を含むが、（例えば、センサからの）何らかのアナログ信号は負電圧を含みうる。そのような場合、信号のレベルシフトが用いられることがあり、（例えば、アナログ出力信号ドライバ５２０および／または受信側信号ドライバ５４０へ給電するために）負電位電源がアナログＩ／Ｏ回路へ追加されることがあり、その結果、正電圧値から負電圧値までの信号を送受信することができる。そのような場合、プログラマブル信号経路設定／絶縁回路４３０は正電圧変動および負電圧変動を扱うよう変更されることがある。
【0080】
上記のプログラマブルインタフェース回路４４０から構成されるプログラマブルインタフェースモジュール３１５は、一部の実装によれば、各インタフェース回路４４０に対して２つの出力インターコネクト４５２、４５４（ＡＤＩＯ、ＤＩＦＦ）を有することができる。場合によっては、４つのインタフェース回路４４０をインタフェースモジュール３１５内に含めることができる。それゆえ、機械の４つの構成要素と連動するために使用されうるインタフェースモジュールからは８つの出力インターコネクトが存在しうる。そのような場合は、インタフェースモジュール３１５を図３に示されるように構成要素の近くに置かれたブレイクアウトボックス３１８へ接続するのに、前述したコネクタを有する８線式または１０線式のイーサネットケーブルを使用することができる。ブレイクアウトボックス３１８はイーサネットケーブルを受けて、各構成要素へ別々の電線またはケーブル１４を配線することができる。他の実装では、インタフェースモジュール３１５内により多い、またはより少ないインタフェース回路４４０が存在することができて、異なるケーブルおよびコネクタが必要に応じて使用されうる。
【0081】
一部の実装では、インターコネクトケーブルを介して電力（例えば、＋ＶＤＣ１、＋ＶＤＣ２、－ＶＤＣ１など）および／または基準電位（例えばグランド）を提供するのが望ましいことがある。いくつかのそのような場合では、追加の電線およびピンを有する（例えば、８線式の代わりに１０線式の）ケーブルおよびコネクタが使用されることがある。他のそのような場合では、インタフェース回路４４０の第２出力インターコネクト４５４のいくつかは使用されない、および／または基準電位に関連付けられないことがある。例えば、第２出力インターコネクト４５４の１つまたは複数は、シングルエンド信号伝達のみで使用されることが分かっている場合は接地されることがある。あるいは、図５ＥのシングルエンドデジタルＩ／Ｏ回路５８０が使用される場合、第２出力インターコネクト４５４（ＤＩＦＦ）は存在せず、これにより８線式のイーサネットケーブルの１つまたは複数の電線が解放されて、電力（＋ＶＤＣ）および／または基準電位（グランド）を伝送することができる。
【0082】
プログラマブルインタフェースモジュール３１５内で使用されるインタフェース回路４４０の個数により、少なくとも部分的に、ケーブルおよびコネクタのインターコネクトに必要な電線およびピンの個数が決定される。ピン割り当て用コネクタを任意の適切な方法で配置することができる。例えば、プログラマブルインタフェース回路４４０を４つだけ有するインタフェースモジュール３１５では、８ピンのコネクタと標準的な８線式のイーサネットケーブルを使用することができる。電圧源および基準電圧がケーブルを介して提供される場合、ピン配置は表１に示されるようにすることができる。この例では、インタフェース回路４４０のうちの２つは図５ＥのシングルエンドデジタルＩ／Ｏ回路５８０を含むことができて、２つは図５ＢのデジタルＩ／Ｏ回路４２０を含む。他の実装では、別のピン割り当てを使用することができる。一部の実装では、ピン割り当ては標準化されて業界標準として認められていることがある。
【表1】
【0083】
前述した開示される回路は、高速のネットワーク化された絶縁通信制御装置３１０との間で絶縁されたデジタル信号を、一般向けの、または特注の電圧・電流範囲で多種多様な信号伝達方式（例えば、シングルエンド、差動、電流モード、デジタル、アナログ）を実現しうる周辺機器へ信号を送信および／またはそのような周辺機器から信号を受信するのに必要な電流および電圧へ変換することができる。信号伝達の種類および電圧レベルまたは電流レベルは、絶縁通信制御装置３１０によりインターコネクト４０１を介して、ユーザ選択およびプログラムすることができる。プログラム可能性は、一部の実装によれば（例えばユーザ設定可能なスイッチとして）ハードウェアで実現することができる、もしくは一部の実装によればソフトウェアで実現することができる、またはハードウェアとソフトウェアの設定の組み合わせで実現することができる。ソフトウェアのプログラム可能性は、信号伝達の種類、データの方向、電圧レベル、電流レベルなどのチャネルごとの選択を提供するプルダウンメニューとして実現することができる。ソフトウェアは、中央制御装置３０１および中央制御装置と通信する１つまたは複数の絶縁通信制御装置３１０用のシステムを動作させるソフトウェアの一部でありうる。
【0084】
一部の実装では、開示される回路は、機械の至る所に分散させることのできる小型でＩＰ６７または類似の耐久性のあるケースに梱包されていることがある。一部の実装では、それほど耐久性がないケースも使用可能となりうる。パッケージ化されたケースは、一部の実装によれば、絶縁通信制御装置３１０とプログラマブルインタフェースモジュール３１５を含みうる。他の実装では、パッケージ化されたケースはプログラマブルインタフェースモジュール３１５のみを含むことがある。機械の至る所にそのようなパッケージ化されたケースを分散させることで、特注の配線用ハーネス、長いケーブル、および機械制御用の電気キャビネットを著しく削減する、または除去することができる。例えば、機械を相互接続するのに使用されるイーサネットケーブル（防水の業界標準イーサネットケーブルなど）の本数を、本実装の絶縁通信制御装置３１０およびプログラマブルインタフェースモジュール３１５を用いることで、複雑な自動化／半自動化された機械に対する従来の相互接続の手法と比べて１６倍以上削減することができる。
【0085】
本実装のプログラマブルインタフェースモジュール３１５を用いて機械３５０の構成要素を動作させる様々な方法がありうる。例示の方法７００に関連する動作が図７のフローチャートに示されている。（絶縁通信制御装置などの）制御装置と機械の１つまたは複数の構成要素との間の信号伝達の例示の方法７００は、機械３５０の構成要素３２０、３３０、３４０へ送信する第１種類の信号を制御装置から受信するようにインタフェース回路４４０をプログラムする（動作７０５）インタフェース回路でプログラミング電圧を受信することを含むことができて、第１種類の信号は、アナログ信号とデジタル信号のいずれかとすることができる。方法７００はさらに、絶縁通信制御装置から第１種類の信号を（例えば、プログラマブルインタフェース回路４４０のアナログ入力またはデジタル入力（ＡＯＵＴ、ＤＯＵＴ、ＤＯＵＴＰ、ＤＯＵＴＮ）のうちの一つにおいて）受信すること（動作７１０）と、第１種類の出力信号をプログラマブルインタフェース回路４４０の信号チャネル（ＡＤＩＯまたはＡＤＩＯとＤＩＦＦ）へ送信すること（動作７２０）とを含みうる。送信される信号は、受信した第１種類の信号を基にすることができる。制御装置と機械の１つまたは複数の構成要素との間の信号伝達の方法はさらに、またはあるいは、アナログ信号とデジタル信号のいずれかである第２種類の信号を信号チャネルにおいて受信するようにインタフェース回路４４０をプログラムする（動作７３０）ために第２プログラミング電圧を受信することと、第２種類の信号を信号チャネルにおいて受信すること（動作７４０）を含むことができる。方法はさらに、受信した第２種類の信号に基づく第２種類の信号を制御装置へ送信すること（動作７５０）を含むことができる。そのような動作の組み合わせは、会話の動作で実行可能で、話すは第１モードで、聞くは第２モードにある。あるいは、そのような動作の組み合わせは、信号チャネルが、既存の設定（例えば、構成要素の取替後）で別の目的で使用される場合、実行され得る。方法７００は、（シングルエンドデジタル信号、差動デジタル信号、シングルエンドアナログ信号、差動アナログ信号、電圧由来のアナログ信号、電流由来のアナログ信号などの）様々な種類のアナログ信号およびデジタル信号を送受信するようにインタフェース回路４４０をさらにプログラムすることに関連する更なる動作を含むことができる。
【0086】
一部の実装では、信号チャネルは異なる種類のアナログ信号およびデジタル信号を送信、および／または受信するように動作中に再プログラムすることができる。例えば、第１期間中に第１種類のアナログ信号を第１機械構成要素へ送信するよう信号チャネルがプログラムされるように、時分割多重化方式をチャネルを用いて実装することができる。後続の第２期間中に、第２種類のデジタル信号を第２機械構成要素へ送信するよう同じ信号チャネルをプログラムすることができる。マルチプレクサ（例えば、ブレイクアウトボックス３１８に、またはその後に置かれる）を使用して、信号を異なる構成要素へ送ることができる。後続の第３期間中に、アナログ信号またはデジタル信号を受信するように同じ信号チャネルをプログラムすることができる。そのような時分割多重化方式により、信号チャネルに対してさらに多くの異なる利用法が可能となりうる。
【0087】
開示される実装のプログラマブルインタフェース回路の様々な構成が可能である。そのような構成の例が以下に列挙される。
（１）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を絶縁通信制御装置から受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６１０、６１２）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０、５８０）と、信号チャネルを流れる電流量を検出するための電流検出回路（５３０）と、を備え、プログラマブルインタフェース回路は、第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を信号チャネルに提供するように、または第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を信号チャネルに提供するように、複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
（２）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（３）プログラマブルインタフェース回路は、第２アナログ信号として、信号チャネルを通じて少なくとも２種類の異なるアナログ信号を送信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）または（２）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（４）少なくとも２種類の異なるアナログ信号のうちの第３アナログ信号は、電流由来のアナログ信号である、構成（３）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（５）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルと連結されて信号チャネルにより送信される第２アナログ信号および第２デジタル信号を４ミリアンペア（ｍＡ）～２４ｍＡの出力電流で提供する、少なくとも１つの増幅回路をさらに備える、構成（１）～（４）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（６）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）～（５）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（７）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、第１フィードバック回路経路と、第２フィードバック回路経路と、フィードバック入力を有するオペアンプと、少なくとも第２プログラミング電圧に基づいて、フィードバック入力を第１フィードバック回路経路または第２フィードバック回路経路へ接続するように構成されたマルチプレクサと、を含む、構成（１）～（６）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（８）第１フィードバック回路経路は、信号チャネルの電圧を検出し、第２フィードバック回路経路は、信号チャネルを流れる電流量を検出する、構成（７）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（９）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、
信号チャネルを高論理レベルに駆動するように構成された第１回路と、
信号チャネルを低論理レベルに駆動するように構成された第２回路と、を含む、構成（１）～（８）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１０）第２回路は、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいて、低論理レベルを信号チャネルから絶縁するためのスイッチを含む、構成（９）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１１）プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路は、複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数と信号チャネルとの間で接続されるトランシーバを備える、構成（１）～（１０）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１２）トランシーバは、シングルサイド信号および差動デジタル信号を送受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１１）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１３）複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介してプログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置と組み合わせられる、構成（１）～（１２）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１４）絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御装置またはマイクロコントローラを備える、構成（１３）の組み合わせ。
（１５）構成要素をさらに備える、構成（１３）または（１４）の組み合わせ。
（１６）構成要素は、センサ、モータもしくは作動装置、または撮像装置の少なくとも１つである、構成（１５）の組み合わせ。
（１）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を絶縁通信制御装置から受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６１０、６１２）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためのプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０、５８０）と、信号チャネルを流れる電流量を検出するための電流検出回路（５３０）と、を備え、プログラマブルインタフェース回路は、第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を信号チャネルに提供するように、または第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を信号チャネルに提供するように、複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
（２）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（３）プログラマブルインタフェース回路は、第２アナログ信号として、信号チャネルを通じて少なくとも２種類の異なるアナログ信号を送信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）または（２）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（４）少なくとも２種類の異なるアナログ信号のうちの第３アナログ信号は、電流由来のアナログ信号である、構成（３）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（５）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルと連結されて信号チャネルにより送信される第２アナログ信号および第２デジタル信号を４ミリアンペア（ｍＡ）～２４ｍＡの出力電流で提供する、少なくとも１つの増幅回路をさらに備える、構成（１）～（４）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（６）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１）～（５）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（７）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、第１フィードバック回路経路と、第２フィードバック回路経路と、フィードバック入力を有するオペアンプと、少なくとも第２プログラミング電圧に基づいて、フィードバック入力を第１フィードバック回路経路または第２フィードバック回路経路へ接続するように構成されたマルチプレクサと、を含む、構成（１）～（６）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（８）第１フィードバック回路経路は、信号チャネルの電圧を検出し、第２フィードバック回路経路は、信号チャネルを流れる電流量を検出する、構成（７）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（９）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、
信号チャネルを高論理レベルに駆動するように構成された第１回路と、
信号チャネルを低論理レベルに駆動するように構成された第２回路と、を含む、構成（１）～（８）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１０）第２回路は、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいて、低論理レベルを信号チャネルから絶縁するためのスイッチを含む、構成（９）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１１）プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路は、複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数と信号チャネルとの間で接続されるトランシーバを備える、構成（１）～（１０）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１２）トランシーバは、シングルサイド信号および差動デジタル信号を送受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１１）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１３）複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介してプログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置と組み合わせられる、構成（１）～（１２）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１４）絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御装置またはマイクロコントローラを備える、構成（１３）の組み合わせ。
（１５）構成要素をさらに備える、構成（１３）または（１４）の組み合わせ。
（１６）構成要素は、センサ、モータもしくは作動装置、または撮像装置の少なくとも１つである、構成（１５）の組み合わせ。
【0088】
さらなる例示の構成を、以下に列挙する。
構成（１）の従属態様（２）～（１６）のうち１つまたは複数は、一部の実装では、以下の構成のうち１つまたは複数と組み合わせられ得る。
（１７）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なオペアンプ（５２２又は５４２）を有するプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６３０）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０）と、を備え、プログラマブルインタフェース回路は、第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を信号チャネルに提供するように、または第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を信号チャネルに提供するように、複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
（１８）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内で第１アナログ信号を受信するための切り替え可能な出力信号ドライバをさらに備え、切り替え可能な出力信号ドライバ用のフィードバック信号は、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいて、電流検出モードから電圧検出モードまで切替られるように構成される、構成（１７）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１９）切り替え可能な出力信号ドライバは、オペアンプを備える、構成（１８）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２０）信号チャネルを流れる電流量を検出し、フィードバック信号を電流検出モードの切り替え可能な出力信号ドライバに提供するための電流検出回路をさらに備える、構成（１８）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２１）シングルエンドアンプと差動アンプとの間で切り替えられるように構成されたアンプを含むプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内に切り替え可能な受信信号ドライバをさらに備える、構成（１７）～（２０）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２２）前記プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてさらにプログラム可能である、構成（１７）～（２１）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２３）前記プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２つの異なる種類の信号伝達のアナログ信号を送信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１７）～（２２）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２４）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送受信するように、プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１７）～（２３）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２５）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路とプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路を信号チャネルと連結するためのプログラマブル信号経路設定／絶縁回路をさらに備える、構成（１７）～（２４）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２６）プログラマブル信号経路設定／絶縁回路は、プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから絶縁するためのトランジスタを備える、構成（１７）～（２５）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２７）複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介してプログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置と組み合わせられる、構成（１７）～（２６）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２８）絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御装置またはマイクロコントローラを備える、構成（２７）に記載の組み合わせ。
（２９）構成要素をさらに備える、構成（２７）または（２８）に記載の組み合わせ。
構成（１）の従属態様（２）～（１６）のうち１つまたは複数は、一部の実装では、以下の構成のうち１つまたは複数と組み合わせられ得る。
（１７）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なオペアンプ（５２２又は５４２）を有するプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６３０）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０）と、を備え、プログラマブルインタフェース回路は、第１アナログ信号に基づく第２アナログ信号を信号チャネルに提供するように、または第１デジタル信号に基づく第２デジタル信号を信号チャネルに提供するように、複数のインターコネクトに印加される少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、動作中にプログラム可能である、プログラマブルインタフェース回路。
（１８）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内で第１アナログ信号を受信するための切り替え可能な出力信号ドライバをさらに備え、切り替え可能な出力信号ドライバ用のフィードバック信号は、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいて、電流検出モードから電圧検出モードまで切替られるように構成される、構成（１７）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（１９）切り替え可能な出力信号ドライバは、オペアンプを備える、構成（１８）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２０）信号チャネルを流れる電流量を検出し、フィードバック信号を電流検出モードの切り替え可能な出力信号ドライバに提供するための電流検出回路をさらに備える、構成（１８）に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２１）シングルエンドアンプと差動アンプとの間で切り替えられるように構成されたアンプを含むプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路内に切り替え可能な受信信号ドライバをさらに備える、構成（１７）～（２０）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２２）前記プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じてアナログ信号およびデジタル信号を受信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてさらにプログラム可能である、構成（１７）～（２１）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２３）前記プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２つの異なる種類の信号伝達のアナログ信号を送信するように、少なくとも第２のプログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１７）～（２２）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２４）プログラマブルインタフェース回路は、信号チャネルを通じて少なくとも２種類のデジタル信号を送受信するように、プログラミング電圧に基づいてプログラム可能である、構成（１７）～（２３）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２５）プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路とプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路を信号チャネルと連結するためのプログラマブル信号経路設定／絶縁回路をさらに備える、構成（１７）～（２４）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２６）プログラマブル信号経路設定／絶縁回路は、プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから絶縁するためのトランジスタを備える、構成（１７）～（２５）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２７）複数のインターコネクトのうちの１つまたは複数を介してプログラマブルインタフェース回路へ接続する絶縁通信制御装置と組み合わせられる、構成（１７）～（２６）のいずれか１項に記載のプログラマブルインタフェース回路。
（２８）絶縁通信制御装置は、プログラマブル論理制御装置またはマイクロコントローラを備える、構成（２７）に記載の組み合わせ。
（２９）構成要素をさらに備える、構成（２７）または（２８）に記載の組み合わせ。
【0089】
以下の構成は、構成（２）～（１６）および（１８）～（２９）の態様と組み合わせて実現され得る。
（３０）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６３０）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０）と、を備え、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、第１フィードバック回路経路と、第２フィードバック回路経路と、フィードバック入力を有するオペアンプと、少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、フィードバック入力を第１フィードバック回路経路または第２フィードバック回路経路へ接続するためのマルチプレクサと、を備える、プログラマブルインタフェース回路。
（３０）絶縁通信制御装置（３１０）と機械（３５０）の構成要素（３２０、３３０、３４０）との間で信号を適応的に交換するためのプログラマブルインタフェース回路（４４０）であって、プログラミング電圧を受信するための複数のインターコネクト（４０１）と、プログラマブルインタフェース回路と構成要素との間で信号を伝送するための信号チャネル（４５２、４５４）と、信号チャネルと連結して第１アナログ信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルアナログＩ／Ｏ回路（４１０、６３０）と、信号チャネルと連結して第１デジタル信号を絶縁通信制御装置から受信するためにプログラム可能なプログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路（４２０）と、を備え、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路は、第１フィードバック回路経路と、第２フィードバック回路経路と、フィードバック入力を有するオペアンプと、少なくとも第１のプログラミング電圧に基づいて、フィードバック入力を第１フィードバック回路経路または第２フィードバック回路経路へ接続するためのマルチプレクサと、を備える、プログラマブルインタフェース回路。
【0090】
上記に列挙した構成のプログラマブルインタフェース回路を動作させる様々な方法が実行され得る。
そのような方法の例が以下に列挙される。
（３１）プログラマブルインタフェース回路（４４０）を動作させる方法であって、機械（３５０）の構成要素（３２０、３２５、３３０、３４０）に送信される第１信号を絶縁通信制御装置（３１０）から受信するために、インタフェース回路をプログラムする（７０５）第１プログラミング電圧を受信することであって、第１信号は、アナログ信号またはデジタル信号のいずれかであり得る、受信すること、第１信号を絶縁通信制御装置から受信する（７１０）ことと、受信した第１信号に基づく第１出力信号をプログラマブルインタフェース回路の信号チャネルに送信する（７２０）ことであって、第１出力信号は、受信した第１信号と同じ種類の信号である、送信すること、信号チャネルで第２信号を構成要素から受信するために、インタフェース回路をプログラムする（７３０）第２プログラミング電圧を受信することであって、第２信号は、第１信号と異なる種類の信号である、受信すること、信号チャネルで第２信号を受信する（７４０）こと、及び受信した第２信号に基づく第１入力信号を、絶縁通信制御装置に送信する（７５０）こと、を含む、方法。
（３２）第１信号は、差動アナログ信号である、（３１）に記載の方法。
（３３）第１信号は、４ｍＡ～２４ｍＡの振幅を有する電流由来のアナログ信号である、（３１）または（３２）に記載の方法。
（３４）第１信号は、差動デジタル信号である、（３１）～（３３）のいずれか１項に記載の方法。
（３５）第１信号は、低電圧の差動デジタル信号である、（３１）～（３４）のいずれか１項に記載の方法。
（３６）第２信号は、２つまたは４つの信号伝達配線を要する標準化されたネットワーク通信信号である、（３１）～（３６）のいずれか１項に記載の方法。
（３７）第２信号は、差動アナログ信号である、（３１）～（３７）のいずれか１項に記載の方法。
（３８）第２信号は、４ｍＡ～２４ｍＡの振幅を有する電流由来のアナログ信号である、（３１）～（３８）のいずれか１項に記載の方法。
（３９）第２信号は、差動デジタル信号である、（３１）～（３９）のいずれか１項に記載の方法。
（４０）第２信号は、低電圧の差動デジタル信号である、（３１）～（４０）のいずれか１項に記載の方法。
（４１）第１信号は、電流由来のアナログ信号で、第２信号は、電圧由来のアナログ信号である、（３１）～（４１）のいずれか１項に記載の方法。
（４２）第１出力信号を送信することは、少なくとも第１プログラミング電圧に基づいて、プログラマブルインタフェース回路内のオペアンプに対して、フィードバック回路を選択することを含む、（３１）～（４２）のいずれか１項に記載の方法。
（４３）第２信号を受信することは、少なくとも第２プログラミング電圧に基づいて、プログラマブルインタフェース回路内のオペアンプに対して、シングルエンド増幅モードまたは差動増幅モードを選択することを含む、（３１）～（４３）のいずれか１項に記載の方法。
（４４）第１入力信号を絶縁通信制御装置に送信することは、プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから電気的に絶縁することを含む、（３１）～（４４）のいずれか１項に記載の方法。
（４５）第１入力信号を絶縁通信制御装置に送信することは、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから電気的に絶縁することを含む、（３１）～（４５）のいずれか１項に記載の方法。
そのような方法の例が以下に列挙される。
（３１）プログラマブルインタフェース回路（４４０）を動作させる方法であって、機械（３５０）の構成要素（３２０、３２５、３３０、３４０）に送信される第１信号を絶縁通信制御装置（３１０）から受信するために、インタフェース回路をプログラムする（７０５）第１プログラミング電圧を受信することであって、第１信号は、アナログ信号またはデジタル信号のいずれかであり得る、受信すること、第１信号を絶縁通信制御装置から受信する（７１０）ことと、受信した第１信号に基づく第１出力信号をプログラマブルインタフェース回路の信号チャネルに送信する（７２０）ことであって、第１出力信号は、受信した第１信号と同じ種類の信号である、送信すること、信号チャネルで第２信号を構成要素から受信するために、インタフェース回路をプログラムする（７３０）第２プログラミング電圧を受信することであって、第２信号は、第１信号と異なる種類の信号である、受信すること、信号チャネルで第２信号を受信する（７４０）こと、及び受信した第２信号に基づく第１入力信号を、絶縁通信制御装置に送信する（７５０）こと、を含む、方法。
（３２）第１信号は、差動アナログ信号である、（３１）に記載の方法。
（３３）第１信号は、４ｍＡ～２４ｍＡの振幅を有する電流由来のアナログ信号である、（３１）または（３２）に記載の方法。
（３４）第１信号は、差動デジタル信号である、（３１）～（３３）のいずれか１項に記載の方法。
（３５）第１信号は、低電圧の差動デジタル信号である、（３１）～（３４）のいずれか１項に記載の方法。
（３６）第２信号は、２つまたは４つの信号伝達配線を要する標準化されたネットワーク通信信号である、（３１）～（３６）のいずれか１項に記載の方法。
（３７）第２信号は、差動アナログ信号である、（３１）～（３７）のいずれか１項に記載の方法。
（３８）第２信号は、４ｍＡ～２４ｍＡの振幅を有する電流由来のアナログ信号である、（３１）～（３８）のいずれか１項に記載の方法。
（３９）第２信号は、差動デジタル信号である、（３１）～（３９）のいずれか１項に記載の方法。
（４０）第２信号は、低電圧の差動デジタル信号である、（３１）～（４０）のいずれか１項に記載の方法。
（４１）第１信号は、電流由来のアナログ信号で、第２信号は、電圧由来のアナログ信号である、（３１）～（４１）のいずれか１項に記載の方法。
（４２）第１出力信号を送信することは、少なくとも第１プログラミング電圧に基づいて、プログラマブルインタフェース回路内のオペアンプに対して、フィードバック回路を選択することを含む、（３１）～（４２）のいずれか１項に記載の方法。
（４３）第２信号を受信することは、少なくとも第２プログラミング電圧に基づいて、プログラマブルインタフェース回路内のオペアンプに対して、シングルエンド増幅モードまたは差動増幅モードを選択することを含む、（３１）～（４３）のいずれか１項に記載の方法。
（４４）第１入力信号を絶縁通信制御装置に送信することは、プログラマブルデジタルＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから電気的に絶縁することを含む、（３１）～（４４）のいずれか１項に記載の方法。
（４５）第１入力信号を絶縁通信制御装置に送信することは、プログラマブルアナログＩ／Ｏ回路の少なくとも一部分を信号チャネルから電気的に絶縁することを含む、（３１）～（４５）のいずれか１項に記載の方法。
【0091】
本発明の様々な実装が本明細書に記載され、示されたが、当業者は本明細書に記載される機能を実行するための、ならびに／または、本明細書に記載される結果および／もしくは利点の１つもしくは複数を得るための様々な他の手段および／または構造を容易に想到するであろう。また、その変形および／または修正のそれぞれは本明細書に記載される本発明の実装の範囲内であるとみなされる。より大まかに言うと、本明細書に記載されるすべてのパラメータ、寸法、材料、および構成は例示となるよう意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は本発明の教示が使用される特定の用途により決まるということを当業者は容易に理解するであろう。当業者は日常の実験を行うだけで本明細書に記載される本発明の特定の実装に対する多数の均等物を認識するであろう、あるいは特定できるであろう。それゆえ、前述の実装はほんの一例として提示されており、添付の請求項およびその均等物の範囲内で本発明の実装を具体的に記載され特許請求されている以外の方法で実施可能であるということを理解されたい。本発明の本開示の実装は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、品物、材料、および／または方法のそれぞれを対象としている。加えて、そのような特徴、システム、品物、材料、および／または方法の２つ以上の任意の組み合わせは、互いに矛盾していなければ、本発明の本開示の範囲内に含まれる。
【0092】
上記の実装は、数多くの方法のいずれかで実現することができる。例えば、実装はハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使って実現可能である。ソフトウェアで実装される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供される、または多数のコンピュータに分散されるかに関わらず、任意の適切なプロセッサ、またはプロセッサ群で実行することができる。
【0093】
また、本発明の様々な概念は、その一例が提供された１つまたは複数の方法として具現化可能である。方法の一部として行われる動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。その結果、実装は、示されたものと異なる順序で動作が行われるよう構成することができて、これには、例示の実装では連続する動作として示されたが、いくつかの動作を同時に実行することが含まれうる。
【0094】
本明細書で規定され、使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により援用される書類での定義、および／または定義される用語の通常の意味を規制すると理解されるべきである。
【0095】
本明細書および請求項で使用される場合、不定冠詞の「ａ」および「ａｎ」は、そうではないと明確に示されていない限り、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」を意味すると理解されるべきである。
【0096】
本明細書および請求項で使用される場合、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という表現は、そのように結合された要素の「どちらか一方、または両方」、つまり、場合によっては連結的に存在し、他の場合には分離されて存在する要素を意味すると理解されるべきである。「および／または」を用いて列挙される多数の要素は同じように、つまり、そのように結合された要素の「１つまたは複数」であると解釈されるべきである。「および／または」という項で明確に特定された要素以外の他の要素は、明確に特定された要素に関連する、または関連しないに関わらず、任意選択で存在しうる。したがって、非限定の例として、「Ａおよび／またはＢ」という言及は、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのオープンエンドの言葉と共に使用された場合は、一実装ではＡのみ（任意選択でＢ以外の要素も含む）を指しうるが、別の実装ではＢのみ（任意選択でＡ以外の要素も含む）を指し、さらに別の実装ではＡとＢの両方（任意選択で他の要素も含む）を指す、などとなりうる。
【0097】
本明細書および請求項で使用される場合、「または（ｏｒ）」は上で定義された「および／または」と同じ意味を持つと理解されるべきである。例えば、一覧の中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的である、つまり、多数の要素または要素の一覧のうちの少なくとも１つを含むが、２つ以上を含むことも含み、任意選択で一覧にない追加の項目も含む、と理解される必要がある。「～のうちの１つのみ」、「～のうちのちょうど１つ」、または請求項で使用された場合の「～からなる」などの、そうではないと明確に示された用語のみが多数の要素または要素の一覧のうちのちょうど１つを含むことを指す。概して、本明細書で使用される場合は「または」という用語は、「どちらか一方（ｅｉｔｈｅｒ）」、「～のうちの１つ」、「～のうちの１つだけ」、または「～のうちのちょうど１つ」などの排他的な用語により先行される場合、排他的な選択肢（つまり、「一方または他方であって、両方ではない」）を示すとのみ解釈される必要がある。請求項で使用された場合の「～から本質的になる」は、特許法の分野で使用される通常の意味を有することとする。
【0098】
本明細書および請求項で使用される場合、１つまたは複数の要素の一覧に関連する「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」という表現は、要素の一覧にある任意の１つまたは複数の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであるが、要素の一覧内に具体的に列挙されるありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、要素の一覧内の要素の任意の組み合わせも排除しない。また、この定義により、要素の一覧内で「少なくとも１つ」という表現が指している明確に特定された要素以外の要素が、明確に特定された要素に関連する、または関連しないに関わらず、任意選択で存在しうることを可能とする。したがって、非限定の例として、「ＡとＢの少なくとも１つ」（言い換えると、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、あるいは言い換えると、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実装では少なくとも１つのＡで任意選択で２つ以上のＡを含み、Ｂは存在しない（そして任意選択でＢ以外の要素を含む）ことを指すことができて、別の実装では少なくとも１つのＢで任意選択で２つ以上のＢを含み、Ａは存在しない（そして任意選択でＡ以外の要素を含む）ことを指すことができて、さらに別の実装では少なくとも１つのＡで任意選択で２つ以上のＡを含み、少なくとも１つのＢで任意選択で２つ以上のＢを含む（そして任意選択で他の要素を含む）ことを指すことができる、などとなりうる。
【0099】
請求の範囲および上記の明細書では、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「積載する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「～から構成される（ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ）」、および同種のものなどのすべての移行句はオープンエンドである、つまり、限定されないが含む、を意味すると理解されるべきである。
「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「～から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という移行句のみを、米国特許商標庁米国特許審査便覧の２１１１．０３節に記載されているように、それぞれクローズド、セミクローズドの移行句とする。
「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「～から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という移行句のみを、米国特許商標庁米国特許審査便覧の２１１１．０３節に記載されているように、それぞれクローズド、セミクローズドの移行句とする。
【0100】
「約（ａｂｏｕｔ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「かなり（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、（数値範囲内で用いられる目標値などの）値を指すのに使用されることがあり、言及された値に本発明の実装の範囲内とみなされるであろう変動を加えた／差し引いたものを包含することを意図している。変動量は、一部の実装では列挙された値の±５％程度であり、一部の実装では列挙された値の±１０％程度であり、さらに一部の実装では列挙された値の±２０％程度である。「本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、±３％以下しか変動しない値を指すのに使用される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6A】
【図6B】
【図7】
