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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung für ein Fahrzeug,
welche verschiedene Signale auf einer Energieversorgungsleitung überlagert,
um Kommunikation zwischen in dem Fahrzeug eingebauten Einrichtungen
einzurichten.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Dieser
Tage werden Fahrzeuge mit vielen technischen Vorteilen angeboten
und daher hat ein Fahrzeug eine Vielzahl Elektronik-Steuereinheiten eingebaut
(nachstehend auch "ECU" genannt vom englischsprachigen
Ausdruck "electronic
control unit").
Die Elektronik-Steuereinheiten steuern elektrische Fensterheber,
Lampen und Rückspiegel,
sowie eine nachstehend als Maschine bezeichnete Antriebsmaschine
und ein Getriebe. Die Elektronik-Steuereinheiten sind miteinander über zugeordnete
Signalleitungen oder gemeinsame Datenbusse verbunden und kommunizieren
miteinander, so dass die Elektronik-Steuereinheiten in Zusammenarbeit miteinander
arbeiten.
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In
jüngster
Zeit sind die ECUs verbindende Signalleitungen erhöht worden,
weil die Anzahl der ECUs größer geworden
ist und die Anzahl von Signalen größer geworden ist bedingt durch
komplizierte Steuerung. Hierdurch ist ein Aufbau eines Kabelbaums
für ein
Fahrzeug komplex geworden.
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Zum
Lösen des
Problems ist in der
japanischen
Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H07-50619 ein
Stand der Technik offenbart, bei dem Signale einer Versorgungsspannung,
die den jeweiligen ECUs über
Energieversorgungsleitungen zugeführt wird, überlagert werden um eine Kommunikation
einzurichten.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
40 32 633 A1 beschreibt eine Ansteuerung von Stromverbrauchern über eine
einzige Leitung anstelle von Kabelbäumen.
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Das
europäische
Patent
EP 0 777 311
B1 beschreibt eine kombinierte Daten- und Energie-Übertragungsanordnung
mit einem oder mehreren Netzteilen und Belastungen, die durch eine
Energie-Übertragungsleitung
miteinander verbunden sind, sowie Sendern und Empfängern zum Übertragen
eines digitalen Datensignals über
die Übertragungsleitung.
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Das
deutsche Patent
DE
199 13 919 C1 beschreibt ein Kraftfahrzeug-Datenübertragungssystem
und Datenübertragungsverfahren,
bei dem zwischen elektronischen Geräten zu übertragende Daten auf beide
Versorgungsspannungsleitungen aufmoduliert werden. Die Geräte sind
sowohl datenmäßig als
auch gleichstrommäßig mit
beiden Versorgungsspannungsleitungen gekoppelt.
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RESÜMEE DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen allgemeinen Aufbau einer vorgeschlagenen Elektroniksteuereinheit
bzw. ECU. In der vorgeschlagenen ECU 100 wird eine Versorgungsspannung
für ein
Fahrzeug, beispielsweise 12V, die zugeführt wird über eine ECU- Energieversorgungsleitung 102,
an die zum Unterdrücken
von Spannungsvariationen ein Umleitungs- bzw. Bypass-Kondensator 101 angeschlossen
ist, mit Hilfe eines durch einen Regler aufgebauten Energiequellenschaltungsteil 103 geändert in
eine Betriebsspannung von Elektronikeinrichtungen innerhalb des Fahrzeugs,
beispielsweise 5V, und einem Rechenteil 104 zugeführt, der
sich aus einer CPU und ähnlichem zusammensetzt.
Der Rechenteil 104 arbeitet mit der durch den Energieversorgungsschaltungsteil 103 zugeführten Versorgungsspannung
und sendet Laststeuersignale zu einem Laststeuerteil 105.
Der ein Schaltelement, wie zum Beispiel ein Relais, umfassende Laststeuerteil 105 wird
schaltgesteuert basierend auf von dem Rechenteil 104 gesendeten
Laststeuersignalen und steuert über
den Lastenergiezufuhrleitung 106 an die Last gesendeten
Antriebsstrom. Eine Last 107, wie zum Beispiel ein Antriebsmotor
für einen
elektrischen Fensterheber, ein Außenspiegel und ähnliches
und eine Lampe werden durch den über
den Laststeuerteil 105 von der Lastenergieversorgungsleitung 106 gelieferten
Antriebsstrom angetrieben. Eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung 108 für ein Fahrzeug
(nachstehend "PLC" bezeichnet vom englischsprachigen
Ausdruck "power
line communication"), welche
einer an die Lastenergieversorgungsleitung 106 angelegten
Versorgungsspannung Signale überlagert,
um zwischen jeweiligen ECUS zu kommunizieren, ist mit der ECU-Energieversorgungsleitung 102 und
der Lastenergieversorgung 106 verbunden.
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Gemäß der vorgeschlagenen
ECU sind, wenn die Last 107 arbeitet, die Last 107 und
die Lastenergieversorgungsleitung 106 direkt über den
Laststeuerteil 105 gekoppelt. Hierdurch wird ein Rauschen,
beispielsweise ein Bürstenrauschen,
das von einem (Elektro-)Motor des Außenspiegels generiert wird,
das beim Betrieb von der Last 107 generiert wird, direkt
in die PLC 108 über
die Lastenergieversorgungsleitung 106 eingegeben. Hierdurch
beeinflusst das Eingangsrauschen die zwischen den jeweiligen ECUs
gesendeten und empfangenen Signale und verursacht Kommunikationsfehler.
Dies verursacht ein Problem der Zunahme einer Kommunikationsfehlerrate
(einer Bit-Fehlerrate) usw.
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Zudem
kann der Motor für
den elektrischen Fensterheber mit einem Kondensator 109 zur Rauschreduzierung
versehen sein. In diesem Fall werden die auf der Lastenergieversorgungsleitung 106 überlagerten
Signale zu einer Seite der Last 107 über den Laststeuerteil 105 gesendet.
Der Kondensator 109 bedämpft
den Signalpegel und verursacht dadurch das Problem, dass eine Kommunikation
instabil wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Lichte der obigen Probleme erreicht
und Ziele davon sind, eine Kommunikation, die durch einer Versorgungsspannung
für ein
Fahrzeug überlagerte
Signale eingerichtet wird, zu stabilisieren und eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein Fahrzeug
bereitzustellen, welche eine Verbesserung in der Kommunikationsqualität erzielt.
Zur Aufgabenlösung
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung für ein Fahrzeug
vorgesehen mit einer Elektroniksteuereinheit, die mit einem Verbindungspunkt auf
einer Energieversorgungsleitung verbunden ist, wobei die Elektroniksteuereinheit
mit einer anderen Elektroniksteuereinheit durch ein Kommunikationssignal
kommuniziert, das einer an der Energieversorgungsleitung angelegten
Versorgungsspannung überlagert
ist, und einer Impedanzeinheit zum Abzweigen von der Energieversorgungsleitung
zu einer mit einer Last verbundenen Lastleitung, die eine erste
Spule, die in der Energieversorgungsleitung bereitgestellt ist,
und eine zweite Spule, die in der Lastleitung zwischen einem ersten
Ende der ersten Spule und der Last bereitgestellt ist, umfasst,
wobei der Verbindungspunkt mit einem zweiten Ende der ersten Spule
verbunden ist. Vorzugsweise ist das Impedanzelement mit einer Spule
versehen. Ferner ist vorzugsweise ein Impedanzelement mit einer
Spule und einem mit der Spule verbundenen Kondensator vorgesehen.
Insbesondere kann das Kommunikationssignal Amplituden-Umtast-moduliert
bzw. ASK-moduliert
(amplitude-shift-keying) sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer mit einer vorgeschlagenen Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein
Fahrzeug versehenen Elektroniksteuereinheit;
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2 ein
Blockdiagramm einer mit einer Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein
Fahrzeug versehenen Elektroniksteuereinheit gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm eines in einer Energieversorgungsleitungs- Kommunikationseinrichtung
enthaltenen Impedanz Elementes;
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4 ein
Blockdiagramm einer Modifikation des Impedanzelements;
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5 ein
Blockdiagramm einer zweiten Modifikation des Impedanzelements;
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6 ein
Vergleichsbeispiel einer Versorgungsspannungsvariation auf einer
Energieversorgungsleitung in einem Fall, in dem darüber ein
Motorrauschen überlagert
ist;
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7 ein
praktisches Beispiel der vorliegenden Erfindung einer Versorgungsspannungsvariation auf
einer Energieversorgungsleitung in einem Fall, in dem darüber ein
Motorrauschen überlagert
ist;
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8 eine
Versorgungsspannungsvariation auf einer Energieversorgungsleitung,
auf welcher Kommunikationssignale überlagert sind in einem Fall,
in dem ein Motor nicht angetrieben wird;
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9 eine
Versorgungsspannungsvariation in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel
in einem Fall, in dem der Motor angetrieben wird; und
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10 eine
Versorgungsspannungsvariation in Übereinstimmung mit einem Beispiel
der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem der Motor angetrieben
wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Elektroniksteuereinheit einschließlich einer
Energieversorgungsleitungs- Kommunikationseinrichtung
für ein Fahrzeug
(nachstehend PLC genannt) in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in der ECU enthaltene PLC 1 ist mit
einem Bandpassfilter 2 versehen, einem Komparatorteil 3,
einem Erfassungsteil 4, einem Empfängerteil 5, einem
Trägeroszillatorteil 6,
einem Modulationsteil 7, einem Ausgabeteil 8 und
einem Impedanzelement 9.
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Ein
Umleitungskondensator 101, ein Energiequellenschaltungsteil 103 und
ein Laststeuerteil 105, die in der ECU enthalten sind,
sowie eine Last 107 und ein zur Rauschreduzierung mit der
Last 107 verbundener Kondensator 109 haben dieselben Funktionen
wie die oben vorgeschlagene ECU und eine detaillierte Beschreibung
wird demnach weggelassen.
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Signale,
die einer an eine Energieversorgungsleitung 10 angelegten
Versorgungsspannung überlagert
sind, um eine Kommunikation mit den anderen ECUS einzurichten, werden
in das Bandpassfilter 2 eingegeben. Rauschkomponenten niedriger Frequenzen
und hoher Frequenzen werden aus den Eingangssignalen mit Hilfe des
Bandpassfilters 2 gefiltert. Die Signale, deren Rauschen
herausgefiltert worden ist, werden zum Komparatorteil 3 gesendet. Die
zwischen den jeweiligen ECUs kommunizierenden Signale sind Digitalsignale,
welche in eine Hochfrequenz amplitudenumtastmoduliert bzw. ASK-moduliert
sind, wie später
beschrieben wird, und werden auf der Energieversorgungsleitung 10 übertragen.
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Die
Signale von dem Bandpassfilter 2 werden in den Komparatorteil 3 eingegeben.
Der Komparatorteil 3 vergleicht die modulierten Signale
mit einem vorbestimmten Standardpegel, um die Eingangssignale zu
verstärken.
Die verstärkten
Signale werden zu dem Detektorteil 4 gesendet.
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Die
von dem Komparatorteil 3 gesendeten Signale werden in den
Detektorteil 4 eingegeben. Der Detektorteil 4 erfasst
die von dem Komparatorteil 3 verstärkten Signale, um die der an
der Energieversorgungsleitung 10 angelegten Versorgungsspannung überlagerten
Signale als empfangene Daten zu extrahieren. Die extrahierten, empfangenen
Daten werden zu dem Empfängerteil 5 gesendet.
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Der
Empfängerteil 5,
welcher beispielsweise aus einer CPU besteht, führt verschiedene Verarbeitungen
basierend auf den empfangenen Daten aus. Als eine der Verarbeitungen
generiert der Empfängerteil 5 ein
Laststeuersignal zum Steuern des Laststeuerteils 105. Das
generierte Laststeuersignal wird zu dem Laststeuerteil 105 gesendet,
so dass der Laststeuerteil 105 mit der vorgeschlagenen
ECU auf ähnliche
Weise gesteuert wird. Zudem generiert der Empfängerteil 5 zu den
anderen ECUs zu sendende Daten. Die generierten Sendedaten werden
zu dem Modulationsteil 7 gesendet. Der Trägeroszillatorteil 6 oszilliert
(generiert) einen Träger
zum Überlagern
der Sendedaten über
die Versorgungsspannung, die über
die Versorgungsleitung 10 angelegt ist. Der oszillierte
Träger
wird zu dem Modulationsteil 7 gesendet.
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Die
von dem Empfängerteil 5 gesendeten Daten
und der von dem Trägeroszillatorteil 6 oszillierte
Träger
werden in den Modulationsteil 7 eingegeben. Der Modulationsteil 7 moduliert
die Sendedaten in einer ASK-Weise. Die ASK-modulierten Sendedaten
werden zu dem Ausgangsteil 8 gesendet.
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In
einem Fall, in dem der Träger
eine niederfrequente Welle ist, beispielsweise in einem Bereich von
einigen 100 Hz bis einigen kHz, werden die Signale durch den Bypasskondensator,
mit welchem eine an die Energiequelle angeschlossene Elektronikeinrichtung
ausgerüstet
ist, stark bedämpft.
Demnach wird vorgezogen, die Kommunikationssignale mit einer hohen
Frequenzwelle von einigen MHz (beispielsweise 2,5 MHz) zu ASK-modulieren.
Die Signale werden mit der Hochfrequenzwelle ASK-moduliert, wodurch
die Bedämpfung
der Kommunikationssignale unterdrückt wird und die Energieversorgungsleitungs-Kommunikation
stabil erreicht werden kann. Ein Schaltungsaufbau für die ASK-Modulation
kann einfacher sein als der für
andere Modulationsverfahren.
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Die
von dem Modulationsteil 7 gesendeten Sendedaten werden
in den Ausgangsteil 8 eingegeben. Der Ausgangsteil 8 verstärkt die
ASK-modulierten Sendedaten und gibt sie auf die Energieversorgungsleitung 10 über das
Bandpassfilter 2 aus.
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Das
Impedanzelement 9 ist ein elektrisches Element mit einer
höheren
Impedanz gegenüber
einer Stromkomponente, die von einer Gleichstromkomponente abweicht
und setzt sich aus einer geeigneten Kombination von Spulen und/oder
Kondensatoren zusammen. Das Impedanzelement 9 wird zwischen
einen Kommunikationspunkt N1, der ein Eingangsteil der PLC 1 ist,
und dem Energiequellenschaltungsteil 103 sowie dem Laststeuerteil 105 eingefügt, um das
Leiten davon zu steuern. Das Impedanzelement 9 ist beispielsweise
aufgebaut wie 3 oder 4.
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Das
Impedanzelement 9, das in 3 gezeigt
ist, wird vorzugsweise in einem Fall angewendet, in dem ein Kondensator
zur Rauschunterdrückung
mit der Last verbunden ist. Das Impedanzelement 9 besteht
aus einer Spule 20 und einer Spule 21. Das Ende
der Spule 20 ist mit dem Verbindungspunkt N1 verbunden,
an den das Bandpassfilter 2 und die Energieversorgungsleitung 10 verbunden sind.
Ein gegenüberliegendes
Ende der Spule 20 ist mit einer Eingangsseite des Umleitungskondensators
bzw. Bypass-Kondensators 101 verbunden
und dem Energiequellenschaltungsteil 103. Ein Ende der Spule 21 ist
mit der Spule 20 verbunden und ein gegenüberliegendes
Ende ist mit dem Laststeuerteil 105 verbunden.
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4 zeigt
ein modifiziertes Beispiel des Impedanzelements 9, in welchem
ein gegen Masse geschalteter Kondensator 22 ferner mit
dem mit dem Laststeuerteil 105 verbundenen, gegenüberliegenden
Ende der Spule verbunden ist, verglichen mit dem in 3 gezeigten
Aufbau.
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5 zeigt
ein zweites modifiziertes Beispiel des Impedanzelementes 9.
Die Kondensatoren 24 und 26 sind jeweils parallel
zu den Spulen 20 und 21 geschaltet. Eine beachtliche
Elementegröße kann verglichen
mit den in 3 und 4 jeweils
gezeigten Beispielen kleiner gemacht werden, während ähnliche Wirkungen wie in diesen
Fällen
erzielt werden.
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In Übereinstimmung
mit den oben beschriebenen Aufbauten werden, wenn die ECU 1 die
Kommunikationssignale empfängt,
die der an der Energieversorgungsleitung 10 anliegenden
Versorgungsspannung überlagerten
Kommunikationssignale zu dem Komparatorteil 3 über das
Bandpassfilter 2 gesendet. Die ASK-modulierten Kommunikationssignale werden
am Komparatorteil 3 verstärkt. Die verstärkten Kommunikationssignale
werden von dem Detektorteil 4 erfasst, um Empfangsdaten
zu sein. Die empfangenen Daten werden an den Empfängerteil 5 gesendet
und werden mit verschiedenen Verarbeitungen verarbeitet.
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Wenn
die ECU 1 die Kommunikationssignale sendet, werden andererseits
von dem Empfängerteil 5 generierte
Sendedaten zu dem Modulationsteil 7 gesendet. Die zu dem
Modulationsteil 7 gesendeten Daten sind mit dem von dem
Trägeroszillatorteil 6 oszillierten
Träger
in die Hochfrequenzwelle eines Bandes von einigen MHz ASK-moduliert.
Die ASK-modulierten Sendedaten werden zur Energieversorgungsleitung 10 über den
Ausgangsteil 8 gesendet, um der Versorgungsspannung überlagert
zu werden und gesendet zu werden.
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Die
an der Energieversorgungsleitung 10 angelegte Versorgungsspannung,
beispielsweise eine Gleichspannung von 12V, wird dem Energieversorgungsschaltungsteil 103 über das
Impedanzelement 9 zugeführt
und wird geändert
in eine Betriebsspannung von Elektronikeinrichtungen innerhalb des Fahrzeuges,
beispielsweise 5V. Die geänderte
Versorgungsspannung wird den jeweiligen Elektronikeinrichtungen
als eine Energiequelle davon zugeführt. Ferner wird die an die
Energieversorgungsleitung 10 angelegte Versorgungsspannung
dem Laststeuerteil 105 über
das Impedanzelement 109 zugeführt. Beim Betreiben der Last 107 wird
die den Laststeuerteil 105 geführte Versorgungsspannung an
die Last 107 über
den Laststeuerteil 105 angelegt, so dass die Last 107 mit
Hilfe der Versorgungsspannung betrieben wird.
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Wenn
die Last 107 betrieben wird, wird Rauschen an der Last 107 generiert.
Beispielsweise in dem Fall, wenn die Last 107 ein Elektromotor
(hier als Motor bezeichnet) ist, wird Bürstenrauschen generiert und
zu dem Impedanzelement 109 über den Laststeuerteil 105 gesendet.
Jedoch wird das Bürstenrauschen
bedämpft
durch das Impedanzelement 9, so dass das zur Energieversorgungsleitung 10 fließende Rauschen
spürbar
reduziert ist.
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Angenommen,
dass das Impedanzelement 9, dessen Aufbau in 3 gezeigt
ist, verwendet wird und die Last 107 ein Motor zum Antreiben
eines Außenspiegels
eines Fahrzeugs ist, erreicht ein Rauschpegel etwa 40V, wie in 5 gezeigt
ist, wenn der Motor betrieben wird. Demgegenüber fällt ein Rauschpegel am Verbindungspunkt
N1 unter 10V mit Hilfe des Rauschreduziereffektes des Impedanzelementes 9,
wie in 7 gezeigt. Dadurch kann stabile Kommunikation
erreicht werden und die Kommunikationsqualität wird erhöht.
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Andererseits
befindet sich beim Betreiben der Last 107 der Laststeuerteil 105 in
einem Zustand des Zuführens
der an der Energieversorgungsleitung 10 anliegenden Versorgungsspannung
zu der Last 107. Folglich fließen die der Versorgungsspannung überlagerten
Kommunikationssignale in die Last 107 über den Laststeuerteil 105.
In einem Fall, in dem die vorgeschlagene PLC nicht mit dem Impedanzelement 9 versehen
ist, werden die Kommunikationssignale von dem zur Rauschreduzierung
an der Last 107 vorgesehenen Kondensator bedämpft. Demgemäss wird
bei der vorliegenden Erfindung das Einströmen der der Versorgungsspannung überlagerten Kommunikationssignale
in die Last 107 durch das Impedanzelement 109 unterdrückt. Hierdurch
wird die Bedämpfung
der Kommunikationssignale beim Betreiben der Last 107 unterdrückt.
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Angenommen,
dass das Impedanzelement 9, dessen Aufbau in 4 gezeigt
ist, verwendet wird und die Last 107 ein Motor zum Antreiben
eines elektrischen Fensterhebers ist, ergibt sich ein beispielhafter
Rauschpegel, wie in 8, wenn der Motor nicht betrieben
wird. In einem Fall, in dem die vorgeschlagene PLC nicht mit dem
Impedanzelement 9 versehen ist, wird der Signalpegel unterdrückt auf
etwa ein Viertel davon, wie in 9 gezeigt.
Demgegenüber wird
in einem Fall, in dem das Impedanzelement 9 vorgesehen
ist, ein Signalpegel kaum unterdrückt, wie in 10 gezeigt.
Hierdurch wird das Bedämpfen
des Signalpegels von der Versorgungsspannung überlagerten Kommunikationssignalen
mit Hilfe des Vorsehens des Impedanzelementes 9 unterdrückt. Hierdurch
kann stabile Kommunikation erreicht werden und die Kommunikationsqualität wird verbessert.