JP2005229160A - データ伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度なデータ伝送を可能にするデータ伝送装置を提供する。
【解決手段】 本データ伝送装置のセンサユニット２０Ａでは、高速ＡＤＣ２５によりセンサ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換しデータバッファ２６に記憶し、通信コントローラ２８、通信ドライバ／レシーバ２９により車載ＬＡＮ５０に送出する。一方、本データ伝送装置のＥＣＵ３０では、車載ＬＡＮ５０を介してディジタル信号を受信してデータバッファ３３に記憶し、デルタシグマ変換器３５によりデルタシグマ変換する。これにより、センサユニット２０Ａのオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号を送出するので、車載ＬＡＮ５０上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、ＥＣＵ３０のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換するため、高精度なデータ伝送を可能にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、データ伝送装置に関するものである。

一般に、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）は、ディジタル値を取り扱うため、例えば、センサ等から出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換器を用いてディジタル信号に変換してから処理している。具体的には、車両に搭載された車両制御用のマイコンを例に挙げると、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローセンサやラジエータの水温を検出する水温センサからはアナログ信号が出力されているため、それをディジタル信号に変換してからＥＣＵ（Electronic Control Uint ）のマイコンに入力している（下記、非特許文献１を参照）。
志賀拡、水谷集治 著「自動車工学シリーズ カーエレクトロニクス」、株式会社山海堂、p.７８−７９

ところで、このようなマイコンを搭載した車両制御用のＥＣＵの多くはＡ／Ｄ変換器を備え、また一般にセンサはセンサ信号としてアナログ信号を出力する。その一方で、車両等の制御システムの場合、センサとその出力を信号処理するＥＣＵとは物理的に離れていることが多い。そのため、センサと車両制御用のＥＣＵとは、ある程度の長さのワイヤハーネスを介して電気的に接続されている構成を採るのが一般的である。このため、このようなワイヤハーネス等の、センサとＥＣＵのＡ／Ｄ変換器との間において、外来ノイズが混入することが原因でセンサ信号が化けたり劣化するという問題がある。特に、車両制御システムの場合、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズ等々の、外来ノイズの発生原因が比較的多く存在することから、このような環境下では、センサからＥＣＵへの誤りのないセンサ信号の伝送が一層困難になっているという問題がある。

また、センサの検出分解能が高くなるに従ってそのセンサ信号も高精度なものとなる。ところが、センサ信号によるデータの最小分解能レベルよりも外来ノイズによるノイズレベルの方が高いことから、折角、高精度なＡ／Ｄ変換器を用いても高精度なデータをＥＣＵが受け取ることが難しいという問題もある。例えば、ＤＣ５Ｖをフルスケールとするセンサ信号から０．１ｍＶ程度の分解能のデータ信号を取り出そうとすると、原理的には１６ビット程度のＡ／Ｄ変換器を用いることで検出可能となるが、外来ノイズのノイズレベルが数ｍＶ程度に達すると、このノイズの中にデータ信号が埋もれてしまう。そのため、センサの検出精度を高めることが、センサからＥＣＵへのセンサ信号の伝送をより一層困難にするという問題を招く。

さらに、センサを駆動する電源とセンサ信号を処理するＥＣＵの電源とが異なったものであると、どちらか一方の電源電圧の変動によってセンサ信号のレベルも相対的に変動する。その一方でセンサ信号の精度が高くなるに従ってこのようなセンサ信号のレベル変動は、センサ信号の誤りを招き易い。したがって、かかる電源電圧の変動は、高精度なセンサ信号の伝送をさらに困難にしているという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度なデータ伝送を可能にするデータ伝送装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、送信装置として、Ａ／Ｄ変換手段、送信データ記憶手段および送信手段を有し、受信装置として、受信手段、受信データ記憶手段およびデルタシグマ変換手段を有する。送信装置では、アナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換し送信データ記憶手段に記憶する。そして、この記憶されたディジタル信号を送信データ記憶手段から取り出して伝送媒体に送出する。一方、受信装置では、送信手段から送出されたディジタル信号を伝送媒体を介して受信し受信データ記憶手段に記憶する。そして、受信データ記憶手段から取り出したディジタル信号を送信装置のＡ／Ｄ変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換する。なお、「オーバーサンプリング」とは、Ａ／Ｄ変換においてナイキスト周波数を超える周波数（オーバーサンプリング周波数のこと）でサンプリングすることをいい、また「オーバーサンプリング比」とは、ナイキスト周波数に対するオーバーサンプリング周波数の比をいう。

特許請求の範囲に記載の請求項２記載の手段を採用することによって、送信データ記憶手段から取り出されるディジタル信号は、１サンプル前のディジタル信号との差分であることから、送信データ記憶手段に記憶されたディジタル信号をすべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。

特許請求の範囲に記載の請求項３記載の手段を採用することによって、アナログ信号は、センサから出力されるセンサ信号であることから、センサ信号は、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号として送出されるので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換、つまり高精度なセンサ信号を得ることができる。

特許請求の範囲に記載の請求項４記載の手段を採用することによって、センサは、送信装置を駆動する直流電源により駆動されていることから、当該直流電源の電圧が変動しても、送信装置を構成するＡ／Ｄ変換手段、送信データ記憶手段および送信手段の直流電源の電圧も同様に変動する。これにより、センサの電源電圧の変動しても、アナログ信号であるセンサ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段の電源電圧も同様に変動するので、このような直流電源の電圧変動は、Ａ／Ｄ変換手段のオーバーサンプリングに影響を与えることはない。また、送信装置と受信装置とは伝送媒体を介してディジタル信号の授受をしているにすぎないので、送信装置の電源電圧が変動しても、受信装置のデルタシグマ変換には何ら影響を与えることはない。したがって、センサまたは送信装置の直流電源の電圧が変動しても、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

請求項１の発明では、送信装置はアナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換しているので、変換精度が高いＡ／Ｄ変換手段を用いて高精度なディジタル信号を送出した場合に比べ、オーバーサンプリングした分、Ａ／Ｄ変換手段自体の変換精度を下げることができる。そのため、低精度なディジタル信号を伝送媒体に大量に送出することで、変換精度が高いＡ／Ｄ変換手段を用いた場合と同等の情報量を受信装置に送ることが可能となる。また、Ａ／Ｄ変換手段の変換精度を低くすることができるため、外来ノイズに対する耐力を向上することができる。一方、受信装置では、このようなオーバーサンプリングされたディジタル信号を受信して送信装置のＡ／Ｄ変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換するので、伝送媒体では精度の低いディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換することができる。つまり、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号を送出するので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換する。したがって、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

請求項２の発明では、送信データ記憶手段から取り出されるディジタル信号は、１サンプル前のディジタル信号との差分であることから、送信データ記憶手段に記憶されたディジタル信号をすべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。これにより、オーバーサンプリングにより増大した低精度なディジタル信号のデータ量を削減することができる。したがって、少量のデータ量で、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

請求項３の発明では、センサ信号は、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号として送出されるので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換、つまり高精度なセンサ信号を得ることができる。これにより、例えば、当該センサに送信装置を持たせることで、センサ信号は高精度なセンサ信号として受信装置に伝送することができる。したがって、センサ信号においても高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

請求項４の発明では、センサの直流電源の電圧が変動しても、アナログ信号であるセンサ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段の電源電圧も同様に変動するので、このような直流電源の電圧変動は、Ａ／Ｄ変換手段のオーバーサンプリングに影響を与えることはない。また、送信装置と受信装置とは伝送媒体を介してディジタル信号の授受をしているにすぎないので、送信装置の電源電圧が変動しても、受信装置のデルタシグマ変換には何ら影響を与えることはない。したがって、センサまたは送信装置の直流電源の電圧が変動しても、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

以下、本発明のデータ伝送装置の実施形態について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明のデータ伝送装置の送信装置をセンサユニット２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ）に、また本発明のデータ伝送装置の受信装置をＥＣＵ３０にそれぞれ適用している。そのため、センサユニット２０（送信装置）とＥＣＵ３０（受信装置）との組合せたものが、本実施形態に係るデータ伝送装置（以下「本データ伝送装置」という。）に相当する。まず図１を参照してセンサユニット２０とＥＣＵ３０とにより構成される本データ伝送装置の概要を説明する。

図１に示すように、本データ伝送装置のセンサユニット２０は、主に、センサ素子２１、センシング回路２２、高速ＡＤＣ２５、データバッファ２６、通信ドライバ／レシーバ２９等により構成されている。このセンサユニット２０は、センサとして構成されるセンサ素子２１およびセンシング回路２２から出力されるセンサ信号（アナログ信号）を変換精度の低い高速ＡＤＣ２５によりオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換する機能、この変換されたディジタル信号をデータバッファ２６に記憶する機能、データバッファ２６に記憶されたディジタル信号を通信ドライバ／レシーバ２９により車載ＬＡＮ（Local Area Network）５０に送出する機能、等を備えている。

一方、本データ伝送装置のＥＣＵ３０は、主に、通信ドライバ／レシーバ３１、ＣＰＵα等に構成されている。このＥＣＵ３０は、センサユニット２０から送出されたディジタル信号を車載ＬＡＮ５０を介して受信しＣＰＵαのデータバッファ３３に記憶する機能、データバッファ３３から取り出したディジタル信号をＣＰＵαのデルタシグマ変換器３５によりデルタシグマ変換する機能、デルタシグマ変換されたディジタル信号ををデータレジスタ３７に記憶する機能、等を備えている。

このような各機能を備えることにより、本データ伝送装置では、センサユニット２０によって、センシング回路２２のセンサ信号をオーバーサンプリングにより変換した低精度なディジタル信号として車載ＬＡＮ５０に送出する一方で、ＥＣＵ３０によって、これを受信してデルタシグマ変換により高精度なディジタル信号に変換している。これにより、後述するように、車載ＬＡＮ５０に混入する外来ノイズ等の影響を受け難くするため、高精度なデータ伝送を可能にしている。

なお、図１では、対向するセンサユニット２０とＥＣＵ３０が、車載ＬＡＮ５０によりピアツーピア（１対１）の形態で接続されているように図示されているが、これは本データ伝送装置の概念を明確にするためのものである。そのため、図１のようにセンサユニット２０とＥＣＵ３０とをピアツーピア接続しても良いが、本実施形態では、例えば図２に示すように、複数のセンサユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０ＣやＥＣＵ３０、また図略の他のＥＣＵ等をバス状またはスター状に接続するネットワーク形態を採っている。

次に、センサユニット２０およびＥＣＵ３０の構成の詳細を図２に基づいて説明する。なお、図２では、車載ＬＡＮ５０に複数のセンサユニット２０と１つのＥＣＵ３０を接続するネットワーク形態を採っている。そのため、それぞれのセンサユニットに対し便宜的に「２０Ａ」、「２０Ｂ」、「２０Ｃ」の符号を付しているが、これらは、いずれも図１を参照して説明したセンサユニット２０と同様に構成されている。そのため、ここではセンサユニット２０Ａを代表して説明する。

図１を参照して説明したように、センサユニット２０Ａは、センサ素子２１、センシング回路２２、高速ＡＤＣ２５、データバッファ２６、通信ドライバ／レシーバ２９を中心に、ノイズ発生器２３、加算回路２４、差分抽出器２７、通信コントローラ２８、バッテリBatt等も備えている。

センサ素子２１は、センシング回路２２とともにセンサを構成するもので、物理量を検出し得るものである。具体的には、例えば、圧力ゲージと称される圧力検出器がこれに相当する。圧力ゲージの場合、一般に、等価回路として抵抗によるホイーストンブリッジ回路が構成されるので、これに外部からバッテリBattによる直流電圧を印加することによって電圧信号を出力し得るように構成されている。なお、このバッテリBattは、後述するように、センシング回路２２や高速ＡＤＣ２５にも直流電力を供給している。これにより、センサ素子２１やセンシング回路２２に印加される直流電圧が変動しても、高速ＡＤＣ２５に印加される直流電圧も同様に変動するので、この電圧変動が、高速ＡＤＣ２５によるオーバーサンプリングに対して影響を与えることを防止している。なお、センサ素子２１としては、外部から直流電圧を印加するタイプのもの以外に、熱電対やピエゾ素子のように、外部から直流電圧を印加しなくても電圧信号を出力し得るものであっても良い。

センシング回路２２は、センサ素子２１から出力された電圧信号を入力することにより、この入力電圧信号を所定のゲインで増幅してセンサ信号として出力する機能を有するもので、センサ素子２１とともに、特許請求の範囲に記載の「センサ」に相当し得るものである。このセンシング回路２２から出力されたセンサ信号は、次段の加算回路２４に入力される。

ノイズ発生器２３は、例えば、ホワイトノイズ等を発生させてノイズ値を出力する機能を有するもので、具体的には、ロジック回路により疑似的に発生させたり、また半導体等により熱ノイズを発生させたりしてノイズ値を得ている。このノイズ発生器２３により出力されるノイズ値は、次段の加算回路２４によって前述したセンサ信号に加算される。これにより、ノイズ値による交流成分がセンサ信号に加算されるため、センサ信号に比較的多く含まれる直流成分を交流成分に変換することができ、後述するＥＣＵ３０によるデルタシグマ変換を可能にしている。なお、センシング回路２２を構成する電子部品により熱ノイズ等が発生しており、そのノイズ値がセンサ信号に重畳されている場合には、ノイズ発生器２３や加算回路２４は不要となる。

高速ＡＤＣ２５は、アナログ信号をオーバーサンプリングして、例えば８ビットにより量子化されたディジタル信号に変換する、いわゆるＡ／Ｄ変換器で、特許請求の範囲に記載の「Ａ／Ｄ変換手段」に相当し得るものである。この高速ＡＤＣ２５の変換精度は、８ビット程度であるため、１２ビット、１６ビットや２４ビット等のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に比べると変換精度は低いものの、そのサンプリング周波数は、例えば５０ｋHz（サンプリング間隔２０μＳ）に設定されている。そのため、車両制御用のＥＣＵに搭載されるＡ／Ｄ変換器の一般的なサンプリング周波数２００Hz（サンプリング間隔５ｍＳ）に比べて高速なサンプリング、つまりオーバーサンプリングを可能にしている。例えば、ナイキスト周波数を２００Hz、サンプリング周波数を５０ｋHzとすると、この高速ＡＤＣ２５のオーバーサンプリング比は２５０（＝５００００Hz／２００Hz）となり、ナイキスト周波数でサンプリングした場合に比べ、変換されたディジタル信号は２５０倍のデータ量となる。このように高速ＡＤＣ２５によりオーバーサンプリングされると、低精度のディジタルデータが大量に出力される。なお、この高速ＡＤＣ２５は、センサ素子２１やセンシング回路２２を駆動しているバッテリBattにより駆動されている。これにより、上述したように、センサ素子２１等に印加される直流電圧が変動しても、高速ＡＤＣ２５に印加される直流電圧も同様に変動するので、サンプリングの基準電圧もこの変動とともに変化するため、オーバーサンプリングに対する影響を抑えている。

データバッファ２６は、高速ＡＤＣ２５により変換されたディジタル信号を一時的に記憶するとともに、後段の差分抽出器２７や通信コントローラ２８の要求に応じて記憶したディジタル信号を出力する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「送信データ記憶手段」に相当し得るものである。具体的には、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の半導体メモリ装置により構成されている。このデータバッファ２６は、高速ＡＤＣ２５と差分抽出器２７あるいは通信コントローラ２８との間に介在することによって、高速ＡＤＣ２５による出力速度と差分抽出器２７または通信コントローラ２８による処理速度との差を吸収する緩衝器の役割を果たしている。また、高速ＡＤＣ２５により変換されたディジタル信号のデータ（８ビット構成）を２５６個単位で取り出し可能にデータ管理を行う。これにより、差分抽出器２７や通信コントローラ２８に対して、８ビット×２５６個のデータを８倍オーバーサンプリングされたデータをみなして出力することが可能となる。

差分抽出器２７は、データバッファ２６からディジタル信号を取り出すとともに、高速ＡＤＣ２５による１サンプル前のディジタル信号との差分を抽出する機能を有するものである。センシング回路２２から加算回路２４を介して高速ＡＤＣ２５に入力されるセンサ信号は連続したアナログ信号であり、高速ＡＤＣ２５のサンプリング間隔に対して緩やかな変化をする。そのため、サンプリング時刻ｔで変換されたディジタル信号Ｄn と、その１サンプル前の時刻ｔ−Δｔに変換されたディジタル信号Ｄ(n-1) と、は大きく異なることはなく、また１サンプル後の時刻ｔ＋Δｔに変換されたディジタル信号Ｄ(n+1) についても同様である。例えば、高速ＡＤＣ２５により変換されたディジタル信号を、８ビットのビット列で表現すると、ディジタル信号Ｄ(n-1) ；11011001からディジタル信号Ｄn ；11001001に変化し、さらにディジタル信号Ｄ(n-1) ；10111001に変化するというように、下位４ビット（1001)は変化することなく、上位４ビットだけ（1101)→（1100)→（1011)に変化する。したがって、この上位４ビットの変化分を差分として抽出することによってこの例の場合では、８ビット×３＝２４ビットから４ビット×３＝１２ビットにデータ量を半減させることが可能となる。

このように差分抽出器２７では、データバッファ２６から取り出したディジタル信号に対して１サンプル前のディジタル信号との差分データを抽出する機能を有するので、データバッファ２６に記憶されたディジタル信号をそのまますべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。これにより、高速ＡＤＣ２５によるオーバーサンプリングによって増大傾向にある低精度なディジタル信号のデータ量を削減することができる。したがって、少量のデータ量で高精度なデータ伝送を可能にする。なお、図２に示す破線矢印によるルートのように、差分抽出器２７を経由することなく、つまり差分データを抽出することなく、データバッファ２６から直接、通信コントローラ２８にディジタル信号が出力しても良い。これにより、高速ＡＤＣ２５で変換されたディジタル信号はそのまま通信コントローラ２８に受け渡される。

通信コントローラ２８は、通信ドライバ／レシーバ２９を制御し得るもので、通信ドライバ／レシーバ２９とともに特許請求の範囲に記載の「送信手段」に相当し得るものである。そのため、概念的には、通信ドライバ／レシーバ２９とともに、差分抽出器２７またはデータバッファ２６から取り出したディジタル信号を車載ＬＡＮ５０に送出する機能を有する。本実施形態では、伝送媒体として車載ＬＡＮ５０を利用しているので、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network ）と称される有線によるネットワークの通信プロトコルに従った通信制御を通信ドライバ／レシーバ２９に対して行っている。

通信ドライバ／レシーバ２９は、通信コントローラ２８の制御により、差分抽出器２７またはデータバッファ２６から取り出したディジタル信号を車載ＬＡＮ５０に送出する機能を有するもので、通信コントローラ２８とともに特許請求の範囲に記載の「送信手段」に相当し得るものである。具体的には、単に、ディジタル信号を車載ＬＡＮ５０に送出するだけでなく、ＥＣＵ３０や他のセンサユニット２０Ｂ、２０Ｃとの間で、例えばＣＡＮの通信プロトコルに則って相互に制御情報のやり取り等を行う必要上、受信装置の機能も備えている。そのため、「通信ドライバ／レシーバ」と称されている。

車載ＬＡＮ５０は、例えば、ＣＡＮと称される車両制御用の有線ＬＡＮで、例えば、数１０ｋbps 〜５００ｋbps の通信速度に設定されている。本実施形態では、高速ＡＤＣ２５によりオーバーサンプリングして大量のディジタルデータを流すため、例えば、５００ｋbps 〜１０Ｍbps 程度のより高速なＬＡＮ（例えば FlexRay等）である方が望ましい。また、有線によるＬＡＮに限られることはなく、例えば、IEEE802.11シリーズやブルートゥース（Bluetooth ）等による無線ＬＡＮを伝送媒体としても良い。この場合、通信ドライバ／レシーバ２９や通信コントローラ２８も当該無線ＬＡＮに対応したものに変更する必要がある。

ここで、車載ＬＡＮ５０は、ツイストペアケーブルや同軸ケーブル等により車両内に布線されている。そのため、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズが、当該車載ＬＡＮ５０のケーブルやコネクタに混入する可能性が高く、混入したノイズはいわゆる外来ノイズとして車載ＬＡＮ５０によるデータ通信の妨げとなる。具体的は、［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたように、ＤＣ５Ｖをフルスケールとするセンサ信号から０．１ｍＶ程度の分解能のデータ信号を取り出そうとした場合、外来ノイズのノイズレベルが数ｍＶ程度に達すると、このノイズの中にデータ信号が埋もれてしまう。そのため、原理的には可能な１６ビット程度のＡ／Ｄ変換器の利用を困難にしている実状がある。

そこで、実施形態では、前述したようにセンサユニット２０（２０Ａ）では、高速ＡＤＣ２５によるＡ／Ｄ変換を低精度な８ビット程度のものにする代わりに、サンプリング周波数を高くしてオーバーサンプリングを行う。これにより、精度が低下した分をオーバーサンプリングにより増加させたディジタル信号のデータ量（例えば８ビット×２５６）によって補い、それをこれから説明するＥＣＵ３０によりデルタシグマ変換することで、高精度なデータ伝送を可能にしている。

図２に示すように、ＥＣＵ３０は、通信ドライバ／レシーバ３１、通信コントローラ３２、データバッファ３３、デルタシグマ変換器３５、データレジスタ３７等により構成されている。なお、通信コントローラ３２、データバッファ３３、デルタシグマ変換器３５、データレジスタ３７は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）化されたＣＰＵαに内蔵されている。

通信ドライバ／レシーバ３１は、前述したセンサユニット２０Ａの通信ドライバ／レシーバ２９とほぼ同様の機能を有するもので、特に、センサユニット２０Ａの通信ドライバ／レシーバ２９から送出されたディジタル信号を車載ＬＡＮ５０を介して受信する機能から、特許請求の範囲に記載の「受信手段」に相当し得るものである。本実施形態では、例えば、受信したディジタル信号をｎビットのパラレル出力としてＣＰＵαの通信コントローラ３２に出力する。

通信コントローラ３２も、前述したセンサユニット２０Ａの通信コントローラ２８をほぼ同様の機能を有するもので、前述した通信ドライバ／レシーバ３１とともに、特許請求の範囲に記載の「受信手段」に相当し得るものである。本実施形態では、伝送媒体としてＣＡＮによる車載ＬＡＮ５０を利用しているので、当該ＣＡＮの通信プロトコルに従った通信制御を通信コントローラ３２に対して行っている。

データバッファ３３も、前述したセンサユニット２０Ａの通信コントローラ２８をほぼ同様の機能を有するもので、通信ドライバ／レシーバ３１および通信コントローラ３２により受信されたディジタル信号を一時的に記憶するとともに、後段のデルタシグマ変換器３５の要求に応じて記憶したディジタル信号を出力する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「受信データ記憶手段」に相当し得るものである。具体的には、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の半導体メモリ装置により構成されている。このデータバッファ３３は、通信コントローラ３２とデルタシグマ変換器３５との間に介在することによって、通信コントローラ３２による出力速度とデルタシグマ変換器３５による変換速度との差を吸収する緩衝器の役割を果たしている。また、通信ドライバ／レシーバ３１、通信コントローラ３２により受信されたディジタル信号のデータ（８ビット構成）を２５６個単位で取り出し可能にデータ管理を行う。これにより、デルタシグマ変換器３５に対して、８ビット×２５６個のデータを８倍オーバーサンプリングされたデータをみなして出力することが可能となる。

デルタシグマ変換器３５は、データバッファ３３から取り出したディジタル信号をセンサユニット２０Ａの高速ＡＤＣ２５のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「デルタシグマ変換手段」に相当し得るものである。具体的には、例えば、データバッファ３３に記憶されたディジタル信号のデータ（８ビット構成）を前述した２５６個単位で取り出すことによって、８ビット×２５６個のデータを８倍オーバーサンプリングされたデータをみなしてデルタシグマ変換を行う。これにより、１６ビット相当の分解能を得ることが可能となり、変換されたセンサ信号のデータ（１６ビット構成）はデータレジスタ３７に格納される。データレジスタ３７は、例えば、ＣＰＵαの汎用レジスタで、デルタシグマ変換器３５により変換されたセンサ信号のデータを格納し、ＣＰＵαの制御ユニットや演算ユニット等の要求に応じて当該データの受渡しを可能にしている。

なお、このＥＣＵ３０は、例えば、車載ＬＡＮ５０を介して送られてくるディジタル信号のヘッダ情報に、センサユニット２０Ａ〜２０Ｃごとに割り振られた識別コードやＭＡＣアドレス等を付加することによって、センサユニット２０Ａ以外に、センサユニット２０Ｂやセンサユニット２０Ｃからも、センサユニット２０Ａと同様に１６ビット相当の分解能をもつセンサ信号を受信することができる。

以上説明したように、本データ伝送装置によると、センサユニット２０は、センサ素子２１およびセンシング回路２２から出力されるセンサ信号（アナログ信号）をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換しているので、変換精度が高いＡ／Ｄ変換器（例えば１６ビット）を用いて高精度なディジタル信号を送出した場合に比べ、オーバーサンプリングした分、高速ＡＤＣ２５の変換精度を下げる（例えば８ビット）ことができる。そのため、低精度なディジタル信号を伝送媒体に大量に送出することで（８ビット×２５６）、変換精度が高いＡ／Ｄ変換器を用いた場合と同等の情報量をＥＣＵ３０に送ることが可能となる。また、Ａ／Ｄ変換器の変換精度を例えば８ビット程度に低くすることができるため、外来ノイズに対する耐力を向上することができる。

一方、ＥＣＵ３０では、このようなオーバーサンプリングされたディジタル信号（８ビット×２５６）を受信してセンサユニット２０の高速ＡＤＣ２５のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換器３５によりデルタシグマ変換する。これにより、車載ＬＡＮ５０では精度の低いディジタル信号（８ビット×２５６）を高精度なディジタル信号（１６ビット相当）に変換することができる。つまり、センサユニット２０のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号を大量に送出するので、車載ＬＡＮ５０上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、ＥＣＵ３０のデルタシグマ変換器３５によるデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換する。したがって、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。

本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置の構成概要を示すブロック図である。 本実施形態に係るデータ伝送装置のセンサユニットおよびＥＣＵの構成を示すブロック図である。

符号の説明

２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…センサユニット（送信装置）
２１…センサ素子（センサ）
２２…センシング回路（センサ）
２３…ノイズ発生器
２４…加算回路
２５…高速ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換手段）
２６…データバッファ（送信データ記憶手段）
２７…差分抽出器
２８…通信コントローラ（送信手段）
２９…通信ドライバ／レシーバ（送信手段）
３０…ＥＣＵ（受信装置）
３１…通信ドライバ／レシーバ（受信手段）
３２…通信コントローラ（受信手段）
３３…データバッファ（受信データ記憶手段）
３５…デルタシグマ変換器（デルタシグマ変換手段）
３７…データレジスタ
５０…車載ＬＡＮ（伝送媒体）
α…ＣＰＵ
Batt…バッテリ（直流電源）

Claims (4)

1. アナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段、前記変換されたディジタル信号を記憶する送信データ記憶手段および前記送信データ記憶手段から前記記憶されたディジタル信号を取り出して伝送媒体に送出する送信手段、を有する送信装置と、
   前記送信手段から送出されたディジタル信号を前記伝送媒体を介して受信する受信手段、前記受信されたディジタル信号を記憶する受信データ記憶手段および前記受信データ記憶手段から取り出した前記ディジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換するデルタシグマ変換手段を有する受信装置と、
   を備えることを特徴とするデータ伝送装置。
2. 前記送信データ記憶手段から取り出される前記ディジタル信号は、１サンプル前のディジタル信号との差分であることを特徴とする請求項１記載のデータ伝送装置。
3. 前記アナログ信号は、センサから出力されるセンサ信号であることを特徴とする請求項１または２記載のデータ伝送装置。
4. 前記センサは、前記送信装置を駆動する直流電源により駆動されていることを特徴とする請求項３記載のデータ伝送装置。
   

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