JP2005252629A - Communication device and network system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通信機器およびネットワークシステムに関するものである。 The present invention relates to a communication device and a network system.
FA(ファクトリーオートメーション)で用いられるPLC(プログラマブルコントローラ)は、スイッチやセンサなどの入力機器のON/OFF情報を入力し、ラダー言語などで書かれたシーケンスプログラム(ユーザプログラム)に沿って論理演算を実行する。PLCは、得られた演算結果にしたがって、リレー,バルブ,アクチュエータなどの出力機器に対し、ON/OFF情報の信号を出力することで制御対象を制御する。上記の入力機器や出力機器は、PLCを構成する入/出力ユニット等に直接接続する場合と、各種のネットワークを介して間接的に接続する場合がある。 PLC (programmable controller) used in FA (factory automation) inputs ON / OFF information of input devices such as switches and sensors, and performs logical operations according to a sequence program (user program) written in a ladder language. Execute. The PLC controls an object to be controlled by outputting a signal of ON / OFF information to an output device such as a relay, a valve, or an actuator according to the obtained calculation result. The above input device and output device may be directly connected to an input / output unit or the like constituting the PLC, or may be indirectly connected through various networks.
PLCとデータの送受を行う装置・機器は、そのPLCが設置される生産現場の各所に存在する。従って、PLCの近くに設置される装置・機器は、PLCを構成するに入/出力ユニット等に接続し、PLCから離れた箇所に設置される装置・機器は、ネットワークを介してPLCと接続する。このネットワークを介した通信は、たとえば、マスタ−スレーブ通信により行うことができる。この場合、PLCを構成するマスタユニットにネットワークケーブル(通信路)を介してスレーブを接続し、そのスレーブに上記の装置・機器をする。 Devices and equipment for sending and receiving data to and from the PLC exist at various production sites where the PLC is installed. Accordingly, devices / equipment installed near the PLC are connected to an input / output unit or the like to configure the PLC, and devices / equipment installed at a location away from the PLC are connected to the PLC via the network. . Communication via this network can be performed by, for example, master-slave communication. In this case, a slave is connected to the master unit constituting the PLC via a network cable (communication path), and the above-described devices and devices are connected to the slave.
ところで、上記のマスタユニットや、スレーブは、地電位差によるループ電流や回線上のサージ電圧による破壊防止のため、内部回路と通信路をDC(直流)的に絶縁する必要がある。そのため、通常、内部回路のうち通信路と直接接続される物理層回路に設けられるトランシーバと、通信路の接続ポートとの間にDC的に絶縁する部材を介在させる。係る絶縁する部材としては、例えば、フォトカプラ,絶縁型DC−DCコンバータ(もしくは通信専用電源)や、特許文献1に開示されたパルストランスなどが用いられる。
By the way, the above-mentioned master unit or slave needs to insulate the internal circuit and the communication path in a DC (direct current) manner in order to prevent destruction due to a loop current due to a ground potential difference or a surge voltage on the line. Therefore, a DC insulating member is usually interposed between the transceiver provided in the physical layer circuit directly connected to the communication path in the internal circuit and the connection port of the communication path. As such an insulating member, for example, a photocoupler, an insulation type DC-DC converter (or a dedicated power source for communication), a pulse transformer disclosed in
図1は、従来のパルストランスを用いたネットワークにおける物理層回路部分を示している。図1に示すように、パルストランス1の一次側をトランシーバ2に接続し、パルストランス1の二次側を通信路3に接続する。そして、ノード#00を送信局とし、ノード#01を受信局とした場合、送信局の内部回路(図示省略)で生成し出力された符号化データは、トランシーバ2を介してパルストランス1の一次側に与えられる。すると、そのパルストランス1の二次側は、一次側に与えられた符号化データと同一内容の符号化データが出力されるため、その二次側に出力された符号化データが通信路3を介してノード#001に送られる。
FIG. 1 shows a physical layer circuit portion in a network using a conventional pulse transformer. As shown in FIG. 1, the primary side of the
ノード#01側では、通信路3を介して送られてきた符号化データがパルストランス1の二次側に与えられる。受信した符号かデータと同一内容の符号化データがパルストランスの一次側に出力され、トランシーバ2に受信される。よって、パルストランス1によって通信路3と、内部回路(トランシーバ2等)は、直流的に絶縁されつつデータの伝送が可能となる。
On the node # 01 side, the encoded data sent via the communication path 3 is given to the secondary side of the
また、パルストランス1の一次側/二次側に発生する符号化データの波高値(電圧)は、一次巻線と二次巻線の巻数比(変成比)によって増減するものの、各ノードに同じ物理層回路を適用した場合には、送信側のトランシーバ2から出力される出力電圧と、最終的に相手方のトランシーバ2に入力される際の受信電圧は等しくなる。
The peak value (voltage) of the encoded data generated on the primary / secondary side of the
すなわち、ノード#00を送信局、ノード#01を受信局、V1をノード#00のポートA−B間に現れる電圧、V3をノード#01のポートA−B間に現れる電圧、V0を通信路3上に現れる電圧、N1/N2をパルストランス1の巻数比とする。
That is, node # 00 is a transmitting station, node # 01 is a receiving station, V1 is a voltage appearing between ports AB of node # 00, V3 is a voltage appearing between ports AB of node # 01, and V0 is a communication path The voltage N1 / N2 appearing on 3 is defined as the turn ratio of the
すると、ノード#00の送信時に通信路3上に現れる電圧V0は、
V0=(N2/N1)×V1
となる。
そして、ノード#01の受信時におけるレシーバの受信電圧V3は、
V3=(N1/N2)×V0
=(N1/N2)×{(N2/N1)×V1}
=V1
となる。したがって、パルストランス1の変成比にかかわらず、送信側の出力電圧が受信側に受信電圧として現れる。
V0 = (N2 / N1) × V1
It becomes.
The reception voltage V3 of the receiver at the time of reception of the node # 01 is
V3 = (N1 / N2) × V0
= (N1 / N2) × {(N2 / N1) × V1}
= V1
It becomes. Therefore, regardless of the transformation ratio of the
しかしながら、上記した従来のパルストランスを用いた通信システムでは、以下に示す問題を有する。すなわち、送信受信性能はトランシーバに適した専用の伝送媒体(ケーブル)を使用した場合がもっとも高い性能、通信距離が出せる。しかし、係る専用の伝送媒体の場合、電源線のような汎用電線に比べて入手も困難であるとともに、高価という問題がある。 However, the communication system using the conventional pulse transformer described above has the following problems. That is, the highest transmission performance and communication distance can be obtained when a dedicated transmission medium (cable) suitable for the transceiver is used. However, in the case of such a dedicated transmission medium, there is a problem that it is difficult to obtain and expensive as compared with a general-purpose electric wire such as a power supply line.
一方、在庫の種類を増やすため、汎用電線のような入手性が良く、安価でもともと在庫で持っているような電線を伝送媒体として使用可能な通信機器の開発が望まれている。しかし、単純に従来の通信路に電源線のような汎用の伝送媒体を用いると、通信路とのインピーダンス不整合が発生し、反射波により伝送品質が低下するおそれがある。 On the other hand, in order to increase the types of inventory, there is a demand for the development of communication equipment that can be used as a transmission medium with a cable that is easily available as a general-purpose cable and that is inexpensive but originally in stock. However, when a general-purpose transmission medium such as a power supply line is simply used for a conventional communication path, impedance mismatch with the communication path occurs, and transmission quality may be deteriorated due to reflected waves.
また、パルストランス1の変成比は送受信の波高値に関係ないと考えられるため、変成比を変更することにより通信路の特性インピーダンスと送信中の物理層回路の見かけ上のインピーダンスを整合し、受信側からの反射波を複次反射させ進行波に重畳することによる伝送品質の低下を防ぐことは可能である。つまり、下記式を満たすことにより、インピーダンスの整合がとれる。
Z1/Z0=(N1/N2)2
従って、N1=1とした場合、N2=(Z0/Z1)1/2と設定すればインピーダンスの整合がとれることになる。
In addition, since the transformation ratio of the
Z1 / Z0 = (N1 / N2) 2
Therefore, when N1 = 1, impedance matching can be achieved by setting N2 = (Z0 / Z1) 1/2.
しかし、たとえばインピーダンス整合を採るための設定が、N2<N1となると、パルストランスの出力電圧V0は、入力電圧V1未満となり、通信路3中を送信される信号の電圧が小さくなる。そのため、伝送距離が短くなったり、ノイズその他により信号が歪み、化けてしまうおそれが高くなり、通信性能の低下をきたす。 However, for example, if the setting for impedance matching is N2 <N1, the output voltage V0 of the pulse transformer becomes less than the input voltage V1, and the voltage of the signal transmitted through the communication path 3 becomes small. Therefore, there is a high possibility that the transmission distance will be shortened, or the signal will be distorted and garbled due to noise or the like, resulting in a decrease in communication performance.
さらに、より大きなサイズ,システムをひとつの通信路で実現したいという要求があり、係る要求を達成するためには、従来より高い性能、通信距離を求められている。しかし、従来の専用線を用いたシステムでは、伝送距離に限度があり、また、インピーダンス整合を採った汎用線を用いたシステムでも、その送信受信性能はトランシーバに適した伝送媒体を使用したときより向上させることはできない。 Furthermore, there is a demand for realizing a larger size and system with a single communication path, and in order to achieve such a demand, higher performance and communication distance than before are required. However, in the system using the conventional dedicated line, the transmission distance is limited, and in the system using the general-purpose line adopting impedance matching, the transmission / reception performance is higher than that when the transmission medium suitable for the transceiver is used. It cannot be improved.
この発明は、たとえ伝送媒体に汎用の電線を用いても送受信性能を向上させることのできる通信機器およびネットワークシステムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the communication apparatus and network system which can improve transmission / reception performance even if a general purpose electric wire is used for a transmission medium.
本発明に係る通信機器は、 通信路を介して他のシリアル通信機器に対してデータ通信し、前記通信路に対して接続する物理層回路にトランシーバとパルストランスを使用したシリアル通信機器であって、前記パルストランスの通信路側の巻線を前記通信路に接続するとともに、トランシーバ側の巻線をトランシーバに接続して、通信路側とトランシーバ側との間を直流的に遮断し、前記パルストランスのトランシーバ側の巻線に中点を設けて、その中点を電源グランドに接続するように構成した。 A communication device according to the present invention is a serial communication device that performs data communication with another serial communication device via a communication path, and uses a transceiver and a pulse transformer in a physical layer circuit connected to the communication path. And connecting the winding on the communication path side of the pulse transformer to the communication path, connecting the winding on the transceiver side to the transceiver, and DC disconnecting between the communication path side and the transceiver side, A mid-point was provided in the winding on the transceiver side, and the mid-point was connected to the power supply ground.
前記トランシーバと前記パルストランスを結ぶラインならびに前記中点と前記電源グランドを結ぶラインに直列に電流抑制抵抗を設けると良い。もちろん、係る電流抑制抵抗の設置は必須ではない。 It is preferable to provide a current suppression resistor in series with a line connecting the transceiver and the pulse transformer and a line connecting the midpoint and the power supply ground. Of course, the installation of such a current suppression resistor is not essential.
さらに、前記通信機器の適用箇所は各種のものがあるが、たとえば、プログラマブルコントローラを構成するマスタユニット或いはそのマスタユニットとネットワークを介して接続されるスレーブ或いはリピータのいずれかとすることができる。さらに、前記パルストランスの変成比は、接続される通信路との間でインピーダンスの整合が採られるように設定されるとよい。 Furthermore, although there are various application locations of the communication device, for example, it can be either a master unit constituting a programmable controller or a slave or repeater connected to the master unit via a network. Further, the transformation ratio of the pulse transformer may be set so that impedance matching is established with the connected communication path.
さらにまた、上記の各通信装置(送信側)は、前記トランシーバの一方のポートAがhigh出力で、他方のポートBがlow出力であり、そのポートA−B間に現れる送信電圧をV01、前記パルストランスの二次側が接続される通信路上に現れる電圧をV00、前記パルストランスの一次側,二次側の巻数をN01とN02とした場合に、前記トランシーバがhigh出力をすると、ポートAから出力された電流は、前記パルストランスの一次側巻線に至り、その一次側巻線の中点から電源グランドに至る経路を流れ、この一次側巻線に電流が流れることにより、前記パルストランスの二次側巻線の両端子間に、2×(N02/N01)×V01の電圧が発生し、その電圧が通信路上に現れる電圧V00となるように設定されるとよい。 Furthermore, each communication device (transmission side) described above is configured such that one port A of the transceiver is a high output and the other port B is a low output, and the transmission voltage appearing between the ports A and B is V01, When the voltage appearing on the communication path to which the secondary side of the pulse transformer is connected is V00, and the number of turns on the primary and secondary sides of the pulse transformer is N01 and N02, the transceiver outputs a high output when the high output is made. The generated current reaches the primary winding of the pulse transformer and flows through the path from the midpoint of the primary winding to the power supply ground. A voltage of 2 × (N02 / N01) × V01 is generated between both terminals of the secondary winding, and the voltage may be set to a voltage V00 that appears on the communication path.
また、上記の通信装置から出力された信号を受信する通信装置としては、前記トランシーバの一方のポートAと他方のポートBの間にかかる受信電圧をV03、前記パルストランスの二次側が接続される通信路上に現れる電圧をV00、前記パルストランスの一次側,二次側の巻数をN01とN02とした場合に、前記通信路の電圧V00(=2×(N02/N01)×V01)が前記パルストランスの二次側に印加されて二次側巻線の全体に電流が流れると、そのパルストランスの一次側巻線の両端子間に発生する電圧V03が、前記トランシーバのABポート間に受信電圧として印加されるようにされ、前記トランシーバの受信電圧V03は、
V03=(N01/N02)×V00
=(N01/N02)×{2・(N02・N01)×V01}
=2・V01
となるように設定されるようにするとよい。
In addition, as a communication device that receives a signal output from the communication device, the reception voltage applied between one port A and the other port B of the transceiver is V03, and the secondary side of the pulse transformer is connected. The voltage V00 (= 2 × (N02 / N01) × V01) of the communication path is the pulse when the voltage appearing on the communication path is V00 and the turns of the primary and secondary sides of the pulse transformer are N01 and N02. When a current flows through the secondary winding as a result of being applied to the secondary side of the transformer, a voltage V03 generated between both terminals of the primary winding of the pulse transformer is a received voltage between the AB ports of the transceiver. The received voltage V03 of the transceiver is
V03 = (N01 / N02) × V00
= (N01 / N02) × {2 · (N02 · N01) × V01}
= 2 ・ V01
It is good to set so that.
このようにすると、受信電圧が送信電圧の2倍となるので、好ましい。なお、上記した各式並びに発生する電圧等は、各機器や通信路において損失がない理想状態において設定されるものであり、実際の装置として、損失等により低下することがあるのはもちろんである。 This is preferable because the reception voltage is twice the transmission voltage. The above-described equations and generated voltages are set in an ideal state where there is no loss in each device or communication path, and of course, as an actual device, it may decrease due to loss or the like. .
また、本発明に係るネットワークシステムは、通信路を介して接続される複数のノードを備えたネットワークシステムにおいて、前記ノードが、上述した各構成からなる通信機器を実装するようにした。 In the network system according to the present invention, in a network system including a plurality of nodes connected via a communication path, the nodes are mounted with communication devices having the above-described configurations.
本発明によれば、パルストランスに設けられた中点を電源グランドに接続することにより、送信時と受信時の電流経路が変わり、見かけ上の変成比を変えることができるため、伝送能力を上げることができる。つまり、パルストランスに設けられた中点を電源グランドに接続することにより、送信時のトランス変成比を変更し、パルストランスから出力され、通信路に送出される信号の電圧を高くでき、通信距離を長くすることができる。 According to the present invention, by connecting the midpoint provided in the pulse transformer to the power supply ground, the current path at the time of transmission and reception is changed, and the apparent transformation ratio can be changed, so that the transmission capability is increased. be able to. In other words, by connecting the midpoint provided in the pulse transformer to the power supply ground, the transformer transformation ratio at the time of transmission can be changed, the voltage of the signal output from the pulse transformer and sent to the communication path can be increased, and the communication distance Can be lengthened.
また、パルストランスの変成比を適宜に設定することにより、送信時に物理層のインピーダンスを回線(通信路)と整合することで、反射波が送信波に重畳することに起因した伝送品質低下を防ぐことができる。これにより、送信時にインピーダンス不整合が発生する伝送媒体(汎用電源線VCTFのような安価で入手しやすいケーブル)を使用しても伝送品質が著しく低下しない。もちろん、本発明を用いた場合でも、通信路に従来と同様専用線を用いるのは妨げない。 Also, by appropriately setting the transformation ratio of the pulse transformer, matching the impedance of the physical layer with the line (communication path) at the time of transmission prevents the transmission quality from deteriorating due to the reflected wave being superimposed on the transmission wave. be able to. As a result, even if a transmission medium in which impedance mismatch occurs at the time of transmission (a cheap and easily available cable such as a general-purpose power supply line VCTF) is used, the transmission quality is not significantly reduced. Of course, even when the present invention is used, it is not hindered to use a dedicated line for the communication path as in the prior art.
本発明では、パルストランスのトランシーバ側の巻線に中点を設け、それを電源グランドに接続したためた、送信時の実質的な変成比を変えることができ、出力側の巻線に出力される電圧を高くすることができ、伝送媒体に汎用の電線を用いても送受信性能を向上させることができる。 In the present invention, since the midpoint is provided in the winding on the transceiver side of the pulse transformer and it is connected to the power supply ground, the substantial transformation ratio at the time of transmission can be changed and output to the winding on the output side. The voltage can be increased, and transmission / reception performance can be improved even if a general-purpose electric wire is used as the transmission medium.
図2は、FAシステムにおけるネットワークシステムの一例を示している。この図2では、マスタ10とスレーブ20が通信路を介して接続された状態を示している。すなわち、マスタ10に主通信路30が接続され、この主通信路30に対してスレーブ20が直接接続される。また、主通信路30からT分岐器31を介して分岐された副通信路32にスレーブ20が接続されることもある。さらに、通信路30の端部がオープンになる箇所には、終端抵抗器33が接続される。
FIG. 2 shows an example of a network system in the FA system. FIG. 2 shows a state where the
マスタ10は、PLCを構成する1つのユニットで、マスタユニットとも称されるものである。図3は、マスタ10の内部構造の一例を示している。このマスタ10は、同じPLCを構成するCPUユニットとデータを受け渡すPLCバスインタフェース部11と、データ処理・演算処理を行うMPU部12と、操作/表示部13ならびに本発明の要部となる主通信路30に接続される物理層回路14とを備えている。
The
PLCバスインタフェース部11は、ユニット間コネクタ11aと、バスドライバ11bと、3端子レギュレータ11c並びにレベルシフタ11dを有している。ユニット間コネクタ11aは、隣接する他のユニットと電気・機械的に連結する機能を持ち、電源ライン並びにPLCバスと連結される。ユニット間の電源ラインで供給される電源電圧は、5Vとなっている。
The PLC
バスドライバ11bは、CPUユニットとの間でPLCバスを介してデータを受け渡しするASICであリ、内部の共有メモリを介してデータを送受する。共有メモリに対するアクセス権は、内部レジスタのフラグにより制御する。このバスドライバ11bは、割り込み発生機能を持ち、CPUユニットから本ユニット(マスタ10)への割り込み、ならびに、本ユニット(マスタ10)からCPUユニットへ割り込みをかけることが可能となっている。
The
3端子レギュレータ11cは、PLCバスから供給される5Vを、MPU部12の動作電源である3.3Vに降圧し、3.3V電源を電源電圧としてMPU部12へ供給する。レベルシフタ11dは、バスドライバ11bの動作電圧(5V)と、MPU部12の動作電圧(3.3V)が異なることから、両者間でのデータの受け渡しの際に電圧の調整(信号の電圧変換)を行うものである。
The three-
MPU部12は、MPU12aと、SRAM(スタティクRAM)から構成される揮発性メモリ12bと、EEPROMから構成される不揮発性メモリ12cを備える。不揮発性メモリ12cには、たとえば異常履歴やユニットのプロファイルなどが格納される。揮発性メモリ12bは、ワークメモリとして使用される。そして、MPU12aは、たとえば、バスドライバ11bを介して取得したCPUユニットからのデータを揮発性メモリ12bに格納したり、揮発性メモリ12bに格納されたデータを読み出して、送信先などの情報を付加したり、所定のスレーブに対するメッセージを作成し、物理層回路14に送ったり、物理層回路14にて受信したスレーブからのデータを取得するとともに揮発性メモリ12bに一旦格納し、所定のタイミングでバスドライバ11bに渡すなどのデータの送受等に関する処理を行う。
The
操作/表示部13は、本ユニット(マスタ10)のユニット番号を設定する番号設定スイッチ13aと、表示手段たるLED13bと、各種のモードを設定するモード設定スイッチ13cと、接続ノード数設定/伝送速度切り替え設定/通信モード設定などの各種の設定を行うディップスイッチ13dを有する。番号設定スイッチ13aとモード設定スイッチ13cは、ロータリースイッチなどで構成できる。LED13bは、単色の表示灯と、7セグメントLEDなどを備えている。
The operation /
物理層回路14は、通信用ASIC15と、トランシーバ16と、パルストランス17とコネクタ18を備えている。通信用ASIC15は、MPU12aから送られてきた送信用のデータを符号化して符号化データを作成してトランシーバ16に渡したり、スレーブ20から送られてきた受信データ(トランシーバ16から転送される)中の不要なデータを除去したり、その他必要な処理をして原信号データを生成し、MPU12aに渡す処理を行う機能を持つ。なお、通信用ASIC15は、MPU部12側に属するとしても良い。
The
トランシーバ16は、通信用ASIC15とパルストランス17の一次側の間に配置され、通信用ASIC15から受け取った送信用のデータを所定のタイミングで出力する。つまり、送信用のデータの1/0に合わせてパルストランス17の一次側に対し、通電のON/OFFを制御したり、印加する電圧の極性を反転したりする。
The
パルストランス17の二次側はコネクタ18が接続され、そのコネクタ18を介して通信路30に接続される。パルストランス17の一次側に入力された送信用のデータ(パレス列)と同一内容のデータ(パレス列)が二次側に出現され、その出現されたデータがコネクタ18を介して通信路30へ出力される。コネクタ18を経由して受信したデータ(パレス列)は、パルストランス17の二次側に与えられるが、この二次側に与えられたデータと同一内容のデータが一次側に出現し、トランシーバ16に与えられる。これにより、パルストランス17にてマスタ10の内部回路と通信路30側を直流的に遮断しつつ、データ転送を行うことができる。
A
図4は、スレーブ20の内部構成を示す図である。図に示すように、このスレーブ20は、I/Oインタフェース部21と、操作/表示部23と、物理層回路24とを備えている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an internal configuration of the
I/Oインタフェース部21は、センサやアクチュエータ等の外部に接続する機器とのデータを受け渡しするインタフェース部であり、かかる外部機器を接続し、データのやり取りをするINPUT・OUTPUT回路21aと、スレーブ通信用ASIC21bと、不揮発性メモリ21cと、ユニット電源部21dを有する。不揮発性メモリ21cには、異常履歴やユニット(スレーブ)のプロファイルなどが格納される。ユニット電源21dは、外部から直流25Vの電力の供給を受け、それをスレーブ20内で使用する電圧となる5Vならびに3.3Vに降圧し、それぞれをスレーブ20内の所定の回路等へ供給する。スレーブ通信用ASIC21bは、INPUT・OUTPUT回路21aから取得した外部機器(入力機器)からの出力信号を取得し、それを符号化して送信データを作成するとともに物理層回路24へ送ったり、物理層回路24を介して取得したデータから外部機器が理解できるデータを生成しINPUT・OUTPUT回路21aに接続された外部機器(出力機器)に与えたりする。
The I /
操作/表示部23は、本ユニット(スレーブ20)のユニット番号を設定する番号設定スイッチ23aと、表示手段たるLED23bと、各種のモードを設定するモード設定スイッチ23cと、接続ノード数設定/伝送速度切り替え設定/通信モード設定などの各種の設定を行うディップスイッチ23dを有する。番号設定スイッチ23aとモード設定スイッチ23cは、ロータリースイッチなどで構成できる。LED23bは、単色の表示灯と、7セグメントLEDなどを備えている。
The operation /
物理層回路24は、トランシーバ26と、パルストランス27とコネクタ28を備えている。トランシーバ26は、スレーブ通信用ASIC21bとパルストランス27の一次側の間に配置され、通信用ASIC21bから受け取った送信用のデータを所定のタイミングで出力する。つまり、送信用のデータの1/0に合わせてパルストランス27の一次側に対し、通電のON/OFFを制御したり、印加する電圧の極性を反転したりする。
The
パルストランス27の二次側はコネクタ28が接続され、そのコネクタ28を介して通信路30に接続される。パルストランス27の一次側に入力された送信用のデータ(パレス列)と同一内容のデータ(パレス列)が二次側に出現され、その出現されたデータがコネクタ28を介して通信路30へ出力される。コネクタ28を経由して受信したデータ(パレス列)は、パルストランス27の二次側に与えられるが、この二次側に与えられたデータと同一内容のデータが一次側に出現し、トランシーバ26に与えられる。これにより、パルストランス27にてマスタ10の内部回路と通信路30側を直流的に遮断しつつ、データ転送を行うことができる。
A
ここで本発明では、図5に示すように、パルストランス17,27のトランシーバ16,26側(一次側)に中点Mを設け、その中点Mを電源グランドに接続するようにした。さらに、本例では、マスタ側とスレーブ側のパルストランス17,27を同一に設定した。つまり、パルストランス17,27の一次側:二次側の巻数を、N01:N02に設定した。なお、図5において、マスタ10のノードアドレスが#00となり、スレーブ20のノードアドレスが#01に設定されている。
In the present invention, as shown in FIG. 5, a midpoint M is provided on the side of the
つぎに、本実施の形態の動作について説明する。図5は、ノード#00のマスタ10からノード#01のスレーブ20にデータを送信する場合の通電状態ならびに発生する電圧を示している。ここで、トランシーバ16,26のポートAがhigh出力で、ポートBがlow出力であり、ノード#00のポートA−B間に現れる電圧をV01、ノード#01のポートA−B間に現れる電圧をV3、通信路30上に現れる電圧をV00、パルストランス16,26の一次側,二次側の巻数をN01とN02とする。
Next, the operation of the present embodiment will be described. FIG. 5 shows an energization state and a voltage generated when data is transmitted from the
送信側のマスタ10でhigh出力をすると、ポートAから出力された電流は、パルストランス16の一次側巻線に至り、その一次側巻線の中点Mから電源グランドに至る経路を流れる。したがって、実際に電流が流れる巻線部分の巻数は、N01の半分となる。そして、この一次側巻線に電流が流れることにより、図示するようにパルストランス17の二次側巻線の両端子間に電圧が発生し電流が流れる。この二次側では巻線全体に電流が流れるので、送信する際の実質的な変成比は、「N02/(N01/2)」となる。
When the
よって、トランシーバ16のAポートとグランド間に出力電圧V01が印加した場合のパルストランス17の二次側、つまり、通信路30に現れる電圧V00は、
V00={N02・(N01・2)}×V01
=2・(N02/N01)×V01
となる。
Therefore, when the output voltage V01 is applied between the A port of the
V00 = {N02 · (N01 · 2)} × V01
= 2 · (N02 / N01) × V01
It becomes.
一方、この電圧V00は、受信側のスレーブ20のパルストランス27の二次側に印加され、二次側巻線の全体に電流が流れる。すると、パルストランス27の一次側巻線の両端子間に電圧V03が発生し、その電圧V03が、トランシーバ26のABポート間に印加される。この受信の際は、中点の影響がないため、パルストランス26の変成比は、「N02/N01」となる。
On the other hand, the voltage V00 is applied to the secondary side of the
よって、受信側のスレーブ20のパルストランス27の二次側、つまりトランシーバ26の受信電圧V03は、
V03=(N01/N02)×V00
=(N01/N02)×{2・(N02・N01)×V01}
=2・V01
となる。
Therefore, the secondary side of the
V03 = (N01 / N02) × V00
= (N01 / N02) × {2 · (N02 · N01) × V01}
= 2 · V01
It becomes.
上記の例では、マスタ10側から送信する場合を説明したが、スレーブ20側からデータを送信する場合も同様のことがいえる。したがって、通信路や各部品における損失が無いとすると、パルストランス17,27の変成比にかかわらず、送信側の出力電圧が受信側に2倍の電圧として現れる。よって、本実施の形態では、中点接続の利用によって、送受信性能は従来の中点接続をしないパルストランスを使用して通信したときの2倍にさせることができる。
In the above example, the case of transmitting from the
換言すると、本実施の形態では、通信路30に従来技術と同じ伝送媒体(ケーブル)を使用した場合には、伝送距離が2倍となる。また、従来と同じ通信距離で使用する場合には、それまで通信路で使用していた伝送媒体に比べ波の減衰が2倍までの通信上不利な伝送媒体も使用できるため、通信路用のケーブルの選択範囲が格段に広がる。
In other words, in the present embodiment, when the same transmission medium (cable) as that in the prior art is used for the
さらに、パルストランス17,27の変成比は送受信の波高値に関係ないと考えられるため、変成比を変更することにより通信路の特性インピーダンスと送信中物理層回路16,26の見かけ上のインピーダンスを整合し、受信側からの反射波を複次反射させ進行波に重畳することによる伝送品質の低下を防ぐことができる。
Further, since it is considered that the transformation ratio of the
インピーダンスの整合は、
Z01/Z00=(N01/N02)2
を満たすように設定すればよい。
Impedance matching is
Z01 / Z00 = (N01 / N02) 2
What is necessary is just to set so that it may satisfy | fill.
従って、N01=1とした場合、N02=(Z00/Z01)1/2
と設定することにより整合がとれる。
Therefore, when N01 = 1, N02 = (Z00 / Z01) 1/2
It is possible to achieve consistency by setting
そして、パルストランス17,27の一次側巻線(トランシーバ16,26側に接続される巻線)を中点接続したことにより、たとえ二次側巻線の巻数N02が一次側巻線N01よりも小さい場合でも、少なくともN02がN01の半分以下にならなければ、パルストランス17,27の出力電圧V00は、送信側のトランシーバの出力電圧V01,V02よりも高くなる。よって、インピーダンスの整合を図るべくパルストランスの変成比を調整しても、通信路30に印加される電圧が極端に低くなることが抑制され、インピーダンス整合を取りうる幅が広がる。
The primary windings of the
したがって、送受信性能を向上しながら、トランシーバ送信時とインピーダンスの整合していない伝送媒体を使用しても、インピーダンス不整合に起因した反射波重畳による伝送品質の低下を防ぐことができる。 Therefore, even if a transmission medium whose impedance is not matched with that at the time of transceiver transmission is used while improving the transmission / reception performance, it is possible to prevent a reduction in transmission quality due to reflected wave superposition due to impedance mismatch.
図6は、本発明の別の実施の形態の要部を示している。この例では、トランシーバ16,26のポートAとパルストランス17,27の間と、トランシーバ16,26のポートBとパルストランス17,27の間と、パルストランス17,27の一次巻線の中点Mと電源グランドとの間に、それぞれに電流制限抵抗R1,R2,R4を直列に配置した。これにより、送信時に物理層回路14,24に流れる電流値を低減することができる。
FIG. 6 shows a main part of another embodiment of the present invention. In this example, between the port A of the
すなわち、本実施の形態では、中点Mを電源グランドに落としたため、仮に図1に示す従来構成のものと使用する部品や巻数,入力電等のパラメータを等しくしたとすると、パルストランス17,27に流れる電流は2倍となる。そこで、送信時に流れる回路上に直列に電流制限抵抗R1,R2,R4を挿入することにより電流値の低減を図るようにした。なお、各電流制限抵抗R1,R2,R4の具体的な抵抗値は、電流値が最適あるいは仕様を満足するように設定される。 In other words, in the present embodiment, since the midpoint M is dropped to the power supply ground, assuming that the parameters such as the components used, the number of turns, and the input power are the same as those of the conventional configuration shown in FIG. The current flowing through the current is doubled. Therefore, the current value is reduced by inserting current limiting resistors R1, R2, and R4 in series on the circuit that flows during transmission. The specific resistance value of each current limiting resistor R1, R2, R4 is set so that the current value is optimal or satisfies the specifications.
さらに、この実施の形態では、パルストランス17,27の一次側巻線の両端子間に終端抵抗R3を接続した。この終端抵抗R3の抵抗値は、電流制限抵抗R1,R2の抵抗値に比べて十分大きくしている。これにより、外部から物理層回路14,24側を見た場合に終端抵抗R3の後ろ側が見えずに終端されるようになる。この終端抵抗R3を実装した装置を主通信路30や、副通信路32の終端側に配置することにより、終端抵抗器33を省略できる。
Furthermore, in this embodiment, the terminating resistor R3 is connected between both terminals of the primary windings of the
なお、図6では、電流制限抵抗R1,R2,R4と、終端抵抗R3をともに実装した例を示したが、いずれか一方を実装するようにしてももちろん良い。また、ネットワークを構成する各スレーブ20,マスタ10に仕様が異なるものを混在させても良い。すなわち、たとえば、電流制限抵抗R1,R2,R4を実装した物理層回路を備えたものと、電流制限抵抗R1,R2,R4を実装しない物理層回路を備えたものを混在させることもできる。
Although FIG. 6 shows an example in which the current limiting resistors R1, R2, and R4 and the termination resistor R3 are both mounted, it is of course possible to mount either one. In addition,
図7は、本発明が適用される別のネットワークシステムの一例を示している。この例では、図2に示すネットワーク構成におけるT分岐器31に替えて、波形整形機能を備えたリピータ40を設け、伝送距離の延長を図っている。図8は、リピータ40の内部構成を示すブロック図である。この図に示すように、リピータ40は、入出力側にそれぞれパルストランス41,トランシーバ42を直列に配置し、入出力側のトランシーバ42間に波形整形ASIC43を配置している。波形整形ASIC43は、伝送されてきて波形が歪んだ信号を歪みの無いパルス列からなる信号に修正するものである。トランシーバ42ならびに波形整形ASIC43は、基本的に従来のものを用いることができる。そして、パルストランス41を、上記した各実施の形態と同様に、トランシーバ43側の巻線の中点Mを電源グランドに落とすようにしている。
FIG. 7 shows an example of another network system to which the present invention is applied. In this example, a
これにより、リピータ40においても上記のスレーブ20と同様の作用効果を奏することができ、伝送距離の更なる延長を図ったり、使用可能な伝送媒体の範囲の拡大を図ることができる。また、パルストランス41の適宜位置に電流制限抵抗R1,R2,R4を配置するとなお良い。
As a result, the
10 マスタ
11 PLCバスインタフェース部
12 MPU部
13 操作/表示部
14 物理層回路
15 通信用ASIC
16 トランシーバ
17 パルストランス
18 コネクタ
20 スレーブ
21 I/Oインタフェース部
23 操作/表示部
24 物理層回路
26 トランシーバ
27 パルストランス
28 コネクタ
30 主通信路(通信路)
31 T分岐器
32 副通信路(通信路)
33 終端抵抗器
40 リピータ
41 パルストランス
42 トランシーバ
43 波形整形ASIC
10
16
31
33 Terminating
Claims (7)
前記パルストランスの通信路側の巻線を前記通信路に接続するとともに、トランシーバ側の巻線をトランシーバに接続して、通信路側とトランシーバ側との間を直流的に遮断し、
前記パルストランスのトランシーバ側の巻線に中点を設けて、その中点を電源グランドに接続するように構成したことを特徴とする通信機器。 A serial communication device that performs data communication with another serial communication device via a communication path and uses a transceiver and a pulse transformer in a physical layer circuit connected to the communication path,
The winding on the communication path side of the pulse transformer is connected to the communication path, the winding on the transceiver side is connected to the transceiver, and the communication path side and the transceiver side are disconnected in a direct current manner.
A communication device, wherein a midpoint is provided in a winding on the transceiver side of the pulse transformer, and the midpoint is connected to a power supply ground.
そのポートA−B間に現れる送信電圧をV01、前記パルストランスの二次側が接続される通信路上に現れる電圧をV00、前記パルストランスの一次側,二次側の巻数をN01とN02とした場合に、
前記トランシーバがhigh出力をすると、ポートAから出力された電流は、前記パルストランスの一次側巻線に至り、その一次側巻線の中点から電源グランドに至る経路を流れ、
この一次側巻線に電流が流れることにより、前記パルストランスの二次側巻線の両端子間に、2×(N02/N01)×V01の電圧が発生し、その電圧が通信路上に現れる電圧V00となるように設定されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の通信装置。 One port A of the transceiver is a high output and the other port B is a low output,
When the transmission voltage appearing between the ports A and B is V01, the voltage appearing on the communication path to which the secondary side of the pulse transformer is connected is V00, and the number of turns on the primary and secondary sides of the pulse transformer is N01 and N02 In addition,
When the transceiver outputs high, the current output from the port A reaches the primary winding of the pulse transformer and flows through a path from the midpoint of the primary winding to the power supply ground.
When a current flows through the primary winding, a voltage of 2 × (N02 / N01) × V01 is generated between both terminals of the secondary winding of the pulse transformer, and the voltage appears on the communication path. The communication apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the communication apparatus is set to be V00.
前記トランシーバの一方のポートAと他方のポートBの間にかかる受信電圧をV03、前記パルストランスの二次側が接続される通信路上に現れる電圧をV00、前記パルストランスの一次側,二次側の巻数をN01とN02とした場合に、
前記通信路の電圧V00(=2×(N02/N01)×V01)が前記パルストランスの二次側に印加されて二次側巻線の全体に電流が流れると、そのパルストランスの一次側巻線の両端子間に発生する電圧V03が、前記トランシーバのABポート間に受信電圧として印加されるようにされ、
前記トランシーバの受信電圧V03は、
V03=(N01/N02)×V00
=(N01/N02)×{2・(N02・N01)×V01}
=2・V01
となるように設定されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の通信装置。 A communication device that receives a signal output from another communication device according to claim 5,
The reception voltage applied between one port A and the other port B of the transceiver is V03, the voltage appearing on the communication path to which the secondary side of the pulse transformer is connected is V00, and the primary side and secondary side of the pulse transformer When the number of turns is N01 and N02,
When a voltage V00 (= 2 × (N02 / N01) × V01) of the communication path is applied to the secondary side of the pulse transformer and a current flows through the entire secondary winding, the primary winding of the pulse transformer A voltage V03 generated between both terminals of the line is applied as a reception voltage between the AB ports of the transceiver,
The reception voltage V03 of the transceiver is
V03 = (N01 / N02) × V00
= (N01 / N02) × {2 · (N02 · N01) × V01}
= 2 ・ V01
The communication device according to claim 1, wherein the communication device is set to be
前記ノードが、請求項1から6のいずれかに記載の通信機器を実装していることを特徴とするネットワークシステム。 In a network system having a plurality of nodes connected via a communication path,
A network system, wherein the node is mounted with the communication device according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004059864A JP2005252629A (en) | 2004-03-03 | 2004-03-03 | Communication device and network system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008028511A (en) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Transmission method of encoder signal |
CN109309445A (en) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 恩智浦有限公司 | For the current impulse transformer of electric signal to be isolated |
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-
2004
- 2004-03-03 JP JP2004059864A patent/JP2005252629A/en active Pending
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