JP2006303598A - シリアル通信用同期信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑え、所定周期毎の同期信号の周波数の変化にともなって発生するノイズを抑えることができるシリアル通信用同期信号発生装置。
【解決手段】同期クロック回路２２（シリアル通信用同期信号発生装置）は、基準クロック回路２２０と、位相比較器２２１と、ＰＬＬフィルタ２２２と、ＶＣＯ２２３と、分周回路２２４とから構成されている。そして、ＰＬＬフィルタ２２２は、位相差信号が位相差上下限値で決まる所定範囲以内のとき、前回の電圧信号を継続して出力する。これにより、所定周期毎の同期クロック（同期信号）の周波数の変化にともなって発生するノイズを抑える。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリアル通信用の同期信号を発生するシリアル通信用同期信号発生装置に関する。

近年、車両衝突時に乗員を保護する乗員保護装置が、多くの車両に装着されている。このような乗員保護装置として、例えば、特開２００４−２５６０２６号公報に開示されている乗員保護装置がある。この乗員保護装置は、複数のセンサと、センターＥＣＵと、複数のエアバッグ駆動装置とから構成されている。センサが検出した衝撃は、通信によってセンターＥＣＵに伝達される。センターＥＣＵは、検出された衝撃に基づいて、車両衝突の有無及び衝突箇所を判定する。さらに、判定結果に基づいて、エアバッグ駆動装置を介し、衝突箇所に対応するエアバッグを展開させ乗員を保護する。

ところで、センサとセンターＥＣＵ間の通信には、シリアル通信が用いられている。センサが検出した衝撃に関するデータは、電圧又は電流の変化として、同期クロックに同期して１ビットずつ伝達される。そのため、電圧又は電流の変化にともなって、センサとセンターＥＣＵとを接続する通信線から、同期クロックの周波数成分やその高調波成分を含んだノイズが発生する。通信線は、リアウインドウに貼付されたラジオのアンテナの近くに配置されているため、発生したノイズはラジオに影響を与える。同期クロックの周波数は、センサの数やそのデータ量等によって決まる。同期クロックの周波数が、例えば、１００ｋＨｚであった場合、発生するノイズの高調波成分が、５００ｋＨｚ〜１６００ｋＨｚであるラジオのＡＭ帯に影響を与え、雑音を発生させるという問題があった。

これに対しては、同期クロックの周波数を下げ、ノイズの高調波成分がラジオのＡＭ帯に与える影響を抑える方法が有効である。そこで、センサの数やそのデータ量に応じて同期クロックの周波数を変える構成がとられている。このような同期クロック発生回路として、例えば、図７に示すように、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）によって周波数を制御する同期クロック発生回路が用いられている。同期クロック発生回路は、基準クロック回路と、位相比較器と、ＰＬＬフィルタと、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と、分周回路とから構成されている。基準クロック回路は、クロック回路と、分周回路とから構成されている。基準クロック回路は、所定の周波数の基準クロックを発生する。位相比較器は、所定のループ周期毎に、基準クロックの位相と分周回路を介して帰還される同期クロックの位相を比較し、位相差に応じた位相差信号を出力する。ＰＬＬフィルタは、位相差信号を電圧信号に変換して出力する。ＶＣＯは、電圧信号に応じて同期クロックの周波数を調整する。このようにして、位相差がなく、基準クロックの周波数と一致した同期クロックを安定して出力することができる。さらに、分周回路の分周比を変えることで、同期クロックの周波数を可変することができる。
特開２００４−２５６０２６号公報

ところが、ＰＬＬフィルタの出力する電圧信号は、分解能によって決まる離散的な値しかとれないため、同期クロックの周波数は、基準クロックの周波数に完全には一致しない。同期クロックの周波数は、図８に示すように、基準クロックの周波数より高い周波数と低い周波数を、所定のループ周期毎に交互に繰返し変化する。変化する周波数の幅は、ＰＬＬフィルタの分解能によって決まる。また、構成部品の特性のばらつきや温度ドリフトによって、同期クロックの周波数は、図９に示すように、ループ周期の間に徐々にずれていく。同期クロックの周波数が、例えば、１００ｋＨｚを中心に０．５ｋＨｚの幅で変化していた場合、９次高調波成分である９００ｋＨｚのノイズは、ループ周期毎に４．５ｋＨｚの幅で変化することになる。そのため、ラジオのＡＭ帯における雑音の音色が、ループ周期毎に変化し、たとえ小さな雑音であったとしても、非常に耳障りであるという問題があった。これに対して、ループ周期を短くしたり、ＰＬＬフィルタの分解能を上げ、変化する周波数の幅を小さくする方法も考えられるが、回路が複雑になり、コストアップするといる問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑え、所定周期毎の同期信号の周波数の変化にともなって発生するノイズを抑えることができるシリアル通信用同期信号発生装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、基準信号と同期信号の位相差が所定範囲以内であるとき、同期信号の周波数の調整を停止することを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載のシリアル通信用同期信号発生装置は、所定周波数の基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記基準信号と帰還信号の位相を比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較手段と、前記位相差信号に基づいて、所定周期毎に、出力するシリアル通信用同期信号の周波数を調整する周波数調整手段と、前記シリアル通信用同期信号を帰還信号として前記位相比較手段に帰還する帰還手段とを備えたシリアル通信用同期信号発生装置において、前記周波数調整手段は、前記位相差信号が位相差上限値以下、かつ、位相差下限値以上であるとき、前記シリアル通信用同期信号の周波数の調整を行わないことを特徴とする。

請求項２に記載のシリアル通信用同期信号発生装置は、請求項１に記載のシリアル通信用同期信号発生装置において、さらに、前記周波数調整手段は、所定周期毎に、前記位相差信号に応じた制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号に応じた周波数の前記シリアル通信用同期信号を出力する同期信号発生手段とを有し、前記制御手段は、前記位相差信号が前記位相差上限値以下、かつ、前記位相差下限値以上であるとき、前回出力した制御信号を継続して出力することを特徴とする。

請求項３に記載のシリアル通信用同期信号発生装置は、請求項１又は２に記載のシリアル通信用同期信号発生装置において、さらに、前記位相差上限値及び前記位相差下限値の少なくともいずれかは、接続される外部装置によって設定されることを特徴とする。

請求項１に記載のシリアル通信用同期信号発生装置によれば、コストアップを抑え、所定周期毎の同期信号の周波数の変化にともなって発生するノイズを抑えることができる。基準信号と同期信号の位相差が、位相差上限値と位相差下限値とで決まる所定範囲以内であるとき、所定周期毎に行われる同期信号の周波数の調整を停止することができる。そのため、装置の構成を大幅に変更せず、所定周期毎に発生する同期信号の周波数の変化を抑えることができる。これにより、コストアップを抑え、所定周期毎の周波数の変化にともなって発生するノイズを抑えることができる。

請求項２に記載のシリアル通信用同期信号発生装置によれば、周波数調整手段を、制御手段と同期信号発生手段とで構成することにより、シリアル通信用同期信号の周波数を確実に調整することができる。

請求項３に記載のシリアル通信用同期信号発生装置によれば、位相上限値及び下限値の少なくともいずれかを、必要に応じて最適な値に変更することができる。

本実施形態は、本発明に係るシリアル通信用同期信号発生装置を、車両の乗員を保護するエアバッグ装置に適用した例を示す。本実施形態におけるエアバッグ装置の全体構成に関する模式的平面図を図１に、エアバッグ装置のブロック図を図２に、同期クロック発生回路のブロック図を図３に、同期クロックの周波数の時間変化に関するグラフを図４に、同期クロックの周波数が上昇したときの時間変化に関するグラフを図５に、同期クロックの周波数が低下したときの時間変化に関するグラフを図６に示す。そして、図１〜図６を参照し、構成、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、図１〜図３を参照して具体的構成について説明する。図１に示すように、エアバッグ装置１は、エアバッグＥＣＵ２と、通信線３ａ、３ｂと、スレーブセンサ４ａ〜４ｈと、運転席用フロントエアバッグ５ａと、助手席用フロントエアバッグ５ｂと、サイドエアバッグ５ｃ、５ｄと、カーテンエアバッグ５ｅ、５ｆとから構成されている。

エアバッグＥＣＵ２は、後述する内部に設置されたセンサ２４と、スレーブセンサ４ａ〜４ｈの検出した加速度に基づいて、運転席用フロントエアバッグ５ａ、助手席用フロントエアバッグ５ｂ、サイドエアバッグ５ｃ、５ｄ、及びカーテンエアバッグ５ｅ、５ｆを展開させる装置である。エアバッグＥＣＵ２は、車両のほぼ中央部に配置されている。

通信線３ａ、３ｂは、エアバッグＥＣＵ２とスレーブセンサ４ａ〜４ｈとの間で、データの送受信を行うための信号線である。通信線３ａには、スレーブセンサ４ａ〜４ｄが接続されている。また、通信線３ｂには、スレーブセンサ４ｅ〜４ｈが接続されている。スレーブセンサ４ａ〜４ｈの接続された通信線３ａ、３ｂは、エアバッグＥＣＵ２にそれぞれ接続されている。

スレーブセンサ４ａ〜４ｈは、車両各部の加速度を検出し、エアバッグＥＣＵ２からのデータ送信要求に応じて、通信線３ａ、３ｂを介して検出結果を送信するセンサである。スレーブセンサ４ａ、４ｄ、４ｅ、４ｈは、車両の前後方向の加速度を検出するセンサである。スレーブセンサ４ａ、４ｅは、車両前部の右側及び左側に配置されている。また、スレーブセンサ４ｄ、４ｈは、車両後部の右側及び左側に配置されている。スレーブセンサ４ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｇは、車両の左右方向の加速度を検出するセンサである。スレーブセンサ４ｂ、４ｆは、車両側部の右側及び左側のＢピラー近傍に配置されている。また、スレーブセンサ４ｃ、４ｇは、車両側部の右側及び左側のＣピラー近傍に配置されている。

図２を参照して、エアバッグＥＣＵ２及びスレーブセンサ４ａ〜４ｈについて、さらに詳細に説明する。図２に示すように、エアバッグＥＣＵ２は、電源回路２０と、センター制御回路２１と、同期クロック回路２２（シリアル通信用同期信号発生装置）と、通信回路２３と、センサ２４と、点火回路２５とから構成されている。

電源回路２０は、イグニッションスイッチ６を介して供給されるバッテリ７の出力電圧を、センター制御回路２１、同期クロック回路２２、通信回路２３、及びセンサ２４の作動に適した電圧に変換して供給する回路である。電源回路２０の入力端子は、イグニッションスイッチ６を介して、バッテリ７の正極端子に接続され、バッテリ７の負極端子は車体に接地されている。また、出力端子は、センター制御回路２１、同期クロック回路２２、通信回路２３、及びセンサ２４の電源端子にそれぞれ接続されている。

センター制御回路２１は、通信回路２３を介してスレーブセンサ４ａ〜４ｈの加速度データを収集して、センサ２４の加速度データとともに各エアバッグ（図略）を展開するか否かを判定し、判定結果に基づいて点火回路２５を制御する回路である。センター制御回路２１は、位相差上下限値と分周比を同期クロック回路２２に出力する。位相差上下限値と分周比は、同期クロック回路２２の動作を規定する設定値である。また、スレーブセンサ４ａ〜４ｈに対するデータ送信要求指令を通信回路２３に出力する。データ送信要求指令は、１つのスレーブセンサを指示してデータの送信を要求する指令である。さらに、通信回路２３から出力されるスレーブセンサ４ａ〜４ｈの加速度データと、センサ２５から出力される加速度データに基づいて、各エアバッグを展開させるか否かを判定し、判定結果に基づいて、点火回路２５に点火信号を出力する。点火信号は、展開が必要なエアバッグに対してのみ出力される。センター制御回路２１は、同期クロック回路２２と、通信回路２３と、センサ２４と、点火回路２５にそれぞれ接続されている。

同期クロック回路２２は、エアバッグＥＣＵ２とスレーブセンサ４ａ〜４ｈとの間のシリアル通信用の同期クロックを出力する回路である。図３に示すように、同期クロック回路２２は、基準クロック回路２２０（基準信号発生手段）と、位相比較器２２１（位相比較手段）と、ＰＬＬフィルタ２２２（制御手段）と、ＶＣＯ２２３（同期信号発生手段）と、分周回路２２４（帰還手段）とから構成されている。

基準クロック回路２２０は、所定周波数の基準クロックを出力する回路である。基準クロック回路２２０は、クロック回路２２０ａと、分周回路２２０ｂとから構成されている。クロック回路２２０ａは、一定周波数のクロックを継続して出力する回路である。分周回路２２０ｂは、センター制御回路２１によって設定された分周比に基づいて、クロックを分周する回路である。クロック回路２２０ａと分周回路２２０ｂは直列接続されている。位相比較器２２１は、後述する分周回路２２４を介して帰還される同期クロックと、基準クロックの位相を比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する回路である。ＰＬＬフィルタ２２２は、位相差信号を、所定周期Ｔ毎に電圧信号に変換し出力する回路である。位相差信号が、センター制御回路２１によって設定された位相差上限値以下、かつ、位相差下限値以上であるとき、ＰＬＬフィルタ２２２は、前回の電圧信号を継続して出力する。ＶＣＯ２２３は、電圧信号に応じた周波数のクロックを、同期クロックとして出力する回路である。分周回路２２４は、センター制御回路２１によって設定された分周比に基づいて、同期クロックを分周し、位相比較器２２１に帰還する回路である。

位相比較器２２１と、ＰＬＬフィルタ２２２と、ＶＣＯ２２３は、直列接続されている。位相比較器２２１の一方の入力端子は、基準クロック回路２２０に接続されている。また、他方の入力端子は、分周回路２２４を介してＶＣＯ２２３の出力端子に接続されている。さらに、ＶＣＯ２２３の出力端子は、通信回路２３に接続されている。分周回路２２０ｂ、２２４と、ＰＬＬフィルタ２２２の制御端子は、センター制御回路２１にそれぞれ接続されている。

図２に戻り説明する。通信回路２３は、通信線３ａ、３ｂを介してスレーブセンサ４ａ〜４ｈと、データ送信要求指令及び加速度データをやり取りする回路である。通信回路２３は、センター制御回路２１から出力されるスレーブセンサ４ａ〜４ｈに対するデータ送信要求指令を、同期クロックに同期してシリアル通信する。データ送信要求指令は、例えば、電圧の変化で表され、同期クロックの１周期内におけるハイレベルとローレベルの比率によって１又は０が決定される。また、通信回路２３は、次回のデータ送信要求指令に同期してシリアル通信されるスレーブセンサ４ａ〜４ｈからの加速度データを、センター制御回路２１に出力する。加速度データは、例えば電流の変化で表され、同期クロックの１周期のスタート時から１／２周期後の電流レベルが所定値より高いか低いかによって１又は０が決定される。通信回路２３は、通信線３ａを介してスレーブセンサ４ａ〜４ｄに、通信線３ｂを介してスレーブセンサ４ｅ〜４ｈにそれぞれ接続されている。また、センター制御回路２１と、同期クロック回路２２にそれぞれ接続されている。

センサ２４は、エアバッグＥＣＵ２内に設置され、車両の前後方向の加速度を検出し、センター制御回路２１に検出結果を出力するセンサである。センサ２４は、センター制御回路２１に接続されている。

点火回路２５は、センター制御回路２１から出力される点火信号に基づいて、各エアバッグを展開させる回路である。点火回路２５は、センター制御回路２１と、各エアバッグ５ａ〜５ｆにそれぞれ接続されている。

スレーブセンサ４ａ〜４ｈは、通信回路２３からシリアル通信されるデータ送信要求指令に基づいて、自らが通信対象であるか否かを判定する。さらに、自らが通信対象である場合、加速度の検出結果を加速度データに変換し、次回のデータ送信要求指令に同期して通信回路２３にシリアル通信する。

次に、図２〜図６を参照して、具体的動作について説明する。図２において、イグニッションスイッチ６がオンすると、電源回路２０は、バッテリ７の出力電圧を、センター制御回路２１、同期クロック回路２２、通信回路２３、及びセンサ２４の作動に適した電圧に変換して供給する。電圧が供給されることで、センター制御回路２１、同期クロック回路２２、通信回路２３、及びセンサ２４は作動を開始する。

センター制御回路２１はＰＬＬフィルタ２２２に位相差上下限値を設定する。また、分周回路２２０ｂ、２２４に分周比を設定する。図３において、基準クロック回路２２０は、設定された分周比に基づいて一定周波数のクロックを分周し、基準クロックとして出力する。位相比較器２２１は、分周回路２２４を介して帰還される分周された同期クロックと、基準クロックの位相を比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する。位相差信号は、ＰＬＬフィルタ２２２で所定周期Ｔ毎に電圧信号に変換される。しかし、位相差信号が、位相差上限値以下、かつ、位相差下限値以上であるとき、前回の電圧信号が継続して出力される。そのため、ＶＣＯ２２３は、例えば、図４に示すように、分周された同期クロックと基準クロックの位相差が、位相差上下限値で決まる所定範囲以内になるような周波数の同期クロックを継続して出力する。ただし、同期クロックの周波数は、ＰＬＬフィルタ２２２の分解能で決まる離散的な値となる。

ところで、同期クロックの周波数は、構成部品の特性のばらつきや温度ドリフトによって、徐々にずれていく。しかし、例えば、図５に示すように、同期クロックの周波数が時間の経過とともに徐々に上昇しても、位相差が位相差上限値を超えるまでは、所定周期Ｔ毎の周波数の調整は行われない。また、図６に示すように、同期クロックの周波数が時間の経過とともに徐々に低下しても、位相差が位相差下限値を超えるまでは、所定周期Ｔ毎の周波数の調整は行われない。なお、同期クロックの周波数がこのように変化しても、位相差上下限値をシリアル通信に悪影響を与えない範囲内の値に設定しておけば、問題になることはない。このようにして、同期クロック回路２２は、所定周期Ｔ毎の周波数の調整が抑えられた同期クロックを出力する。

図２において、センター制御回路２１は、スレーブセンサ４ａ、４ｅに対するデータ送信要求指令を、通信回路２３に出力する。通信回路２３は、スレーブセンサ４ａに対するデータ送信要求指令を、同期クロックに同期して通信線３ａにシリアル通信する。さらに、スレーブセンサ４ｅに対するデータ送信要求指令を、同期クロックに同期して通信線３ｂにシリアル通信する。以降、同様のタイミングで、スレーブセンサ４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈに対するデータ送信要求指令が、通信回路２３から通信線３ａ、３ｂにシリアル通信される。

スレーブセンサ４ａ〜４ｈは、通信回路２３からシリアル通信されるデータ送信要求指令に基づいて、自らが通信対象であるか否かを判定する。そして、自らが通信対象である場合、加速度の検出結果を加速度データに変換し、次回のデータ送信要求指令に同期して通信回路２３にシリアル通信する。通信回路２３は、シリアル通信されるスレーブセンサ４ａ〜４ｈからの加速度データを、センター制御回路２１に出力する。

センター制御回路２１は、このようにして収集したスレーブセンサ４ａ〜４ｈからの加速度データと、センサ２４の加速度データに基づいて、各エアバッグを展開させるか否かを判定する。さらに、判定結果に基づいて、点火回路２５に点火信号を出力する。点火回路２５は、センター制御回路２１から出力される点火信号に基づいて、エアバッグを展開させ、車両の乗員を保護する。

最後に具体的効果について説明する。本実施形態によれば、位相差信号が、位相差上下限値で決まる所定範囲以内であるとき、前回の電圧信号が継続して出力させるという簡単な構成で、コストアップを抑え、所定周期Ｔ毎の同期クロックの周波数変化にともなって発生するノイズを抑えることができる。また、ＰＬＬフィルタ２２２とＶＣＯ２２３とにより、位相差信号に基づいて同期クロックの周波数を確実に調整することができる。さらに、センター制御回路２１により、位相上下限値及び分周比を設定することで、同期クロックを適切に制御することができる。

本実施形態におけるエアバッグ装置の全体構成に関する模式的平面図を示す。 エアバッグ装置のブロック図を示す。 同期クロック回路のブロック図を示す。 同期クロックの周波数の時間変化に関するグラフを示す。 同期クロックの周波数が上昇したときの時間変化に関するグラフを示す。 同期クロックの周波数が低下したときの時間変化に関するグラフを示す。 従来の同期クロック発生回路のブロック図を示す。 図７における同期クロックの周波数の時間変化に関するグラフを示す。 図７における同期クロックの周波数変化に関するグラフを示す。

符号の説明

１・・・エアバッグ装置、２・・・エアバッグＥＣＵ、２０・・・電源回路、２１・・・センター制御回路、２２・・・同期クロック回路、２２０・・・基準クロック回路（基準信号発生手段）、２２０ａ・・・クロック回路、２２０ｂ・・・分周回路、２２１・・・位相比較器（位相比較手段）、２２２・・・ＰＬＬフィルタ（制御手段）、２２３・・・ＶＣＯ（同期信号発生手段）、２２４・・・分周回路（帰還手段）、２３・・・通信回路、２４・・・センサ、２５・・・点火回路、３ａ、３ｂ・・・通信線、４ａ〜４ｈ・・・スレーブセンサ、５ａ・・・運転席用フロントエアバッグ、５ｂ・・・助手席用フロントエアバッグ、５ｃ、５ｄ・・・サイドエアバッグ、５ｅ、５ｆ・・・カーテンエアバッグ、６・・・イグニッションスイッチ、７・・・バッテリ

Claims (3)

1. 所定周波数の基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記基準信号と帰還信号の位相を比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較手段と、前記位相差信号に基づいて、所定周期毎に、出力するシリアル通信用同期信号の周波数を調整する周波数調整手段と、前記シリアル通信用同期信号を帰還信号として前記位相比較手段に帰還する帰還手段とを備えたシリアル通信用同期信号発生装置において、
   前記周波数調整手段は、前記位相差信号が位相差上限値以下、かつ、位相差下限値以上であるとき、前記シリアル通信用同期信号の周波数の調整を行わないことを特徴とするシリアル通信用同期信号発生装置。
2. 前記周波数調整手段は、所定周期毎に、前記位相差信号に応じた制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号に応じた周波数の前記シリアル通信用同期信号を出力する同期信号発生手段とを有し、
   前記制御手段は、前記位相差信号が位相差上限値以下、かつ、位相差下限値以上であるとき、前回出力した制御信号を継続して出力することを特徴とする請求項１に記載のシリアル通信用同期信号発生装置。
3. 前記位相差上限値及び前記位相差下限値の少なくともいずれかは、接続される外部装置によって設定されることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のシリアル通信用同期信号発生装置。

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