JP2007190975A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、接地線の冗長化を行うことなく、接地線の断線時にサージ対策回路から通信ネットワークの信号線に電流が逆流することを防止できる通信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】通信ネットワークに接続されて他の装置と通信を行う通信装置において、２つのツェナーダイオードを順方向が互いに逆向きとなるように直列接続し、前記通信ネットワークの信号線と接地された接地線の間に接続されるサージ対策回路と、接地線を順方向とするダイオードと、ダイオードと並列に接続されたキャパシタからなり、サージ対策回路と前記接地線の間に接続される逆流防止回路を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、通信装置に関し、通信ネットワークに接続されて他の装置と通信を行う通信装置に関する。

車両においては、車両各部の電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）を車内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる通信ネットワークに接続し、各ＥＣＵ間で通信を行っている。このような通信ネットワークでは、各ＥＣＵにサージ対策回路を設けることが必要になる。

図１は、従来の通信装置の一例の構成図を示す。同図中、ＥＣＵ１０，１１それぞれは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスを構成する２本のワイヤＣＡＮ−Ｈ１２ａ，ＣＡＮ−Ｌ１２ｂに接続されている。ＥＣＵ１０の内部において、ＣＡＮ−Ｈ１２ａ，ＣＡＮ−Ｌ１２ｂに接続される端子１５ａ，１５ｂそれぞれはＣＡＮトランシーバＩＣ１７に接続され、ＣＡＮトランシーバＩＣ１７にはマイクロコンピュータ（マイコン）１８が接続されている。

これと共に、端子１５ａと接地端子２０との間にはツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４は互いにアノードを接続されており、端子１５ａにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。

また、端子１５ｂと接地端子２０との間にはツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は互いにアノードを接続されており、端子１５ａにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。

従来のサージ対策回路は、図２に示すように、接地端子２０が接続される接地線２３が断線した場合、例えば電源ＶＤＤから負荷２５、ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ１（もしくはＺＤ４，ＺＤ３）、ＣＡＮ−Ｈ１２ａ（もしくはＣＡＮ−Ｌ１２ｂ）、ＥＣＵ１１のＣＡＮトランシーバＩＣから接地に至る経路で電流が流れ、負荷２５が誘導性の場合にはツェナーダイオードＺＤ２もしくはＺＤ４を焼損するおそれがある。この場合、ＣＡＮ−Ｈ１２ａ（もしくはＣＡＮ−Ｌ１２ｂ）の電位は電源ＶＤＤとなるため、ＥＣＵ１０だけでなく、ＣＡＮ−Ｈ１２ａ，ＣＡＮ−Ｌ１２ｂに接続されている総てのＥＣＵ間で通信を行うことができなくなる。

負荷２５が誘導性ではなく高抵抗の場合はツェナーダイオードＺＤ２もしくはＺＤ４の焼損のおそれはないものの、電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ１２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ１２ｂへ電流が逆流し続けるため、ＣＡＮ−Ｈ１２ａ，ＣＡＮ−Ｌ１２ｂに接続されている総てのＥＣＵ間で通信を行うことができなくなり、車両全体に大きな影響を与える。

これまでは、電源ＶＤＤが１２Ｖ電源であることが主流であったので、ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のツェナー電圧を２０Ｖ程度にしておけば、接地線２３が断線した場合に上記のような電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ１２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ１２ｂへの電流の逆流は発生することはない。

なお、電源ＶＤＤを含めＣＡＮトランシーバＩＣ１７やマイクロコンピュータ１８等の端子は、逆流防止ダイオードが入っており、その降伏電圧も十分に高く、電流の逆流に対しインピーダンスが高くされている。

近年、車両では１２Ｖ電源に加え、より高電圧の別電源や内部で昇圧した電源を利用するＥＣＵが増えてきている。この場合にはツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のツェナー電圧を２０Ｖ程度に設定したのでは接地線２３が断線した場合に電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ１２ａへの電流の逆流を防止できない。

この対策として、ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のツェナー電圧を電源電圧以上に設定すると、サージに対するクランプ電圧も上がってしまい、最悪の場合にはＣＡＮトランシーバＩＣの破壊につながる。また、ＣＡＮトランシーバＩＣのサージ耐圧が十分な場合でもＣＡＮトランシーバＩＣの内部を経由してＣＡＮ−Ｈ１２ａまたはＣＡＮ−Ｌ１２ｂに逆流し、この結果、ＣＡＮトランシーバＩＣを破壊するおそれがある。

上記の問題を根本的に解決するためには、図３に示すように接地線２３とは別に接地線２６を設ける接地線の冗長化、または、図４に示すように小信号用の接地線２７とパワー用の接地線２８を設ける接地線の冗長化が考えられる。なお、図３の例では接地線２３，２６は共にパワー用のものを使用する。

しかし、図３、図４の例では接地線及び接地用の端子数が増加することによりコストアップとなり、接地線の増加によりラジオノイズの混入が増加するという問題があった。また、図４の例ではダイオードＤ０の挿入によりパワー用の接地線２８が断線した場合に負荷２５を通して小信号用の接地線２３に大電流が流れることを防止しているが、ダイオードＤ０があるので小信号用の接地線２３とパワー用の接地線２８の電位が異なるために精度の低下し、ＣＡＮトランシーバＩＣやマイクロコンピュータのラッチアップ耐性が低下するという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、接地線の冗長化を行うことなく、接地線の断線時にサージ対策回路から通信ネットワークの信号線に電流が逆流することを防止できる通信装置を提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、通信ネットワークに接続されて他の装置と通信を行う通信装置において、
２つのツェナーダイオードを順方向が互いに逆向きとなるように直列接続し、前記通信ネットワークの信号線と接地された接地線の間に接続されるサージ対策回路と、
前記接地線を順方向とするダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたキャパシタからなり、前記サージ対策回路と前記接地線の間に接続される逆流防止回路を
有することにより、接地線の冗長化を行うことなく、接地線の断線時にサージ対策回路から通信ネットワークの信号線に電流が逆流することを防止できる。

前記通信装置において、
前記サージ対策回路は、接続される複数の通信ネットワークそれぞれに対応して複数設け、
前記逆流防止回路は、複数の前記サージ対策回路に対し共通に設けることができる。

本発明によれば、接地線の冗長化を行うことなく、接地線の断線時にサージ対策回路から通信ネットワークの信号線に電流が逆流することを防止できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜逆流防止回路の第１実施形態＞
図５は、本発明の通信装置の第１実施形態の回路構成図を示す。同図中、通信装置としてのＥＣＵ３０，３１それぞれは、ＣＡＮバス３２を構成する２本のワイヤＣＡＮ−Ｈ３２ａ，ＣＡＮ−Ｌ３２ｂに接続されている。ＥＣＵ３０の内部において、ＣＡＮ−Ｈ３２ａ，ＣＡＮ−Ｌ３２ｂに接続される端子３５ａ，３５ｂそれぞれはＣＡＮトランシーバＩＣ３７に接続され、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７にはマイクロコンピュータ（マイコン）３８が接続されている。

これと共に、端子３５ａとＣＡＮトランシーバＩＣ３７の接地端子３７ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４は互いにアノードを接続されており、端子３５ａにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。

また、端子３５ｂとＣＡＮトランシーバＩＣ３７の接地端子３７ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は互いにアノードを接続されており、端子３５ｂにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。上記のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４でサージ対策回路が構成されている。

さらに、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７の接地端子３７ａと接地端子４０との間には逆流防止用のダイオードＤ１と負のサージ吸収用のキャパシタＣ１が並列に設けられ、逆流防止回路を構成している。ダイオードＤ１は接地線を順方向とし、つまり、カソードを接地端子４０に接続され、アノードをＣＡＮトランシーバＩＣ３７の接地端子３７ａに接続されている。マイクロコンピュータ３８の接地端子３８ａは接地端子４０に接続されており、接地端子４０には接地線４３が接続されている。また、ＥＣＵ３０の外部に負荷４５が接続されている。

ここで、接地端子４０が接続される接地線４３が断線した場合、ダイオードＤ１によって、電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂに電流が流れることが防止されるため、負荷４５が誘導性または高抵抗にかかわらず、電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂへの電流の逆流を防止できる。

また、接地線４３が断線しておらず、ＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂに正極性のサージが印加された場合、正極性のサージはダイオードＤ１を通して接地線４３に流れ、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７に影響を与えることはない。ＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂに負極性のサージが印加された場合、負極性のサージはキャパシタＣ１に蓄積され、ＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂの電位変動を抑えることができ、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７の動作に影響を与えることはない。

ところで、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７の接地端子３７ａにおける接地レベルはダイオードＤ１の順方向降下電圧ＶＦ（約０．６Ｖ）分だけ上昇するが、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７は接地レベルが多少異なるＥＣＵ間での通信を想定しているため、順方向降下電圧ＶＦ程度の接地レベルの上昇は何ら問題ではない。

負極性のサージに対しては、人体に蓄積される程度の静電気をモデルとしたとき、最悪の場合であっても、キャパシタＣ１の容量を１μＦ程度に選定すると、ＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂの電位変動を１Ｖ以内に抑えることができる。キャパシタＣ１は負極性のサージを蓄積することで放電したのち、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７の消費電流によって充電され、速やかに定常状態に戻るため、負極性のサージが連続して印加されても問題はない。キャパシタＣ１の容量を１μＦ、電位変動が１Ｖ、ＣＡＮトランシーバＩＣ３７の消費電流が０．１ｍＡであるとすれば、キャパシタＣ１は１０ｍｓｅｃで定常状態に復帰する。

なお、接地線４３が断線したＥＣＵ３０はいずれ作動不能になるので、正常に動作し続ける必要はなく、ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４が焼損しなければ、電源ＶＤＤからＣＡＮ−Ｈ３２ａもしくはＣＡＮ−Ｌ３２ｂへ電流が逆流することを防止でき、ＣＡＮ−Ｈ３２ａ，ＣＡＮ−Ｌ３２ｂに接続されている他のＥＣＵ間の通信を確保でき、車両全体に与える影響を小さくできる。

＜逆流防止回路の第２実施形態＞
図６は、本発明の通信装置の第２実施形態の回路構成図を示す。同図中、通信装置としてのＥＣＵ５０は、ＣＡＮバスを構成する２本のワイヤＣＡＮ−Ｈ５１ａ，ＣＡＮ−Ｌ５１ｂと、別のＣＡＮバス５２を構成する２本のワイヤＣＡＮ−Ｈ５２ａ，ＣＡＮ−Ｌ５２ｂに接続されている。ＥＣＵ５０の内部において、ＣＡＮ−Ｈ５１ａ，ＣＡＮ−Ｌ５１ｂに接続される端子５５ａ，５５ｂそれぞれはＣＡＮトランシーバＩＣ５７に接続され、ＣＡＮ−Ｈ５２ａ，ＣＡＮ−Ｌ５２ｂに接続される端子５６ａ，５６ｂそれぞれはＣＡＮトランシーバＩＣ５８に接続され、ＣＡＮトランシーバＩＣ５７，５８それぞれにはマイクロコンピュータ６０が接続されている。

これと共に、端子５５ａとＣＡＮトランシーバＩＣ５７の接地端子５７ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４は互いにアノードを接続されており、端子５５ａにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。

また、端子５５ｂとＣＡＮトランシーバＩＣ５７の接地端子５７ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は互いにアノードを接続されており、端子５５ｂにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。上記のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４で第１のサージ対策回路が構成されている。

また、端子５６ａとＣＡＮトランシーバＩＣ５８の接地端子５８ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ７，ＺＤ８が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ７，ＺＤ８は互いにアノードを接続されており、端子５６ａにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。

また、端子５６ｂとＣＡＮトランシーバＩＣ５８の接地端子５８ａとの間にはツェナーダイオードＺＤ５，ＺＤ６が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ５，ＺＤ６は互いにアノードを接続されており、端子５６ｂにおける静電気等の正極性及び負極性のサージをクランプして抑制する。上記のツェナーダイオードＺＤ５〜ＺＤ８で第２のサージ対策回路が構成されている。

さらに、ＣＡＮトランシーバＩＣ５７，５８の接地端子５７ａ，５８ａと接地端子６２との間には逆流防止用のダイオードＤ１と負のサージ吸収用のキャパシタＣ１が並列に設けられ、逆流防止回路を構成している。ダイオードＤ１は接地線を順方向とし、つまり、カソードを接地端子６２に接続され、アノードをＣＡＮトランシーバＩＣ５７，５８の接地端子５７ａ，５８ａに接続されている。マイクロコンピュータ６０の接地端子６０ａは接地端子６２に接続されており、接地端子６２には接地線６３が接続されている。また、ＥＣＵ５０の外部に負荷６５が接続されている。

この第２実施形態では、複数のＣＡＮバスそれぞれのサージ対策回路ＺＤ１〜ＺＤ４，ＺＤ５〜ＺＤ８に対し、共通の逆流防止回路Ｄ１，Ｃ１を設けることで、第１実施形態と同様に、接地線６３の断線時にサージ対策回路を介してＣＡＮ−Ｈ５１ａ，ＣＡＮ−Ｌ５１ｂ，ＣＡＮ−Ｈ５２ａ，ＣＡＮ−Ｌ５２ｂに電流が逆流することを防止できる。

従来の通信装置の一例の構成図である。 従来の通信装置の一例の構成図である。 接地線の冗長化を図った従来の通信装置の構成図である。 接地線の冗長化を図った従来の通信装置の構成図である。 本発明の通信装置の第１実施形態の回路構成図である。 本発明の通信装置の第２実施形態の回路構成図である。

符号の説明

３０，３１，５０ ＥＣＵ
３２ａ，５１ａ，５２ａ ＣＡＮ−Ｈ
３２ｂ，５１ｂ，５２ｂ ＣＡＮ−Ｌ
３５ａ，３５ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ 端子
３７，５７，５８ ＣＡＮトランシーバＩＣ
３８，６０ マイクロコンピュータ
４０，６２ 接地端子
４３，６３ 接地線
４５，６５ 負荷
Ｃ１ キャパシタ
Ｄ１ ダイオード
ＺＤ１〜ＺＤ８ ツェナーダイオード

Claims (2)

1. 通信ネットワークに接続されて他の装置と通信を行う通信装置において、
   ２つのツェナーダイオードを順方向が互いに逆向きとなるように直列接続し、前記通信ネットワークの信号線と接地された接地線の間に接続されるサージ対策回路と、
   前記接地線を順方向とするダイオードと、前記ダイオードと並列に接続されたキャパシタからなり、前記サージ対策回路と前記接地線の間に接続される逆流防止回路を
   有することを特徴とする通信装置。
2. 請求項１記載の通信装置において、
   前記サージ対策回路は、接続される複数の通信ネットワークそれぞれに対応して複数設け、
   前記逆流防止回路は、複数の前記サージ対策回路に対し共通に設けたことを特徴とする通信装置。

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