JP2016066886A - 通信波形生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デューティー比が互いに異なり通信バスに出力される第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号のサンプリング精度を向上させることが可能な通信波形生成装置を提供する。
【解決手段】スレーブノード１００の更新処理部１３５は、ＰＷＭ処理部１３１が出力し通信バスＢＳから受信した第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅ＬＷと、予め定められたＬｏｗ出力基準幅ＬＷ１との差分ＬＷ２に基づいて、ＰＷＭ処理部１３１が出力する第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、第１ＰＷＭ信号及び第１ＰＷＭ信号よりもデューティー比の小さい第２ＰＷＭ信号を用いる通信システムを構成する複数のノードそれぞれに適用される通信波形生成装置に関する。

車両に搭載される通信システムとして、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）等、通信バスを利用するものが知られている。この種の通信システムでは、クロック成分を含む同期信号を通信バスへ出力するマスターノードと、通信バスを介して当該同期信号を受信することで動作するスレーブノードとを備えたものがある。

このような通信システムでは、デューティー比が互いに異なる複数のＰＷＭ（Pulse width modulation）信号を用いることが一般的に行われている。互いに異なる論理値を示す複数のＰＷＭ信号を用いた通信システムにおいて、精度の高い通信を行うためには、各ＰＷＭ信号のサンプリングを適正に行うことが必要となる。したがって、ノイズ等を要因による誤サンプリングを防止するため、各ＰＷＭ信号は、そのデューティー比が互いに大きく異なるように設定されている。すなわち、各ＰＷＭ信号は、そのＬｏｗ出力幅が互いに大きく異なるものに設定され、両者の識別を容易なものとされている。

特開２００８−１９２３２４号公報

しかしながら、各ノードは、製造誤差等により内部の抵抗値等にばらつきが生じる。このため、例えば、スレーブノードが通信バスを介してマスターノードからＰＷＭ信号を受信し、スレーブノードがＰＷＭ信号を出力するまでの時間や、その精度等に、個体ごとのばらつきが生じるおそれがある。

このようなばらつきの影響を受けることにより、通信バスで伝送されるＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅は、適正なものから乖離する。このため、各ノードから出力される異なる論理値のＰＷＭ信号には、それぞれのＬｏｗ出力幅に差が設けられているはずであるが、このような乖離によってその差が小さくなる場合がある。これにより、ＰＷＭ信号の誤サンプリングが生じやすくなるというおそれがあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、デューティー比が互いに異なり通信バスに出力される第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号のサンプリング精度を向上させることが可能な通信波形生成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る通信波形生成装置は、第１ＰＷＭ信号及び前記第１ＰＷＭ信号よりもデューティー比の小さい第２ＰＷＭ信号を用いる通信システム（ＣＳ）を構成する複数のノード（１０，１００〜ｎ）それぞれに適用される通信波形生成装置（３０，１３０）であって、前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を前記通信システムの通信バス（ＢＳ）に出力する出力手段（３１，１３１）と、前記通信バスに出力された前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を受信する受信手段（３５，１３５）と、前記出力手段が出力する前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を補正する補正手段（３５，１３５）と、を備え、前記補正手段は、前記出力手段が出力し前記受信手段が受信した前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅（ＬＷ）と、予め定められたＬｏｗ出力基準幅（ＬＷ１）との差分（ＬＷ２）に基づいて、前記出力手段が出力する前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正することを特徴とする通信波形生成装置。

本発明では、通信バスから受信した第１ＰＷＭ信号又は第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅と、予め定められたＬｏｗ出力基準幅との差分に基づいて、通信バスに出力する第１ＰＷＭ信号又は第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正する。したがって、種々の誤差要因の影響を受けながら通信バスで伝送されている第１ＰＷＭ信号又は第２ＰＷＭ信号の状態に基づいて、通信バスに出力する第１ＰＷＭ信号又は第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅をＬｏｗ出力基準幅に近づけるように補正することが可能となる。これにより、第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号を、互いに明確に異なるものとすることができ、そのサンプリング精度を向上させることが可能となる。

本発明によれば、デューティー比が互いに異なり通信バスに出力される第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号のサンプリング精度を向上させることが可能な通信波形生成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る通信波形生成装置が適用された通信システムの構成を示すブロック図である。 通信バスで伝送される論理値１及び０に相当する信号の構成を示す説明図である。 比較例に係る通信システムによるＰＷＭ信号の出力や受信を示すタイミング図である。 本発明の実施形態に係る通信波形生成装置が適用された通信システムによる信号の出力や受信を示すタイミング図である。 信号の自他判断について説明する説明図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る信号の自他判断について説明する説明図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る信号の自他判断について説明する説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施形態に係る通信波形生成装置が適用された通信システムＣＳの構成について説明する。通信システムＣＳは、マスタースレーブ方式の通信プロトコルが適用された車載用の通信システムである。また、通信システムＣＳは、通信バスＢＳを介して接続されるマスターノード１０と、複数のスレーブノード１００〜ｎを備えている。以下、マスターノード１０を単にマスタ１０と称し、また、スレーブノード１００，２００〜ｎを、単にスレーブ１００〜ｎと称する。

ここで、スレーブ１００〜ｎのハードウェア構成は、マスタ１０のハードウェア構成と互いに同一である。したがって、以下、マスタ１０の構成について主に説明し、スレーブ１００〜ｎの構成については説明を適宜省略する。図１では、マスタ１０の構成要素には例えば「コントローラ２０」のように２桁の符号を付し、スレーブ１００の構成要素には例えば「コントローラ１２０」のように１００番台の符号を付すなど、互いに対応する構成要素の符号は下２桁を共通させている。また、スレーブ１００以外のスレーブノードについては、その構成の図示を省略している。

マスタ１０は、車両に搭載された各種機器が検出した車両の状態を取得したり、当該機器に対してＰＷＭ信号を出力して車両を制御したりする電子制御装置（ＥＣＵ）であり、通信システムＣＳ内に１つだけ設けられている。マスタ１０は、コントローラ２０と、トランシーバＩＣ３０と、を有している。

コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＩＯポート等からなる周知のマイコンである。コントローラ２０は、データＴＸ，ＲＸを送受信する。

トランシーバＩＣ３０は、ＰＷＭ処理部３１と、アナログ回路３３と、更新処理部３５と、メモリ３６と、を有している。図１は、トランシーバＩＣ３０が有する各機能をブロックとして図示している。

ＰＷＭ処理部３１は、コントローラ２０から入力されたデータＴＸを、後述するメモリ３６に格納されている目標幅に基づいてＰＷＭ符号化し、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ処理部３１は、このＰＷＭ信号をアナログ回路３３に出力する。

アナログ回路３３は、ＰＷＭ処理部３１から通信バスＢＳに出力されるＰＷＭ信号を遅延させるディレー回路である。

更新処理部３５は、通信バスＢＳから信号を受信するほか、ＰＷＭ処理部３１の動作を監視し、ＰＷＭ処理部３１に対し、ＰＷＭ出力部３１が出力するＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を指示する。また、更新処理部３５は、後述するメモリ３６に格納された目標幅を適宜更新する。

メモリ３６は、種々の情報が記憶されており、その情報のひとつとして、ＰＷＭ処理部３１から出力するＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅の目標値である「目標幅」がある。この目標幅は、更新処理部３５によって適宜更新される。また、ＰＷＭ処理部３１は、このメモリ３６に格納された目標幅を読み込み、それに基づいてＰＷＭ符号化を行う。

以上のように構成された通信システムＣＳにおいて、通信バスＢＳで伝送される信号は、図２に示されるように、ビットの途中で信号レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化するＰＷＭ信号である。

通信システムＣＳの優性信号（本実施形態では論理値１に対応）と劣性信号（本実施形態では論理値０に対応）のそれぞれは、２種類のデューティー比によって表現される。具体的には、マスタ１０は通信バスＢＳに第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号を出力し、スレーブ１００〜ｎの少なくともいずれかは、マスタ１０が通信バスＢＳに出力するデューティー比が比較的大きい第１ＰＷＭ信号（Ｌｏｗ出力幅が比較的小さい信号。論理値１に対応）に、スレーブ１００〜ｎの少なくともいずれかが所定のＬｏｗ出力幅を重ねあわせることで、デューティー比が比較的小さい第２ＰＷＭ信号（Ｌｏｗ出力幅が比較的大きい信号。論理値０に対応）を生成する。第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号は、いずれも、そのビットの先頭に立下りが発生するものとなる。通信バスＢＳで伝送される第１ＰＷＭ信号及び第２ＰＷＭ信号は、通信バスＢＳの抵抗の影響を受けるため、図２に示されるように、その立下りや立ち上がりはやや傾斜したものとなる。

通信システムＣＳは、通信バスＢＳにおいて第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とが衝突した場合は、優性信号である第２ＰＷＭ信号が調停勝ちするように設定されている。これにより、マスタ１０又はスレーブ１００〜ｎのうち、調停負けしたノードは直ちに信号の出力を停止し、調停勝ちしたノードのみが出力を継続することができる。

次に、図３を参照しながら、比較例に係る通信システムによる通信とその課題について説明する。この比較例に係る通信システムは、本発明の実施形態に係る通信システムＣＳ同様に、周知のマスタースレーブ方式の通信プロトコルが適用された通信システムであり、優性信号（論理値０に対応）と劣性信号（論理値１に対応）のそれぞれを、２種類のデューティー比によって表現するものである。ただし、この比較例に係る通信システムは、出力する信号のＬｏｗ出力幅の更新を行わない点で、通信システムＣＳと異なる。

通信システムＣＳ及び比較例に係る通信システムのいずれも、製造誤差等により、マスターノードや各スレーブノードの特性に個体差が生じることがある。すなわち、ノードごとに、トランシーバＩＣの内部の抵抗値等にばらつきが生じ、それに基づく影響が通信にも及ぶことになる。

例えば、マスターノードが出力する第１ＰＷＭ信号に、スレーブノードＡが所定のＬｏｗ出力幅を重ねあわせることで第２ＰＷＭ信号を生成する場合、遅延ｄ１〜ｄ５が生じうる。以下、この遅延ｄ１〜ｄ５について説明する。

まず、マスターノードから通信バスに出力された第１ＰＷＭ信号を、スレーブノードＡにおいて受信するまでの遅延ｄ１が生じうる。すなわち、通信バスで伝送されているマスターノードからの第１ＰＷＭ信号の信号レベルが、ある所定の閾値Ｘを下回ってから、スレーブノードＡにおいて受信されるまでに、コンパレータ等の要因により遅延ｄ１が生じうる。

また、スレーブノードＡのトランシーバＩＣが、マスターノードから通信バスに出力された第１ＰＷＭ信号を検出し、第２ＰＷＭ信号を出力するまでに遅延ｄ２が生じうる。これは、当該トランシーバＩＣのクロック周波数のばらつきによるものである。

スレーブノードＡのトランシーバＩＣの発信精度のばらつきにより、スレーブノードＡのＬｏｗ出力幅にも遅延ｄ３が生じうる。また、信号がスレーブノードＡのトランシーバＩＣのアナログ回路を通過する際にも遅延ｄ４が生じうる。さらに、トランシーバＩＣのアナログ回路の性能のばらつきにより、当該アナログ回路によって設けられる遅延量にも遅延ｄ５が生じうる。

一方、上記遅延ｄ１〜ｄ５が非常に小さいスレーブノードＢの場合、スレーブノードＢから通信バスに出力された第２ＰＷＭ信号は、Ｌｏｗ出力幅がスレーブノードＡに比べて非常に小さいものとなる。この場合、第２ＰＷＭ信号のデューティー比が大きくなり、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とで、Ｌｏｗ出力幅の差が非常に小さい状態となる。

このように、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とでＬｏｗ出力幅の差が小さくなることで、他のノードにおいて誤サンプリングが生じるおそれがある。このため、通信システムの通信精度が低下し、正確な制御が行われなくなるおそれがある。

このような課題に対し、本発明の実施形態に係る通信システムＣＳでは、各ノードは、メモリに格納されている目標幅を更新し、各ノードから出力する第１ＰＷＭ信号又は第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正することで、誤サンプリングを防止している。以下、図４及び図５を参照しながら、通信システムＣＳによるＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅の補正について説明する。ここでは、マスタ１０が出力する第１ＰＷＭ信号に、スレーブ１００が所定のＬｏｗ出力幅を重ねあわせることで、第２ＰＷＭ信号を生成する場合について説明する。

まず、スレーブ１００のトランシーバＩＣ１３０が、マスタ１０から通信バスＢＳに出力され、通信バスＢＳで伝送されている第１ＰＷＭ信号を受信すると、ＰＷＭ処理部１３１は、メモリ３６に格納されている目標幅に基づいてＰＷＭ符号化を行う。ＰＷＭ処理部１３１は、アナログ回路３３を介して、第２ＰＷＭ信号を通信バスＢＳへと出力する。

次に、スレーブ１００のトランシーバＩＣ１３０の更新処理部１３５は、自身が通信バスＢＳに出力して通信バスＢＳで伝送されている第２ＰＷＭ信号を、通信バスＢＳから受信する。さらに、トランシーバＩＣ１３０の更新処理部１３５は、この通信バスＢＳから受信した第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅ＬＷと、論理値０に相当する予め定められたＬｏｗ出力幅であるＬｏｗ出力基準幅ＬＷ１との差分ＬＷ２を計算する。

当該計算の結果、差分ＬＷ２が得られると、更新処理部１３５は、通信バスＢＳで伝送される第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅が差分ＬＷ２だけ大きくなるように、メモリ３６に格納されている目標幅を更新する。

更新処理部１３５による更新後、スレーブ１００のトランシーバＩＣ１３０が、メモリ３６に格納されている更新後の目標幅に基づいてＰＷＭ符号化を行う。これにより、スレーブ１００から通信バスＢＳに出力され、通信バスＢＳで伝送される第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅が補正される。これにより、論理値０に相当する当該第２ＰＷＭ信号は、論理値１に相当する第１ＰＷＭ信号とは明確に異なるものとなる。

ここで、Ｌｏｗ出力幅の補正のためにトランシーバＩＣ１３０が通信バスＢＳから受信する信号は、トランシーバＩＣ１３０自身が通信バスＢＳに出力し、伝送されているものでなければならない。すなわち、トランシーバＩＣ１３０は、通信バスＢＳから受信する信号が、トランシーバＩＣ１３０自身が出力したものであるか、他のノードのトランシーバＩＣが出力したものであるかを判断する自他判断を実行する必要がある。

そこで、トランシーバＩＣ１３０は、通信システムＣＳの通信プロトコルに基づいて上記自他判断を行っている。当該通信プロトコルでは、図５に示されるように、マスタ１０からスレーブ１００〜ｎのいずれかに第２ＰＷＭ信号の出力を要求するための信号を出力する場合、その出力信号にスレーブ１００〜ｎを特定するためのＩＤ情報を含むように設定されている。当該ＩＤ情報によって特定されるスレーブ１００〜ｎのいずれかのノードは、これに対するレスポンスとして、第２ＰＷＭ信号を出力するように構成されている。

この動作についてスレーブ１００を例にとって説明する。スレーブ１００は、無信号を示す期間の後にトランシーバＩＣ１３０が受信する出力信号に含まれるＩＤ情報が、自身に該当するものであるか否かを判断する。そして、当該ＩＤ情報が、自身に該当するものであった場合は、その後に受信する第２ＰＷＭ信号は自身によって出力されたものであると判断する。スレーブ１００は、その場合のみ、メモリ３６に格納されている目標幅を更新してＬｏｗ出力幅の補正を行う。これにより、誤って他のスレーブやマスタ１０が通信バスＢＳに出力した信号に基づいて、目標幅を更新してしまうことが無い。

このように、通信システムＣＳのスレーブ１００は、種々の誤差要因の影響を受けながら通信バスＢＳで伝送されている第２ＰＷＭ信号の状態に基づいて、自身が出力する第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅をＬｏｗ出力基準幅ＬＷ１に近づけるよう補正することが可能となる。これにより、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを互いに明確に異なるものとすることができ、そのサンプリング精度を向上させることが可能となる。

次に、図６を参照しながら、本発明の実施形態の第１変形例について説明する。この第１変形例では、各ノードが通信バスＢＳから受信した信号が、そのノード自身が出力したものであるか、他のノードが出力したものであるかを判断する自他判断の方法が、前述の実施形態と異なるものである。

この第１変形例では、各ノードが信号を出力する期間が予め定められており、当該期間に基づいて上記自他判断を実行するものである。すなわち、車両の起動時に通信バスＢＳに出力される起動信号をトリガーとして、マスタ１０、スレーブ１００〜ｎと順次信号の出力を許可する期間をそれぞれに設定し、マスタ１０及びスレーブ１００〜ｎは、自身が出力を許可された期間に、目標幅の更新を許可されるものである。したがって、マスタ１０及びスレーブ１００〜ｎのトランシーバＩＣは、誤って他のスレーブやマスタ１０が通信バスＢＳに出力した信号に基づいて、メモリに格納されている目標幅を更新してしまうことが無い。また、このような処理を車両の起動時に行うことで、車両の走行に影響を与えることなく更新を行うことが可能となる。

次に、図７を参照しながら、本発明の実施形態の第２変形例について説明する。この第２変形例も、各ノードが通信バスＢＳから受信した信号が、そのノード自身が出力したものであるか、他のノードが出力したものであるかを判断する自他判断の方法が、前述の実施形態と異なるものである。

この第２変形例では、マスタ１０及びスレーブ１００〜ｎのそれぞれが、通信バスＢＳに信号を出力するのに先駆けて、自身が出力することを示す識別信号を出力する。この識別信号は、マスタ１０がスレーブ１００〜ｎに出力信号を送信する際に、マスタ１０が出力するようにしてもよい。通信バスＢＳで識別信号が伝送されると、マスタ１０及びスレーブ１００〜ｎは、その識別信号を受信してから所定期間内は、その識別信号が特定するマスタ及びスレーブ１００〜ｎのいずれかが信号を出力したものと判断し、自他判断を実行する。第２変形例は、このように通信バスＢＳに流れる識別信号に基づいて上記自他判断を実行するものである。したがって、マスタ１０及びスレーブ１００〜ｎのトランシーバＩＣは、誤って他のスレーブやマスタ１０が通信バスＢＳに出力した信号に基づいて、メモリに格納されている目標幅を更新してしまうことが無い。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

ＢＳ ：通信バス
ＣＳ ：通信システム
１０ ：マスターノード（ノード）
３０，１３０：トランシーバＩＣ（通信波形生成手段）
３１，１３１：ＰＷＭ処理部（出力手段）
３５，１３５：更新処理部（受信手段、補正手段）
１００，２００，ｎ：スレーブノード（ノード）

Claims (5)

1. 第１ＰＷＭ信号及び前記第１ＰＷＭ信号よりもデューティー比の小さい第２ＰＷＭ信号を用いる通信システム（ＣＳ）を構成する複数のノード（１０，１００〜ｎ）それぞれに適用される通信波形生成装置（３０，１３０）であって、
   前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を前記通信システムの通信バス（ＢＳ）に出力する出力手段（３１，１３１）と、
   前記通信バスに出力された前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を受信する受信手段（３５，１３５）と、
   前記出力手段が出力する前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号を補正する補正手段（３５，１３５）と、を備え、
   前記補正手段は、前記出力手段が出力し前記受信手段が受信した前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅（ＬＷ）と、予め定められたＬｏｗ出力基準幅（ＬＷ１）との差分（ＬＷ２）に基づいて、前記出力手段が出力する前記第１ＰＷＭ信号又は前記第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正することを特徴とする通信波形生成装置。
2. 前記出力手段は、前記受信手段が受信した前記第１ＰＷＭ信号に所定のＬｏｗ出力幅を重ねあわせて前記第２ＰＷＭ信号として前記通信バスに出力し、
   前記受信手段は、このように出力された前記第２ＰＷＭ信号を受信するものであって、
   前記補正手段は、前記第２ＰＷＭ信号が他の通信波形生成装置が出力したものであるか否かを特定する自他判別を実行し、当該自他判別の結果、他の通信波形生成装置が出力したものではない場合に、前記第２ＰＷＭ信号のＬｏｗ出力幅を補正することを特徴とする請求項１に記載の通信波形生成装置。
3. 前記補正手段は、前記通信システムの通信プロトコルに基づいて前記自他判別を行うことを特徴とする請求項２に記載の通信波形生成装置。
4. 前記複数のノードを構成する少なくとも２以上のノードは、それぞれ予め定められた期間に前記第２ＰＷＭ信号を前記通信バスに出力するように構成され、
   前記補正手段は、自身が出力を許可された期間に前記自他判別を行うことを特徴とする請求項２に記載の通信波形生成装置。
5. 前記複数のノードを構成する少なくとも２以上のノードは、前記通信バスへの前記第２ＰＷＭ信号の出力に先駆けて自己を特定する識別信号を出力するように構成され、
   前記補正手段は、前記受信手段が自己を特定する前記識別信号を受信した後に前記第２ＰＷＭ信号を受信した場合に前記自他判別を行うことを特徴とする請求項２に記載の通信波形生成装置。

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