JP2016123054A - 通信システム、通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信線においてリンギングが発生することを抑制することができる通信システム、通信装置及び通信方法を提供する。【解決手段】複数のＥＣＵ１，２が共通の通信線５に対して同時的に信号の出力を行うことができる同送期間と、アービトレーション処理により送信権利を獲得したいずれか１つのＥＣＵ１，２が単独で信号を出力する単送期間とが設けられている。各ＥＣＵ１，２は、単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスが低く、所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスが高くなるようにインピーダンスの切り替えを行う。また各ＥＣＵ１，２は、ドミナント又はレセシブの連続した複数ビットの信号を出力するが、レセシブの信号を出力する際にインピーダンスの切り替えを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、共通の通信線を介して接続された複数の通信装置が相互に情報の送受信を行う通信システム、通信装置及び通信方法に関する。

従来、車両に搭載された複数の通信装置間の通信にはＣＡＮ（Controller Area Network）の通信プロトコルが広く採用されている。一般的に、ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、いわゆるツイスト線又はツイストペアケーブル等の二線式の通信線が用いられており、この通信線はＣＡＮバスと呼ばれている各通信装置は、差動信号による通信を行っており、ＣＡＮバスの二線間の電位差が閾値を超えたものをドミナント（優性値）とし、閾値を超えないものをレセシブ（劣性値）として扱っている。

近年の車両では搭載される電子機器の数が増大しており、ＣＡＮバスに接続される通信装置の数も増大している。ＣＡＮバスに多くの通信装置を接続するためには、ＣＡＮバスに分岐部分を多数設ける必要があるが、分岐部分においてインピーダンスの不整合が生じる。またＣＡＮバスに接続されている通信装置間ではインピーダンスの不整合が生じ、通信装置の数が増大することによってこの不整合が顕著化される。上記のようなインピーダンスの不整合により、通信経路内で信号反射などが繰り返され、例えば通信装置がＣＡＮバスへ出力する信号をドミナントからレセシブへ変化させた場合、ＣＡＮバス上の信号レベル（電位差）が徐々に減衰しながら振動する波形が生じる。このような振動波形はリンギングと呼ばれ、リンギングが発生することによって各通信装置におけるドミナント／レセシブの判定に誤りが生じる可能性がある。リンギングが発生する通信システムにおいて誤判定を回避するためには、リンギングの信号レベルがある程度減衰するまで各通信装置によるドミナント／レセシブの判定を待機する必要があるため、通信の高速化を阻害するという問題がある。

特許文献１においては、個々の加入者端末ステーションに達する伝送線路が星状に１つの受動的なネットワークノードに接続されている通信システムにおいて、伝送線路に周波数依存の減衰素子、例えばフェライトビーズを設けた構成の通信システムが提案されている。フェライトビーズは、インダクタとして働く素子であり、ノイズの低減効果などが期待できる。

一方、近年ではＣＡＮの通信プロトコルを高速化することを目的としたＣＡＮ−ＦＤ（CAN with Flexible Data rate）と呼ばれる通信プロトコルが提案されている。ＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルは、従来のＣＡＮの通信プロトコルと同様のメッセージ（フレーム）構成を採用しているが、データフィールドのデータ送信を高速化することで、１つのメッセージに従来の約８倍のデータを含めることができる。これによりＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルを採用した通信システムは、従来のＣＡＮプロトコルを採用した通信システムに対して高速化が期待できる。

特表平７−５００４６３号公報

しかしながら、ＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルを採用する通信システムにおいて、上述のリンギングが発生する場合、特に高速通信を行うデータフィールドにおいてドミナント／レセシブの判定に誤りが生じ易いという問題がある。この問題のためデータフィールドにおける高速通信の実現が難しく、ＣＡＮ−ＦＤの実現が困難化している。

上記の問題に対して、特許文献１に記載のフェライトビーズのようなフィルタ素子を設けることでリンギングを抑制することが考えられる。しかしながら、フィルタ素子を設けることによって本来の通信波形の立ち上がり及び立ち下がり等が鈍るため、この鈍りによりドミナント／レセシブの誤判定が発生する虞があり、フィルタ素子などを設ける対策には限界があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、通信線においてリンギングが発生することを抑制することができる通信システム、通信装置及び通信方法を提供することにある。

本発明に係る通信システムは、共通の通信線を介して接続された複数の通信装置を備え、複数の前記通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの前記通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間が設けられた通信システムにおいて、前記通信装置は、前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行う切替部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記切替部が、前記所定期間の出力インピーダンスが低く、前記所定期間以外の期間の出力インピーダンスが高くなるように切り替えを行うようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記通信装置が、前記通信線に対して各ビットが優性値又は劣性値の２値のいずれかで表される連続した複数ビットの信号を出力する通信部を有し、前記切替部は、前記通信部が劣性値に相当する信号を出力する際にインピーダンスの切り替えを行うようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記通信線は二線式であり、前記通信装置は、差動信号を前記通信線へ入出力することにより通信を行うようにしてあり、前記切替部は、前記通信線の二線を、所定の抵抗器を介して電気的に接続することにより切り替えを行うようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記通信装置が、ＣＡＮ（Controller Area Network）規格又はＣＡＮ規格に互換性を有する規格にて通信を行うようにしてあり、前記所定期間は、ＣＡＮ規格におけるデータフィールド及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）フィールドの出力期間を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記通信装置が、前記所定期間の通信速度と、前記所定期間以外の期間の通信速度とを異なる速度に切り替える速度切替部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、前記速度切替部が、前記所定期間の通信速度が、前記所定期間以外の期間の通信速度より高速となるように切り替えを行うようにしてあることを特徴とする。

また、本発明に係る通信装置は、共通の通信線を介して一又は複数の他の通信装置に接続され、複数の通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間が設けられた通信規格にて通信を行う通信装置において、前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行う切替部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る通信方法は、共通の通信線を介して接続された複数の通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間を設けた通信方法において、前記通信装置が、前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行うことを特徴とする。

本発明に係る通信システムにおいては、複数の通信装置が共通の通信線に対して同時的に信号の出力を行うことができる同送期間と、いずれか一つの通信装置が単独で通信線に対して信号を出力する単送期間とが設けられる。各通信装置は、単送期間の少なくとも一部の所定期間（なお単送期間＝所定期間であってもよい）を、インピーダンスの切り替えを行う期間とする。即ち各通信装置は、所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるように、インピーダンスの切り替えを行う。これにより、一つの通信装置が信号を出力する単送期間の少なくとも一部において、例えばインピーダンスマッチングなどのインピーダンスの切り替え制御を実現することができる。

また本発明においては、所定期間の出力インピーダンスを低くし、所定期間以外の期間の出力インピーダンスを高くする。これにより、複数の通信装置が同時的に信号出力を行う可能性のある同送期間では信号の衝突により大電流が流れることを防止でき、１つの通信装置が単独で信号出力を行う単送期間のうちの少なくとも一部の期間ではリンギングを抑制することができる。

また本発明においては、各通信装置はドミナント（優性値）又はレセシブ（劣性値）のいずれかで表される連続した複数ビットの信号を出力するが、レセシブに相当する信号を出力する際に上記のインピーダンスの切り替えを行う。ドミナントに相当する信号を出力する際の出力インピーダンスは、所定期間であるか否かに関わらず同一であってよい。これにより所定期間のレセシブに相当する信号出力の際に発生するリンギングを抑制することができる。

また本発明においては、複数の通信装置が接続される共通の通信線を二線式の通信線とし、この通信線に対して通信装置が差動信号を入出力する構成とする。各通信装置は、信号線の二線を、所定の抵抗器を介して接続する制御を行うことによってインピーダンスの切り替えを行う。これにより、インピーダンスの切り替えを容易且つ確実に行うことができる。

また本発明においては、ＣＡＮの通信プロトコルにおけるデータフィールド及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）フィールドを所定期間に含む。これにより、ＣＡＮの通信プロトコルに適したインピーダンスの切り替えを実現できる。

また本発明においては、所定期間の通信速度と所定期間以外の期間の通信速度とを異なる速度に切り替える。例えば、所定期間を高速通信、所定期間以外の期間を低速通信となるように通信速度の切り替えを行うことができる。これにより、インピーダンスの切り替えによりリンギングを低減した所定期間において高速通信を行うことが可能となり、通信システムの通信の高速化を実現できる。

本発明による場合は、通信線に発生するリンギングを抑制することができ、通信の高速化が期待できる。

本実施の形態に係る通信システムの一構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る通信システムの構成を説明するための模式的な回路図である。 本実施の形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。 ＣＡＮ通信制御部によるインピーダンスの切り替えを説明するための模式図である。 送信するデータフレームとＣＡＮ通信制御部による切替制御との対応を説明するための模式図である。 高速通信モードにおけるインピーダンスの切り替えを説明するための模式図である。 ＣＡＮ通信制御部が行うデータ送信処理の手順を示すフローチャートである。 ＣＡＮ通信制御部が行うデータ送信処理の詳細手順を示すフローチャートである。 シミュレーションによる検証結果を示す波形図である。 シミュレーションによる検証結果を示す波形図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本実施の形態に係る通信システムの一構成例を示す模式図である。本実施の形態に係る通信システムは、例えば図示しない車両に搭載された複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）１，２を通信装置として備え、これら複数のＥＣＵ１，２が通信線５を介して相互にデータの送受信を行うシステムである。ＥＣＵ１，２は、例えば車両のボディＥＣＵ又はエンジン制御ＥＣＵ等の種々のＥＣＵであってよく、更にはカーナビゲーション装置又はオーディオ装置等の車載機器であってもよい。

本実施の形態に係る通信システムは、複数のＥＣＵ１と、２つのＥＣＵ２とが共通の通信線５を介して接続された構成である。２つのＥＣＵ２は、通信線５の幹線５ａの両端に接続され、通信線５の終端装置をなすＥＣＵである。複数のＥＣＵ１は、通信線５の幹線５ａから分岐した支線５ｂにそれぞれ接続される非終端のＥＣＵである。本通信システムでは、いずれか１つのＥＣＵ１，２が信号線５に対して信号を出力した場合、この出力信号を全てのＥＣＵ１，２が取得することができる。また複数のＥＣＵ１，２が同時的に信号出力を行うことも可能であるが、この場合には複数のＥＣＵ１，２の間でアービトレーション処理が行われ、送信権利を獲得した１つのＥＣＵ１，２が最終的に送信を行う。

本実施の形態に係る通信システムでは、ＣＡＮプロトコルを基に拡張された通信プロトコル、いわゆるＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルを採用している。このため、本通信システムのＥＣＵ１，２は、アービトレーション処理及びＡＣＫに関する処理等を、従来のＣＡＮプロトコルと同様の方法で行うことができる。

図２は、本実施の形態に係る通信システムの構成を説明するための模式的な回路図である。本実施の形態に係る通信システムにてＥＣＵ１，２を接続する通信線は、二線式の通信線、いわゆるツイストペアケーブルを用いて構成されている。各ＥＣＵ１，２は、二線式の通信線５に対して差動信号を出力することによってデータ送信を行う。

上述のように、通信線５の幹線５ａの両端には終端用のＥＣＵ２がそれぞれ接続されている。ＥＣＵ２は、幹線５ａの二線間に１２０Ωの抵抗を介在させる態様で幹線５ａの終端を実現している。なお抵抗値１２０Ωは、ＣＡＮプロトコルにおいて定められた終端抵抗値である。また本実施の形態に係る非終端のＥＣＵ１は、出力インピーダンスが６０Ωとなるようにインピーダンスマッチングがなされており、これによりデータ送信の際に発生するリンギングの抑制を行っている。

図３は、本実施の形態に係るＥＣＵ１の構成を示すブロック図である。なおＥＣＵ２の構成はＥＣＵ１と略同じであるため、ブロック図の図示及び説明等を省略する。本実施の形態に係るＥＣＵ１は、制御部１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、入力部１４、出力部１５及びＣＡＮ通信制御部１６等を備えて構成されている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の演算処理装置を用いて構成されている。制御部１１は、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより種々の制御処理を行うことができる。

ＲＯＭ１２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成されている。ＲＯＭ１２は、制御部１１にて実行される制御プログラム及び制御部１１が行う処理に必要な情報等が予め記憶されている。ＲＡＭ１３は、例えばＳＲＡＭ（Static RAM）又はＤＲＡＭ（Dynamic RAM）等のメモリ素子で構成されている。ＲＡＭ１３は、制御部１１の処理に伴って生成された情報及び他のＥＣＵ１との間で送受信する情報等の種々の情報を記憶する。

入力部１４は、例えば車輌の車速センサ若しくは温度センサ等のセンサ、又は、車輌の内外に配置された操作用の種々のスイッチ等の入力装置が信号線などを介して接続される。入力部１４は、これらの入力装置からの信号が入力され、入力信号のサンプリング又はＡ／Ｄ変換等の処理を行って得られた情報を制御部１１へ与える。出力部１５は、例えばモータ又はランプ等の負荷が接続され、制御部１１からの指示に応じてこれらの負荷を駆動する駆動信号を出力する。なお、ＥＣＵ１は必ずしも入力部１４及び出力部１５の両方を備える必要はなく、いずれか一方のみを備える構成であってよい。

ＣＡＮ通信制御部１６は、通信線５の支線５ｂに接続される端子を有しており、この端子に接続された支線５ｂを介して他のＥＣＵ１，２との間でＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルに従ったデータ送受信を行うものである。ＣＡＮ通信制御部１６は、他のＥＣＵ１，２へのデータ送信を行う送信部１７と、他のＥＣＵ１，２が送信したデータの受信を行う受信部１８とを有している。ＣＡＮ通信制御部１６は、制御部１１から与えられた送信情報をＣＡＮプロトコルに応じた送信用のデータ（フレーム）に変換して送信部１７へ与える。ＣＡＮ通信制御部１６の送信部１７は、与えられた送信データの各ビットの値（０（ドミナント）又は１（レセシブ））に応じて、通信線５へ信号を出力する。なお本通信システムでは、二線式の通信線５が用いられるため、送信部１７は通信線５へ差動信号を出力する。

ＣＡＮ通信制御部１６の受信部１８は、通信線５の信号レベル（ツイスト線の電位差）を検知することによって、通信線５上に送信された信号がドミナント／レセシブのいずれに対応する信号であるかを判定し、各ビットがドミナント／レセシブで表されるデータの受信を行う。ＣＡＮ通信制御部１６は、受信部１８にて受信したデータを制御部１１へ与える。またＣＡＮ通信制御部１６は、送信部１７にて自らが送信したデータを受信部１８にて受信し、送信データと受信データとが一致しない場合（送信データのレセシブが受信データにてドミナントに変化していた場合）、通信線５に接続された他のＥＣＵ１，２の送信が発生していることを検知し、アービトレーションの処理を行う。なおＥＣＵ１が行うアービトレーションの処理は、従来のＣＡＮプロトコルによるものと同じであるため、詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係るＥＣＵ１のＣＡＮ通信制御部１６は、通信速度を低速通信モード及び高速通信モードの２段階で切り替える速度切替部１９を有している。速度切替部１９は、例えばクロック信号を送信部１７及び受信部１８へ与えることで動作させており、このクロック信号の周期を変更することによって通信速度の切り替えを行う。速度切替部１９は、例えば通信速度が５００ｋｂｐｓの低速通信モードと、通信速度が４Ｍｂｐｓの高速通信モードとを切り替える。なお速度切替部１９による通信速度の切り替えは、通信システムに含まれる全てのＥＣＵ１，２にて同期して行われる。

また本実施の形態に係るＥＣＵ１のＣＡＮ通信制御部１６は、高速通信モードにおいてデータ送信を行う際にインピーダンスの切り替え制御を行うことにより、出力インピーダンスを低減する機能を有している。図４は、ＣＡＮ通信制御部１６によるインピーダンスの切り替えを説明するための模式図であり、ＣＡＮ通信制御部１６内の回路を模式的に示してある。ＣＡＮ通信制御部１６は、ツイスト線が接続される２つの端子１６ａを有している。ＣＡＮ通信制御部１６内には、例えば回路基板上などに、２つの端子１６ａに接続される２つの内部配線が敷設されている。また例えば２つの内部配線は、ＣＡＮ通信制御部１６が１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップとして提供されるものである場合、ＩＣの内部配線として実現され得る。

この２つの内部配線は、送信部１７の出力差動アンプの２つの出力端子、及び、受信部１８の入力差動アンプの２つの入力端子にそれぞれ接続されている。送信部１７の出力差動アンプは、送信データとしてドミナントのデータ”０”が入力された場合に所定の信号レベル、即ち２つの内部配線の電位差が例えば２Ｖとなる信号を出力する。このときの出力差動アンプの出力インピーダンスは約６０Ωである。また出力差動アンプは、送信データとしてレセシブのデータ”１”が入力された場合に、信号出力を行わず、ハイインピーダンス状態となる。受信部１８の入力差動アンプは、２つの内部配線間の電位差が閾値を超えるか否かに応じてデータ”０”又は”１”を受信データとして出力する。なお入力差動アンプは、判定の閾値に例えば０．５Ｖ〜０．９Ｖのようにヒステリシスが設けられている。また入力差動アンプの入力インピーダンスは、ハイインピーダンスである。

またＣＡＮ通信制御部１６は、抵抗器Ｒを介して２つの内部配線を接続する制御を行うための切替部２０を有している。本実施の形態において抵抗器Ｒの抵抗値は６０Ωである。切替部２０は、開／閉が連動して行われる２つのスイッチＳＷを有している。第１の内部配線は第１のスイッチＳＷの一端に接続され、第１のスイッチＳＷの他端は抵抗器Ｒの一端に接続され、第２の内部配線は第２のスイッチＳＷの一端に接続され、第２のスイッチＳＷの他端は抵抗器Ｒの他端に接続されている。これにより切替部２０の２つのスイッチＳＷを閉状態とすることで、２つの内部配線は抵抗器Ｒを介して接続される。切替部２０の２つのスイッチＳＷを開状態とすることで、２つの内部配線の接続が解除される。

切替部２０の２つのスイッチＳＷの開／閉の制御は、ＣＡＮ通信制御部１６の内部処理にて生成される制御信号に応じて行われる。ＣＡＮ通信制御部１６は、速度切替部１９により通信速度が高速通信モードに切り替えられており、且つ、レセシブのデータ送信を行う場合に、切替部２０のスイッチＳＷを閉じる。これ以外の場合、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開く。これによりＣＡＮ通信制御部１６は、高速通信モードでレセシブの信号を出力する際にインピーダンスの切り替えを行うことができる。

図５は、送信するデータフレームとＣＡＮ通信制御部１６による切替制御との対応を説明するための模式図である。ＣＡＮのプロトコルにおけるデータフレームは、ＳＯＦ（Start Of Frame）、アービトレーションフィールド、コントロールフィールド、データフィールド、ＣＲＣフィールド、ＡＣＫフィールド及びＥＯＦ（End Of Frame）を含んで構成されている。なお、ＣＡＮ−ＦＤのデータフレームは、各フィールドのビット数などに若干の差異があるものの、従来のＣＡＮのデータフィールドと略同じ構成である。

ＣＡＮのプロトコルにおいては、共通の通信線５に対して複数のＥＣＵ１，２が同時的に信号出力を行うことができる同送期間と、アービトレーション処理により送信権利を獲得した１つのＥＣＵ１，２のみが信号出力を行うことができる単送期間とが設けられている。データフレームにおけるＳＯＦ、アービトレーションフィールド、ＡＣＫフィールド及びＥＯＦの送信期間が同送期間に相当する。またデータフレームにおけるコントロールフィールド、データフィールド及びＣＲＣフィールドの送信期間が単送期間に相当する。

ＣＡＮ−ＦＤのプロトコルでは、ＥＣＵ１，２は、コントロールフィールドの途中の所定ビット（ＢＲＳ（Bit Rate Switch）ビット）において通信速度を低速通信モードから高速通信モードに切り替える。ＥＣＵ１，２は、コントロールフィールドの以降のビット、データフィールド及びＣＲＣフィールドのデータを高速通信モードにて送信し、ＣＲＣフィールドの最終ビットにて通信速度を高速通信モードから低速通信モードに切り替える。

本実施の形態に係るＣＡＮ通信制御部１６は、高速通信モードでの動作中に、切替部２０の切替制御を行うことでインピーダンスの切り替えを行う。即ち、ＣＡＮ通信制御部１６は、通信速度が低速通信モードである場合、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とする。通信速度が高速通信モードであり、且つ、レセシブの出力を行う場合に、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを閉状態とする。通信速度が高速通信モードであっても、ドミナントの出力を行う場合には、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とする。

図６は、高速通信モードにおけるインピーダンスの切り替えを説明するための模式図である。ＣＡＮ通信制御部１６は、データ”０”に対応するドミナントの信号として例えば信号レベル（電位差）が２Ｖの信号を送信部１７の出力差動アンプから出力する。このときにＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とする。このときのＣＡＮ通信制御部１６の出力インピーダンスは、送信部１７の出力差動アンプの出力インピーダンスであり、本実施の形態において約６０Ωである。

高速通信モードにおいてＣＡＮ通信制御部１６は、データ”１”に対応するレセシブの送信を行う場合、切替部２０のスイッチＳＷを閉状態とする。なおこのときに送信部１７の出力差動アンプの出力は、例えばハイインピーダンス状態となっている。これにより通信線５の二線が抵抗器Ｒを介して接続され、二線間の電位差が約０Ｖとなる。またこのときのＣＡＮ通信制御部１６の出力インピーダンスは、抵抗器Ｒの抵抗値６０Ωとなる。

図７は、ＣＡＮ通信制御部１６が行うデータ送信処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とすると共に（ステップＳ１）、速度切替部１９にて通信速度を低速通信モードに切り替える（ステップＳ２）。なおステップＳ１及びＳ２の処理は、データ送信の前段階の処理として行われるべきものであり、データ送信処理の開始時点で既にスイッチＳＷが開状態である場合及び低速通信モードである場合には、ステップＳ１及びＳ２の処理を省略してよい。なおデータ送信処理の終盤においてＣＡＮ通信制御部１６はスイッチＳＷを開状態とする処理及び低速通信モードへ切り替える処理を行うため、以前にデータの送信を行っている場合には、ステップＳ１及びＳ２の処理は省略可能である。

ＣＡＮ通信制御部１６は、ＳＯＦの送信後にアービトレーションフィールドの送信を行うことにより、他のＥＣＵ１，２との間でアービトレーション処理を行う（ステップＳ３）。ＣＡＮ通信制御部１６は、アービトレーション処理の結果、送信権利を獲得したか否かを判定する（ステップＳ４）。送信権利を獲得していない場合（Ｓ４：ＮＯ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、データ送信処理を中断して他のＥＣＵ１，２が送信するデータの受信処理を行い（ステップＳ５）、処理を終了する。送信権利を獲得した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、コントロールフィールドの所定ビットを出力するタイミングで、速度切替部１９にて通信速度を高速通信モードに切り替える（ステップＳ６）。ＣＡＮ通信制御部１６は、コントロールフィールドの残りのデータ、データフィールドのデータ及びＣＲＣフィールドのデータのうち、１ビット分のデータを高速通信モードで送信する（ステップＳ７）。

図８は、ＣＡＮ通信制御部１６が行うデータ送信処理の詳細手順を示すフローチャートであり、図７に示したフローチャートのステップＳ７にて行う処理である。高速通信モードにてデータ送信を行う場合、ＣＡＮ通信制御部１６は、送信すべきデータから１ビットのデータを取得し（ステップＳ２１）、取得したデータがドミナントに対応するデータ”０”であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。データ”０”である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とすると共に（ステップＳ２３）、送信部１７の出力差動アンプによる信号の出力を行って（ステップＳ２４）、図７のフローチャートへ処理を戻す。データ”０”でない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを閉状態とすると共に（ステップＳ２５）、送信部１７の出力差動アンプをハイインピーダンス状態として（ステップＳ２６）、図７のフローチャートへ処理を戻す。

ステップＳ７にて１ビット分のデータ送信を終了した後、ＣＡＮ通信制御部１６は、高速通信モードにて送信すべき全てのデータの送信を終了したか否か、即ちＣＲＣフィールドの最終ビットの１つ手前のデータまで送信を終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。全てのデータの送信を終了していない場合（Ｓ８：ＮＯ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、ステップＳ７へ処理を戻し、次の１ビットのデータ送信を行う。全てのデータの送信を終了した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＣＡＮ通信制御部１６は、切替部２０のスイッチＳＷを開状態とすると共に（ステップＳ９）、速度切替部１９にて通信速度を低速通信モードに切り替える（ステップＳ１０）。その後、ＣＡＮ通信制御部１６は、ＡＣＫフィールド及びＥＯＦの出力を行って（ステップＳ１１）、データ送信処理を終了する。

（検証）
次に、本実施の形態に係る通信システムによる効果の検証結果を説明する。図９及び図１０は、シミュレーションによる検証結果を示す波形図であり、横軸を時間とし、縦軸を通信線５の二線間の電圧値としてある。なお、高速通信モードにおける伝送速度を２Ｍｂｐｓとした検証結果を図９に示し、伝送速度を４Ｍｂｐｓとした検証結果を図１０に示す。また図９及び図１０においては、本実施の形態に係る通信システムにおける高速通信モードでの信号波形を実線で示し、従来のＣＡＮの通信システムにおける信号波形を破線で示してある。

図９のシミュレーションにおいては、図１に示した構成において２２個のＥＣＵ１をそれぞれ支線５ｂを介して幹線５ａに接続した通信システムを想定し、幹線５ａの長さを３３ｍとし、支線５ｂの長さをそれぞれ１ｍとし、支線５ｂの分岐間の距離を１．４３ｍとした。また図１０のシミュレーションにおいては、図１に示した構成において４個のＥＣＵ１をそれぞれ支線５ｂを介して幹線５aに接続した通信システムを想定し、幹線５ａの長さを１２ｍとし、支線５ｂの長さをそれぞれ１ｍとし、支線５ｂの分岐間の距離を２．４ｍとした。これらのシステム構成において、幹線５ａの略中央に接続されたＥＣＵ１がデータ”０”及びデータ”１”を交互に繰り返して送信した場合に、送信者であるＥＣＵ１が受信する信号波形をコンピュータによるシミュレーションにて取得したものが図９及び図１０に示す波形である。

また各ＥＣＵ１，２には、図４に示した回路図の構成を用いてシミュレーションを行った。なお、本実施の形態に係る通信システムの検証においては、データ”１”を出力する際に、図４の切替部２０のスイッチＳＷを閉状態としてインピーダンスを切り替え、これによりインピーダンスの低減を行っている。これに対して従来のＣＡＮの通信システムの検証においては、切替部２０のスイッチＳＷを開状態で固定し、インピーダンスの切り替えを行っていない。

図９及び図１０に示すように、インピーダンスの切り替えを行わない従来のＣＡＮの通信システムでは、レセシブ信号の出力期間に徐々に信号レベルが減衰する振動波形、即ちリンギングが発生している。図９及び図１０には受信部１８の入力差動アンプがドミナントと判定する信号レベルである０．９Ｖが二点鎖線で示してあるが、リンギング波形のピーク電圧値はこの判定電圧を超えている。リンギングの電圧値が０．９Ｖを超える期間は、レセシブの送信期間に対して約４０％である。このようなリンギングが発生することにより、受信部１８は、レセシブの信号をドミナントと誤判定する可能性がある。

これに対してインピーダンスの切り替えを行う本実施の形態の通信システムでは、レセシブ信号の出力期間に若干の振動波形が見られるが、この振動波形のピーク値は判定電圧の０．９Ｖを超えることはない。よって受信部１８は、ドミナントと誤判定することなくレセシブの信号を受信することができる。

また、同様のシステム構成にて通信速度を変更してシミュレーションを行った。各通信速度にて得られた複数のシミュレーション結果について、レセシブの１ビットの送信期間に対して５／９の時間が経過した時点（例えば１ビットの送信期間が９μｓである場合に５μｓが経過した時点）をサンプリングポイントとし、このサンプリングポイントまでにリンギングが終息しているか否かに応じて、この通信速度での通信の正否を判断した。

この結果、図９のシステム構成において、従来のＣＡＮの通信システムでは、５００ｋｂｐｓの通信速度まで通信が可能であった。また図１０のシステム構成において、従来のＣＡＮの通信システムでは、１Ｍｂｐｓの通信速度まで通信が可能であった。これに対して、図９のシステム構成において、本実施の形態の通信システムでは、２Ｍｂｐｓのデータ部の通信速度まで通信が可能であった。また図１０のシステム構成において、本実施の形態の通信システムでは、４Ｍｂｐｓの通信速度まで通信が可能であった。このように、本実施の形態に係る通信システムは、従来のＣＡＮの通信システムより高速通信を行うことが可能である。

また、図４に示した回路の抵抗器Ｒの抵抗値を変更して同様の検証を行った。この結果、抵抗器Ｒの抵抗値は、本システムにおいてインピーダンスマッチング状態となる６０Ω以外の抵抗値であってもよいことが判明している。抵抗器Ｒの抵抗値は６０Ωより大きくてもよく、又は、６０Ωより小さくてもよい。いずれの場合であっても、インピーダンスの切り替え制御を行うことによって、リンギング抑制の効果が期待できる。このため、通信システムの構成などに応じて抵抗器Ｒの抵抗値は適宜に設定すればよい。なお本検証によれば、抵抗器Ｒの抵抗値が小さい方がリンギング抑制の効果が高まる傾向にあることが見出されている。

以上の構成の本実施の形態に係る通信システムにおいては、複数のＥＣＵ１，２が共通の通信線５に対して同時的に信号の出力を行うことができる同送期間と、アービトレーション処理により送信権利を獲得したいずれか１つのＥＣＵ１，２が単独で信号を出力する単送期間とが設けられている。各ＥＣＵ１，２は、単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるように、インピーダンスの切り替えを行う。これにより本通信システムでは、各ＥＣＵ１，２が、所定期間にインピーダンスの切り替えを行うことができる。

また本実施の形態に係る通信システムでは、各ＥＣＵ１，２は、所定期間の出力インピーダンスを、所定期間以外の期間の出力インピーダンスより低くする（例えば６０Ω）。また所定期間以外の期間の出力インピーダンスは、送信部１７の出力差動アンプの特性となるように、切替部２０のスイッチＳＷを切り替える。このときの出力差動アンプの出力インピーダンスは、例えばハイインピーダンスとなる。これにより、複数のＥＣＵ１，２が同時的に信号出力を行う可能性のある同送期間では、信号の衝突により大電流が流れることを防止でき、１つのＥＣＵ１，２が単独で信号出力を行う単送期間の少なくとも一部の所定期間ではリンギングを抑制することができる。

また本実施の形態に係る通信システムでは、各ＥＣＵ１，２は、ドミナント又はレセシブの連続した複数ビットの信号を出力するが、レセシブの信号を出力する際にインピーダンスの切り替えを行う。ドミナントの信号を出力する際の出力インピーダンスは、所定期間であるか否かに関わらず同一であってよい。これにより所定期間のレセシブの信号出力の際に発生するリンギングを抑制することができる。

また本実施の形態に係る通信システムでは、所定期間にレセシブを出力する際の出力インピーダンスが、所定期間以外の期間にドミナントを出力する際の出力インピーダンス（例えば６０Ω）以下となるように、インピーダンスの切り替えを行う（例えば６０Ωに切り替える）。また所定期間以外の期間は、スイッチＳＷの切り替えにより出力を送信部１７の出力差動アンプとする。これにより所定期間以外の期間にレセシブを出力する際の出力インピーダンスが、所定期間以外の期間にドミナントを出力する際の出力インピーダンス（例えば６０Ω）より高くなる。このときの出力差動アンプの出力インピーダンスは、ハイインピーダンスになる。

また本実施の形態に係る通信システムでは、複数のＥＣＵ１，２が接続される共通の通信線５を２線式とし、各ＥＣＵ１，２がこの通信線５に対して差動信号を入出力することで通信を行う。各ＥＣＵ１，２は、切替部２０のスイッチＳＷの開閉を制御して、抵抗器Ｒを介して信号線５の二線を電気的に接続することにより、インピーダンスの切り替えを行う。これによりＥＣＵ１，２によるインピーダンスの切り替えを容易且つ確実に行うことができる。

また本実施の形態に係る通信システムは、ＣＡＮプロトコル又はＣＡＮ−ＦＤのようなＣＡＮの互換／拡張プロトコルに従った通信を行う。ＥＣＵ１，２は、ＣＡＮのデータフレーム内のデータフィールド及びＣＲＣフィールドを送信する期間を、インピーダンスの切り替えを行う所定期間に含む。例えばコントロールフィールドの通信速度切替のビットからＣＲＣフィールドの最終ビットまでを送信する期間を所定期間とすることができる。これにより、ＣＡＮプロトコルに適したインピーダンスの切り替えを実現できる。

また本実施の形態に係る通信システムでは、ＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルを採用し、所定期間の通信速度と所定期間以外の期間の通信速度とを、各ＥＣＵ１，２が異なる速度に切り替える制御を行う。例えば各ＥＣＵ１，２は、所定期間を高速通信とし、所定期間以外の期間を低速通信とすべく通信速度の切り替えを行う。これにより、通信システムの通信の高速化を実現できる。本実施の形態に係る通信システムは、所定期間にインピーダンスの切り替えを行うことにより、所定期間における通信速度の高速化に対応することが可能である。

なお本実施の形態においては、コントロールフィールドの途中ビットからＣＲＣフィールドの最終ビットまでの所定期間にインピーダンスの切り替えを行う構成としたが、これに限るものではなく、例えばコントロールフィールドの最初のビットからＣＲＣフィールドの最終ビットまで、即ち図５における単送期間の全期間にインピーダンスの切り替えを行う構成としてもよい。また例えばデータフィールドの最初のビットからＣＲＣフィールドの最終ビットまでの期間にインピーダンスの切り替えを行う構成としてもよい。ただし、通信システムが通信速度の切り替えを行う構成である場合、高速通信を行う期間にはインピーダンスの切り替えを行うことが好ましい。

また本実施の形態においては、ＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルに従って通信速度を低速及び高速の２段階で切り替える構成としたが、これに限るものではなく、通信速度の切り替えを行わない構成であってよい。即ち通信システムは、ＣＡＮ−ＦＤの通信プロトコルではなく、従来のＣＡＮのプロトコル又はこれに互換のプロトコル等を採用したものであってよい。更には、通信システムがＣＡＮ以外の通信プロトコルを採用してもよい。速度切替を行わない構成であっても、本実施の形態に係る通信システムのインピーダンスの切り替えを行うことによって、リンギングを抑制することができるため、通信不具合の発生を抑制することができる。またこの場合、例えばデータフィールドのみインピーダンスの切り替えを行うなど、インピーダンスの切り替えを行う期間を限定的に設けてもよい。

また本実施の形態においては、図４における抵抗器Ｒの抵抗値を６０Ωとしたが、これは一例であって、抵抗値は６０Ω以外の値であってよい。抵抗器Ｒの抵抗値は、ドミナント出力時の出力インピーダンスと同程度の値とすることが好ましい。ただし抵抗器Ｒの抵抗値は、通信システムのシステム構成などに応じて適宜に設定することが可能であり、インピーダンスの切り替えを行うことによってリンギング抑制の効果が期待できる。

また本実施の形態においては、車両に搭載される通信システムを例に説明を行ったが、通信システムは車両に搭載されるものに限らず、例えば飛行機又は船舶等の移動体に搭載されるものであってよく、また例えば移動体ではなく工場、オフィス又は学校等に設置されるものであってもよい。

１，２ ＥＣＵ（通信装置）
５ 通信線
５ａ 幹線
５ｂ 支線
１１ 制御部
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ ＣＡＮ通信制御部（通信部）
１７ 送信部
１８ 受信部
１９ 速度切替部
２０ 切替部
Ｒ 抵抗器
ＳＷ スイッチ

Claims (9)

1. 共通の通信線を介して接続された複数の通信装置を備え、複数の前記通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの前記通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間が設けられた通信システムにおいて、
   前記通信装置は、前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行う切替部を有すること
   を特徴とする通信システム。
2. 前記切替部は、前記所定期間の出力インピーダンスが低く、前記所定期間以外の期間の出力インピーダンスが高くなるように切り替えを行うようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記通信装置は、前記通信線に対して各ビットが優性値又は劣性値の２値のいずれかで表される連続した複数ビットの信号を出力する通信部を有し、
   前記切替部は、前記通信部が劣性値に相当する信号を出力する際にインピーダンスの切り替えを行うようにしてあること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
4. 前記通信線は二線式であり、
   前記通信装置は、差動信号を前記通信線へ入出力することにより通信を行うようにしてあり、
   前記切替部は、前記通信線の二線を、所定の抵抗器を介して電気的に接続することにより切り替えを行うようにしてあること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の通信システム。
5. 前記通信装置は、ＣＡＮ（Controller Area Network）規格又はＣＡＮ規格に互換性を有する規格にて通信を行うようにしてあり、
   前記所定期間は、ＣＡＮ規格におけるデータフィールド及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）フィールドの出力期間を含むこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の通信システム。
6. 前記通信装置は、前記所定期間の通信速度と、前記所定期間以外の期間の通信速度とを異なる速度に切り替える速度切替部を有すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の通信システム。
7. 前記速度切替部は、前記所定期間の通信速度が、前記所定期間以外の期間の通信速度より高速となるように切り替えを行うようにしてあること
   を特徴とする請求項６に記載の通信システム。
8. 共通の通信線を介して一又は複数の他の通信装置に接続され、複数の通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間が設けられた通信規格にて通信を行う通信装置において、
   前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行う切替部を備えること
   を特徴とする通信装置。
9. 共通の通信線を介して接続された複数の通信装置が前記通信線に対して同時的に信号を出力することが可能な同送期間、及び、一つの通信装置が単独で前記通信線に対して信号を出力する単送期間を設けた通信方法において、
   前記通信装置が、前記単送期間の少なくとも一部の所定期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスと、前記所定期間以外の期間に信号出力を行う場合の出力インピーダンスとが異なる値となるようにインピーダンスの切り替えを行うこと
   を特徴とする通信方法。

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