JP2016521938A - 長距離海中ｃａｎバスリピータケーブル - Google Patents

Abstract

コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス上のメッセージは、海中リンクを経由して通信される。リピータは、ＣＡＮバスを海中リンクの各端部に結合する。海中リンクは、例えば、海中接地とのツイストペアまたは単一ワイヤであってもよい。リピータは、伝送方向、すなわち、信号がリピータに結合されるＣＡＮバス上またはリピータに結合される海中リンク上で開始するかどうかを検出する。ＣＡＮバスからの信号は、検出された伝送方向に応じて、海中リンクに条件的に伝送される。海中リンクからの信号は、検出された伝送方向に応じて、ＣＡＮバスに条件的に伝送される。リピータは、ＣＡＮバス通信のコンテンツを分析せずに、物理層で動作することができる。

Description

本発明は、通信バスの分野に関し、特に、長距離海中通信のために、コントローラエリアネットワークバスを拡張するためのシステムおよび方法に関する。

石油およびガスの探査および生産で使用されるような海中システムは、複雑さを増し続けている。海底坑井は、海底または海底下に配置されたセンサおよびアクチュエータを含み得る。センサは、例えば、圧力センサ、温度センサ、および腐食検出器であり得る。アクチュエータは、例えば、弁、ポンプ、および他の流量制御デバイスであり得る。センサからの情報は、一般に、海上施設の機器によって処理される。同様に、アクチュエータに対する制御は、一般に、海上施設で始められる。故に、海中デバイスと海上施設の機器との間で通信が必要となる。

コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスが、自動車、産業オートメーション、および医療機器等の用途において、センサ、アクチュエータ、コントローラ、および他のデバイスを相互接続するために使用される。多数の回路およびデバイスが、ＣＡＮバス通信用に開発されてきた。しかしながら、現在のＣＡＮバスベースの海中システムは、いくつかの制限に直面する。ネットワークサイズが、複数の電気デバイスを並列して接続することから生じるインピーダンス降下に起因して制限される。加えて、従来のドライバ構成要素は、長い伝送線に好適はない場合がある。

深海の海底で繰り返し噛合または噛合解除され得る、海底または海中電気、光学、ならびにハイブリッド式電気および光学コネクタ等、有害または過酷な環境において電気および光ファイバケーブル接続を行うために、多くのタイプのコネクタが存在する。コネクタは、電気専用、光学専用であってもよく、またはハイブリッド式電気および光学コネクタであってもよい。これらのコネクタは、典型的には、取り外し可能に噛合可能なプラグおよびレセプタクルユニットまたはコネクタ部品から成り、それぞれ、完成回路を形成するためにコネクタによって継合されることが意図される、ケーブルまたは他のデバイスに取着される。各コネクタユニットは、２つのユニットがともに噛合されるとき、他方のユニット内の接合部との係合のための１つまたはそれを上回る電気および／または光学接点または接合部を含有する。継合されるべき接点を周囲環境から完全に隔離するために、これらのコネクタの一方または両方の部品は、接点を油が充填された圧力平衡チャンバ内に格納する。

海中または湿潤噛合可能電気コネクタの片側の接点は、典型的には、ピンまたはプローブの形態である一方、他側の接点または接合部は、プローブを受容するためのソケットの形態である。典型的には、ソケット接点は、誘電流体または他の移動性物質を含有するシールされたチャンバ内に含有され、プローブは、噛合および噛合解除状態において、接点チャンバから海水および／または汚染物質を排除する、シールを含む、１つまたはそれを上回るシールされた開口部を介して、チャンバに進入する。そのような電気コネクタは、概して、ピンおよびソケットタイプコネクタとして知られる。電気海底ピンおよびソケットコネクタの一実施例は、Ｃａｉｒｎｓの米国特許第５，６４５，４４２号に説明されており、商標名Ｎａｕｔｉｌｕｓ（Ｒ）の下でＴｅｌｅｄｙｎｅ ＯＤＩ， Ｉｎｃ．（ＤａｙｔｏｎａＢｅａｃｈ， Ｆｌａ．）によって市販されている。

米国特許第５，６４５，４４２号明細書

海中リンクを介して、コントローラエリアネットワークバスを通信するためのシステムおよび方法が、提供される。一側面では、本発明は、単一ワイヤリンクを経由して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス通信を適応するためのデバイスを提供する。単一ワイヤリンクは、海中接地と併用されることができる。別の側面では、本発明は、長距離ツイストペアリンクを経由して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス通信を適応するためのデバイスを提供する。ツイストペアリンクは、低電圧信号伝達を使用する、高速ＣＡＮバスを使用してもよい。

リピータは、ＣＡＮバス海中を使用する際に生じる障害物に対処する。コントローラエリアネットワークバスまたはＣＡＮバスは、元々、自動車センサ用途において使用するために設計されたものである。これらの信号が伝送される範囲は、典型的には、約数メートルと短い。産業制御用途において使用するためにも広く採用されており、信号経路長は、より長いが、依然として、ＣＡＮバスハードウェアおよびアーキテクチャの能力の範囲内である。現在、データ伝送および制御のために、海底油田およびガス田においても使用されており、信号ケーブルの長さは、地帯のサイズに伴って増加しつつある。長さの増加は、従来のＣＡＮバスシステムに固有の限界に到達する。

１つのＣＡＮバスシステム内のセンサの距離および数を増加するために、ＣＡＮバス信号リピータが、使用されることができる。ＣＡＮバスリピータの使用に関する障害物の１つは、「閉ループロック」現象である。これは、ＣＡＮバス送受信機が、設計上、双方向性であるために生じる。信号の伝送および受信の両方のために、同一物理媒体を使用する。送受信機は、ケーブル端子において、その独自の伝送される信号を受信およびデコードされるべき着信データ信号として解釈するであろう。したがって、任意の入力信号が、ある時間遅延後、その出力に現れるというのがＣＡＮバス送受信機の特徴である。本特徴は、リピータが、単に、ＣＡＮバス信号を繰り返す場合、その独自の信号を永遠に再伝送することによって、無意味な閉ループ効果を生じさせる。本信号混乱は、閉ループロックおよび通信の損失をもたらす。開示されるＣＡＮバスリピータは、特殊論理回路を使用し、閉ループロック現象を中断し、信号が意図される方向に伝送されることを可能にする。

別の障害物は、長距離にわたる駆動信号である。標準的ＣＡＮバスシステムは、２つの特徴、すなわち、高差動電圧（約８ボルト）および低データレート（５０ｋＨｚ）を共有する。差動対リンクの静電容量は、信号遷移を減速させ得る。電圧が高いほど、遷移時間がより長くなるであろう。したがって、標準的ＣＡＮバスは、差動ワイヤケーブルを用いて、長距離を伝送することができない。

１）伝送線静電容量を低減させるもの、または２）ＣＡＮバス差動電圧を低減させるものの２つの技法が、長距離にわたって通信するために提供される。

第１の技法は、不対導体との不平衡線を使用し、海洋または地表を信号接地として使用する。これは、実質的に、ツイストペア静電容量負荷を排除する。信号は、次いで、有意な分散を伴わずに、例えば、数百メートル伝送されることができる。

第２の技法は、高速ＣＡＮバスドライバと、２つのＣＡＮバスリピータ間の長距離（例えば、約１０００メートル）ツイストペアを併用する。高速ＣＡＮバスドライバは、低差動電圧（例えば、２ボルト未満）を使用し、したがって、信号遷移時間は、標準的ＣＡＮバスを用いるよりはるかに短い。低データ速度を伴う用途における高速ＣＡＮバスドライバの使用は、伝送距離を獲得する。高速ＣＡＮバスは、ＣＡＮバスリピータ間でのみ使用されることができ、リピータへの他の接続は、標準的海中ＣＡＮバスである。

一実施形態では、本発明は、単一ワイヤリンクを経由して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス通信を提供し、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの通信範囲を拡張するためのリピータデバイスを提供する。リピータデバイスは、ＣＡＮバスに結合され、ＣＡＮバス上のレベルを感知し、感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、第１のＣＡＮ送受信機と、単一ワイヤリンクに結合され、単一ワイヤリンク上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、単一ワイヤリンク上で対応するレベルを駆動するように構成される、第２のＣＡＮ送受信機と、第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路と、外部高電圧入力から導出される内部低電圧供給量を発生させるように構成される、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、内部接地は、外部接地から浮動する、ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。加えて、単一ワイヤリンクは、リピータデバイスと、第２のＣＡＮバスに接続される、第２のリピータデバイスを相互接続してもよい。第１および第２のリピータデバイスの両方に対して、外部接地は、海洋または地表接地のいずれかであって、単一ワイヤリンクは、実質的に、静電容量負荷を排除し、信号伝送範囲を拡張する、不対導体との不平衡線を提供する。加えて、論理回路は、信号が、ＣＡＮバスから単一ワイヤリンクにまたは単一ワイヤリンクからＣＡＮバスに伝送されているかどうかを判定するように構成される、方向検出回路と、少なくとも部分的に、方向検出回路判定に基づいて、伝送信号を供給するように構成される、伝送対応回路とを含んでもよい。第１のＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、ＣＡＮバスを経由して通信する。受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する。持続的優性状態の検出に応じて、第１のＣＡＮ送受信機は、ＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする。ＤＣ−ＤＣコンバータによって発生される内部低電圧供給量は、約５ボルトの供給量である。

第２の実施形態では、本発明は、伝送線内の単一ワイヤリンクを介して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを結合するためのシステムであって、第１および第２のリピータデバイスを有する、システムを提供する。第２のリピータデバイスは、単一ワイヤリンクを介して第１のリピータデバイスに接続され、第２のＣＡＮバスに接続される。単一ワイヤリンクを介して接続される第１および第２のリピータデバイスは、低い全体的伝送線静電容量を提供する。外部接地は、海洋または地表接地のいずれかであって、単一ワイヤリンクは、実質的に、静電容量負荷を排除し、第１および第２のＣＡＮバスの信号伝送範囲を拡張する、不対導体との不平衡線を提供する。

第３の実施形態では、本発明は、ツイストペアワイヤケーブルを経由してＣＡＮバス通信を提供し、ＣＡＮバスの通信範囲を拡張するためのリピータデバイスを提供する。リピータデバイスは、ＣＡＮバスに結合され、ＣＡＮバス上のレベルを感知し、感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、標準的ＣＡＮ送受信機と、ツイストペアに結合され、ツイストペア上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、ツイストペア上で対応するレベルを駆動するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機であって、ツイストペアを介して、低電圧信号伝達を提供するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機と、第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路とを備える。バス間ツイストペアリンクは、第１のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機と第２のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機を相互接続する。第２のリピータデバイスは、第２のＣＡＮバスに接続され、第１および第２のリピータデバイスの両高速ＣＡＮバス送受信機は、バス間ツイストペア上での通信のために、低差動電圧を使用し、実質的に、信号遷移時間を減少し、拡張信号伝送範囲をイネーブルにする。加えて、低差動電圧は、２ボルト未満であって、標準的ＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、ＣＡＮバスを経由して通信する。受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する。持続的優性状態の検出に応じて、第１のＣＡＮ送受信機は、第１のＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする。

第４の実施形態では、本発明は、伝送線内のツイストペアワイヤケーブルを介して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを結合し、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの通信範囲を拡張するためのシステムを提供する。本システムは、第１および第２のリピータデバイスを含む。第１のリピータデバイスは、ＣＡＮバスに結合され、ＣＡＮバス上のレベルを感知し、感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、標準的ＣＡＮ送受信機と、バス間ツイストペアに結合され、バス間ツイストペア上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、バス間ツイストペア上で対応するレベルを駆動するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機であって、バス間ツイストペアを介して、低差動電圧信号伝達を提供するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機と、第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路とを備える。第２のリピータデバイスは、バス間ツイストペアを介して、第１のリピータデバイスに接続され、第２のＣＡＮバスに接続され、それによって、低差動電圧を使用して、バス間ツイストペアを介して接続される第１および第２のリピータデバイスは、より高速の信号遷移を提供する。バス間ツイストペアリンクは、第１のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機と第２のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機を相互接続し、第２のリピータデバイスは、第２のＣＡＮバスに接続され、第１および第２のリピータデバイスの両高速ＣＡＮバス送受信機は、バス間ツイストペア上での通信のために、低差動電圧を使用し、実質的に、信号遷移時間を減少し、拡張信号伝送範囲をイネーブルにする。

本発明の他の特徴および利点は、例として、本発明の態様を説明する以下の記述から明らかなはずである。

本発明の詳細は、その構造および動作の両方について、添付の図の検討により一部収集され得、それらの図中、同様の参照番号は同様の部品を参照し得る。
図１は、単一ワイヤを使用する通信リンクを含む、コントローラエリアネットワークのブロック図である。 図２は、図１のコントローラエリアネットワーク内で使用され得る、リピータのブロック図である。 図３Ａは、図２のリピータのさらなる側面を例証する、ブロック図である。 図３Ｂは、図２のリピータのさらなる側面を例証する、ブロック図である。 図４は、ツイストペアを使用する通信リンクを含む、コントローラエリアネットワークのブロック図であるである。 図５は、図４のコントローラエリアネットワーク内で使用され得る、リピータのブロック図である。 図６Ａは、図５のリピータのさらなる側面を例証する、ブロック図である。 図６Ｂは、図５のリピータのさらなる側面を例証する、ブロック図である。

図１は、単一ワイヤを使用する通信リンクを含む、第１の例示的コントローラ１９０エリアネットワークのブロック図である。コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）は、２つのバスグループ１９２、１９４を含む。第１のバスグループ１９２は、海中センサ１１および第１のＣＡＮバスリピータ１００の第１のグループを含む。第２のバスグループは、海中センサ１５および第２のＣＡＮバスリピータ１０２の第２のグループを含む。

海中センサ１１および第１のＣＡＮバスリピータの第１のグループは、第１のバスグループ１９２のための通信媒体としての役割を果たす、第１のＣＡＮバス１０に結合される。海中センサ１５および第２のＣＡＮバスリピータ１０２の第２のグループは、第２のバスグループ１９４のための通信媒体としての役割を果たす、第２のＣＡＮバス１４に結合される。

データは、一連のバイナリパルスとしてＣＡＮバス上で伝送される。バイナリパルスは、ＣＡＮデバイスの伝送している１つを含む、ＣＡＮバスに接続されたＣＡＮデバイスの全てによって受信される。ＣＡＮバスプロトコルでは、メッセージは、標準的フォーマットで伝送される。メッセージは、関連付けられたデバイスの識別子、メッセージデータ、および種々の制御フィールドを含んでもよい。メッセージは、長さが変動し得、ｔｓを上回るものを含んでもよい。

各ＣＡＮバスは、一般に、差動対の信号ワイヤを使用する。信号ワイヤは、高信号「ＣＡＮＨ」（または、「ＣＡＮ＋」）および低信号「ＣＡＮＬ」（または、「ＣＡＮ−」）と称される。ＣＡＮプロトコルは、論理０を「優性」信号として、論理１を「劣性」信号として指定する。劣性信号は、ＣＡＮＨ信号上のより低い電圧およびＣＡＮＬ信号上のより高い電圧によって表される。優性信号は、ＣＡＮＨ信号上のより高い電圧およびＣＡＮＬ信号上のより低い電圧によって表される。他の信号表現が、使用されてもよい。ＣＡＮバスに結合された送信機の電気特性は、優性信号が任意の送信機から伝送される場合、優性信号がバス上に現れるようなものである。これは、他の送信機が劣性信号を伝送している場合でも生じる。これはまた、送信機が、ＣＡＮバスのデフォルト状態が劣性である優性信号のみを伝送すると見なされ得る。

ＣＡＮデバイスのうちの１つが、他のＣＡＮデバイスと通信を開始し得るとき、開始デバイスは、マスタと見なされ、他のデバイスは、スレーブと見なされ得る。いくつかの実施形態では、コントローラエリアネットワークは、単一マスタＣＡＮデバイスを有する。

海中センサ１１の第１のグループおよび海中センサ１５の第２のグループは、第１のＣＡＮバスリピータおよび第２のＣＡＮバスリピータ１０２を介して結合される。第１のＣＡＮバスリピータおよび第２のＣＡＮバスリピータ１０２は、バス間リンク１２を介して結合される。図１の実施形態では、バス間リンク１２は、単一ワイヤを使用する。海中接地は、バス間リンク１２のための基準を提供する。代替として、地表接地が、使用されてもよい。

リピータ１００、１０２は、ＣＡＮバス１０、１４をバス間リンク１２に結合する。リピータは、ＣＡＮバスから受信された一連のバイナリパルスをバス間リンクに伝送し、バス間リンクから受信された一連のバイナリパルスをＣＡＮバスに伝送する。一対のリピータ（バス間リンクのうちの１つの各端部に１つずつ）は、したがって、ＣＡＮバスの２つを結合することができる。リピータはそれぞれ、同一または類似してもよい。

リピータは、情報がバスグループ間でいずれの方向にも通信され得るように、双方向通信を提供する。加えて、一実施形態では、付加的リピータによって結合される、２つを上回るバスグループが存在してもよい。そのようなコントローラエリアネットワークの実施例は、２０１２年７月１７日出願の米国特許出願第１３／５５１，３４６号に説明され、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

バス間リンク１２およびリピータ１００、１０２は、第１および第２のバスグループ内のＣＡＮバスおよびＣＡＮデバイスが、長距離、例えば、数キロメートル分離されることを可能にし得る。リピータは、ＣＡＮバス間に電気的絶縁を提供するために使用されることができる。リピータはまた、ＣＡＮバスと互換性のない電気特性を結合するために使用されることができる。リピータを通して相互接続されるバスグループの使用はまた、より多数のＣＡＮデバイスが、例えば、多数の並列接続されたデバイスによって生じる低インピーダンスを回避することによって、通信することを可能にし得る。

リピータ１００、１０２は、ネットワーク内の通信を遮断し得る、循環トラフィックを中断する。リピータ１００、１０２は、優性信号が最初にローカルＣＡＮバスから受信されたときのみ、優性信号をバス間リンクに伝送する。バス間リンクから最初に受信され、次いで、ローカルＣＡＮバス上に現れる優性信号は、バス間リンクに再伝送されない。

リピータは、関連付けられたＣＡＮバスとバス間リンクとの間でパルス毎にパルスを伝送する。すなわち、各パルスは、パルスを伝送するかどうかを判定するために、後続パルスを分析することなく、受信されると伝送される。

コントローラエリアネットワークは、特定の数のバスグループおよび特定の組み合わせのＣＡＮデバイスとともに、図１に図示されるが、他の実施形態は、異なる数のバスグループおよび異なる組み合わせのＣＡＮデバイスを有してもよい。加えて、簡潔な説明を可能にするために、本開示は、例えば、ＩＳＯ１１８９８規格シリーズに説明されるようなＣＡＮバスプロトコルの専門用語を使用する。説明されるデバイス、方法、および技法はまた、他のプロトコルにも適用可能である。

図２は、図１のコントローラエリアネットワーク内で使用され得る、リピータのブロック図である。リピータ１００は、受信された信号を単一ワイヤリンク１２からＣＡＮバス１０に伝送する。リピータはまた、信号をＣＡＮバス１０から単一ワイヤリンク１２に伝送する。

図２のリピータは、図１を参照して説明されるコントローラエリアネットワークのリピータ１００、１０２のうちの１つとして使用されてもよい。例えば、リピータが、図１のコントローラエリアネットワークの第１のリピータ１００として使用されるとき、ＣＡＮバス１０は、第１のＣＡＮバス１０に対応し、単一ワイヤリンク１２は、バス間リンク１２に対応する。

リピータは、第１のＣＡＮ受信機２１０および第１のＣＡＮ送信機２２０を含む。第１のＣＡＮ受信機２１０および第１のＣＡＮ送信機２２０は、ＣＡＮバス１０に結合される。結合は、結合ネットワーク、例えば、インピーダンス整合のためのレジスタおよびキャパシタのネットワークを介してもよい。第１のＣＡＮ受信機２１０および第１のＣＡＮ送信機２２０は、集積回路、例えば、ＮＸＰ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓからのＴＪＡ１ ０５４Ａによって提供されてもよい。第１のＣＡＮ受信機２１０および第１のＣＡＮ送信機２２０は、閉ループロックを中断するように動作する、第１の論理回路２４０に結合される。

リピータはまた、第２のＣＡＮ受信機２１２および第２のＣＡＮ送信機２２２を含む。第２のＣＡＮ受信機２１２および第２のＣＡＮ送信機２２２は、単一ワイヤリンク１２に結合される。結合は、結合ネットワーク、例えば、インピーダンス整合のためのレジスタおよびキャパシタのネットワークを介してもよい。第２のＣＡＮ受信機２１２および第２のＣＡＮ送信機２２２は、同様に、閉ループロックを中断するように動作する、第２の論理回路２４２に結合される。

閉ループロックを中断するように動作する論理回路は、優性信号がＣＡＮ受信機とＣＡＮ送信機との間のループ内にロックされることなく、信号が、ＣＡＮバス１０と単一ワイヤリンク１２との間で通信されることを可能にする。

図３Ａおよび３Ｂは、図２のリピータ１００のさらなる側面を例証する、ブロック図である。リピータは、図２のリピータと実質的に同一様式で動作する。図３Ａ／Ｂのリピータは、受信された信号を単一ワイヤリンク１２からＣＡＮバス１０におよびＣＡＮバス１０から単一ワイヤリンク１２に伝送する。リピータは、図１を参照して説明されるコントローラエリアネットワークのリピータ１００、１０２のうちの１つとして使用されてもよい。

リピータ１００は、第１のＣＡＮ送受信機３１５を含む。第１のＣＡＮ送受信機３１５は、結合ネットワーク３１２を介して、ＣＡＮバス１０に結合される。結合ネットワーク３１２は、インピーダンス整合のために配列されるレジスタおよびキャパシタのネットワークであってもよい。第１のＣＡＮ送受信機３１５は、ＣＡＮバス１０上のレベルを信号伝達する、第１の受信信号ＲＸ１を供給する。第１のＣＡＮ送受信機３１５は、第１の伝送信号ＴＸ１を受信し、ＣＡＮバス１０上で対応するレベルを駆動する。図示される実施形態では、受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する。

第１のＣＡＮ送受信機３１５は、故障検出および種々の電力状態等の付加的機能を含んでもよい。例えば、ＣＡＮ送受信機は、持続的優性状態を検出し、次いで、ＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにしてもよい。これは、初期化のために、または、例えば、雑音過渡によって生じる誤った状態からの回復のために、有用であり得る。いくつかの実施形態では、持続的優性状態は、リピータの他のブロックによって検出される。

図３Ｂに示されるように、リピータはまた、第２のＣＡＮ送受信機３６５を含む。第２のＣＡＮ送受信機３６５は、結合ネットワーク３６２を介して、単一ワイヤリンク１２に結合される。第２のＣＡＮ送受信機３６５は、単一ワイヤリンク１２上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号ＲＸ２を供給する。第２のＣＡＮ送受信機３６５は、第２の伝送信号ＴＸ２を受信し、単一ワイヤリンク１２上で対応するレベルを駆動する。図示される実施形態では、第２のＣＡＮ送受信機３６５からのＣＡＮ−信号は、単一ワイヤリンク１２に結合され、ＣＡＮ＋信号は、リピータの外側に結合されない。他の信号伝達配列もまた、使用されてもよい。

図２に示されるように、リピータは、ある実施形態では、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ２５０を含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２５０は、例えば、リピータの回路による使用のために、５ボルト供給量（接地基準に対して）を発生させることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２５０は、外側高電圧入力から供給量を発生させる。例えば、絶縁変圧器に起因して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５０の出力接地（ＧＮＤと称される）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５０の入力接地から浮動する。単一ワイヤリンク１２の各端部における２つのリピータのＧＮＤは、海中接地に結合されてもよい。この場合、両リピータは、共通基準点を有するであろうが、システム内の他の信号接地を混乱させないであろう。

第１のＣＡＮ送受信機３１５および第２のＣＡＮ送受信機３６５は、第１の伝送イネーブルモジュール３４０、第１の方向検出モジュール３２０、第２の伝送イネーブルモジュール３９０、および第２の方向検出モジュール３７０を介して、結合される。第１の伝送イネーブルモジュール３４０、第１の方向検出モジュール３２０、第２の伝送イネーブルモジュール３９０、および第２の方向検出モジュール３７０は、ＣＡＮバス１０と単一ワイヤリンク１２との間の閉ループロックを回避するように動作する。

第１の伝送イネーブルモジュール３４０は、一連のインバータ３４１−３４４および第１の伝送イネーブルバッファ３４９を含む。第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、単一ワイヤリンク１２上で伝送されるべき信号を第２の送受信機３６５に供給する、出力信号を有する。第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、第１の方向検出フリップフロップ３２１からの第１の方向検出信号によってイネーブルにされる、トライステートバッファである。第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、第１の伝送イネーブルインバータ３４１と直列に接続される、第２の伝送イネーブルインバータ３４２と直列に接続される、第３の伝送イネーブルインバータ３４３と直列に接続される、第４の伝送イネーブルインバータ３４４から、データ入力を受信する。第１の伝送イネーブルインバータ３４１は、その入力として、第１のＣＡＮ送受信機３１５から第１の受信信号ＲＸ１を受信する。

ディスエーブルにされると、第１の伝送イネーブルバッファ３４９の出力は、第１の送受信機（または、別のレジスタ）内のプルアップによって高に引き上げられ得る。イネーブルにされると、第１の伝送イネーブルバッファ３４９の出力は、第１のＣＡＮ送受信機３１５からの第１の受信信号ＲＸ１に整合する（遅延されるにもかかわらず）。伝送イネーブルインバータによって提供される遅延は、方向検出信号を産生するために被る回路遅延に整合させるために使用される。したがって、伝送イネーブルインバータによって提供される遅延は、異なるデータレートに対して調節される必要はない。遅延は、他のデジタル回路の遅延に整合するように使用されるため、遅延は、実装が困難であり得る、アナログ回路の使用を伴わずに、提供されることができる。

図３Ａの実施形態における第１の方向検出モジュール３２０は、信号が、ＣＡＮバス１０から単一ワイヤリンク１２にまたは単一ワイヤリンク１２からＣＡＮバス１０に伝送されているかどうかを判定する際に使用される、第１の方向検出フリップフロップ３２１を含む。第１の方向検出フリップフロップ３２１は、データ入力として、図３Ｂの第２の伝送イネーブルモジュール３９０によって供給される、第１の伝送信号ＴＸ１を受信する。第１の方向検出フリップフロップ３２１は、クロック入力の立ち上がりエッジによってトリガされるそのデータ入力を第１の方向検出フリップフロップ３２１にラッチする。クロック入力は、第１の方向検出インバータ３２２から供給される、第１のＣＡＮ送受信機３１５からの第１の受信信号ＲＸ１の反転バージョンである。第１の方向検出フリップフロップ３２１は、第１の方向検出信号として、そのデータ出力を第１の伝送イネーブルバッファ３４９に供給する。

第１の方向検出フリップフロップ３２１が高信号を格納するとき、第１の方向検出信号は、高であって、第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、イネーブルにされる。第１の方向検出フリップフロップ３２１が低信号を格納するとき、第１の方向検出信号は、低であって、第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、ディスエーブルにされる。第１の方向検出フリップフロップ３２１は、第１の受信信号ＲＸ１の立ち下がりエッジで第１の伝送信号ＴＸ１の状態を格納するため、第１の受信信号ＲＸＩが下がるとき（劣性から優性遷移）、第１の伝送信号ＴＸ１が高（劣性）であると、第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、イネーブルにされる。逆に言えば、第１の受信信号ＲＸＩが下がるとき（劣性から優性遷移）、第１の伝送信号ＴＸＩが低（優性）であると、第１の伝送イネーブルバッファ３４９は、ディスエーブルにされる。

したがって、第１の方向検出フリップフロップ３２１および関連付けられた回路は、第１の受信信号ＲＸＩ上の劣性／優性遷移が、第１の伝送信号ＴＸＩ上の劣性／優性遷移の前に生じるかどうかを判定する役割を果たす。遷移が、最初に、第１の受信信号ＲＸＩ上で生じると、優性信号がＣＡＮバス１０上で生じたことになる。リピータは、優性信号がＣＡＮバス１０上で生じたときのみ、優性信号を単一ワイヤリンク１２に伝送するため、リピータは、そうでなければ生じ得る閉ループロックを防止する。

第２の伝送イネーブルモジュール３９０（図３Ｂ）は、第１の伝送イネーブルモジュール３４０（図３Ａ）に類似し、第２の方向検出モジュール３７０は、方向検出モジュール３２０に類似する。しかしながら、第２の伝送イネーブルモジュール３９０および第２の方向検出モジュール３７０は、第２のＣＡＮ送受信機３６５に結合される一方、第１の伝送イネーブルモジュール３４０および第１の方向検出モジュール３２０は、第１のＣＡＮ送受信機３１５に結合される。

図４は、ツイストペアを使用する、第１および第２のバスグループ４９２、４９４および通信リンク４１２を含む、コントローラエリアネットワーク４９０の第２の例示的ブロック図である。コントローラエリアネットワーク４９０は、図１のネットワークに類似する。しかしながら、図４のコントローラエリアネットワーク４９０は、バス間リンク４１２のためのツイストペアを使用する。リピータ１００、１０２は、故に、ツイストペアリンクのために適切なドライバおよび受信機を含む。長距離にわたる伝送を可能にするために、ツイストペアリンクに結合されるドライバおよび受信機は、高速ＣＡＮバス回路であってもよい。これらの回路は、低電圧信号伝達を使用する。

図５は、図４のコントローラエリアネットワーク４９０内で使用され得る、リピータ１００のブロック図である。リピータ４００は、図２のリピータ１００に類似する。しかしながら、図５のリピータは、標準的ＣＡＮ受信機５１０および標準的ＣＡＮ送信機５２０を使用し、ＣＡＮバス１０に結合し、高速ＣＡＮ受信機５１２および高速ＣＡＮ送信機５２２を使用し、バス間リンク４１２に結合する。

標準的ＣＡＮ受信機５１０および標準的ＣＡＮ送信機５２０は、ＣＡＮバス１０が、一般に、海中センサと併用される、標準的ＣＡＮバスとなることを可能にする。高速ＣＡＮ受信機５１２および高速ＣＡＮ送信機５２２は、低電圧信号伝達を提供し、バス間リンク４１２が、例えば、長距離にわたって通信することを可能にする。

図６Ａおよび６Ｂは、図５のリピータ４００のさらなる側面を例証する、ブロック図である。リピータは、図３Ａ／Ｂのリピータに類似する。しかしながら、図６Ａ／Ｂのリピータは、標準的ＣＡＮ送受信機６１５を使用し、ＣＡＮバス１０に結合し、高速送受信機６６５を使用し、バス間リンク４１２に結合する。高速送受信機６６５は、例えば、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＳＮ６５ＨＶＤ１０４０であってもよい。

当業者は、本明細書で開示する実施形態に関連して説明した様々な例示的ブロックおよびモジュールは、様々な形式で実装できることを理解するであろう。いくつかのブロックおよびモジュールは、一般に、それらの機能の観点から前述している。そのような機能がどのように実装されるかは、システム全体に課せられる設計制約によって決まる。当業者は、説明した機能を各特定の用途に対して様々な方法で実装できるが、そのような実装判断は、本発明の範囲から逸脱させるものとして解釈されるべきではない。加えて、モジュール、ブロック、またはステップ内の機能のグループ化は、説明し易くするためである。特定の機能またはステップは、本発明から逸脱することなく１つのモジュールまたはブロックから移動できる。

本明細書で開示する実施形態に関連して説明した様々な例示的ブロックおよびモジュールは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラム可能論理回路、離散ゲートもしくはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能を実行するために設計されたそれらの任意の組合せで、またはそれらとともに実装できる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代替では、プロセッサは、任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、コンピューティング装置の組合せとしても、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアとともに１つまたはそれを上回るマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成としても実装できる。

開示する実施形態の前述の説明は、任意の当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な修正が、当業者にとっては容易に明らかであり、本明細書で説明する一般的原理が本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用できる。したがって、本明細書で提示される説明および図が、本発明の現在の好ましい実施形態を表し、したがって、本発明によって広く検討される主題を表すことを理解されたい。本発明の範囲が、当業者に明らかになり得る他の実施形態を完全に包含すること、および本発明の範囲は、その結果、添付の請求項以外のものによって制限されないことをさらに理解されたい。

Claims (29)

1. 単一ワイヤリンクを経由して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス通信を提供し、前記コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの通信範囲を拡張するためのリピータデバイスであって、
   ＣＡＮバスに結合され、前記ＣＡＮバス上のレベルを感知し、前記感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、前記ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、第１のＣＡＮ送受信機と、
   単一ワイヤリンクに結合され、前記単一ワイヤリンク上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、前記単一ワイヤリンク上で対応するレベルを駆動するように構成される、第２のＣＡＮ送受信機と、
   前記第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路と、
   外部高電圧入力から導出される内部低電圧供給量を発生させるように構成される、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、内部接地は、外部接地から浮動する、ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   を備える、デバイス。
2. 前記外部接地は、海洋または地表接地のいずれかである、請求項１に記載のリピータデバイス。
3. 前記単一ワイヤリンクは、前記リピータデバイスと第２のリピータデバイスを相互接続し、前記第２のリピータデバイスは、第２のＣＡＮバスに接続され、両リピータデバイスに対して、前記外部接地は、海洋または地表接地のいずれかであって、前記単一ワイヤリンクは、実質的に、静電容量負荷を排除し、信号伝送範囲を拡張する、不対導体との不平衡線を提供する、請求項１に記載のリピータデバイス。
4. 前記論理回路は、
   信号が、前記ＣＡＮバスから前記単一ワイヤリンクにまたは前記単一ワイヤリンクから前記ＣＡＮバスに伝送されているかどうかを判定するように構成される、方向検出回路と、
   少なくとも部分的に、方向検出回路判定に基づいて、伝送信号を供給するように構成される、伝送対応回路と、
   を備える、請求項１に記載のリピータデバイス。
5. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、前記ＣＡＮバスを経由して通信する、請求項１に記載のリピータデバイス。
6. 受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する、請求項１に記載のリピータデバイス。
7. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、持続的優性状態の検出に応じて、前記ＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする、請求項１に記載のリピータデバイス。
8. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって発生される内部低電圧供給量は、約５ボルトの供給量である、請求項１に記載のリピータデバイス。
9. 伝送線内の単一ワイヤリンクを介して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを結合するためのシステムであって、
   第１のＣＡＮバスに接続された第１のリピータデバイスであって、
   前記第１のＣＡＮバスに結合され、前記第１のＣＡＮバス上のレベルを感知し、前記感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、前記第１のＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、第１のＣＡＮ送受信機と、
   前記単一ワイヤリンクに結合され、信号バス間単一ワイヤリンク上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、前記単一ワイヤリンク上で対応するレベルを駆動するように構成される、第２のＣＡＮ送受信機と、
   前記第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路と、
   外部高電圧入力から導出される内部低電圧供給量を発生させるように構成される、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、内部接地は、外部接地から浮動する、ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   を備える、第１のリピータデバイスと、
   前記単一ワイヤリンクを介して前記第１のリピータデバイスに接続され、第２のＣＡＮバスに接続される、第２のリピータデバイスであって、それによって、前記単一ワイヤリンクを介して接続される前記第１および第２のリピータデバイスは、低い全体的伝送線静電容量を提供する、第２のリピータデバイスと、
   を備える、システム。
10. 前記外部接地は、海洋または地表接地のいずれかであって、前記単一ワイヤリンクは、実質的に、静電容量負荷を排除し、前記第１および第２のＣＡＮバスの信号伝送範囲を拡張する、不対導体との不平衡線を提供する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記論理回路は、
    信号が、前記第１のＣＡＮバスから前記単一ワイヤリンクにまたは前記単一ワイヤリンクから前記第１のＣＡＮバスに伝送されているかどうかを判定するように構成される、方向検出回路と、
    少なくとも部分的に、方向検出回路判定に基づいて、伝送信号を供給するように構成される、伝送対応回路と、
    を備える、請求項９に記載のシステム。
12. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、前記第１のＣＡＮバスを経由して通信する、請求項９に記載のシステム。
13. 受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する、請求項９に記載のシステム。
14. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、持続的優性状態の検出に応じて、前記第１のＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする、請求項９に記載のシステム。
15. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって発生される内部低電圧供給量は、約５ボルトの供給量である、請求項９に記載のシステム。
16. ツイストペアワイヤケーブルを経由して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス通信を提供し、前記コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの通信範囲を拡張するためのリピータデバイスであって、
    ＣＡＮバスに結合され、前記ＣＡＮバス上のレベルを感知し、前記感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、前記ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、標準的ＣＡＮ送受信機と、
    ツイストペアに結合され、前記ツイストペア上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、前記ツイストペア上で対応するレベルを駆動するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機であって、前記ツイストペアを介して、低電圧信号伝達を提供するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機と、
    前記第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路と、
    を備える、リピータデバイス。
17. バス間ツイストペアリンクは、前記第１のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機と第２のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機を相互接続し、前記第２のリピータデバイスは、第２のＣＡＮバスに接続され、前記第１および第２のリピータデバイスの両高速ＣＡＮバス送受信機は、前記バス間ツイストペア上での通信のために、低差動電圧を使用し、実質的に、信号遷移時間を減少し、拡張信号伝送範囲をイネーブルにする、請求項１６に記載のリピータデバイス。
18. 低差動電圧は、２ボルト未満である、請求項１６に記載のリピータデバイス。
19. 前記標準的ＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、前記ＣＡＮバスを経由して通信する、請求項１６に記載のリピータデバイス。
20. 受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、および高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する、請求項１６に記載のリピータデバイス。
21. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、持続的優性状態の検出に応じて、前記第１のＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする、請求項１６に記載のリピータデバイス。
22. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって発生される内部低電圧供給量は、約５ボルトの供給量である、請求項１６に記載のリピータデバイス。
23. 伝送線内のツイストペアワイヤケーブルを介して、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを結合し、前記コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスの通信範囲を拡張するためのシステムであって、
    第１のリピータデバイスであって、
    ＣＡＮバスに結合され、前記ＣＡＮバス上のレベルを感知し、前記感知されたレベルを示す第１の受信信号を供給するように構成され、第１の伝送信号を受信し、前記ＣＡＮバス上で対応するレベルを駆動するように構成される、標準的ＣＡＮ送受信機と、
    バス間ツイストペアに結合され、前記バス間ツイストペア上のレベルを信号伝達する、第２の受信信号を供給するように構成され、第２の伝送信号を受信し、前記バス間ツイストペア上で対応するレベルを駆動するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機であって、前記バス間ツイストペアを介して、低差動電圧信号伝達を提供するように構成される、高速ＣＡＮ送受信機と、
    前記第１および第２のＣＡＮ送受信機に結合され、第１および第２のＣＡＮ送受信機間の閉ロックループを中断するように構成される、論理回路と、
    を備える、第１のリピータデバイスと、
    前記バス間ツイストペアを介して、前記第１のリピータデバイスに接続され、第２のＣＡＮバスに接続される、第２のリピータデバイスであって、それによって、低差動電圧を使用して、前記バス間ツイストペアを介して接続される前記第１および第２のリピータデバイスは、より高速の信号遷移を提供する、第２のリピータデバイスと、
    を備える、システム。
24. 前記バス間ツイストペアリンクは、前記第１のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機と第２のリピータデバイスの高速ＣＡＮ送受信機を相互接続し、前記第２のリピータデバイスは、第２のＣＡＮバスに接続され、前記第１および第２のリピータデバイスの両高速ＣＡＮバス送受信機は、前記バス間ツイストペア上での通信のために、低差動電圧を使用し、実質的に、信号遷移時間を減少し、拡張信号伝送範囲をイネーブルにする、請求項２３に記載のシステム。
25. 低差動電圧は、２ボルト未満である、請求項２３に記載のシステム。
26. 前記標準的ＣＡＮ送受信機は、約８ボルトの差動電圧および約５０Ｈｚのデータレートを使用して、前記ＣＡＮバスを経由して通信する、請求項２３に記載のシステム。
27. 受信および伝送信号に関して、低レベルは、論理０または優性レベルに対応し、高レベルは、論理１または劣性レベルに対応する、請求項２３に記載のシステム。
28. 前記第１のＣＡＮ送受信機は、持続的優性状態の検出に応じて、前記第１のＣＡＮバスの駆動をディスエーブルにする、請求項２３に記載のシステム。
29. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって発生される内部低電圧供給量は、約５ボルトの供給量である、請求項２３に記載のシステム。

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