JP2017011613A - ケーブル装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】差動信号で送受信を行う既存の通信構成を変更することなく、高速通信を実現することができる軽くて小型のケーブル装置、及び、該ケーブル装置を備える通信システムを提供する。
【解決手段】ケーブル装置２では、通信装置３から信号変換器７に差動信号が入力される。信号変換器７は、入力された差動信号を、固定電位を基準とした単一信号に変換し、変換した単一信号を同軸ケーブル６に出力する。単一信号は同軸ケーブル６によって伝送される。信号変換器７は、更に、同軸ケーブル６から出力された単一信号を差動信号に変換し、変換した差動信号を通信装置３に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号が伝送されるケーブル装置、及び、該ケーブル装置を備える通信システムに関する。

車両には、複数の通信装置、例えば、電子機器を制御する複数の電子制御装置(Electronic Control Unit; ECU)が互いに通信する通信システム（例えば、特許文献１参照）が搭載されている。特許文献１に記載の通信システムでは、複数の通信装置は、撚り合わされた２本の導線を有するツイストペアケーブルによって相互に接続されている。

複数の通信装置夫々は、２本の導線間に所定電圧、例えば１Ｖ以上の電圧、又は、所定電圧未満の電圧を印加することによって、ツイストペアケーブルを介して差動信号を送信する。複数の通信装置夫々は、２本の導線間の電圧を検出することによって、ツイストペアケーブルを介して差動信号を受信する。

特開２０１５−９０９９７号公報

特許文献１に記載されているような従来の通信システムの中には、容量が大きいデータ、例えば、カメラによって撮像された映像に係るデータが複数の通信装置間で送受信される通信システムがある。この通信システムでは、ビットレートが高い差動信号を用いた高速通信が行われる。

高速通信が行われた場合、差動信号の１ビットの期間が短いため、外乱ノイズによって生じる信号波形の歪によってデータが誤って検出される確率が高く、データの検出に与える外乱ノイズの影響が大きい。このため、外乱ノイズによって生じる信号波形の歪みを防止する必要がある。この歪みを防止するため、高速通信では、２本の導線が導体によって覆われたシールド付のツイストペアケーブルが用いられている。

シールド付のツイストペアケーブルでは、導体によって、２本の導線が外部の電磁波から遮蔽されているので、外乱ノイズによって差動信号の波形が歪むことはない。
しかしながら、シールド付のツイストペアケーブルには、２本の導線が導体によって覆われているため、重くて大型であるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、差動信号で送受信を行う既存の通信構成を変更することなく、高速通信を実現することができる軽くて小型のケーブル装置、及び、該ケーブル装置を備える通信システムを提供することにある。

本発明に係るケーブル装置は、同軸ケーブルによって信号が伝送される車両用のケーブル装置において、差動信号が入力され、入力された該差動信号を、固定電位を基準とした単一信号に変換し、変換した単一信号を前記同軸ケーブルに出力する第１変換部と、該同軸ケーブルから出力された前記単一信号を差動信号に変換する第２変換部とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、外部から入力された差動信号を、固定電位を基準とした単一信号に変換し、変換した単一信号を同軸ケーブルに出力する。これにより、単一信号が同軸ケーブルによって伝送される。同軸ケーブルから出力された単一信号を差動信号に変換する。

従って、装置を介して差動信号の入出力が行われるため、差動信号の送受信を行う既存の通信構成を変更する必要はない。また、同軸ケーブルは、通常、内部導体が外部導体によって覆われており、単一信号は内部導体に出力される。内部導体は、外部導体によって外部の電磁波から遮蔽されているので、単一信号に外乱ノイズが重畳されない。このため、単一信号が同軸ケーブルを伝送している間に、外乱ノイズによって信号波形が歪むことはなく、ビットレートが高い高速通信が実現される。更に、同軸ケーブルでは、ツイストペアケーブルのように、信号の伝送に２本の導線が用いられていないため、装置は軽くて小型である。

本発明に係るケーブル装置は、前記第１変換部又は第２変換部が収容される筐体を有し、前記同軸ケーブルに接続されるコネクタを更に備えることを特徴とする。

本発明にあっては、同軸ケーブルに接続されるコネクタの筐体内に、差動信号を単一信号に変換し、変換した単一信号を同軸ケーブルに出力する第１変換部、又は、単一信号を差動信号に変換する第２変換部が収容されている。このため、第１変換部から同軸ケーブルまでの単一信号の伝送距離、又は、同軸ケーブルから第２変換部までの単一信号の伝送距離が短い。単一信号については、差動信号と比較して、外乱ノイズの重畳によって波形が大きく歪む。第１変換部から同軸ケーブルまで伝送距離が短い場合、第１変換部及び同軸ケーブルの間で単一信号に外乱ノイズが重畳する確率は低い。同軸ケーブルから第２変換部までの伝送距離が短い場合、同軸ケーブル及び第２変換部の間で単一信号に外乱ノイズが重畳する確率は低い。

本発明に係るケーブル装置は、前記筐体は導体によって構成されており、前記同軸ケーブルは、前記第１変換部によって前記単一信号が出力される内部導体と、該内部導体を覆う外部導体とを有し、前記筐体は前記外部導体に接触していることを特徴とする。

本発明にあっては、同軸ケーブルでは、内部導体は外部導体によって覆われており、内部導体には単一信号が出力される。筐体は、導体によって構成されており、外部導体に接触している。このため、固定電位として、筐体の電位を用いることが可能である。また、導体によって構成された筐体内に第１変換部又は第２変換部が収容されているため、第１変換部及び同軸ケーブル間、又は、同軸ケーブル及び第２変換部間で単一信号に外乱ノイズが重畳する確率は更に低い。

本発明に係る通信システムは、前述したケーブル装置と、該ケーブル装置を介して差動信号を相互に送受信する複数の通信装置とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、複数の通信装置は、ケーブル装置を介して差動信号を相互に送受信する。

本発明によれば、差動信号で送受信を行う既存の通信構成を変更することなく、高速通信を実現することができる軽くて小型のケーブル装置と、該ケーブル装置を備える通信システムとを実現することができる。

本実施の形態における通信システムのブロック図である。 コネクタの外観図である。 同軸ケーブルの外観図である。 信号変換器の回路図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本実施の形態における通信システム１のブロック図である。通信システム１は、車両に好適に搭載され、ケーブル装置２及び２つの通信装置３，３を備える。通信装置３，３夫々は、２本の導線４０，４１によってケーブル装置２に接続されている。

通信装置３は、２本の導線４０，４１間に所定電圧、例えば１Ｖ以上の電圧を印加することによって、例えばデジタルデータの「０」に対応する差動信号を送信する。通信装置３は、２本の導線４０，４１間に所定電圧未満の電圧を印加することによって、例えばデジタルデータの「１」に対応する差動信号を送信する。

通信装置３は、２本の導線４０，４１間の電圧を検出することによって差動信号を受信する。通信装置３は、２本の導線４０，４１間の電圧が所定電圧以上である場合、例えばデジタルデータの「０」に対応する差動信号を受信する。通信装置３は、２本の導線４０，４１間の電圧が所定電圧未満である場合、例えばデジタルデータの「１」に対応する差動信号を受信する。
２つの通信装置３，３は、同様に構成されており、イーサネット（登録商標）又はＣＡＮ(Controller Area Network)等のプロトコルに従って、ケーブル装置２を介して相互に差動信号を送受信する。

ケーブル装置２は２つのコネクタ５，５及び同軸ケーブル６を有する。２つのコネクタ５，５は同様に構成され、図１には、コネクタ５，５及び同軸ケーブル６の断面が示されている。コネクタ５は、通信装置３と同軸ケーブル６の一端部とに接続される。同軸ケーブル６は２つのコネクタ５，５間を接続している。

図２はコネクタ５の外観図である。コネクタ５は直方体の外形形状を有する中空の筐体５０を有する。筐体５０は、銅又はアルミニウム等の導体によって構成されている。筐体５０の一面から、該一面に略垂直な方向に筒状の接続部５０ａが突出している。接続部５０ａの孔は、図１に示すように、前述した筐体５０の一面に略垂直な方向に貫通し、筐体５０内に連通している。

図３は同軸ケーブル６の外観図である。同軸ケーブル６では、棒状の内部導体６０は、絶縁体６１（図１参照）によって密着状態で囲繞されている。絶縁体６１の外側は、円筒状の外部導体６２によって密着状態で囲繞されている。同軸ケーブル６の両端部では、内部導体６０は絶縁体６１から突出している。外部導体６２は、同軸ケーブル６の両端部において、外側に広がっており、内部導体６０の突出部分を、間隔をあけて覆っている。

同軸ケーブル６の両端部夫々は、外部導体６２が筐体５０の接続部５０ａの外周面を密着状態で覆うように、コネクタ５に接続される。このとき、外部導体６２は接続部５０ａに接触しているため、筐体５０及び外部導体６２の電位は一致しているか又は略一致している。
なお、同軸ケーブル６は柔軟性及び耐屈曲性を有する極細同軸ケーブルであることが好ましい。

ケーブル装置２は、２つのコネクタ５，５夫々の筐体５０内に信号変換器７を更に有する。信号変換器７は、２本の導線４０，４１によって通信装置３に接続され、導線４２によって筐体５０に接続され、導線４３によって同軸ケーブル６の内部導体６０に接続されている。

図４は信号変換器７の回路図である。信号変換器７は、所謂バランであり、チップ状をなす。信号変換器７はトランス７０を有する。トランス７０の一方のコイルについて、一端は導線４０によって通信装置３に接続され、他端は導線４３によって同軸ケーブル６の内部導体６０に接続されている。トランス７０の他方のコイルについて、一端は導線４１によって通信装置３に接続され、他端は導線４２によって筐体５０に接続されている。

トランス７０は受動素子である。トランス７０には、差動信号が、２本の導線４０，４１を介して通信装置３から入力される。トランス７０は、差動信号が入力された場合、入力された差動信号を、筐体５０の電位（固定電位）を基準とした単一信号に変換し、変換した単一信号を同軸ケーブル６の内部導体６０に出力する。

前述したように、２つのコネクタ夫々が有する筐体５０と、同軸ケーブル６の外部導体６２とが接触しているため、筐体５０及び外部導体６２の電位が同じ又は略同じである。従って、筐体５０の電位が、単一信号の変換において基準となる固定電位として用いられている。

また、単一信号が、同軸ケーブル６の内部導体６０から導線４３を介してトランス７０へ出力される。トランス７０は、内部導体６０から単一信号が入力された場合、単一信号を差動信号に変換し、変換した差動信号を２本の導線４０，４１を介して通信装置３に出力する。
信号変換器７は第１変換部及び第２変換部として機能する。

以上のように構成された通信システム１では、２つの通信装置３，３間で双方向の通信が行われる。一方の通信装置３は、差動信号を一方の信号変換器７に出力することによって、差動信号を他方の通信装置３に送信する。一方の信号変換器７のトランス７０は、一方の通信装置３から入力された差動信号を単一信号に変換し、変換した単一信号を同軸ケーブル６の内部導体６０に出力する。内部導体６０に出力された単一信号は同軸ケーブル６によって伝送される。伝送された単一信号は、他方の信号変換器７のトランス７０に出力される。このトランス７０は、入力された単一信号を差動信号に変換し、変換した差動信号を２本の導線４０，４１を介して他方の通信装置３に出力する。他方の通信装置３は、２本の導線４０，４１間の電圧を検出することによって差動信号を受信する。

通信システム１では、ケーブル装置２を介して差動信号の入出力が行われるため、差動信号の送受信を行う既存の通信構成を変更する必要はない。具体的には、通信装置３として、ツイストペアケーブルを介して差動信号の送受信を行う既存の通信装置を用いることができる。

また、同軸ケーブル６では、内部導体６０が外部導体６２によって覆われ、外部の電磁波から遮蔽されている。このため、同軸ケーブル６を伝送する単一信号に外乱ノイズが重畳されず、単一信号が同軸ケーブル６を伝送している間に外乱ノイズによって単一信号の波形が歪むことはない。従って、ビットレートが高い高速通信を実現することができる。
更に、同軸ケーブル６では、ツイストペアケーブルのように、信号の伝送に２本の導線が用いられていないため、ケーブル装置２は軽くて小型である。

単一信号については、差動信号と比較して、外乱ノイズの重畳によって波形が大きく歪む。しかしながら、通信システム１では、コネクタ５の筐体５０内に信号変換器７が収容されているため、信号変換器７が通信装置３に搭載されている場合の通信システムと比較して、信号変換器７及び同軸ケーブル６までの単一信号の伝播距離は短い。従って、信号変換器７及び同軸ケーブル６の間で、単一信号に外乱ノイズが重畳する確率は低い。

更に、信号変換器７が収容されている筐体５０は導体によって構成されているため、信号変換器７と同軸ケーブル６の内部導体６０とを接続する導線４３は外部の電磁波から遮蔽されている。従って、信号変換器７及び同軸ケーブル６の間で、単一信号に外乱ノイズが重畳する確率は更に低い。

なお、トランス７０が差動信号を単一信号に変換する場合に基準となる固定電位が同軸ケーブル６の外部導体６２の電位と同じ又は略同じであれば、コネクタ５の筐体５０は、同軸ケーブル６の外部導体６２に導通していなくてもよく、更に、筐体５０は導体で構成されていなくてもよい。また、信号変換器７は、コネクタ５の筐体５０内に収容されず、筐体５０の外側に配置されていてもよい。

以上のように構成された場合であっても、ケーブル装置２では、差動信号の送受信を行う既存の通信構成を変更する必要はなく、高速通信を実現することができ、ケーブル装置２は軽くて小型である。

信号変換器７は、差動信号及び単一信号間の変換を行うことが可能に構成されていればよい。このため、差動信号及び単一信号間の変換を行うことが可能であれば、信号変換器７が有するトランス７０の接続は前述した接続に限定されず、更に、信号変換器７の構成はトランス７０を用いた構成に限定されない。

また、通信システム１が有する通信装置３の数は２に限定されず、３以上であってもよい。この場合、例えば、ケーブル装置２は、内部導体６０が分岐され、３以上の端部を有する同軸ケーブル６と３以上のコネクタ５，５，・・・とを用いて構成され、３以上の通信装置がこのケーブル装置２によって相互に接続される。

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 通信システム
２ ケーブル装置
３ 通信装置
５ コネクタ
５０ 筐体
６ 同軸ケーブル
６０ 内部導体
６２ 外部導体
７ 信号変換器（第１変換部、第２変換部）

Claims (4)

1. 同軸ケーブルによって信号が伝送される車両用のケーブル装置において、
   差動信号が入力され、入力された該差動信号を、固定電位を基準とした単一信号に変換し、変換した単一信号を前記同軸ケーブルに出力する第１変換部と、
   該同軸ケーブルから出力された前記単一信号を差動信号に変換する第２変換部と
   を備えることを特徴とするケーブル装置。
2. 前記第１変換部又は第２変換部が収容される筐体を有し、前記同軸ケーブルに接続されるコネクタを更に備えること
   を特徴とする請求項１に記載のケーブル装置。
3. 前記筐体は導体によって構成されており、
   前記同軸ケーブルは、
   前記第１変換部によって前記単一信号が出力される内部導体と、
   該内部導体を覆う外部導体と
   を有し、
   前記筐体は前記外部導体に接触していること
   を特徴とする請求項２に記載のケーブル装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のケーブル装置と、
   該ケーブル装置を介して差動信号を相互に送受信する複数の通信装置と
   を備えることを特徴とする通信システム。

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