JP4265432B2 - Data transmission device - Google Patents
Data transmission device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4265432B2 JP4265432B2 JP2004032992A JP2004032992A JP4265432B2 JP 4265432 B2 JP4265432 B2 JP 4265432B2 JP 2004032992 A JP2004032992 A JP 2004032992A JP 2004032992 A JP2004032992 A JP 2004032992A JP 4265432 B2 JP4265432 B2 JP 4265432B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- digital signal
- data
- sensor
- transmission
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、データ伝送装置に関するものである。 The present invention relates to a data transmission apparatus.
一般に、マイクロコンピュータ(以下「マイコン」という。)は、ディジタル値を取り扱うため、例えば、センサ等から出力されたアナログ信号はA/D変換器を用いてディジタル信号に変換してから処理している。具体的には、車両に搭載された車両制御用のマイコンを例に挙げると、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローセンサやラジエータの水温を検出する水温センサからはアナログ信号が出力されているため、それをディジタル信号に変換してからECU(Electronic Control Uint )のマイコンに入力している(下記、非特許文献1を参照)。
ところで、このようなマイコンを搭載した車両制御用のECUの多くはA/D変換器を備え、また一般にセンサはセンサ信号としてアナログ信号を出力する。その一方で、車両等の制御システムの場合、センサとその出力を信号処理するECUとは物理的に離れていることが多い。そのため、センサと車両制御用のECUとは、ある程度の長さのワイヤハーネスを介して電気的に接続されている構成を採るのが一般的である。このため、このようなワイヤハーネス等の、センサとECUのA/D変換器との間において、外来ノイズが混入することが原因でセンサ信号が化けたり劣化するという問題がある。特に、車両制御システムの場合、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズ等々の、外来ノイズの発生原因が比較的多く存在することから、このような環境下では、センサからECUへの誤りのないセンサ信号の伝送が一層困難になっているという問題がある。 Incidentally, many vehicle control ECUs equipped with such a microcomputer include an A / D converter, and in general, a sensor outputs an analog signal as a sensor signal. On the other hand, in the case of a control system such as a vehicle, the sensor and the ECU that performs signal processing on the output are often physically separated. Therefore, the sensor and the ECU for controlling the vehicle are generally configured to be electrically connected via a wire harness having a certain length. For this reason, there is a problem that the sensor signal is garbled or deteriorated due to external noise mixed between the sensor and the A / D converter of the ECU such as the wire harness. In particular, in the case of a vehicle control system, there are relatively many causes of external noise such as noise caused by spark plugs and other control microcomputers. There is a problem that transmission of sensor signals that are not present becomes more difficult.
また、センサの検出分解能が高くなるに従ってそのセンサ信号も高精度なものとなる。ところが、センサ信号によるデータの最小分解能レベルよりも外来ノイズによるノイズレベルの方が高いことから、折角、高精度なA/D変換器を用いても高精度なデータをECUが受け取ることが難しいという問題もある。例えば、DC5Vをフルスケールとするセンサ信号から0.1mV程度の分解能のデータ信号を取り出そうとすると、原理的には16ビット程度のA/D変換器を用いることで検出可能となるが、外来ノイズのノイズレベルが数mV程度に達すると、このノイズの中にデータ信号が埋もれてしまう。そのため、センサの検出精度を高めることが、センサからECUへのセンサ信号の伝送をより一層困難にするという問題を招く。 Further, as the detection resolution of the sensor increases, the sensor signal also becomes highly accurate. However, since the noise level due to external noise is higher than the minimum resolution level of the data based on the sensor signal, it is difficult for the ECU to receive high-precision data even if a high-precision A / D converter is used. There is also a problem. For example, if a data signal having a resolution of about 0.1 mV is taken out from a sensor signal having a full scale of DC5V, it can be detected by using an A / D converter of about 16 bits in principle. When the noise level reaches about several mV, the data signal is buried in the noise. Therefore, increasing the detection accuracy of the sensor causes a problem that it becomes more difficult to transmit the sensor signal from the sensor to the ECU.
さらに、センサを駆動する電源とセンサ信号を処理するECUの電源とが異なったものであると、どちらか一方の電源電圧の変動によってセンサ信号のレベルも相対的に変動する。その一方でセンサ信号の精度が高くなるに従ってこのようなセンサ信号のレベル変動は、センサ信号の誤りを招き易い。したがって、かかる電源電圧の変動は、高精度なセンサ信号の伝送をさらに困難にしているという問題がある。 Further, if the power source for driving the sensor is different from the power source for the ECU that processes the sensor signal, the level of the sensor signal also changes relatively due to a change in one of the power supply voltages. On the other hand, as the accuracy of the sensor signal becomes higher, such a level fluctuation of the sensor signal tends to cause an error of the sensor signal. Therefore, there is a problem that such fluctuations in the power supply voltage make it difficult to transmit a highly accurate sensor signal.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度なデータ伝送を可能にするデータ伝送装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a data transmission apparatus that enables highly accurate data transmission.
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1記載の手段を採用する。この手段によると、送信装置として、A/D変換手段、送信データ記憶手段および送信手段を有し、受信装置として、受信手段、受信データ記憶手段およびデルタシグマ変換手段を有する。送信装置では、アナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換し送信データ記憶手段に記憶する。そして、この記憶されたディジタル信号を送信データ記憶手段から取り出して伝送媒体に送出する。一方、受信装置では、送信手段から送出されたディジタル信号を伝送媒体を介して受信し受信データ記憶手段に記憶する。そして、受信データ記憶手段から取り出したディジタル信号を送信装置のA/D変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換する。なお、「オーバーサンプリング」とは、A/D変換においてナイキスト周波数を超える周波数(オーバーサンプリング周波数のこと)でサンプリングすることをいい、また「オーバーサンプリング比」とは、ナイキスト周波数に対するオーバーサンプリング周波数の比をいう。 In order to achieve the above object, the means described in claim 1 described in claims is adopted. According to this means, the transmission apparatus has A / D conversion means, transmission data storage means and transmission means, and the reception apparatus has reception means, reception data storage means and delta-sigma conversion means. In the transmission apparatus, the analog signal is oversampled, converted into a digital signal, and stored in the transmission data storage means. Then, the stored digital signal is taken out from the transmission data storage means and sent to the transmission medium. On the other hand, the receiving apparatus receives the digital signal sent from the transmitting means via the transmission medium and stores it in the received data storage means. Then, the digital signal taken out from the received data storage means is delta-sigma-converted with the oversampling ratio of the A / D conversion means of the transmission apparatus. “Oversampling” means sampling at a frequency exceeding the Nyquist frequency (oversampling frequency) in A / D conversion, and “oversampling ratio” means the ratio of the oversampling frequency to the Nyquist frequency. Say.
特許請求の範囲に記載の請求項2記載の手段を採用することによって、送信データ記憶手段から取り出されるディジタル信号は、1サンプル前のディジタル信号との差分であることから、送信データ記憶手段に記憶されたディジタル信号をすべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。 By adopting the means according to claim 2, the digital signal taken out from the transmission data storage means is a difference from the digital signal one sample before, and is stored in the transmission data storage means. The amount of data can be reduced as compared with the case where all the digital signals are transmitted.
特許請求の範囲に記載の請求項3記載の手段を採用することによって、アナログ信号は、センサから出力されるセンサ信号であることから、センサ信号は、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号として送出されるので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換、つまり高精度なセンサ信号を得ることができる。 By adopting the means according to claim 3, the analog signal is a sensor signal output from the sensor. Therefore, the sensor signal is a low-precision digital signal due to oversampling of the transmitter. Therefore, even if external noise is mixed on the transmission medium, it is not easily affected, and a low-precision digital signal is converted into a high-precision digital signal by the delta-sigma conversion of the receiving device, that is, a high-precision digital signal is obtained. A sensor signal can be obtained.
特許請求の範囲に記載の請求項4記載の手段を採用することによって、センサは、送信装置を駆動する直流電源により駆動されていることから、当該直流電源の電圧が変動しても、送信装置を構成するA/D変換手段、送信データ記憶手段および送信手段の直流電源の電圧も同様に変動する。これにより、センサの電源電圧が変動しても、アナログ信号であるセンサ信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段の電源電圧も同様に変動するので、このような直流電源の電圧変動は、A/D変換手段のオーバーサンプリングに影響を与えることはない。また、送信装置と受信装置とは伝送媒体を介してディジタル信号の授受をしているにすぎないので、送信装置の電源電圧が変動しても、受信装置のデルタシグマ変換には何ら影響を与えることはない。したがって、センサまたは送信装置の直流電源の電圧が変動しても、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。
ところで、請求項1〜4に記載の伝送媒体として、特許請求の範囲に記載の請求項5記載のようにLANを採用してもよい。
By adopting the means according to claim 4, the sensor is driven by a DC power source that drives the transmission device, so that even if the voltage of the DC power source fluctuates, the transmission device Similarly, the voltage of the DC power supply of the A / D conversion means, transmission data storage means and transmission means that constitutes fluctuates. Thereby, even if the power supply voltage of the sensor fluctuates , the power supply voltage of the A / D conversion means for converting the sensor signal that is an analog signal into a digital signal also fluctuates in the same way. It does not affect the oversampling of the A / D conversion means. In addition, since the transmission device and the reception device only exchange digital signals via the transmission medium, even if the power supply voltage of the transmission device fluctuates, it has no effect on the delta-sigma conversion of the reception device. There is nothing. Therefore, even if the voltage of the DC power supply of the sensor or the transmission device fluctuates, highly accurate data transmission can be achieved.
By the way, as a transmission medium according to claims 1 to 4, a LAN may be adopted as in claim 5 according to claims.
請求項1の発明では、送信装置はアナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換しているので、変換精度が高いA/D変換手段を用いて高精度なディジタル信号を送出した場合に比べ、オーバーサンプリングした分、A/D変換手段自体の変換精度を下げることができる。そのため、低精度なディジタル信号を伝送媒体に大量に送出することで、変換精度が高いA/D変換手段を用いた場合と同等の情報量を受信装置に送ることが可能となる。また、A/D変換手段の変換精度を低くすることができるため、外来ノイズに対する耐力を向上することができる。一方、受信装置では、このようなオーバーサンプリングされたディジタル信号を受信して送信装置のA/D変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換するので、伝送媒体では精度の低いディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換することができる。つまり、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号を送出するので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換する。したがって、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。 In the first aspect of the invention, the transmitting device oversamples the analog signal and converts it into a digital signal. Therefore, as compared with the case where a high-precision digital signal is transmitted using an A / D conversion means having a high conversion accuracy, The conversion accuracy of the A / D conversion means itself can be lowered by the amount of oversampling. Therefore, by sending a large amount of low-accuracy digital signals to the transmission medium, it becomes possible to send the same amount of information to the receiving device as when using the A / D conversion means with high conversion accuracy. In addition, since the conversion accuracy of the A / D conversion means can be lowered, the immunity against external noise can be improved. On the other hand, the receiving apparatus receives such an oversampled digital signal and performs delta-sigma conversion at the oversampling ratio of the A / D conversion means of the transmitting apparatus. It can be converted into a digital signal. In other words, since a low-accuracy digital signal is transmitted by oversampling of the transmission device, even if external noise or the like is mixed on the transmission medium, it is not easily affected. Convert to a highly accurate digital signal. Therefore, highly accurate data transmission can be achieved.
請求項2の発明では、送信データ記憶手段から取り出されるディジタル信号は、1サンプル前のディジタル信号との差分であることから、送信データ記憶手段に記憶されたディジタル信号をすべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。これにより、オーバーサンプリングにより増大した低精度なディジタル信号のデータ量を削減することができる。したがって、少量のデータ量で、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the digital signal taken out from the transmission data storage means is a difference from the digital signal one sample before, compared with the case where all the digital signals stored in the transmission data storage means are transmitted. The amount of data can be reduced. Thereby, the data amount of the low-accuracy digital signal increased by oversampling can be reduced. Therefore, highly accurate data transmission can be achieved with a small amount of data.
請求項3の発明では、センサ信号は、送信装置のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号として送出されるので、伝送媒体上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、受信装置のデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換、つまり高精度なセンサ信号を得ることができる。これにより、例えば、当該センサに送信装置を持たせることで、センサ信号は高精度なセンサ信号として受信装置に伝送することができる。したがって、センサ信号においても高精度なデータ伝送を可能にすることができる。 In the invention of claim 3, since the sensor signal is transmitted as a low-precision digital signal by oversampling of the transmission device, even if external noise or the like is mixed on the transmission medium, the sensor signal is hardly affected. A low-precision digital signal can be converted into a high-precision digital signal by delta-sigma conversion, that is, a high-precision sensor signal can be obtained. Thus, for example, by providing the sensor with a transmission device, the sensor signal can be transmitted to the reception device as a highly accurate sensor signal. Therefore, highly accurate data transmission can be performed even in the sensor signal.
請求項4の発明では、センサの直流電源の電圧が変動しても、アナログ信号であるセンサ信号をディジタル信号に変換するA/D変換手段の電源電圧も同様に変動するので、このような直流電源の電圧変動は、A/D変換手段のオーバーサンプリングに影響を与えることはない。また、送信装置と受信装置とは伝送媒体を介してディジタル信号の授受をしているにすぎないので、送信装置の電源電圧が変動しても、受信装置のデルタシグマ変換には何ら影響を与えることはない。したがって、センサまたは送信装置の直流電源の電圧が変動しても、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。
請求項5の発明では、請求項1〜4に記載の伝送媒体としてLANに適用している。
そのため、例えば、請求項5の発明を、車両等の制御システムに利用した場合、アナログ信号としてセンサ信号を出力するセンサと、そのセンサ信号を信号処理する受信装置としてのECUとは物理的に離れていることが多いため、ある程度の長さのワイヤハーネスを使用する車載LANを伝送媒体として用いるのが一般的である。車両等の制御システムでは、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズが、車載LANのワイヤハーネスを構成するケーブルやコネクタに混入する可能性が高く、混入したノイズはいわゆる外来ノイズとして車載LANによるデータ通信の妨げとなる。しかし、請求項5の発明によれば、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズが車載LANのケーブルやコネクタに混入したとしても、その影響を受けることなく高精度なデータ伝送が可能である。
なお、請求項5の発明では、送信装置と受信装置をピアツーピア(1対1)の形態で接続してもよく、複数の送信装置と複数の受信装置をバス状またはスター状に接続するネットワーク形態を採ってもよい。ちなみに、ネットワーク形態を採る場合には、LANを介して送られてくるディジタル信号のヘッダ情報に、送信装置ごとに割り振られた識別コードやMACアドレス等を付加することにより、受信装置は複数の送信装置を識別することができる。
また、LANには、有線LAN(例えば、CAN(Controller Area Network )と称される車両制御用の有線LAN等)または無線LAN(例えば、IEEE802.11シリーズやブルートゥース(Bluetooth )等)のいずれを用いてもよい。
In the invention of claim 4, even if the voltage of the DC power supply of the sensor fluctuates, the power supply voltage of the A / D conversion means for converting the sensor signal that is an analog signal into a digital signal also fluctuates in the same way. The power supply voltage fluctuation does not affect the oversampling of the A / D conversion means. In addition, since the transmission device and the reception device only exchange digital signals via the transmission medium, even if the power supply voltage of the transmission device fluctuates, it has no effect on the delta-sigma conversion of the reception device. There is nothing. Therefore, even if the voltage of the DC power supply of the sensor or the transmission device fluctuates, highly accurate data transmission can be achieved.
In the invention of claim 5, the transmission medium according to claims 1 to 4 is applied to a LAN.
Therefore, for example, when the invention of claim 5 is used in a control system for a vehicle or the like, a sensor that outputs a sensor signal as an analog signal and an ECU as a receiving device that processes the sensor signal are physically separated. In many cases, an in-vehicle LAN using a wire harness having a certain length is generally used as a transmission medium. In a control system for a vehicle or the like, there is a high possibility that noise caused by a spark plug or other control microcomputer or the like is mixed into a cable or a connector constituting a wire harness of the in-vehicle LAN. This hinders data communication. However, according to the invention of claim 5, even if noise from a spark plug or other control microcomputer is mixed in the cable or connector of the in-vehicle LAN, high-accuracy data transmission is possible without being influenced by the noise. .
In the invention of claim 5, the transmission apparatus and the reception apparatus may be connected in a peer-to-peer (one-to-one) form, and a network form in which a plurality of transmission apparatuses and a plurality of reception apparatuses are connected in a bus shape or a star shape. May be taken. Incidentally, in the case of adopting a network form, the receiving apparatus adds a plurality of transmission codes by adding an identification code, a MAC address, etc. assigned to each transmitting apparatus to the header information of the digital signal transmitted via the LAN. The device can be identified.
The LAN is either a wired LAN (for example, a wired LAN for vehicle control called CAN (Controller Area Network)) or a wireless LAN (for example, IEEE802.11 series or Bluetooth). May be.
以下、本発明のデータ伝送装置の実施形態について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明のデータ伝送装置の送信装置をセンサユニット20(20A、20B、20C)に、また本発明のデータ伝送装置の受信装置をECU30にそれぞれ適用している。そのため、センサユニット20(送信装置)とECU30(受信装置)との組合せたものが、本実施形態に係るデータ伝送装置(以下「本データ伝送装置」という。)に相当する。まず図1を参照してセンサユニット20とECU30とにより構成される本データ伝送装置の概要を説明する。
Embodiments of a data transmission apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the transmission device of the data transmission device of the present invention is applied to the sensor unit 20 (20A, 20B, 20C), and the reception device of the data transmission device of the present invention is applied to the
図1に示すように、本データ伝送装置のセンサユニット20は、主に、センサ素子21、センシング回路22、高速ADC25、データバッファ26、通信ドライバ/レシーバ29等により構成されている。このセンサユニット20は、センサとして構成されるセンサ素子21およびセンシング回路22から出力されるセンサ信号(アナログ信号)を変換精度の低い高速ADC25によりオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換する機能、この変換されたディジタル信号をデータバッファ26に記憶する機能、データバッファ26に記憶されたディジタル信号を通信ドライバ/レシーバ29により車載LAN(Local Area Network)50に送出する機能、等を備えている。
As shown in FIG. 1, the
一方、本データ伝送装置のECU30は、主に、通信ドライバ/レシーバ31、CPUα等に構成されている。このECU30は、センサユニット20から送出されたディジタル信号を車載LAN50を介して受信しCPUαのデータバッファ33に記憶する機能、データバッファ33から取り出したディジタル信号をCPUαのデルタシグマ変換器35によりデルタシグマ変換する機能、デルタシグマ変換されたディジタル信号をデータレジスタ37に記憶する機能、等を備えている。
On the other hand, the
このような各機能を備えることにより、本データ伝送装置では、センサユニット20によって、センシング回路22のセンサ信号をオーバーサンプリングにより変換した低精度なディジタル信号として車載LAN50に送出する一方で、ECU30によって、これを受信してデルタシグマ変換により高精度なディジタル信号に変換している。これにより、後述するように、車載LAN50に混入する外来ノイズ等の影響を受け難くするため、高精度なデータ伝送を可能にしている。
By providing each of such functions, in the present data transmission device, the
なお、図1では、対向するセンサユニット20とECU30が、車載LAN50によりピアツーピア(1対1)の形態で接続されているように図示されているが、これは本データ伝送装置の概念を明確にするためのものである。そのため、図1のようにセンサユニット20とECU30とをピアツーピア接続しても良いが、本実施形態では、例えば図2に示すように、複数のセンサユニット20A、20B、20CやECU30、また図略の他のECU等をバス状またはスター状に接続するネットワーク形態を採っている。
In FIG. 1, the opposing
次に、センサユニット20およびECU30の構成の詳細を図2に基づいて説明する。なお、図2では、車載LAN50に複数のセンサユニット20と1つのECU30を接続するネットワーク形態を採っている。そのため、それぞれのセンサユニットに対し便宜的に「20A」、「20B」、「20C」の符号を付しているが、これらは、いずれも図1を参照して説明したセンサユニット20と同様に構成されている。そのため、ここではセンサユニット20Aを代表して説明する。
Next, details of the configuration of the
図1を参照して説明したように、センサユニット20Aは、センサ素子21、センシング回路22、高速ADC25、データバッファ26、通信ドライバ/レシーバ29を中心に、ノイズ発生器23、加算回路24、差分抽出器27、通信コントローラ28、バッテリBatt等も備えている。
As described with reference to FIG. 1, the
センサ素子21は、センシング回路22とともにセンサを構成するもので、物理量を検出し得るものである。具体的には、例えば、圧力ゲージと称される圧力検出器がこれに相当する。圧力ゲージの場合、一般に、等価回路として抵抗によるホイーストンブリッジ回路が構成されるので、これに外部からバッテリBattによる直流電圧を印加することによって電圧信号を出力し得るように構成されている。なお、このバッテリBattは、後述するように、センシング回路22や高速ADC25にも直流電力を供給している。これにより、センサ素子21やセンシング回路22に印加される直流電圧が変動しても、高速ADC25に印加される直流電圧も同様に変動するので、この電圧変動が、高速ADC25によるオーバーサンプリングに対して影響を与えることを防止している。なお、センサ素子21としては、外部から直流電圧を印加するタイプのもの以外に、熱電対やピエゾ素子のように、外部から直流電圧を印加しなくても電圧信号を出力し得るものであっても良い。
The
センシング回路22は、センサ素子21から出力された電圧信号を入力することにより、この入力電圧信号を所定のゲインで増幅してセンサ信号として出力する機能を有するもので、センサ素子21とともに、特許請求の範囲に記載の「センサ」に相当し得るものである。このセンシング回路22から出力されたセンサ信号は、次段の加算回路24に入力される。
The
ノイズ発生器23は、例えば、ホワイトノイズ等を発生させてノイズ値を出力する機能を有するもので、具体的には、ロジック回路により疑似的に発生させたり、また半導体等により熱ノイズを発生させたりしてノイズ値を得ている。このノイズ発生器23により出力されるノイズ値は、次段の加算回路24によって前述したセンサ信号に加算される。これにより、ノイズ値による交流成分がセンサ信号に加算されるため、センサ信号に比較的多く含まれる直流成分を交流成分に変換することができ、後述するECU30によるデルタシグマ変換を可能にしている。なお、センシング回路22を構成する電子部品により熱ノイズ等が発生しており、そのノイズ値がセンサ信号に重畳されている場合には、ノイズ発生器23や加算回路24は不要となる。
The noise generator 23 has a function of generating, for example, white noise and outputting a noise value. Specifically, the noise generator 23 generates pseudo noise by a logic circuit or generates thermal noise by a semiconductor or the like. The noise value is obtained. The noise value output from the noise generator 23 is added to the sensor signal described above by the
高速ADC25は、アナログ信号をオーバーサンプリングして、例えば8ビットにより量子化されたディジタル信号に変換する、いわゆるA/D変換器で、特許請求の範囲に記載の「A/D変換手段」に相当し得るものである。この高速ADC25の変換精度は、8ビット程度であるため、12ビット、16ビットや24ビット等のディジタル信号に変換するA/D変換器に比べると変換精度は低いものの、そのサンプリング周波数は、例えば50kHz(サンプリング間隔20μS)に設定されている。そのため、車両制御用のECUに搭載されるA/D変換器の一般的なサンプリング周波数200Hz(サンプリング間隔5mS)に比べて高速なサンプリング、つまりオーバーサンプリングを可能にしている。例えば、ナイキスト周波数を200Hz、サンプリング周波数を50kHzとすると、この高速ADC25のオーバーサンプリング比は250(=50000Hz/200Hz)となり、ナイキスト周波数でサンプリングした場合に比べ、変換されたディジタル信号は250倍のデータ量となる。このように高速ADC25によりオーバーサンプリングされると、低精度のディジタルデータが大量に出力される。なお、この高速ADC25は、センサ素子21やセンシング回路22を駆動しているバッテリBattにより駆動されている。これにより、上述したように、センサ素子21等に印加される直流電圧が変動しても、高速ADC25に印加される直流電圧も同様に変動するので、サンプリングの基準電圧もこの変動とともに変化するため、オーバーサンプリングに対する影響を抑えている。
The high-
データバッファ26は、高速ADC25により変換されたディジタル信号を一時的に記憶するとともに、後段の差分抽出器27や通信コントローラ28の要求に応じて記憶したディジタル信号を出力する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「送信データ記憶手段」に相当し得るものである。具体的には、例えばDRAM、SRAM等の半導体メモリ装置により構成されている。このデータバッファ26は、高速ADC25と差分抽出器27あるいは通信コントローラ28との間に介在することによって、高速ADC25による出力速度と差分抽出器27または通信コントローラ28による処理速度との差を吸収する緩衝器の役割を果たしている。また、高速ADC25により変換されたディジタル信号のデータ(8ビット構成)を256個単位で取り出し可能にデータ管理を行う。これにより、差分抽出器27や通信コントローラ28に対して、8ビット×256個のデータを8倍オーバーサンプリングされたデータをみなして出力することが可能となる。
The
差分抽出器27は、データバッファ26からディジタル信号を取り出すとともに、高速ADC25による1サンプル前のディジタル信号との差分を抽出する機能を有するものである。センシング回路22から加算回路24を介して高速ADC25に入力されるセンサ信号は連続したアナログ信号であり、高速ADC25のサンプリング間隔に対して緩やかな変化をする。そのため、サンプリング時刻tで変換されたディジタル信号Dn と、その1サンプル前の時刻t−Δtに変換されたディジタル信号D(n-1) と、は大きく異なることはなく、また1サンプル後の時刻t+Δtに変換されたディジタル信号D(n+1) についても同様である。例えば、高速ADC25により変換されたディジタル信号を、8ビットのビット列で表現すると、ディジタル信号D(n-1) ;11011001からディジタル信号Dn ;11001001に変化し、さらにディジタル信号D(n-1) ;10111001に変化するというように、下位4ビット(1001)は変化することなく、上位4ビットだけ(1101)→(1100)→(1011)に変化する。したがって、この上位4ビットの変化分を差分として抽出することによってこの例の場合では、8ビット×3=24ビットから4ビット×3=12ビットにデータ量を半減させることが可能となる。
The
このように差分抽出器27では、データバッファ26から取り出したディジタル信号に対して1サンプル前のディジタル信号との差分データを抽出する機能を有するので、データバッファ26に記憶されたディジタル信号をそのまますべて送出する場合に比べてデータ量を減少させることができる。これにより、高速ADC25によるオーバーサンプリングによって増大傾向にある低精度なディジタル信号のデータ量を削減することができる。したがって、少量のデータ量で高精度なデータ伝送を可能にする。なお、図2に示す破線矢印によるルートのように、差分抽出器27を経由することなく、つまり差分データを抽出することなく、データバッファ26から直接、通信コントローラ28にディジタル信号が出力しても良い。これにより、高速ADC25で変換されたディジタル信号はそのまま通信コントローラ28に受け渡される。
As described above, the
通信コントローラ28は、通信ドライバ/レシーバ29を制御し得るもので、通信ドライバ/レシーバ29とともに特許請求の範囲に記載の「送信手段」に相当し得るものである。そのため、概念的には、通信ドライバ/レシーバ29とともに、差分抽出器27またはデータバッファ26から取り出したディジタル信号を車載LAN50に送出する機能を有する。本実施形態では、伝送媒体として車載LAN50を利用しているので、例えば、CAN(Controller Area Network )と称される有線によるネットワークの通信プロトコルに従った通信制御を通信ドライバ/レシーバ29に対して行っている。
The
通信ドライバ/レシーバ29は、通信コントローラ28の制御により、差分抽出器27またはデータバッファ26から取り出したディジタル信号を車載LAN50に送出する機能を有するもので、通信コントローラ28とともに特許請求の範囲に記載の「送信手段」に相当し得るものである。具体的には、単に、ディジタル信号を車載LAN50に送出するだけでなく、ECU30や他のセンサユニット20B、20Cとの間で、例えばCANの通信プロトコルに則って相互に制御情報のやり取り等を行う必要上、受信装置の機能も備えている。そのため、「通信ドライバ/レシーバ」と称されている。
The communication driver /
車載LAN50は、例えば、CANと称される車両制御用の有線LANで、例えば、数10kbps 〜500kbps の通信速度に設定されている。本実施形態では、高速ADC25によりオーバーサンプリングして大量のディジタルデータを流すため、例えば、500kbps 〜10Mbps 程度のより高速なLAN(例えば FlexRay等)である方が望ましい。また、有線によるLANに限られることはなく、例えば、IEEE802.11シリーズやブルートゥース(Bluetooth )等による無線LANを伝送媒体としても良い。この場合、通信ドライバ/レシーバ29や通信コントローラ28も当該無線LANに対応したものに変更する必要がある。
The in-
ここで、車載LAN50は、ツイストペアケーブルや同軸ケーブル等により車両内に布線されている。そのため、点火プラグや他の制御用マイコン等によるノイズが、当該車載LAN50のケーブルやコネクタに混入する可能性が高く、混入したノイズはいわゆる外来ノイズとして車載LAN50によるデータ通信の妨げとなる。具体的は、[発明が解決しようとする課題]の欄で述べたように、DC5Vをフルスケールとするセンサ信号から0.1mV程度の分解能のデータ信号を取り出そうとした場合、外来ノイズのノイズレベルが数mV程度に達すると、このノイズの中にデータ信号が埋もれてしまう。そのため、原理的には可能な16ビット程度のA/D変換器の利用を困難にしている実状がある。
Here, the in-
そこで、実施形態では、前述したようにセンサユニット20(20A)では、高速ADC25によるA/D変換を低精度な8ビット程度のものにする代わりに、サンプリング周波数を高くしてオーバーサンプリングを行う。これにより、精度が低下した分をオーバーサンプリングにより増加させたディジタル信号のデータ量(例えば8ビット×256)によって補い、それをこれから説明するECU30によりデルタシグマ変換することで、高精度なデータ伝送を可能にしている。
Therefore, in the embodiment, as described above, the sensor unit 20 (20A) performs oversampling by increasing the sampling frequency instead of making the A / D conversion by the high-
図2に示すように、ECU30は、通信ドライバ/レシーバ31、通信コントローラ32、データバッファ33、デルタシグマ変換器35、データレジスタ37等により構成されている。なお、通信コントローラ32、データバッファ33、デルタシグマ変換器35、データレジスタ37は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit )化されたCPUαに内蔵されている。
As shown in FIG. 2, the
通信ドライバ/レシーバ31は、前述したセンサユニット20Aの通信ドライバ/レシーバ29とほぼ同様の機能を有するもので、特に、センサユニット20Aの通信ドライバ/レシーバ29から送出されたディジタル信号を車載LAN50を介して受信する機能から、特許請求の範囲に記載の「受信手段」に相当し得るものである。本実施形態では、例えば、受信したディジタル信号をnビットのパラレル出力としてCPUαの通信コントローラ32に出力する。
The communication driver /
通信コントローラ32も、前述したセンサユニット20Aの通信コントローラ28をほぼ同様の機能を有するもので、前述した通信ドライバ/レシーバ31とともに、特許請求の範囲に記載の「受信手段」に相当し得るものである。本実施形態では、伝送媒体としてCANによる車載LAN50を利用しているので、当該CANの通信プロトコルに従った通信制御を通信コントローラ32に対して行っている。
The
データバッファ33も、前述したセンサユニット20Aの通信コントローラ28をほぼ同様の機能を有するもので、通信ドライバ/レシーバ31および通信コントローラ32により受信されたディジタル信号を一時的に記憶するとともに、後段のデルタシグマ変換器35の要求に応じて記憶したディジタル信号を出力する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「受信データ記憶手段」に相当し得るものである。具体的には、例えばDRAM、SRAM等の半導体メモリ装置により構成されている。このデータバッファ33は、通信コントローラ32とデルタシグマ変換器35との間に介在することによって、通信コントローラ32による出力速度とデルタシグマ変換器35による変換速度との差を吸収する緩衝器の役割を果たしている。また、通信ドライバ/レシーバ31、通信コントローラ32により受信されたディジタル信号のデータ(8ビット構成)を256個単位で取り出し可能にデータ管理を行う。これにより、デルタシグマ変換器35に対して、8ビット×256個のデータを8倍オーバーサンプリングされたデータとみなして出力することが可能となる。
The
デルタシグマ変換器35は、データバッファ33から取り出したディジタル信号をセンサユニット20Aの高速ADC25のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換する機能を有するもので、特許請求の範囲に記載の「デルタシグマ変換手段」に相当し得るものである。具体的には、例えば、データバッファ33に記憶されたディジタル信号のデータ(8ビット構成)を前述した256個単位で取り出すことによって、8ビット×256個のデータを8倍オーバーサンプリングされたデータをみなしてデルタシグマ変換を行う。これにより、16ビット相当の分解能を得ることが可能となり、変換されたセンサ信号のデータ(16ビット構成)はデータレジスタ37に格納される。データレジスタ37は、例えば、CPUαの汎用レジスタで、デルタシグマ変換器35により変換されたセンサ信号のデータを格納し、CPUαの制御ユニットや演算ユニット等の要求に応じて当該データの受渡しを可能にしている。
The delta-
なお、このECU30は、例えば、車載LAN50を介して送られてくるディジタル信号のヘッダ情報に、センサユニット20A〜20Cごとに割り振られた識別コードやMACアドレス等を付加することによって、センサユニット20A以外に、センサユニット20Bやセンサユニット20Cからも、センサユニット20Aと同様に16ビット相当の分解能をもつセンサ信号を受信することができる。
In addition, this ECU30 adds the identification code, MAC address, etc. which were allocated for every
以上説明したように、本データ伝送装置によると、センサユニット20は、センサ素子21およびセンシング回路22から出力されるセンサ信号(アナログ信号)をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換しているので、変換精度が高いA/D変換器(例えば16ビット)を用いて高精度なディジタル信号を送出した場合に比べ、オーバーサンプリングした分、高速ADC25の変換精度を下げる(例えば8ビット)ことができる。そのため、低精度なディジタル信号を伝送媒体に大量に送出することで(8ビット×256)、変換精度が高いA/D変換器を用いた場合と同等の情報量をECU30に送ることが可能となる。また、A/D変換器の変換精度を例えば8ビット程度に低くすることができるため、外来ノイズに対する耐力を向上することができる。
As described above, according to this data transmission apparatus, the
一方、ECU30では、このようなオーバーサンプリングされたディジタル信号(8ビット×256)を受信してセンサユニット20の高速ADC25のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換器35によりデルタシグマ変換する。これにより、車載LAN50では精度の低いディジタル信号(8ビット×256)を高精度なディジタル信号(16ビット相当)に変換することができる。つまり、センサユニット20のオーバーサンプリングにより低精度なディジタル信号を大量に送出するので、車載LAN50上では、外来ノイズ等が混入してもその影響を受け難く、ECU30のデルタシグマ変換器35によるデルタシグマ変換により低精度なディジタル信号を高精度なディジタル信号に変換する。したがって、高精度なデータ伝送を可能にすることができる。
On the other hand, the
20、20A、20B、20C…センサユニット(送信装置)
21…センサ素子(センサ)
22…センシング回路(センサ)
23…ノイズ発生器
24…加算回路
25…高速ADC(A/D変換手段)
26…データバッファ(送信データ記憶手段)
27…差分抽出器
28…通信コントローラ(送信手段)
29…通信ドライバ/レシーバ(送信手段)
30…ECU(受信装置)
31…通信ドライバ/レシーバ(受信手段)
32…通信コントローラ(受信手段)
33…データバッファ(受信データ記憶手段)
35…デルタシグマ変換器(デルタシグマ変換手段)
37…データレジスタ
50…車載LAN(伝送媒体)
α…CPU
Batt…バッテリ(直流電源)
20, 20A, 20B, 20C ... sensor unit (transmitting device)
21 ... Sensor element (sensor)
22 ... Sensing circuit (sensor)
23 ...
26: Data buffer (transmission data storage means)
27 ...
29 ... Communication driver / receiver (transmission means)
30 ... ECU (receiving device)
31. Communication driver / receiver (reception means)
32. Communication controller (reception means)
33. Data buffer (received data storage means)
35 ... Delta sigma converter (delta sigma conversion means)
37 ... Data register 50 ... In-vehicle LAN (transmission medium)
α ... CPU
Batt ... Battery (DC power supply)
Claims (5)
前記送信手段から送出されたディジタル信号を前記伝送媒体を介して受信する受信手段、前記受信されたディジタル信号を記憶する受信データ記憶手段および前記受信データ記憶手段から取り出した前記ディジタル信号を前記A/D変換手段のオーバーサンプリング比でデルタシグマ変換するデルタシグマ変換手段を有する受信装置と、
を備えることを特徴とするデータ伝送装置。 A / D conversion means for oversampling an analog signal to convert it to a digital signal, transmission data storage means for storing the converted digital signal, and taking out the stored digital signal from the transmission data storage means to a transmission medium A transmission device having a transmission means for transmitting;
Receiving means for receiving the digital signal transmitted from the transmitting means via the transmission medium, received data storing means for storing the received digital signal, and the digital signal taken out from the received data storing means for the A / A receiver having delta-sigma conversion means for performing delta-sigma conversion at an oversampling ratio of the D conversion means;
A data transmission device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004032992A JP4265432B2 (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Data transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004032992A JP4265432B2 (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Data transmission device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005229160A JP2005229160A (en) | 2005-08-25 |
JP4265432B2 true JP4265432B2 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=35003558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004032992A Expired - Fee Related JP4265432B2 (en) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Data transmission device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4265432B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101151214B1 (en) * | 2006-09-12 | 2012-06-14 | 주식회사 만도 | Redundancy apparatus and method of sensor electronic control unit |
CN115951105B (en) * | 2023-03-09 | 2023-06-09 | 苏州联讯仪器股份有限公司 | Electric signal sampling channel device and sampling oscilloscope |
-
2004
- 2004-02-10 JP JP2004032992A patent/JP4265432B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005229160A (en) | 2005-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4745679B2 (en) | Sensor with multiple data outputs | |
EP2541846A1 (en) | Communication method of gateway device supporting CAN - and Modbus protocol conversion and gateway device using the same | |
JP6282216B2 (en) | Communication system and communication apparatus | |
US8825935B2 (en) | Pattern detection for partial networking | |
US10196152B2 (en) | Sensor data processing for condition monitoring systems | |
JP2009225260A (en) | Control apparatus, control method, vehicle control device, and vehicle control system | |
JP5286659B2 (en) | In-vehicle device relay system, in-vehicle device relay method, and relay device | |
US9207326B2 (en) | Communication system, transmission device and receiving device | |
JP5125532B2 (en) | Data transmission device, electronic control unit and data transmission device | |
JP4265432B2 (en) | Data transmission device | |
US7786853B2 (en) | Method for transmitting data from at least one sensor to a control device | |
JP2006020038A (en) | Physical quantity sensor device and inspecting device therefor | |
JP2007233943A (en) | Communication system | |
CN107003152B (en) | Signal processing device for processing a measurement signal in a motor vehicle | |
KR20060044386A (en) | A measuring apparatus with plural modules | |
JP6500453B2 (en) | Circuit device, physical quantity detection device, electronic device and moving body | |
JP5114129B2 (en) | Relay connection unit | |
JP2014017614A (en) | Communication system, relay device, and communication device | |
JP2010071858A (en) | Sensor signal processing apparatus | |
JP2002350258A (en) | Pressure sensor | |
US20190052296A1 (en) | Method for Transmitting a Value Measured by a Sensor, Method for Receiving the Measured Value, Sensor, Control Device | |
KR100937508B1 (en) | Method and gateway-blackbox apparatus for transmitting, receiving and recording data | |
US20190039544A1 (en) | Method for Transmitting and Receiving a Measured Value of a Sensor | |
JP6348150B2 (en) | Communication system, communication control apparatus, and unauthorized information transmission prevention method | |
JP2005159791A (en) | Connector and network system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20051011 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060320 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081203 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090127 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090209 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140227 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |