JP4589970B2 - 調整可能な終端ネットワークを有する制御装置用のトランシーバ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の制御装置用のトランシーバに関する。

たとえばエンジンマネージメント、ボデー電装、ならびにラジオや自動車電話やナビゲーションシステムといった車両の特別装備に割り振ることができる多数の機能モジュールを、自動車に配置することが知られている。データ交換や制御のために、個々の機能モジュールをたとえばＣＡＮバス等のバスシステムと接続することも知られており、この場合、上に挙げた各々のグループについて別途のバスが設けられていてもよい。バスシステムは、データや制御命令を交換するためにゲートウェイを介して相互に接続されていてよい。このとき、たとえばエンジンやトランスミッションの制御装置のように迅速なデータ交換を必要とする機能モジュール、ならびに、機能性や安全性のために本質的に重要なその他のコンポーネントは、いわゆるハイスピードバスにつながれるとともに、たとえば特別装備品をサポートする、それほどタイムクリティカルでないコンポーネントは、いわゆるロースピードバスまたはコンフォートバスにつながれるのが好ましい。

機能モジュールないし制御装置はコントローラとトランシーバを含んでおり、トランシーバの主要な役割は、バスシステムへの物理的なインターフェースを成立させることにある。このときトランシーバでは、受信された情報ないし送信されるべき情報のレベル調節が行われる。

バスシステムの伝送速度は比較的高いので、ジョイント個所で起こる反射を減らさなくてはならない。その場合、原則として２通りの異なる取組みが知られている。

分散型終端では、バスシステムの両方の終点に、バス回線の波動インピーダンスに等しい成端抵抗がそれぞれ配置され、これら両方の波動インピーダンスは、たとえばバスシステムの終点にある最後の制御装置にそれぞれ配置される。波動インピーダンスの典型的な値は、より合わせた二重回線についてはたとえば１２０Ωである。分散型終端のひとつの問題点は、構造が必ずしも事前にわからないことである。そのために、バスシステムの終点がどこにあるのかもわからない。しかも星型のバス構造の場合、始点と終点を一義的に決めることができない。

そこで、分散型終端に代わる別案が集中型終端である。この終端では、成端はたとえば１つの制御装置で集中的に行われ、そのために、典型的には波動インピーダンスの半分が成端抵抗として選択される。このことは、反射を集中式に最低限で抑えるための合理的な妥協である。

終端をするためのこれら両方のコンセプトに共通しているのは、バスシステムの終端に関与しない制御装置はできるだけ高抵抗で、たとえばキロオームの範囲内で成端されるということである。

それぞれの成端抵抗は、場合により必要となるサポートネットワークの部材および／またはフィルタとともに、別個のコンポーネントとしてトランシーバに配置される。制御装置は、あるときには分散型終端または集中型終端の構成要素になるかもしれず、あるいは終端にまったく関与しないこともあるという事実に基づき、バス構造に応じて成端抵抗を適合化させなくてはならない。このことは、抵抗の交換によって手作業で行うことができ、または、同一の制御装置が異なる成端抵抗をもつ３通りの態様で製作されるが、これは、そのつど非常に高い費用がかかってコスト高になる。

ドイツ特許出願公開第１９８５４１１７Ａ１号明細書より、ネットワークノードを介してつながれたコンポーネントの間でデータを伝送するための少なくとも１つのバスと、少なくとも１つの成端抵抗とを含み、少なくとも１つの成端抵抗はその抵抗値に関して調整可能である、自動車内の多数の電気コンポーネントと通信をするための回路構造が公知である。この成端抵抗は電子式に調整されるのが好ましく、たとえばデジタル式のポテンショメータとして構成される。さらに、すべてのネットワークノードに調整可能な成端抵抗を付属させることが提案されている。使用する調整可能な抵抗の種類に応じて、抵抗全体の適合化をさまざまな仕方で行うことができる。１つの好ましい実施例では、ネットワークノードの１つが、バスにつながれている他のネットワークノードの状態メッセージを評価して、自らの成端抵抗を自動的に適合化する。この適合化は、抵抗全体を計測してから関与部材すべての成端抵抗を調節するバスの内部制御装置によって自動的に行うのが好ましい。最後に、バスにつながれた外部の診断装置によって適合化を行うこともでき、これは製造時に、たとえばすべての機能モジュールをバスに組み付けた後に行うか、保守作業のための工場で定期点検時に行うか、またはモジュールの取付け後もしくは取外し後に新規調節のために行うことができる。このことは、製造のときや、後から自動車の設備変更をするときの簡素化を可能にし、少ない数の制御装置バリエーションしか必要にならない。調整可能な抵抗がネットワークノードに組み込まれていれば、成端抵抗を別途装備することも不要になる。

ドイツ特許出願公開第１００２０１４２Ａ１号明細書より、電気コンポーネントがつながれたバス構造を含み、各コンポーネントにはエラーカウンタと成端抵抗が付属しており、成端抵抗は調整可能に構成されるとともに、エラーカウンタの検出されたエラー密度に依存して調節可能であるバスシステムが公知である。調整可能な成端抵抗はデジタル式のポテンショメータとして構成され、電子コンポーネントに配置されているのが好ましい。

以上の従来技術を前提としたうえで、本発明の技術的な課題は、バスシステムへの終端が簡素化されるトランシーバを提供することにある。

この技術的課題の解決は、請求項１の構成要件を備える対象物によって行われる。本発明のその他の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

そのためにトランシーバは調整可能な終端ネットワークを含んでおり、この終端ネットワークによって少なくとも２つの成端抵抗値を調整可能であり、終端ネットワークとトランシーバ・コアは半導体回路でモノリシックに統合されている。終端ネットワークをトランシーバへ統合することによって別途の抵抗またはポテンショメータが不要になり、このことは、特にコストや信頼性に関して有益である。モノリシックな統合によって引込回線が節減されるからである。さらに本発明は、比較的連続した調整可能性は必要ないことが多いという知見を活用する。むしろ多くの場合、未終端の成端と、集中型成端ないし分散型成端との間で切換が可能なだけですでに十分であり、これら３通りの状態のすべての調整可能性が意図されているのが好ましい。このような２つないし３つの抵抗値の間の調整可能性は、非常に簡単にＩＣへ統合することができる。さらに、このことは調整を大幅に簡素化する。トランシーバは、それがどのような機能で構成されるのかを、たとえばその付属のコントローラモジュールから１回だけ通知を受ければよい。そしてトランシーバが、これに対応する抵抗値を設定する（高抵抗、波動インピーダンス、または波動インピーダンスの半分）。

１つの有利な実施形態では、トランシーバはたとえばＣＡＮやフレックスレイといった二線式バスシステムへ接続するための２つの接続部を含んでいる。

さらに別の有利な実施形態では、それぞれの接続部の間に２つの第１、第２、および第３の終端抵抗がそれぞれ直列につながれており、これらの直列回路の中心タップは電気接続されており、第２および第３の終端抵抗は導通可能および／または遮断可能である。このとき第１の２つの終端抵抗は、他の４つの抵抗が遮断されたときに有効になる、未終端の高抵抗の接続部を形成する。他の４つの抵抗は、回線の波動インピーダンスの抵抗値を有しているのが好ましい。つまり、両方の第２の終端抵抗が導通されると、トランシーバはバス回線の波動インピーダンスによって成端され、それによってトランシーバは分散型終端の成端として作用する。そして、これに加えてさらに両方の第３の終端抵抗が導通されると、その結果として生じる成端抵抗は波動インピーダンスの半分にほぼ等しいので、トランシーバは集中型終端の成端として作用することになる。

さらに別の有利な実施形態では、終端抵抗にはスイッチまたはヒューズが付属している。このときスイッチの利点は、結果的に生じる抵抗値が可逆的に調整されることにあるが、このことは、能動的なデバイスとしての構成に基づき、トランシーバモジュールへの恒久的な電力供給を必要とする。調整された終端抵抗は変化すべきでないからである。ヒューズの使用によってこの問題は解決されるが、その場合には調整は不可逆的になる。

別の有利な実施形態では、スイッチはトランジスタとして構成される。

別の有利な実施形態では、供給電圧とアースとの間に位置するサポートネットワークがトランシーバに組み込まれる。このサポートネットワークは終端抵抗の中心タップと接続されている。

別の有利な実施形態では、トランシーバにフィルタが追加的に組み込まれている。

次に、有利な実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。

トランシーバ１は、トランシーバ・コア２と、フィルタ３と、サポートネットワーク４と、終端ネットワーク５とを含んでいる。終端ネットワーク５は、２つの接続部ＢＵＳ_HIGH，ＢＵＳ_LOW の間で直列につながれた２つの第１の終端抵抗ＲＴ１，ＲＴ２を含んでおり、接続部ＢＵＳ_HIGH，ＢＵＳ_LOW はバス回線へのインターフェースをなしている。ＲＴ１，ＲＴ２からなる第１の直列回路と並列に、２つの別の終端抵抗ＲＴ３，ＲＴ４、ならびに２つの第３の終端抵抗ＲＴ５，ＲＴ６が配置されており、直列回路のすべての中心タップは共通の回線Ｖ_CMを介して相互に接続されている。さらに、第２および第３の直列回路の各々の終端抵抗ＲＴ３−ＲＴ６にスイッチが付属している。終端抵抗ＲＴ３とＲＴ４のスイッチの間、ないしＲＴ５とＲＴ６のスイッチの間にひかれた破線に見てとれるように、直列回路のそれぞれのスイッチは常に同一方向に切り換えられ、すなわち、両方のスイッチが開かれるか閉じられる。サポートネットワーク４は、直列につながれた、供給電圧Ｖ_CCとアースＧＮＤの間に位置する２つの抵抗ＲＭＣ１およびＲＭＣ２を含んでいる。このとき、ＲＭＣ１およびＲＭＣ２の直列回路の中心タップは回線Ｖ_CMと接続されている。図示している抵抗に加えて、サポートネットワーク４は、ここでは詳しくは説明しないキャパシタンスをさらに含んでいてよい。サポートネットワーク４の主機能は、バス回線の劣性の電圧レベルをサポートすることである。フィルタ３は、１５−２５ＭＨｚの範囲内でイミュニティを高める役目をする。終端ネットワーク５の機能形態は、トランシーバの配線に応じて、適切な成端抵抗値を必要に応じて調整することにある。そのために、トランシーバ１がバス回線の適合化された成端に関与しない場合と、トランシーバ１が分散型終端の構成要素となっている場合と、バス回線を集中型で終端する場合とが区別される。

第１の場合では４つのスイッチが開いたままになり、その結果、終端抵抗ＲＴ３−ＲＴ６は接続部ＢＵＳ_HIGH，ＢＵＳ_LOW から切り離される。この場合では、トランシーバをバス回線に対して比較的高抵抗で成端する両方の終端抵抗ＲＴ１，ＲＴ２だけが作用する。

分散型の終端がなされる第２の場合では、トランシーバは波動インピーダンスによってバスを成端する。そのために、終端抵抗ＲＴ３，ＲＴ４のスイッチが閉じられる。そして抵抗値がＲＴ３＝ＲＴ４＝Ｚ_L であれば、その結果として生じる抵抗値は回線の波動インピーダンスＺ_L にほぼ等しい（高抵抗の分圧器ＲＴ１，ＲＴ２を無視する）。

第３の場合では、これに加えて、好ましくは同じくほぼ波動インピーダンスに相当する終端抵抗ＲＴ５，ＲＴ６のスイッチがさらに閉じられる。したがって、波動インピーダンスのほぼ半分が成端抵抗として発生する。

どの抵抗値が設定されるべきかという情報は、たとえばスイッチを介してトランシーバに伝えることができる。これに代えて、コントローラモジュールからトランシーバ１へと情報を伝達することもできる。さらにコントローラモジュールには、同じくスイッチを介して、もしくはプログラミング可能なインターフェースを介して、前述の情報を伝えることができる。

フィルタ３はインダクタンスを含んでいるのが普通であるから、スペースと製造上の理由から、これを統合のときに省略することができる。サポートネットワーク４も場合によってはトランシーバ１へ必ずしも統合しなくてよく、別個の抵抗によって外部で具体化するか、またはハイブリッド技術で具体化することができる。

図２には、フィルタのないトランシーバ１の別の実施形態が示されており、終端抵抗ＲＴ３−ＲＴ６のスイッチはヒューズＳ３−Ｓ６で置き換えられている。このときヒューズＳ５およびＳ６は、ヒューズＳ３およびＳ４よりも低いインパルス電流ですでに焼き切れるように設定されている。希望する利用ケースに応じて、４つすべてのヒューズを作動させるか（未終端）、またはヒューズＳ５およびＳ６だけが作動させるか（分散型終端）、またはどのヒューズも作動させない（集中型終端）。このとき電流インパルスは、トランシーバ・コア２またはコントローラモジュールを介して作用させることができ、そのつどの大きさや時間は、たとえば同じくスイッチによって調整される。

上記に代えて、終端ネットワークを別個の回路として構成することも考えられる。この場合には、たとえば終端ネットワークはサポートネットワークおよび／またはフィルタとともに独自のモジュールとして構成されていてよく、統合はハイブリッド技術で行うのが好ましい。

スイッチを備えた終端ネットワークが統合されているトランシーバである。 ヒューズを備えた終端ネットワークが統合されているトランシーバである。

Claims (4)

1. 二線式バスシステムに対するインターフェースを実現する機能モジュールのトランシーバにおいて、
   前記トランシーバ（１）は、二線式バスシステムに接続するための２つの接続部（ＢＵＳ _HIGH ，ＢＵＳ _LOW ）を有し、直列に接続されている２つの終端抵抗（ＲＴ１，ＲＴ２）から成る１つの直列回路と、直列に接続されている別の２つの終端抵抗（ＲＴ３，ＲＴ４；ＲＴ５，ＲＴ６）から成る少なくとも１つの別の直列回路とがそれぞれ、前記２つの接続部（ＢＵＳ _HIGH ，ＢＵＳ _LOW ）の間に並列に接続されていて、前記直列回路の中心タップが電気接続されていて、前記少なくとも１つの別の直列回路の終端抵抗（ＲＴ３−ＲＴ６）が、導通及び遮断可能である結果、前記２つの接続部（ＢＵＳ _HIGH ，ＢＵＳ _LOW ）間の成端抵抗値が調整されることを特徴とするトランシーバ。
2. スイッチ又はヒューズ（Ｓ３−Ｓ６）が、前記終端抵抗（ＲＴ３−ＲＴ６）に敷設されていることを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ。
3. 前記スイッチは、トランジスタとして構成されていることを特徴とする請求項２に記載のトランシーバ。
4. フィルタ（３）が、前記トランシーバ（１）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトランシーバ。

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