JP4930510B2 - 信号受信装置及び波形整形方法 - Google Patents

Description

本発明は、バスを用いたデータ通信における波形劣化を修正する技術、特に反射防止が十分なされていないようなバスシステムにおいて多数の信号伝送装置間でデータ通信を行う場合の波形整形技術に関する。

バスを用いたデータ通信システム、例えば自動車などの制御系において使用されるデータ通信システムにおいては、各種制御の多機能化、電子化に伴い、データ転送量が増大している。データ転送量の増大に対処するにはケーブルを増やして通信容量を大きくすることが考えられるが、軽量化のためには、配線に使われるケーブルの数量は出来るだけ抑えなければならない。

したがって、ケーブル１本当りのデータ転送量を増やすことが必要になってきている。
現状の制御系データ通信では、バス接続でのデータ通信を行っている。従来の制御系では、データ転送帯域が小さかったため、波形劣化による修正は必要ではなかったが、今後、上述のようにデータ転送量を増やすために帯域が増大するにあたり、波形劣化による影響が深刻化してきている。

図１及び図２は、制御系ネットワークの一例における波形劣化を説明する図である。
図１に例示された制御系ネットワークは、バス１０に電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１〜１５が接続されて構成されている。ＥＣＵ１３の電源はオフになっている。このような車載用の制御系ネットワークにおいては、ネットワークの終端が取られているのはバス１０の両端のみであってスタブ上に接続されているＥＣＵは終端がとられていないものが存在することがある。

そのため、各ＥＣＵ１１〜１５とバス１０とのスタブ長が異なること及び未接続端があることなどによる不整合や各ＥＣＵ１１〜１５の電源が入力されているかによる反射量の変動から波形劣化が発生する。

ＥＣＵ１１で受信する各ＥＣＵ１２〜１５からの信号の波形は、他のＥＣＵや未接続端からの反射波の影響を受ける。つまり、ＥＣＵ１２からの信号には、ＥＣＵ１３〜１５及び未接続端からの反射波が重畳し、他のＥＣＵからの信号についても同様である。その場合の波形劣化の形状は送信側のＥＣＵと残りの各ＥＣＵとの距離に関係して複雑な波形を描き、受信側との位置関係により波形が異なる。

図２は、波形劣化を伴った送信波形の一例である。図２の点線で囲んだ部分に示すように、１データビットの波形に反射波が重畳して波形劣化が生じている。この波形劣化量は、受信側ＥＣＵと送信側ＥＣＵの組み合わせによって変化する。

この波形劣化を補整なしに使用した場合、ノイズに対しての余裕度が減少し信号品質に影響する。同一ネットワーク上に設置できるＥＣＵ数を減らすこと、例えば通信を行う必要のある各ＥＣＵを１対１に接続することにより、この問題を回避することもできるが、すると独立したネットワークの数量を増加させることになり、コストに直接影響してしまう。

上述のような波形劣化に対処する波形整形方法として、オーバーサンプリングと多数決回路によるフィルタリングが知られている。
図３Ａに示すのは、オーバーサンプリングと多数決回路によるフィルタリングを行う回路構成例である。レシーバ３１は受信信号のレベルを判定して“１”あるいは“０”をシフトレジスタ３２に出力する。シフトレジスタ３２は、図示の例ではビットレートの５倍の速さのサンプリングクロックにより駆動され、１ビット幅のレシーバ３１の出力を順次５個サンプリングして保持する。そしてシフトレジスタ３２に保持された５つのサンプリング値は多数決回路３３に入力されて“０”、“１”の間で多数決がとられ、受信データの“０”、“１”の判定が行われる。

図３Ｂは、図３Ａに示したレシーバ３１の受信波形と“０”、“１”の判定レベル及びサンプリングクロックを示すものである。点線で囲んだ部分には、反射波による波形劣化が生じている。

図３Ｃは図１に示した制御系ネットワークにおいて、ＥＣＵ１１からＥＣＵ１２へ信号を伝送する場合の信号に重畳する反射波を示す図である。図示のように、ＥＣＵ１３〜ＥＣＵ１５、及び未接続端からの反射波が、ＥＣＵ１１からＥＣＵ１２への送信信号に重畳する。

ネットワークに接続される装置が多いと波形劣化が激しくなり、多数決回路を用いたとしても“０”、“１”判定ミスをおこす可能性がある。波形補整を行わないため、オーバーサンプリングと多数決回路によるフィルタリングでは、反射量が増大した場合波形修正処理が不可能になる。

更に受信する各ＥＣＵの位置により波形の劣化量が変化する。多数決回路３３を使用することにより、一時的な信号レベルの落ち込みによる判定ミスはフィルタリングできるが、ノイズの重畳などの耐力は弱くなる。

反射波による波形劣化に対処する他の従来の技術として、下記特許文献１、２に開示されたものがある。
特許文献１に開示されたものは、複数のプログラマブルコントローラを接続する伝送システムに関するものであり、その伝送システムにおいては、各種終端抵抗の中から適切な終端抵抗を選択して伝送路に接続している。したがって、特許文献１に記載された技術は、図１に示したようなそもそも伝送路端に終端されていないものが存在する伝送システムの問題解決にはならない。
特許文献２に開示されたものは、不均一な特性インピーダンス構造を有する伝送路を用いた信号伝送システムにおいて、インピーダンスの不一致から生じる信号の反射が存在しても正しく信号伝送ができるようにする技術に関する。
特許文献２に開示された信号伝送技術によれば、信号送出側は、本来の信号送出に先立って測定用の信号を送出し、その反射波を測定している。そして、一つの手法では、測定された反射波に基づいて信号送出側で送信信号を補正して送出する（第１の手法）。また、別の手法では、測定された反射波の情報を受信側に送出し、受信側で送信された反射波の情報に基づいて受信波形の補正を行っている（第２の手法）。

上記特許文献２に記載された手法は、信号送出側と受信側が１対１に接続された場合には有効であるが、多数の信号伝送装置が接続されるシステムに適用することは適切でない。したがって、信号伝送装置の数が増えるとケーブルの数を増やさざるを得ない。

図４は、特許文献２に開示された第１の手法を複数のＥＣＵが接続されたバスシステムに採用した場合の波形補整を説明する図である。
ＥＣＵ４１からＥＣＵ４２またはＥＣＵ４３に信号を送出する場合、第１の手法ではＥＣＵ４１からバス４０に測定用信号を送出する。そしてＥＣＵ４１は受信された反射波を測定するが、その反射波は図４に示した（１）のルートによるＥＣＵ４２からの反射波と（２）のルートによるＥＣＵ４３からの反射波の重なったものになる。

したがって、受信側が多数あるネットワークの場合、受信するＥＣＵの位置の違いにより波形劣化が著しく異なるが、波形整形用のデータは、このネットワークの平均的な補整値になってしまう。図４のＥＣＵ４２に対しては、（２）のルートの反射による修正分が過剰補整となり、ＥＣＵ４３に対しては、（１）のルートの反射による修正分が過剰補整となる。

次に図５Ａ及び図５Ｂにより、特許文献２に開示された第２の手法を複数のＥＣＵが接続されたバスシステムに採用した場合の波形補整を説明する。

図５Ａは、ＥＣＵ５１からＥＣＵ５２にデータを送信するためにＥＣＵ５１から測定用の信号を送出した場合の反射波を示す図であり、図５Ｂは、ＥＣＵ５４からＥＣＵ５２にデータを送信するためにＥＣＵ５４から測定用の信号を送出した場合の反射波を示す図である。そして、これらの図では、ＥＣＵ５１とＥＣＵ５４が送信機能を有するものとする。
例えば図５Ａに示す場合では、ＥＣＵ５１で測定される反射波はＥＣＵ５２からの反射波だけでなく、ＥＣＵ５３及びＥＣＵ５４からの反射波が重畳したものになる。さらに、ＥＣＵ５２が受信するＥＣＵ５３とＥＣＵ５４からの反射波はＥＣＵ５１では測定することができない。したがって、ＥＣＵ５１からの送信の場合、受信側のＥＣＵ５２で波形整形をすると、ＥＣＵ５３、ＥＣＵ５４からの反射波形に対する修正分が不足することになる。
すなわち、特許文献２に開示された第２の手法を図５Ａ、図５Ｂのようなシステムに適用しようとすると、受信側であるＥＣＵ５２はデータ受信前に送信能力のあるＥＣＵ５１とＥＣＵ５４から本来のデータを受信する直前にそれぞれの受信波形整形データを少なくとも受け取る必要があるが、ＥＣＵ５１とＥＣＵ５４は互いに独立にデータ送信を行うとすると、ＥＣＵ５２がＥＣＵ５１とＥＣＵ５４の双方から受信波形整形データを受け取ることは不可能である。

このように、従来例では、受信側が複数、送信側も複数ある双方向バス接続の時の反射波形に対する波形整形を有効に実行することができない。
特開平７−８７１３７号公報 特開２００４−３６３８６１号公報

そこで、本発明の解決しようとする課題は、送信側と受信側が複数接続されたバスシステムにおいて、反射波形に対する有効な波形整形を可能とすることである。送信側と受信側が多数存在するバス接続では、波形整形を一つの定数で実行することはできない。送信元毎の個別の定数が必要になる、また、送信元からデータを受信する時にその定数を利用する手段が必要になる。

そこで、上記問題を解決するために、受信側で、複数の送信元毎に波形整形パラメータを記憶し、記憶された各送信元に対応したパラメータを利用して波形整形を行うようにする。

本発明の一つの態様によれば、受信側に、複数の送信元の送信スケジュールを記憶する記憶手段と、受信している信号が前記複数の送信元のうちどの信号送信装置からのものであるかを示す信号送信装置の識別情報を出力する送信スケジューラと、受信波形の波形状態を監視し、前記送信スケジューラが出力する前記信号送信装置の識別情報に基づいて前記信号送信装置毎に前記波形整形データを算出する波形整形データ算出手段を設ける。

また、受信データの特定パターンを識別し波形を補整するデータを更新するタイミングを与える手段を設けてもよい。
また、反射波の影響が及ぶ伝送ビットデータの期間に応じた波形整形用のパラメータを算出保存し、複数ビット期間に及ぶ反射波形による劣化を補整することができる。

さらに、信号送信側において、予め波形整形を行って信号を送出してもよい。
本発明によれば、受信側に送信元別の波形整形データを持つことから、従来例では実現できなかった複数の送信元をもったバス接続の送信元毎の波形整形が可能になり、複数の送信元が混在するバス接続で従来の波形整形では取りきれなかった送信方向の違いによる反射波形の補整が可能になる。これによって、一つのネットワークにより多くの通信ノードの接続が可能になる。

制御系ネットワークの一例を示す図である。 制御系ネットワークにおける波形劣化を伴った送信波形の一例を示す図である。 オーバーサンプリングと多数決回路によるフィルタリングを行う回路構成例を示す図である。 図３Ａに示したレシーバ３１の受信波形と“０”、“１”の判定レベル及びサンプリングクロックを示す図である。 図１に示した制御系ネットワークにおいて、ＥＣＵ１１からＥＣＵ１２へ信号を伝送する場合の信号に重畳する反射波を示す図である。 従来例による第１の手法を複数のＥＣＵが接続されたバスシステムに採用した場合の波形補整を説明する図である。 従来例による第２の手法を複数のＥＣＵが接続されたバスシステムに採用した場合の波形補整を説明する図である。 従来例による第２の手法を複数のＥＣＵが接続されたバスシステムに採用した場合の波形補整を説明する図である。 本発明を適用した制御系ネットワークの一例を示す図である。 図６Ａに示した制御系ネットワークの受信側における送信元に応じた波形整形パラメータの切替を説明する図である。 本発明の一実施態様における信号受信装置の機能ブロック例を示す図である。 図７Ａに示す信号受信装置における波形整形の概要を説明する図である。 波形整形パラメータ演算部のデータ入出力を説明する図である。 波形整形パラメータ演算部で処理されるデータの推移を例示する図である。 波形補整データの更新動作を説明する図である。 波形整形パラメータ演算部で実行される処理フローの一例を説明する図である。 パラメータ保存部のデータ入出力を説明する図である。 パラメータ保存部の具体的構成例を示す図である。 波形整形用データのフォーマット例を示す図である。 波形整形部のデータ入出力を説明する図である。 波形整形部の具体的構成例を説明する図である。 波形整形部の具体的構成例の動作を説明する図である。 本発明の実施例１における信号受信装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例２における信号受信装置の機能ブロック図である。 波形データ演算部のデータ入出力を説明する図である。 受信データの値が“０１”を繰り返している場合の反射波形補整データの合成を説明する図である。 受信データの値が“００１１”を繰り返している場合の反射波形補整データの合成を説明する図である。 本発明の実施例３を適用した制御系ネットワークの一例を示す図である。 実施例３の信号送受信装置の機能ブロック構成例を示す図である。 実施例３の信号送受信装置における送信時の制御ルートを説明する図である。

図６Ａは、本発明を適用した制御系ネットワークの一例を示す図である。
いま、ＥＣＵ７１とＥＣＵ７４が送信側でＥＣＵ７２とＥＣＵ７３が受信側であるとする。ＥＣＵ７１とＥＣＵ７４の送信スケジュールは予め決めておき、その送信スケジュールに従って通信を行う。受信側のＥＣＵ７２とＥＣＵ７３は、それぞれＥＣＵ７１からの送信波形に対する波形整形パラメータとＥＣＵ７４からの送信波形に対する波形整形パラメータを保持しておき、ＥＣＵ７１とＥＣＵ７４の送信スケジュールにしたがって波形整形パラメータを使い分けて受信側で波形整形を行う。一つのＥＣＵが送受双方向の通信を行うのであれば、送信側と受信側の両方の機能を持つ。

図６Ｂは、図６Ａに示した受信側ＥＣＵにおける送信元に応じた波形整形パラメータの切替を説明する図である。受信側ＥＣＵが受信する送信側ＥＣＵから送られてきたフレームの順番又はタイミングは予め設定されているものとする。図示の例では、ＥＣＵ７１からのフレームとＥＣＵ７４からのフレームが順次受信されている。フレームごとに送信元用の補整定数に切り替えていき、補整定数により図示の波形の斜線部分を例えばアクティブフィルタで補償する。

以下、本発明の一実施態様について説明をする。
受信側では送信元を識別する手段が必要である。送信元の識別には次の２つの方法が考えられる。一つは送信元ごとの予定された送信タイミング（スケジュール）を示すテーブルを持つ方法であり、この方法はネットワーク上での送信タイミングが予めスケジュールされているタイムトリガー方式のシステムにおいて有効である。

別の方法は、受信したフレームの識別子から送信元を識別する方法であり、送信フレームデータの前に、識別子を送る方法である。しかし、同じネットワーク上でデータ送信前に識別子を送ることを可能にするには、反射波による波形劣化が無視できる程度に伝送レートを遅くする必要がある。したがって、識別子を送る時間が送信フレームデータを送る時間に対して問題とならないようなネットワークにおいて採用可能な方法である。

以下説明する本発明の一実施態様では前者の方法を前提として、受信側に、各送信元の送信スケジュールを保存する手段、波形状態を監視して送信元毎に波形整形用のパラメータを算出する手段、送信元毎に算出したパラメータを保存する手段、波形整形用のパラメータによって波形整形をする手段を設けて波形整形を行う。

図７Ａは本発明の一実施態様における信号受信装置の機能ブロック例を示す図である。図７Ｂは図７Ａに示す信号受信装置における波形整形の概要を説明する図である。
以下、図７Ａ及び図７Ｂを参照して上記信号受信装置の動作概要について説明する。

バスを介して例えば差動信号として送信されてきた受信信号は差動増幅器７１で増幅されて例えば図７Ｂの（１）の波形となり波形整形部７２に入力される。
波形整形部７２はパラメータ保存部７８に保存された波形整形パラメータを使用して上記（１）の波形を補整してレシーバ７３と波形整形パラメータ演算部７７に供給する。

波形整形部７２に供給される波形整形パラメータは、スケジューラ７５からパラメータ保存部７８に与えられるそのタイミングでの送信データの送信元を識別する識別子（図７Ｂの（５）として示されている。）をキーとしてパラメータ保存部７８から読み出され、図７Ｂの（４）に例示する数値化された波形補整データとして与えられる。このデータは送信元ごとにパラメータ保存部７８に記憶され、次回の同じ送信元の時に再度利用される。

波形整形部７２は、図７Ｂの（４）に例示する数値化された波形補整データを受け取り、それに基づいて図７Ｂの（１）’に示す整形用の波形を生成する。次に差動増幅器７１から入力された図７Ｂの（１）に示す入力波形と上記整形用波形を加算して図７Ｂの（２）に示す波形をレシーバ７３に出力する。

レシーバ７３はその波形のレベルにより“０”、“１”の判定を行い、図７Ｂの（３）に示すビットデータを出力する。すなわち、アナログ波形からデジタルデータの抽出を行っている。レシーバ７３で生成されたビットデータはフレームデコーダ＆タイミング生成部７４に供給される。

フレームデコーダ＆タイミング生成部７４は、供給されたビットデータ列からネットワークで利用するプロトコルに沿った方法でデータの組立とタイミングを生成する。生成されたフレーム受信のタイミングはスケジューラ７５に供給される。また、ビット列データをトレーニングパターンデコーダ７６に供給する。

スケジューラ７５は、フレーム受信のタイミングごとに送信データの送信元を識別する識別子を切り替えて波形整形パラメータ演算部７７とパラメータ保存部７８に供給する。
トレーニングパターンデコーダ７６は、供給されたビット列データに基づきトレーニングパターンを検出し、波形整形パラメータ演算部７７にデータ更新トリガーを与える。

上述の機能ブロックのうち、スケジューラ７５、トレーニングパターンデコーダ７６、波形整形パラメータ演算部７７、パラメータ保存部７８は、本発明により新たに導入された機能ブロックである。

以下、上記信号受信装置の機能ブロックのうち、波形整形パラメータ演算部７７等についてさらに詳細に説明する。
まず、波形整形パラメータ演算部７７について説明をする。波形整形パラメータ演算部７７は、波形振幅変化の監視と補整データの数値化を行う。外部環境の変化による反射の影響に変化があった場合、波形整形にずれが生じるため、常に波形振幅変化を監視してずれた量を補正していく。

以下、図８Ａ〜図８Ｄを参照して波形整形パラメータ演算部７７における処理を詳細に説明する。
図８Ａは、波形整形パラメータ演算部７７のデータ入出力を説明する図である。

パラメータ保存部７８からは波形補整データが入力され、パラメータ保存部７８には波形補整更新データと更新トリガーが出力される。スケジューラ７５からは送信ノードの識別情報が入力され、トレーニングパターンデコーダ７６からデータ更新トリガーが入力される。また、波形整形部７２から図７Ｂに例示する受信波形（２）が入力される。

図８Ｂは、波形整形パラメータ演算部７７で処理されるデータの推移を例示する図である。
受信波形（２）はサンプリングクロックでサンプリングされ、波形振幅が数値化される。図示の例では、１ビットの波形を８つのサンプリングクロックでサンプリングしており、ビット値“１”の先頭からサンプリング値、＋１６、＋１６、＋１０等が得られている。

次にビット値“１”及び“０”の先頭波形のサンプリング値との差分が計算されている。図示の例では、０、０、−６等が得られている。
以上の動作は、１ビットのデータを複数のサンプリングにて識別し、歪量を数値化していくものである。受信波形を上述のように８回のオーバーサンプリングすることにより波形データを抽出した場合、最初の“１”又は“０”のレベルになった所を基準として、その後の８サンプリングが全て同じビット値を示しているとする。この時、波形の歪から波形振幅の変化がサンプリング毎に記憶される。

次に差分の逆数（符号を反転した数）が、ずれ補整分の波形補整データ補正量として求められる。差分の逆数とパラメータ保存部７８から入力された現在の波形補整データ、ＸＨ０、ＸＨ１、ＸＨ２、・・・とを加算して受信波形（２）を補整する補正値を求め、次回の補整データ、Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２・・・としてパラメータ保存部７８に格納する。なお、ＸＨ０、Ｈ０等のＨはハイレベルのビットの補整値であることを示し、０等の数字はサンプリングの順番を示している。

もし、トレーニングパターンデコーダ７６から特定パターンによるデータ更新トリガーがあったときには、波形整形のパラメータを更新する。
なお、受信データの波形から整形用データを算出するには、受信波形の振幅を数値化する機能が必要になる。受信データの“１”と“０”を識別する以外にも波形の歪を識別する比較器が必要である。波形振幅の変化は、アナログーデジタルコンバータ（ＡＤＣ）のようなもので数値化してもよいし、一定の振幅レベルをコンパレータによって比較するものでもよい。ここでは、振幅レベルの変動値を各サンプリング点で測定し、保持する振幅レベルを数値化する方法を採用している。

図８Ｃは、波形補整データの更新動作を説明する図である。
図８Ｃに示した例ではトレーニングパターンを“１０”とした場合である。レシーバ７３の出力である受信波形（３）から図示のように“１０”パターンをトレーニングパターンデコーダ７６が検出すると、トレーニングパターンデコーダ７６はデータ更新トリガーを波形整形パラメータ演算部７７に出力する。

今、スケジューラ７５が送信ノードの識別情報としてノード１を出力しているとすると、波形補整データとしてノード１のものが使用されている。
データ更新トリガーを受け取った波形整形パラメータ演算部７７は、図８Ｂで説明したように補正したノード１の波形補整更新データを求め、更新トリガーをパラメータ保存部７８に出力してパラメータ保存部７８に記憶するノード１の波形補整データを更新する。

図８Ｄは、波形整形パラメータ演算部７７で実行される処理フローの一例を説明する図である。 この処理フローは、波形整形パラメータ演算部７７を実現するコンピュータ上のプログラムにより実行することが可能である。

まず、ステップＳ１１で、スケジューラ７５から識別コード値を受け取り、送信ノードの識別コードを確認する。次にステップＳ１２において受信波形（２）の“０”からの立ち上がり、又は“０”からの立ち下がりの変化を監視する。ステップＳ１３における変化の有無の判定の結果、変化がなければステップＳ１１に戻る。ステップＳ１２とステップＳ１３の処理は、波形整形部７２からの整形後の受信波形（２）の監視を行う処理である。

変化があれば、ステップＳ１４に移行し、サンプル番号の初期化を行う。サンプル番号とは、１伝送ビットをサンプリングする順番の番号であり、図８Ｂの例示では、例えば０番から７番となる。そしてステップＳ１５で波形の振幅を記憶する。次にステップＳ１６において、先頭波形の振幅との差分を算出する。ステップＳ１５とステップＳ１６の処理は、図８Ｂで示した波形振幅の数値化と先頭波形の振幅との差分を求める処理である。

次にステップＳ１７において差分の符号を反転することにより波形補整データの補整量の算出を行う。また、ステップＳ１８でパラメータ保存部７８からステップＳ１１で確認した識別コードを有する送信ノードの現在のサンプル番号に該当する１サンプル分の波形補整データを取り出す。

次にステップＳ１９で図８Ｂに例示した補整データを算出し、ステップＳ２０でサンプル番号のカウントアップを行い、ステップＳ２１でサンプル番号が上限に達したか判定する。上限に達していなければ、ステップＳ１５に戻り、１サンプルクロックごとにステップＳ１５からステップＳ２１までの処理を繰り返す。

サンプル番号が上限に達していれば、ステップＳ２２に移行し、トレーニングパターンデコーダからデータ更新トリガーが入力されているか判定し、ＮＯであればステップＳ１１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ２３でステップＳ１９で各サンプルごとに算出した波形補整データをパラメータ保存部７８に格納して、ステップＳ１１に戻る。

次に、パラメータ保存部７８について説明をする。パラメータ保存部７８は、波形整形パラメータ演算部７７が演算した送信ノード毎の反射波形を補整するデータを送信ノード毎に保存し、スケジューラ７５が指定している送信ノードに対応した波形整形データを出力するものである。そして、波形整形パラメータ演算部７７から、更新トリガーを受けた時のみデータを更新する。

図９Ａは、パラメータ保存部７８のデータ入出力を説明する図である。
パラメータ保存部７８は波形整形パラメータ演算部７７へ波形補整データを出力し、波形整形パラメータ演算部７７から波形補整更新データと更新トリガーが入力される。波形整形部７２には、反射波形整形データが出力される。

図９Ｂは、パラメータ保存部７８の具体的構成例を示す図であり、図９Ｃは、波形整形用データのフォーマット例を示す図である。
図９Ｂの例ではパラメータ保存部７８をデユアルポートＲＡＭ９０で構成している。波形整形用データは図９Ｃに示すフォーマットで格納されている。すなわち、送信ノード毎に、Ｈ／Ｌレベルに応じて８つのサンプリングタイム毎に波形補整データが格納されている。したがって、送信ノード種別と“Ｈ”,“Ｌ”識別子とサンプリングタイムをデユアルポートＲＡＭ９０のアドレスとして利用することができる。

パラメータ保存部７８をデユアルポートＲＡＭ９０で構成したことから、波形整形部７２が読出しトリガーを出力し、アドレスとして送信ノード種別、“Ｈ”,“Ｌ”識別子及びサンプリングタイムを指定して波形整形用データを読み出すのと並行して、波形整形パラメータ演算部７７がアドレスを指定するとともに読出しトリガーを出力して波形補整データを読み出したり更新トリガーを出力して波形補整更新データを書き込むことができる。

次に波形整形部７２について説明をする。
波形整形部７２は、波形整形パラメータ演算部により算出された波形整形用のデータを受信波形に印加し整形する。

図１０Ａは、波形整形部７２のデータ入出力を説明する図である。
波形整形部７２には図７Ａで示した差動増幅器７１からの波形（１）が入力され、波形整形部７２からは波形整形後の波形（２）が出力される。また、パラメータ保存部７８に“Ｈ”,“Ｌ”識別子とサンプリングタイムを下位アドレスとして与えて波形補整データを取得する。

図１０Ｂは、波形整形部７２の具体的構成例を説明する図である。
コンパレータＡ１０１の入力端子Ａには上記波形（１）が入力され、入力端子Ｂには“Ｈ”レベルの電圧が加えられている。コンパレータＢ１０２の入力端子Ａには波形（１）が入力され、入力端子Ｂには“Ｌ”レベルの電圧が加えられている。

コンパレータＡ１０１とコンパレータＢの出力はともにＡＮＤ回路１０３とＮＯＲ回路１０４の入力に接続されている。
ＡＮＤ回路１０３の出力は“Ｈ”,“Ｌ”識別子となるとともに、ＥＯＲ回路１０５の一方の入力に接続され、ＥＯＲ回路１０５の他方の入力にはＮＯＲ回路１０４の出力が接続されている。ＥＯＲ回路１０５の出力は微分回路１０６の入力に接続されている。

微分回路１０６の出力はＡＮＤ回路１０７の一方の入力に接続され、ＡＮＤ回路１０７の出力は、カウンタ１０８にリセット入力として供給される。
カウンタ１０８はサンプリングクロックをカウントする例えば３ビットカウンタであり、カウント値をサンプリングタイムとして出力する。ＡＬＬ“０”検出回路がカウンタ１０８に接続され、カウンタ１０８のカウント値が０になったことを検出すると検出信号をＡＮＤ回路１０７の他方の入力に出力する。

差動増幅器７１から入力される波形（１）は、パラメータ保存部７８から入力される波形補整データをＤＡＣ１１０で変換した波形（１）’を用いて増幅器１１１により波形（２）に整形される。

図１０Ｃは、図１０Ｂに例示した具体的構成例の動作を説明する図である。
差動増幅器７１から入力される波形（１）は、サンプリングクロック毎にコンパレータＡ１０１とコンパレータＢ１０２でレベル識別され、大小の比較結果が出力される。その比較結果に基づいて“Ｈ”,“Ｌ”識別子を得る。またカウンタ１０８のカウント値をサンプリングタイムとし、サンプリングタイムと“Ｈ”,“Ｌ”識別子によりパラメータ保存部７８から波形補整データを順次取り出す。

そして波形補整データから整形用の波形（１）’ を生成し、波形（１）と波形（１）’の加算により波形（２）を求めて出力する。
次にトレーニングパターンデコーダ７６について説明をする。

先に図７Ａの説明において述べたように、トレーニングパターンデコーダ７６は供給されたビット列データに基づきトレーニングパターンを検出し、波形整形パラメータ演算部７７にデータ更新トリガーを与えるものである。どのようなビット列パターンを検出してデータ更新トリガーを与えるかは、以下で説明する実施例１、２において例示する。

伝送路で反射が生じる条件とは、伝送データに“０”→“１”又は“１”→“０”の変化があったときであり、“０００・・・”や“１１１・・・”など、同じ状態が続く間では反射は発生しない。

また、波形の歪をもたらす反射波形の収束時間が、１伝送データビット以下であるならば、データ“１”から“０”または、“０”から“１”への変化のときに１データビット期間の波形整形動作を行えばよい。２伝送データビット以上の波形の歪をもたらす反射波形の収束時間がある場合には、過去の伝送データビットの変化による影響を考慮して波形整形動作を行う必要がある。

したがって、トレーニングパターンデコーダ７６が検出すべきトレーニングパターンは、伝送路における反射波の収束時間によって変化する。また、波形整形の必要性もそれによって変化する。

そこで、ネットワークの状態変化に追従するため、波形の変形量を常に監視する必要がある。そのため、トレーニングパターンデコーダ７６は、現状の波形の劣化に関係する反射波の収束時間に対して、その収束時間以上のオール“１”パターンとオール“０”パターンを抽出し、収束時間以上の区間における伝送ビットの波形の状態を波形整形パラメータ演算部７７に監視させ、ネットワークの状態変化に追従できるようにすることが好ましい。

次に本発明の実施例１〜３を説明する。
実施例１は、波形の歪をもたらす反射波形の収束時間が１伝送データビット以下であって、受信側のみで波形整形するものである。

実施例２は、２伝送データビット以上の波形の歪をもたらす反射波形の収束時間がある場合で、受信側のみで波形整形するものである。
実施例３は、送信側においても波形整形を行うものである。

図１１は、本発明の実施例１における信号受信装置の機能ブロック図である。図７Ａに示した機能ブロック図とほぼ同様である。図７Ａと同じ符号が付された機能ブロックは、図７Ａのものと同様である。

トレーニングパターンデコーダ１１６は、“０１０”あるいは“１０１”のような孤立したビットデータによる反射波パターンを認識したときに波形整形パラメータ演算部７７へデータ更新トリガーを送信する。

スケジューラ１１５は予め送信スケジュールを記憶しておくものであり、次に送信されるデータの送信元を決定する。送信スケジュールは予め例えばＲＯＭに登録し、フレームデコード＆タイミング生成部７４からのタイミングで順番に次の送信ノードに対応する識別データを上位アドレスとして波形整形パラメータ演算部７７とパラメータ保存部７８へ送る。

以上のように構成された本実施例１の信号受信装置の処理動作は、図７Ａ〜図１０Ｃにおいて説明したものと同様である。
波形整形パラメータ演算部７７は、図８Ｂ〜図８Ｄで示したように波形振幅変化の監視を行い、補整データ更新が必要な時にはパラメータ保存部７８へ更新データを送る。

パラメータ保存部７８では、図９Ｃに示したように各送信ノード別に波形整形データを 格納し、スケジューラ１１５からの送信ノード識別情報より、個々の波形整形データを 適時取出し、波形整形部７２と波形整形パラメータ演算部７７へ送る。

また、送信開始初期の波形整形データを予め登録することにより、通信開始時の波形補整の収束時間の短縮と、初期劣化波形による誤補整を回避することができる。
波形整形部７２では、パラメータ保存部７８からの波形補整データを使い、受信波形の整形を行う。

上記の動作を繰り返し、図７Ｃで示したような波形整形をおこない、反射波形による影響を減少させる。
次に、図１２Ａ〜図１２Ｄを参照して実施例２を説明する。実施例２は、反射波形が２ビットデータ長以上になる場合の実施例である。

図１２Ａは、実施例２における信号受信装置の機能ブロック図である。図１１に示した実施例１の信号受信装置の機能ブロック図と同じ符号の付された機能ブロックは、図１１のものと変わりはない。

トレーニングパターンデコーダ１２６は、反射波形が収束する時間に対応したパターンを検出する必要があり、例えば反射波形が２ビット長の間受信波形に影響する場合は、“００１１”パターンや“１１００”パターンを検出する。これにより、“１”→“０”または“０”→“１”の変化で発生する単独の反射波の影響を捕らえることができる。

波形整形パラメータ演算部１２７は、反射波形が収束する時間に対応した補整データを演算することが必要になる。例えば、２ビット目のデータにまで影響する場合は、２ビットデータ長の波形整形パラメータを演算し、パラメータ保存部１２８に格納する。その場合、パラメータ保存部１２８は２ビットデータ長の波形整形パラメータを保存することが必要である。

新たな機能ブロックとして、波形データ演算部１２９が設けられている。反射波形が２ビット長まで影響する場合は、過去２ビットまでの波形データが必要である。波形データ演算部１２９は、過去２ビットの論理値(“Ｈ”あるいは“Ｌ”)と波形整形データを利用して、現在の波形整形データに過故分の波形整形データを加算していくことで対応する。

波形整形部１２２は、“Ｈ”,“Ｌ”識別子とサンプリングタイムを供給することに加えて、波形“０”、“１”の変化情報を通知する。
以下、図１２Ｂ〜図１２Ｄを参照して波形データ演算部１２９の機能を詳細に説明する。

図１２Ｂは、波形データ演算部１２９のデータ入出力を説明する図である。
波形データ演算部１２９は、パラメータ保存部１２８に“Ｈ”,“Ｌ”識別子とサンプリングタイムを出力してパラメータ保存部１２８から現在の１ビットの波形補整データを読み出すとともに、１ビット過去の“Ｈ”,“Ｌ”識別子を指定して１ビット過去の波形の影響に対する波形補整データを読み出す。

波形整形部１２２からは“Ｈ”,“Ｌ”識別子とサンプリングタイムに加えて波形“０”,“１”の変化情報が入力される。波形整形部１２２には現在分と過去分を合成した反射波形整形データが出力される。

図１２Ｃは、受信データの値が“０１”を繰り返している場合の反射波形補整データの合成を説明する図である。１ビット毎に状態が変わるため、１ビット毎に反射波形が発生することになる。

図示のように、波形“０”,“１”の変化情報が入力され、“Ｈ”,“Ｌ”識別子がＨであると、現在の１ビットの波形補整データであるＨ０、Ｈ１、・・・、Ｈ７が読み出される。同時に過去の１ビットの波形補整データであるＸ８、Ｘ９、・・・、Ｘ１５が読み出される。Ｘ８、Ｘ９、・・・、Ｘ１５の値は、過去１ビットのその前のビットがＨであったかＬであったかにより異なる。Ｈであれば１ビット過去において波形が“１”から“０”に変化しているから、Ｌ８、Ｌ９、・・・、Ｌ１５となり、Ｌであれば状態変化はなく反射波は発生していないから、すべて０となる。

現在の１ビットの波形補整データと過去の１ビットの波形補整データの和が計算され、合成した反射波形補整データＡ０、Ａ１、・・・、Ａ７が波形整形部１２２に出力される。

次に１ビット幅経過後再び波形“０”,“１”の変化情報が入力され、“Ｈ”,“Ｌ”識別子がＬとなると、現在の１ビットの波形補整データであるＬ０、Ｌ１、・・・、Ｌ７が読み出される。同時に過去の１ビットの波形補整データであるＨ８、Ｈ９、・・・、Ｈ１５が読み出され、現在の１ビットの波形補整データとの和である、Ａ８、Ａ９、・・・、Ａ１５が計算されて波形整形部１２２に出力される。受信データの値が“０１”を繰り返している間、上記の動作が繰り返し実行される。

図１２Ｄは、受信データの値が“００１１”を繰り返している場合の反射波形補整データの合成を説明する図である。連続する同じ値のビットのうち後半のビットは反射を発生しないが、前半のビットによる反射の影響は後半にも残るため、後半においても反射波形補整が必要である。

図示のように、波形“０”,“１”の変化情報が入力され、“Ｈ”,“Ｌ”識別子がＨであると、現在の１ビットの波形補整データであるＨ０、Ｈ１、・・・、Ｈ７が読み出される。同時に過去の１ビットの波形補整データであるＸ８、Ｘ９、・・・、Ｘ１５が読み出される。図１２Ｄの最初の１ビット目の動作は、図１２Ｃの最初の１ビット目の動作と同じである。

次の２ビット目も“Ｈ”,“Ｌ”識別子がＨであり、波形“０”,“１”の変化情報が入力されないと、現在の１ビットである２ビット目の期間では反射は発生していないから、現在の１ビットの波形補整データはすべて０となる。一方、１ビット過去の１ビット目の期間で発生した反射の影響が残っているので、過去の１ビットの波形補整データであるＨ８、Ｈ９、・・・、Ｈ１５が読み出され、その値が合成した反射波形補整データとして波形整形部１２２に出力される。

次のビット期間では“Ｈ”,“Ｌ”識別子がＬとなり、波形“０”,“１”の変化情報が入力されている。したがって、現在の１ビットの波形補整データはＬ０、Ｌ１、・・・、Ｌ７であり、過去の１ビットの期間には反射は発生していないので、１ビット過去の波形補整データはすべて０であり、合成した反射波形補整データはＬ０、Ｌ１、・・・、Ｌ７になる。

次のビット期間の“Ｈ”,“Ｌ”識別子も連続してＬであるので、Ｈの場合と同様に、前のビット期間の反射による波形補整データＬ８、Ｌ９、・・・、Ｌ１５が合成した反射波形補整データとなる。

次に、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して実施例３を説明する。実施例３は、送信側において波形補整を行うものである。反射波形成分を補整して送信波形を整形することで、バス上で一時的に発生するノイズに対して対応することが可能である。ただし、受信元が複数の場合は、受信側でも補整が必要であり、上記実施例１や実施例２と合せて使用する。

図１３Ａは、本発明の実施例３を適用した制御系ネットワークの一例を示す図である。
ＥＣＵ１３１が送信側で、ＥＣＵ１３２とＥＣＵ１３３が受信側であるとする。ＥＣＵ１３１の出力において、図示の（１）と（２）経由の反射波の補整を同時に行う。

先に図４において説明したのと同様に、ＥＣＵ１３２とＥＣＵ１３３では過剰に補整された波形を受信するが、受信側で過剰補整分を修正する。
図１３Ｂは、実施例３の信号送受信装置の機能ブロック構成例を示す図である。図１３Ｂに例示する構成例は、図７Ａに例示した信号受信装置のブロック構成に、データ生成部１４４、ドライバー１４３、波形整形部１４２及び差動増幅器１４１からなる送信側の機能ブロックを追加したものである。

さらに、波形整形パラメータ演算部１３７とパラメータ保存部１３８の機能は図7Ａに示した波形整形パラメータ演算部７７とパラメータ保存部７８の機能に対して追加変更されている。

パラメータ保存部１３８は、自ノードの送信をスケジューラ７５の出力（５）より識別し、送信時には受信側の波形整形部７２への反射波補整用のデータ（４）をオール“０”（補整なし）にする。

波形整形パラメータ演算部１３７では、自ノードの送信時に受信側から送信波形のモニタを行い、送信波形補整用のパラメータを演算する。すなわち、送信側の波形整形部１４２の出力波形（８）を受信側の差動増幅器の出力（１）として受け取り、受信側の波形整形部７２はパラメータ保存部から出力される反射波補整用のデータ（４）がオール“０”なので出力（１）をそのまま受信波形（２）として出力し、波形整形パラメータ演算部１３７は、その出力波形（２）に基づいて送信用の波形整形パラメータを演算してパラメータ保存部１３８に登録する。送信時には送信側の波形整形部１４２がパラメータ保存部１３８に登録された送信用の波形整形パラメータを利用して波形整形を行う。

図１３Ｃは、実施例３の信号送受信装置における送信時の制御ルートを説明する図である。
まず、図示の（Ａ）のルートで、自ノードの送信波形を受信側差動増幅器７１から受信側の波形整形部７２で受け取る。この時、受信側の波形整形部７２では整形データによる補整を行わないようにする。スケジューラが自ノードの送信タイミングを示しているときは、図１３Ｂにおいて説明したように、パラメータ保存部１３８の出力（４）は補整を実行するものではなくなっている。

次に図示の（Ｂ）のルートを進み、反射波形を含んだ送信波形を元の波形に補整するために、図８Ｂにおいて説明した処理と同様な処理により波形整形パラメータ演算部１３７で波形補整データを作成する。

次に図示の（Ｃ）のルートにより、波形整形パラメータ演算部１３７で作成された波形補整データをパラメータ保存部１３８に格納し、該波形補整データにより、データ生成部１３５で指示され、ドライバー１３６から出力されるビットデータ（７）を送信側波形整形部１３７において整形し、送信波形（８）を出力する。

なお、上記実施例３の説明においては、送信側ノードが受信機能をすべて備えたものとし、波形整形パラメータ演算部１３７等は受信側ノードの波形整形パラメータ演算部７７等の機能を拡張したものとしたが、それに限らず、自ノードの送信波形のモニタに限った機能においても、送信波形の波形整形が可能であることは明らかである。

Claims (10)

1. それぞれ決められたタイミングで信号を送出可能な複数の信号送信装置が接続されたバスに接続され、前記複数の信号送信装置から送出された信号を受信する信号受信装置において、
   前記複数の信号送信装置毎に、該信号送信装置から前記決められたタイミングで送信される信号の波形整形データを記憶する波形整形データ記憶手段と、
   前記複数の信号送信装置のうちの一つの信号送信装置からの信号を受信したときに、前記波形整形データ記憶手段から該信号送信装置の波形整形データを読み出して該信号送信装置からの受信信号の波形整形を行う波形整形手段と、
   を備えたことを特徴とする信号受信装置。
2. 前記複数の信号送信装置の送信スケジュールを記憶し、受信している信号が前記複数の信号送信装置のうちどの信号送信装置からのものであるかを示す信号送信装置の識別情報を出力する送信スケジューラと、
   受信波形の波形状態を監視し、前記送信スケジューラが出力する前記信号送信装置の識別情報に基づいて前記信号送信装置毎に前記波形整形データを算出する波形整形データ算出手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の信号受信装置。
3. 前記波形整形データ算出手段は、
   前記波形整形手段により波形整形された受信信号である１伝送ビットデータをサンプリングして受信信号波形の振幅を数値化し、該数値化した受信信号波形の振幅と前記１伝送ビットデータの先頭のサンプル値との差分を計算し、
   前記送信スケジューラが出力する前記信号送信装置の識別情報に基づいて前記波形整形データ記憶手段から該信号送信装置に対して記憶された波形整形データを読み出し、
   該差分と該波形整形データに基づいて前記波形整形データを算出することを特徴とする請求項２に記載の信号受信装置。
4. 前記波形整形データは、伝送ビットデータの値が“１０”又は“０１”である受信波形に対して前記波形整形データ算出手段で算出され、前記波形整形データ記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の信号受信装置。
5. 前記波形整形データは、伝送ビットデータの値が“１１００”又は“００１１”である受信波形に対して現在の１伝送ビット分と過去の１伝送ビット分について前記波形整形データ算出手段で算出され、前記波形整形データ記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の信号受信装置。
6. 前記波形整形部は、波形“０”、“１”の変化情報を出力し、
   前記波形“０”、“１”の変化情報が１伝送ビット毎に出力されているときは、前記波形整形データ記憶手段から前記現在の１伝送ビット分と過去の１伝送ビット分についての波形整形データを読み出してそれらの和を波形整形データとして波形整形部に出力し、
   前記波形“０”、“１”の変化情報が２伝送ビット毎に出力されているときは、前記波形整形データ記憶手段から前記過去の１伝送ビット分についての波形整形データを読み出してそれを波形整形データとして波形整形部に出力する波形データ演算部、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の信号受信装置。
7. 請求項１または２に記載の信号受信装置が接続されたバスに備えられた信号送信装置において、
   自信号送信装置が送信したバス上の信号を受信する手段と、
   該受信された受信波形の波形状態を監視し、自信号送信装置が送信する送信データの波形整形データを算出する送信側波形整形データ算出手段と、
   前記送信側波形データ算出手段が算出した波形整形データに基づいて送信データの波形整形を行う送信側波形整形手段と、
   を備えたことを特徴とする信号送信装置。
8. 前記複数の信号送信装置毎に、該信号送信装置から前記決められたタイミングで送信される信号の波形整形データを記憶する波形整形データ記憶手段と、
   前記複数の信号送信装置の送信スケジュールを記憶し、受信している信号が前記複数の信号送信装置のうちどの信号送信装置からのものであるかを示す信号送信装置の識別情報を出力する送信スケジューラと、
   前記複数の信号送信装置のうちの一つの信号送信装置からの信号を受信したときに、前記波形整形データ記憶手段から該信号送信装置の波形整形データを読み出して該信号送信装置からの受信信号の波形整形を行う波形整形手段と
   を備え、
   前記送信スケジューラの出力する前記識別情報が自信号送信装置のものであるとき、前記波形整形データ記憶手段は前記波形整形手段が読み出す波形整形データをオール零とし、
   前記波形整形手段は前記受信信号を波形整形を行うことなく前記送信側波形整形データ算出手段に出力し、
   前記送信側波形整形データ算出手段は、前記波形整形の行われていない受信信号に基づいて自信号送信装置が送信する送信データの波形整形データを算出することを特徴とする請求項７に記載の信号送信装置。
9. それぞれ決められたタイミングで信号を送出可能な複数の信号送信装置が接続されたバスに接続され、前記複数の信号送信装置から送出された信号を受信する信号受信装置であって、前記複数の信号送信装置毎に、該信号送信装置から前記決められたタイミングで送信される信号の波形整形データを記憶する波形整形データ記憶手段を備えた信号受信装置における波形整形方法において、
   前記複数の信号送信装置のうちの一つの信号送信装置からの信号を受信し、
   前記波形整形データ記憶手段から該信号送信装置の波形整形データを読み出し、
   該信号送信装置からの受信信号の波形整形を行う、
   ことを特徴とする波形整形方法。
10. 前記信号受信装置は、前記複数の信号送信装置の送信スケジュールを記憶し、受信している信号が前記複数の信号送信装置のうちどの信号送信装置からのものであるかを示す信号送信装置の識別情報を出力する送信スケジューラをさらに備え、
    受信波形の波形状態を監視し、前記送信スケジューラが出力する前記信号送信装置の識別情報に基づいて前記信号送信装置毎に前記波形整形データを算出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の波形整形方法。

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