JP5043010B2

JP5043010B2 - 通信ネットワークのケーブル終端抵抗値決定方法及び対応する通信ネットワーク

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Publication number: JP5043010B2
Application number: JP2008525679A
Authority: JP
Inventors: エレンドベルンド
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: DE602006019441D1; EP1917602B1; US20080211599A1; US7515014B2; JP2009505470A; ATE494584T1; CN101238451B; EP1917602A1; WO2007017789A1; CN101238451A; EP1917602B8

Description

本発明は概して、通信ネットワークのケーブル終端抵抗値決定方法及びこれに対応する通信ネットワークに関するものであり、特に例えばフレックスレイ（ＦｌｅｘＲａｙ）のような二重ワイヤハーネスを用いる自動車内の高速通信ネットワークに適用できる。

これらのハーネスにおける二重ワイヤケーブルは、反射を防ぐために終端させる必要がある。ケーブルでの反射は、進行波がケーブルを伝播する際に遭遇するインピーダンスの不連続部分で生じる。ケーブル端で生じる反射を防止するためには、ケーブルに抵抗を配置することにより、ケーブルをその特性インピーダンスで終端する必要がある。低速分野（例えばＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）、１２５ｋビット／秒）では、多くの場合、ハーネスの２つのケーブル端のみがケーブルの特性インピーダンスに等しい抵抗値で終端され、他の全てのケーブル端は無限大の抵抗値で終端されている。しかし、この概念によると、これらのケーブル端でデータ信号の多重反射を引き起こす。高速分野（フレックスレイ、１０Ｍビット／秒）では、これらの反射により、多くのネットワークトポロジーで通信を不可能にする。

現在に至るまで、通信ネットワークの主ケーブルの両端を終端するためのいくつかの概念が用いられている。ＲＳ−４８５バスに対してよく用いられる終端手法は、各端で導線対に単一の抵抗を接続することであり、抵抗の値はケーブルの差動モードの特性インピーダンスに整合している。このようにバスを終端すると、この２つの主ケーブル端で反射は起きなくなり、信号忠実度は非常に高くなる。しかし、適切に終端されていない他のケーブル端では、かかる終端により終端抵抗で電力を損失する他の欠点がある。他の手法は、この並列終端を変更すること、例えばフェイルセーフバイアスを与えることである。

電力損失を最小にするために、ＲＣ終端を用いることができる。この場合、上述の解決策における単一の抵抗の代わりに、キャパシタと直列にした抵抗を用いる。キャパシタは過渡期間中、短絡回路とみなされ、抵抗がケーブルを終端する。キャパシタが充電されると、このキャパシタはＤＣループ電流を阻止し、ドライバーの負荷を軽くする。しかし、低域通過効果により、ＲＣ終端の使用をデータ速度が低い分野に制限する。

ＤＳＬシステム、特にＶＤＳＬシステムでは、極めて長い２６ゲージのツイストペアケーブルのＶＤＳＬ周波数帯域全域に亘る入力インピーダンスの平均値に等しい抵抗を推測的に最良のものとして使用するインピーダンス整合手法が終端のために用いられている。

インピーダンス整合を改善するために、適応性のあるハイブリッド終端インピーダンスが使用されている。最も簡単な適応性のある終端インピーダンス整合手法は、可変抵抗装置を調整し、その抵抗値をある周波数でのケーブル入力インピーダンスの大きさに等しくすることである。或いはまた、ある特定の周波数帯域に亘るケーブル入力インピーダンスの平均を用いることもできる。終端インピーダンスを整合する他の手法は、近端エコーを最小限に抑えることである。

要するに上述した終端手法は、従来、ハーネスの２つの主ケーブル端のみにしか適用されず、他のケーブル端は無限大の抵抗値で終端されるので、この他のケーブル端では反射が生じる悪影響を引き起こしてしまう。

従って本発明の目的は、上述した欠点を解決し、且つネットワークトポロジーにおける高速通信を改良するようにした、通信ネットワークのケーブル終端抵抗値決定方法及びこれに対応する通信ネットワークを提供することにある。

本発明によればこの目的は、頭書に記載した構成を請求項１及び８の特徴事項と組み合わせることにより達成される。本発明の有利な例は、従属請求項に記載してある。

本発明の観点によれば、
‐ 各ケーブル端に対して、他の任意のケーブル端までのケーブル長を決定するステップと、
‐ 長いケーブル長に、短いケーブル長よりも大きな重みがつくように各ケーブル長に重みを割り当てるステップと、
‐ 全てのケーブル端に対し、ある特定のケーブル端から始まる全てのケーブル長に割り当てられた重みを合計し、この合計をこのケーブル端の重みとしてケーブル端それぞれに割り当てるステップと、
‐ ケーブルインピーダンスＺに、比例定数と、全ケーブル端の重みの合計を前記特定のケーブル端の重みで割った値とを乗算することによりこの特定のケーブル端の終端抵抗値を決定するステップと、
に従って終端抵抗をネットワークのケーブル端の少なくとも一部に割り当てるようにすることを特徴とする通信ネットワークのケーブル終端抵抗値決定方法を提供する。全てのケーブル端に対して共通の比例定数を用いるのが好ましい。この共通の比例定数は０．５に等しくするのが有利である。

本発明の方法の好適例では、全ての終端抵抗を並列接続することにより得られる等価抵抗が、いかなる場合にも前記ケーブルインピーダンスＺの半分に等しくなるようにする。

更に、全てのケーブル端に対して共通の比例定数を用いるのが好ましい。この共通の比例定数は０．５に等しくするのが有利である。

本発明の方法の他の好適例では、前記重みを連続する自然数とする。

本発明の方法のさらに他の好適例では、前記ケーブル端の重みを、連続する自然数の共通の指数乗とする。この共通の指数を（１，４］の範囲内にするのが好ましい。

本発明の他の観点は、反射が生じる悪影響を最小限に抑え、従って最先端の終端概念を可能とするようにより広い範囲のネットワークトポロジーで高速通信が可能となるように、ハーネス又はネットワークのトポロジーを考慮してワイヤハーネス又は通信ネットワークの各ケーブル端に対する終端抵抗を計算する方法を提供することにある。

本発明の更に他の観点によれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法によって決定した値を有する終端抵抗によりネットワークの全てのケーブル端を終端する。

本発明の上述した及びその他の目的、特徴並びに利点は、添付図面に示す本発明の好適な実施例のより詳細な説明から明らかになるであろう。

図１による代表的なネットワークトポロジーを用いて計算方法を説明する。

計算方法の第１ステップでは、ネットワークにおける各ケーブル端から他の全てのケーブル端までのケーブル長を決定する。

iから jまでケーブル長ｌ _ij
１２３．５ｍ
１３６．０ｍ
１４８．０ｍ
２３５．５ｍ
２４７．５ｍ
３４４．０ｍ

計算方法の第２ステップでは、ケーブル長ｌ_ijを昇順に整理し、最小のケーブル長に重み１を、次に長いケーブル長に重み２を割り当て、以下同様に行う。

ケーブル長ｌ _ij 重みｗ _ij
３．５ｍ１
４．０ｍ２
５．５ｍ３
６．０ｍ４
７．５ｍ５
８．０ｍ６

第３のステップでは、同じケーブル端ｉで始まる全てのケーブル長の重みｗ_ijを合計し、その結果をケーブル端ｉの重みｗ_iとする。

ケーブル端ｉ重みｗ _i
１１１＝１＋４＋６（３．５ｍ、６．０ｍ、８．０ｍ）
２９＝１＋３＋５（３．５ｍ、５．５ｍ、７．５ｍ）
３９＝４＋３＋２（６．０ｍ、５．５ｍ、４．０ｍ）
４１３＝６＋５＋２（８．０ｍ、７．５ｍ、４．０ｍ）

最終ステップである第４ステップでは、ケーブルインピーダンスＺの半分に、全ケーブル端の重みの合計を個々のケーブルの重みｗ_iで割った値を掛けることにより各ケーブル端の終端抵抗Ｒｉを算出する。

ノード終端抵抗値
１Ｒ１＝（Ｚ／２）×（１１＋９＋９＋１３）／１１
＝（Ｚ／２）×４２／１１
２Ｒ２＝（Ｚ／２）×４２／９
３Ｒ３＝（Ｚ／２）×４２／９
４Ｒ４＝（Ｚ／２）×４２／１３

この方法は、任意の数のケーブル端を有するネットワークトポロジーに適用することができる。

全ての終端抵抗を並列接続することにより得られる等価抵抗の値は、いかなる場合でもＺ／２に等しい。

更なる変形例：
微調整するために、加算結果ｗ_iに指数を適用することにより第３ステップを例えば以下のように変更することができる。

ケーブル端重みｗ _i ^*
１（１＋４＋６）^１．２＝１７．８
２（１＋３＋５）^１．２＝１３．９
３（４＋３＋２）^１．２＝１３．９
４（６＋５＋２）^１．２＝２１．７

指数を［１…４］の範囲にすることにより、実際に良好な結果が得られたことを確かめた。

本発明の方法は、ＣＡＮやフレックスレイのような通信ネットワークに適用できる。

本発明は、特定の実施例につき説明したが、種々の変更が可能であることが当業者にとって明らかである。従って、上述した本発明の好適な実施例は、本発明を限定するものではない。特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。

図１は、４つのケーブル端を有する代表的なワイヤハーネスを示す線図である。

符号の説明

１ケーブル端
２ケーブル端
３ケーブル端
４ケーブル端

Claims

‐ 各ケーブル端に対して、他の任意のケーブル端までのケーブル長を決定するステップと、
‐ 長いケーブル長に、短いケーブル長よりも大きな重みがつくように各ケーブル長に重みを割り当てるステップと、
‐ 全てのケーブル端に対し、ある特定のケーブル端から始まる全てのケーブル長に割り当てられた重みを合計し、この合計をこのケーブル端の重みとしてケーブル端それぞれに割り当てるステップと、
‐ ケーブルインピーダンスＺに、比例定数と、全ケーブル端の重みの合計を前記特定のケーブル端の重みで割った値とを乗算することによりこの特定のケーブル端の終端抵抗値を決定するステップと、
に従って終端抵抗をネットワークの全てのケーブル端に割り当てるようにすることを特徴とする通信ネットワークのケーブル終端抵抗値決定方法。
請求項１に記載の方法において、全ての終端抵抗を並列接続することにより得られる等価抵抗値が、いかなる場合でも前記ケーブルインピーダンスＺの半分に等しくすることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記重みを連続する自然数とすることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記ケーブル端の重みを、連続する自然数の共通の指数乗にすることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記共通の指数を（１，４］の範囲内にすることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、全てのケーブル端に対して共通の比例定数を用いることを特徴とする方法。
請求項６に記載の方法において、前記共通の比例定数を０．５に等しくすることを特徴とする方法。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によって決定した終端抵抗を有する通信ネットワーク。
請求項８に記載の通信ネットワークにおいて、このネットワークをコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）又はフレックスレイネットワークとして構成したことを特徴とする通信ネットワーク。