JP5136460B2 - 通信システム、及びノード - Google Patents

Description

本発明は、差動信号を伝送する伝送路の幹線から各々分岐する複数の支線のそれぞれに接続されたノードが、差動信号により通信を行うように構成された通信システム、及びそのノードに関する。

例えば車両の通信システムでは、制御の高度化・複雑化に伴い、多数の電子制御装置（以下、ＥＣＵと記載する）が搭載されるとともに、それらのＥＣＵ間でやりとりされるデータ量は増加の一途をたどっている。このため、通信システムの性能向上が必要となっている。

この種の通信システムとしては、差動信号を伝送する一対の信号線からなる伝送路として、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有し、その支線のそれぞれにＥＣＵを接続したバス構成のものが知られている。

このような通信システムとして例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）があり、ＣＡＮでは、図示は省略するが、基準電位に対し電位がプラス側に振れるＨラインと電位がマイナス側に振れるＬラインとからなる一対の信号線で伝送路が構成される。

そして、ＣＡＮにおける差動信号の信号レベルには、図６に示すように信号線間に電位差があるドミナントと信号線間に電位差がないリセッシブとがある。より具体的に、Ｈラインの電位がハイレベル（例えば３．５［Ｖ］）でＬラインの電位がローレベル（例えば１．５［Ｖ］）である状態がドミナントであり、Ｈラインの電位がローレベル（例えば２．５［Ｖ］）でＬラインの電位がハイレベル（例えば２．５［Ｖ］）である状態がリセッシブである。尚、一般的には、ＨラインとＬラインとの電位差が例えば０．９［Ｖ］より大きければドミナントと認識され、例えば０．５［Ｖ］より小さければリセッシブと認識される。そして、例えばドミナントの理論値が０とされ、リセッシブの理論値が１とされて、データが二値信号として送受信される。

ところで、例えばＣＡＮをはじめとしたバス構成の通信システムでは、分岐点のインピーダンスの不整合により、分岐点とノードとの間で信号成分が反射を繰り返すような現象（いわゆるリンギング）が発生する。図６に現れているように、例えばＣＡＮにおいて、信号レベルがドミナントからリセッシブに切り替わる際、Ｈラインの電位がマイナス側に大きく振れてしまうとともにＬラインの電位がプラス側に大きく振れ、信号波形が上下に大きく振動する場合がある（図６の期間ｔ）。

このようなリンギングが発生すると、各ＥＣＵ間での通信精度が低下するばかりでなく、通信信号にエラーが発生し、場合によっては通信不能に陥る場合がある。

より具体的には、図６の（ａ），（ｂ）で示す部分において、本来は電位差は０に保持されるべきところ、リンギングによりＨラインの電位がプラス側に振れるとともにＬラインの電位がマイナス側に振れ、電位差が発生する。この場合、本来はリセッシブの期間であるにもかかわらず電位差の大きさによってはドミナントと認識されてしまう。尚、図６の（ｃ），（ｄ），（ｅ）で示す部分では、Ｈラインの電位とＬラインの電位との高低が入れ替わってＬラインの電位がＨラインの電位よりも高くなっているが、このように高低が完全に入れ替わった場合にはリセッシブと認識されるように設計される。

上記のようなリンギングの問題を解決するために、例えば特許文献１には、支線に抵抗素子を直列に接続することで分岐点でのインピーダンスマッチングを図り、支線からの反射を抑制するようにした構成が開示されている。また、例えば特許文献２には、ノードのプラス側出力端子とマイナス側出力端子との間に、そのマイナス側出力端子からプラス側出力端子に向く方向が順方向となるダイオードを配置することで、マイナス側に振幅する電圧を短絡で消費させ、リンギングの発生を抑制するようにした構成が開示されている。

特開２００６−６７５４３号公報 特開２００６−１０１４３０号公報

しかしながら、例えば上記特許文献１では、充分な効果が得られるような（インピーダンスマッチングをとることができるような）インピーダンスを有する抵抗素子を配置すると、差動信号そのものの信号振幅が低下してしまって、場合によっては通信に支障をきたすという問題があった。

また、上記特許文献２では、確かにマイナス側に振幅する電圧が短絡で消費されてこれによりリンギングの発生が抑制されるかもしれないが、マイナス側出力端子からプラス側出力端子へいつでも電流が流れ得るため、例えば伝送路において電源ショートなどの障害が生じた場合には伝送路に大電流が定常的に流れることとなってしまう。このため、別途フェールセーフ対策を講じる必要があり、問題となっていた。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、差動信号を伝送する一対の信号線からなる伝送路として、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有し、その各支線にノードが接続された通信システムにおいて、通信性能を高いレベルに向上させることを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本願発明は、基準電位に対しプラス側に電位が振れる信号線であるＨラインとマイナス側に電位が振れる信号線であるＬラインとの一対の信号線からなる伝送路が、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有し、その各支線にノードが接続され、一対の信号線間に電位差がある優勢信号と一対の信号線間に電位差がない劣勢信号とを用いてノード間で通信がなされる通信システムにおいて、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなると、そのＬラインからＨラインに一時的に電流を流す通電回路を備えている。

このような本願発明では、例えば伝送路にインピーダンスの不整合があってリンギングが発生するような場合でも、次のようにしてリンギングが抑制される。即ち、リンギングが発生すると信号波形のエッジ部分で大きな反射が発生してＬラインの電位がＨラインの電位よりも高くなる状態が一時的に発生するが、この際、本願発明が通電回路を備えていることにより、ＬラインからＨラインに一時的に電流が流れてＬラインの電圧が消費される。このため、Ｌラインの電位が過剰に大きくなることが防止される。ひいては、反射波の１回目の振幅が小さくなり、このためリンギングの減衰が早くなる。よって、リンギングの発生が抑制される。

このような本願発明の通信システムによれば、本来の通信信号の振幅を減衰させることなく、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなった時のみ、ＬラインからＨラインに電流が流れてＬラインの電圧が消費され、リンギングが抑制されるようになる。このように、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなったときにＬラインからＨラインに電流が流れるのであり、ＬラインからＨラインにいつでも電流が流れ得る、というように構成されているわけではないため、例えば伝送路において電源ショートなどの障害が生じた場合でも、伝送路に大電流が流れ続けることが防止或いは抑制され、安全性が高まる。

したがって、通信の確実性が損なわれることなくリンギングに強い通信システムを提供することができる。

また、本発明の通信システムでは、通電回路は、少なくとも、エミッタ端子がＨラインに接続され、コレクタ端子がＬラインに接続され、ベース端子がコンデンサを介してＬラインに接続されるトランジスタと、トランジスタのベース端子とＬラインとの間に接続されるコンデンサと、からなる。

このような通信システムでは、Ｌラインに高電位の反射波が発生した場合、コンデンサを経由してトランジスタがオンする。トランジスタがオンすると、トランジスタのコレクタ端子からエミッタ端子に向かって電流が流れる。即ち、ＬラインからＨラインに向けて電流が流れる。このため、Ｌラインの電圧が消費され、Ｌラインの反射波の振幅が抑制される。したがって、その反射波の減衰も早くなる。

このようにして、確実かつ簡単にリンギングを抑制し得るようになる。

また、本発明の通信システムでは、通電回路は、トランジスタのベース端子とＬラインとの間にてコンデンサと並列接続される抵抗素子を備えている。

例えばトランジスタのベース端子において、そのベース端子の電圧が不安定で定まらない状態であるフローティング状態になると、トランジスタが不要にオンしたりして電流の漏れが発生する。この点、抵抗素子をコンデンサと並列に接続することによって、トランジスタのベース端子の電圧を安定させることができる。したがって、不要な電流の漏れを防止することができる。

また、本願発明は、ノードとしても構成される。つまり、基準電位に対しプラス側に電位が振れる信号線であるＨラインとマイナス側に電位が振れる信号線であるＬラインとの一対の信号線からなる伝送路であって、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有する伝送路のその各支線に接続され、一対の信号線間に電位差がある優勢信号と一対の信号線間に電位差がない劣勢信号とを用いて通信を行うノードであって、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなると、そのＬラインからＨラインに一時的に電流を流す通電回路を備えている。

また、本発明のノードでは、通電回路は、少なくとも、エミッタ端子がＨラインに接続され、コレクタ端子がＬラインに接続され、ベース端子がコンデンサを介してＬラインに接続されるトランジスタと、トランジスタのベース端子とＬラインとの間に接続されるコンデンサと、からなる。

また、本発明のノードでは、通信回路は、トランジスタのベース端子とＬラインとの間にてコンデンサと並列接続される抵抗素子を備えている。

このような本願発明のノードによれば、前述したような通信システムを構成することができる。また、通信システムについて述べたような効果と同じ効果を得ることができる。

本実施形態の通信システム１を示す図面である。 本実施形態のＥＣＵ１０１の具体的構成を示す図面である。 第１実施形態のトランシーバ１５の構成を示す図面である。 第１実施形態の効果を示す図面である。 第２実施形態のトランシーバ１５の構成を示す図面である。 従来の問題点を示す図面である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の通信システム１の概略構成図である。

図１の通信システム１は、車両に搭載されるものであり、バス１０に、自動車の各部を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１０１，１０２，１０３，１０４がそれぞれ接続されてなるものである。尚、ここでは、通信システム１はＣＡＮプロトコルにて通信を行うものであるとする。

バス１０は、通信線２１，２２からなる幹線２０と、通信線２１，２２からそれぞれ分岐する通信線３１，３２からなる支線３０とから構成される。ノードとしてのＥＣＵ１０１〜１０４は、それぞれ、支線３０に接続される。尚、通信線２１，３１がＣＡＮ−Ｈ（以下、Ｈラインとも記載する）であり、通信線２２，３２がＣＡＮ−Ｌ（以下、Ｌラインとも記載する）である。尚、幹線２０の両端には、それぞれ、その幹線２０の両端（バス１０の両端）での反射を抑制するための終端回路５が接続される。

データを送信するノードは、通信線３１，３２に反転信号を送出し、データを受信するノードは、通信線３１，３２の電位差（バス１０の信号レベル）を判定する。バス１０の信号レベルにはドミナント（優性）とリセッシブ（劣性）とがある。ＣＡＮにおいては、バス１０の信号レベル（電位差）が例えば０．９［Ｖ］より大きい場合ドミナントと認識され、バス１０の信号レベル（電位差）が例えば０．５［Ｖ］より小さい場合リセッシブと認識される。また、一般的に、ドミナントの理論値が「０」とされ、リセッシブの理論値が「１」とされる。このような通信システム１では、データが信号レベルに応じた２値信号でやりとりされる。

図２はＥＣＵ１０１の具体的構成を表す図である。尚、ＥＣＵ１０２，１０３，１０４も同様の構成を備えているものとする。

ＥＣＵ１０１は、自動車の各部を制御するための制御処理や他のＥＣＵ１０２，１０３，１０４と通信を行うための処理を実行するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載する）１７と、バス１０に接続されて、マイコン１７から与えられる送信フレームＴＸをバス１０に出力すると共に、バス１０上のデータ（受信フレームＲＸ）をマイコン１７に入力するトランシーバ１５と、外部のセンサ・スイッチ群１２からの信号をマイコン１７に入力すると共に、マイコン１７からの信号を外部のアクチュエータ１４に出力する入出力回路１３と、外部のバッテリ電源（例えば１２［Ｖ］）を降圧した動作電圧（例えば５［Ｖ］）を、マイコン１７、トランシーバ１５、入出力回路１３に供給する電源回路１１とを備えている。

マイコン１７は、周知のＣＰＵ７、ＲＯＭ８、ＲＡＭ９を備えている。また、フレームの送受信（送信フレームＴＸをトランシーバ１５に渡したり、受信フレームＲＸをトランシーバ１５から受け取る）や、どのフレームを優先的に処理するかを決定する調停制御や、通信エラー処理等を実行するコントローラ１９を備えている。

トランシーバ１５は、送信フレームＴＸのデータに応じてバス１０の信号レベルを制御するとともに、逆にバス１０の信号レベルから、受信データを表す「１」か「０」かの二値信号からなる受信フレームＲＸを生成し、コントローラ１９に入力する。

図３は、トランシーバ１５の概略構成を示す図面である。

トランシーバ１５は、送信フレームＴＸをバス１０に送出するための送信バッファ４１と、受信フレームＲＸをバス１０から受信するための受信バッファ４２とを備えている。

また、反射防止回路５０を備えている。

反射防止回路５０は、トランジスタ５１とコンデンサ５２とから構成される。具体的に、トランジスタ５１のエミッタ端子がＨライン（通信線３１）に接続され、コレクタ端子がＬライン（通信線３２）に接続され、ベース端子がコンデンサ５２を介してＬライン（通信線３２）に接続される。

このような本実施形態においては、例えば幹線２０と支線３０との分岐点にインピーダンスの不整合があって分岐点にて反射が発生するような場合でも、反射が繰り返し生じるようなリンギングを抑制することができる。

具体的に、分岐点にて反射が発生してＬラインの電位がＨラインの電位よりも高くなる状態が発生したとすると、高電位となったＬラインの電位のエネルギーがコンデンサ５２に蓄積され、そのコンデンサ５２を介してトランジスタ５１のベース端子に電圧が印加される。即ち、トランジスタ５１がオンする。トランジスタ５１がオンすると、トランジスタ５１のコレクタ端子からエミッタ端子に向かって電流が流れ出し、Ｌラインの電圧を消費する。したがって、反射波の振幅を抑制することができる。特に、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなった時に、一時的に、ＬラインからＨラインに電流が流れるように構成されているのであり、ＬラインからＨラインにいつでも電流が流れ得る、というように構成されているわけではないため、例えば伝送路において電源ショートなどの障害が生じた場合でも、伝送路に大電流が流れ続けることが防止或いは抑制され、安全性が高まる。

例えば、図４に示すが、バス１０の信号レベルがドミナントからリセッシブに切り替わるような際に、Ｈラインの電位がＬラインの電位よりもマイナス側に振れ、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりもプラス側に振れて、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなる状態が一次的に発生したとしても（図４の（Ｃ））、その際、コンデンサ５２を介してトランジスタ５１がオンし、一時的にＬラインからＨラインに電流が流れるようになる。このため、反射波の振幅が抑制される。そして、反射波の１回目の振幅（図４（Ｃ））が抑制されることによって、その後の減衰も早くなる。

尚、図４の（Ｃ），（Ｄ）の部分では、Ｌラインの電位とＨラインの電位との高低関係が完全に逆になっており（即ち、Ｌラインの電位がＨラインの電位よりも高くなっており）、この場合はリセッシブと認識されるように設計されているため問題とはならない。

一方、図４の（Ａ），（Ｂ）の部分において、振幅が大きいと誤ってドミナントと認識される可能性もあるが、本実施形態では、反射防止回路５０を備えていることによってリンギングが抑制され、例えば図４の（Ａ），（Ｂ）の部分の振幅も抑えることができる。従って、本来はリセッシブの期間において、リンギングの発生により誤ってドミナントと認識されてしまうような問題が生じることを防止或いは抑制することができる。

尚、本実施形態において、反射防止回路５０が通電回路に相当している。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について図５を用いて説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態と比較して、反射防止回路５０に代えて図５の反射防止回路６０を備えている点が異なっている。

反射防止回路６０は、図５に示すように、トランジスタ６１と、コンデンサ６２と、抵抗素子６３とから構成される。具体的に、トランジスタ６１のエミッタ端子がＨライン（通信線３１）に接続され、コレクタ端子がＬライン（通信線３２）に接続され、ベース端子がコンデンサ５２を介してＬライン（通信線３２）に接続される。また、抵抗素子６３が、トランジスタ６１のベース端子とＬライン（通信線３２）との間において、コンデンサ５２と並列に接続される。

ところで、抵抗素子６３の抵抗値は、バス１０が定常的にショートしていても熱的にトランジスタ６１が壊れないように比較的大きな値にすることが好ましい。

このような本第２実施形態によれば、上記第１実施形態において述べたような効果に加え、次のような効果を得ることができる。

即ち、抵抗素子６３を備えていることによって、トランジスタ６１のベース端子の電圧を安定させることができる。換言すれば、トランジスタ６１のベース端子がフローティング状態（電圧が不安定で安定しない状態）になることを防止することができる。このため、トランジスタ６１が不要にオンしたりして漏れ電流が発生してしまうことを抑えることができる。したがって、消費電力を抑えることができるとともに、安定性や信頼性に優れた通信システムを提供することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内において種々の形態をとることができる。

例えば、上記実施形態において、反射防止回路５０，６０は、ＥＣＵ１０１〜１０４の外部において、支線３０上に設けられても良いし、幹線２０上に設けられても良い。

１…通信システム
５…終端回路
１０…バス
１１…電源回路
１２…センサ・スイッチ群
１３…入出力回路
１４…アクチュエータ
１５…トランシーバ
１７…マイコン
１９…コントローラ
２０…幹線
３０…支線
４１…送信バッファ
４２…受信バッファ
５０…反射防止回路
５１…トランジスタ
５２…コンデンサ
６０…反射防止回路
６１…トランジスタ
６２…コンデンサ
６３…抵抗素子

Claims (4)

1. 基準電位に対しプラス側に電位が振れる信号線であるＨラインとマイナス側に電位が振れる信号線であるＬラインとの一対の信号線からなる伝送路が、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有し、その各支線にノードが接続され、前記一対の信号線間に電位差がある優勢信号と前記一対の信号線間に電位差がない劣勢信号とを用いて前記ノード間で通信がなされる通信システムにおいて、
   前記Ｌラインの電位が前記Ｈラインの電位よりも高くなると、そのＬラインからＨラインに一時的に電流を流す通電回路を備え、
   前記通電回路は、少なくとも、
   エミッタ端子が前記Ｈラインに接続され、コレクタ端子が前記Ｌラインに接続され、ベース端子がコンデンサを介して前記Ｌラインに接続されるトランジスタと、
   前記トランジスタのベース端子と前記Ｌラインとの間に接続される前記コンデンサとからなる、ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記通電回路は、
   前記トランジスタのベース端子と前記Ｌラインとの間にて前記コンデンサと並列接続される抵抗素子を備えていることを特徴とする通信システム。
3. 基準電位に対しプラス側に電位が振れる信号線であるＨラインとマイナス側に電位が振れる信号線であるＬラインとの一対の信号線からなる伝送路であって、幹線と、該幹線からそれぞれ分岐する複数の支線とを有する前記伝送路のその各支線に接続され、前記一対の信号線間に電位差がある優勢信号と前記一対の信号線間に電位差がない劣勢信号とを用いて通信を行うノードであって、
   前記Ｌラインの電位が前記Ｈラインの電位よりも高くなると、そのＬラインからＨラインに一時的に電流を流す通電回路を備え、
   前記通電回路は、少なくとも、
   エミッタ端子が前記Ｈラインに接続され、コレクタ端子が前記Ｌラインに接続され、ベース端子がコンデンサを介して前記Ｌラインに接続されるトランジスタと、
   前記トランジスタのベース端子と前記Ｌラインとの間に接続される前記コンデンサとからなる、ことを特徴とするノード。
4. 請求項３に記載のノードにおいて、
   前記通電回路は、
   前記トランジスタのベース端子と前記Ｌラインとの間にて前記コンデンサと並列接続される抵抗素子を備えていることを特徴とするノード。

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