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

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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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