JP5407815B2 - 受信処理装置及び通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、受信処理装置及びその受信処理装置を備える通信装置に関するものである。
従来、複数の通信装置が通信線を介して接続された通信システムとして、通信線を介して送受信される電圧信号(通信信号)を、出力電圧が変動し得る直流電源の出力電圧から生成するように構成されたものが知られている。
例えば近年の車両においては、複数のECU(電子制御装置)を通信線としてのバスを介して接続することにより通信システムを構築することが一般的であり、こうした通信システムの中には、車両に搭載されたバッテリの出力電圧(バッテリ電圧)をハイレベルとし、接地電位(GND=0V)等の基準電圧をローレベルとした二値の電圧信号で通信を行うものがある(特許文献1,2参照)。
特開2005−335607号公報 特表2009−526451号公報
前述したような車両の通信システムにおいて、各ECUは、バスの電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかをしきい値電圧を基準に判定する。この点、車両に搭載されるECUは、車両に搭載されたバッテリからの電力供給により駆動される(つまりバッテリ電圧が印加される)ことが通常であることから、バッテリ電圧を分圧することでしきい値電圧を生成することができる。具体的には、例えば図8に示すように、バス10の電圧信号と、バッテリ電圧VBATを同一抵抗値の抵抗11,12で2分の1に分圧した電圧とをコンパレータ(比較器)13で比較することで、バスの電圧信号に応じた二値の受信信号を出力する。
ここで、バッテリ電圧は時間の経過に伴い緩やかに変動し得るため、バスの電圧信号も変動し得ることになるが、バッテリ電圧を分圧して生成したしきい値電圧はバッテリ電圧の変動に伴い変動することから、バスの電圧信号が適切に判定されることになる。
しかしながら、車両に搭載されるECUの中には、バッテリ電圧が印加されず、定電圧電源により生成される定電圧が印加されるものもあり、この種のECUが通信システムに混在すると、通信が正常に行い得なくなってしまうことが考えられる。
すなわち、定電圧が印加されるECUでは、その定電圧を分圧することでしきい値電圧を生成することになるが、このようにして生成したしきい値電圧はバッテリ電圧の変動に関係なく一定値に保たれることから、バッテリ電圧の変動が大きくなるとバスの電圧信号が適切に判定されなくなるといった問題が生じ得る。例えば、バッテリ電圧の60%以上をビット「1」、40%以下をビット「0」と判定することが通信規格上求められているような場合に、バッテリ電圧が8Vから16Vまでの範囲で変動し得ることを想定すると、バッテリ電圧が8Vの状態では3.2V〜4.8Vの範囲に、16Vの状態では6.4V〜9.6Vの範囲にしきい値電圧を設定しなければならないこととなり、固定値としての設定は不可能となる。
なお、この問題は、車両の通信システムに限らず、出力電圧が変動し得る直流電源の出力電圧から通信線の電圧信号が生成されるように構成された通信システムであれば生じ得る。
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、出力電圧が変動し得る直流電源の出力電圧から通信線の電圧信号が生成される通信システムにおいて、通信線の電圧信号を適切に判定することのできる受信処理装置及び通信装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するためになされた本発明の請求項1に記載の受信処理装置は、出力電圧が変動し得る直流電源としての車載バッテリの出力電圧から通信線の電圧信号が生成される車載用通信システムであって、通信線の電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかをしきい値電圧を基準に判定する複数の通信装置によって構築され、車載バッテリの出力電圧が印加され、出力電圧の変動に伴い変動するしきい値電圧を生成する通信装置である第1種の通信装置と、車載バッテリの出力電圧が印加されず、定電圧が印加される通信装置である第2種の通信装置と、が混在する車載用通信システム、において第2種の通信装置に設けられるものである。
具体的には、本発明の受信処理装置は、入力電圧を分圧した電圧を出力する分圧回路と、入力電圧のピーク値を保持した電圧を出力するピークホールド回路とを有するしきい値電圧生成手段を備える。そして、しきい値電圧生成手段は、通信線から入力した電圧信号を分圧回路及びピークホールド回路を介して出力することにより、通信線の電圧信号のピーク電圧が分圧された電圧をしきい値電圧として生成する。なお、分圧回路とピークホールド回路との位置関係(前後関係)は特に限定されない。
このような受信処理装置によれば、通信線の電圧信号を生成する直流電源としての車載バッテリの出力電圧が印加されない第2種の通信装置においても、通信線の電圧信号を利用することで、直流電源としての車載バッテリの出力電圧の変動に伴い変動するしきい値電圧を生成することができる。よって、通信線の電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかを適切に判定することができる。
ところで、車載用通信システムの構成によっては、ノイズ等の影響により通信線の電圧信号が一時的に大きく変動した場合に、しきい値電圧が適正なレベルから大きくずれてしまう可能性がある。
そこで、例えば請求項2に記載の受信処理装置では、しきい値電圧生成手段は、電圧の最大値を一定値以下に制限する電圧制限回路を更に有し、しきい値電圧をあらかじめ決められた電圧の範囲に制限する。
このような受信処理装置によれば、ノイズ等の影響により通信線の電圧信号が一時的に大きく変動しても、生成されるしきい値電圧が適正なレベルから大きくずれてしまうことを防ぐことができる。
さらに、例えば請求項3に記載のように、電圧制限回路が、電圧の最小値についても一定値以上に制限するものであれば、通信線の障害等により電圧信号が長期にわたって低下したような場合にもしきい値電圧が適正なレベルから大きくずれてしまうことを防ぐことができる。
なお、請求項に記載の通信装置は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の受信処理装置を備えるものである。
実施形態の通信システムの概略構成を表すブロック図である。 LINレシーバの構成を表すブロック図である。 ピークホールド回路の構成を表すブロック図である。 上下限電圧リミッタの構成を表すブロック図である。 LINレシーバについてのシミュレーション結果の説明図である。 変形例としてのLINレシーバの構成を説明するための説明図である。 上下限電圧リミッタを有しない変形例としてのLINレシーバの構成を説明するための説明図である。 従来のレシーバの構成を表すブロック図である。
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.全体構成]
図1は、実施形態の通信システムの概略構成を表すブロック図である。
この通信システムは、車両に搭載された複数のECU(電子制御装置)100,100,…が通信線としてのバス10を介して接続されることにより構築されたものであり、各ECU100が通信装置(ノード)として機能する。具体的には、この通信システムでは、周知の通信プロトコルであるLIN(Local Interconnect Network)に従った通信が行われる。
この通信システムを搭載した車両には、直流電源としての定格電圧12Vのバッテリ(図示せず)と、このバッテリの出力電圧(以下「バッテリ電圧」という)VBATから5Vの定電圧VCCを生成する定電圧電源(図示せず)とが搭載されている。そして、この通信システムを構築するECU100,100,…は、バッテリ電圧VBATが印加される12V系ECU100bと、定電圧電源により生成される定電圧VCCが印加される(換言すれば、バッテリ電圧VBATが印加されない)5V系ECU100cとに大別される。なお、定電圧電源は専用の回路(装置)として設けてもよいが、特定のECU100を定電圧電源として機能させるようにしてもよい。
[2.ECUの構成]
次に、各ECU100の構成(12V系ECU100b及び5V系ECU100cに共通する構成)について説明する。
図1に示すように、ECU100は、LIN通信回路111を有するマイコン110と、LINドライバ(送信回路)130及びLINレシーバ(受信回路)140を有するLINトランシーバ120とを備えている。
マイコン110は、通信端子としてのRx端子及びTx端子を備え、それぞれの端子がLINトランシーバ120の通信端子と接続されている。なお、LIN通信回路111は、マイコン110においてハードウェアによって実現することも、ソフトウェアによって実現することも、ハードウェア及びソフトウェアの両方によって実現することも可能である。
LINトランシーバ120は、バス10とマイコン110との間のインタフェース用ICである。バス10の電圧はバッテリ電圧VBAT(ハイレベル)にプルアップされており、LINトランシーバ120のLINドライバ130でバス10を接地電位(GND=0V)に短絡することでローレベルとなる。つまり、LINドライバ130は、バッテリ電圧VBATをハイレベル(レセッシブ)、接地電位をローレベル(ドミナント)とした二値の電圧信号(通信信号)を、バス10を介して送受信する。
なお、図示しないが、ECU100には、外部電源(バッテリ又は定電圧電源)から供給された電力を当該ECU100内の各回路に供給する電源回路が設けられている。
[3.LINレシーバの構成]
次に、LINレシーバ140の構成について説明する。図2は、LINレシーバ140の構成を表すブロック図である。
LINレシーバ140は、バス10と接地電位との間に直列に接続された分圧抵抗151,152を有する分圧回路150を備えている。分圧抵抗151,152は、抵抗値の比率が1:2に設定されており、分圧抵抗151,152の接続点にはバス10の電圧信号を3分の2に分圧した電圧が発生する。
また、LINレシーバ140は、分圧回路150とは別に、バス10と接地電位との間に直列に接続された分圧抵抗161,162を有する分圧回路160を備えている。分圧抵抗161,162は、抵抗値の比率が2:1に設定されており、分圧抵抗161,162の接続点にはバス10の電圧信号を3分の1に分圧した電圧が発生する。
さらに、LINレシーバ140は、分圧回路160によって分圧された電圧信号(分圧抵抗161,162の接続点の電圧)を入力し、入力電圧のピークが保持された電圧を出力するためのピークホールド回路170を備えている。なお、ピークホールド回路170自体は周知の回路構成を採用すればよく、例えば図3に示すようにオペアンプ171、ダイオード172、コンデンサ173及び抵抗174を用いて構成することができる。なお、図3はあくまでも原理図であり、実際には出力を高インピーダンスで受けるバッファやコンデンサをリセットする回路が必要となる。
図2に戻り、LINレシーバ140は、ピークホールド回路170によって出力された電圧をあらかじめ設定された最小値から最大値までの範囲(本実施形態では通信規格上の範囲)内に制限して出力する上下限電圧リミッタ180を備えている。なお、上下限電圧リミッタ180自体についても周知の回路構成を採用すればよく、例えば図4に示すように抵抗181及びダイオード182,183を用いて構成することができる。
再び図2に戻り、LINレシーバ140は、分圧回路150によって分圧された電圧信号(分圧抵抗151,152の接続点の電圧)を非反転入力端子(+端子)から入力し、上下限電圧リミッタ180によって出力された電圧を反転入力端子(−端子)から入力して、これらの比較結果に応じた二値の受信信号(ビット「1」又はビット「0」)を出力するコンパレータ(比較器)190を備えている。
このように構成されたLINレシーバ140では、バス10の電圧信号(バッテリ電圧VBATをハイレベル、接地電位をローレベルとする電圧信号)が、分圧回路150で3分の2に分圧された後、コンパレータ190の非反転入力端子(+端子)に入力される。一方、分圧回路160ではバス10の電圧信号が3分の1に分圧され、更にピークホールド回路170でピーク値(3分の1に分圧されたハイレベルの電圧)が保持された後、上下限電圧リミッタ180を介してコンパレータ190の反転入力端子(−端子)に入力される。つまり、バスの電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかを判定するためのしきい値電圧(リファレンス電圧)として、非反転入力端子(+端子)に入力される電圧信号の振幅のちょうど中間となる値(バッテリ電圧VBATを3分の1に分圧した場合と同様の電圧)が生成される。このように生成されるしきい値電圧は、バッテリ電圧VBATを分圧した場合に得られる電圧と同様、バッテリ電圧VBATの変動に伴い変動することになる。
そして、コンパレータ190では、バス10の電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかが、このしきい値電圧を基準に判定される。具体的には、非反転入力端子(+端子)に入力されたバス10の電圧信号を3分の2に分圧した電圧信号と、反転入力端子(−端子)に入力されたしきい値電圧とが比較され、その比較結果に応じた二値の受信信号(ビット「1」又はビット「0」)がマイコン110のRx端子に入力される。
なお、上下限電圧リミッタ180は、ピークホールド回路170の出力電圧が正常値(バッテリ電圧VBATを3分の1に分圧した場合と同様の電圧)であれば特に必要のないものであるが、本実施形態では、ピークホールド回路170の出力電圧が正常値からかけ離れた場合を想定して設けられている。すなわち、通信システムの構成によっては、ピークホールド回路170の入力電圧にノイズ等が重畳されることにより出力電圧が通信規格上あり得ない電圧となってしまう可能性があるが、本実施形態のように上下限電圧リミッタ180を設けておけば、しきい値電圧を通信規格上の範囲内に制限することができる。
[4.シミュレーション結果]
次に、5V系ECU100cに設けられるLINレシーバ140についてのシミュレーション結果について説明する。
図5(a)は、LINレシーバ140の構成に対応するシミュレーション用回路である。なお、この回路のうち、分圧回路150,160、ピークホールド回路170、上下限電圧リミッタ180及びコンパレータ190に関する詳細な説明は省略する。
このシミュレーション用回路は、バスの電圧信号に対応する0V/12Vのパルス電圧を発生するパルス電圧発生源201と、5Vの定電圧を発生する定電圧電源202と、2.5Vの定電圧を発生する定電圧電源203と、10.3Vの定電圧を発生する定電圧電源204とを備える。
パルス電圧発生源201で発生したパルス電圧は、分圧回路150,160によってそれぞれ分圧される。なお、分圧回路150における分圧抵抗151,152の抵抗値は10kΩ,20kΩに設定されており、分圧回路160における分圧抵抗161,162の抵抗値は20kΩ,10kΩに設定されている。
また、定電圧電源202で発生した5Vの定電圧は、オペアンプ171,211及びコンパレータ190に印加される。なお、このシミュレーション用回路において、オペアンプ211はボルテージフォロアとして機能する。
一方、定電圧電源203,204は、上下限電圧リミッタ180により制限する電圧の下限値及び上限値を設定するために設けられている。具体的には、バッテリ電圧の60%以上をビット「1」、40%以下をビット「0」と判定することが通信規格上求められていることを前提として、バッテリ電圧VBATが8Vから16Vまでの範囲で変動し得ることを想定すると、バッテリ電圧VBATが8Vの状態でその40%の電圧(8×0.4=3.2V)を下回るような電圧や、バッテリ電圧VBATが16Vの状態でその60%の電圧(16×0.6=9.6V)を上回るような電圧は、しきい値電圧としては明らかに通信規格外の電圧であるため、3.2V〜9.6Vの範囲内に制限する。ただし、ダイオード182,183の順方向電圧降下である0.7Vを加味して、下限値を設定する定電圧電源203は2.5V(=3.2−0.7)の定電圧を発生し、上限値を設定する定電圧電源204は10.3V(=9.6+0.7)の定電圧を発生するように設定されている。
図5(b)は、図5(a)のシミュレーション回路における電圧変化を示したものであり、P1はパルス電圧発生源201の出力電圧、P2は分圧回路150の出力電圧、P3はピークホールド回路170の出力電圧、P4は上下限電圧リミッタ180の出力電圧(しきい値電圧)、P5はコンパレータ190の出力電圧である。このシミュレーション結果から、分圧回路150の出力電圧P2の振幅のちょうど中間となるしきい値電圧P4が分圧回路160及びピークホールド回路170によって生成されることが確認された。
また、図示は省略するが、上下限電圧リミッタ180の効果を確認するため、バス10の電圧信号にノイズが重畳したことを想定したシミュレーションも行った。具体的には、パルス電圧発生源201の出力電圧P1に急激な電圧変動を生じさせたところ、ピークホールド回路170の出力電圧が上昇したが、上下限電圧リミッタ180によって通信規格上の範囲内に制限された。このシミュレーション結果から、上下限電圧リミッタ180を設けることにより、バス10にノイズが重畳した場合にもしきい値電圧の大幅な乱れが抑制されることが確認された。
[5.効果]
以上説明したように、本実施形態の通信システムにおいてECU100に設けられるLINレシーバ140は、入力電圧を分圧した電圧を出力する分圧回路160と、入力電圧のピーク値を保持した電圧を出力するピークホールド回路170とを有し、バス10から入力した電圧信号を分圧回路160及びピークホールド回路170を介して出力することにより、バス10の電圧信号のピーク電圧(バッテリ電圧VBAT)が分圧された電圧をしきい値電圧として生成する。このため、バッテリ電圧VBATが印加されない5V系ECU100cにおいても、バス10の電圧信号を利用することで、バッテリ電圧VBATの変動に伴い変動するしきい値電圧を生成することができる。よって、バス10の電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかを適切に判定することができる。
なお、ピークホールド回路170はピーク時の電圧を永久に保持し得る(出力し続ける)といった理想回路ではなく、入力電圧が出力電圧を下回る状態が継続すれば出力電圧は徐々に低下する。この点、バッテリ電圧VBATの変動は緩やかなものであるため、バッテリ電圧VBATが低下する方向に変動するような場合にもしきい値電圧はバッテリ電圧VBATの変動に合わせて低下することになる。
また、このLINレシーバ140は、電圧の最大値を一定値以下に制限するとともに電圧値の最小値を一定値以上に制限する上下限電圧リミッタ180を有しており、しきい値電圧をあらかじめ決められた電圧の範囲に制限するようにしている。このため、ノイズ等の影響によりバス10の電圧信号が一時的に大きく変動しても、生成されるしきい値電圧が適正なレベルから大きくずれてしまうことを防ぐことができる。また、バス10の障害等により電圧信号が長期にわたって低下したような場合にもしきい値電圧が適正なレベルから大きくずれてしまうことを防ぐことができる。
[6.特許請求の範囲との対応]
なお、本実施形態の通信システムでは、ECU100が通信装置に相当し、LINレシーバ140が受信処理装置に相当し、分圧回路160、ピークホールド回路170及び上下限電圧リミッタ180がしきい値電圧生成手段に相当し、特に上下限電圧リミッタ180が電圧制限回路に相当する。
[7.他の形態]
以上、本発明の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ことなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態のLINレシーバ140で分圧回路150,160における抵抗値の比率をそれぞれ1:2,2:1に設定しているのは、コンパレータ190の非反転入力端子(+端子)に入力される電圧信号の振幅のちょうど中間となるようなしきい値電圧を生成することが通信規格上望ましいからである。ただし、上記比率はあくまでも一例であって、これ以外の比率に設定可能であることは言うまでもない。また、しきい値電圧をコンパレータ190の非反転入力端子(+端子)に入力される電圧信号の振幅のちょうど中間とすることは必須要件ではない。
一方、上記実施形態ではバス10の電圧信号を分圧回路150で分圧する構成のLINレシーバ140を例示したが、分圧回路150は省略することも可能であり、この場合には分圧回路160における抵抗値の比率を1:1に設定することが好ましい。
また、上記実施形態では、分圧回路160がピークホールド回路170に入力される前の電圧を分圧する構成(換言すれば、分圧回路160がピークホールド回路170の前段に設けられた構成)のLINレシーバ140を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図6(a)に示すように、分圧回路160がピークホールド回路170から出力された後の電圧を分圧する構成(換言すれば、分圧回路160がピークホールド回路170の後段に設けられた構成)とすることも可能である。また、図6(b)に示すように、ピークホールド回路170の後段に上下限電圧リミッタ180を設け、分圧回路160が上下限電圧リミッタ180から出力された後の電圧を分圧する構成(換言すれば、分圧回路160が上下限電圧リミッタ180の後段に設けられた構成)とすることも可能である。
さらに、上記実施形態では、上下限電圧リミッタ180を有する構成のLINレシーバ140を例示したが、これに限定されるものではなく、通信システムの構成によっては、上下限電圧リミッタ180を有しない構成とすることも可能である。具体的には、例えば図7(a)に示すように、分圧回路160がピークホールド回路170に入力される前の電圧を分圧する構成(換言すれば、分圧回路160がピークホールド回路170の前段に設けられた構成)や、図7(b)に示すように、分圧回路160がピークホールド回路170から出力された後の電圧を分圧する構成(換言すれば、分圧回路160がピークホールド回路170の後段に設けられた構成)とすることが可能である。
一方、上記実施形態では、5V系ECU100cだけでなく12V系ECU100bもバス10から入力した電圧信号からしきい値電圧を生成するように構成された通信システムを例示したが、これに限定されるものではなく、12V系ECU100bについては従来のようにバッテリ電圧VBATからしきい値電圧を生成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、通信プロトコルとしてLINを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、ISO9141規格の通信にも本発明は適用可能である。
10…バス、100…ECU、110…マイコン、111…LIN通信回路、120…LINトランシーバ、130…LINドライバ、140…LINレシーバ、150,160…分圧回路、170…ピークホールド回路、180…上下限電圧リミッタ、190…コンパレータ

Claims (4)

  1. 出力電圧が変動し得る直流電源としての車載バッテリの前記出力電圧から通信線の電圧信号が生成される車載用通信システムであって、前記通信線の電圧信号がハイレベル及びローレベルのうちのいずれであるかをしきい値電圧を基準に判定する複数の通信装置によって構築され、前記車載バッテリの前記出力電圧が印加され、前記出力電圧の変動に伴い変動する前記しきい値電圧を生成する前記通信装置である第1種の通信装置と、前記車載バッテリの前記出力電圧が印加されず、定電圧が印加される前記通信装置である第2種の通信装置と、が混在する前記車載用通信システム、において前記第2種の通信装置に設けられる受信処理装置であって、
    入力電圧を分圧した電圧を出力する分圧回路と、入力電圧のピーク値を保持した電圧を出力するピークホールド回路とを有するしきい値電圧生成手段を備え、
    前記しきい値電圧生成手段は、前記通信線から入力した電圧信号を前記分圧回路及び前記ピークホールド回路を介して出力することにより、前記通信線の電圧信号のピーク電圧が分圧された電圧を前記しきい値電圧として生成すること
    を特徴とする受信処理装置。
  2. 前記しきい値電圧生成手段は、電圧の最大値を一定値以下に制限する電圧制限回路を更に有し、前記しきい値電圧をあらかじめ決められた電圧の範囲に制限すること
    を特徴とする請求項1に記載の受信処理装置。
  3. 前記電圧制限回路は、電圧の最小値についても一定値以上に制限すること
    を特徴とする請求項2に記載の受信処理装置。
  4. 請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の受信処理装置を備えること
    を特徴とする通信装置。
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