JP5532910B2 - 光通信装置、通信ハーネス及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電気的な通信を行なう通信装置間を接続して一旦光信号へ変換することによって通信線におけるリンギングを抑制し、通信装置間の通信品質を向上させることができる通信システムに関し、所定のプロトコルに基づく電気的通信と、光通信との混在を実現させることが可能な光通信装置、通信ハーネス及び通信システムに関する。

近年では、複数の通信装置を接続し、各通信装置に夫々機能を割り振って相互にデータを交換し、連携して多様な処理を行なわせるシステムが各分野で利用されている。例えば、車両に配される車載ＬＡＮ（Local Area Network）の分野では、ＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）に通信機能を持たせ、各ＥＣＵに夫々特化させた処理を行なわせて相互にデータを交換することにより、システムとして多様な機能を実現させている。

各ＥＣＵの機能が特化していく一方で、通信システム全体で可能となるべき機能は増大化する傾向にあるので、通信手段を備える装置（ノード）の数は増大化している。しかしながら、通信線に多くのノードを接続するとリンギングなどが発生しやすくなり、通信障害の発生頻度が増加するという問題がある。現行のＣＡＮ（Controller Area Network）を採用した通信では、通信線に接続可能なノード数に制限を設けている。

通信システム全体の機能が増大して機器の数が増えることで通信線及び他の信号線への電磁ノイズの影響が無視できない。特に、車両の分野ではＥＶ（Electric Vehicle）及びＨＥＶ（Hybrid EV）の普及により車両内に高電圧ケーブルが配策されている。電磁ノイズの影響を排除するために通信線にはシールド処理されたもの（ＳＴＰ：Shielded Twisted Pair）を用いることが望ましい。しかしながら、従来から用いられているＥＣＵは、ＵＴＰにて信号を送受信するように構成されており、ＳＴＰへ対応させるためにコネクタ等を全て変更することは現実的でない。

リンギング防止のためには、通信線を複数に分け、異なる通信線にＥＣＵを夫々接続して一通信線に接続するノードの数に制限を設けるように構成される。これらの構成では、異なる通信線間はデータの送受信を制御するゲートウェイ（ＧＷ：Gate Way）により接続される。しかしながら、一通信線あたりのノード数制限のためにＧＷを通信システムに含める構成では、通信システム全体の部品点数が増加しシステム全体のコストが上がる。

そこで、電磁ノイズの影響を受けない光デバイスを利用した光通信を採用することが考えられる。車両の分野でも一部を光通信によって実現する構成が提案されている（特許文献１）。

特開２００８−２１９３５３号公報

しかしながら、従来のＥＣＵ間の通信では上述したように、ＣＡＮが広く採用されている。一部を光通信によって実現する場合でも、各ＥＣＵがそのままＣＡＮに基づく通信機能を利用できることが望ましい。ＣＡＮの通信機能を利用できれば、従来のＥＣＵを接続してシステムを構築できるからである。

ＣＡＮのプロトコルでは特に、通信の衝突に対する調停処理を行なうために、各ノードは通信線を常に監視する。各ノードは自身が送信する場合も、通信線を送信されている信号と自身が送信した信号とを比較して一致する場合は送信処理を続行し、不一致の場合は送信処理を停止する。一部を光通信とした場合でも、自ら送信する信号も他からの信号をも全て各ノードが検出できるように、光通信と電気的通信との間を構成する必要がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定のプロトコルに基づく電気的通信と、光通信との混在を実現させることが可能な光通信装置、該光通信装置を含む通信ハーネス及び前記光通信装置を含む通信システムを提供することを目的とする。

第１発明に係る光通信装置は、複数の通信線夫々と接続される複数の接続部と、光通信線と接続される一の光接続部と、各接続部をバス型に接続する信号線と、該信号線に接続されており、該信号線に送信する信号を受け付ける送信端子及び該信号線から受信した信号を出力する受信端子を有し、所定のプロトコルに基づき、前記送信端子で受け付けた信号を前記信号線へ送信しつつ送信中の信号を前記受信端子から出力する送受信部と、前記光接続部及び前記送受信部に接続しており、前記光接続部を介して受信した光信号を電気的信号に変換して前記送受信部の送信端子へ出力しつつ前記送受信部の受信端子から出力される信号を光信号に変換して前記光接続部へ出力する変換部とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る光通信装置は、前記所定のプロトコルはＣＡＮ（Control Area Network）であることを特徴とする。

第３発明に係る光通信装置は、前記接続部、送受信器、光接続部及び変換部は、基板に実装されており、前記信号線は前記基板上にプリントされてあることを特徴とする。

第４発明に係る光通信装置は、前記信号線に接続され、前記信号線へ出力される信号の波形を整形する回路を更に備えることを特徴とする。

第５発明に係る通信ハーネスは、第１乃至第４発明のいずれかに記載の光通信装置と、該光通信装置の前記複数の接続部に夫々接続される複数の通信線と、前記光通信装置の前記光接続部に接続される一の光通信線とを含むことを特徴とする。

第６発明に係る通信システムは、複数の通信装置が夫々接続された複数の通信線と、該複数の通信線が接続された第１乃至第４発明のいずれかに記載の光通信装置とを含むことを特徴とする。

本発明では、通信線に送信されている信号、特に自身が送信する信号をも含めて監視する必要がある所定のプロトコル（例えばＣＡＮ）に基づき信号を送受信する送受信部（ＣＡＮであれば調停処理（アービトレーション））を実行する構成部が、複数の電気通信線が接続される複数の接続部とバス型に接続されている。したがって、複数の接続部の先に接続される通信装置（ノード）が夫々、調停処理の結果送信できた信号は、信号線に送信される。当該信号は送受信部により受信されて変換部へ出力され、光信号へ変換されて光接続部を介して光通信線へ送信される。これにより、光通信線を介して接続される他の通信機器でも、複数の接続部を介して接続される電気的通信を行なう他の通信装置からの信号を監視できる。また、送受信部は、光接続部が光通信線を介して光信号を受信し、変換部にて変換された信号の信号線への送信を試みつつ、所定のプロトコルに基づき、信号線へ送信されている信号を変換部へ出力し続ける。これにより、光通信線を介して接続される他の通信機器でも、実際に送信されている信号を常に監視することができ、調停処理を行なった上で通信が可能である。

本発明では、各構成部は基板に実装され、信号線は基板上にプリントされている。ＣＡＮに基づき電気的通信を実行する通信装置（ノード）が接続された通信線を各接続部に接続し、光接続部には同一の光通信装置の光接続部を光通信線を介して接続する簡易な構成により、光通信を混在させたＣＡＮに基づく通信システムを実際に構築することが可能である。

本発明では、信号線における信号波形を整形する回路が更に備えられるから、電気的通信における電磁ノイズを除去してより効果的にリンギングの影響を抑制することが可能である。

本発明による場合、本発明の光通信装置に、電気的通信線を接続し、当該通信線にＣＡＮに対応した通信装置（ノード）を接続し、光接続部には光通信線を接続し、光通信線には更に本発明の光通信装置を接続する構成で、ＣＡＮに基づく通信と光通信とを混在させた通信システムを容易に構築することができる。これにより、電磁ノイズ及びリンギングの影響を抑制しつつ、従来のＣＡＮプロトコルに基づく通信を維持することができる。

本実施の形態における光通信装置の構成を示す上方斜視図である。 光通信装置を含む通信システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。

図１は、本実施の形態における光通信装置１の構成を示す上方斜視図である。光通信装置１は、基板１０上に、ＣＡＮ対応のＵＴＰ（Unshielded Twisted Pair）ケーブル２ａのコネクタ部２１ａが接続される接続部１１ａを始めとするメタルコネクタである接続部１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈが実装されて構成されている。基板１０上には接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ間を夫々接続する信号線１２及び信号線１３がプリントされている。基板１０上の信号線１２及び信号線１３は夫々、基板１０上に実装されたＣＡＮ送受信部１４に接続されている。ＣＡＮ送受信部１４は更に、基板１０上に実装された変換部１５に接続され、変換部１５は光コネクタ（光接続部）を含み、光通信線３のコネクタ部３１と接続される。信号線１２，１３には更に、基板上１０に実装された整形回路１６が接続されている。

接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈは夫々、ＵＴＰケーブル２ａのコネクタ部２１ａが嵌合するメス型の受け口を有する。いずれの受け口も基板１０の外側を向くように、接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈは基板１０の周縁部に４つずつ並設されている。基板１０の上面に筐体が被せられる場合も、受け口は露出するように構成される。接続部１１ａは、コネクタ部２１ａが差し込まれた場合に信号線１２及び１３とＵＴＰケーブル２１ａ内部の信号線とが接続されるように信号線１２及び１３の端部を受け口の内部に有する。

信号線１２及び信号線１３は、基板１０の中央に、接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、接続部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈとの間を通るように夫々プリントされている。信号線１２はＣＡＮにおけるＣＡＮ＿Ｈに対応し、信号線１３はＣＡＮ＿Ｌに対応する。接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈからは夫々、信号線１２及び信号線１３にバス型に接続するように信号線がプリントされている。

ＣＡＮ送受信部１４は、信号線１２及び信号線１３夫々と接続しており、ＣＡＮプロトコルに基づき、信号線１２及び信号線１３夫々における電位の差分により、信号を検知する。ＣＡＮ送受信部１４は、送信端子（Ｔｘ）及び受信端子（Ｒｘ）を有し、これらは変換部１５に接続されている。ＣＡＮ送受信部１４は、信号線１２及び信号線１３を介して検知した差動信号をデジタル信号（０：ドミナント／１：レセッシブ）に変換して受信端子から変換部１５へ出力する。ＣＡＮ送受信部１４は、変換部１５から送信すべく出力されるデジタル信号を送信端子から入力し、差動信号に変換して信号線１２及び信号線１３へ出力する。

変換部１５は、内部にフォトダイオードなどの発光素子、及びＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの受光素子を備える。変換部１５は、光通信線３のコネクタ部３１が嵌合するメス型の受け口を有し、受け口が基板１０の外側を向くように、基板の周縁部に配置されている。基板１０の上面に筐体が被せられる場合も、受け口は露出するように構成される。

変換部１５は、ＣＡＮ送受信部１４の受信端子から出力される信号に基づき発光素子から光信号を出力させて光コネクタから光通信線３へ送信する。光信号は、デジタルデータを光の有／無に対応付けたものである。つまり、０：ドミナント／１：レセッシブが夫々、光の有／無に対応する。変換部１５は、光コネクタを介して光通信線３から受信した光信号を受光素子にて受光して電気的信号に変換し、ＣＡＮ送受信部１４から送信すべく送信端子へ出力する。

整形回路１６は、例えばバンドパスフィルタを用い、予め与えられているリンギング周波数及びノイズ周波数の信号のみを通過させるように構成されており、信号線１２及び１３におけるリンギング又はノイズを除去する。

このように構成される光通信装置１により、変換部１５の光コネクタに接続された他の通信機器からの光信号をＣＡＮプロトコルの調停処理に従って他のノードへ送信できる。光ファイバ３を介して接続される他の通信機器が送信した信号は信号線１２及び信号線１３を介して各ＣＡＮに基づくノードに送信されると共に、ＣＡＮ送受信部１４から送信元の他の通信機器へも光通信へ送信される。当該他の通信機器は実際に送信されている信号を常に監視することができ、ＣＡＮに基づく調停処理を行なった上で通信が可能である。

図２は、光通信装置１を含む通信システムの構成を示すブロック図である。通信システムは、例えば車両内に配設される各種制御用の機器間を接続してＣＡＮに基づきデータを送受信する車載通信システムに適用される。図２のブロック図に示す通信システムは、２つの光通信装置１と、２つの光通信装置１に接続している光通信線３と、光通信線３を介して２つの光通信装置１を接続する光カプラ３０と、２つの光通信装置１に夫々接続されるＣＡＮノード４，４，…とを含む。

光カプラ３０は、一側に２つの光入力部が設けられ、他側に２つの光出力部が設けられた構成である。光カプラ３０は、光入力部から入力された光を２分配して２つの光出力部へ出力する光分配器である。光カプラ３０の第１の光入力部は一方の光通信装置１の変換部１５の光コネクタに光通信線３を介して接続され、第２の光入力部は他方の光通信装置１の変換部１５の光コネクタに光通信線３を介して接続されている。また光カプラ３０の第１の光出力部は一方の光通信装置１の変換部１５に光通信線３を介して接続され、第２の光出力部は他方の光通信装置１の変換部１５に光通信線３を介して接続されている。

これにより、一方の光通信装置１の変換部１５がＣＡＮ送受信部１４の受信端子から入力した信号を変換して光通信線３を介して送信する光信号は、光カプラ３０の光入力部へ入力される。光カプラ３０にて分配されて２つの光出力部から出力され、２つの光通信装置１，１の両方にて受信される。同様に他方の光通信装置１が送信した光信号は、光カプラ３０にて分配されて、２つの光通信装置１、１の両方にて受信される。また、２つの光通信装置１，１が共に光信号を送信した場合には、２つの光信号は光カプラ３０にて合成されて分配され、合成された光信号が２つの光出力部からそれぞれ出力されて、２つの光通信装置１，１の両方にて受信される。

ＣＡＮノード４，４，…は夫々、車両に配設される各種機器（センサ、アクチュエータなど）の動作を制御するＥＣＵであり、ＣＡＮに対応するＣＡＮコントローラを内蔵したマイコン（マイクロコンピュータ、Micro Processor）が制御プログラムを実行することによって動作する。

一のＣＡＮノード４は例えば、図示しないセンサから情報を取得した場合、他のＣＡＮノード４，４，…が使用できるように送信する。ＵＴＰケーブルにて他のＣＡＮノード４，４，…及び光通信装置１のＣＡＮ送受信部１４が信号を送信していない場合は、当該ＣＡＮノードは情報を送信できる。ＵＴＰケーブルを介して送信された情報は光通信装置１にて受信され、信号線１２及び信号線１３を介して他のＣＡＮノード４，４，…にて受信できると共に、ＣＡＮ送受信部１４も受信する。したがって、ＣＡＮ送受信部１４から変換部１５へ出力され、光信号へ変換されて光カプラ３０を経由して他方の光通信装置１で受信される。当該他方の光通信装置１では変換部１５が受信した光信号を電気信号に変換してＣＡＮ送受信部１４へ出力する。ＣＡＮ送受信部１４はＣＡＮに基づき信号線１２及び信号線１３における調停処理にて送信権を得られれば送信する。これにより、一方の光通信装置１側のＣＡＮノード４から送信された情報を、光通信を介して他方の光通信装置１側のＣＡＮノード４にて受信できる。

これにより、ＣＡＮノード４，４，…は既存のＣＡＮコントローラの機能のままで、光カプラ３０を介した通信であるかに関係なく、自身が送信した信号とＵＴＰケーブルに送信されている信号が一致するか不一致であるかによって送信権を得たか否かを判断してＣＡＮに基づく調停処理を行ない、ＣＡＮプロトコルに基づくデータの送受信を実現できる。

なお、一方の光通信装置１の変換部１５及び光カプラ３０の光入力部を接続する光通信線３と、他方の光通信装置１の変換部１５及び光カプラ３０の光入力部を接続する光通信線３とは、略同じ長さであることが好ましい。これは、一方の光通信装置１から送信された光信号と、他方の光通信装置１から送信された光信号とが光カプラ３０へ入力されるタイミングに差異が生じることを抑制するためである。これにより、調停処理が正しく行なわれる。ただし、光通信の通信速度などに応じて、光通信線３，３の長さにはある程度の差異が生じていてもよい。

光通信装置１に光通信線３を接続し、他の光通信線３が接続された他の光通信装置１を光カプラ３０を介して接続し、各光通信装置１，１の８つの接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈにＵＴＰケーブルを接続しておいた通信ハーネスを構成しておく。当該通信ハーネスに、各ＵＴＰケーブルに従来から利用しているＣＡＮコントローラ機能を有するノードを接続すれば、ＧＷなしにＣＡＮに基づく通信と光通信とを混在させた通信システムを容易に構築することができる。これにより、電磁ノイズ及びリンギングの影響を抑制しつつ、従来のＣＡＮプロトコルに基づく通信を実現することができる。

本実施の形態では、光通信装置１は８つの接続部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈを有する構成とした。しかしながら、接続部の数は８つとは限らず、設計に応じて任意の数の接続部を有する構成とすることができる。

また本実施の形態では、２つの光通信装置１を含む通信システムの例を挙げて説明した。しかしながら、３つ以上の光通信装置１を含む通信システムも実現できることは当然である。この場合、光通信線３，３，…が接続される光カプラ３０は２入力２出力ではなく、３つ以上例えば８つの入力部からの光信号を分配して８つの出力部を有するものを用いてもよい。

車両に本実施の形態における通信システムを搭載する場合、ＣＡＮノード４，４，…間の物理的距離、又は集中度などに応じて、１の光通信装置１に複数のＣＡＮノード４，４，…が接続できることを考慮し、ＵＴＰケーブル及び光通信線３，３，…を適宜配策する。これにより、ＵＴＰケーブルにおけるリンギング及び外乱ノイズ等の影響を受けることなく、精度のよい通信を行うことができる。

本実施の形態は、ＣＡＮに基づく電気的通信と光通信とを混在させることができるシステムについて説明した。しかしながら本発明はＣＡＮに限定するものではなく、通信線へ送信されている信号、特に自分自身が送信する信号をも含めて常時監視し、衝突を検知するプロトコルに基づく通信に適用できる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 光通信装置
１０ 基板
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ 接続部
１２，１３ 信号線
１４ ＣＡＮ送受信部
１５ 変換部
２ａ ＵＴＰケーブル（通信線）
３ 光通信線
３０ 光カプラ
４ ＣＡＮノード（通信装置）

Claims (6)

1. 複数の通信線夫々と接続される複数の接続部と、
   光通信線と接続される一の光接続部と、
   各接続部をバス型に接続する信号線と、
   該信号線に接続されており、該信号線に送信する信号を受け付ける送信端子及び該信号線から受信した信号を出力する受信端子を有し、所定のプロトコルに基づき、前記送信端子で受け付けた信号を前記信号線へ送信しつつ送信中の信号を前記受信端子から出力する送受信部と、
   前記光接続部及び前記送受信部に接続しており、前記光接続部を介して受信した光信号を電気的信号に変換して前記送受信部の送信端子へ出力しつつ前記送受信部の受信端子から出力される信号を光信号に変換して前記光接続部へ出力する変換部と
   を備えることを特徴とする光通信装置。
2. 前記所定のプロトコルはＣＡＮ（Control Area Network）であること
   を特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
3. 前記接続部、送受信器、光接続部及び変換部は、基板に実装されており、
   前記信号線は前記基板上にプリントされてあること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光通信装置。
4. 前記信号線に接続され、前記信号線へ出力される信号の波形を整形する回路を更に備えること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信装置と、該光通信装置の前記複数の接続部に夫々接続される複数の通信線と、前記光通信装置の前記光接続部に接続される一の光通信線とを含むこと
   を特徴とする通信ハーネス。
6. 複数の通信装置が夫々接続された複数の通信線と、該複数の通信線が接続された請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信装置とを含むこと
   を特徴とする通信システム。

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