JP5778099B2 - 受信回路 - Google Patents

Description

本発明は、バス状の伝送線路を介して信号を受信する受信回路に関する。

バス上の伝送線路を使用して信号を伝送する通信システムでは、伝送線路の端部やノードの接続端にてインピーダンスの不整合があると、これらの端部にて信号の反射が生じることによるリンギングが発生し、伝送信号に波形歪を生じさせることが知られている。

この波形歪は、主に信号レベルが変化するエッジで生じ、時間の経過と共に収束していくが、ビットの信号レベルを判定するタイミングまでに、十分に収束していない場合、信号レベルの誤判定を生じさせる原因となる。

特に、伝送線路にハイレベルの信号を出力する時と、ロウレベルの信号を出力する時とで、出力インピーダンスが大きく変化するドライバ（例えば、オープンコレクタ接続されたトランジスタ）を使用して、信号を送信するように構成されている場合、出力インピーダンスがロウインピーダンスからハイインピーダンスに切り替わるエッジにて、大きな波形歪が発生する。

このような信号レベルの誤判定を低減する手法の一つとして、伝送線路の信号レベルが切り替わるエッジタイミングで、一定期間、終端抵抗に抵抗分が並列接続されるように構成し、伝送線路のインピーダンスを低下させることによって、リンギングの発生、ひいては波形歪を抑制するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１２７８０５号公報

しかし、伝送線路のインピーダンスは、伝送線路の長さや伝送線路に接続するノードの数に応じて様々に異なったものとなり、どのような大きさの抵抗分を加えれば効果的にリンギングを抑制できるかは、システムによって様々に異なる。しかも、ノードを後付けできるようなシステムでは、後付けされたノードによってシステムの状態が変化するため、従来技術の手法では、十分なリンギング抑制効果を確実に得ることができるとは限らないという問題があった。

このため、波形歪の影響を十分に抑制するには、結局のところ、配策規模（ノード数，配線長、分岐数など）や通信速度が制限する必要があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、波形歪に基づく誤判定を抑制可能な受信回路を提供することを目的とする。

本発明の受信回路は、ドライバの出力端子をロウインピーダンスにすることにより第１信号レベルの信号が送信され、ドライバの出力端子をハイインピーダンスにすることにより第２信号レベルの信号が送信される伝送線路から信号を受信する。

この伝送線路から受信した受信信号を、受信信号生成部が、その信号レベルに従って二値化することで二値化信号を生成する。また、状態検知部が、受信信号に従って信号レベルが変化する参照信号に基づき、受信信号が第１信号レベルに安定している状態である第１安定状態、及び受信信号が第２信号レベルに安定している状態である第２安定状態を検知する。

そして、信号保持部が、状態検知部により第１安定状態にあることが検知され、且つ、受信信号が第１信号レベルから第２信号レベルに変化したことを検知したときのみ、状態検知部により第２安定状態にあることが検知されるまでの間、二値化信号生成部が生成する二値化信号を、第２信号レベルに対応した信号レベルに保持する。

つまり、受信信号が、第１安定状態にあることが検知された後、信号レベルが第１信号レベルから第２信号レベルに変化すると、二値化信号の信号レベルは、直ちに第２信号レベルに対応した信号レベルに変化し、その信号レベルは、受信信号の信号レベルによらず、第２安定状態が検知されるまでの間保持される。

その後、第２安定状態が検知されると、信号レベルを保持した状態が解除されることにより、第１安定状態が検知されるまでの間は、受信信号の信号レベルに応じた二値化信号が生成される。

このように、本発明の受信回路では、波形歪の発生を抑制するのではなく、大きな波形歪が生じさせやすいエッジ（第１信号レベルから第２信号レベルに変化するエッジ）を検出し、そのエッジ検出後の二値化信号の信号レベルを一定に保持することで、受信信号に現れる波形歪が、二値化信号の信号レベルに影響を与えることがないようにされている。

従って、本発明の受信回路によれば、波形歪の発生を抑制するための特別な対策を施すことなく、受信信号の波形歪に基づく信号レベルの誤判定を抑制することができ、その結果、より配策規模の大きい通信システムや、より通信速度の高い通信システムにも好適に用いることができる。

車載用の通信システム１の全体構成を示すブロック図である。 トランシーバの構成を示すブロック図である。 二値化回路の詳細な構成を示す回路図である。 第１状態検知部及び第２状態検知部の動作を示すタイミング図である。 ホールド制御部及びレベル決定部の動作を示すタイミング図である。 受信回路の変形例を示すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
ここでは、通信プロトコルとしてＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が用いられた車載用の通信システム１に本発明を適用した例を示す。

通信システム１は、図１に示すように、車両に搭載された複数の電子制御ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，…を、共通の伝送線路３を介して相互に通信可能となるように接続することで構成され、これら電子制御ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，…のそれぞれがノードとして機能するようにされている。以下では、電子制御ユニットをＥＣＵとよび、また、ＥＣＵ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…を、特に区別しないでいずれか一つを指す場合はＥＣＵ１０と表記する。

このうち、伝送線路３は一対の信号線３ａ，３ｂ（以下、一方をＣＡＮＨ３ａ，他方をＣＡＮＬ３ｂと表記する）で構成された二線式のバス型伝送線路からなり、その両端は、終端抵抗５，５によってそれぞれ終端されている。そして、伝送線路３では、ＣＡＮＨ３ａ，ＣＡＮＬ３ｂ間の電位差によって信号レベルを表現した差動信号が伝送される。以下では、ＣＡＮＨ３ａ，ＣＡＮＬ３ｂ間の電位差が予め設定された符号判定閾値以上である場合をドミナント、その電位差が符号判定閾値未満である場合をレセッシブと称する。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１０は、通信システム１を介してＣＡＮプロトコルに従った通信制御（送信フレームの生成、受信フレームの解析）を行うＣＡＮコントローラ１２と、ＣＡＮコントローラ１２から与えられる二値符号からなる二値化信号（送信データ列）を差動信号に変換して伝送線路３に出力すると共に、伝送線路３上の差動信号を受信して二値符号に復号した二値化信号（受信データ列）をＣＡＮコントローラ１２に入力するトランシーバ１３と、車両各部を制御するための制御処理や、ＣＡＮコントローラ１２を用いて他のＥＣＵ１０との通信を行うための処理等を実行するマイクロコンピュータ１１とを備えている。

以下では、トランシーバ１３において、ＣＡＮＨ３ａが接続される端子をＣＡＮＨ端子１３１、ＣＡＮＬ３ｂが接続される端子をＣＡＮＬ端子１３２、ＣＡＮコントローラ１２から供給されるデータ列を入力する端子をＴＸＤ端子１３３、ＣＡＮコントローラ１２へ供給するデータ列を出力する端子をＲＸＤ端子１３４と称する。

＜トランシーバ＞
トランシーバ１３は、図２に示すように、ＴＸＤ端子１３３を介して入力される送信データ列（二値化信号）を差動信号に変換してＣＡＮＨ端子１３１，ＣＡＮＬ端子１３２に出力する送信回路２０と、ＣＡＮＨ端子１３１，ＣＡＮＬ端子１３２を介して入力される差動信号を受信データ列（二値化信号）に復号してＲＸＤ端子に出力する受信回路３０と、差動信号がレセッシブである場合にＣＡＮＨ３ａ，ＣＡＮＬ３ｂが示す電圧である中立電圧を発生させる中立電圧発生回路４０とを備えている。

このうち、送信回路２０及び中立電圧発生回路４０は周知のものであるため、ここでは説明を省略し、以下では、本発明の主要部となる受信回路３０を中心に説明する。但し、送信回路２０を構成するドライバ回路の出力インピーダンスは、レセッシブを出力する際にはハイインピーダンスとなり、ドミナントを出力する際にはロウインピーダンスとなるように構成されている。

受信回路３０は、差動信号の電位差に応じた振幅を有する単極性の受信信号Ｄｅｆを生成する差動増幅器からなるレシーバ３１と、レシーバ３１から供給される受信信号Ｄｅｆから二値化信号ＲＸＤを生成する二値化回路３２とを備えている。また、二値化回路３２には、受信信号Ｄｅｆの他に、参照信号Ｒｅｆとして、二値化信号ＲＸＤを入力するように構成されている。

なお、本実施形態において、受信信号Ｄｅｆは、図４に示すように、レセッシブがロウレベル、ドミナントがハイレベルに対応し、一方、二値化信号ＲＸＤでは、レセッシブがハイレベル、ドミナントがロウレベルに対応するものとする。

＜二値化回路＞
二値化回路３２は、図３に示すように、参照信号Ｒｅｆ（ここでは二値化信号ＲＸＤ）に基づき、参照信号Ｒｅｆがロウレベル（ドミナントに対応した信号レベル）に安定した状態である第１安定状態にあることを検知する第１状態検知部５０と、参照信号Ｒｅｆを反転回路９０によって反転させた信号に基づき、参照信号Ｒｅｆがハイレベル（レセッシブに対応した信号レベル）に安定した状態である第２安定状態にあることを検知する第２状態検知部６０とを備えている。

また、二値化回路３２は、受信信号Ｄｅｆ及びレベル制御信号ＬＣに基づいて二値化信号ＲＸＤの信号レベルを決定するレベル決定部７０と、第１状態検知部５０及び第２状態検知部６０の検知結果に基づいて、レベル決定部７０の動作を制御するためのレベル制御信号ＬＣを生成するホールド制御部８０とを備えている。

<<第１状態検知部>>
第１状態検知部５０は、一端が接地されたコンデンサ（容量性素子）５１と、ダイオード，抵抗，トランジスタで構成され、予め設定されたペースでコンデンサ５１を充電する充電回路５２と、トランジスタ及び抵抗で構成され、参照信号Ｒｅｆがハイレベルの時にコンデンサ５１の充電電荷を放電する放電回路５３とを備えている。

また、第１状態検知部５０は、一対の抵抗により構成され、電源電圧を分圧して閾値電圧Ｖthを発生させる分圧回路５４と、コンデンサ５１の両端電圧Ｖｃが分圧回路５４の閾値電圧Ｖthを上回ると出力がハイレベルとなるコンパレータ５５と、コンパレータ５５の出力がロウレベルからハイレベルに変化したタイミングで、第１安定状態を検知したことを表すパルス状の第１検知信号Ｐ１を発生させるエッジ検出回路５６とを備えている。

なお、エッジ検出回路５６は、抵抗，コンデンサで構成され、コンパレータ５５の出力を遅延させる遅延回路、遅延回路の出力を反転させる反転回路、コンパレータ５５の出力及び反転回路の出力を入力として動作する論理積回路からなり、信号の立ち上がりエッジを検出する周知のものである。

また、分圧回路５４にて生成される閾値電圧Ｖthは、伝送線路３で発生するリンギングの主成分の周期より長く且つ伝送路符号の１ビット幅より短くなるように設定された閾値時間（例えば、１ビットの８０％の長さ）の間、コンデンサ５１への充電が連続して行われた時に、コンデンサ５１の両端電圧Ｖｃが達する大きさに設定される。

つまり、第１状態検知部５０では、図４に示すように、参照信号Ｒｅｆの信号レベルが、閾値時間以上継続してロウレベル（ドミナント）に保持されている場合に、受信信号Ｄｅｆの信号レベルが安定した状態にあるものとみなしてパルス状の第１検知信号Ｐ１を出力する。

<<第２状態検知部>>
第２状態検知部６０は、第１状態検知部５０と全く同様の構成を有しているため、その構成についての説明は省略する。但し、第２状態検知部６０では、参照信号Ｒｅｆではなく、参照信号Ｒｅｆを反転させた信号が入力される。

つまり、第２状態検知部６０では、図４に示すように、参照信号Ｒｅｆの信号レベルが、閾値時間以上継続してハイレベル（レセッシブ）に保持されている場合に、受信信号Ｄｅｆの信号レベルが安定した状態にあるものとみなしてパルス状の第２検知信号Ｐ２を出力する。

<<ホールド制御部>>
図３に戻り、ホールド制御部８０は、第１検知信号Ｐ１及び第２検知信号Ｐ２を入力とする論理和回路８１と、抵抗及びコンデンサで構成され、論理和回路８１の出力を遅延させる遅延回路８２と、遅延回路８２の出力をクロック入力、第１検知信号Ｐ１がデータ入力として動作するフリップフロップ回路８３と、抵抗及びコンデンサで構成され、電源投入時に一定期間だけロウレベルに保持されるプリセット信号を発生させることで、フリップフロップ回路８３の出力であるレベル制御信号ＬＣをハイレベルに初期化するプリセット信号発生回路８４とを備えている。

なお、遅延回路８２は、第１検知信号Ｐ１が入力された時に、ハイレベルとなっている第１検知信号Ｐ１の信号レベルを、フリップフロップ回路８３が確実にサンプリングできるようにタイミングを合わせるためのものである。

つまり、レベル制御信号ＬＣは、起動時にハイレベルに初期化され、その後、図５に示すように、第１検知信号Ｐ１が入力された時にはハイレベル、第２検知信号Ｐ２が入力された時にはロウレベルに信号レベルが変化する。

<<レベル決定部>>
図３に戻り、レベル決定部７０は、抵抗及びコンデンサで構成され、受信信号Ｄｅｆを遅延させる遅延回路７１と、遅延回路７１の出力を反転させる反転回路７６と、反転回路７６の出力をクロック入力、レベル制御信号ＬＣをデータ入力として動作するフリップフロップ回路７２と、抵抗及びコンデンサで構成され、電源投入時に一定期間だけロウレベルを保持するクリア信号を発生させることで、フリップフロップ回路７２の出力であるホールド信号ＨＤをロウレベルに初期化するクリア信号発生回路７３とを備えている。

また、レベル決定部７０は、レベル制御信号ＬＣ及びクリア信号を入力とし、出力がフリップフロップ回路７２のクリア入力となるように接続された論理積回路７４と、フリップフロップ回路７２の出力であるホールド信号ＨＤ及び受信信号Ｄｅｆを入力とする論理和回路７５とを備え、論理和回路７５の出力が二値化信号ＲＸＤとして出力されるように構成されている。

つまり、ホールド信号ＨＤは、起動時にロウレベルに初期化され、以後、図５に示すように、レベル制御信号ＬＣがハイレベル（即ち、第１安定状態が検知された状態）の時には、受信信号Ｄｅｆがハイレベルからロウレベルに変化するタイミングでハイレベルに変化し、その後、レベル制御信号ＬＣがロウレベル（即ち、第２安定状態が検知された状態）に変化するとロウレベルに戻る。

また、二値化信号ＲＸＤは、ホールド信号ＨＤがロウレベルとなる第２安定状態が検知されてから第１安定状態が検知されるまでの間は、受信信号Ｄｅｆの信号レベルに応じて生成され、ホールド信号ＨＤがハイレベルとなる第１安定状態の検出後は、受信信号Ｄｅｆが一端ハイレベルに変化すると、以後、第２安定状態が検出されるまでの間は、受信信号Ｄｅｆの信号レベルに関係なくハイレベルに保持される。

＜効果＞
以上説明したように、ＥＣＵ１０の受信回路３０では、波形歪の発生を抑制するのではなく、大きな波形歪が生じさせやすいエッジ（第１安定状態が検知され且つ受信信号Ｄｅｆの信号レベルがハイレベルからロウレベルに変化）を検出すると、そのエッジ検出後の二値化信号ＲＸＤの信号レベルをハイレベル（レセッシブ）に保持することで、受信信号Ｄｅｆに現れる波形歪が、二値化信号ＲＸＤの信号レベルに影響を与えることがないようにされている。

従って、受信回路３０によれば、波形歪の発生を抑制するための特別な対策を施すことなく、受信信号Ｄｅｆの波形歪に基づく信号レベルの誤判定を抑制することができ、その結果、より配策規模の大きい通信システムや、より通信速度の高い通信システムにも好適に用いることができる。

なお、図５の最下段には、比較のために、従来技術の手法を適用して波形歪を抑制した場合の受信信号の波形を示す。このように、従来技術では、受信信号Ｄｅｆの波形歪の速やかに収束させることはできるが、信号レベルが変化してから効果が現れるまでに遅延が生じるため、信号レベルが変化した直後の期間歪（図中矢印で示す）を除去することができず、この受信信号を二値化すると、波形歪の影響が二値化信号に現れてしまう。これに対して受信回路３０から出力される二値化信号ＲＸＤは、波形歪の影響が除去されたものなっていることがわかる。

＜他の実施形態＞
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、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、受信回路３０ａは、参照信号Ｒｅｆとして二値化信号ＲＸＤを使用するように構成されているが、図６（ａ）に示す受信回路３０ａのように、受信信号Ｄｅｆを使用したり、図６（ｂ）に示す受信回路３０ｂのように、ＣＡＮＨ端子から入力される伝送信号を使用したり、図６（ｃ）に示す受信回路３０ｃのように、ＣＡＮＬ端子から入力される伝送信号を使用したりするように構成されていてもよい。

但し、これら受信回路３０ａ〜３０ｂの場合、ドミナント，レセッシブに対応する参照信号Ｒｅｆの信号レベルが、二値化信号ＲＸＤと異なっている場合は、第１状態検知部５０には、参照信号Ｒｅｆを反転させて入力し、第２状態検知部６０には参照信号Ｒｅｆをそのまま入力するように変更すればよい。

上記実施形態では、第１安定状態及び第２安定状態の検知を、コンデンサ５１や充電回路５２及び放電回路５３を中心としたアナログ回路によって構成したが、信号レベルが反転するタイミングを検知し、その検知したタイミングから閾値時間を、タイマを用いて計時し、タイムアウトしたタイミングで検知信号Ｐ１，Ｐ２を出力するように構成してもよい。

上記実施形態では、伝送線路３として二線式のものを使用したが、単線式のものを使用してもよい。

１…通信システム ３…伝送線路 ３ａ…信号線（ＣＡＮＨ） ３ｂ…信号線（ＣＡＮＬ） ５…終端抵抗 １０（１０ａ〜１０ｃ）…電子制御ユニット １１…マイクロコンピュータ １２…ＣＡＮコントローラ １３…トランシーバ ２０…送信回路 ３０，３０ａ〜３０ｃ）…受信回路 ３１…レシーバ ３２…二値化回路 ４０…中立電圧発生回路 ５０…第１状態検知部 ５１…コンデンサ ５２…充電回路 ５３…放電回路 ５４…分圧回路 ５５…コンパレータ ５６…エッジ検出回路 ６０…第２状態検知部 ７０…レベル決定部 ７１…遅延回路 ７２，８３…フリップフロップ回路 ７３…クリア信号発生回路 ７４，８２…論理積回路 ７５，８１…論理和回路 ７６，９０…反転回路 ８０…ホールド制御部 ８４…プリセット信号発生回路 １３１…ＣＡＮＨ端子 １３２…ＣＡＮＬ端子 １３３…ＴＸＤ端子 １３４…ＲＸＤ端子

Claims (6)

1. ドライバの出力端子をロウインピーダンスにすることにより第１信号レベルの信号が送信され、ドライバの出力端子をハイインピーダンスにすることにより第２信号レベルの信号が送信される伝送線路（３）から受信した受信信号を、信号レベルに従って二値化する二値化信号生成部（７５）と、
   前記受信信号に従って信号レベルが変化する参照信号に基づき、前記受信信号が前記第１信号レベルにて安定している状態である第１安定状態、及び前記受信信号が前記第２信号レベルにて安定している状態である第２安定状態を検知する状態検知部（５０，６０）と、
   前記状態検知部により前記第１安定状態にあることが検知され、且つ、前記受信信号が前記第１信号レベルから前記第２信号レベルに変化したことを検知したときのみ、前記状態検知部により前記第２安定状態にあることが検知されるまでの間、前記二値化信号生成部が生成する二値化信号を、前記第２信号レベルに対応した信号レベルに保持する信号保持部（８０，７１〜７４，７６）と、
   を備えることを特徴とする受信回路。
2. 前記状態検知部は、前記第１信号レベル又は前記第２信号レベルを検知対象レベルとして、前記参照信号が前記検知対象レベルに対応した信号レベルである状態が、前記伝送線路で生じるリンギングの主成分の周期より長く且つ前記伝送信号の１ビット幅より短く設定された閾値時間以上継続した場合に、前記受信信号は前記検知対象レベルに安定している状態であることを示す検知結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の受信回路。
3. 前記状態判定部は、
   前記参照信号が前記第１信号レベルに対応した信号レベルである間、予め用意された第１容量性素子（５１）を予め設定されたペースで充電し、前記参照信号が前記第２信号レベルに対応した信号レベルである時に、前記第１容量性素子の充電電荷を放電する第１充放電回路（５２，５３）と、
   前記第１容量性素子の両端電圧が前記閾値時間に相当する閾値電圧を越えた場合に、前記伝送信号の信号レベルは第１安定状態にあると判定する第１判定回路（５４，５５，５６）と、
   前記参照信号が前記第２信号レベルに対応した信号レベルである間、予め用意された第２容量性素子を予め設定されたペースで充電し、前記参照信号が前記第１信号レベルに対応した信号レベルである時に、前記第２容量性素子の充電電荷を放電する第２充放電回路と、
   前記第２容量性素子の両端電圧が前記閾値時間に相当する閾値電圧を越えた場合に、前記受信信号の信号レベルは第１安定状態にあると判定する第２判定回路と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の受信回路。
4. 前記参照信号は、前記二値化信号生成部が生成する二値化信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の受信回路。
5. 前記参照信号は、前記伝送線路から受信した受信信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の受信回路。
6. 前記伝送線路は、差動信号を伝送する一対の信号線（３ａ，３ｂ）からなり、
   前記参照信号は、前記一対の信号線のいずれか一方で伝送される伝送信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の受信回路。