JP5811141B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信線に接続された複数の通信装置からのドミナント信号が衝突する可能性のある通信システムに関する。

この種の通信システムとしては、通信線に接続された複数の通信装置（以下、ノードともいう）が、ＰＷＭ（Pulse width modulation）符号を送信し合い、送信信号（ドミナント信号）の衝突時には、長いドミナントパルスを送出するノードが、調停で優勢になるよう構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数のノードからのドミナント信号が衝突する可能性のある通信方式としては、特許文献１に記載のＣＳＭＡ／ＣＤ方式のものや、スレーブノードがマスタノードからのデータ送信に同期してデータ送信を行うマスタ／スレーブ型のものを挙げることができる。

特許第２８３９０５４号公報

ところで、上記通信システムにおいて、複数のノードからドミナント信号が送信されているとき（つまりドミナント信号の衝突時）に、あるノードからのドミナント信号の送信が停止すると、そのノードから通信線への出力電圧が変化するため、通信線に流れる電流が急変することがあった。

例えば、図７は、通信用のバスを構成する通信線２に、マスタノード１０と、スレーブノード３０とが接続され、スレーブノード３０が、マスタノード１０から周期的に送信されるドミナント信号に同期してドミナント信号を送信するか否かを切り替えることで、シリアルデータを送信する通信システムを表している。

この通信システムにおいて、各ノード１０、３０には、それぞれ、電源電圧Ｖｃが印加された電源ラインを通信線２に接続する終端抵抗１２、３２と、通信線２をグランドラインに接地することでドミナント信号を送信する送信用のトランジスタ１４、３４と、通信回路２０、４０とが備えられている。

なお、マスタノード１０の終端抵抗１２は、スレーブノード３０の終端抵抗３２の抵抗値（例えば３０ｋΩ）に比べ、充分小さい抵抗値（例えば１ｋΩ）に設定されている。
そして、図８に示すように、マスタノード１０の通信回路２０は、トランジスタ１４に対し抵抗１６を介して周期的に駆動電圧Ｓ１（ハイレベル）を出力することで、トランジスタ１４を周期的にオンさせ、ドミナント信号（グランド電位）を出力させる。

これに対し、スレーブノード３０の通信回路４０は、コンパレータ３８を介して通信線２の電圧変化を監視することで、マスタノード１０からドミナント信号が出力されたか否かを判定する。

そして、通信回路４０は、マスタノード１０からのドミナント信号の出力を検出すると（時点ｔ１）、送信データが値「１」であるときに限ってトランジスタ３４を一定期間（時点ｔ２から時点ｔ４迄）オンさせることで、ドミナント信号（グランド電位）を出力し、通信線２がローレベルとなる期間を、送信データが値「０」のときよりも長くする。

この結果、マスタノード１０側の通信回路２０は、コンパレータ１８を介して通信線２の電圧変化（ハイ／ロー）を監視し、その通信線２のハイ／ローのデューティ比から、スレーブノード１０からの送信データを検出することができる。

このように、図７に示す通信システムでは、スレーブノード３０が、マスタノード１０からのドミナント信号に同期して、送信データが値「１」であるときドミナント信号を送信するが、この送信により、各ノード１０、３０からのドミナント信号が衝突する。

そして、この衝突時（時点ｔ２）には、送信用のトランジスタ１４、３４が共にオン状態になるので、各ノード１０、３０間で通信線２に電位差が生じることがなく、通信線２に流れる電流はゼロになる。

しかし、その後、マスタノード１０の通信回路２０がトランジスタ１４の駆動電圧Ｓ１をローレベルに切り替え、ドミナント信号の出力を停止すると（時点ｔ３）、マスタノード１０の終端抵抗１２から、通信線２を介して、スレーブノード３０のトランジスタ３４に電流が流れる。

このとき、終端抵抗１２を流れる電流の経路は、単にトランジスタ１４からトランジスタ３４に切り替えられるだけであり、スレーブノード３０側では、トランジスタ３４を介して通信線２をグランドラインに接地している状態であるので、通信線２に流れる電流を制御することはできない。

この結果、上記のようにマスタノード１０側のトランジスタ１４がオフされた時点ｔ３で、通信線２に流れる電流が急峻に変化し、その電流変化によって、大きな放射ノイズが発生する。

なお、放射ノイズは、通信線２に流れる電流の単位時間当たりの変化量（図８に示す電流の傾き）を抑えることにより低減することはできる。しかし、スレーブノード３０では、通信線２をドミナント信号出力時の電位（ここではグランド電位）に固定していることから、ドミナント信号の出力／停止を切り替えるときのように、トランジスタ３４の駆動電圧を制御して、電流変化を抑えることはできない。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、通信線を介して複数のノードが接続され、各ノードから出力されるドミナント信号が衝突する可能性のある通信方式にて各ノードがデータ通信を行う通信システムにおいて、通信線の電流変化によって放射ノイズが発生するのを抑制することを目的とする。

本発明の通信システムにおいて、通信線に接続される複数の通信装置の内の少なくとも一つは、ドミナント信号送信時に通信線に出力する電圧のドミナント信号非送信時からの変化幅が、他の通信装置がドミナント信号送信時に通信線に出力する電圧のドミナント信号非送信時からの変化幅よりも小さくなるように設定された第１ドライバを備える。

従って、第１ドライバを備えた通信装置からのドミナント信号と、他の通信装置からのドミナント信号とが通信線上で衝突した際には、上記変化幅の違いによって、通信線の両側（詳しくは各通信装置が接続された部分）で電位差が生じ、通信線には電位の高い側から低い側へと一方向に電流が流れることになる。

また、第１ドライバを備えた通信装置とは異なる他の通信装置には、ドミナント信号の送信時に通信線に流れる電流の単位時間当たりの変化量を制限可能な第２ドライバが備えられている。

このため、上記のようにドミナント信号が通信線上で衝突しているときに、第１ドライバを備えた通信装置がドミナント信号の送信を停止し、通信線に流れる電流が変化したとしても、その変化量を、第２ドライバを備えた他の通信装置にて制限することができる。

よって、本発明の通信システムによれば、通信線に流れる電流の変化を滑らかにして、放射ノイズの発生を抑制することができる。

実施形態の通信システム全体の構成を表すブロック図である。 実施形態の通信システムの動作を表すタイムチャートである。 実施形態のスレーブノードの変形例を表すブロック図である。 通信システムの変形例を表す説明図である。 ２種類のノードの機能を実現可能な通信装置の構成例を表すブロック図である。 図５に示した通信装置における機能の切り替え動作を表すタイムチャートである。 従来の通信システム全体の構成を表すブロック図である。 従来の通信システムの動作を表すタイムチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
なお、本発明は、下記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、下記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、下記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、これは本発明の理解を容易にする目的で使用しており、本発明の技術的範囲を限定する意図ではない。
［実施形態］
図１に示すように、本実施形態の通信システムは、自動車に配線された通信用のバスである通信線２に対し、一つのマスタノード１０と、１又は複数のスレーブノード３０とを接続することにより構成される、自動車用通信システムである。

そして、マスタノード１０及びスレーブノード３０には、それぞれ、図７に示した従来の通信システムと同様、電源電圧Ｖｃが印加された電源ラインを通信線２に接続する終端抵抗１２、３２と、受信用のコンパレータ１６、３６と、通信回路２０、４０とが備えられている。

また、マスタノード１０及びスレーブノード３０には、通信線２をグランドラインに接地することでドミナント信号を送信する送信用のドライバ１３、３３が設けられている。
マスタノード１０に設けられた送信用のドライバ１３は、通信線２をグランドラインに接地するためのトランジスタ１４と、トランジスタ１４のベースに通信回路２０からの駆動信号を入力することでトランジスタ１４をオンさせる抵抗１８と、トランジスタ１４のエミッタとグランドラインとの間に設けられたダイオード２２と、から構成されている。

ダイオード２２は、トランジスタ１４がオン状態であるとき、トランジスタ１４からグランドラインに流れる電流方向が順方向となるように設けられている。
このため、通信回路２０からの駆動電圧Ｓ１により、トランジスタ１４がオン状態になったときには、図２に示すように、ドミナント信号として、通信線２に、グランド電位よりもダイオード２２の順方向電圧Ｖｆ（約０．７Ｖ）分だけ高い電圧が印加されることになる。

従って、ドミナント信号送信時にマスタノード１０から通信線２に印加される電圧の、ドミナント信号非送信時にマスタノード１０から通信線２に印加される電圧（電源電圧Ｖｃ）からの変化幅は、「Ｖｃ−Ｖｆ」となる。

一方、スレーブノード３０に設けられた送信用のドライバ３３は、通信線２をグランドラインに接地するためのトランジスタ３４と、トランジスタ３４のベースに通信回路４０からの駆動信号を入力することでトランジスタ３４をオンさせる抵抗３８と、トランジスタ３４のエミッタとグランドラインとの間に設けられた抵抗４２とを備える。

この抵抗４２は、その両端電圧（詳しくは、トランジスタ３４との接続点の電圧）から、トランジスタ３４を介して通信線２に流れる電流を検出するためのものであり、検出信号（電圧）は、微分回路４４に入力される。

微分回路４４は、抵抗４２による電流の検出電圧を微分することで、単位時間当たりの電流変化量が大きいほど電圧が大きくなる信号Ｓ４を生成し、反転増幅回路４６に出力する。

また、反転増幅回路４６は、微分回路４４からの信号Ｓ４を反転増幅し、反転増幅後の信号Ｓ５を、コンデンサ４８を介して、トランジスタ３４のベースに出力する。
従って、トランジスタ３４を介して通信線２に流れる電流は、微分回路４４及び反転増幅回路４６の動作によって、単位時間当たりの電流変化量が小さくなるよう制御されることになる。

また、図２に示すように、ドミナント信号送信時にスレーブノード３０から通信線２に印加される電圧は、概ねグランド電位と同電位になり、ドミナント信号非送信時からの電圧変化量は、略電源電圧Ｖｃとなる。

このため、マスタノード１０からのドミナント信号とスレーブノード３０からのドミナント信号とが衝突した際には、通信線２のマスタノード１０側の電位がスレーブノード３０側の電位よりも高くなり、通信線２には、スレーブノード３０のドライバ３３を介して、マスタノード１０側からスレーブノード３０側に電流が流れる。

このようにスレーブノード３０のドライバ３３が通信線２から電流を引き込んでいるとき、マスタノード１０の通信回路２０がトランジスタ１４の駆動（換言すればドミナント信号の送信）を停止し（時点ｔ３）、通信線２のマスタノード１０側の電位が図２に点線で示すように上昇しても、通信線２に流れる電流が大きく変化することはない。

よって、本実施形態の通信システムによれば、マスタノード１０及びスレーブノード３０からのドミナント信号が通信線２上で衝突し、その後、マスタノード１０がドミナント信号の送信を停止したとしても、通信線２に流れる電流が変化して、放射ノイズが発生するのを抑えることができる。

なお、本実施形態において、マスタノード１０に設けられたドライバ１３は、本発明の第１ドライバに相当し、スレーブノード３０に設けられたドライバ３３は、本発明の第２ドライバに相当する。

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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
［変形例１］
例えば、上記実施形態では、スレーブノード３０に設けられたドライバ３３は、抵抗４２を介して通信線２に流れる電流を検出し、その検出信号（電圧）を微分し、反転増幅することで、通信線２に流れる電流の単位時間当たりの変化量が小さくなるように、トランジスタ３４をフィードバック制御するものとして説明した。

しかし、スレーブノード３０に設けるドライバ３３は、通信線２に流れる電流の単位時間当たりの変化量を、放射ノイズが発生しない程度に抑制することができればよいことから、図３に示すように、トランジスタ３４に流れる電流を直接制御するようにしてもよい。

つまり、図３に示すドライバ３３は、通信回路４０から出力される駆動信号（電圧）を、立上がり及び立下がりがなだらかな台形波に変換する台形波生成回路５６と、台形波生成回路５６からの駆動電圧をトランジスタ５４のベースに印加することで、台形波形状の駆動電圧を電流に変換する電圧／電流変換回路５８とを備える。

なお、トランジスタ５４はエミッタが接地され、コレクタが抵抗５２を介して電源ラインに接続されており、電源ラインとの接続点が、ドミナント信号送信用のトランジスタ３４のベースに接続されている。また、トランジスタ３４のエミッタは、図７に示した従来装置と同様、グランドラインに直接接地されている。

この結果、トランジスタ３４は、ドミナント信号の送信時に、台形波生成回路５６からの駆動電圧の電圧波形に従い、通信線２に流れる電流を変化させることになり、マスタノード１０がドミナント信号の送信を停止した際、通信線２に流れる電流が急峻に変化するのを防止できる。

よって、スレーブノード３０のドライバ３３を図３に示すように構成しても、通信線２に流れる電流が急峻に変化して、通信線２から放射ノイズが発生するのを防止することができる。
［変形例２］
次に、上記実施形態では、マスタノード１０及びスレーブノード３０に、図７に示した従来システムと同様の通信回路２０、４０が設けられている。

このため、上記実施形態では、スレーブノード３０の通信回路４０が、マスタノード１０からのドミナント信号に同期してドミナント信号を送信するか否かを切り替えることで、マスタノード１０に対しデータを送信することになる。

しかし、本発明は、上記実施形態とは通信方式が異なるマスタ／スレーブ型の通信システムであっても、或いは、上記特許文献１に記載のように、通信用のバスに接続された複数の通信装置が、それぞれ、キャリアセンスによりバスの空き状態を確認した後、任意のタイミングでデータ送信を行うＣＳＭＡ方式（例えば、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式）の通信システムであっても、上記実施形態と同様に適用することができる。

なお、上記実施形態とは通信方式が異なるマスタ／スレーブ型の通信システム（特に車両用）としては、図４に示すような、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）方式の通信システムを挙げることができる。

つまり、図４に示す通信システムでは、通信用のバスに一つのマスタノード８０と複数のスレーブノード８１、８２、…が接続されており、マスタノード８０が識別子等からなるヘッダを送信し、その後、送信すべきデータを有するスレーブノード８１、８２、…が、送信データを含むレスポンスを送信する。

そして、この種の通信システムにおいても、マスタノード８０に、本発明の第１ドライバとしての機能を有するドライバ１３を設け、スレーブノード８１、８２、…に、本発明の第２ドライバとしての機能を有するドライバ３３を設けるようにすれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
［変形例３］
また、上記実施形態では、マスタノード１０に、本発明の第１ドライバとしての機能を有するドライバ１３を設け、スレーブノード３０に、本発明の第２ドライバとしての機能を有するドライバ３３を設けるものとして説明した。

これは、マスタノード１０によるドミナント信号の送信頻度が、スレーブノード３０よりも高いからである。
つまり、ドミナント信号の送信頻度が高い通信装置は、ドミナント信号の衝突時に、ドミナント信号の送信を停止する確率も高くなることから、ドミナント信号の送信頻度が高い通信装置に第１ドライバとしての機能を持たせ、残りの通信装置に第２ドライバとしての機能を持たせた方が、本発明の効果をより有効に発揮させることができる。

このため、通信装置にマスタ／スレーブの区別のない通信システム（例えば、上述したＣＳＭＡ方式の通信システム）であれば、ドミナント信号の送信頻度が最も高い通信装置に、本発明の第１ドライバとしての機能を有するドライバ１３を設け、他の通信装置に、本発明の第２ドライバとしての機能を有するドライバ３３を設けるようにすればよい。
［変形例４］
また、マスタ／スレーブ型の通信システムであっても、ＣＳＭＡ方式の通信システムであっても、システムを構成する通信装置（ノード）７０には、図５に示すように、第１ドライバ及び第２ドライバとしての機能を有する送信回路６０を設けるようにしてもよい。

この場合、各通信装置（ノード）７０には、それぞれ、ドミナント信号の送信時に、他の通信装置からドミナント信号が送信されているか否かを判定する判定回路６６を設ける。

そして、判定回路６６は、他の通信装置からドミナント信号が送信されていれば、送信回路６０を第２ドライバ（上記実施形態のドライバ３３）として機能させ、他の通信装置からドミナント信号が送信されていなければ、送信回路６０を第１ドライバ（上記実施形態のドライバ１３）として機能させるように構成する。

なお、送信回路６０は、図１に示したドライバ３３と同様の構成のものに、ダイオード６２と、トランジスタ６４とを設けるようにすればよい。
すなわち、送信回路６０において、電流検出用の抵抗４２とグランドラインとの間には、トランジスタ３４のオン時に通信線２に印加する電位を、グランド電位よりも一定電圧Ｖｆだけ高い電位にするためのダイオード６２を設ける。

また、送信回路６０には、ダイオード６２をバイパスする電流経路を形成するか否かを、判定回路６６から出力される切り替え信号により切り替えるトランジスタ６４を設ける。

そして、この場合、判定回路６６は、図６に示すように、通信回路４０からトランジスタ３４をオンするための駆動電圧Ｓｏｎ（ハイレベル）が出力されたときに、コンパレータ３６からの出力がハイレベルであれば、ローレベルの信号を出力し、逆に、コンパレータ３６からの出力がローレベルであれば、ハイレベルの切り替え信号を出力するように構成する。

このようにすれば、通信装置７０が他の通信装置よりも早くドミナント信号を送信する際には、通信線２への出力を、グランド電位よりもダイオード６２の順方向電圧Ｖｆ分だけ高くして、送信回路６０を第１ドライバとして機能させることができる。

また、通信装置７０がドミナント信号を送信する際に、既に他の通信装置がドミナント信号を送信している場合には、通信線２への出力をグランド電位にすることで、送信回路６０を第２ドライバとして機能させることができる。
［変形例５］
また次に、上記実施形態では、通信システムを構成する複数の通信装置（ノード）は、それぞれ、ドミナント信号を、通信線２の電位をハイレベル（電源電圧Ｖｃ）からローレベル（グランド電位若しくはダイオードの順方向電圧Ｖｃ）に切り替えることにより送信するものとして説明した。

しかし、本発明は、通信システムを構成する複数の通信装置（ノード）が、通信線２の電位をローレベル（グランド電位）からハイレベル（電源電圧Ｖｃ若しくは「Ｖｃ−Ｖｆ」）に切り替えることにより、ドミナント信号を送信するように構成された通信システムであっても、上記実施形態と同様に適用することができる。
［変形例６］
また、上記実施形態では、マスタノード１０がドミナント信号を出力する際の電圧を、スレーブノード３０がドミナント信号を出力する際の電圧と異なる値に設定するのに、ダイオード２２の順方向電圧Ｖｆを利用するものとして説明したが、ダイオード２２とは異なる定電圧源を利用してもよい。

２…通信線、１０，８０…マスタノード、１２…終端抵抗、１３，３３…ドライバ、１４，３４，５４，６４…トランジスタ、１６，３６…コンパレータ、１８，３８，４２、５２…抵抗、２０，４０…通信回路、２２，６２…ダイオード、３０，８１，８２…スレーブノード、４４…微分回路、４６…反転増幅回路、４８…コンデンサ、５６…台形波生成回路、５８…電圧／電流変換回路、６０…送信回路、６６…判定回路、７０…通信装置。

Claims (5)

1. 通信線に接続された複数の通信装置を備え、前記通信線上で各通信装置からのドミナント信号が衝突することのある通信システムにおいて、
   前記複数の通信装置の内の少なくとも一つ（１０）は、前記ドミナント信号送信時に前記通信線に出力する電圧の前記ドミナント信号非送信時からの変化幅が、他の通信装置が前記ドミナント信号送信時に前記通信線に出力する電圧の前記ドミナント信号非送信時からの変化幅、よりも小さくなるように設定された第１ドライバ（１３）を備え、
   前記複数の通信装置の内、前記第１ドライバを備えた通信装置とは異なる他の通信装置（３０）は、前記ドミナント信号の送信時に前記通信線に流れる電流の単位時間当たりの変化量を制限可能な第２ドライバ（３３）を備えたことを特徴とする通信システム。
2. 前記複数の通信装置として、一つのマスタノード（１０）と、１又は複数のスレーブノード（３０）とを備え、
   前記第１ドライバは、前記マスタノードに設けられ、前記第２ドライバは、前記スレーブノードに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記マスタノードは、前記ドミナント信号を周期的に送信し、
   前記スレーブノードは、前記マスタノードからの前記ドミナント信号に同期して自身のドミナント信号を送信するか否かを切り替えることで、データ送信を行うことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記第１ドライバは、前記複数の通信装置の内、前記ドミナント信号の送信頻度が高い通信装置に設けられ、
   前記第２ドライバは、前記第１ドライバが設けられていない他の通信装置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記複数の通信装置は、
   前記第１ドライバ及び前記第２ドライバとしての機能を有する送信回路（６０）と、
   前記ドミナント信号の送信時に、他の通信装置からドミナント信号が送信されているか否かを判定して、他の通信装置から前記ドミナント信号が送信されていなければ、前記送信回路を前記第１ドライバとして機能させ、他の通信装置から前記ドミナント信号が送信されていれば、前記送信回路を前記第２ドライバとして機能させる切替手段（６６）と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。

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