JP6846160B2

JP6846160B2 - 信号解析装置

Info

Publication number: JP6846160B2
Application number: JP2016207125A
Authority: JP
Inventors: 岳良鈴木; 成典横倉
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: JP2018066710A

Description

本発明は、シリアルバスを介して伝送される伝送信号の波形などを観察する信号解析装置に関し、詳しくは、シリアルバスデコード機能を有する信号解析装置における異常ノイズの影響対策に関するものである。

図５は、従来のシリアルバスデコード機能を有した信号解析装置の構成例を示すブロック図である。図５において、解析対象となる入力信号（シリアルバスを介して伝送される伝送信号）は、入力端子１から信号入力部２に入力されて図示しないＡ/Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された後、入力信号処理部３に入力される。

入力信号処理部３は、制御部４の制御の下、入力信号データメモリ５に対して、Ａ/Ｄ変換された入力信号データの書き込み処理、及び入力信号データメモリ５からの信号データ読み出し処理を行う。

制御部４は、シリアルバスデコード部４１を備えている。制御部４は、入力信号処理部３を制御することにより、信号解析装置の動作を統括的に制御する。シリアルバスデコード部４１は、入力信号のシリアルバスデコード処理を行う。

表示部６は、Ａ/Ｄ変換されたデータやシリアルバスデコード結果など、各種データを表示する。

入力信号データメモリ５は、信号入力部２でＡ/Ｄ変換された信号データを記憶する。

操作部７は、ユーザの操作による指示を制御部４に入力する。

ところで、電圧変調と電流変調を１つの信号線上に重畳して伝送する通信プロトコルとして、ＰＳＩ５（Peripheral Sensor Interface 5）プロトコルが制定されている。ＰＳＩ５プロトコルでは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの同期信号を受けて、センサがデータ信号を出力する。

図６は、ＰＳＩ５プロトコルに基づく伝送信号の説明図である。（ａ）は同期信号であり、電圧変調されている。（ｂ）はデータフレームフォーマット例であり、電流変調される。（ｃ）は１０ビットのデータフレーム例を示している。なお、（ｃ）に記載されているＴ_BITは、１ビット時間を表している。

図７は伝送信号の波形例図であり、（ａ）は同期信号波形を示し、（ｂ）はデータ信号波形を示している。図７の波形例図では、同期信号波形に同期信号パルスが発生したタイミングで、データ信号波形に異常ノイズＡＮが発生している。この異常ノイズＡＮは、シリアルバスデコード処理で検出されてしまうことがある。

図８は、図５に示す従来の信号解析装置の動作説明例図である。図７（ａ）に示す同期信号の波形と図７（ｂ）に示すデータ信号の波形を入力したところ、デコード時に、同期信号パルスが起因となった異常ノイズＡＮが検出された例を示している。図８は、従来の信号解析装置では異常ノイズとフレームを区別できないために、シリアルバスデコード結果として異常フレームが存在していることを表している。

特許文献１には、シリアルバス型ネットワークに接続された各ノードのうちから、異常波形の送信元ノードを特定する技術が記載されている。

特開２００８−１３９１８０号公報

従来の信号解析装置のシリアルバスデコード処理では、前述のＰＳＩ５プロトコルに基づく伝送信号のように電圧変調と電流変調が１本の信号線上に重畳している通信の場合において、どちらか一方が起因となって他方に異常ノイズを発生させると異常ノイズを除去することができず、シリアルバスデコード結果に影響を及ぼすという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、電圧変調と電流変調が１本の信号線上に重畳している通信において、どちらか一方が起因となって他方に異常ノイズを発生させた場合においても、異常ノイズの影響を受けないシリアルバスデコード機能を有する信号解析装置を実現することにある。

このような課題を解決するために、請求項１の発明は、
シリアルバスデコード機能を有する制御部を備えシリアルバスに接続される信号解析装置において、
前記制御部は、異常ノイズ除去機能を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の信号解析装置において、
前記制御部の異常ノイズ除去機能を選択的にＯＮ/ＯＦＦするように指示する操作手段を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の信号解析装置において、
前記操作手段は、前記制御部の異常ノイズ除去範囲を指定する機能を有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれに記載の信号解析装置において、
シリアルバスは、ＰＳＩ５プロトコルに基づくものであることを特徴とする。

これらの構成により、電圧変調と電流変調が１本の信号線上に重畳している通信において、どちらか一方が起因となって他方に異常ノイズを発生させた場合においても、異常ノイズの影響を受けないシリアルバスデコード機能を有する信号解析装置を実現することができる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。本発明に基づく図１に示した一実施例の動作説明例図である。本発明の機能を説明するための拡大波形図である。図３に示した異常ノイズ除去機能処理時の本発明に基づく信号解析装置の動作の流れを説明するフローチャートである。従来のシリアルバスデコード機能を有した信号解析装置の構成例を示すブロック図である。ＰＳＩ５プロトコルに基づく伝送信号の説明図である。伝送信号の波形例図である。図５に示す従来の信号解析装置の動作説明例図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、信号入力部２には、アナログ信号入力部２１とデータ信号入力部２２と同期信号入力部２３が設けられている。

アナログ信号入力部２１にはアナログ信号入力端子１１から電圧、電流などのアナログ信号が入力され、データ信号入力部２２にはデータ信号入力端子１２からＰＳＩ５プロトコルに基づくデータ信号が入力され、同期信号入力部２３にはＰＳＩ５プロトコルに基づく同期信号が入力される。

入力信号処理部３は、制御部４の制御の下、入力信号データメモリ５に対してＡ/Ｄ変換された入力信号データの書き込み処理、及び入力信号データメモリ５からの信号データ読み出し処理を行う。

入力信号データメモリ５はデータ信号メモリ５１と同期信号メモリ５２を備えていて、データ信号メモリ５１は入力されたデータ信号を記憶し、同期信号メモリ５２は入力された同期信号を記憶する。

制御部４は、前述の入力信号処理部３を制御することにより、信号解析装置としての動作を統括的に制御する。この制御部４は、シリアルバスデコード部４１の他、異常ノイズ検出除去範囲選択部４２と異常ノイズ検出除去部４３とを備えている。

異常ノイズ検出除去範囲選択部４２は、測定する信号内で同期信号パルスに起因する異常ノイズを検出して除去する範囲を指定する。

異常ノイズ検出除去部４３は入力信号から異常ノイズを除去する機能を備え、シリアルバスデコード部４１は入力信号のシリアルバスデコード処理を行う。

操作部７はユーザの指示を制御部４に入力するが、図５の操作部７では備えていなかった異常ノイズ検出除去機能切替操作部７１を備えている。この異常ノイズ検出除去機能切替操作部７１は、シリアルバスデコード処理時における異常ノイズ検出除去機能を選択的にＯＮ/ＯＦＦするとともに、異常ノイズ除去範囲を指定することができる。

図２は本発明に基づく図１に示した一実施例の動作説明例図であり、操作部７の異常ノイズ検出除去機能切替操作部７１で異常ノイズ検出除去機能を選択的にＯＮした状態の動作例を示したものであって、（ａ）は同期信号波形を示し、（ｂ）はデータ信号波形を示し、（ｃ）はステータス表示を示し、（ｄ）はデコード結果を示している。図２（ｄ）のデコード結果から明らかなように、制御部４の異常ノイズ検出除去部４３が有する異常ノイズ検出除去機能の効果により、シリアルバスデコード結果には異常フレームが存在しない。

図３は本発明の機能を説明するための拡大波形図であり、（ａ）はエッジ検出閾値１を示し、（ｂ）は同期信号波形を示し、（ｃ）はエッジ検出閾値２を示し、（ｄ）はデータ信号波形を示している。エッジ検出閾値１は同期信号波形の立ち上がりエッジを検出するための閾値であり、同期信号波形はＰＳＩ５プロトコルに基づく同期信号波形であり、エッジ検出閾値２はデータ信号波形の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するための閾値である。

図３において、パルスｎは同期信号波形のｎ個目に検出したパルスであり、パルスｎ＋１は同期信号波形のｎ＋１個目に検出したパルスである。

同期信号パルスｎに起因したノイズは同期信号のパルスｎが起因となってデータ信号波形に発生したノイズであり、同期信号パルスｎ＋１に起因したノイズは同期信号のパルスｎ＋１が起因となってデータ信号波形に発生したノイズである。

アイドル区間はセンサからＥＣＵへのデータ信号が出力されていない区間であり、データフレームはＰＳＩ５プロトコルに基づくデータフレームである。

データフレーム先頭位置は、アイドル認識後、最初の立ち上がりエッジ検出位置からデータフレームの０．５ビット長を遡った位置となる。具体的には、ＰＳＩ５プロトコルに基づくデータ信号がマンチェスター符号方式であることから、アイドル認識後の最初の立ち上がりエッジ検出位置は、図６に示すように、先頭ビットのＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替わる位置である。本発明では、アイドル区間認識後の最初の立ち上がりエッジ検出位置を先頭ビットの中央位置と解釈し、０．５ビット長を遡った位置をデータフレームの先頭位置としている。

位置Ｐ１は異常ノイズ除去機能ＯＮ時の除去範囲開始位置であり、パルスｎの立ち上がりエッジ検出位置からデータフレームの１ビット長を遡った位置としている。１ビット長の意味は、データフレーム先頭位置がアイドル認識後の最初の立ち上がりエッジ位置から０．５ビット長を遡った位置であることを考慮し、さらにマージンとして０．５ビット付加している。

ここで、
データフレームの０．５ビット長＝(サンプルレート／ビットレート)＊０．５
データフレームの１ビット長＝サンプルレート／ビットレート
とする。

位置Ｐ２はパルスｎの立ち上がりエッジ検出位置であり、位置Ｐ３はパルスｎの立ち上がりエッジ検出位置から異常ノイズ除去機能ＯＮ時にユーザが指定する除去範囲終了位置である。

位置Ｐ４は異常ノイズ除去機能ON時の除去範囲開始位置であり、パルスｎ＋１の立ち上がりエッジ検出位置からデータフレームの１ビット長を遡った位置である。

位置Ｐ５はパルスｎ＋１の立ち上がりエッジ検出位置であり、位置Ｐ６はパルスｎ＋１の立ち上がりエッジ検出位置から異常ノイズ除去機能ＯＮ時にユーザーが指定する除去範囲終了位置である。

Ｔ₁は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの範囲および位置Ｐ４から位置Ｐ５までの範囲を表しており、データフレームの１ビット長となっている。このＴ₁は、異常ノイズ除去機能ＯＮ時の除去範囲の前半部分となる。

Ｔ₂は、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの範囲および位置Ｐ５から位置Ｐ６までの範囲を表しており、このＴ₂は、異常ノイズ除去機能ＯＮ時の除去範囲の後半部分となる。

領域Ａは、位置Ｐ１から位置Ｐ３までの範囲を表しており、本発明において、異常ノイズ除去機能の範囲を表す。具体的には、アイドル中の立ち上がりエッジをこの領域内で検出した場合、異常ノイズ除去機能ＯＦＦ時であれば、データフレーム先頭の立ち上がりエッジとして検出されるが、異常ノイズ除去機能ＯＮ時であれば異常ノイズと見なし、シリアルバスデコード結果には反映されない。

領域Ｂは、位置Ｐ３から位置Ｐ４までの範囲を表しており、本発明において、異常ノイズ除去機能が及ばない範囲を表す。

領域Ｃは、位置Ｐ４から位置Ｐ６までの範囲を表しており、領域Ａと同様に、異常ノイズ除去機能の範囲を表す。具体的には、アイドル中の立ち上がりエッジをこの領域内で検出した場合、異常ノイズ除去機能ＯＦＦ時であれば、データフレーム先頭の立ち上がりエッジとして検出されるが、異常ノイズ除去機能ＯＮ時であれば異常ノイズと見なし、シリアルバスデコード結果には反映されない。

図４は、図３に示した異常ノイズ除去機能処理時の動作の流れを説明するフローチャートである。はじめに、同期信号入力波形に対して立ち上がりエッジ検出を行い、図３の位置Ｐ２、位置Ｐ５に該当するデータを取得する（ステップＳ１）。

次に、データ信号波形に対して立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの検出を行う（ステップＳ２）。データフレーム先頭位置として、データ信号波形のアイドル認識した後、最初の立ち上がりエッジ検出位置からデータフレームの０．５ビット長を遡った位置を算出する（ステップＳ３）。

そして、同期信号の立ち上がりエッジ位置から、図３の位置Ｐ１、位置Ｐ３、そして位置Ｐ４、位置Ｐ６を算出し、位置Ｐ１から位置Ｐ３の範囲を領域Ａ、位置Ｐ４から位置Ｐ６の範囲を領域Ｃとする（ステップＳ４）。

その後、データフレーム先頭位置が、領域Ａまたは領域Ｃの範囲内であるか否かを確認する（ステップＳ５）。範囲内である場合には同期信号が起因した異常ノイズと判断し、シリアルバスデコード結果には異常ノイズを反映させずに処理を終了させる。

一方、範囲外の場合には、正常なデータフレームと解釈し、データフレームのデコード処理を行って処理を終了させる（ステップＳ６）。以上の一連の処理を、同期信号入力波形の立ち上がりエッジとデータ信号入力波形の立ち上がりおよび立ち下がりエッジを検出しなくなるまで繰り返して行う。

本発明の信号解析装置によれば、測定する信号内で同期信号パルスに起因する異常ノイズを除去する範囲を指定することで、異常ノイズの影響を受けないシリアルバスデコード結果を得ることができる。

なお、上記実施例のＰＳＩ５バスでは、同期パルス発生直後にデータ信号に異常ノイズが発生しているが、特定の区間で異常ノイズが発生する性質を持っている他のバスにおいても、本発明を適用することにより、異常ノイズの影響を除去したシリアルバスデコード処理を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、電圧変調と電流変調が１本の信号線上に重畳している通信において、どちらか一方が起因となって他方に異常ノイズを発生させた場合においても、異常ノイズの影響を受けないシリアルバスデコード機能を有する信号解析装置を実現することができる。

１入力端子
１１アナログ信号入力端子
１２データ信号入力端子
１３同期信号入力端子
２信号入力部
２１アナログ信号入力部
２２データ信号入力部
２３同期信号入力部
３入力信号処理部
４制御部
４１シリアルバスデコード部
４２異常ノイズ検出除去範囲選択部
４３異常ノイズ検出除去部
５入力信号データメモリ
５１データ信号メモリ
５２同期信号メモリ
６表示部
７操作部
７１異常ノイズ検出除去機能切替操作部

Claims

シリアルバスデコード機能を有する制御部を備えシリアルバスに接続される信号解析装置において、
前記制御部は、同期信号に起因してデータ信号に発生する異常ノイズを含む所定の領域を定める異常ノイズ検出除去範囲選択部と、
前記所定の領域内にある前記データ信号をデコードしない異常ノイズ除去部と、
を備えることを特徴とする信号解析装置。
前記所定の領域が、前記同期信号の立ち上がりエッジ位置に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載の信号解析装置。
前記所定の領域が、前記同期信号の立ち上がりエッジ位置および立ち下がりエッジ位置を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の信号解析装置。
前記異常ノイズ検出除去範囲選択部および前記異常ノイズ除去部の機能を選択的にＯＮ/ＯＦＦするように指示する操作手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の信号解析装置。
前記制御部は、センサから前記データ信号が出力されないアイドル区間後の、前記データ信号に基づいて前記データ信号のデータフレーム先頭位置を定めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の信号解析装置。
シリアルバスは、ＰＳＩ５プロトコルに基づくものであることを特徴とする請求項１か
ら請求項５のいずれかに記載の信号解析装置。