KR101241013B1 - Ｃａｎ 통신장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CAN 통신장치에 관한 것으로서, 고속 CAN 버스의 주선에서 CAN 노드로 분기 연결된 지선의 영향을 감소시켜 지선의 길이 증대를 가능하도록 한 CAN 통신장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 이를 위해, 폐루프 구조의 주선과, 상기 주선에서 분기되어 개별 CAN 노드로 연결되는 지선과, 상기 주선의 양단에 연결되는 종단 저항을 포함하는 CAN 버스 구조를 갖는 CAN 통신장치에 있어서, 상기 CAN 버스의 주선에서 분기되어 CAN 노드로 연결되는 지선 초단에 지선의 임피던스를 증가시켜 주선으로의 반사파를 발생시키는 필터부가 설치되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신장치가 개시된다.

Description

ＣＡＮ 통신장치{Apparatus for controller area network}
본 발명은 CAN 통신장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속 CAN 버스의 주선에서 CAN 노드로 분기 연결된 지선의 영향을 감소시켜 지선의 길이 증대를 가능하도록 한 CAN 통신장치에 관한 것이다.
최근 전자제어기술 및 정보통신기술이 비약적으로 발전함에 따라 자동차에도 기계적인 방법에 의해 동작하던 각종 장치들이 운전자의 편리성 및 안전성 등의 여러 이유로 전기적인 방법에 의해 구동 및 제어되고 있다.
이에 차량에는 수많은 전자장치가 장착되고 있는데, 특히 차량의 전자제어를 위해 각종 센서류나 EMS(Engine Management System), HCU(Hybrid Control Unit), TCU(Transmission Control Unit), ABS ECU 등 수많은 제어기들이 사용되고 있다.
차량에서 전자장치 간의 통신방식으로는 주로 고속 CAN(Controller Area Network) 통신이 이용되고 있으며, 이는 오늘날 차량 네트워크를 구성하는 중요한 통신수단이 되고 있다.
예컨대, 차량에서 고속 CAN 버스가 엔진, 구동계, 샤시 등의 제어기에서 중요한 데이터를 송/수신하는 통신 버스로 널리 사용되고 있고, 차속, 엔진 RPM, 브레이크 제어 정보, 유닛 상태 정보, 경고등 표시 등의 데이터를 적절한 시점에서 적절히 전송/처리하는데 유용하게 이용되고 있다.
차량용 CAN 통신 시스템은 차량 내에 구비된 중앙제어기와 서브제어기들 간의 데이터 교환을 위해 데이터 교환 경로인 CAN 통신 버스를 제공하고, 이를 통해 상호 교환되는 각종 데이터들의 우선 순위를 조정할 수 있는 일종의 차량 최적화 시스템이다.
최근 차량에 탑재되는 제어기의 개수가 증가하는 동시에 제어기 간 협조 제어가 중요해지면서 차량 네트워크인 CAN 통신의 중요성도 점차 증대되고 있다.
CAN 통신라인에는 CAN 하이(high), CAN 로(low)의 2 가닥 CAN 배선(주선)이 구비되어 CAN 버스를 구성하고, 그 양단에는 CAN 배선 간의 전위차를 일정하게 유지하면서 CAN 배선의 상태를 안정화하기 위한 종단 저항이 특정 전자장치에 분산 취부되어 각각 연결된다.
또한 각 종단 저항은 서로 병렬로 연결되고, CAN 배선에는 다수의 전자장치(제어기 등)(CAN 노드(node))가 지선(stub)을 통해 분기 접속된다.
이러한 고속 CAN 버스는 안정적인 통신을 위해 버스의 주선과 지선의 길이가 제한되어야 하는데, 연결되는 CAN 노드들의 수가 증가하고 위치가 복잡해짐에 따라 필요한 버스 와이어의 길이와 복잡도도 증가하게 되어 안정적인 동작 확보에 어려움을 겪고 있다.
도 1을 참조하여 상세히 살펴보면, 도시된 바와 같이 통상의 고속 CAN 버스는 양단에 종단 저항(RT)이 연결된 폐루프 구조의 주선(1)과, 상기 주선과 CAN 노드(5)(제어기 등의 각 전자장치) 사이를 연결하는 지선(2)을 포함하여 구성된다.
일반적으로 이러한 CAN 버스 구조에서는 임피던스 불일치로 인한 반사파가 ⓐ 지점과 ⓑ 지점에서 발생하는데, 특히 주선과 지선의 임피던스가 동일하므로(예, 120Ω), 주선(1)으로부터 지선(2)이 분기되는 ⓐ 지점과, 지선(2)의 끝단과 CAN 노드(5)가 연결되는 ⓑ 지점에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생한다.
따라서, CAN 버스 주선(1)의 신호는 ⓐ 지점에서 반사파로 인해 크기가 감소한 뒤 지선(2)으로 전달되는데, 지선(2)으로 전달된 신호가 지선의 끝단 ⓑ 지점에서 반사되어 다시 ⓐ 지점으로 되돌아와 중첩됨으로써 원하는 크기의 CAN 신호가 발생한다.
지선으로 인한 버스 신호의 동작은 다음과 같다.
- ⓐ 지점에서 반사파 발생 → 반사파로 인해 ⓐ 지점 이후의 주선(1)과 지선(2)에 감소된 크기의 버스 신호 전달 → 지선(2)으로 전달된 버스 신호가 ⓑ 지점에 도달해서 다시 반사파 발생 → ⓑ 지점에서 발생한 반사파가 ⓐ 지점으로 되돌아가 주선(1)의 버스 신호와 중첩 → 원하는 크기의 버스 신호 발생
그러나, 지선(2)으로 전달된 신호가 지선의 끝단 ⓑ 지점에서 반사되어 다시 ⓐ 지점으로 되돌아와 중첩될 때까지는 CAN 신호가 왜곡된 파형 크기를 가지게 된다.
즉, 종래의 CAN 버스 구조에서는 버스 신호가 지선(2)을 왕복하여 돌아오는데 걸리는 시간 동안 파형의 왜곡이 발생하며, 임피던스 불일치로 인한 파형 왜곡의 영향을 줄이기 위해 단순히 지선의 길이를 제한하였다.
또한 CAN 버스 주선(1)의 신호는 주선뿐만 아니라 모든 지선(2)을 통해 각 노드(5)까지 진행하였다 반사되어 되돌아온 반사파와 중첩되어야 하므로, 이때 CAN 동작의 안정성을 보장하기 위해 주선(1)과 지선(2)의 길이 합도 제한하고 있다.
이와 같은 제한으로 인해 계속해서 증가하고 있는 CAN 노드의 수와 다양한 위치에 대응하는 버스 설계에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 고속 CAN 버스의 주선에서 CAN 노드로 분기 연결된 지선의 영향을 감소시켜 지선의 길이 증대를 가능하도록 한 CAN 통신장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 폐루프 구조의 주선과, 상기 주선에서 분기되어 개별 CAN 노드로 연결되는 지선과, 상기 주선의 양단에 연결되는 종단 저항을 포함하는 CAN 버스 구조를 갖는 CAN 통신장치에 있어서, 상기 CAN 버스의 주선에서 분기되어 CAN 노드로 연결되는 지선 초단에 지선의 임피던스를 증가시켜 주선으로의 반사파를 발생시키는 필터부가 설치되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신장치를 제공한다.
상기한 본 발명의 실시예에서, 상기 필터부는 CAN 버스의 주선에서 분기되어 CAN 노드로 연결되는 두 지선 상에 각각 설치되는 제1필터부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 필터부는 제1필터부가 설치된 두 지선 사이의 연결회로 상에 설치되어 CAN 노드로 전달되는 신호의 왜곡을 보상하는 제2필터부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제2필터부는 상기 두 지선 사이의 연결회로 상에 설치되는 커패시터, 저항, 인덕터 및 비드 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1필터부는 CAN 노드로 연결되는 각 지선 상에 설치되는 저항, 인덕터 및 비드 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 고속 CAN 버스 구조에서는 버스의 주선에서 분기되어 CAN 노드로 연결되는 지선에 필터부를 삽입하여 구성됨으로써, 주선의 버스 신호가 지선 끝단에서 반사되어 되돌아올 때까지 CAN 신호가 왜곡되는 현상을 최소화할 수 있고, 지선의 길이가 주선의 버스 신호에 미치는 영향을 줄일 수 있게 된다.
또한 종래의 CAN 버스 구조에 비해 지선의 길이를 증대시킬 수 있어 고속 CAN 버스의 설계 자유도를 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 고속 CAN 버스 구조를 나타내는 CAN 통신라인의 연결 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 CAN 통신장치의 CAN 버스 구조를 나타내는 연결 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 다양한 실시예를 나타내는 구성 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고속 CAN 버스에서 주선에서 CAN 노드로 분기 연결된 지선의 영향을 감소시켜 지선의 길이 증대를 가능하도록 한 CAN 통신장치에 관한 것으로, 지선의 임피던스를 크게 하는 요소(후술하는 필터부)를 지선 초단에 삽입하여, 분기점에서의 파형 왜곡과 지선 끝단에서 발생하는 반사파의 영향을 감소시킴으로써 지선의 길이 증대를 가능하도록 한 점에 주안점이 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 통상의 고속 CAN 버스 구조에서는 주선으로부터 지선이 분기되는 ⓐ 지점과, CAN 노드가 연결되는 지선의 끝단 ⓑ 지점에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생하게 된다.
이러한 ⓐ, ⓑ 지점의 임피던스 불일치로 인해 ⓐ 지점에서 CAN 신호의 크기가 감소하면 ⓑ 지점에서 발생한 반사파가 ⓐ 지점으로 되돌아가 ⓐ 지점의 신호와 중첩됨으로써 원하는 크기의 CAN 신호가 발생할 수 있도록 하고 있다(도 1 참조).
이때, 종래의 경우, ⓐ 지점에서 ⓑ 지점으로 신호가 진행하였다 되돌아가는 시간 동안의 파형 왜곡이 발생하므로, 이를 최소화하기 위해 지선의 길이를 제한하였다.
반면, 본 발명에서는 CAN 버스의 주선으로부터 CAN 노드로 분기 연결되는 지선에 필터부를 삽입하고, 이때 CAN 버스의 주선에서 필터부의 영향(필터부에서 발생한 반사파의 작용)이 우선적으로 나타나도록 필터부의 회로를 구성한다.
상기 필터부를 삽입하는 경우 지선과 필터부의 연결지점에서 발생한 반사파가 지선의 분기점(ⓐ 지점)으로 되돌아가 중첩되면서 원하는 크기의 CAN 신호가 발생하게 된다.
이때, 필터부는 필터부의 삽입으로 인해 추가되는 지선 및 주선으로 전달되는 신호의 왜곡을 감소시키게 된다.
이와 같이 필터부는 ⓐ 지점 가까이 위치한 필터부에서 1차 반사파가 발생하게 하여 CAN 버스에서 각 CAN 노드가 연결되는 지선의 길이를 증대시킬 수 있게 해준다.
이러한 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 CAN 통신장치의 CAN 버스 구조를 나타내는 연결 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 구성을 나타내는 개략도이다.
또한 도 4는 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 CAN 통신장치에서 필터부의 다양한 실시예를 나타내는 구성 회로도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 CAN 통신 장치에서 버스 구조는 하이, 로우의 2 가닥으로 구비되어 폐루프 구조를 이루는 주선(1)과, 각 주선(1)에서 분기되어 개별 CAN 노드(5)로 연결되는 2 가닥의 지선(2)과, 주선(1)의 양단에 연결되는 종단 저항(RT)을 포함하여 구성된다.
이때, 주선(1)에서 분기되어 CAN 노드(5)로 연결되는 두 지선(2)의 초단에 필터부(3)가 삽입되어 연결되고, 이 필터부(3)에 의해 주선(1)과 지선(2)의 분기점에서 신호 전달 비율을 증가시킨다.
상기 필터부(3)는 도 3에 나타낸 바와 같이 개별 CAN 노드(5)에 연결된 두 지선(2) 상에 각각 설치된 제1필터부(4a)를 포함하여 구성되고, 제1필터부(4a)는 주선(1)에서 분기된 지선(2)의 임피던스를 증가시켜, 임피던스 불일 정도를 감소시키게 된다.
결과적으로는 상기 제1필터부(4a)는 주선(1)에서 지선(2)이 분기되는 분기점 이전의 주선의 버스 신호가 분기점 이후의 주선과 지선으로 전달되는 전달비율(transmission ratio)을 높이게 된다.
본 발명의 실시예에서, 이러한 제1필터부(4a)는 도 5에 나타낸 바와 같이 저항(R), 인덕터(L) 및 비드(bead) 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
또한 바람직한 실시예에서, 상기 필터부(3)는 제1필터부(4a)가 설치된 두 지선(2) 사이의 연결회로 상에 설치되는 제2필터부(4b)를 더 포함하며, 상기 제2필터부(4b)는 제1필터부(4a)에서 CAN 노드(5)로, 혹은 CAN 노드(5)에서 제1필터부(4a)로 진행하는 CAN 신호가 반사파로 인해 왜곡되는 정도를 감소시키는 역할을 한다.
또한 제2필터부(4b)는 제1필터부(4a)의 삽입으로 인해 CAN 노드(5)로 전달되는 신호의 왜곡을 보상하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에서, 이러한 제2필터부(4b)는 도 5에 나타낸 바와 같이 두 지선(2) 사이의 연결회로 상에 설치되는 커패시터(C), 저항(R), 인덕터(L) 및 비드 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
여기서, 조합의 종류에 따라 필터나 임피던스 분배기, 혹은 두 역할을 모두 수행할 수 있다.
이하, 이러한 필터부의 작용 효과를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 CAN 버스 구조에서는 ⓐ, ⓑ, ⓒ의 3 지점에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생한다.
여기서, ⓐ, ⓑ 지점에서의 동작은 종래기술과 동일하므로 ⓒ 지점에서의 동작을 중심으로 설명하며, 상기 필터부(3)로 인한 ⓒ 지점에서의 동작은 다음과 같다.
- ⓐ 지점의 임피던스 불일치로 감소된 크기의 버스 주선 신호가 지선(2)으로 전달 → 제1필터부(4a)에 의해 지선(2)의 임피던스 증가 → ⓒ 지점에서 반사파 발생 → ⓒ 지점에서 발생한 반사파가 ⓐ 지점으로 되돌아가 주선(1)에서 전달된 감소된 크기의 신호와 중첩
즉, CAN 노드(5)로 연결된 지선(2)의 끝단이 아니라 지선의 초단에서 반사파를 발생시켜 주선(1)의 버스 신호와 중첩시키므로 지선의 길이와 무관하게 짧은 파형 왜곡 시간을 가지게 되고, 따라서 지선의 길이를 증가시킬 수 있게 된다.
그런데, 제1필터부(4a)로 인해 CAN 노드(5)로 전달되는 신호에 크기 감소 등과 같은 왜곡이 추가될 수 있으므로, 필요한 경우 제2필터부(4b)를 삽입하여 이 파형 왜곡의 영향을 감소시킨다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 고속 CAN 버스 구조에서는 버스의 주선에서 분기되어 CAN 노드로 연결되는 지선에 필터부를 삽입하여 구성됨으로써, 주선의 버스 신호가 지선 끝단에서 반사되어 되돌아올 때까지 CAN 신호가 왜곡되는 시간을 최소화할 수 있고, 지선의 길이가 주선의 버스 신호에 미치는 영향을 줄일 수 있게 된다.
또한 종래의 CAN 버스 구조에 비해 지선의 길이를 증대시킬 수 있어 고속 CAN 버스의 설계 자유도를 증대시킬 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 주선 2 : 지선
3 : 필터부 4a : 제1필터부
4b : 제2필터부 5 : CAN 노드
RT : 종단 저항 R : 저항
L : 인덕터 C : 커패시터

Claims (5)

  1. 폐루프 구조의 주선(1)과, 상기 주선(1)에서 분기되어 개별 CAN 노드(5)로 연결되는 지선(2)과, 상기 주선(1)의 양단에 연결되는 종단 저항(RT)을 포함하는 CAN 버스 구조를 갖는 CAN 통신장치에 있어서,
    상기 CAN 버스의 주선(1)에서 분기되어 CAN 노드(5)로 연결되는 지선(2)의 초단에 지선(2)의 임피던스를 증가시켜 주선(1)으로의 반사파를 발생시키는 필터부(3)가 설치되며,
    상기 필터부(3)는 CAN 버스의 주선(1)에서 분기되어 CAN 노드(5)로 연결되는 두 지선(2) 상에 각각 설치되는 제1필터부(4a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터부(3)는 제1필터부(4a)가 설치된 두 지선(2) 사이의 연결회로 상에 설치되어 CAN 노드(5)로 전달되는 신호의 왜곡을 보상하는 제2필터부(4b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2필터부(4b)는 상기 두 지선(2) 사이의 연결회로 상에 설치되는 커패시터(C), 저항(R), 인덕터(L) 및 비드(bead) 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1필터부(4a)는 CAN 노드(5)로 연결되는 각 지선(2) 상에 설치되는 저항(R), 인덕터(L) 및 비드(bead) 중 선택된 하나 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 장치.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050135331A1 (en) * 2003-12-17 2005-06-23 Siemens Aktiengesellschaft System for transmission of data on a bus
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