KR20130113034A

KR20130113034A - 고속 캔 통신용 버스 장치

Info

Publication number: KR20130113034A
Application number: KR1020120035281A
Authority: KR
Inventors: 권해윤; 정주명; 임한상; 박준서
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 경신
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-10-15

Abstract

본 발명은 고속 캔 통신용 버스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속 캔(CAN: Controller Area Network) 버스에서의 지선 영향을 감소시켜 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있도록 한 고속 캔 통신용 버스 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 캔(CAN) 버스의 주선과 지선이 분기되는 지점과 지선과 캔 노드 간의 연결지점에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생하고, 이 반사파의 영향으로 지선의 길이가 제한되는 점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 높은 임피던스를 가지는 입력버퍼 등을 포함하는 필터회로를 주선에서 분기된 지선 초단에 삽입하여, 주선의 버스 신호가 왜곡되는 시간 및 정도를 감소시키는 동시에 주선에서 분기된 지선의 단일 분기점마다 여러개의 지선을 병렬로 연결하여 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있도록 한 고속 캔 통신용 버스 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

고속 캔 통신용 버스 장치{CAN bus system}

본 발명은 고속 캔 통신용 버스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속 캔(CAN: Controller Area Network) 버스에서의 신호가 지선 영향을 받는 것을 감소시키는 동시에 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있도록 한 고속 캔 통신용 버스 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 차량의 각종 전장품 등을 제어하기 위하여 탑재되고 있는 다수의 전자 제어 유니트는 점차 복잡한 제어 로직에 의하여 고집적화되는 동시에 지능화되고 있고, 이에 각 전장품 제어를 위한 분산 제어 시스템에 대한 요구가 점차로 높아지고 있고, 전자 제어 유니트의 제어 동작을 위하여 실시간 네트워크에 대한 필요성이 부각되고 있다.

따라서, 차량에 탑재된 다수의 전자 제어 유니트의 상호 정보 교환을 위한 실시간 네트워크 통신망으로 CAN(Controller Area Network)을 이용하고 있다.

상기 캔은 자동차용 네트워크 프로토콜로 개발된 것으로 높은 데이터 처리 속도, 전기적 장애에 대한 면역성 및 에러를 감지하여 교정하는 성능 등을 발휘함에 따라, 자동차 분야 뿐만 아니라, 제조업, 항공, 철도 등의 여러 산업 분야에도 널리 이용될 수 있는 체계로 알려지고 있다.

좀 더 상세하게는, 상기 캔 통신은 차량용 네트워크를 위해 고안된 시리얼 통신 네트워크의 통신 방식으로서, 2개의 선으로 여러개의 캔 노드 즉, 전자제어유니트(ECU)를 병렬로 연결하여 캔 노드 간의 정보 교환을 우선순위대로 처리하는 장점이 있고, 또한 네트워크 상의 모든 디바이스는 전송되는 모든 캔 신호의 메시지를 확인할 수 있으며, 해당 캔 신호를 필터링해야 하는지 여부를 결정할 수 있으므로 노이즈에 장한 통신으로 인정받고 있다.

이러한 CAN 통신 프로토콜은 ISO의 OSI 참조 모델에 의거하여 정의된 통신 단말기 간의 정보 교환 방식을 정하고 있고, 특히 여러 전자 제어 유니트를 통신 가능하게 연결하는 고속 캔 버스는 안정적인 통신을 위하여 버스의 주선과 지선의 길이가 제한되어야 한다.

그러나, 상호 캔 통신 가능하게 연결되는 전자 제어 유니트 즉, 전자 장치(CAN 노드)들의 수가 증가하고 연결관계 및 위치가 복잡해짐에 따라, 필요한 버스 와이어의 길이와 복잡도도 함께 증가하게 되어, 캔 통신의 안정적인 동작 확보에 어려움을 겪고 있다.

여기서, 종래의 고속 캔 버스의 연결 구조를 첨부한 도 1을 참조로 살펴보면 다음과 같다.

기존 고속 캔 버스 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 양단이 저항으로 터미네이션(termination)된 주선(10)과, 주선(10)과 캔 노드(30) 사이를 연결하는 지선(20)으로 구성되어 있다.

이때, 상기 주선(10)과 지선(20)의 임피던스는 모두 약 120Ω이므로, 주선(10)에서 지선(20)으로 분기되는 분기 지점(ⓐ)과, 지선(20)의 끝단과 캔 노드(30) 간의 연결 지점(ⓑ)에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생한다.

따라서, 캔 버스 주선(10)의 신호는 지선이 분기되는 분기 지점(ⓐ)에서 반사파로 인해 크기가 감소된 후 지선(20)으로 전달되고, 지선(20)으로 전달된 신호는 지선(20)의 끝단, 즉 지선의 끝단과 캔 노드(30) 간의 연결 지점(ⓑ)에서 반사되어 다시 지선(20)이 분기되는 분기 지점(ⓐ)으로 되돌아와 중첩될 때 까지 왜곡된 파형 크기를 가지게 된다.

이러한 연결 관계를 갖는 고속 캔 버스 신호의 동작은 다음과 같은 흐름을 나타낸다.

분기 지점(ⓐ)에서 반사파 발생 → 반사파로 인해 분기 지점(ⓐ) 이후의 주선(10)과 지선(20)에 감소된 크기의 버스 신호 전달 → 지선(20)으로 전달된 버스 신호가 연결 지점(ⓑ)에 도달해서 다시 반사파 발생 → 연결 지점(ⓑ)에서 발생한 반사파가 분기 지점(ⓐ)으로 되돌아가 주선(10)의 버스 신호와 중첩 → 원하는 크기의 버스 신호 발생.

이와 같이, 캔(CAN) 버스 구조에서는 버스 신호가 지선을 왕복하여 돌아오는데 걸리는 시간 동안 파형의 왜곡이 발생되고 있다.

이에, 종래 기술에서는 상기와 같은 임피던스 불일치로 인한 파형 왜곡의 영향을 줄이기 위해 단순히 지선의 길이를 제한하는 방법을 채택하고 있고, 또한 캔(CAN) 버스 주선의 신호는 주선 뿐만 아니라 모든 지선을 통해 각 캔 노드까지 진행하였다가 반사되어 되돌아온 반사파가 중첩되어야 하므로, 캔 동작의 안정성을 보장하기 위하여 주선과 지선의 길이의 합도 제한하고 있다.

이와 같은 주선과 지선의 길이 제한으로 인해 증가하는 캔(CAN) 노드의 수와 다양한 위치에 대응하는 버스 설계에 어려움이 있다.

본 발명은 캔(CAN) 버스의 주선과 지선이 분기되는 지점과 지선과 캔 노드 간의 연결지점에서 임피던스 불일치로 인한 반사파가 발생하고, 이 반사파의 영향으로 지선의 길이가 제한되는 점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 높은 임피던스를 가지는 입력버퍼 등을 포함하는 필터회로를 주선에서 분기된 지선 초단에 삽입하여, 주선의 버스 신호가 왜곡되는 시간 및 정도를 감소시키는 동시에 주선에서 분기된 지선의 단일 분기점마다 여러개의 지선을 병렬로 연결하여 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있도록 한 고속 캔 통신용 버스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고속 캔 버스의 주선과, 주선과 캔 노드 사이를 연결하는 지선을 포함하는 고속 캔 통신용 버스 장치에 있어서, 상기 주선으로부터의 캔 신호를 캔 노드로 전달하거나 반사시키는 입력버퍼와, 캔 노드로부터의 신호를 출력하는 출력버퍼가 별도로 신호라인으로 나누어진 필터회로를 상기 지선의 초단 부분에 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 주선으로부터 분기된 동일한 지선에 여러개의 보조지선이 병렬로 연결되고, 상기 필터회로는 각 보조지선의 초단에 장착되며, 각 보조지선의 끝단에 캔 노드가 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 필터회로의 입력버퍼 출력단에 수동소자가 더 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 필터회로의 출력버퍼는 스위치 또는 오픈 콜렉터 구조의 트랜지스터로 구현된 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 필터회로의 출력버퍼의 출력단에는 저항, 비드, 인덕터중 선택된 하나 이상의 수동소자가 더 연결되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 필터회로의 출력버퍼는 캔 노드내의 캔 컨트롤러의 Tx 신호를 사용하여 활성화되거나, 캔 컨트롤러에 별도의 할당된 핀을 통하여 활성화되는 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 출력버퍼는 캔 컨트롤러의 Tx 신호가 로우(low)로 떨어지면 비트 타임에 따른 정해진 시간동안 활성화되는 것임을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 장점을 제공한다.

본 발명에 따르면, 높은 임피던스를 가지는 입력버퍼 등을 포함하는 필터회로를 주선에서 분기된 지선 초단에 삽입하여, 주선의 버스 신호가 지선으로 인한 임피던스 불일치로 인하여 왜곡되는 시간 및 정도를 감소시키는 동시에 주선에서 분기된 지선의 단일 분기점마다 여러개의 지선을 병렬로 연결하여 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있다.

이렇게 기존의 캔 통신용 트위스티드 페어 와이어(twisted pair wire)를 그대로 적용하여 지선의 길이 및 수를 증대시킴에 따라, 더 많은 캔 노드를 배치할 수 있음을 물론 캔 통신용 버스를 설계하는 설계 자유도를 제공할 수 있고, 지선 길이 및 수의 증가에 의한 신호 전달 시간의 지연 증가를 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래의 고속 캔 버스 연결 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 고속 캔 버스 연결 구조를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 고속 캔 버스 연결 구조로서, 지선 초단에 삽입한 버퍼를 포함한 회로의 내부 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 고속 캔 버스 연결 구조에서 출력 버퍼 제어신호의 생성예를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 고속 캔 버스 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 양단이 저항으로 터미네이션(termination)된 주선(10)과, 주선(10)과 캔 노드(30) 사이를 연결하는 지선(20)으로 구성되어 있다.

본 발명은 고속 캔 버스의 주선(10)으로부터 분기되어 주선(10)과 캔 노드(30: 전자제어유니트) 사이를 연결하는 지선(20)의 초단 부분에 첨부한 도 2에 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진 필터회로(40)를 설치한 점에 주된 특징이 있다.

상기 필터회로(40)는 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 주선(10)으로부터의 캔 신호를 캔 노드(30)로 전달하거나 반사시키는 입력버퍼(42)와, 캔 노드(30)로부터의 신호를 출력하는 출력버퍼(44)와, 출력버퍼(44)의 출력단에 구성되는 스위치(46) 등을 포함하여 구성되어 있으며, 이렇게 입력버퍼(42)와 출력버퍼(44)가 별도로 신호라인으로 나누어져 있는 점에 특징이 있다.

이때, 캔 신호의 입력 및 출력의 기준은 모두 지선(20)과 연결된 캔 노드(30)이며, 상기 입력버퍼(42)는 기본적으로 활성화되어 있어서 주선(10)으로부터 전달되는 캔 신호를 입력받을 준비가 되어 있고, 상기 출력버퍼(44)는 기본적으로 비활성화되어 있어 캔 노드(30)로부터의 제어 신호에 의해 지선(20)에 연결된 캔 노드(30)가 신호를 지선(20) 및 주선(10)을 향하여 출력할때에만 활성화된다.

특히, 상기 입력버퍼(42)는 높은 입력 임피던스를 가지는 것으로 채택되어, 하기에서 이해할 수 있는 바와 같이 캔 신호 전달 대상의 캔 노드(30)에만 캔 신호를 전달하고, 주선(10)으로부터 지선(20)으로 입력된 다른 캔 신호를 주선(10)으로 반사시키는 역할을 한다.

따라서, 필터회로(40)의 입력버퍼(42)로부터 반사된 캔 신호가 반사파로서 주선(10)으로 되돌아가면, 결국 반사파가 합쳐진 주선 신호는 원래의 신호 크기를 가지게 된다.

또한, 상기와 같이 지선(20) 초단에 위치한 필터회로(40) 장치에서 캔 신호가 반사되면, 반사된 신호는 다시 주선 및 다른 지선으로 더해지므로, 주선으로부터 동일한 분기점에서 분기된 지선의 수 및 그 길이를 증가시킬 수 있다.

여기서, 지선의 길이 및 수를 증가시킨 예를 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.

주선(10)으로부터 여러개의 지선이 분기될 수 있지만, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 주선(10)으로부터 하나의 지선만이 분기된 것으로 가정한다.

상기 주선(10)으로부터 분기된 지선(20)에는 지선의 길이를 연장시키면서 여러개의 보조지선(22)이 병렬로 연결되고, 각 보조지선(22)의 끝단에는 캔 노드(30)가 각각 연결된다.

특히, 상기 캔 노드(30)와 연결되는 각 보조지선(22)의 초단 위치마다 필터회로(40)가 장착된다.

이렇게 주선(10)으로부터 분기된 지선(20) 즉, 동일한 분기점으로부터 보조지선(22)이 병렬로 연결됨에 따라 지선의 길이 및 수를 늘릴 수 있고, 또한 기존에 주선과 지선의 길이 제한으로 인해 캔 노드 수를 증가시키지 못했던 것과 달리 상기와 같이 병렬로 연결된 보조지선(22)마다 캔 노드(30)를 연결함에 따라 캔 노드 수를 용이하게 증가시키는 버스 설계 자유도를 제공할 수 있다.

한편, 캔 노드(30)의 입력단으로부터 반사된 파형의 감소나 지선 길이로 인한 링잉(ringing) 감소 등의 필요에 따라서, 상기 보조지선(22)에 장착된 필터회로(40)의 입력버퍼(42) 출력단에 수동소자(미도시됨)를 추가할 수 있다.

또한, 상기 출력버퍼(44)는 해당 보조지선(22)과 연결된 캔 노드에서 다른 보조지선(22)과 연결된 캔 노드로 신호를 전송하는 경우에만 활성화되는데, 이는 스위치 또는 오픈 콜렉터(open collector) 구조의 트랜지스터(transistor) 등으로 구현될 수 있다.

상기 출력버퍼(44)의 출력 임피던스는 입력버퍼(42)의 입력 임피던스에 비해 상대적으로 낮으므로, 이를 보완하기 위해 직렬로 저항, 비드, 인덕터 등의 수동 소자를 출력버퍼(44)의 출력단에 더 삽입할 수 있고, 또한 삽입된 수동소자로 인한 신호 크기 감소를 보완하기 위해 버퍼가 아닌 이득을 가지는 앰프를 적용할 수도 있다.

여기서, 본 발명에 따른 고속 캔 통신용 버스 장치에 대한 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기와 같이, 주선(10)으로부터 분기된 지선(20)에 여러개의 보조지선(22)이 병렬로 연결되고, 각 보조지선(22)의 끝단에는 캔 노드(30)가 연결되며, 캔 노드(30)와 연결되는 각 보조지선(22)의 초단 위치마다 필터회로(40)가 장착된 상태에서, 상기 캔 노드(30) 중에서 제1캔 노드(31)에서 제2캔 노드(32)로 캔 신호가 전송되는 것을 예로들어 설명하기로 한다.

우선, 제1캔 노드(31)와 연결된 제1필터회로(40a)의 출력버퍼(44)에서 제1 캔 노드(31)가 신호를 송신할 지 여부를 알아야 하므로, 출력버퍼(44)의 제어신호를 해당 캔 노드 즉, 제1캔 노드(31)로부터 받는다.

이를 위해, 출력버퍼(44)의 제어신호의 생성 예를 나타낸 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 출력버퍼의 제어신호 생성을 위하여 각 캔 노드(30)내의 캔 컨트롤러(CAN controller)의 Tx 신호를 사용하게 된다.

따라서, 상기 제1캔 노드(31)의 Tx 신호를 제어신호의 트리거로 삼아 Tx 신호가 로우(low)로 떨어지면 비트 타임(bit time)에 따른 정해진 시간동안 출력버퍼(44)를 활성화시킬 수 있고(도 4의 (a) 참조), 또는 캔 컨트롤러에 별도의 핀을 할당하여 제어할 수 도 있다(도 4의 (b) 참조).

이렇게 제1캔 노드(31)의 Tx 신호에 따라 출력버퍼(44)가 스위칭되는 등의 활성화가 이루어지면, 제1캔 노드(31)의 캔 신호가 보조지선(22)을 통하여 제2캔 노드(32)로 전송된다.

물론, 제1캔 노드(31)의 캔 신호는 동일한 지선(20)에서 분기된 보조지선(22)과 연결되는 제3캔 노드(33) 내지 제n캔 노드에도 각각 전송 가능하고, 주선(10)을 통하여 연결되는 다른 지선(20) 및 이 다른 지선(20)과 연결된 보조지선까지 전송될 수 있다.

그러나, 상기 제1캔 노드(31)의 캔 신호는 제3필터회로(40b)를 지나 제2캔 노드(32)로만 전송될 뿐, 나머지 다른 캔 노드로 전송되는 경우에는 다른 캔 노드와 연결되는 필터회로의 입력버퍼는 높은 입력 임피던스를 가지므로, 입력된 캔 신호를 보조지선(22) 및 지선(20)을 통하여 주선(10)으로 반사시키게 되고, 따라서 필터회로(40)의 입력버퍼(42)로부터 반사된 캔 신호가 반사파로서 주선(10)으로 되돌아가면, 반사파가 합쳐진 주선 신호는 원래의 신호 크기를 가지게 된다.

이때, 제2캔 노드(32)의 캔 송수신기에서 제2필터회로(40b)의 입력버퍼(42)를 통과한 제1캔 노드(31)로부터의 캔 신호를 수신할 수 있다.

이와 같이, 주선의 버스 신호가 왜곡되는 시간 및 정도를 감소시키는 동시에 주선에서 분기된 지선의 단일 분기점마다 여러개의 보조지선을 병렬로 연결하여 지선의 길이 및 수를 증대시킬 수 있으며, 지선의 길이 및 수 증대가 가능하여 고속 캔 버스의 설계 자유도를 크게 증대시킬 수 있다.

10 : 주선
20 : 지선
30 : 캔 노드
31 : 제1캔 노드
32 : 제2캔 노드
33 : 제3캔 노드
40a : 제1필터회로
40b : 제2필터회로
42 : 입력버퍼
44 : 출력버퍼
46 : 스위치

Claims

고속 캔 버스의 주선(10)과, 주선(10)과 캔 노드(30) 사이를 연결하는 지선(20)을 포함하는 고속 캔 통신용 버스 장치에 있어서,
상기 주선(10)으로부터의 캔 신호를 캔 노드(30)로 전달하거나 반사시키는 입력버퍼(42)와, 캔 노드(30)로부터의 신호를 출력하는 출력버퍼(44)가 별도로 신호라인으로 나누어진 필터회로(40)를 상기 지선(20)의 초단 부분에 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주선(10)으로부터 분기된 동일한 지선(20)에 여러개의 보조지선(22)이 병렬로 연결되고, 상기 필터회로는 각 보조지선(22)의 초단에 장착되며, 각 보조지선(22)의 끝단에 캔 노드(30)가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필터회로(40)의 입력버퍼(42) 출력단에 수동소자가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필터회로(40)의 출력버퍼(44)는 스위치 또는 오픈 콜렉터 구조의 트랜지스터(transistor)로 구현된 것임을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 필터회로(40)의 출력버퍼(44)의 출력단에는 저항, 비드, 인덕터중 선택된 하나 이상의 수동소자가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필터회로(40)의 출력버퍼(44)는 캔 노드(30)내의 캔 컨트롤러의 Tx 신호를 사용하여 활성화되거나, 캔 컨트롤러에 별도의 할당된 핀을 통하여 활성화되는 것임을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 출력버퍼(44)는 캔 컨트롤러의 Tx 신호가 로우(low)로 떨어지면 비트 타임에 따른 정해진 시간동안 활성화되는 것임을 특징으로 하는 고속 캔 통신용 버스 장치.