WO2012132553A1 - 車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路 - Google Patents

Abstract

　車両ネットワークの終端回路におけるＬＣ共振によるノイズの影響を低減し、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路を提供する。　コモンモードチョークを介してネットワークに接続された少なくとも一つの入出力ラインと、それを駆動するネットワークドライバーを備えたタイプの複数の電子装置間の通信を行うための車両ネットワークにおいて、ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路は、信号出力ラインと接地との間に、直列接続された抵抗と容量とを含む。これら直列の抵抗と容量は、同ネットワーク内の電子装置のうちの終端抵抗を備えない装置におけるＬＣ共振を低減し、ネットワークを通信エラーから保護する。

Description

車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路

　本発明は、ネットワークにおける耐雑音障害性を向上するための回路に関する。

　通常車両は、車両内の電子装置を制御するための通信ネットワークを備えており、一般的にはCan Area Network（ＣＡＮ）とFlex-Ray（フレックスレイ）ネットワークの２種類の通信ネットワークが知られている。

　図１は、例示的な従来技術になる、終端抵抗がない場合のＣＡＮ終端回路を図示している。同図は、差動の入／出力信号ライン１２を備えたＣＡＮドライバー１０を含んでおり、信号ライン１２は、コモンモードチョーク１４を介して、ＣＡＮドライバー１０を車両内の種々の電子装置へ連結している信号ハーネス１６に接続されている。

　ほとんどの車両の通信ネットワークは、所定の周波数で動作し、例えばＣＡＮは、５００ｋＨｚなどの周波数帯域で通信をする。高周波数ノイズを低減するため、一般的には、端子キャパシタ１８が、ドライバー１０に対向するコモンモードチョーク１４側の接地との間に接続されている。

　ネットワーク内におけるコモンモードチョーク１４は、ドライバー１０から出力されるエミッションノイズを低減するように設計されている。しかしながら、コモンモードチョーク１４のインダクタンスとドライバー１０の浮遊容量１１からなるＬＣ共振が、例えば、バルクカレントインジェクション（Bulk Current Injection：ＢＣＩ）テストなどのネットワークの耐雑音障害性テストにおいて、通信不良の原因となることがある。

　このような耐雑音障害性を向上させる方法として、下記の特許文献には、コモンモードチョーク内に発生する抵抗値を増加する構造案が提案されている。しかしながら同構造実現には、コモンモードチョークの高コスト化が伴うという問題があり、既存でかつ安価な部品を使った耐雑音障害性向上方法が必要であった。
特開２００９－１０２０７号公報

　本発明は、例えば、車両用のＣＡＮやフレックスレイネットワークなどの通信ネットワークの終端回路における耐雑音障害性を向上するための回路を、安価な抵抗と容量を用いて実現する構成を提供するものである。

　要約すれば、本発明になる回路は、互いに直列に接続された抵抗（レジスタ）と容量（キャパシタ）の両者を備えている。抵抗と容量の直列接続の一端は、ドライバーと共通モードチョークの間の差動信号ラインに接続されている。抵抗と容量の直列接続の他端は、接地されている。

　実際には、抵抗と容量の値は、ネットワークの終端回路におけるＬＣ共振によって生じるであろうピークを低減するように選択されている。このために、抵抗の抵抗値は、ネットワークの共振周波数におけるドライバーの寄生抵抗のインピーダンス以下となるように選択されている。

　加えて、抵抗の抵抗値は、共通モードチョークのインダクタンスをネットワークにおける端子容量（terminal capacitance）の静電容量値によって割った値の平方根をよりも大きくすべきである。最後に、抵抗と容量の値は、ネットワークの通信周波数におけるそれらのインピーダンスが、ネットワーク自身の端末インピーダンス（termination impedance）よりもずっと大きくなるように選択されている。典型的には、ＣＡＮネットワーク等のネットワークは幾つかの電子装置を有しており、そして、そのうちのただ２個の装置だけが、端子容量１８と共通モードチョーク１４の間の差動ライン上の１２０オームの端子抵抗を有している。従って、共振周波数における抵抗と容量との結合によるインピーダンスは、ネットワークの端子抵抗よりもずっと大きくなるように選択されている。好ましくは、抵抗と容量との結合によるインピーダンスは、ネットワークの通信周波数におけるネットワークの端子インピーダンスの十倍以上となっている。

　かかる上記の目的を達成するため、本発明によれば、以下の請求の範囲に記載される車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路が提供される。

　上述した本発明によれば、単純ではあるが、車両ネットワークの終端回路におけるＬＣ共振によるノイズ発生を抑制して車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するのに有効な回路が提供される。更に、本発明によれば、ネットワーク自身の全般性能を低下させることなく、かかる効果を達成する。

　本発明は、以下の詳細な記載を添付の図面と共に参照することによってよりよく理解されるであろう。また、これらの図面においては、同様の参照符号は同様の部品を示している。各図の概略は以下の通りである。
車両ネットワークを図示した従来技術の図である。 本発明の最適な実施の形態を図示した図である。 本発明の効果を図示したコンピュータシミュレーションのグラフの図である。

　まず、図２には、ＣＡＮネットワーク３０として図示された、車両ネットワーク３０に利用される本発明になる回路の最適な実施例が示されている。かかるネットワーク３０は、差動の入出力ライン３４を備えたドライバー３２を含んでいる。図２に示されたネットワーク３０は、ＣＡＮドライバー３２からの差動信号ライン３４を含んでいる。

　信号ライン３４は、コモンモードチョーク３６を介して、信号ハーネス３７に接続されている。信号ハーネス３７は、即ち、車両全体において、複数の電子装置３９に接続されている。このようにして、ドライバー３２は、信号ハーネス３７を介して、種々の電子装置３９と通信することができる。

　従来の方法では、少なくとも一つの、静電容量Ｃ_Ｔを有する端子容量が、ドライバー３２とは反対方向のコモンモードチョークの側において、各信号ライン３４と接地との間に接続されている。端子容量３８は、コモンモードチョーク３６と共に、信号ライン３４上に現れるであろう高周波ノイズを低減するように働く。

　ネットワークドライバー３２は、また、各信号ライン３４に対し、固有の浮遊容量を含んでいる。この固有の容量は４０で図示され、そして、Ｃ_Ｔの値を有する。

　即ち、ネットワークは、記載されている限りにおいて、従来と同様である。しかしながら、従来の車両ネットワークと異なるのは、本発明においては、値Ｒ_Ｘを有する抵抗と値Ｃ_Ｘを有する容量とが、直列に接続されている点である。その抵抗と容量の直列接続の一端は、ドライバー３２とコモンモードチョーク３６との間の各信号ライン３４に電気的に接続されている。抵抗Ｒ_Ｘと容量Ｃ_Ｘの直列接続の他端は、接地されている。

　ネットワークの耐雑音障害性を向上し、かつネットワーク性能の劣化を防止するためには、Ｒ_ＸとＣ_Ｘの値を慎重に選択することが重要である。従って、抵抗５０と容量５２の両者を適切に選択するため、幾つかのパラメータを考慮しなければならない。

　より詳細には、抵抗５０の抵抗値Ｒ_Ｘは、経験的に決定されるであろう、共振周波数ｆ_Ｒにおける浮遊容量４０のインピーダンス以下になるように選択される。即ち、抵抗５０の値は、以下の式の要求を満たさなければならない。

ここで、Ｒ_Ｘ＝抵抗５０の値、
　　　　ｆ_Ｒ＝共振周波数、そして、
　　　　Ｃ_ｉ＝ドライバー３２の浮遊容量４０の静電容量である。

　ドライバー３２の浮遊容量４０により生じる共振に加え、コモンモードチョーク３６と端子容量３８との結合は、潜在する共振を減衰させるためには、抵抗５０の抵抗値Ｒ_Ｘが、端子容量３８の静電容量で割った共通モードチョーク３６のインピーダンスの平方根よりも大きくなるようにしなければならない。例えば、抵抗５０の抵抗値Ｒ_Ｘは、以下の式を満たさなければならない。

ここで、Ｌ＝コモンモードチョーク３６のインダクタンス、そして、
　　　　Ｃ_Ｔ＝端子容量３８の静電容量である。

　最後に、ＣＡＮネットワークの通信周波数域でのインピーダンスについて述べる。ＣＡＮ通信周波数の一般的な値は５００ｋＨｚであり、その動作周波数においてＣＡＮネットワークの終端の抵抗値は１２０オームに設計されている。

　従ってこのケースでは、抵抗５０と容量５２の直列接続のインピーダンス値は、ネットワークの通信周波数である５００ｋＨｚまでの周波数範囲において、１２０オームの終端インピーダンスと比べて好ましくは１０倍以上に大きくなるように選択されなければならない。即ち、抵抗５０と容量５２の結合に対する値は、以下の式を満足するように選択されなければならない。

ここで、Ｒ_Ｘ＝抵抗５０の値、
　　　　Ｃ_Ｘ＝容量５２の値、そして、
　　　　ｆ_ＣＯＭ＝ネットワークの通信周波数
である。
Ｚは、ネットワークの通信周波数ｆ_ＣＯＭにおけるネットワークのインピーダンスの１０倍以上が好ましい。

　図３のグラフは、シミュレーション回路における本発明の効果を示している。グラフ６４は、従来回路である抵抗と容量の結合がないネットワークを示している。図示のように、抵抗と容量の直列結合のないネットワークは、１０ＭＨｚよりも僅かに大きな周波数において共振により発生した１５～２５ｄＢの大きなスパイク６２が生じる場合がある。

　逆に、グラフ６０は、本発明になるネットワーク耐雑音障害性を示しており、本発明により共振周波数におけるスパイク６２をほぼ完全に除去していることが分かる。

　以上より、本発明は、車両ネットワークの終端回路におけるＬＣ共振によるノイズの影響を低減するために、単純ではあるが、有効な回路を提供するものであることが分かる。更に、本発明によれば、ネットワーク自身の全般性能を低下させることなく、かかる効果を達成する。

　以上に発明を述べたが、しかしながら、本発明が関わる当業者にとって、以下の請求の範囲により規定される本発明の精神を逸脱することなく、多くの変形例があることは明らかであろう。

　３０…ＣＡＮネットワーク、３２…ドライバー、３４…信号ライン、３６…コモンモードチョーク、３７…信号ハーネス、３８…端子容量、３９…電子装置、４０…ドライバ回路の固有容量（浮遊容量）、５０…抵抗、５２…容量。

Claims (8)

1. コモンモードチョークを介してネットワークに接続された差動入出力信号ラインを有するネットワークドライバーを備えたタイプの車両における電子装置を制御するための車両ネットワークにおいて、
   　抵抗と、
   　容量とを備えたものにおいて、
   　前記抵抗と前記容量は、前記ドライバーと前記コモンモードチョークとの間において、前記差動信号ラインと接地との間で、直列に接続されていることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
2. 前記請求項１に記載した車両ネットワーク通信の耐雑音障害性を向上する回路において、前記ネットワークは、所定の周波数ｆ_ＣＯＭで動作し、そして、直列の前記抵抗と前記容量の前記所定の周波数ｆ_ＣＯＭでのインピーダンスは、前記ネットワークのシステム動作インピーダンスよりも大きいことを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
3. 前記請求項２に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記ネットワークは、ＣＡＮネットワークを含んでいることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
4. 前記請求項２に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記インピーダンスは１２０オームよりも大きいことを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
5. 前記請求項１に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記ネットワークは、少なくとも前記ドライバーの浮遊容量の一部による共振周波数ｆ_Ｒにおける既知の共振を示し、そして、前記抵抗の抵抗値は、前記共振周波数ｆ_Ｒにおける前記容量のインピーダンス以下であることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
6. 前記請求項１に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記ネットワークは、前記ネットワークドライバーからは反対方向の前記コモンモードチョークの側において、前記信号ラインと接地との間に接続された端子容量を含んでおり、前記抵抗の抵抗値は、以下のＲ_Ｘより大きく、
   

   

   ここで、Ｌ＝コモンモードチョークのインダクタンス、
   　　　　Ｃ_Ｔ＝端子容量の静電容量であることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
7. 前記請求項２に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記ネットワークは、少なくとも前記ドライバーの浮遊容量の一部による共振周波数ｆ_Ｒにおける既知の共振を示し、そして、前記抵抗の抵抗値は、前記共振周波数ｆ_Ｒにおける前記容量のインピーダンス以下であることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。
8. 前記請求項１に記載した車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路において、前記ネットワークは、前記ネットワークドライバーからは反対方向の前記コモンモードチョークの側において、前記信号ラインと接地との間に接続された端子容量を含んでおり、前記抵抗の抵抗値は、以下のＲ_Ｘより大きく、
   

   

   ここで、Ｌ＝コモンモードチョークのインダクタンス、
   　　　　Ｃ_Ｔ＝端子容量の静電容量であることを特徴とする、車両ネットワークの耐雑音障害性を向上するための回路。

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