WO2019176353A1 - 電子制御装置 - Google Patents
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- H04B3/02—Details
- H04B3/30—Reducing interference caused by unbalanced currents in a normally balanced line
Definitions
- the present invention relates to an electronic control device having differential communication configured on a virtual ground surface where the ground is unstable.
- Measures for such high-speed communication can be broadly divided into the following two: the first is suppression of radiation noise, and the second is improvement of immunity resistance.
- Radiation noise is called normal mode, which is caused by a loop of high-frequency current generated by communication, and radiates by forming an antenna (loop antenna), and is called common mode when current flowing through communication flows back through the ground.
- a voltage difference is generated between the left and right sides of the ground (the entrance and exit of the return path) due to the impedance of the ground, so that the ground that should be stable fluctuates and can be divided into noise that radiates as the antenna itself.
- Immunity tolerance represents the magnitude of the influence of external interference, and basically takes the opposite characteristics of radiation. That is, as described above, since the ground has an impedance, it becomes easy to pick up external noise and the resistance is lowered.
- the influence of the common mode is large because noise is strongly radiated even if the voltage is small because the antenna has a larger area than the normal mode.
- a common mode countermeasure two resistors and capacitors are combined in a low-speed communication such as CAN (Control Area Network) or a ground-mounted high-speed communication termination circuit.
- a configuration called split termination has been proposed in which a common mode component is caused to flow to the ground (the common mode component is allowed to escape) by being inserted between them and connecting the midpoint to the ground via a capacitor.
- This split termination is equivalent to impedance even when connected to a ground with a stable impedance close to 0 ⁇ , such as the earth, or on a ground with a certain impedance separated from the stable ground, called a virtual ground.
- a virtual ground This is an effective means for low frequency communication that can be ignored.
- a device constituting the virtual ground plane there is a device such as a vehicle or an aircraft in which the vehicle body or the aircraft body constitutes the virtual ground plane without being connected to the earth.
- the absolute value of the impedance is expressed by the following equation (1) from the ground resistance component, the parasitic inductance L, and the parasitic capacitance C, and the impedance Z increases as the frequency increases for the same substrate. I understand. In other words, high-speed communication with a high frequency is not an effective measure unlike low-speed communication.
- Patent Document 1 a twisted pair wire that transmits a plurality of differential signals is provided with a gradient in the ground resistance using resistors and capacitors having different values, and the connection destination is connected to another communication line, thereby providing a twisted pair wire. Measures have been proposed to reduce noise superimposed on each line.
- Patent Document 1 is a communication circuit including a termination circuit unit having split termination, and is an effective noise countermeasure only for a device configured by two sets of differential communication lines.
- each resistor at the split end is connected between different combinations of signal lines, so it is a device such as a vehicle that is placed on a virtual ground plane where the ground is unstable, especially in high-speed communications. There is concern that mode noise is less effective or worsens.
- the communication environment that is the premise is an automobile in which devices are placed on a virtual ground plane.
- the vehicle body In automobiles, the vehicle body is floating from the earth, which is a stable ground, via an insulating (rubber) tire. For this reason, the in-vehicle electronic device including the power source operates based on the chassis (metal) of the vehicle body. At this time, the chassis has a finite metal mass, and since there are joints such as welding, it has electrical resistance (impedance), so it has impedance according to the mounting position on the chassis. Become.
- a virtual ground plane an environment in which the mass is limited, the amount of electrons is finite, and an impedance is generated depending on the connection position of the mounted device is called a virtual ground plane and is distinguished from a stable ground such as the earth.
- a device having an input / output circuit connected to a virtual ground plane such as a vehicle body or a housing via an input / output other than a communication line it is connected inside the device via a GND or a power source shared between the circuits.
- a return loop is formed.
- the communication current that flows along with the communication between the devices flows back through a path other than the differential line, leading to an increase in common mode noise.
- An object of the present invention is to realize an electronic control device capable of reducing common mode noise caused by coupling with a virtual ground plane generated through the inside of a device.
- the present invention is configured as follows.
- a first transceiver In the electronic control unit, a first transceiver, a first isolated power source that drives the first transceiver, a first ground circuit disposed between the first transceiver and ground, the first transceiver And a differential propagation path for transmitting a differential signal of the transceiver of the first transceiver, wherein the impedance of the first ground circuit is larger than the common mode impedance of the differential propagation path.
- an electronic control device capable of reducing common mode noise caused by coupling with a virtual ground plane generated through the inside of the device.
- FIG. 1 It is a schematic block diagram of the electronic control apparatus of Example 1 which interrupts
- FIG. 2 It is a figure which shows Example 2 in which an electronic controller has a high-speed transceiver and a 2nd transceiver. It is a figure explaining the principle of the electric current loop (common loop) interruption
- FIG. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an electronic control device according to a third embodiment. It is a figure explaining the principle of the current loop interruption
- FIG. It is a figure which shows the electronic control apparatus of Example 4 which has a some microcomputer. It is a figure explaining the principle of the current loop interruption
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electronic control device according to a first embodiment that interrupts a basic current loop (common loop), and FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of current loop (common loop) interruption according to the first embodiment. It is.
- the electronic control unit 1 includes an isolated power source 101 (first isolated power source), a high-speed transceiver (first transceiver) 102, a termination circuit 103, and a ground circuit 104 (first ground circuit). (Grounding element)) and a differential transmission path 106 (having lines 107 (+) and 108 ( ⁇ ) forming a differential pair).
- a differential transmission path 106 connected to the high-speed transceiver 102 to be protected is connected to a communication relative device 105 arranged outside the electronic control unit 1, and an insulated power supply 101 for supplying power to the high-speed transceiver 102;
- a termination circuit 103 is connected to the high-speed transceiver 102 at an input / output terminal of the high-speed transceiver 102.
- a ground circuit 104 composed of a resistor or a capacitor for grounding the secondary side of the insulated power supply 101 is connected to the virtual ground plane 100.
- the electronic control device 1 and the relative device 105 are mounted on the virtual ground plane 100, the secondary side of the insulated power supply 101 is connected to the high-speed transceiver 102, and the primary side of the insulated power supply 101 is connected to the virtual ground plane 100.
- the virtual ground plane 100 is a vehicle frame (FG).
- the high-speed transceiver 102 is electrically separated from the virtual ground plane 100 via the feeder line due to the effect of the insulated power supply 101, and is coupled by the impedance of the ground circuit 104.
- the impedance of the ground circuit 104 is set to be larger than the line-to-line common impedance of the differential transmission path 106, so that the common impedance of the differential transmission path 106 is a line 107 constituting the differential transmission path 106.
- And 108 can be set to minimize the common impedance between the lines.
- the impedance of the ground circuit 104 is higher than the line-to-line common impedance of the differential transmission path 106, the current that flows along with signal transmission / reception by the operation of the high-speed transceiver 102 is differential.
- the path that couples between the transmission paths 107 and 108 and flows through the path 201 becomes dominant. For this reason, it becomes possible to block the paths 202 and 203 that return to the high-speed transceiver 102 via the virtual ground plane 100.
- the first embodiment of the present invention it is possible to realize an electronic control device capable of reducing common mode noise caused by coupling with a virtual ground plane generated through the inside of the device.
- the electronic control device 1 shown in FIG. 1 is an example including one high-speed transceiver 102, but not only the high-speed transceiver 102 but also a second transceiver can be configured similarly.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a second embodiment in which the electronic control device 1 includes a high-speed transceiver 102 and a second transceiver 302.
- the system configuration of the high-speed transceiver 102 is the same as the configuration in FIG. 305 and 306) are connected to a communication relative device 308 arranged outside the electronic control device 1.
- an insulated power supply 301 (second insulated power supply) for supplying power to the second transceiver 302 and a termination circuit 304 connected to the input / output terminal of the second transceiver 302 are mounted.
- a ground circuit 303 (second ground circuit (grounding element)) composed of a resistor or a capacitor for grounding the secondary side of the insulated power supply 301 is connected to the secondary side of the insulated power supply 301 and the relative device 308. It arrange
- a ground circuit 303 provided in the system of the second transceiver 302 and a ground circuit 104 provided in the system of the high-speed transceiver 102 are connected to a one-point grounding point 309 (second transceiver) provided in the electronic control unit 1.
- the ground circuit 303, the high-speed transceiver 102, and the ground circuit 104 are connected to the virtual ground plane 100 after being connected at one point.
- the second transceiver 302 is electrically separated from the virtual ground plane 100 via the feeder line due to the effect of the insulated power supply 301, and is virtual only through the impedance of the ground circuit 303. Combined with the ground plane 100. At this time, the impedance of the ground circuit 303 is larger than the common impedance between the lines 107 and 108 of the differential transmission path 106 connected to the system of the high-speed transceiver 102 and is connected to the system of the high-speed transceiver 102. The value is determined so as to be smaller than the impedance of the ground circuit 104.
- the system of the high-speed transceiver 102 is connected via the ground circuit 303 of the system of the second transceiver 102 and the ground circuit 104 of the system of the high-speed transceiver 102, so that it is connected to at least the high-speed transceiver 102. Therefore, the ground impedance of the second transceiver 302 system can be kept lower than the ground impedance to the virtual ground plane 100 of the high-speed transceiver 102 system.
- the influence of the current loop by the second transceiver 302 and the differential transmission path 307 connected to this system can be configured not to reach the high-speed transceiver 102 and the differential transmission path 106 connected to this system. it can.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of current loop (common loop) interruption in the second embodiment.
- the current that flows along with signal transmission / reception by the operation of the high-speed transceiver 102 circulates through the relative device 308 and the virtual ground plane 100, but the impedance of the ground circuit 104 is set high. Since the coupling between the pair of the paths 305 and 306 constituting the differential transmission path 307 and the path flowing from the path 401 through the path 401 becomes dominant, the paths 402 and 403 flowing back through the virtual ground plane 100 are blocked. It becomes possible to do.
- the termination circuit 304 of the second transceiver 302 is configured as a split termination, the main return path is a path via the virtual ground plane 100 particularly for the common mode current. It can be seen that it can be effectively controlled.
- Example 2 the same effect as in Example 1 can be obtained.
- the return path can be simply limited to the differential line path 401 by setting a sufficiently high impedance with respect to the common impedance between the lines in the ground circuit 303, so that it can be controlled appropriately. .
- the insulated power source 101 can obtain the same effect as a non-insulated power source.
- the system of the second transceiver 302 can be added to the third and fourth systems as needed.
- FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the electronic control device of the third embodiment
- FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of current loop interruption in the third embodiment.
- the third embodiment is an example in which one or more other input / output circuits are added to the configuration of the second embodiment.
- the system of the high-speed transceiver 102 and the configuration of the second transceiver 302 are the same as those in the second embodiment, and the driving circuit 502 of the external input / output circuit and the communication connected to the driving circuit 502 are used.
- a line 504 is connected and the communication circuit 504 is connected to a relative device 505 arranged outside the electronic control device 1.
- the driving circuit 502 of the input / output circuit is defined as an input / output that is not easily affected by common mode noise.
- the non-isolated power source 501 is used as the power source of the drive circuit 502, and is connected to the drive circuit 502 of the external input / output circuit so that the coupling path to the virtual ground plane 100 can be returned only to the low-impedance power source.
- the communication circuit 504 is provided with a ground circuit 503 (third ground circuit (ground element)).
- the impedance of the ground circuit 503 is larger than the common impedance between the lines 107 and 108 of the differential transmission path 106 connected to the system of the high-speed transceiver 102, and the system of the high-speed transceiver 102 (a plurality of systems are connected). In the case of connection, the value is determined so as to be smaller than the impedance of the ground circuit 104 connected to all systems).
- the main return path is limited to the path 601, the path 603 to the system of the high-speed transceiver 102, and the second transceiver 302. It is possible to block the path 604 to this system and the path 605 to the drive circuit 502.
- the external input / output circuit 502 can also be controlled so as not to generate a plurality of return paths by grounding the communication line 504 connected to the external input / output circuit 502 via the ground resistor 503. .
- the magnitude relationship between the impedance of the ground circuit 303 and the impedance of the ground circuit 503 is higher in importance compared to the second transceiver 302 and the drive circuit 502, or is more resistant to common mode noise. Can be set based on low. The impedance of the ground circuit 303 or the impedance of the ground circuit 503 having higher importance or lower tolerance can be increased.
- Example 3 the same effect as in Examples 1 and 2 can be obtained.
- FIG. 7 is a diagram illustrating the electronic control device 1 according to the fourth embodiment.
- a microcomputer 701 microcomputer A (first microcomputer)
- a microcomputer 702 microcomputer B (second microcomputer)
- microcomputer B second microcomputer
- the microcomputers 701 and 702 share a power supply ground and constitute a current loop path.
- the ground circuits 104, 303, and 503 constituting the ground control are designed according to the rules described above, so that the ground circuits 104 and 303 are configured. , 503, the current loop path is uniquely controlled by the impedance gradient (impedance difference).
- FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of current loop interruption in the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, the current loop 801 via the microcomputers 701 and 702 is interrupted, and a current loop is prevented from occurring between the high-speed transceiver 102 to be protected and the second transceiver 302.
- the number of microcomputers is not limited to two as long as the power supply is shared. Three or more or one microcomputer is connected to the high-speed transceiver 102 and the second microcomputer.
- a configuration shared by the transceiver 302 can also be an embodiment, and even in such a configuration, the same controllability can be ensured.
- the differential transmission line 106 for communicating with the communication relative device 105 which is an external device, the transceiver 102 for transmitting and receiving signals, and the transceiver 102 Has a power source 101 for driving the power source.
- the transceiver 102, the power supply unit 101, and the differential line transmission path 106 are arranged on a printed circuit board provided in the electronic control device 1, and circuits are mounted as many as the number of communication systems. That is, a plurality of circuits coexist on the same substrate. Since the AC coupling such as capacitive coupling is formed even when there is no active conductor connection, the housing of the electronic control device 1 is made of an insulator, a conductor, It does not matter whether there is grounding.
- an insulated power source is mounted on the power source 101 of the transceiver 102 To do.
- the common mode impedance of the differential transmission line is set so that the secondary side of the insulated power supply 101 is kept floating and no reflux path is formed between the virtual ground plane 100 and the housing coupled to the virtual ground plane 100.
- the capacitor is grounded by a grounding circuit 104 constituted by a capacitor, a resistor, or a composite circuit of which constants are set to be high.
- the coupling impedance between the differential transmission lines 106 can be kept lower than the coupling impedance between the virtual ground plane 100 and the transmission line 106 and between the virtual ground plane 100 and the transceiver 102 or the relative device 105. Therefore, the common mode noise caused by the current component flowing back through the virtual ground plane 100 can be effectively suppressed.
- the high-speed transceiver described above does not depend on a specific frequency range because it is applied not only by the band but also by the importance of communication.
- the present invention suppresses a current loop formed through these differential transmission lines 106 and 307 when the second transceiver 302 that is a communication line having a different band is additionally mounted.
- an impedance gradient is provided in the ground circuits 104 and 303.
- the additional circuit 302 is grounded to the virtual ground plane 100 with a ground impedance lower than the ground impedance of the line installation circuit 104 to be protected such as high-speed communication.
- the return current accompanying communication can be controlled to flow to the side of the additional circuit 302 (second transceiver) having a lower impedance. It becomes possible to avoid the congestion of the common mode noise.
- a ground circuit 503 having a smaller impedance than the communication line to be protected is configured, thereby providing a device having a plurality of inputs / outputs.
- the current loop path can be controlled by positively returning to the ground circuit 503 having a lower impedance, and the deterioration of the common mode noise can be avoided.
- an insulated power supply may be adopted for the external input / output circuit 502 as well.
- the impedance of the ground circuits 104, 303, and 503 is provided with a gradient corresponding to the tolerance.
- ground circuit 104, 303, 503 of each communication line is grounded to a common ground at one point (single point grounding point 309). Thereby, it becomes possible to suppress the stray current in the substrate of the electronic control device 1, and to improve the common mode noise resistance of a device equipped with multi-channel input / output.
- the ground state mounted on each communication line is managed by managing the ground state on the transceiver 102 side.
- the method of coupling each communication line, such as the differential transmission path 106 of the high-speed transceiver 102, to the virtual ground plane 100 includes a technique using electric field coupling without using circuit elements such as resistors and capacitors.
- the present invention can be applied to any device having a similar virtual ground plane, for example, a device operating in a state separated from the earth, such as an aircraft or a spacecraft. .
- the examples of the ground circuits 104, 303, and 503 are examples of resistance elements.
- the resistance circuit is not limited to a coil, a capacitor, and any one of these resistance elements, coils, and capacitors can be used. Combinations of things can also be used.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Virtual ground plane, 101 ... Insulated power supply for high-speed transceivers, 102 ... High-speed transceiver, 103 ... High-speed transceiver termination circuit, 104 ... Ground circuit, 105 ... Communication relative equipment , 106 ... Differential transmission path, 107, 108 ... Line, 301 ... Isolated power supply for the second transceiver, 302 ... Second transceiver, 303 ... Ground circuit for the second transceiver 304 ... Terminal circuit of the second transceiver, 305, 306 ... Line, 307 ... Differential transmission line, 308 ... Relative device, 309 ... Single-point grounding of the ground circuit, 501. ⁇ Non-isolated power source, 502... Drive circuit, 503... Ground circuit, 504 ..communication line, 505 .. relative device, 701 and 702.
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Abstract
機器内部を介して生じる仮想グランド面との結合に起因するコモンモードノイズを低減可能な電子制御装置を実現する。 電子制御装置1の高速トランシーバ102は差動伝送路106を介して相対機器105に接続され絶縁電源101と終端回路103がトランシーバ102に接続され絶縁電源101の二次側がトランシーバ102に接続され一次側が仮想グランド面100に接続される。トランシーバ102は絶縁電源101で仮想グランド面100と分離され接地回路104のインピーダンスで結合される。接地回路104のインピーダンスは差動伝送路106の線間コモンインピーダンスより高く、差動伝送路106のコモンインピーダンスは差動伝送路106の線路107と108との線間コモンインピーダンスが最小になるように設定できる。トランシーバ102に流れる電流は差動伝送路107と108の間で結合しトランシーバ102を還流する経路を遮断する。
Description
本発明は、グランドが不安定な仮想グランド面上に構成された差動通信を有する電子制御装置に関する。
近年、自動車の高機能化に伴い、ユニット間での通信量が増大する傾向にある。これにより、車両内通信の高速化・大容量化が進展しているが、通信の高速化は取り扱う周波数の高周波化と高速で電圧を変化させるため、電圧レベルの低下が進展し、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）対策が重要な技術課題となっている。
このような高速通信における対策としては次の２つに大別され、一つ目は輻射ノイズの抑制であり、二つ目はイミュニティ耐性の向上である。
輻射ノイズはノーマルモードと呼ぶ、通信によって生じる高周波電流のループが原因となりアンテナ（ループアンテナ）を構成して放射するノイズと、コモンモードと呼ぶ、通信によって流れた電流がグランドを介して還流するときに、グランドが持つインピーダンスによってグランドの左右（還流路の入り口と出口）に電圧差が生じることで、本来安定であるはずのグランドが変動して基板そのものをアンテナとして放射するノイズとに分けられる。
イミュニティ耐性は外部からの干渉の影響の大きさを表しており、基本的に輻射の逆の特性を取る。すなわち、前掲のようにグランドがインピーダンスを持つことで外来ノイズを拾いやすくなり、耐性が低下する。
これらの影響は、ノーマルモードが単一の還流路に依存して構成されるループアンテナから生じるのに対し、コモンモードはグランドがアンテナとなるため、基板自体をアンテナとして放射し、基板につながるあらゆるケーブルをアンテナとして放射することから、アンテナとなる導体のサイズが信号線に比べると格段に大きくなっている。
そのため、コモンモードの影響は、ノーマルモードに対してより広い面積がアンテナとなるため電圧としてはわずかであっても、ノイズを強く放射する為、影響が大きい。
以上より、コモンモード対策が重要となる。
コモンモード対策としては、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの低速通信や地上設置型の高速通信の終端回路において、２つの抵抗とコンデンサを組み合わせ、２つの抵抗を直列に差動線路の＋と－の間に挿入し、その中点を、コンデンサを介してグランドに接続することでコモンモード成分をグランドに流す（コモンモード成分を逃がす）スプリットターミネーションと呼ばれる構成が提案されている。
このスプリットターミネーションは、たとえば地球のような安定でインピーダンスが限りなく０Ωに近いグランドに接続する場合、あるいは仮想グランドと呼ばれる、安定グランドから切り離されたあるインピーダンスを持つグランド上であってもインピーダンスが等価的に無視できるような周波数の低い通信に対しては有効な手段である。ここで、仮想グランド面を構成する機器としては、車両や航空機等、地球に接続されず車体や機体が仮想グランド面を構成する機器がある。
上述したような機器においては、インピーダンスの絶対値はグランドの抵抗成分、寄生インダクタンスＬ、寄生容量Ｃから次式（１）であらわされ、同じ基板であれば周波数が高いほどインピーダンスＺが高くなることが分かる。つまり、周波数の高い高速通信では低速の通信のように有効な対策とはならない。
ただし、ω＝２πｆである。
前掲のスプリットターミネーションの発展型として、その抵抗値に勾配を設けることで、２組の差動通信回線間の相互干渉（クロストーク）の影響を緩和する提案がある（特許文献１参照）。
特許文献１では、複数の差動信号を伝送するツイストペア線に対して、異なる値の抵抗とコンデンサを用いて接地抵抗に勾配を設け、かつ接続先を他の通信線に接続することで、ツイストペア線夫々に重畳されるノイズを低減する方策が提案されている。
特許文献１に記載された技術は、スプリットターミネーションを持つ終端回路部を備えた通信回路であって、２組の差動通信回線によって構成された機器についてのみ、有効なノイズ対策手段である。
よって、複数の通信回線を有する機器、あるいはスプリットターミネーションが原理上採用できない規格では使用することができない。加えて、スプリット終端部の夫々の抵抗が別の組み合わせの信号線間に接続されることから、車両等、グランドが不安定な仮想グランド面上に配置される機器で、特に高速通信においてはコモンモードノイズに対しては効果が薄い、あるいはより悪化させる懸念がある。
前提となる通信環境について、仮想グランド面上に機器が配置される自動車を例として考える。
自動車では、車体は絶縁体（ゴム製）のタイヤを介して安定グランドである地球からフローティングされている。そのため、電源を含む車載電子機器は車体のシャシー（金属）を基準として動作することになる。このとき、シャシーは有限の金属質量を有し、かつ溶接等の接合部が存在することから電気的には抵抗分（インピーダンス）を有するため、シャシーへの搭載位置に応じてインピーダンスを持つことになる。
このように、質量が限定され、電子量が有限であり、かつ搭載機器の接続位置によってインピーダンスが生じるような環境を、仮想グランド面と呼び地球等の安定グランドと区別する。
このような仮想グランド面上に機器を搭載し、それら機器間で通信が行われた場合、通信によって生じる電流は仮想グランド面を介して還流することになるが、そのとき、上記式（１）で示した通り、周波数に応じてインピーダンスが大きくなることから、先行技術に基づいた１か所の終端部で、接地抵抗を２つの通信回線をまたぐように配置した場合、相対する通信機器夫々から線路を見た場合、往路（＋）と復路（－）で経路が異なり、各線路のインピーダンスが異なってしまうためアンバランスが生じ（対称性が崩れる）終端回路そのものがコモンモードノイズ源となってしまう。
そのため、線路の対称性を維持したまま、仮想グランド面を介して還流するコモンモード成分を制御することが重要となる。
また、通信線路以外の入出力を介して車体や筐体などの仮想グランド面に接続される入出力回路を有する機器においては、機器内部で、回路間で共有するＧＮＤや電源を介して接続されることでリターンループが形成されてしまう。そうすると、装置間で通信に伴って流れる通信電流が、差動線路以外の経路を介して還流してしまうためコモンモードノイズの増大を招いてしまう。
本発明の目的は、機器内部を介して生じる仮想グランド面との結合に起因するコモンモードノイズを低減可能な電子制御装置を実現することである。
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
電子制御装置において、第１のトランシーバと、前記第１のトランシーバを駆動する第１の絶縁電源と、前記第１のトランシーバとグランドとの間に配置される第１の接地回路と、前記第１のトランシーバの差動信号を伝送する差動伝搬路と、を備え、前記第１の接地回路のインピーダンスは、前記差動伝搬路のコモンモードインピーダンスよりも大である。
本発明によれば、機器内部を介して生じる仮想グランド面との結合に起因するコモンモードノイズを低減可能な電子制御装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の実施形態においては、車両の仮想グランド面上に搭載される電子制御装置、または通信装置に設けられることとして説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。
（実施例１）
図１は、基本的な電流ループ（コモンループ）を遮断する実施例１の電子制御装置の概略構成図であり、図２は実施例１における電流ループ（コモンループ）遮断の原理を説明する図である。
図１は、基本的な電流ループ（コモンループ）を遮断する実施例１の電子制御装置の概略構成図であり、図２は実施例１における電流ループ（コモンループ）遮断の原理を説明する図である。
図１に示すように、電子制御装置１は、絶縁電源１０１（第１の絶縁電源）と、高速トランシーバ（第１のトランシーバ）１０２と、終端回路１０３と、接地回路１０４（第１の接地回路（接地素子））と、差動伝送路１０６（差動ペアとなる線路１０７（＋）と１０８（－）とを有する）を備える。
守るべき高速トランシーバ１０２に接続された差動伝送路１０６が、電子制御装置１の外部に配置された通信の相対機器１０５に接続され、高速トランシーバ１０２に電源を供給するための絶縁電源１０１と、高速トランシーバ１０２の入出力端に終端回路１０３とが高速トランシーバ１０２に接続されている。
さらに、絶縁電源１０１の二次側を接地させるための抵抗またはコンデンサから構成される接地回路１０４が仮想グランド面１００に接続されている。電子制御装置１及び相対機器１０５は、仮想グランド面１００に搭載され、絶縁電源１０１の二次側が高速トランシーバ１０２に接続され、絶縁電源１０１の一次側が仮想グランド面１００に接続されている。図示する例では、仮想グランド面１００は車両フレーム（ＦＧ）である。
上述した構成によって、高速トランシーバ１０２は、絶縁電源１０１の効果で給電線路経由での仮想グランド面１００との結合が電気的に分離され、接地回路１０４のインピーダンスで結合される。
さらに、接地回路１０４のインピーダンスは、差動伝送路１０６の線間コモンインピーダンスよりも大となるように設定することで、差動伝送路１０６のコモンインピーダンスは差動伝送路１０６を構成する線路１０７と１０８との線間のコモンインピーダンスが最小になるように設定することができる。
その結果、図２に示すように、接地回路１０４のインピーダンスが差動伝送路１０６の線間コモンインピーダンスよりも高いことから、高速トランシーバ１０２の動作による信号の送受信に伴って流れる電流は、差動伝送路１０７と１０８との間で結合し、経路２０１を介して流れるパスが支配的となる。このため、仮想グランド面１００を介して高速トランシーバ１０２還流する経路２０２や２０３を遮断することが可能となる。
本発明の実施例１によれば、機器内部を介して生じる仮想グランド面との結合に起因するコモンモードノイズを低減可能な電子制御装置を実現することができる。
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
次に、本発明の実施例２について説明する。
図１に示した電子制御装置１は、一つの高速トランシーバ１０２を備える例であるが、高速トランシーバ１０２のみならず、第２のトランシーバを追加する場合も同様な構成とすることができる。
図３は、電子制御装置１が、高速トランシーバ１０２と、第２のトランシーバ３０２とを有する実施例２を示す図である。
図３に示す第２のトランシーバ３０２を追加した構成においては、高速トランシーバ１０２の系統の構成は図１の構成と同一としたまま、第２のトランシーバ３０２に接続された差動伝送路３０７（線路３０５と３０６とを有する）が、電子制御装置１の外部に配置された通信の相対機器３０８に接続されている。
また、第２のトランシーバ３０２に電源を供給するための絶縁電源３０１（第２の絶縁電源）と、第２のトランシーバ３０２の入出力端に接続された終端回路３０４とが搭載される。
さらに、絶縁電源３０１の二次側を接地させるための抵抗またはコンデンサから構成される接地回路３０３（第２の接地回路（接地素子））が、絶縁電源３０１の二次側と、相対機器３０８が搭載される仮想グランド面１００の間に配置されている。
さらに、第２のトランシーバ３０２の系に設けられた接地回路３０３と高速トランシーバ１０２の系に設けられた接地回路１０４とは、電子制御装置１内に設けた１点接地点３０９（第２のトランシーバ３０２、接地回路３０３、高速トランシーバ１０２、及び接地回路１０４が配置される同一基板内の接地点）により一点で接続の上、仮想グランド面１００に接続される。
図３に示した構成によって、第２のトランシーバ３０２は、絶縁電源３０１の効果で給電線路経由での仮想グランド面１００との結合が電気的に分離され、接地回路３０３のインピーダンスを介してのみ仮想グランド面１００と結合される。このとき、接地回路３０３のインピーダンスは、高速トランシーバ１０２の系に接続される差動伝送路１０６の線路１０７と１０８との間のコモンインピーダンスよりも大きく、かつ、高速トランシーバ１０２の系に接続される接地回路１０４のインピーダンスよりも小さな値となるよう値を決定する。
これにより、高速トランシーバ１０２の系に対しては、第２のトランシーバ１０２の系の接地回路３０３と高速トランシーバ１０２の系の接地回路１０４を介して接続されることから、少なくとも高速トランシーバ１０２に接続された差動伝送路１０６の線間のコモンインピーダンスより高くなり、かつ高速トランシーバ１０２の系の仮想グランド面１００への接地インピーダンスより第２のトランシーバ３０２の系の接地インピーダンスを低く抑えられる。
よって、第２のトランシーバ３０２と、この系統に接続される差動伝送路３０７による電流ループの影響は、高速トランシーバ１０２と当該系統に接続される差動伝送路１０６に及ばないよう構成することができる。
図４は、実施例２における電流ループ（コモンループ）遮断の原理を説明する図である。
図４に示すように、高速トランシーバ１０２の動作による信号の送受信に伴って流れる電流は、相対機器３０８と仮想グランド面１００を介して還流するが、接地回路１０４のインピーダンスが高く設定されていることから経路４０１を介して流れるパスと差動伝送路３０７を構成する線路３０５と３０６とのペア間での結合が支配的となるため、仮想グランド面１００を介して還流する経路４０２や４０３を遮断することが可能となる。
本発明の実施例２は、第２のトランシーバ３０２の終端回路３０４はスプリットターミネーションとして構成されていることから、特にコモンモード電流については主たる還流パスは仮想グランド面１００を介したパスとなるが、有効に制御可能であることが分かる。
実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
なお、線路間終端であっても、線間のコモンインピーダンスに対して十分高いインピーダンスを接地回路３０３に設定することで還流パスを差動線路経路４０１に簡易限定できるため、適切に制御可能である。
その他、絶縁電源１０１は、守るべき回線が高速トランシーバ１０２の系のみである場合は、非絶縁電源としても同等の効果を得ることができる。
また、第２のトランシーバ３０２の系統は、実施例２で示したルールに従い、第三、第四と必要に応じトランシーバの系統を追加することが可能である。
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。
次に、本発明の実施例３について説明する。
図５は、実施例３の電子制御装置の概略構成図であり、図６は、実施例３における電流ループ遮断の原理を説明する図である。
図５において、実施例３は、実施例２の構成に、その他の入出力回路を１回路以上する例である。つまり、実施例３は、高速トランシーバ１０２の系統と第２のトランシーバ３０２の構成は、実施例２と同一としたまま、外部入出力回路の駆動回路５０２と、この駆動回路５０２に接続された通信線路５０４が接続され、この通信回路５０４が、電子制御装置１の外部に配置される相対機器５０５に接続される例である。
また、実施例３では入出力回路の駆動回路５０２は、コモンモードノイズの影響を受けにくい入出力と定義する。このことから、駆動回路５０２の電源には非絶縁電源５０１を用いており、さらに仮想グランド面１００への結合パスをインピーダンスの低い電源にのみ返せるように、外部入出力回路の駆動回路５０２に接続される通信回線５０４には、接地回路５０３（第３の接地回路（接地素子））を配置する。
接地回路５０３は、接地回路５０３のインピーダンスは、高速トランシーバ１０２の系に接続される差動伝送路１０６の線路１０７と１０８の間のコモンインピーダンスよりも大きく、かつ高速トランシーバ１０２の系（複数系統を接続する場合はすべての系統）に接続される接地回路１０４のインピーダンスよりも小さな値となるよう値を決定する。
これにより、図６に示すように、外部入出力回路５０３を追加した場合であっても、主たる還流パスは、経路６０１に限定され、高速トランシーバ１０２の系へのパス６０３、第２のトランシーバ３０２の系へのパス６０４及び駆動回路５０２へのパス６０５を遮断することが可能となる。また、外部入出力回路５０２についても接地抵抗５０３を介して外部入出力回路５０２に接続される通信線路５０４を接地することで、複数の還流パスが生じることのないよう制御することが可能となる。
なお、接地回路３０３のインピーダンスと接地回路５０３のインピーダンスとの大小関係は、第２のトランシーバ３０２と駆動回路５０２とを比較していずれの方の重要度が高いか、またはコモンモードノイズに対する耐性が低いかに基づいて設定することができる。重要度が高い方または耐性が低い方の接地回路３０３のインピーダンスまたは接地回路５０３のインピーダンスを大とすることができる。
実施例３においても、実施例１、２と同様な効果を得ることができる。
（実施例４）
次に、本発明の実施例４について説明する。
次に、本発明の実施例４について説明する。
図７は、実施例４の電子制御装置１を示す図である。図７に示すように、実施例４は、実施例３の高速トランシーバ１０２と絶縁電源１０１との間に接続されるマイコン７０１（マイコンＡ（第１のマイコン））を配置し、絶縁電源３０１を省略し、第２のトランシーバ３０２と絶縁電源１０１との間に接続されるマイコン７０２（マイコンＢ（第２のマイコン））を配置した例であり、他の構成は、実施例３と同様となっている。
マイコン７０１と７０２は、電源のグランドを共通とし、電流ループ経路を構成する。
図７に示した実施例４の電子制御装置１においても、実施例３と同様に、接地制御を構成する接地回路１０４、３０３、５０３が上述した規則に従って設計されることで接地回路１０４、３０３、５０３のインピーダンス勾配（インピーダンスの差）によって電流ループ経路が一意に制御される。
また、図８は実施例４における電流ループ遮断の原理を説明する図である。図８に示すように、マイコン７０１及び７０２を介した電流ループ８０１が遮断され、守るべき高速トランシーバ１０２と、第２のトランシーバ３０２間で電流ループが生じることが防止される。
なお、上述した実施例４の構成は、電源を共有する構成であれば、マイコンの数は二つに限定されることはなく、三個以上、または一個のマイコンを高速トランシーバ１０２と、第２のトランシーバ３０２とで共有する構成も実施例とすることができ、このような構成においても同等の制御性を確保可能となる。
以上説明した実施例１～４により、他系統の入出力を有する装置であっても、仮想グランド面１００からの還流パスを制御して、コモンモードノイズを効果的に抑制することが可能となる。
以上のように、本発明の電子制御装置１によれば、外部機器である通信の相対機器１０５と通信するための差動伝送線路１０６と、信号を送受信するためのトランシーバ１０２と、このトランシーバ１０２を駆動するための電源１０１を有する。上記トランシーバ１０２、電源部１０１、及び差動線伝送路１０６は電子制御装置１内に設けられたプリント基板上に配置されており、通信系統の数だけ回路が搭載される。すなわち、同一基板上に複数の回路が同居する状態となる。なお、仮想グランド面１００との結合は積極的な導体接続が無い状態でも容量結合等のＡＣ的な結合が形成されることから、電子制御装置１の筐体は絶縁体、導体、積極的な接地の有無は問わない。
このとき守るべき通信回線、または高速通信回路等のコモンモード特性が厳しい通信回線について、トランシーバ１０２、及び差動伝送線路１０６間の結合を分離するために、トランシーバ１０２の電源１０１に絶縁電源を搭載する。また絶縁電源１０１の二次側をフローティングに保ち、仮想グランド面１００、及び仮想グランド面１００と結合した筐体との間に還流パスを形成しないように、差動伝送線路の有するコモンモードインピーダンスが高くなるように定数を設定したコンデンサ、抵抗、あるいはこれらの複合回路によって構成された接地回路１０４によって接地される。
この構造により、差動伝送線路１０６間の結合インピーダンスを、仮想グランド面１００と伝送線路１０６、及び仮想グランド面１００とトランシーバ１０２や相対機器１０５との結合インピーダンスよりより低く抑えることが可能となり、通信に伴う電流の還流経路を差動伝送線路１０６の１か所に限定できることから効果的に仮想グランド面１００を介して還流する電流成分に起因したコモンモードノイズを抑制することが可能となる。
なお、上述した高速トランシーバは、帯域による規定ではなく、通信の重要度等によっても適用されることから特定の周波数範囲に依存しないものである。
また、本発明は、帯域の異なる通信回線である第２のトランシーバ３０２を１系統追加搭載した場合に、これらの差動伝送線路１０６、３０７を介して形成される電流ループを抑制するために、守るべき通信回線（たとえば高速トランシーバ１０２）への還流を抑止するために、接地回路１０４、３０３にインピーダンスの勾配を設ける構成とする。
具体的には、高速通信などの守るべき回線設置回路１０４の接地インピーダンスより、低い接地インピーダンスで追加回路３０２を仮想グランド面１００に接地する。これにより、通信に伴うリターン電流は、より低いインピーダンスの追加回路３０２（第２のトランシーバ）側に流れるよう制御することができ、複数の通信回線を有する場合であっても通信回線間にまたがってコモンモードノイズの影響が輻輳することを回避可能となる。
また、さらに１つ以上の外部入出力回路の駆動回路５０２を追加した場合に、守るべき通信回線よりもさらに小さいインピーダンスの接地回路５０３を構成することで、複数の入出力がある装置であってもよりインピーダンスの低い接地回路５０３に積極的に還流させることで電流ループ経路を制御することが可能となり、コモンモードノイズが悪化することを回避可能となる。
なお、本発明の効果を最大化する方策として、外部入出力回路５０２についても絶縁電源を採用してもよい。
これにより、高速トランシーバ１０２をコモンモードノイズから守るだけでなく、各回線の耐ノイズ性や重要度に応じて還流経路を制御することが可能となり、電子制御装置１全体のコモンモードノイズ耐性を向上することが可能となる。
さらに、第２のトランシーバ３０２や外部入出力回路の駆動回路５０２等、複数の入出力を搭載したユニットにあって、回線の重要度や電源の絶縁／非絶縁などの状態に応じたコモンモードノイズ耐性に対応して、接地回路１０４、３０３、５０３のインピーダンスに勾配を設ける構成である。
これにより、より重要度の高い回線、あるいは耐性の低い回線を優先的に保護することが可能となり、電子制御装置１全体でのコモンモードノイズ耐性を向上することが可能となる。
さらに、各通信回線の接地回路１０４、３０３、５０３を一点での共通グランド（一点接地点３０９）に接地する構成である。これにより、電子制御装置１の基板内の迷走電流を抑制することが可能となり、多チャンネル入出力を搭載する機器のコモンモードノイズ耐性を改善することが可能となる。
さらに、高速トランシーバ１０２と第２のトランシーバ３０２を、電源１０１を共有する一つまたは二つのマイコンに接続した場合でも、トランシーバ１０２側の接地状態を管理することによって、夫々の通信回線に搭載した接地回路１０４、２０２にインピーダンスの勾配を設けることでコモンモードノイズ耐性を改善することが可能となる。
本発明の実施例について図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成は実施例に限られたものではない。
例えば、高速トランシーバ１０２の差動伝送路１０６など、各通信線路と仮想グランド面１００との結合方法には、抵抗やコンデンサ等の回路素子を用いずに電界結合による手法など、本発明に係るインピーダンス差を利用して接地制御を行うという、発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更も含まれる。
また、実施例として車両を例示して説明したが、同様の仮想グランド面を有する装置、たとえば航空機や宇宙機など、地球から切り離された状態で動作する装置全般も本発明を適用することができる。
上述した実施例においては、接地回路１０４、３０３、５０３の例を抵抗素子の例としたが、抵抗に限らず、コイルやコンデンサとすることや、これら抵抗素子、コイル、コンデンサのうちの任意のものの組み合わせを用いることも可能である。
１００・・・仮想グランド面、１０１・・・高速トランシーバ用絶縁電源、１０２・・・高速トランシーバ、１０３・・・高速トランシーバの終端回路、１０４・・・接地回路、１０５・・・通信の相対機器、１０６・・・差動伝送路、１０７、１０８・・・線路、３０１・・・第２のトランシーバの絶縁電源、３０２・・・第２のトランシーバ、３０３・・・第２のトランシーバの接地回路、３０４・・・第２のトランシーバの終端回路、３０５、３０６・・・線路、３０７・・・差動伝送路、３０８・・・相対機器、３０９・・・接地回路の一点接地、５０１・・・非絶縁電源、５０２・・・駆動回路、５０３・・・接地回路、５０４・・・通信線路、５０５・・・相対機器、７０１、７０２・・・マイコン
Claims (7)
- 第１のトランシーバと、
前記第１のトランシーバを駆動する第１の絶縁電源と、
前記第１のトランシーバとグランドとの間に配置される第１の接地回路と、
前記第１のトランシーバの差動信号を伝送する差動伝搬路と、
を備え、前記第１の接地回路のインピーダンスは、前記差動伝搬路のコモンモードインピーダンスよりも大であることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項１に記載の電子制御装置において、
第２のトランシーバと、
前記第２のトランシーバを駆動する第２の絶縁電源と
前記第２のトランシーバとグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第２の接地回路と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項２に記載の電子制御装置において、
外部入出力回路の駆動回路と、
前記駆動回路を駆動する非絶縁電源と、
前記外部入出力回路の駆動回路とグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ、前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第３の接地回路と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項３に記載の電子制御装置において、
前記第２のトランシーバと前記外部入出力回路の駆動回路とのうちの重要度またはコモンモードノイズに対する耐性に基づいて、前記第２の接地回路のインピーダンスと前記第３の接地回路のインピーダンスとの大小関係を設定することを特徴とする電子制御装置。 - 請求項４に記載の電子制御装置において、
前記第１のトランシーバの前記第１の接地回路を介しての前記グランドへの接地および前記第２のトランシーバの前記第２の接地回路を介して前記グランドへの接地は、一点接地点により前記グランドに接続されることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第１のトランシーバに接続され、前記第１の絶縁電源で動作する第１のマイコンと、
第２のトランシーバと、
前記第２のトランシーバに接続され、前記第１の絶縁電源で動作する第２のマイコンと、
外部入出力回路の駆動回路と、
前記駆動回路を駆動する非絶縁電源と、
前記第２のトランシーバとグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第２の接地回路と、
前記外部入出力回路の駆動回路とグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ、前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第３の接地回路と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第１のトランシーバに接続され、前記第１の絶縁電源で動作する第１のマイコンと、
前記第１のマイコンに接続される第２のトランシーバと、
外部入出力回路の駆動回路と、
前記駆動回路を駆動する非絶縁電源と、
前記第２のトランシーバとグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第２の接地回路と、
前記外部入出力回路の駆動回路とグランドとの聞に配置され、前記第１の接地回路よりもインピーダンスが小さく、かつ、前記第１のトランシーバに接続された差動伝送路のコモンモードインピーダンスより大きい第３の接地回路と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19768062 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19768062 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |