(57)【要約】      （修正有）【課題】動作電圧の安定と、ノイズの影響を受けにくい双方向のデータ通信を実現する２線式データ通信装置を提供する。【解決手段】２線伝送において、直流電力はクロック信号の平均レベルで伝送し、信号の重畳は、クロックの反転情報で送信した。受信がわでは、全波整流回路で直流電力を取り出す。情報受信は、所定周期で送信されたクロックを遅延させ、そのクロックでデータを取り込むことで送信されたデータが再生する。【選択図】図１
2006165708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の送受信装置と第２の送受信装置を有し、第１および第２の接点を介して、前記送受信装置間のデータ通信を行なう２線式データ通信であって、前記第１の送受信装置は、所定周期のクロックを第一の接点に供給し、かつ、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号をうもう一方の接点に供給するクロック生成手段と、第一の送受信装置の制御を司る第一の制御手段と、第１あるいは第２の接点に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、一方、前記第２の送受信装置は、送信されてきた所定情報を記憶する記憶手段と、前記第１および第２の接点に受信した信号から動作電圧を生成する電源生成手段と、所定周期で送信されたクロックを遅延するための遅延手段と、遅延手段の出力クロックに同期してデータを取り込むデータ受信手段と、第１及び第２の接点間のインピーダンスを送信信号に応じて変化させる第二の制御手段とを備え、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信することを特徴とするデータ通信回路。
【請求項２】
前記請求項１記載のデータ通信回路において、前記電源生成手段が第１と第２の接点間に対して全波整流を行なう回路であることを特徴とするデータ通信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ通信を行なうための２線で接続された接触式のデータ通信回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の接触式のデータ通信では、通信を行なうために、電源、グラウンド、そして、双方向の送受信信号と、合計４個の接点を設ける必要があった。このため４個の接点の物理的な大きさにより、小型化するには限度があった。
【０００３】
接触式のデータ通信回路のさらなる接点数の削減のために、特許文献１に記載のように、コントロール装置３００とデータキャリア装置３０１とがデータ通信を行なうシステムにおいて、２個の接点で、電力及び双方向のデータ通信を可能にする提案がされている。
【０００４】
この２線式データ通信装置について、図４を基に説明する。
【０００５】
３００はコントロール装置であり、クロックパルスとクロックパルスの逆相パルスを生成するクロック発生回路３０４と、クロックパルスの振幅レベルを発生する電圧レベル発生回路３０２と、振幅差を検出する検出回路３０５で構成されている。
【０００６】
電圧レベル発生回路３０２は、電源電圧に接続された抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列接続によって構成され、抵抗間の電圧を出力する。送信回路３０３は電圧レベル発生回路の抵抗Ｒ２にＦＥＴを接続し、ゲートに入力した信号レベルで電圧レベル発生回路３０２の出力電圧Ｖｏを決定する。クロック発生回路３０４はインバータの電力供給端子を電圧レベル発生回路３０２の出力に接続し、同相と逆相のクロックパルスの振幅を変えて信号を伝送する。信号検出回路３０５はデータキャリア装置３０１の２つの接点のどちらかに接続され、コントロール装置３００から見たデータキャリア装置３０１の負荷の変化を信号として検出する。
【０００７】
従来の２線式データ通信の動作について以下に説明していく。まず、コントロール装置３００からデータキャリア装置３０１へのデータ送信について説明する。クロック発生回路にＤＡＴＡパルスを入力し、クロック発生回路３０４の出力Ａ及び出力Ｂにはそれぞれ、入力パルスと同相のパルスと、逆相のパルスの差動信号が出力される。また、その際の出力パルスの振幅は、送信信号ＤＡＴＡに応じて、変化させることで、クロックパルスの振幅変化によって、データキャリア装置３０１にデータを送信する。
【０００８】
次に、データキャリア装置３０１からコントロール装置３００へのデータ送信について説明する。データキャリア装置３０１の送信信号ＤＡＴＡ２の電圧レベルによって、データキャリア装置３０１の入力インピーダンスが変化し、出力パルスの振幅を変調させ、上記と同様、振幅変化によって、コントロール装置３００がデータを受信する。
【０００９】
以上説明したように、従来の２線式データ通信装置は、両装置間の通信において、データキャリア装置３０１へ供給する動作電圧に、データとなる電圧を重畳させることで、２点の接点のみで、データキャリア装置３０１への電源供給及びデータ通信を実現している。
【特許文献１】特開２００３−０６９６５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１６９００２号公報
【特許文献３】特開２００３−１１０４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の２線式データ通信装置では、信号の振幅差を検出することで、データを受信したが、送受信の通信方向によって、信号振幅を検出する電圧レベルが異なっていた。すなわち、等価抵抗など各種部品のバラツキが大きい時に一方向におけるデータ通信ができる電圧レベル条件を満たしたとしても、逆方向において、十分な振幅差が確保することができずに、データ通信ができなくなる問題があった。
【００１１】
この問題を解決するために、特許文献３記載のように、送受信時に、動作電圧を切り替える回路を追加することで、双方向の通信に必要な電圧レベルを確保する提案も行なわれている。
【００１２】
しかし、送受信切り替え信号を新たに追加することにより、制御が複雑化することや、ノイズが差動クロックにのった場合にデータを誤検知する点及び、振幅変調しているために、供給する動作電圧が変動してしまう問題があり、更なる改善が望まれている。また、特許文献１に記載されているパルス幅を変え、データ通信を行なう装置は、複数の抵抗を直列に並べ、導通と非導通を切り替え、電圧レベルを変化させているため、出力インピーダンスが大きくなり、受信回路部の部品選定が難しくなるデメリットがある。また、抵抗を小さくすることで、出力インピーダンスを下げる方法もあるが、逆にロスが大きくなるデメリットも持っている。更に課題をあげると、整流回路後にクロック発生手段を設けているため、クロックが脈打つ問題も抱えている。
【００１３】
上記従来の様々な問題点を解決するために、本出願に係る第一の発明の目的は、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信するように構成し、動作電圧の安定と、ノイズの影響を受けにくい双方向のデータ通信を実現する２線式データ通信装置を提供することである。
【００１４】
また、本出願に係る第二の発明の目的は、一方の送受信ユニットに対し、安定した電源供給を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る第１の発明は、第１の送受信装置と第２の送受信装置を有し、第１および第２の接点を介して、前記送受信装置間のデータ通信を行なう２線式データ通信であって、前記第１の送受信装置は、所定周期のクロックを第一の接点に供給し、かつ、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号をうもう一方の接点に供給するクロック生成手段と、第一の送受信装置の制御を司る第一の制御手段と、第１あるいは第２の接点に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、一方、前記第２の送受信装置は、送信されてきた所定情報を記憶する記憶手段と、前記第１および第２の接点に受信した信号から動作電圧を生成する電源生成手段と、所定周期で送信されたクロックを遅延するための遅延手段と、遅延手段の出力クロックに同期してデータを取り込むデータ受信手段と、第１及び第２の接点間のインピーダンスを送信信号に応じて変化させる第二の制御手段とを備え、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る第２の発明は、第１の発明に記載のデータ通信回路において、前記電源生成手段が第１と第２の接点間に対して全波整流を行なう回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本出願に係る第一の発明によれば、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信するため、振幅変調に比べ、動作電圧を幅広く確保できる。また、オンデューディの高いクロックを２接点に供給し、その２点間の電圧を全波整流していることで、電圧ドロップが極力抑えられる。ゆえに、２点間に伝達される信号のスキューやオーバーシュートなどで電源ドロップが起こったとしても、動作電圧を下回ることはない安定した電源供給が可能になる。
【００１８】
また、データ受信に関しても、振幅差でなく、電流を検出することで、データを受信するため、ノイズなどによるオーバーシュートやアンダーシュートに影響されにくいデータ通信も可能になる。
【００１９】
また、本出願に係る第２の発明によれば、第１と第２の接点間に対して全波整流を行ない、動作電圧を生成させているため、安定した電源供給を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施例に係る代表的な２線式データ通信回路であり、このデータ通信回路では、第１の送受信ユニット１００と第２の送受信ユニット２００とが、２個の接点Ａ、および、Ｂを介してデータ通信を行なうことができる。まず、図１を用いて、第１の実施例に係るデータ通信システムの構成を説明する。
【００２２】
第１の送受信ユニット１００には、送受信ユニット１００の制御を司る制御部１０１と、制御部１０１からの送信データを送受信ユニット２００に送信するためにクロック化するクロック生成部１０２と、抵抗１０３から１０６、抵抗１０４に流れる電流を比較するためのコンパレータ１０７が構成されている。
【００２３】
一方、第２の送受信ユニット２００には、送受信ユニット２００の制御を司る制御部２０１と、接点ＡおよびＢ間の電圧を整流し制御部２０１の電源を供給するための全波整流回路２０２と、全波整流回路２０２で整流した信号を平滑し、蓄電するための平滑コンデンサ２０３と、抵抗２０４と、抵抗２０４を２本の信号線にターミネートするためのスイッチ２０５と、バッファ２０６と、遅延回路２０７、そして、Ｄフリップフロップ２０８が構成されている。
【００２４】
次に本実施例の動作について説明する。まず、第１の送受信ユニット１００から第２の送受信ユニット２００へのデータ転送は次のように行なう。
【００２５】
第１の送受信ユニット１００において、制御部１０１は送受信ユニット２００に送信するためのデータをクロック生成部１０２に送信する。データを受信したクロック生成部１０２は受信したデータの論理を解析し、解析した内容にしたがってクロックを生成する。このときクロック生成部１０２は、接点Ａ側のラインにはオンデューティの大きい一定周期のクロックを送信し、接点Ｂ側のラインには、ハイレベルを送信するときは接点Ａ側に送信したクロックの反転したクロックを接点Ａ側に送信したクロックと同期させて送信し、ロウレベルを送信する時はそのままロウレベルを送信する。
【００２６】
これらの信号を受信した第２の送受信ユニット２００では、まず接点Ａと接点Ｂ間の電圧に対し全波整流回路２０２を通して全波整流が行ない、次いで、平滑コンデンサ２０３により整流した電圧を平滑して制御部２０１の動作電圧とする。オンデューティの大きいクロックを第二の送受信ユニット２００に送信する理由は、全波整流した時の電圧を極力多く取り、制御部２０１への電圧が安定して供給できるようにするためである。制御部２０１の消費電力が少ないほど第一の送受信ユニット１００から第二の送受信ユニット２００に送信するデータのデューティを狭くすることでデータ通信の高速化が可能である。
【００２７】
また第一の送受信ユニット１００から接点Ａ、接点Ｂに送信されたデータはバッファ２０６で波形形成され、さらに接点Ａを通った信号のみ遅延回路２０７を介し、Ｄフリップフロップ２０８に送信される。接点ＡおよびＢからＤフリップフロップ２０８までの信号の流れを具体的に現した図が図２である。以下、図２を基にして送信データの受信方法を説明する。
【００２８】
ＡおよびＢは、それぞれ接点ＡおよびＢに送信されるデータを現し、Ａにはオンデューティの大きい一定周期のクロックが送信され、Ｂについては、信号論理がハイレベルの時は、Ａに送信されるクロックの反転したクロックが送信され、信号論理がロウレベルの時は、ロウレベルが送信される。接点Ａに送信されるクロックは遅延回路２０７によって遅延されるため、その出力（２０７出力）は接点Ａに送信されるクロックよりも若干遅れてＤフリップフロップ２０８のクロック端子に入力される。このためＤフリップフロップ２０８のクロック端子の立下り時に、Ｄ端子に入力される接点Ｂの信号のレベルを確定することができる。したがって第一の送受信ユニット１００から送信したデータを再現することが可能になる。
【００２９】
次に、第２の送受信ユニット２００からの送信データを第１の送受信ユニット１００が受信する際の動作について説明する。
【００３０】
制御部２０１からのデータはスイッチ２０５をオン／オフすることにより、接点ＡおよびＢ間に構成された抵抗２０４の導通／非導通を切り替えることができる。
【００３１】
制御部２０１からのデータがハイレベルの場合、スイッチ２０５がオンされ、抵抗２０４が導通する。したがって第２の送受信ユニット２００の入力インピーダンスが低下するため、抵抗１０３、１０４に流れる電流が大きくなる。一方、制御部２０１からのデータがロウレベルの場合、スイッチ２０５がオフされ、抵抗２０４が非道通になる。したがって第二の送受信ユニット２００の入力インピーダンスが増加するため抵抗１０３、１０４に流れる電流が小さくなる。
【００３２】
このようにスイッチ２０５のオン／オフに応じて抵抗１０４、１０５に流れる電流値が変化する。
【００３３】
これを検出することによって、送信データの論理レベルを判断することができ、第２の送受信ユニット２００から第１の送受信ユニット１００への通信が可能になる。
【００３４】
本実施例１では、図１に示すように、抵抗Ｒ１０４の両端電圧をコンパレータ１０７に入力し電流を検出する構成になっている。次にこの構成における動作を具体的に図３を基に説明する。
【００３５】
図３は、第１の送受信ユニット１００が第２の送受信ユニット２００からのデ−タを受信する際の動作タイミングチャートである。スイッチ２０５オン時は、先に述べたように、入力インピーダンスが低くなるため、抵抗１０４に流れる電流が増加し、その電圧降下によってコンパレータ１０７に入力される電圧差が大きくなり、信号のレベル検知が可能になる。例えば、スイッチ２０５がオンの状態で、かつ、接点Ａにハイレベル、接点Ｂにロウレベルが出力される場合、コンパレータ１０７の反転入力端子は非反転入力端子よりも電圧が低下するため、コンパレータ１０７はハイレベルを出力する。また、接点Ａにロウレベル、接点Ｂにハイレベルが出力される場合は、コンパレータ１０７の反転入力端子は非反転入力端子よりも電圧が高くなるため、コンパレータ１０７はロウレベルを出力する。つまりスイッチ２０５がオンの状態のとき、コンパレータ１０７の出力は接点Ａのタイミングに追従して出力される。このコンパレータ１０７からの出力は、スイッチ２０５がオンされている期間は常にクロックが出力され続けるため、制御部１０１にてクロックがコンパレータ１０７から出力され続けているか監視することで、第二の送受信ユニット２００からの送信信号がハイレベルであることを判断することができる。
【００３６】
一方、スイッチ２０５オフ時は、入力インピーダンスが高くなり抵抗１０４に流れる電流が減少するため、電圧降下もほとんど生じなくなる。このためコンパレータ１０７に入力される電圧は、抵抗１０５、１０６の組み合わせで決まり、図１の場合、反転入力端子がプルアップ、非反転入力端子がプルダウンされているため、コンパレータ１０７からの出力は常にロウレベルとなる。
【００３７】
以上のように、第２の送受信ユニット２００からの送信データを、抵抗に流れる電流をコンパレータ１０７で検出することで確認することができる。
【００３８】
従来の方法では、振幅変調でデータ送信を行なっているため、電圧差を検出するだけの動作電圧が必ず振れてしまう点と、スキューやアンダーシュートなどによる電圧ドロップを両立させる必要があり、安定した電源供給が難しい系であった。しかし、本実施例によると、動作電圧範囲を幅広くとれるため、安定した電源供給の可能な２線式データ通信回路が実現できる。また、動作電圧も小さく設定してもデータ転送が可能なため、動作電圧をなるべく小さく設定でき、消費電力も抑制することが可能になる。
【実施例２】
【００３９】
実施例１では第一の送受信ユニットから送信するデータがハイレベルの時に、所定周期のクロックに対して反転したクロックを送信し、また、第一の送受信ユニットから送信するデータがロウレベルの時はそのままロウレベルを出力しデータ通信を行なった。
【００４０】
これとは逆に、第一の送受信ユニットから送信するデータがハイレベルの時に、ロウレベルを出力し、また、第一の送受信ユニットから送信するデータがロウレベルの時は所定周期のクロックに対して反転したクロックを送信することでデータ通信が行なえることは言うまでもない。
【００４１】
また、遅延回路で遅延する時間を見越してクロック生成部からクロックを出力すれば、遅延回路を省くことが出来ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施例に係る代表的な２線式データ通信回路
【図２】第１の送受信ユニットのデータ送信動作時のタイミングチャート
【図３】第２の送受信ユニットのデータ受信時動作時のタイミングチャート
【図４】従来の代表的な２線式データ通信回路
【符号の説明】
【００４３】
１００  第１の送受信ユニット
１０１  制御部
１０２  クロック生成部
１０３  抵抗
１０４  抵抗
１０５  抵抗
１０６  抵抗
１０７  コンパレータ
２００  第２の送受信ユニット
２０１  制御部
２０２  全波整流回路
２０３  平滑コンデンサ
２０４  抵抗
２０５  スイッチ
２０６  バッファ
２０７  遅延回路
２０８  Ｄフリップフロップ
３００  コントロール装置
３０１  データキャリア装置
３０２  電圧レベル発生回路
３０３  データ送信回路
３０４  クロック発生回路
３０５  信号検出回路
３０６  ＬＳＩ等価抵抗
【図１】
2006165708.tif 000003
【図２】
2006165708.tif 000004
【図３】
2006165708.tif 000005
【図４】
2006165708.tif 000006