(57)【要約】【課題】  複数系統を有する通信装置において、幅広い温度環境においても通信を継続するとともに、装置の小型化を図る。【解決手段】  並列接続された複数の静電容量を適宜接続・開放することにより発振周波数を切り換え可能なＩＣ化局部発振器を具備し、温度変化に応じて一つの信号経路における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の信号経路の発振器における静電容量値の設定を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２系統の通信手段とこれらを制御する制御手段を有する通信装置であって、
上記通信手段は、通信部と通信部へ局部発振信号を供給する発振器を具備し、
該発振器は、並列接続された複数の静電容量と、これらを適宜接続あるいは開放することで静電容量値を可変できる機能を有し、各静電容量値における発振周波数範囲が上記通信手段の周波数範囲より狭く設定されており、
上記制御手段が、所望の周波数を上記発振器で発振するよう上記静電容量値を設定し、設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件下で一つの通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更する、ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、前記制御手段が設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件を温度により検出する機能を有することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
少なくとも２系統の通信手段とこれらを制御する制御手段を有する通信装置であって、
上記通信手段は、通信部と通信部へ局部発振信号を供給する発振器を具備し、
該発振器は、並列接続された複数の静電容量と、これらを適宜接続あるいは開放することで静電容量値を可変できる機能と、上記並列接続された複数の静電容量と並列接続された可変容量ダイオードを有し、各静電容量値における発振周波数範囲が上記通信手段の周波数範囲より狭く設定されており、
上記制御手段が、所望の周波数を上記発振器で発振するよう上記静電容量値を設定し、設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件を可変容量ダイオードに対する制御電圧より検出し、この条件下で一つの通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更する、ことを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の通信装置において、前記制御手段が、前記発振器の静電容量値変更をするときに該発振器に接続される前記通信部による送信を停止するよう制御することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
少なくとも２系統の通信経路を有する車両であって、
各通信経路での通信を行う通信手段とこれらを制御する制御手段を有し、
上記通信手段は、通信部と通信部へ局部発振信号を供給する発振器を具備し、
該発振器は、並列接続された複数の静電容量と、これらを適宜接続あるいは開放することで静電容量値を可変できる機能を有し、各静電容量値における発振周波数範囲が上記通信手段の周波数範囲より狭く設定されており、
上記制御手段が、所望の周波数を上記発振器で発振するよう上記静電容量値を設定し、設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件下で一つの通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更する、ことを特徴とする車両。
【請求項６】
請求項５に記載の車両において、前記制御手段が設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件を温度により検出する機能を有することを特徴とする車両。
【請求項７】
少なくとも２系統の通信経路を有する車両であって、
各通信経路での通信を行う通信手段とこれらを制御する制御手段を有し、
上記通信手段は、通信部と通信部へ局部発振信号を供給する発振器を具備し、
該発振器は、並列接続された複数の静電容量と、これらを適宜接続あるいは開放することで静電容量値を可変できる機能と、上記並列接続された複数の静電容量と並列接続された可変容量ダイオードを有し、各静電容量値における発振周波数範囲が上記通信手段の周波数範囲より狭く設定されており、
上記制御手段が、所望の周波数を上記発振器で発振するよう上記静電容量値を設定し、設定された静電容量値における上記発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件を可変容量ダイオードに対する制御電圧より検出し、この条件下で一つの通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更する、ことを特徴とする車両。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載の車両において、前記制御手段が、前記発振器の静電容量値変更をするときに該発振器に接続される前記通信部による送信を停止するよう制御することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置および通信装置を搭載した車両に関係しており、特に二重系に構成された通信装置における発振回路の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
列車や自動車といった車両において、車両内の制御信号を各部に伝えたり、各種センサからの検出信号を中央制御装置に伝送したりといった通信機能が搭載されている。また、これらの通信においては、通信の途切れが車両制御に影響を及ぼす為、種々の対策がなされている。
【０００３】
例えば、通信経路を２系統用意し、一方が故障しても他方に切り換えることにより、通信を継続するようにする技術が開示されている（特許文献１）。これは、通信経路を監視する手段が、常用の通信チップに故障が発生したことを検出した場合、予備の通信チップに切り換え、常用経路に流れる信号を予備経路に流れるようにするものである。
一方、通信回路の小型化を図る為、局部発振回路をＩＣ内部に構成する技術が開示されている（非特許文献１）。
【０００４】
従来、局部発振回路に用いるＬＣ共振回路は、誘電体共振器やチップ部品を組み合わせて構成されていた。これを、ＩＣ化することにより、外付け部品が減少し減り、小型化を図ることができるという利点がある。  図２に、ＩＣ化された局部発振回路の一例を示す。トランジスタあるいはＦＥＴからなる負性抵抗回路にＬＣ共振回路を接続することにより、発振動作を行う。Ｄ１は、可変容量ダイオードで、ＰＬＬ回路から出力される制御信号Ｖｔｕｎｅにより静電容量値が制御され、所望の周波数を発振するように働く。Ｄ１は、単体の可変容量ダイオードに比べて、静電容量値の可変範囲が狭い。これは、ＩＣ内部に構成する制約から、面積や半導体材料を最適化できないことに起因する。これを補うため、並列接続された静電容量Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｎを設け、これらを適宜接続あるいは開放することによって、総合的な静電容量値の可変幅を確保する。図３に、その動作を示す。Ｃ１に接続されたスイッチ１３２を閉じると、Ｃ１は共振回路に接続される。このとき、Ｄ１への制御電圧Ｖｔｕｎｅを変化させると、発振周波数を制御することができる。例えば、ＶｔｕｎｅをＶ１に設定すると発振周波数はｆ１となる。同様に、Ｃ１、Ｃ２、…と共振回路に接続していくと、発振周波数を変更することができる。Ｃ１からＣｎまでの全ての静電容量を共振回路に接続すると、Ｄ１にＶｎを印加したときにｆｎの発振周波数を得る。すなわち、静電容量を切り換えることにより、広範囲の発振周波数を切り換えて発生することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４８３号公報
【非特許文献１】ＡＰＭＣ  ２００２  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＦＲ２Ａ−０４（Asia-Pacific Microwave Conference, November 19-22, 2002）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車両では、幅広い温度環境下においても確実に動作する必要があり、搭載される通信装置においても同様の温度範囲での動作補償が要求される。しかし、前述のＩＣ化局部発振回路では、広範囲の温度変化があった場合に、静電容量値の切り換えが必要となるという課題がある。図４に、ＩＣ化された局部発振回路の温度依存性を示す。ＰＬＬ回路よりＤ１に印加する制御電圧Ｖｔｕｎｅは、回路の構成や半導体プロセスの閾値等により、可変範囲が制約されている（Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘ）。Ｃ１、Ｃ２、…を任意に接続して設定した静電容量値をＣｘとすると、Ｃｘは温度によって変化する。たとえば、低温側からＴａ１、Ｔａ２、…、Ｔａ５と変化したとき、同図に示すように、発振周波数の範囲も変化する。
【０００７】
これは、静電容量を構成する絶縁材料の誘電率の温度特性等に起因する。たとえば、発振周波数ｆｘに設定する場合を考えると、Ｔａ２のときはＶｔｕｎｅをＶ（Ｔａ２）に設定すれば良く、Ｔａ３、Ｔａ４と温度が変化しても、それぞれＶ（Ｔａ３）Ｖ（Ｔａ４）に設定すれば良い。しかし、温度がＴａ１やＴａ５に変化した場合は、Ｖｔｕｎｅの可変範囲（Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ）内で発振周波数ｆｘを得ることは出来ない。このため、設定した静電容量値をＣｘではなく別の値に変更する必要が生じ、通信に支障をきたす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明に関わる通信装置およびこれを具備した車両では、少なくとも２系統の通信手段とこれらを制御する制御手段を有し、通信手段は、通信部と通信部へ局部発振信号を供給する発振器を具備し、発振器は、並列接続された複数の静電容量と、これらを適宜接続あるいは開放することで静電容量値を可変できる機能を有し、各静電容量値における発振周波数範囲が上記通信手段の周波数範囲より狭く設定されており、制御手段が、所望の周波数を発振器で発振するよう静電容量値を設定し、設定された静電容量値における発振器の周波数が所望の周波数に対する任意の許容誤差を超えない条件下で一つの通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更し、その後任意の時間経過をもって他の通信手段の発振器における静電容量値の設定を変更するように構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通信の切断を生じない、小型で広範囲な温度範囲に対応する通信装置およびこれを具備した車両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】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明による通信装置およびこれを具備した車両の第１の実施形態を示すブロック図である。車両１００には複数の通信経路があり、一方の通信経路に不具合があった場合に他方で補える構成になっている（図１では２系統）。車両に設けられた通信装置１０１には、各通信経路に対応した通信部と発振器を有する通信手段が設けられている。また、制御手段１７０は、各通信手段（１１０、１４０）の通信動作を制御するものである。車両が列車の場合、各車両に同様の通信装置が設けられ、各々の通信経路が互いに接続され、複数の車両で通信ができる。車両が自動車の場合は、車内の複数の機器に通信装置が具備されていても良い。
【００１２】
発振器の構成は、図２に示すように複数の静電容量を適宜接続・開放できるようにように構成されている。この構成はＩＣ化に適しており、小型化を図ることが出来る。また、静電容量の切り替えにより、広範囲の発振周波数を設定可能となる。
【００１３】
次に、制御手段１７０の動作を説明する。制御手段１７０は、所望の局部発振周波数を得る為に、発振器における静電容量の組み合わせを設定する。また、ＰＬＬ回路１３３を制御することにより周波数の安定化を図ることが出来る。いま、Ｃ１、Ｃ２、…を任意に接続して設定した静電容量値をＣｘとすると、Ｃｘは温度によって変化する（図４）。発振周波数ｆｘに設定する場合を考えると、Ｔａ２のときはＶｔｕｎｅをＶ（Ｔａ２）に設定すれば良く、Ｔａ３、Ｔａ４と温度が変化しても、それぞれＶ（Ｔａ３）Ｖ（Ｔａ４）に設定すれば良い。しかし、温度がＴａ１やＴａ５に変化した場合は、Ｖｔｕｎｅの可変範囲（Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ）内で発振周波数ｆｘを得ることは出来ない。このため、制御手段１７０は、静電容量値をＣｘではなく別の値に変更するよう制御する。
【００１４】
そのときの動作例を図５を用いて説明する。通信装置の動作温度範囲を、低温側からＴａ＿ｍｉｎ〜Ｔａ＿ｍａｘとすると、制御手段１７０はＴａ＿ｍｉｎ付近における静電容量値をＣ１、Ｃ２、…を任意に接続してＣｍ＋ｋとする。また、このときの発振周波数をｆｘとする。制御手段１７０は、Ｃｍ＋ｋにおいて周波数ｆｘを発振可能な最低温度Ｔａ＿ｍｉｎ（Ｃｍ＋ｋ）および最高温度Ｔａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｋ）を記憶しており、周囲温度を監視することにより、静電容量の切り替えが必要か否かの判断をする。温度が上昇する場合には、Ｔａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｋ）に達する前に、周波数ｆｘを発振可能な動作温度範囲にＴａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｋ）を含むＣｍ＋ｊを静電容量値として設定する。同様に静電容量の切り換えを行うことにより、Ｔａ＿ｍａｘまで周波数ｆｘを発振することができる。
【００１５】
制御手段１７０が発振器の静電容量を切り換えるとき、周波数が安定するまでの時間を要するが、これについては以下の制御により解決する。すなわち、図６に示すように、２つの発振器における静電容量の切り換え動作を、各々時間的にずらすように制御手段１７０で制御する。例えば、通信装置の動作開始時に、発振器１と発振器２がともにＣｍ＋ｋに設定されたとする。制御手段１７０は周囲温度を検出し、温度が上昇する場合には、Ｔａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｋ）に達する前で、なおかつＴａ＿ｍｉｎ（Ｃｍ＋ｊ）より高い場合に発振器２を一旦停止し、静電容量値をＣｍ＋ｊに設定する。発振器２を停止してからのＣｍ＋ｊに設定して周波数がｆｘに落ち着くまでの間、制御手段１７０は通信部２の通信を停止し、通信部１による通信を行うようにする。こうすることで、通信は切断することなく継続することができる。
【００１６】
任意の時間経過後であって、温度がＴａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｋ）より低く、なおかつＴａ＿ｍｉｎ（Ｃｍ＋ｊ）より高い場合に、発振器１を一旦停止し、Ｃｍ＋ｊに設定しなおすよう、制御手段１７０が制御する。この動作を繰り返すことにより、通信装置の周囲温度が上昇した場合でも、周波数ｆｘを少なくとも発振器１、発振器２のどちらか一方が発振できる状態をつくることができ、通信の継続が可能になる。ここで、発振器１および発振器２の静電容量値の設定は同じとしたが、必ずしも一致している必要は無く、温度範囲の関係が成り立っていれば、同様の効果がある。具体的には、発振器１がＣｍ＋ｋ１で発振器２がＣｍ＋ｋ２から動作開始し、次の静電容量値切り替えで、それぞれＣｍ＋ｊ１、Ｃｍ＋ｊ２に設定しても良い。
【００１７】
図７は、温度が下降する場合の制御例である。例えば、通信装置の動作開始時に、発振器１と発振器２がともにＣｍに設定されたとする。制御手段１７０は周囲温度を検出し、温度が下降してＴａ＿ｍｉｎ（Ｃｍ）に達する前で、なおかつＴａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｉ）より低い場合に発振器２を一旦停止し、静電容量値をＣｍ＋ｉに設定する。発振器２を停止してからのＣｍ＋ｉに設定して周波数がｆｘに落ち着くまでの間、制御手段１７０は通信部２の通信を停止し、通信部１による通信を行うようにする。こうすることで、通信は切断することなく継続することができる。
【００１８】
任意の時間経過後であって、温度がＴａ＿ｍｉｎ（Ｃｍ）より高く、なおかつＴａ＿ｍａｘ（Ｃｍ＋ｉ）より低い場合に、発振器１を一旦停止し、Ｃｍ＋ｉに設定しなおすよう、制御手段１７０が制御する。この動作を繰り返すことにより、通信装置の周囲温度が上昇した場合でも、周波数ｆｘを少なくとも発振器１、発振器２のどちらか一方が発振できる状態をつくることができ、通信の継続が可能になる。この場合も温度上昇の例と同様に、発振器１および発振器２の静電容量値の設定は同じとしたが、必ずしも一致している必要は無く、温度範囲の関係が成り立っていれば、同様の効果がある。
【実施例２】
【００１９】
図８および図９は本発明による通信装置およびこれを具備した車両の第２の実施形態を示すタイミングチャートである。本実施例は第１の実施形態において、制御手段１７０が温度に応じて発振器の静電容量値を切り換えていたのに対し、発振回路に対する制御電圧に応じて静電容量値を切り換えるものである。前述の通り、図２に示す発振回路において、ＰＬＬ回路１３３より可変容量ダイオードＤ１に印加する制御電圧Ｖｔｕｎｅは、回路の構成や半導体プロセスの閾値等により、可変範囲が制約されている（Ｖｍｉｎ、Ｖｍａｘ）。図４に示すように、温度変化により所望の発振周波数ｆｘがこの得られない場合を制御手段１７０が判断して以下の制御を行う。
【００２０】
例えば、通信装置の動作開始時に、発振器１と発振器２がともにＣｍ＋ｋに設定されたとする。制御手段１７０はＣｍ＋ｋにおけるＤ１の制御電圧Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｋ）を検出し、温度が上昇する場合には、Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｋ）＜Ｖｍａｘで、なおかつＶｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｊ）＞Ｖｍｉｎの場合に発振器２を一旦停止し、静電容量値をＣｍ＋ｊに設定する。発振器２を停止してからのＣｍ＋ｊに設定して周波数がｆｘに落ち着くまでの間、制御手段１７０は通信部２の通信を停止し、通信部１による通信を行うようにする。こうすることで、通信は切断することなく継続することができる。
【００２１】
任意の時間経過後であって、Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｋ）＜Ｖｍａｘで、なおかつＶｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｊ）＞Ｖｍｉｎの場合に、発振器１を一旦停止し、Ｃｍ＋ｊに設定しなおすよう、制御手段１７０が制御する。この動作を繰り返すことにより、通信装置の周囲温度が上昇した場合でも、周波数ｆｘを少なくとも発振器１、発振器２のどちらか一方が発振できる状態をつくることができ、通信の継続が可能になる。ここで、発振器１および発振器２の静電容量値の設定は同じとしたが、必ずしも一致している必要は無く、温度範囲の関係が成り立っていれば、同様の効果がある。具体的には、発振器１がＣｍ＋ｋ１で発振器２がＣｍ＋ｋ２から動作開始し、次の静電容量値切り替えで、それぞれＣｍ＋ｊ１、Ｃｍ＋ｊ２に設定しても良い。
【００２２】
図９は、温度が下降する場合の制御例である。例えば、通信装置の動作開始時に、発振器１と発振器２がともにＣｍに設定されたとする。制御手段１７０はＣｍにおけるＤ１の制御電圧Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ）を検出し、Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ）＞Ｖｍａｘで、なおかつＶｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｉ）＜Ｖｍｉｎの場合に発振器２を一旦停止し、静電容量値をＣｍ＋ｉに設定する。発振器２を停止してからのＣｍ＋ｉに設定して周波数がｆｘに落ち着くまでの間、制御手段１７０は通信部２の通信を停止し、通信部１による通信を行うようにする。こうすることで、通信は切断することなく継続することができる。
【００２３】
任意の時間経過後であって、Ｖｔｕｎｅ（Ｃｍ）＞Ｖｍａｘで、なおかつＶｔｕｎｅ（Ｃｍ＋ｉ）＜Ｖｍｉｎの場合に、発振器１を一旦停止し、Ｃｍ＋ｉに設定しなおすよう、制御手段１７０が制御する。この動作を繰り返すことにより、通信装置の周囲温度が上昇した場合でも、周波数ｆｘを少なくとも発振器１、発振器２のどちらか一方が発振できる状態をつくることができ、通信の継続が可能になる。この場合も温度上昇の例と同様に、発振器１および発振器２の静電容量値の設定は同じとしたが、必ずしも一致している必要は無く、温度範囲の関係が成り立っていれば、同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
車両に限らず、通信の継続が必要で複数の通信系を有する通信システムにおいても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【図２】発振回路の実施方法を示した説明図である。
【図３】発振回路の特性例を示す図である。
【図４】発振回路の特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【図６】本発明の実施例１による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【図７】本発明の実施例１による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【図８】本発明の実施例２による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【図９】本発明の実施例２による通信装置およびこれを具備した車両の実施方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００、２００    車両送信信号
１０１、１０２    通信装置
１１０、１４０、２１０、２４０    通信手段
１２０、１５０    通信部
１３０、１６０    発振器
１７０、２７０    制御手段
１３１    負性抵抗回路
１３２    スイッチ
１３３    ＰＬＬ回路
【図１】
2006295856.tif 000003
【図２】
2006295856.tif 000004
【図３】
2006295856.tif 000005
【図４】
2006295856.tif 000006
【図５】
2006295856.tif 000007
【図６】
2006295856.tif 000008
【図７】
2006295856.tif 000009
【図８】
2006295856.tif 000010
【図９】
2006295856.tif 000011