(57)【要約】【課題】電力線を介した通信に関し、利得低下の防止及び伝送品質の低下を防止を実現することができる通信システムを提供する。【解決手段】バッテリ４からの電力を供給するための電力線３がＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…に接続し、ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は夫々電力線３から電力の供給を受けると共に、電力線３を介して通信を行なう。ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…は、電力線３の分岐点３１からの分岐に夫々接続される。分岐点３１に、負性インピーダンス変換回路５の一端を接続し、他端を固定電位に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信装置を通信線で分岐接続している通信システムにおいて、
分岐線の内の少なくとも１つは、負性インピーダンス変換回路に接続されていること
を特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記負性インピーダンス変換回路のインピーダンスが、
前記通信線に接続されており、前記通信線へ信号を出力する少なくとも１つの装置のインピーダンスを、前記複数の通信装置への分岐接続に係る分岐数Ｎから１を減算した値で除算した値を絶対値とする負の値となるようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記負性インピーダンス変換回路は、
オペアンプ及び複数のインピーダンス素子を含み、
前記分岐接続に係る分岐点が前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの出力端子は、第１のインピーダンス素子を介して前記分岐点と前記反転入力端子との間に接続すると共に、第２のインピーダンス素子を介して非反転入力端子に接続してあり、前記非反転入力端子は第３のインピーダンス素子を介して固定電位に接続してあること
を特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記負性インピーダンス変換回路は、
入力インピーダンスＺと、第１、第２及び第３のインピーダンス素子夫々のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 及びＺ3 が、前記１つの装置のインピーダンスＺ0 及び前記分岐点における分岐数Ｎに対し、
Ｚ＝−（Ｚ1 ・Ｚ3 ）／Ｚ2 ＝−Ｚ0 ／（Ｎ−１）
の関係を満たすこと
を特徴とする請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
前記負性インピーダンス変換回路は、前記複数の通信装置の内のいずれかの内部に構成されていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通信システム。
【請求項６】
前記通信線は、各通信装置へ電力を伝送する電力線であること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の通信システム。
【請求項７】
車両に搭載される車載通信システムに含まれる通信線に接続され、前記通信線を介して送受信する情報を用いて車載機器を制御し、又は前記車載機器若しくは他の通信装置との間で情報を送受信する車載通信装置において、
前記通信線の分岐点に接続される負性インピーダンス変換回路を備えること
を特徴とする車載通信装置。
【請求項８】
車両に搭載される車載通信システムに含まれる複数の通信線を接続するコネクタにおいて、
前記通信線の分岐点に接続される負性インピーダンス変換回路を備えること
を特徴とする分岐コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の通信装置を含む通信システムに関し、特に、通信線における反射を除去して伝送品質の低下を防止すると共に、利得の低下を防止することができる通信システム、該通信システムに含まれる車載通信装置及び分岐コネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、複数の通信装置を接続し、各通信装置に夫々機能を割り振って相互にデータを交換し、連携して多様な処理を行なわせるシステムが各分野で利用されている。例えば、車両に配される車載ＬＡＮ（Local Area Network）の分野では、通信装置としてＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）を用い、各ＥＣＵに夫々特化させた処理を行なわせて相互にデータを交換することにより、システムとして多様な機能を実現させている。
【０００３】
通信システムに含まれる各通信装置の機能の特化、また各通信装置により実現される機能の増加に伴ない、通信装置の数及び種別は増加する。通信装置間を接続する通信線の数も増加する。また、通信システムで送受信されるデータ量の増加に伴ない、より高速に大量のデータを送受信することが必要とされている。
【０００４】
通信システムでは、電力線を分岐点で分岐し各通信装置及び電力の供給を受ける各装置へ接続する。このとき、多様な装置が接続された構成では、分岐点に接続される各線路の特性インピーダンスが整合しない場合、分岐点にて反射が生じ伝送品質を悪化させる。
【０００５】
また、既存の電力線に通信用の搬送波を重畳して通信を実現するＰＬＣ（Power Line Communication）が注目されており、車載ＬＡＮへの適用も提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＰＬＣを適用することによって省線化を図ることができるが、電力線では特に、各線路の特性インピーダンスを整合させることは困難であり、伝送品質の悪化が懸念される。
【０００６】
そこで、特許文献１では電力線の分岐点から各装置への分岐線に夫々、個々の分岐の波動インピーダンスに相当するインピーダンスを設ける構成が提案されている。具体的には各分岐に直列抵抗が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６７４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている発明では、各分岐に適切なインピーダンスとして直列抵抗を配置するから、反射による損失を防ぐことはできても、受動素子を用いるために分岐によって分流される。したがって、電源から多くの電流供給が必要となり、ハイパワーの電源が必要となり、省線化に反する。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、通信システムに能動素子である負性インピーダンス変換回路を用いてインピーダンス整合を実現し、反射を除去して伝送品質の低下を防止すると共に、利得の低下を防止することができる通信システム、車載通信装置及び分岐コネクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る通信システムは、複数の通信装置を通信線で分岐接続している通信システムにおいて、分岐線の内の少なくとも１つは、負性インピーダンス変換回路に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る通信システムは、前記負性インピーダンス変換回路のインピーダンスが、前記通信線に接続されており、前記通信線へ信号を出力する少なくとも１つの装置のインピーダンスを、前記複数の通信装置への分岐接続に係る分岐数Ｎから１を減算した値で除算した値を絶対値とする負の値となるようにしてあることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係る通信システムは、前記負性インピーダンス変換回路は、オペアンプ及び複数のインピーダンス素子を含み、前記分岐接続に係る分岐点が前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの出力端子は、第１のインピーダンス素子を介して前記分岐点と前記反転入力端子との間に接続すると共に、第２のインピーダンス素子を介して非反転入力端子に接続してあり、前記非反転入力端子は第３のインピーダンス素子を介して固定電位に接続してあることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る通信システムは、前記負性インピーダンス変換回路は、入力インピーダンスＺと、第１、第２及び第３のインピーダンス素子夫々のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 及びＺ3 が、前記１つの装置のインピーダンスＺ0 及び前記分岐点における分岐数Ｎに対し、Ｚ＝−（Ｚ1 ・Ｚ3 ）／Ｚ2 ＝−Ｚ0 ／（Ｎ−１）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係る通信システムは、前記負性インピーダンス変換回路は、前記複数の通信装置の内のいずれかの内部に構成されていることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係る通信システムは、前記通信線は、各通信装置へ電力を伝送する電力線であることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係る車載通信装置は、車両に搭載される車載通信システムに含まれる通信線に接続され、前記通信線を介して送受信する情報を用いて車載機器を制御し、又は前記車載機器若しくは他の通信装置との間で情報を送受信する車載通信装置において、前記通信線の分岐点に接続される負性インピーダンス変換回路を備えることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係る分岐コネクタは、車両に搭載される車載通信システムに含まれる複数の通信線を接続するコネクタにおいて、前記通信線の分岐点に接続される負性インピーダンス変換回路を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、複数の通信装置が接続する通信線の分岐点に、負性インピーダンス変換回路が接続されているので、前記分岐点におけるインピーダンスの整合がとられる。また、負性インピーダンス変換回路は能動素子であるから電流を供給する。このため、分流による各通信装置における供給電圧の低下が回避される。
【００１９】
本発明は、電力線にて通信を行なうＰＬＣシステムに適用してもよい。これにより、負性インピーダンス変換回路から電力線におけるインピーダンス整合のみならず、電力の供給も実現することが可能となる。
【００２０】
また本発明は、負性インピーダンス変換回路は通信線に接続する通信装置のいずれかの内部に構成されており、通信線が分岐接続するような構成としてもよい。更に、通信線の分岐コネクタ内に前記負性インピーダンス変換回路が構成されてもよい。
【００２１】
本発明では、負性インピーダンス変換回路のインピーダンスが、通信線へ信号を出力する少なくとも１つの装置のインピーダンスを、分岐点における分岐数で除算した値を絶対値とする負の値となるように構成される。これにより、分岐点にて信号出力源の装置からの信号の出力電力がＮ倍され、分岐点で分流されても夫々に元の出力が供給され、分流による各通信装置における信号レベルの低下が回避される。
【００２２】
本発明をＰＬＣシステムに適用する場合、１つの装置として各通信装置へ電力を供給する電力供給装置を用いる。これにより、分岐点にて電力供給装置からの電流がＮ倍され、各通信装置への電力が分岐点で分流されても夫々に元の電流が供給され、分流による各通信装置における供給電圧の低下が回避される。
【００２３】
本発明では、負性インピーダンス変換回路は、オペアンプ及び複数のインピーダンス素子を含んで構成され、オペアンプの反転入力端子が分岐点に接続され、出力端子からの出力が第１のインピーダンスを介して分岐点と反転入力端子との間に接続され負帰還がかけられる。更に、出力端子からの出力は第２のインピーダンスを介して非反転入力端子に入力されると共に、非反転入力端子は第３のインピーダンスを介して固定電位に接続される。このような構成とすることにより、負性インピーダンス変換回路ではオペアンプが安定に動作し、能動素子として信号源（ＰＬＣシステムの場合は電流供給源）からの電流量を分岐の数から１減算した値分倍増させて供給し、且つインピーダンスの不整合を実現する。
【００２４】
本発明では、負性インピーダンス変換回路を構成する第１、第２及び第３のインピーダンス素子のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 、Ｚ3 が、信号源（ＰＬＣシステムの場合は電流供給源）の装置のインピーダンスＺ0 及び前記分岐点における分岐数Ｎに対し、入力インピーダンスＺ＝−（Ｚ1 ・Ｚ3 ）／Ｚ2 ＝−Ｚ0 ／（Ｎ−１）の関係式を満たすように構成される。これにより、負性インピーダンス変換回路のオペアンプの動作が安定すると共に負性抵抗として実現され、能動素子として信号源からの電流量を分岐の数から１減算した値分倍増させて供給し、且つインピーダンスの不整合を実現する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による場合、通信線の分岐点での各通信装置のインピーダンスの不整合が、能動素子である負性インピーダンス変換回路によって整合され、且つ電流の供給がなされるから、反射の発生を抑えて伝送品質の低下を防止すると共に、利得の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態における通信システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における電力線の分岐点に接続される負性インピーダンス変換回路の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、以下に説明する実施の形態では本発明に係る通信システムをＰＬＣシステムに適用した例を挙げる。勿論、ＰＬＣシステムに限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本実施の形態における通信システムの構成を模式的に示すブロック図である。通信システムは、複数のＥＣＵ１，１，…と、ＥＣＵ１，１，…から送信される制御データにより作動するアクチュエータ２，２，…と、ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…夫々に電力を供給するために分岐点３１を有する電力線３と、電力線３を介して各装置へ電力を供給するバッテリ４と、分岐点３１に並列接続する負性インピーダンス変換回路５と、信号源６とを含んで構成される。
【００２９】
本実施の形態における通信システムでは、各ＥＣＵ１，１，…は電力線３を介してバッテリ４からの電力の供給を受けて動作するのみならず、各ＥＣＵ１，１，…間を接続する電力線３に通信用の搬送波を重畳してデータを送受信することができるＰＬＣ（Power Line Communication）を実現する。これにより、各ＥＣＵ１，１，…は、走行制御に用いるデータ、又は映像データ等を送受信するための通信用の信号線を別途配設する必要がなく、車両に配されるハーネスを軽量化することができる。
【００３０】
バッテリ４は、エンジンからの動力を得て発電する図示しないオルタネータにより蓄電される。バッテリ４は一端（マイナス端子）が接地されており、他端（プラス端子）はインダクタンス７をを介して電力線３に接続される。電力線３は分岐点３１にて分岐して各装置に接続されている。バッテリ４は、例えば１２Ｖの駆動電圧を各装置へ供給する。なお、分岐点３１は、図示しないジャンクションボックスにて構成されていてもよく、負性インピーダンス変換回路５もジャンクションボックス内に設置される構成としてもよい。
【００３１】
電力線３には、電流信号源６がコンデンサ８を介して接続されている。電流信号源６から、電圧Ｖにて電流Ｉが供給される。
【００３２】
電力線３は分岐点３１にてＮ本に分岐するように構成され、夫々ＥＣＵ１，１，…又はアクチュエータ２，２，…に接続されている。なお、ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…はいずれも、接続されている電力線３の分岐線が、自身に含まれる各構成部及び負荷を介して固定電位のボディーアースへ接続（接地）されるように構成されている。
【００３３】
分岐点３１からの分岐線の１つは、ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…同様に一端がボディーアースに接続された負性インピーダンス変換回路（ＮＩＣ：Negative Impedance Converter）５が接続されている。負性インピーダンス変換回路５が分岐点３１に接続することにより、各ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…のインピーダンスが整合されると共に、電流信号源６から電圧Ｖにて供給される電流Ｉが、分岐点３１にて（Ｎ−１）倍され、各ＥＣＵ１，１，…及びアクチュエータ２，２，…へ夫々電流値Ｉの電流が供給される。
【００３４】
負性インピーダンス変換回路５によりインピーダンスが整合され、電流信号源６からの電流Ｉが分岐点３１にて（Ｎ−１）倍されるための構成について説明する。図２は、本実施の形態における電力線３の分岐点３１に接続される負性インピーダンス変換回路５の回路構成を示す回路図である。
【００３５】
図２に示すように、負性インピーダンス変換回路５は、オペアンプ５０と、第１インピーダンス素子５１と、第２インピーダンス素子５２と、第３インピーダンス素子５３とを含んで構成される。
【００３６】
分岐点３１には、オペアンプ５０の反転入力端子が接続されている。オペアンプ５０の出力端子は、オペアンプ５０の反転入力端子に再度入力するように、第１インピーダンス５１を介して分岐点３１と反転入力端子との間に接続されている。オペアンプ５０の出力端子は更に、第２インピーダンス５２を介してオペアンプ５０の非反転入力端子へ、第２インピーダンス５２を介して入力するように接続される。そしてオペアンプ５０の非反転入力端子は、第３インピーダンス５３を介してボディアースへ接続されている。
【００３７】
ここで、第１、第２及び第３インピーダンス５１，５２，５３夫々のインピーダンスは、以下の関係式となるように構成されている。なお、以下の関係式におけるＺ0 は、電流信号源６のインピーダンスであり、Ｚi は、負性インピーダンス変換回路５の入力インピーダンス、Ｚ1 は第１インピーダンス５１、Ｚ2 は第２インピーダンス５２、Ｚ3 は第３インピーダンス５３である。
【００３８】
Ｚi ＝−Ｚ1 ・Ｚ3 ／Ｚ2 ＝−Ｚ0 ／（Ｎ−１）…（１）
【００３９】
上述の関係式（式１）が成立するように第１、第２及び第３インピーダンス５１，５２，５３のインピーダンスＺ1 ，Ｚ3 ，Ｚ2 を夫々選定する。分岐点３１における負性インピーダンス変換回路５の入力インピーダンスＺi が上述のようになることにより、負性インピーダンス変換回路５へ入力する電流ｉ1 は、バッテリ４からの電流値がｉであるとすると、以下の式２のような関係となる。
【００４０】
ｉ1 ＝ｉ・Ｚ0 ／Ｚi ＝−ｉ・（Ｎ−１）…（２）
【００４１】
つまり、負性インピーダンス変換回路５から、（Ｎ−１）倍の電流が分岐点３１へ入力される。このように構成される負性インピーダンス変換回路５が分岐点３１に接続されることにより、分岐点３１で電流を供給することができる。更に、インピーダンスが整合される。
【００４２】
関係式（式１）について詳細を説明する。なお、以下に説明する式において、ｅ1 はオペアンプ５０の反転入力端子への入力電圧、ｅ2 はオペアンプ５０の非反転入力端子への入力電圧、ｅ3 はオペアンプ５０の出力電圧である。そして、オペアンプ５０のゲインはＡであり、ｉ1 は入力電流値、ｉ2 は第３インピーダンス５３を流れる電流値である。
【００４３】
まず、オペアンプ５０は理想的なものであるとする。この場合、入力インピーダンス及びゲインは無限大であり、出力インピーダンスはゼロである。
【００４４】
このときオペアンプ５０の出力電圧ｅ3 は、以下の式３により表される。
【００４５】
ｅ3 ＝Ａ（ｅ1 −ｅ2 ）…（３）
【００４６】
オペアンプ５０の入力インピーダンスは無限大であるからオペアンプ５０の入力端子には電流は流れず夫々第１インピーダンス５１、第２インピーダンス５２のみを流れるから、電流値ｉ1 、ｉ2 は夫々以下の式４により表される。
【００４７】
ｉ1 ＝（ｅ1 −ｅ3 ）／Ｚ1 
ｉ2 ＝（ｅ3 −ｅ2 ）／Ｚ2 …（４）
【００４８】
オペアンプ５０のゲイン（式２のＡ）は無限大であるから、ｅ3 ＞＞ｅ1 ，ｅ2 である。これにより、式４は式５のように変形でき、入力電流値ｉ1 と固定電位への電流値ｉ2 との関係は式６のようになる。
【００４９】
ｉ1 ≒−ｅ3 ／Ｚ1 
ｉ2 ≒  ｅ3 ／Ｚ2 …（５）
【００５０】
ｉ2 ≒−Ｚ1 ／Ｚ2 ・ｉ1 …（６）
【００５１】
また、オペアンプ５０は理想的なものであるからｅ1 ＝ｅ2 であり、反転入力端子における電圧及び電流値と、非反転入力端子における電圧及び電流値とのマトリックスは、以下の式７のように表され、第３インピーダンス５３を考慮すると、式８つまり式１のようになる。
【００５２】
【数１】
2011135236.tif 000003
【００５３】
Ｚ1 ＝ｅ1 ／ｉ1 ＝−（Ｚ1 ／Ｚ2 ）・Ｚ3 …（８）
【００５４】
これにより、負性インピーダンス変換回路のオペアンプの動作が安定すると共に負性抵抗として実現され、能動素子として電流供給源からの電流量を分岐の数から１減算した値分倍増させて供給し、且つインピーダンスの不整合を実現する。
【００５５】
なお、上述のように開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１，１，…  ＥＣＵ
２  アクチュエータ（負荷）
３  電力線
３１  分岐点
５  負性インピーダンス変換回路
５０  オペアンプ
５１  第１インピーダンス素子
５２  第２インピーダンス素子
５３  第３インピーダンス素子
６  電流信号源
【図１】
2011135236.tif 000004
【図２】
2011135236.tif 000005