(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタ（２）と高電位側，低電位側の一対のバス（３Ｈ，３Ｌ）で接続され、前記マスタより電源が供給されて動作し、且つ前記バスを介して電流信号を前記マスタに送信する通信用スレーブ（１，２１，３１，４１，５１）において、
自身の動的な消費電流（６）を検出する消費電流検出手段（７，８，５２）と、
前記マスタ側に配置され、前記高電位側バスと前記低電位側バスとの間に通信電流を発生させ、前記マスタに電流信号を送信するための送信手段（５）と、
前記消費電流検出手段と前記送信手段との間に配置され、前記消費電流検出手段により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を前記高電位側バスと前記低電位側バスとの間に発生させる平滑化手段（９）とを備えることを特徴とする通信用スレーブ。
【請求項２】
前記マスタとの通信を制御する制御回路（２２）と、
前記バスに流れる電流を検出することで、自身の下流側に接続されている通信用スレーブが送信した信号を受信する受信手段（７，２３）と、
前記制御回路が前記送信手段を介して送信する信号のデータを格納するための送信バッファ（４）とを備え、
前記消費電流検出手段は、前記消費電流を検出し、
前記制御回路は、前記受信手段を介して前記下流側の通信用スレーブが送信した信号を受信すると、その受信した信号に含まれるデータを前記送信バッファに一旦格納してから、前記送信バッファに格納されたデータを前記送信手段を介して自身の上流側に送信することを特徴とする請求項１記載の通信用スレーブ。
【請求項３】
前記制御回路は、自身が送信するデータを前記送信バッファに格納する間に下流側の通信スレーブが送信した信号を受信しなければ、前記データの格納後直ちに前記送信手段を介して送信を行い、
自身が送信するデータを前記送信バッファに格納している間に、下流側の通信スレーブが送信した信号を受信すると、自身の送信データに続いて前記下流側の通信スレーブから受信した信号に含まれるデータを前記送信バッファに格納してから、前記送信手段を介して送信することを特徴とする請求項２記載の通信用スレーブ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記マスタが前記バスを介して送信した同期信号を受信すると、前記送信バッファに格納されているデータを前記送信手段を介して送信することを特徴とする請求項２記載の通信用スレーブ。
【請求項５】
前記消費電流検出手段は、前記バスに挿入される抵抗素子（７）を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の通信用スレーブ。
【請求項６】
前記受信手段は、前記バスに挿入される抵抗素子（７，３２）を有することを特徴とする請求項２から４の何れか一項を引用する請求項５記載の通信用スレーブ。
【請求項７】
前記消費電流検出手段を構成する抵抗素子（７）と、前記受信手段を構成する抵抗素子（３２）とをそれぞれ個別に備えることを特徴とする請求項６記載の通信用スレーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスタより一対のバスを介して電源が供給されて動作し、前記バスを電流駆動してマスタに信号を送信する通信用スレーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
マスタとスレーブとが一対のバスにより接続されており、スレーブにはマスタより動作用電源が供給され、スレーブがバスを電流駆動してマスタに信号を送信する通信方式には以下のような問題がある。バスには、スレーブがマスタに信号を送信することで電流変動が生じる。しかし、バスにはその他、スレーブ自身が消費する電流やノイズ等に基づく電流変動も重畳されるため、そのような電流変動成分が大きくなると、マスタが信号を正しく受信できなくなるおそれがある。
【０００３】
例えば特許文献１には、通信回線３に接続された複数の通信装置１、２間で通信信号を送受信する通信システムにおいて、通信装置１が、通信信号に変換されるべき通信用データを出力する制御部１１と、制御部１１から出力される通信用データに基づいて通信信号を生成し通信回線３に出力する通信部１２と、通信部１２が通信信号を生成する際に消費される消費電流Ｉ２と逆位相の補償電流Ｉ３を出力する電流出力部１５とを備えた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電流出力部１５は、「通信部１２が通信信号を生成する際に消費される消費電流Ｉ２」のみを補償の対象としている。したがって、通信装置１が、通信信号を生成しない期間に消費される電流や、突発的に発生するノイズ等については、電流変動を補償することができない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自身が消費する電流によってバス上に発生する変動を平滑化できる通信用スレーブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の通信用スレーブによれば、自身の動的な消費電流を検出する消費電流検出手段と、高電位側バスと低電位側バスとの間に通信電流を発生させ、バスを電流駆動してマスタに電流信号を送信するための送信手段との間に、消費電流検出手段により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を高電位側バスと低電位側バスとの間に発生させる平滑化手段を備える。このように構成すれば、平滑化手段によって、自身が消費する電流によりバス上に発生する変動を平滑化できる。したがって、マスタは、その変動の影響を受けることなく、スレーブが送信した信号を受信できる。
【０００８】
請求項２記載の通信用スレーブによれば、制御回路が送信手段を介して送信する信号のデータを格納するための送信バッファを備え、受信手段は、バスに流れる電流を検出することで自身の下流側に接続されている通信用スレーブが送信した信号を受信する。制御回路は、受信手段を介して下流側の通信用スレーブが送信した信号を受信すると、その受信した信号に含まれるデータを送信バッファに一旦格納する。それから、前記受信した信号に含まれるデータを送信手段により自身の上流側に送信する。
【０００９】
このように構成すれば、下流側に接続されている通信用スレーブがマスタに信号を送信すると、その信号に含まれるデータは上流の通信用スレーブによって受信され、送信バッファに格納される。また、下流側に接続されている通信用スレーブがマスタに信号を送信することでバス上に発生する消費電流の変動は、上流の通信用スレーブの平滑化手段によって平滑化される。そして、送信バッファに格納されたデータは、前記通信用スレーブにより自身の上流側に送信される。
【００１０】
すなわち、バスに複数の通信用スレーブが多段接続されるネットワーク構成においても、各通信用スレーブがマスタに信号を送信する際に発生するバス上の電流変動は上流側の通信用スレーブにより平滑化され、信号データは、上流の通信用スレーブを介して順次にマスタに向けて送信される。したがって、マスタは、各通信用スレーブが通信処理以外で動的にする消費する電流によるバス上の電流変動の影響を受けることなく、各通信用スレーブが送信した信号を正確に受信できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態であり、マスタ及びスレーブからなる通信システムの構成を示す図
【図２】電流モニタ部及び電流平滑化回路の具体構成例を示す図
【図３】第２実施形態であり、マスタ及び複数のスレーブからなる通信システムの構成を示す図
【図４】電流検出部の具体構成例を示す図
【図５】制御回路による送信バッファへのデータ書き込み処理を示すフローチャート
【図６】同期通信を行う場合のマスタ，スレーブ間のデータ送信例を示す図
【図７】第３実施形態であり、非同期通信を行う場合のマスタ，スレーブ間のデータ送信例を示す図
【図８】マスタ，スレーブ間で全二重通信を行う場合のデータ送信例を示す図
【図９】第４実施形態であり、マスタ及び複数のスレーブからなる通信システムの構成を示す図
【図１０】第５実施形態であり、マスタ及び複数のスレーブからなる通信システムの構成を示す図
【図１１】第６実施形態であり、マスタ及びスレーブからなる通信システムの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のスレーブ１（通信用スレーブ）とマスタ２とは、バス３Ｈ（高電位側バス，電源線），３Ｌ（低電位側バス，グランド線）を介して接続されている。スレーブ１は、マスタ２よりバス３を介して電源が供給されて動作する。送信バッファ４には、スレーブ１がマスタ２に送信するデータが格納される。送信データは、例えばスレーブ１に付随して設けられているセンサ等の信号をＡ／Ｄ変換したものである。
【００１３】
送信回路５は、スレーブ１内のマスタ２側（上流側）において、バス３Ｈ，３Ｌ間に接続されている。電流源のシンボルで示す送信回路５（送信手段）は、送信バッファ４に格納されているデータがシリアルに入力されると、各データビットの値に応じてバス３を電流駆動することでマスタ２に信号を送信する。また、同じく電流源のシンボルで示すスレーブ消費電流６は、スレーブ１が動作することで消費される動的な電流を等価回路的に示すものである。
【００１４】
センス抵抗７（消費電流検出手段，抵抗素子）はバス３Ｈに挿入されており、電流モニタ部８（消費電流検出手段）は、センス抵抗７の端子電圧に基づきバス３Ｈに流れる電流をモニタする。前記電流には、スレーブ消費電流６も含まれることになる。電流源のシンボルで示す平滑化電流出力回路９（平滑化手段）は、送信回路５よりも下流側のバス３Ｈ，３Ｌ間に接続されている。平滑化電流出力回路９は、電流モニタ部８により検出される電流に対して逆相となる電流信号を生成してバス３Ｈ，３Ｌ間に出力する。
【００１５】
図２に示すように、電流モニタ部８は、オペアンプ１１，ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１２及び１３を備えている。オペアンプ１１の非反転入力端子，反転入力端子は、それぞれ抵抗素子１４，１５を介してセンス抵抗７の各端子に接続されている。ＦＥＴ１２のドレインはオペアンプ１１の非反転入力端子に接続され、ソースはＦＥＴ１３のドレイン及びゲートに接続されている。ＦＥＴ１３のソースは、グランドのシンボルで示すバス３Ｌに接続されている。ＦＥＴ１２のゲートはオペアンプ１１の出力端子に接続されている。
【００１６】
平滑化電流出力回路９は、ミラー対を構成するＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１６及び１７を備えている。ＦＥＴ１６のドレインは、電流源１８を介して電源に接続されていると共に、自身のゲートに接続されている。ＦＥＴ１６及び１７のソースはグランドに接続され、ＦＥＴ１７のドレインは、バス３Ｈに接続されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１９は、ＦＥＴ１６に並列に接続されており、ＦＥＴ１９のゲートはＦＥＴ１３のゲートに接続されている。すなわち、ＦＥＴ１３及び１９もミラー対を構成している。
【００１７】
次に、本実施形態の作用について説明する。電流モニタ部８のオペアンプ１１は、非反転入力端子の電位と反転入力端子の電位とが等しくなるようにＦＥＴ１２のゲート電位を制御する。したがって、ＦＥＴ１２及び１３の直列回路に流れる電流は、バス３Ｈに流れる電流Ｉに応じてセンス抵抗７の両端に発生する電圧に比例する。前記直列回路に流れる電流は、例えば電流比１／ｎで電流Ｉと同相の電流となる。電流Ｉ／ｎは、ＦＥＴ１９によりミラーされるが、ＦＥＴ１９に流れる電流が増加すると、その分だけＦＥＴ１６に流れる電流が減少する。前記電流は、ＦＥＴ１７によりｎ倍でミラーされるので、結果としてＦＥＴ１７に流れる電流の波形は、電流Ｉの波形と逆相になる。
【００１８】
つまり、スレーブ消費電流６による電流変動がバス３に発生しても、その変動は平滑化電流出力回路９の作用により平滑化されることになり、マスタ２にはその変動の影響が及ばない。そして、送信回路５は、平滑化電流出力回路９よりも上流側に接続されている。したがって、マスタ２には、スレーブ１が送信回路５により信号を送信した際に発生した電流変動だけが伝送される。
【００１９】
以上のように本実施形態によれば、スレーブ１において、センス抵抗７及び電流モニタ部８と、バス３を電流駆動してマスタ２に信号を送信するための送信回路５との間に、電流モニタ部８により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を発生させる平滑化電流出力回路９を備える。このように構成すれば、平滑化電流出力回路９は、スレーブ１自身が消費する電流によりバス３上に発生する変動を平滑化できるので、マスタ２は、その変動の影響を受けることなく、スレーブ１が送信した信号を受信できる。
また、電流モニタ部８は、バス３Ｈに挿入されるセンス抵抗７の端子電圧に基づきバス３Ｈに流れる電流をモニタするので、簡単な構成によりスレーブ１の消費電流を検出することができる。
【００２０】
（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図３に示すように、第２実施形態のスレーブ２１は、第１実施形態のスレーブ１に制御回路２２及び電流検出部２３（受信手段）を加えたものである。そして、バス３には、複数のスレーブ２１（１〜３）が接続されている。電流検出部２３は、制御回路２２が、自身より下流側に接続されているスレーブ２１がマスタ１に送信した信号を検出するために配置されている。そのため、電流検出部２３は、電流モニタ部８と同様にセンス抵抗７（受信手段）の端子電圧を参照する。
【００２１】
図４に示すように、電流検出部２３は、オペアンプ２４，ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２５及びコンパレータ２６を備えている。オペアンプ２４の非反転入力端子，反転入力端子は、それぞれ抵抗素子２７，２８を介してセンス抵抗７の各端子に接続されている。ＦＥＴ２５のドレインはオペアンプ２７の非反転入力端子に接続され、ソースは抵抗素子２９を介してグランド（バス３Ｌ）に接続されている。ＦＥＴ２５のゲートはオペアンプ２４の出力端子に接続されている。
【００２２】
また、ＦＥＴ２５のソースは、コンパレータ２６の非反転入力端子に接続されており、コンパレータ２６の反転入力端子には、参照電圧refが与えられている。電流検出部２３では、電流モニタ部８と同様に、オペアンプ２４が、バス３Ｈに流れる電流Ｉに応じてセンス抵抗７の両端に発生する電圧に基づいてＦＥＴ２５のゲートを制御する。これにより、ＦＥＴ２５には、例えば電流比１／ｎで電流Ｉと同相のドレイン電流が流れ、抵抗素子２９の端子電圧は、ドレイン電流の値に応じたレベルとなる。
【００２３】
コンパレータ２６は、抵抗素子２９の端子電圧を参照電圧refと比較して矩形波信号を生成し、制御回路２２に出力する。これにより、制御回路２２は、自身の下流側に接続されているスレーブ２１がマスタに送信した信号を検出できる。制御回路２２は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）で構成され、送信バッファ４に対して送信データの書き込みを行う。
【００２４】
次に、第２実施形態の作用について説明する。図５に示すように、制御回路２２は、先ず他のスレーブ２１がマスタ２に信号を送信したことに伴うバス３の電流変化を検出したか否かを判断する（Ｓ１）。前記電流変化を検出しなければ（ＮＯ）、自身のスレーブ２１がマスタ２に送信するデータ（例えばセンサ信号など）を読み込んで（Ｓ５）、読み込んだデータを送信バッファ４に書き込む（Ｓ３）。その後、書き込み完了（Ｓ４）となる。一方、ステップＳ１において、バス３の電流変化を検出すると（ＹＥＳ）、制御回路２２は、電流検出部２３を介して他のスレーブが送信した信号のデータを読み込む（Ｓ２）。そして、読み込んだデータを送信バッファ４に書き込む（Ｓ３）。
【００２５】
例えば図６に示すように、マスタ２がバス３上に同期信号を出力すると、その同期信号を受信したスレーブ２１が一斉に送信を開始する（その時点で送信バッファ４に格納されているデータに応じて送信回路５による送信を行う）仕様であるとする。尚、マスタ２がスレーブ２１に信号を送信する際には、バス３を電圧駆動する。この場合、スレーブ２１は、マスタ２の送信データを受信するため、バス３の電圧変化を捉えるコンパレータ等（受信手段）を備えるようにする。これにより、マスタ２からスレーブ２１への送信と、スレーブ２１からマスタ２への送信とを同時に行うことが可能になる（全二重通信）。
【００２６】
各スレーブ２１（１〜３）は、同期信号を受信すると、それぞれがSlave1データ，Slave2データ，Slave3データを同時に送信する。最上流に位置するスレーブ２１（１）は、Slave1データをマスタ２に送信するのに並行して、スレーブ２１（２）が送信したSlave2データを受信して送信バッファ４に書き込む。そして、Slave1データの送信が完了すると、続いてSlave2データをマスタ２に送信する。
【００２７】
同様に、スレーブ２１（３）が送信したSlave3データは、スレーブ２１（２）がSlave2データを送信するのに並行して、スレーブ２１（２）により受信されて送信バッファ４に書き込まれる。更に、Slave3データはスレーブ２１（１）によって受信され、スレーブ２１（１）がSlave2データの送信が完了すると、続いてSlave3データがマスタ２に送信される。尚、Slave1〜3データには、それぞれの送信元を判別するためのＩＤ情報が含まれている。
【００２８】
すなわち、スレーブ２１（２），２１（３）においても、スレーブ消費電流６による動的な電流変動は、それぞれが有している平滑化電流出力回路９により平滑化されるので、それぞれの上流側のスレーブ２１（１），２１（２）に対しては、データの送信に伴う電流変動のみが伝達される。そして、下流側のスレーブ２１が送信したデータは、上流側のスレーブ２１により一旦受信されて、更に上流側のスレーブ２１に転送される。最終的には、最上流に位置するスレーブ２１（１）が、全てのスレーブ２１のデータを直接マスタ２に送信することになる。
【００２９】
以上のように第２実施形態によれば、制御回路２２は、電流検出部２３を介してバス３Ｈの消費電流を参照し、自身の下流側に接続されているスレーブ２１が送信した信号を受信すると、その受信信号データを送信バッファ４に一旦格納する。それから、前記受信信号データを送信回路５により自身の上流側に送信する。
【００３０】
すなわち、バス３に複数のスレーブ２１（１〜３）が多段接続されるネットワーク構成においても、各スレーブ２１がマスタ２に信号を送信する際に発生するバス３上の電流変動は上流のスレーブ２１により平滑化され、信号データは、上流のスレーブ２１を介して順次にマスタ２に向けて送信される。したがって、バス３において送信データの衝突が発生することはない。また、Ｓ／Ｎ比が向上するので、信号電流振幅の最大値を小さく設定でき、消費電力を低減できる。よって、マスタ２は、各スレーブ２１が通信処理以外で動的に消費する電流によるバス３上の電流変動の影響を受けることなく、各スレーブ２１が送信したデータを正確に受信できる。
また、制御回路２２は、マスタ２がバス３を介して送信した同期信号を受信すると、送信バッファ４に格納されているデータを送信回路５を介して送信するので、マスタ２が主導して行う同期通信に対応できる。
【００３１】
（第３実施形態）
図７に示すように、第３実施形態では、マスタ２が同期信号を送信せず、各スレーブ２１（１〜３）が非同期で通信を行う場合を示す。図中のケース（Ａ）では、スレーブ２１（１），スレーブ２１（３），スレーブ２１（２）の順で送信を開始している。スレーブ２１（１）は、Slave1データをマスタ２に送信している途中でSlave2データを受信すると、Slave2データを送信バッファ４に書き込む。そして、Slave1データの送信が完了した後にSlave2データのマスタ２に対する送信を開始する。
【００３２】
また、スレーブ２１（２）では、自身がSlave2データの送信を開始する前にSlave3データを受信するので、Slave3データを送信バッファ４に書き込む。その書込みを行っている途中で送信すべきSlave2データが発生すると、Slave2データの送信を開始し、その送信が完了すると続いてSlave3データの送信を開始する。そして、ケース（Ｂ）のようにスレーブ２１（１〜３）が同時に送信を開始した場合には、第２実施形態の図６と同じ送信パターンになる。
【００３３】
図８は、スレーブ２１が非同期通信を行うと共に、マスタ２がバス３を電圧駆動することで、並行してスレーブ２１にデータを送信する全二重通信の例を示す。
以上のように第３実施形態によれば、制御回路２２は、自身が送信するデータを送信バッファ４に格納する間に下流側のスレーブ２１が送信した信号を受信しなければ、前記データの格納後直ちに送信回路５を介して送信を行う。そして、自身が送信するデータを送信バッファ４に格納している間に下流側のスレーブ２１が送信した信号を受信すると、自身の送信データに続いて前記受信信号のデータを送信バッファ４に格納してから送信する。これにより、各スレーブ２１が非同期通信を行う場合に対応できる。
【００３４】
（第４実施形態）
図９に示すように、第４実施形態のスレーブ３１は、バス３Ｈに、センス抵抗７とは別にもう１つのセンス抵抗３２（受信手段，抵抗素子）を配置している。そして、電流モニタ部８はセンス抵抗７の端子電圧を参照し、電流検出部２３はセンス抵抗３２の端子電圧を参照する。
【００３５】
図中に示すＡ点の信号は、下流側のスレーブ３１（２）が信号を送信することで発生したバス３上の電流変動であり、その電流変動はセンス抵抗３２及び電流検出部２３により捉えられる。Ａ点よりも上流側のＢ点では、上記の電流変動にスレーブ３１（１）の消費電流６に応じた電流変動が重畳されるが、これらの電流変動はセンス抵抗７により捉えられ、平滑化電流出力回路９により平滑化される。したがって、平滑化電流出力回路９よりも上流側のＣ点では電流変動が生じない。
【００３６】
そして、制御回路２２は、電流検出部２３を介して受信したデータに応じて送信回路５により信号を送信するので、Ｃ点よりも上流側のＤ点では、送信信号に応じた電流変動のみが現れ、その電流変動がマスタ２に受信される。このように構成すれば、スレーブ３１が、センス抵抗３２及び電流検出部２３を介して下流側のスレーブ３１が送信したデータを受信する際に、自身の消費電流変動の影響を受けない。したがって、Ｓ／Ｎ比を更に向上させることができる。
【００３７】
（第５実施形態）
図１０に示すように、第５実施形態のスレーブ４１は、スレーブ３１における送信バッファ４を、具体的にＦＩＦＯ（First In First Out）４Ａ及びパラレル／シリアル変換部４Ｂで構成した場合を示している。すなわち、制御回路２２によってＦＩＦＯ４Ａに書き込まれたデータは、先に書き込まれたデータから先に読み出されてパラレル／シリアル変換部４Ｂに転送される。パラレル／シリアル変換部４Ｂは、書き込まれたパラレルデータをシリアルデータに変換して送信回路５に出力する。
【００３８】
（第６実施形態）
図１１に示すように、第６実施形態のスレーブ５１は、センス抵抗７に替えて、バス３Ｈに電流センサ５２（消費電流検出手段）を配置したものである。このように構成した場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
スレーブの数は、２つ又は４つ以上でも良い。
第４実施形態において、センス抵抗３２を、第６実施形態のように電流センサに置き換えても良い。
【符号の説明】
【００４０】
図面中、１はスレーブ（通信用スレーブ）、２はマスタ、３Ｈ，３Ｌはバス（高電位側バス，低電位側バス）、４は送信バッファ、５は送信回路（送信手段）、６はスレーブ消費電流、７はセンス抵抗（消費電流検出手段，抵抗素子）、８は電流モニタ部（消費電流検出手段）、９は平滑化電流出力回路（平滑化手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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