(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の端子を介して２線式の通信線に接続するとともに、端子毎に複数のインダクタンス素子を接続した通信接続部と、
正負の極性が変化する信号を通信接続部のインダクタンス素子を介して通信線へ送出する通信処理部と、
通信処理部が送出する信号の極性毎に異なるインダクタンス素子を介して当該信号による電流を各端子に導通させる経路選択部と
を備えることを特徴とする通信端末。
【請求項２】
前記端子毎に接続された複数のインダクタンス素子は、磁芯に巻回された２つの巻線で構成され、前記通信処理部が送出する信号による電流が、前記経路選択部によって当該信号の極性毎に異なる巻線に流れ、各巻線は、電流が流れた場合に発生する磁芯内の磁界の向きが互いに同一となる方向に巻回されることを特徴とする請求項１記載の通信端末。
【請求項３】
請求項１または２記載の通信端末で構成される親機に対して子機および重畳通信手段が２線式の信号線によって並列接続され、親機と子機との間で正負の極性が変化する第１の信号によって通信を行い、子機および重畳通信手段は親機が送出する第１の信号を電源とし、重畳通信手段は、前記第１の信号に第２の信号を重畳させて通信を行うことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信端末および通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１台の親機と複数台の子機とを導体線に接続し、電源供給と通信とを同一の導体線で行うシステムがあり、子機同士が親機を介して互いに通信を行う。親機は、常に子機の状態を監視しており、ある子機の状態に変化があった場合、その状態に対応する処理を行うように他の子機に信号を送信する。つまり、子機同士がＰ２Ｐで通信を行うものではなく、常に親機を介して通信を行う。子機への電源供給は、親機が導体線に交流電圧信号を出力し、子機はこの交流電圧信号を平滑して電源として用いる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図９に示すように、親機１０１に対して複数の子機１０２が２線式の通信線Ｗ１，Ｗ２によって並列接続され、親機１０１から子機１０２へのデータ伝送と、子機１０２から親機１０１へのデータ伝送とを時分割で行う時分割多重伝送システムが提供されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、図１０に示すように、上記特許文献２のようなシステムに重畳通信装置１０３を追加して、親機１０１、子機１０２が出力する電圧信号（図１０中の破線矢印）により高周波の電圧信号（図１０中の実線矢印）を重畳させる通信システムもある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第１１８０６９０号公報
【特許文献２】特開２００５−７３０７５号公報
【特許文献３】特開平８−２７４７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０に示すような通信システムを実現するためには、通信端末（親機１０１、子機１０２、重畳通信端末１０３）を通信線Ｗ１，Ｗ２から見たインピーダンス（以下、入力インピーダンスと称す）を高くする必要がある。通信線Ｗ１，Ｗ２に接続される通信端末の台数によって、必要な入力インピーダンスは異なるが、例えば６４台程度の通信端末を通信線Ｗ１，Ｗ２に接続する場合、入力インピーダンスは５ｋΩ程度必要である。
【０００６】
ここで、特に入力インピーダンスが低いのは電源供給の機能を併せ持つ親機１０１である。親機１０１は、電源電圧の正負の極性を切り替えることでそれを制御信号として使用しているが、この信号を子機１０２および重畳通信端末１０３へ供給する電源としても使用するので、親機１０１の入力インピーダンスは低くなる。また、親機１０１は負荷となる全ての子機１０２および重畳通信端末１０３の消費電流を供給するため、出力電流が大きくなる。
【０００７】
そこで、親機１０１の入力インピーダンスを高めるためにインダクタを用いる方法がある。図１１はその一例を示し、親機１０１としての制御機能を有する通信処理部１０１ａの一方の入出力端にインダクタＬ１０１を直列接続し、通信処理部１０１ａの他方の入出力端にインダクタＬ１０２を直列接続し、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２は端子Ｘ１０１，Ｘ１０２を介して通信線Ｗ１，Ｗ２に各々接続されており、このインダクタＬ１０１．Ｌ１０２によって親機１０１の入力インピーダンスを高めている。
【０００８】
図１２は、親機１０１から出力しようとする制御信号（±２４Ｖ）の理想的な電圧波形Ａ１００であり、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２には、±２４Ｖで正負の極性が切り替わる制御信号が印加される。しかしながら、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２は、そのインダクタンスのために、電流変化を妨げる方向に働く逆起電力が発生して、極性反転前と同方向の電流を流し続けようとする性質がある。そして、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２には、制御信号の極性反転によって、正電流Ｉｐ、負電流Ｉｎが頻繁に切り換わりながら流れており、上記インダクタンスの作用のために親機１０１から出力される制御信号の電圧波形は歪んでしまう。また、この制御信号の歪み方は親機１０１からの供給電流の大きさによっても異なる。
【０００９】
このように、親機１０１に設けたインダクタＬ１０１，Ｌ１０２の作用によって、親機１０１が出力する制御信号の電圧波形が歪んでしまい、通信品質が劣化するという問題があった。さらには、重畳通信装置１０３が、制御信号より高周波の電圧信号（以下、重畳信号と称す）を歪んだ制御信号に重畳すると、重畳信号に影響を与えて通信エラーが発生するという問題もあった。
【００１０】
また、図１１では、互いに逆方向にとなるダイオードＤ１０１およびＤ１０２と、抵抗Ｒ１０１とをインダクタＬ１０１に並列接続し、さらに、互いに逆方向となるダイオードＤ１０３およびＤ１０４と、抵抗Ｒ１０２とをインダクタＬ１０２に並列接続している。これらのダイオードＤ１０１〜１０４は、親機１０１が出力する制御信号が正負に切り換わる極性反転時にオーバシュート、アンダーシュートの発生を抑えるためのものである。また、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２は終端抵抗として挿入している。
【００１１】
図１３（ａ）（ｂ）は、図１１の構成を有する親機１０１から実際に出力された制御信号の電圧波形Ａ１０１であり、制御信号の極性が負から正に切り換わった直後からの期間Ｔ１０１では、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２ではなく、ダイオードＤ１０２，Ｄ１０４に正電流Ｉｐが流れ、期間Ｔ１０１以降の期間Ｔ１０２にインダクタＬ１０１，Ｌ１０２に正電流Ｉｐが流れる。また、制御信号の極性が正から負に切り換わった直後からの期間Ｔ１０３では、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２ではなく、ダイオードＤ１０１，Ｄ１０３に負電流Ｉｎが流れ、期間Ｔ１０３以降の期間Ｔ１０４にインダクタＬ１０１，Ｌ１０２に負電流Ｉｎが流れる。したがって、期間Ｔ１０１，Ｔ１０３の制御信号の振幅Ｖｓ１０１は、期間Ｔ１０２，Ｔ１０４の制御信号の振幅Ｖｓ１０２に比べて低くなっており、期間Ｔ１０１，Ｔ１０３は期間Ｔ１０２，Ｔ１０４に比べて親機１０１の入力インピーダンスが低い。
【００１２】
次に、重畳通信装置１０３が制御信号に重畳信号を重畳した場合の電圧波形を図１４（ａ）（ｂ）に示し、制御信号の電圧波形Ａ１０２に重畳信号の電圧波形Ｂ１０１が重畳されている。また、電圧波形Ｃｅは通信イネーブル信号であって、この信号がＨレベルになっている期間、重畳通信装置１０３から重畳信号が送信されている。なお、図１４の制御信号の電圧波形Ａ１０２は、図１３の制御信号の電圧波形Ａ１０１を図示しないダイオードブリッジで整流した波形である。この場合、親機１０１の入力インピーダンスが低い期間Ｔ１０１，Ｔ１０３では、期間Ｔ１０２，Ｔ１０４に比べて重畳信号が減衰してしまうため、通信エラーが発生しやすくなる。
【００１３】
特に、子機１０２の台数が増えて、親機１０１の供給電流が大きくなった場合、上述の問題が顕著に現れていた。
【００１４】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力インピーダンスを高めながら、通信線に出力する信号が極性反転時に生じる波形歪みを抑制し、通信品質の劣化を抑えた通信端末および通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、一対の端子を介して２線式の通信線に接続するとともに、端子毎に複数のインダクタンス素子を接続した通信接続部と、正負の極性が変化する信号を通信接続部のインダクタンス素子を介して通信線へ送出する通信処理部と、通信処理部が送出する信号の極性毎に異なるインダクタンス素子を介して当該信号による電流を各端子に導通させる経路選択部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、送出する信号が極性毎に異なるインダクタ素子を通るため、信号の極性反転時にはインダクタ電流の変化が小さくなり、電流変化を妨げる方向に働く逆起電力も小さくなる。したがって、インダクタンス素子によって入力インピーダンスを高めながら、通信線に出力する信号が極性反転時に生じる波形歪みを抑制し、通信品質の劣化を抑えることができる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記端子毎に接続された複数のインダクタンス素子は、磁芯に巻回された２つの巻線で構成され、前記通信処理部が送出する信号による電流が、前記経路選択部によって当該信号の極性毎に異なる巻線に流れ、各巻線は、電流が流れた場合に発生する磁芯内の磁界の向きが互いに同一となる方向に巻回されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、極性反転時の磁芯内の磁気エネルギーの変化が減少するので、信号の波形歪みがより抑制され、通信品質が向上する。また、２つのインダクタンス素子を別々に構成する場合に比べて小型化を図ることができる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の通信端末で構成される親機に対して子機および重畳通信手段が２線式の信号線によって並列接続され、親機と子機との間で正負の極性が変化する第１の信号によって通信を行い、子機および重畳通信手段は親機が送出する第１の信号を電源とし、重畳通信手段は、前記第１の信号に第２の信号を重畳させて通信を行うことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、親機が送出する信号が極性毎に異なるインダクタ素子を通るため、信号の極性反転時にはインダクタ電流の変化が小さくなり、電流変化を妨げる方向に働く逆起電力も小さくなる。したがって、インダクタンス素子によって親機の入力インピーダンスを高めながら、通信線に出力する信号が極性反転時に生じる波形歪みを抑制し、通信品質の劣化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明では、入力インピーダンスを高めながら、通信線に出力する信号が極性反転時に生じる波形歪みを抑制し、通信品質の劣化を抑えることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（実施形態）
図２は、本実施形態の通信システムの構成を示し、１台の親機１と、複数台の子機２と、複数台の重畳通信装置３とが、２線式の通信線Ｗ１，Ｗ２に接続されている。すなわち、親機１に対して子機２および重畳通信装置３とが通信線Ｗ１，Ｗ２によって並列接続されている。
【００２４】
そして、子機２同士が親機１を介して互いに通信を行っており、親機１は、常に子機２の状態を監視して、ある子機２の状態に変化があった場合、その状態に対応する処理を行うように他の子機２に電圧信号（以下、制御信号と称す）を送信する。つまり、子機２同士がＰ２Ｐで通信を行うものではなく、常に親機２を介して通信を行う（図２中の破線矢印）。そして、親機１は、電源電圧の正負の極性を切り替えることでそれを制御信号として使用しているが、この信号を子機２および重畳通信端末３へ供給する電源としても使用する。
【００２５】
さらに、重畳通信装置３は、親機１、子機２が出力する制御信号より高周波の電圧信号（以下、重畳信号と称す）を制御信号に重畳させることで、高周波の重畳信号（例えば、音声信号、映像信号等）を制御信号と同時に、他の重畳通信装置３へ送信することができる（図２中の実線矢印）。
【００２６】
図１は、本発明の通信端末である親機１の構成を示し、通信処理部１ａと、経路選択部１ｂと、通信接続部１ｃと、端子Ｘ１，Ｘ２とを備え、通信接続部１ｃが、端子Ｘ１を介して通信線Ｗ１、端子Ｘ２を介して通信線Ｗ２に接続される。
【００２７】
通信処理部１ａは、親機１としての制御機能を有しており、制御信号の送受信動作を行い、経路選択部１ｂおよび通信接続部１ｃを介して制御信号の授受を行う。
【００２８】
図３は、経路選択部１ｂおよび通信接続部１ｃの具体的な回路構成を示しており、経路選択部１ｂは、通信処理部１ａの一方の入出力端にアノードを接続したダイオードＤ１と、通信処理部１ａの一方の入出力端にカソードを接続したダイオードＤ２と、通信処理部１ａの他方の入出力端にカソードを接続したダイオードＤ３と、通信処理部１ａの他方の入出力端にアノードを接続したダイオードＤ４とで構成される。
【００２９】
通信接続部１ｃは、一次巻線Ｎ１１および二次巻線Ｎ１２からなる二巻線インダクタＮ１と、一次巻線Ｎ２１および二次巻線Ｎ２２からなる二巻線インダクタＮ２とで構成される。そして、一次巻線Ｎ１１の一端（●印）はダイオードＤ１のカソードに接続し、一次巻線Ｎ１１の他端は端子Ｘ１に接続し、一次巻線Ｎ２１の一端（●印）は端子Ｘ２に接続し、一次巻線Ｎ２１の他端はダイオードＤ３のアノードに接続している。また、二次巻線Ｎ２２の一端（●印）はダイオードＤ４のカソードに接続し、二次巻線Ｎ２２の他端は端子Ｘ２に接続し、二次巻線Ｎ１２の一端（●印）は端子Ｘ１に接続し、二次巻線Ｎ１２の他端はダイオードＤ２のアノードに接続している。
【００３０】
また、二巻線インダクタＮ１は、一次巻線Ｎ１１の一端から他端への巻回方向と、二次巻線Ｎ１２の一端から他端への巻回方向とが同一であり、二巻線インダクタＮ２は、一次巻線Ｎ２１の一端から他端への巻回方向と、二次巻線Ｎ２２の一端から他端への巻回方向とが同一に形成されている。
【００３１】
このように、親機１の入力インピーダンスは、二巻線インダクタＮ１，Ｎ２によって高められている。
【００３２】
そして、親機１において通信処理部１ａが制御信号を出力し、制御信号の極性が負から正に切り換わると、ダイオードＤ１→一次巻線Ｎ１１→端子Ｘ１→通信線Ｗ１→子機２→通信線Ｗ２→端子Ｘ２→一次巻線Ｎ２１→ダイオードＤ３を通って正電流Ｉｐが流れる。また、制御信号の極性が正から負に切り換わると、ダイオードＤ４→二次巻線Ｎ２２→端子Ｘ２→通信線Ｗ２→子機２→通信線Ｗ１→端子Ｘ１→二次巻線Ｎ１２→ダイオードＤ２を通って負電流Ｉｎが流れる。
【００３３】
図１１に示す従来の構成では、正電流Ｉｐと負電流Ｉｎとが同一のインダクタＬ１０１，Ｌ１０２を通るため、制御信号の極性反転時にはインダクタ電流の変化が大きくなり（負から正または正から負）、電流変化を妨げる方向に働く逆起電力も大きくなる。したがって、大きい逆起電力が反転前と同方向の電流を流し続けようと作用し、制御信号の波形が歪んでしまう。
【００３４】
一方、本実施形態の上記構成では、正電流Ｉｐと負電流Ｉｎとが互いに異なるインダクタ（正電流Ｉｐは一次巻線Ｎ１１，Ｎ２１、負電流Ｉｎは二次巻線Ｎ１２，Ｎ２２）を通るため、制御信号の極性反転時にはインダクタ電流の変化が従来に比べて小さくなり（０から正または０から負）、電流変化を妨げる方向に働く逆起電力も小さくなり、逆起電力による制御信号の波形歪みも抑制され、通信品質の劣化が抑えられる。而して、子機２および重畳通信装置３の台数が増えて、親機１の供給電流が大きくなった場合でも、通信品質を確保できる。
【００３５】
また、二巻線インダクタＮ（Ｎ１，Ｎ２）を図４に示すように、矩形枠状の磁芯Ｋの辺Ｋ１に一次巻線Ｎ１（Ｎ１１，Ｎ２１）を巻回し、辺Ｋ１に対向する辺Ｋ２に二次巻線Ｎ２（Ｎ１２，Ｎ２２）を巻回し、正・負の制御信号を印加された際に磁芯Ｋ内に発生する磁界の方向Ｓが同一となるように一次巻線Ｎ１，Ｎ２の各巻回方向を設定する。したがって、正電流Ｉｐ、負電流Ｉｎのいずれが流れても、磁芯Ｋ内に発生する磁界の方向Ｓが同一となり、極性反転時の磁芯Ｋ内の磁気エネルギーの変化が減少するので、制御信号の波形歪みもより抑制される。さらに、２つのインダクタ素子（一次巻線Ｎ１，二次巻線Ｎ２）を１つの二巻線インダクタＮで構成することで、一次巻線Ｎ１，二次巻線Ｎ２を別々のインダクタ素子で構成する場合に比べて小型化を図ることができる。
【００３６】
次に、図５（ａ）（ｂ）は、実際に親機１から出力された制御信号の電圧波形Ａ１であり、制御信号の極性が負から正に切り換わった直後であっても図１３（ａ）（ｂ）の電圧波形Ａ１０１に示すような制御信号の振幅の低下はない。
【００３７】
さらに、重畳通信装置３が制御信号に重畳信号を重畳した場合の電圧波形を図６（ａ）（ｂ）に示し、制御信号の電圧波形Ａ２に重畳信号の電圧波形Ｂ１が重畳されている。また、電圧波形Ｃｅは通信イネーブル信号であって、この信号がＨレベルになっている期間、重畳通信装置３から重畳信号が送信されている。なお、図６の制御信号の電圧波形Ａ２は、図５の制御信号の電圧波形Ａ１を図示しないダイオードブリッジで整流した波形である。本実施形態では、制御信号の極性反転の直後であっても、正電流Ｉｐおよび負電流Ｉｎは二巻線インダクタＮ１，Ｎ２を必ず通るので、親機１の入力インピーダンスが低下せず、図１４（ａ）（ｂ）の電圧波形Ｂ１０１に示すような重畳信号の減衰が生じることはなく、通信エラーの発生を抑制している。
【００３８】
このように、親機１では、二巻線インダクタＮ１，Ｎ２によって入力インピーダンスを高めながら、通信線Ｗ１，Ｗ２に出力する電圧信号が極性反転時に生じる波形歪みを抑制して、通信品質の劣化を抑えることができ、高速通信が可能となる。さらには、重畳信号の減衰が生じないので、多重伝送を安定して行うことができる。
【００３９】
また、図７に示すように、親機１の通信接続部１ｃにおいて、一次巻線Ｎ１１の両端間にダイオードＤ５をダイオードＤ１と同方向に接続し、二次巻線Ｎ１２の両端間にダイオードＤ６をダイオードＤ２と同方向に接続し、一次巻線Ｎ２１の両端間にダイオードＤ７をダイオードＤ３と同方向に接続し、二次巻線Ｎ２２の両端間にダイオードＤ８をダイオードＤ４と同方向に接続することで、通信処理部１ａが出力する制御信号が正負に切り換わる極性反転時にオーバシュート、アンダーシュートの発生を抑えることができる。
【００４０】
さらに、図８に示すように、ダイオードＤ２，Ｄ６の直列回路に終端抵抗Ｒ１を並列接続し、ダイオードＤ３，Ｄ７の直列回路に終端抵抗Ｒ２を並列接続し、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２で通信線Ｗ１，Ｗ２を含む伝送線路のインピーダンスとのマッチングをとることによって、安定した通信を行うことができる。
【００４１】
また、親機１は、二巻線インダクタＮ１，Ｎ２からなるインダクタを使用しているため、親機１の端子Ｘ１，Ｘ２への通信線Ｗ１，Ｗ２の接続を反対にしても、上記同様に入力インピーダンスを高めることができ、親機１の誤接続による不具合を防止できる。
【００４２】
なお、子機２、重畳通信装置３の各機能を有する通信処理部１ａに、上記同様の経路選択部１ｂ、通信接続部１ｃを接続することによって、子機２、重畳通信装置３も上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態の親機のブロック構成を示す図である。
【図２】同上の通信システムの構成を示す図である。
【図３】同上の親機の回路構成を示す図である。
【図４】同上の二巻線インダクタの構成を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）同上の制御信号の電圧波形を示す図である。
【図６】（ａ）（ｂ）同上の制御信号および重畳信号の電圧波形を示す図である。
【図７】同上の親機の別の回路構成を示す図である。
【図８】同上の親機の別の回路構成を示す図である。
【図９】従来の通信システムの構成を示す図である。
【図１０】従来の通信システムの別の構成を示す図である。
【図１１】従来の親機の回路構成を示す図である。
【図１２】制御信号の理想的な電圧波形を示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）従来の制御信号の電圧波形を示す図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）従来の制御信号および重畳信号の電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  親機
１ａ  通信処理部
１ｂ  経路選択部
１ｃ  通信接続部
Ｘ１，Ｘ２  端子
Ｗ１，Ｗ２  通信線
【図１】
0004844504.tif 000002
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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