(57)【要約】【課題】ケーブルの配策形態への制約が小さく、製造コストの上昇を招くことなく、リンギングの影響を低減できる通信システムの提供。【解決手段】一対の通信線を有する幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置（図示せず）と、幹線の一対の通信線（図示せず）に各接続してある一対の通信線を有する支線４と、終端抵抗を実装する為の回路基板２７に設けられた導体パターン２７ｃを有し、支線４に接続してある通信部１６を有する１又は複数の第２通信装置１とを備え、第１通信装置及び第２通信装置１それぞれが通信を行う通信システム。第２通信装置１は、導体パターン２７ｃを介して、支線４が有する一対の通信線の間に介装され、リンギングを低減する為の非終端回路１７ａ，１７ｂを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の通信線を有する幹線と、終端抵抗を有し、該終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを介して、前記一対の通信線の間に前記終端抵抗を介装し、前記幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、前記一対の通信線に各接続してある一対の通信線を有する支線と、終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを有し、前記支線に接続してある通信部を有する１又は複数の第２通信装置とを備え、前記第１通信装置及び第２通信装置それぞれが通信を行う通信システムにおいて、
前記第２通信装置は、前記導体パターンを介して、前記支線が有する前記一対の通信線の間に介装され、リンギングを低減する為の非終端回路を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記非終端回路はローパスフィルタである請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記ローパスフィルタは、前記導体パターンを介して、前記支線が有する一対の通信線の間に直列に接続された抵抗及びコンデンサである請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記抵抗は、前記通信線の特性インピーダンス以上であり、かつ前記通信部の入力インピーダンスの値よりも低い抵抗値を有し、前記コンデンサは、５０〜３００ｐＦの容量値を有する請求項３に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の通信線を有する幹線と、幹線の一対の通信線の間に終端抵抗を介装し、幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、幹線の一対の通信線に各接続してある一対の通信線を有する支線と、支線に接続してある通信部を有する１又は複数の第２通信装置とを備える通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両では、搭載された多数の電子機器が通信線を介して接続され、相互に通信し協調動作することにより、車両の走行制御及び車室内の環境制御等が実現されている。搭載された電子機器では、通信プロトコルとしてＣＡＮ（Controller Area Network）が広く採用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、一対の通信線がより合わされたツイストペアケーブルが用いられ、ツイストペアケーブルの両終端部では、両通信線間に終端抵抗が介装されている。各電子機器は差動信号による通信を行っており、一対の通信線間の電位差が閾値を超えた場合にドミナントが検出され、電位差が閾値以下である場合にレセシブが検出される。
【０００４】
また、一般的に、ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムは、バス型のネットワークトポロジーを採用している。バス型のネットワークトポロジーでは、各電子機器は、他の電子機器と共通して通信に用いる幹線から分岐する支線に接続している。各電子機器は、例えば、ドミナントをデータ０に対応させ、レセシブをデータ１に対応させて、データの送受信を行う。
【０００５】
ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、電子機器が他の電子機器に送信するときに、リンギングが発生する。リンギングは、幹線から支線に分岐する分岐部分におけるインピーダンス不整合、及び支線に接続する通信装置のインピーダンス不整合等により、信号が多重反射することにより発生する。
【０００６】
通信システムは、リンギングの影響が大きくなると、一の通信装置から送信されたドミナントの信号が、受信した通信装置側でレセシブと判定されること等により、通信に障害が生じ、障害が大きい場合には通信不能に陥る虞がある。
その為、ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムでは、リンギングの影響が大きくならないように、ツイストペアケーブルの配策形態の自由度が制限され、幹線と支線との分岐部分にフェライト等のフィルタを介装したり、非終端部分に抵抗又はフィルタを介装したりする方法をとる必要があった。
【０００７】
特許文献１には、個々の加入者端末ステーションに接続する伝送線路が、星状に１つの受動的なネットワークノードに接続されたデータ通信システムが開示されている。伝送線路は、周波数依存の減衰素子、例えばフェライトビーズを有する。定常的なデータシンボル状態に設定されたシステムパラメータの同時的な自由な選択により、高周波ノイズ信号の良好な特性インピーダンスマッチングを行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＳＯ １１８９８−１：２００３ Road vehicles--Controller area network（ＣＡＮ）--Part1: Data link layer and physical signaling
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表平７−５００４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、ＣＡＮの通信プロトコルを採用した通信システムで、リンギングの影響が大きくならないように、幹線と支線との分岐部分に、フィルタを介装したり、非終端部分に抵抗又はフィルタを介装したりするには、回路基板の導体パターンから作製し直さなければならず、製造コストが上昇するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ケーブルの配策形態の自由度が大きく、製造コストの上昇を招くことなく、リンギングの影響を低減できる通信システム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】
【００１２】
本発明に係る通信システムは、一対の通信線を有する幹線と、終端抵抗を有し、該終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを介して、前記一対の通信線の間に前記終端抵抗を介装し、前記幹線の各端部に接続してある２つの第１通信装置と、前記一対の通信線に各接続してある一対の通信線を有する支線と、終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを有し、前記支線に接続してある通信部を有する１又は複数の第２通信装置とを備え、前記第１通信装置及び第２通信装置それぞれが通信を行う通信システムにおいて、前記第２通信装置は、前記導体パターンを介して、前記支線が有する前記一対の通信線の間に介装され、リンギングを低減する為の非終端回路を備えることを特徴とする。
【００１３】
この通信システムでは、幹線が一対の通信線を有し、２つの第１通信装置が、終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを介して、一対の通信線の間に終端抵抗を介装し、幹線の各端部に接続してある。支線が、幹線が有する一対の通信線に各接続してある一対の通信線を有し、１又は複数の第２通信装置が、終端抵抗を実装する為の回路基板に設けられた導体パターンを有し、支線に接続してある通信部を有して、第１通信装置及び第２通信装置それぞれが通信を行う。
第２通信装置は、リンギングを低減する為の非終端回路が、終端抵抗を実装する為の導体パターンを介して、支線が有する一対の通信線の間に介装されている。
【００１４】
本発明に係る通信システムは、前記非終端回路はローパスフィルタであることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る通信システムは、前記ローパスフィルタは、前記導体パターンを介して、前記支線が有する一対の通信線の間に直列に接続された抵抗及びコンデンサであることを特徴とする。
【００１６】
この通信システムでは、非終端回路であるローパスフィルタは、抵抗及びコンデンサが、終端抵抗を実装する為の導体パターンを介して、支線が有する一対の通信線の間に直列に接続されている。
【００１７】
本発明に係る通信システムは、前記抵抗は、前記通信線の特性インピーダンス以上であり、かつ前記通信部の入力インピーダンスの値よりも低い抵抗値を有し、前記コンデンサは、５０〜３００ｐＦの容量値を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る通信システムによれば、ケーブルの配策形態の自由度が大きく、製造コストの上昇を招くことなく、リンギングの影響を低減できる通信システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る通信システムの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
【図２】ＥＣＵの構成例を模式的に示すブロック図である。
【図３】終端ＥＣＵの構成例を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明に係る通信システムの実施の形態の他の概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１は、本発明に係る通信システムの実施の形態の概略構成を示す回路図である。
この通信システムは、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１ａ，１ｂ，１ｃと、同じく車両に搭載される終端ＥＣＵ２ａ，２ｂとを備えている。終端ＥＣＵ２ａは、通信線を有する幹線３の一端部と接続され、終端ＥＣＵ２ｂは幹線３の他端部と接続されている。
【００２２】
ＥＣＵ１ａは、幹線３の中途の分岐点Ａから分岐した支線４ａに接続され、ＥＣＵ１ｂは、幹線３の中途の分岐点Ｂから分岐する支線４ｂに接続され、ＥＣＵ１ｃは、幹線３の中途の分岐点Ｃから分岐する支線４ｃに接続されている。分岐点Ｂは、分岐点Ａよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にあり、分岐点Ｃは、分岐点Ｂよりも終端ＥＣＵ２ｂ側にある。支線４ａ，４ｂ，４ｃは、通信線を有して構成されている。
【００２３】
尚、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃは、同様の構成である為、以下では総称してＥＣＵ１とも称する。終端ＥＣＵ２ａ，２ｂについても同様の構成である為、以下では総称して終端ＥＣＵ２とも称する。支線４ａ，４ｂ，４ｃについても同様の構成である為、以下では総称して支線４とも称する。また、ＥＣＵ１は、本発明の第２通信装置に相当し、終端ＥＣＵ２は、本発明の第１通信装置に相当する。
ここで、幹線３及び支線４は、ＣＡＮ（Controller Area Network）バスが有する特性インピーダンスを有するツイストペアケーブルとする。
【００２４】
このような構成の通信システムでは、ＥＣＵ１及び終端ＥＣＵ２それぞれの間で幹線３を共通の通信線として通信が行われる。例えば、ＥＣＵ１ｂにて支線４ｂへ信号が出力された場合、この信号は支線４ｂから幹線３、支線４ａを経てＥＣＵ１ａへ至り、ＥＣＵ１ａが支線４ａと接続する接続部等にて反射された反射波が発生する。反射波は、支線４ａ、幹線３、及び支線４ｂを経てＥＣＵ１ｂに至る（図１の破線の矢印参照）。
【００２５】
ＥＣＵ１ｂに至った反射波は、再度ＥＣＵ１ｂが支線４ａと接続する接続部等にて反射される。このように信号の反射が繰り返されることにより、通信システムにおいてリンギングが発生する。リンギングは、支線や幹線の長さが長くなると、周期が長くなりリンギング時間が長くなる為、配索範囲に制限が設けられている。また、図１において図示は省略するが、ＥＣＵ１ｃにおいても同様の反射波が発生する。更に、終端ＥＣＵ２においても、幹線及び支線の特性インピーダンスの値によっては、同様の反射波が発生する虞がある。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ１の構成例を模式的に示すブロック図である。
ＥＣＵ１は、個々に回路基板２７上に実装されており、制御部１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、入力部１４、出力部１５、ドライバ１６、及び接続回路１７等を備えて構成されている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の演算処理装置を用いて構成されるものであり、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、種々の制御処理を行う。
【００２７】
ＲＯＭ１２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成されるものであり、制御部１１にて実行される制御プログラム及び制御部１１が行う処理に必要な情報等が予め記憶されている。ＲＡＭ１３は、例えばＳＲＡＭ（Static RAM）又はＤＲＡＭ（Dynamic RAM）等のメモリ素子で構成されるものであり、制御部１１の処理に伴って生成された情報、及び他のＥＣＵ１との間で送受信する情報等が記憶される。
【００２８】
入力部１４は、例えば車両の車速センサ若しくは温度センサ等のセンサ、又は、車両の内外に配置された操作用の種々のスイッチ等の入力装置からの信号が入力され、入力信号のサンプリング又はＡ／Ｄ変換等の処理を行って得られた情報を制御部１１へ与える。出力部１５は、例えばモータ又はランプ等の負荷が接続され、制御部１１からの指示に応じてこれらの負荷を駆動する駆動信号を出力する。尚、ＥＣＵ１は、必ずしも入力部１４及び出力部１５の両方を備える必要はなく、何れか一方のみを備える構成であってもよい。
【００２９】
ドライバ１６は、他のＥＣＵ１との間でＣＡＮプロトコルに従った情報の送受信を行うものであり、接続回路１７を介して支線４と接続している。ドライバ１６は、制御部１１から与えられた送信情報をＣＡＮプロトコルに応じた送信用のデータ（フレーム）に変換して送信部１６ａへ与える。
送信部１６ａは、与えられた送信データの各ビットの値（０（ドミナント）又は１（レセシブ））に応じて、支線４へ信号を出力する。
【００３０】
ＣＡＮプロトコルにおいては、幹線３及び支線４は、一対の通信線が撚り合わされてなるツイストペアケーブルが用いられる。送信部１６ａは、接続回路１７を介して接続する支線４に差動信号を出力する。送信部１６ａは、ドミナントの信号を送信するときは、支線４が有する一対の通信線間の電位差が２Ｖとなる差動信号を出力し、レセシブの信号を送信するときは、当該電位差が０Ｖとなる差動信号を出力する。尚、ドライバ１６は、本発明の通信部に相当する。
【００３１】
また、ドライバ１６は、支線４の信号レベルを検知することによって、支線４上に送信された信号が、ドミナント又はレセシブの何れに対応する信号であるかを判定し、各ビットがドミナント又はレセシブで表されるデータの受信を行う受信部１６ｂを有している。支線４の信号レベルとは、支線４が有する一対の通信線間の電位差のことを指す。ドライバ１６は、受信部１６ｂにて受信したデータを制御部１１へ与える。
【００３２】
また、ドライバ１６は、送信部１６ａにて自らが送信したデータを受信部１６ｂにて受信し、送信データと受信データとが一致しない場合（送信データのレセシブが受信データにてドミナントに変化していた場合）、他のＥＣＵ１又は終端ＥＣＵ２によりデータが送信されていることを検知し、アービトレーションの処理を行う。尚、ＥＣＵ１が行うアービトレーションの処理は、従来のＣＡＮプロトコルによるものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
接続回路１７は、支線４に介装され、支線４からドライバ１６に入力される信号による反射波を抑制するように構成されている。接続回路１７は、フィルタであり、抵抗１７ａ及びコンデンサ１７ｂの直列回路が、回路基板２７の表面に設けられた導体パターン２７ｃ，２７ｃ，２７ｃを介して、支線４が有する一対の通信線の間に介装されている。尚、接続回路１７は、本発明の非終端回路に相当する。
導体パターン２７ｃは、後述する終端抵抗２７ａ（図３）を実装する為に設けられており、何れのＥＣＵ１でも終端ＥＣＵ２に変更可能なように、従来から、ＥＣＵ１を実装する為の回路基板２７の表面にも設けられている。
【００３４】
抵抗１７ａは、支線４の特性インピーダンス以上であり、かつドライバ１６への入力インピーダンスの値よりも低い抵抗値を有しており、コンデンサ１７ｂは、望ましくは５０〜３００ｐＦの容量値を有している。
一般に、ＥＣＵ１に相当する通信装置のドライバ１６の入力インピーダンスの値は、支線４に相当する通信線の特性インピーダンスの値に比べて極めて高い。また、反射波の信号レベルは、インピーダンス不整合の度合いが大きい、即ち信号が伝送する２つの媒体のインピーダンスの差が大きいときに高くなる。
【００３５】
リンギングは、支線や幹線の長さが長くなると、周期が長くなりリンギング周波数は低くなる傾向を示し、通信波形の周波数との差が小さくなる。そのため、配索範囲を広くとりたい場合は、低い周波数帯域でもカットするフィルタ定数を選定する。コンデンサを５０ｐＦ以上にすることで、このような低いリンギング周波数においてフィルタ効果を高くする。
一方、コンデンサを大きくし過ぎると、時定数が大きくなる為、波形の立下りや立上り時間が増える傾向にある為、３００ｐＦ以下にする方が望ましい。
【００３６】
その為、抵抗１７ａがリンギングの発生周波数帯域で上述のような抵抗値を有することにより、インピーダンスの差が小さくなるので、信号の反射を抑制することができる。
一方、抵抗１７ａの抵抗値を通信線のインピーダンスより小さくすると、インピーダンスの不整合が大きくなる為、通信線のインピーダンス以上にすることが望ましい。
また、接続回路１７は、抵抗１７ａ及びコンデンサ１７ｂがローパスフィルタとして機能することにより、高周波のリンギング成分を除去することができる為、リンギングを抑制し、通信の安定性を高めることができる。
【００３７】
図３は、終端ＥＣＵ２の構成例を模式的に示すブロック図である。
終端ＥＣＵ２は、個々に回路基板２７上に実装されており、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入力部２４、出力部２５、ドライバ２６、及び接続回路２８等を備えて構成されている。ここで、制御部２１、ＲＯＭ２２、及びＲＡＭ２３は、図２中の制御部１１、ＲＯＭ１２、及びＲＡＭ１３とそれぞれ同様に作用するので、説明を省略する。また、入力部２４、出力部２５、及びドライバ２６は、図２中の入力部１４、出力部１５、及びドライバ１６とそれぞれ同様に作用するので、説明を省略する。尚、終端ＥＣＵ２のドライバ２６は、接続回路２８を介して幹線３と接続する。
【００３８】
接続回路２８では、２つの抵抗２７ａからなる直列回路が、回路基板２７の表面に設けられた導体パターン２７ｃ，２７ｃ，２７ｃを介して、幹線３が有する一対の通信線の間に介装されている。また、接続回路２８は、コンデンサ２７ｂを備えており、コンデンサ２７ｂの一端は、導体パターン２７ｃを介して２つの抵抗２７ａの共通接続節点に接続され、他端は、導体パターン２７ｃを介して接地されている。
【００３９】
このような構成の接続回路２７は、ＣＡＮプロトコルにおける所謂スプリットターミネーションであり、ドライバ２６への入力インピーダンスと、幹線３の特性インピーダンスとを整合する。尚、接続回路２８は、終端抵抗であればよく、スプリットターミネーション以外で構成されていてもよい。
【００４０】
以上の構成の通信システムは、ＥＣＵ１の接続回路１７の抵抗１７ａにより、支線４の特性インピーダンスとドライバ１６の入力インピーダンスとの差を小さくすることができ、抵抗１７ａ及びコンデンサ１７ｂがローパスフィルタとして機能することができる為、リンギングの影響が低い通信を行うことができる。その為、次世代通信プロトコルとして検討されているＣＡＮプロトコルよりもデータ部の速度の速い通信、例えば、１Ｍｂｐｓ以上８Ｍｂｐｓ以下の通信を行うときであっても、リンギングの影響が低い通信を行うことができる。
【００４１】
また、本実施の形態の通信システムでは、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃが、異なる分岐点Ａ，Ｂ，Ｃからそれぞれ分岐した支線４ａ，４ｂ，４ｃに接続されたバス型（図１）により説明したが、図４に示すように、ＥＣＵ１ａ，１ｂ，１ｃが、１つの分岐点Ｄから分岐した支線４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ接続されたスター型であっても、同様の効果を奏することができる。
【００４２】
今回開示された実施の形態は全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１ａ，１ｂ，１ｃ  ＥＣＵ（第２通信装置）
２ａ，２ｂ  終端ＥＣＵ（第１通信装置）
３  幹線
４ａ，４ｂ，４ｃ  支線
１６，２６  ドライバ（通信部）
１７  接続回路（非終端回路）
１７ａ  抵抗（非終端回路）
１７ｂ  コンデンサ（非終端回路）
２７  回路基板
２７ａ  抵抗（終端抵抗）
２７ｂ  コンデンサ
２７ｃ  導体パターン
２８  接続回路
【図１】
2016103693.tif 000003
【図２】
2016103693.tif 000004
【図３】
2016103693.tif 000005
【図４】
2016103693.tif 000006