(57)【要約】記載されるのは、一つのデータバスラインにおける故障にもかかわらず、エラーなしの通信を維持する差動データバスシステムである。
2017515427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおける複数の電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記送受信機に接続された装置と
を含み、
前記受信機は、前記通信リンクの配線間の複数の電圧差を検出するべく構成され、
前記送受信機は、前記電圧差に基づいて受信信号を決定する送受信機。
【請求項２】
前記受信機は、それぞれが一つの電圧差を検出するべく構成された少なくとも３つの受信機を含む請求項１に記載の送受信機。
【請求項３】
前記受信機は電子決定回路に接続される請求項２に記載の送受信機。
【請求項４】
前記電子決定回路は、前記受信機のいずれかにおける電圧差が画定された電圧の組の一つである場合に信号が受信されたか否かを決定する請求項３に記載の送受信機。
【請求項５】
前記通信リンクのタイプはＣＡＮバスである請求項１に記載の送受信機。
【請求項６】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおいて送信された電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記送受信機に接続された装置と
を含み、
前記受信機は、前記２線式通信リンクにおいて故障ゆえに歪んだ信号を受信し、
前記送信機は、前記２線式通信リンクにおいて歪んでいない信号を送信する送受信機。
【請求項７】
前記通信リンクのタイプはＣＡＮバスである請求項６に記載の送受信機。
【請求項８】
前記受信機は、それぞれが異なる電圧差レベルを検出するべく構成された少なくとも３つの受信機を含む請求項６に記載の送受信機。
【請求項９】
前記受信機は論理回路に接続される請求項８に記載の送受信機。
【請求項１０】
前記論理回路は、一つの受信機が信号を検出し、かつ、２つの受信機が信号を検出しない場合に前記２線式通信リンクに故障が存在することを決定する請求項９に記載の送受信機。
【請求項１１】
前記送信機は、前記論理回路に接続され、前記論理回路が前記２線式通信リンクに故障が存在することを決定する場合に信号を送信する請求項１０に記載の送受信機。
【請求項１２】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおける複数の電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記送受信機に接続された装置と
を含み、
送信電圧信号の持続時間が、受信電圧差の持続時間と比較される送受信機。
【請求項１３】
前記送信電圧信号の持続時間が、前記受信電圧差の持続時間と異なる場合に故障状態が決定される請求項１２に記載の送受信機。
【請求項１４】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおける複数の電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記電圧信号の一つのしきい値交差においてカウントを開始するトリガを受け、かつ、前記電圧信号の第２のしきい値交差において前記カウントを停止するトリガを受ける少なくとも一つのタイマー・カウンターと
を含む送受信機。
【請求項１５】
耐故障性通信システムであって、
２つのデータバスラインからなる差動データバスと、
基準電圧と、
差動データバスにおけるライン電圧信号を生成するべく構成された少なくとも一つの差動送信機と、
前記差動データバスからライン電圧信号を受信するべく構成された少なくとも一つの差動受信機と、
差動データバスに接続された少なくとも一つの電圧制御ユニットと
を含み、
前記電圧制御ユニットは、一つのデータバスラインにおける電圧が前記基準電圧を上回るように維持し、かつ、第２のデータバスラインにおける電圧が前記基準電圧を下回るように維持する耐故障性通信システム。
【請求項１６】
前記基準電圧は、２つのデータバスラインの電圧の組の共通電圧レベルである請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１７】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続されたダイオードと、
前記ダイオードに接続された電圧源と
を含む請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１８】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続された抵抗器と、
前記抵抗器に接続されたダイオードと、
ダイオードに接続された電圧源と
を含む請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１９】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続されたダイオードと、
前記ダイオードに接続された抵抗器と、
前記抵抗器に接続された電圧源と
を含む請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項２０】
前記電圧制御ユニットは、故障状態の事象において前記電圧制御ユニットをデータバスラインに接続するべく構成された接続ユニットを含む請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項２１】
前記電圧制御ユニットは電圧源及び少なくとも２つの抵抗器を含み、
前記電圧源は抵抗器に接続され、
第２の抵抗器が第１の抵抗器に接続され、
第２の抵抗器がグランド端子に接続され、
データバスラインが第１及び第２の抵抗器に接続される請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【請求項２２】
前記電圧制御ユニットは前記差動受信機又は差動送信機に埋め込まれる請求項１５に記載の耐故障性通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本装置及び方法は２線式差動信号通信システムの分野に関し、詳しくは、ラインにおける故障状態中に通信を維持する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一の電子装置から他の電子装置へ情報を送信するいくつかのアーキテクチャが存在する。図１には、一般に使用されるアーキテクチャが示される。このアーキテクチャにおいて、複数の装置が、しばしばデータバス又は通信バスと称される共通通信構造物を共有する。バスに接続された各装置が、当該バス上で情報を送信することができ、又は当該バス上で送信された情報を受信することができる。さらに、バス上で送信された情報は、歪みのないまま各装置を通過することができる。通信バスの、一の装置を他の装置に接続するセクションは、通信バスライン又はリンクと称することができる。信号が搬送される物理媒体は、電線又は光ファイバであり得る。一の装置から他の装置へと通信バス上で送信される信号は、基礎にあるＲＦ（無線周波数）変調又は同様の実装により電圧、光パルス、電気パルスが変化し得る。かかるバスは例えば、Ｍｉｌ−Ｓｔｄ−１５５３、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、ＲＳ４８５、ＲＳ４２等である。送信信号は複数の装置を通過するので、各装置との接続部が当該信号に変化をもたらしてはならないことは明らかである。すべての装置が、当該装置を他の装置に接続するバスリンクを最大でも２つ有する場合、当該バスは１次元バスと称する。少なくとも一つの装置が、他の装置とのバスリンクを３つ以上有する場合、当該バスは２次元バスと称する。
【０００３】
一般に使用される通信バスは２線式の差動信号通信バスである。このバスには、各装置を接続する２つの並列通信バスが存在する。このバスにおける信号は、一方のバスにおける信号と並列バスにおける信号との差分である。一例として、各バスが複数の装置を接続する電線であり、かつ、信号が当該電線における電圧変化である場合、当該信号は差動バスにおいて、２線の電圧間の電圧差となる。差動バスは、所定の不利な物理条件を克服するべく使用される。例えば、著しい電気的干渉をバスが受ける場合、一方の線における電圧が予測不能となり、当該バスは機能しなくなる。しかしながら、２線式バスであれば、双方の線が同じ電圧干渉を受けるので、得られる差分は当該電気的干渉に影響されなくなる。したがって、２線式差動バスによって、良好なノイズ耐性が得られる。バス境界における又は装置・バス間接続部における信号反射を防止するべく、バスは特性インピーダンスを有するように設計され、バスの終端点又は接続点は、バスインピーダンスに整合する終端インピーダンスを有する。
【０００４】
終端を有する最先端技術の差動バスは、当該バスの配線の一方に切断又は開回路のような故障が存在する場合、送信信号を検出することができない。故障の場合、一つのラインでの電圧は、終端抵抗器（抵抗）ゆえに第２のラインでの電圧に追従し、当該配線間には、送信が行われたことを示すのに要求される電圧差が存在しない。望ましいのは、差動通信バスに故障が存在したとしても、機能し続けることができる送受信機構造物を有することである。故障の例は、データバス配線の一つにおける機械的切断又は他の形態の切断である。かかる故障が生じている間、データバスにおいて送信されたデータは、データバスの利用性を、その当初容量の１０％まで低減し得る多数のエラーを有して受信される。また、かかる故障の間、当該故障の一つの側において送信されたデータは、当該故障を通り越して当該故障の他の側にあるユニットに到達するということがない。加えて、ＣＡＮバスのような自己噴出（ｓｅｌｆ−ｅｒｕｐｔｉｎｇ）プロトコルの場合、２線の一方が依然として無傷であれば、バス故障の両側において同時に送信を行うユニットは、互いの送信を妨害し合う。したがって、差動データバスにおける故障事象において送信エラーの数を低減し得るデータバスアーキテクチャが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１５８７８１（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【０００６】
用語集
【０００７】
「通信バス」とは、本開示において使用されるように、一以上の信号源から、当該バスがホストとなる一以上の装置又はモジュールへと信号を受信及び送信するべく構成された異なる装置又はモジュールを接続する構造物を意味する。
【０００８】
「２進数データバス」とは、本開示において使用されるように、２つの電圧レベルのセットを備えるデータバスを意味する。
【０００９】
「バスリンク又はライン」とは、本開示において使用されるように、２以上の装置又はモジュールを通って延びる連続的な電気又は光ラインを意味する。
【００１０】
「データバス」とは、本開示において使用されるように、一以上の信号源から、当該バスがホストとなる一以上の装置又はモジュールへとデータを受信及び送信するべく構成された異なる電子装置又はモジュール同士を接続する構造物を意味する。構造物は、一以上の電線又は光ファイバのバスのようなものであり得る。
【００１１】
「２線式差動信号通信バス」とは、本開示において使用されるように、２つの並列通信バスからなる通信バスであって、送信信号が、当該並列バスのそれぞれの信号同士で異なるものを意味する。
【００１２】
「電気干渉」とは、本開示において使用されるように、通信ラインにおける電圧が、外部電界ゆえに信頼できない状況を意味する。
【００１３】
「ノイズ耐性」とは、本開示において使用されるように、不利な物理的条件下でもバスが機能し得る能力を意味する。
【００１４】
「差動受信機」又は「受信機」とは、本開示において使用されるように、通信バスに接続されて当該バスの２線間電圧差を検出する要素である。
【００１５】
「差動送信機」又は「送信機」とは、本開示において使用されるように、通信バスに接続されて当該バスの２線間電圧差をもたらす要素である。
【００１６】
「送受信機」とは、本開示において使用されるように、送信機及び受信機からなる要素である。
【００１７】
「電圧レベル」とは、本開示において使用されるように、データバスラインの所定電圧を意味する。
【００１８】
「ラインインピーダンス」とは、本開示において使用されるように、２つの通信バスライン間の特性インピーダンスである。
【００１９】
「リピータ」とは、本開示において使用されるように、障害のある可能性がある電子信号を受信して当該信号の修復済みバージョンを送信する要素である。
【００２０】
「低電圧レベル」とは、本開示において使用されるように、２進数データバスで使用される２つの電圧の組のうち低い方の電圧レベルを意味する。
【００２１】
「高電圧レベル」とは、本開示において使用されるように、２進数データバスで使用される２つの電圧の組のうち高い方の電圧レベルを意味する。
【００２２】
「基準電圧」とは、本開示において使用されるように、差動データバスの電圧レベルの組のうち共通電圧に対応する電圧を意味する。
【００２３】
「ライン電圧信号」とは、本開示において使用されるように、データバスラインにおける時間変動電圧レベルを意味する。
【００２４】
「データ信号」とは、本開示において使用されるように、差動データバスの２つのデータバスラインにおける電圧レベル間の差を意味する。
【００２５】
「故障状態」とは、本開示において使用されるように、電流がデータバスラインを流れるのを妨げる故障、電気的切断、開回路、故障コネクタ又は他のメカニズムを意味する。
【００２６】
「電圧制御ユニット」とは、本開示において使用されるように、データバスに接続されて基準電圧をデータバスに与えるユニットを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】複数の装置を接続するための、既存の通信バスアーキテクチャの一例である。
【図１Ｂ】電子装置を接続する差動データバスの一例である。
【図２】最先端技術の送受信機の一例である。
【図３】通信バスにおける故障の一例である。
【図４Ａ】データバスにおける受信信号の一例である。
【図４Ｂ】データバスにおける故障発生中の、データバスにおける受信信号の一例である。
【図４Ｃ】バスにおける故障による差動信号の一例である。
【図５】耐故障性送受信機の一例である。
【図６】３つの標準受信機及び論理回路に基づく耐故障性送受信機の実装の一例である。
【図７】耐故障性データバスの一例である。
【図８】電子装置を接続する耐故障性データバスにおける受信信号の一例である。
【図９Ａ】耐故障性データバスをサポートする終端ユニットの一例である。
【図９Ｂ】耐故障性データバスをサポートする終端ユニットの他例である。
【図１０Ａ】データバスに接続された電子装置の一例である。
【図１０Ｂ】データバスに接続された電子装置の追加例である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
典型的な周知の通信バスが図１に示される。このバスは、一定数の装置（１０１、１０４、１０６、１０８、１３０、１３２及び１３４）を含む。これらは通信バス（１２０）に接続される。通信バス（１２０）は、バス（１２０）に接続された装置同士の通信をサポートする。通常の通信バス１２０の動作の過程において、信号は当該バスに沿って、かつ、各装置（１０１、１０４、１０６、１０８、１３０、１３２及び１３４）を介して、通信バス（１２０）の画定された限界を満たす信号における変化若しくは歪みなしで、又は潜在的に小さな変化ありで、送信される。
【００２９】
本方法はまた、バス故障状態の正確な診断もサポートし、送信パルスの持続時間を受信パルスと比較することにより故障箇所を特定する。パルス持続時間は、単純かつ低コストのタイマー・カウンターを使用して測定することができる。これは、一回目のしきい値交差でカウントを開始するトリガを受け、２回目のしきい値交差でカウントを停止するトリガを受ける。合計カウントが、信号における重大事象の持続時間を与える。このようにして、この方法は、低コストかつ単純な時間カウンターを使用して時間長を特定することにより、複雑なアナログ信号の分析を与える。差動式２ライン通信バスに沿った電圧送信の場合、送信電圧信号の持続時間が、受信電圧差の持続時間と比較される。
【００３０】
図１Ｂは、装置（１０６、１０４）のような電子装置を互いに接続する手段を与える差動データバス（１１９、１２１）の実装の一例である。図１Ａは、装置（１０１）がライン（１１１、１１３）を介してデータバス（１１９、１２１）に接続され、かつ、装置（１０３）がライン１１５及び１１７を介してデータバス（１１９、１２１）に接続されたデータバスの一例である。装置（１０６、１０４）は、データバス（１１９、１２１）に電圧を印加することによってデータを送信する。一例では、差動データバスにおいて、データバスライン１１９の初期ライン電圧レベルは、データバスライン１２１の初期電圧レベルに等しい。装置（１０６、１０４）がデータを送信するとき、当該装置は、一組の電圧レベルからなる時間変動ライン電圧信号を生成する。ビットが、最小限のデータ情報単位となる。これは、２つの値「１」又は「０」を有し得る。各ビットは、データバス（１１９、１２１）においてビット持続時間に対応する持続時間だけ装置（１０６、１０４）に印加される２つの電圧レベルの組によって定義される。終端抵抗器（１３０、１３２）が、バスの終端点において整合されたインピーダンスを与え、バスの終端点からの信号反射を防止する。
【００３１】
図２は、電子装置（１０６）に接続された周知の送受信機要素の一例である。２線式通信バス（２１０、２１２）が、接続配線（２１４、２２４）を介して受信機（２０２）に接続される。送信機（２０４）が、接続配線（２２０、２２２）を介して通信バス配線に接続される。受信機（２０２）は、配線（２１４）及び配線（２２４）間の電圧差を測定する。電圧差が所定値、例えば１ボルトよりも大きい場合、受信機は電子装置（１０６）の入力（２１６）に、受信信号が「１」であることを示す。電圧差が所定値未満の場合、受信機は、装置の入力（２１６）に、受信信号が「０」であることを示す。受信機（２０２）には、差動増幅器を実装することができる。ここで、差動増幅器は、入力における電圧差が、画定されたしきい値よりも大きい場合にバイアス電圧を与えるべく構成される。電子装置（１０６）はまた、バス（２１０、２１２）に信号を送信することもできる。装置が「０」を送信するように要求される場合、ライン（２１８）は、送信機（２０４）に対し、何もするべきではないことと（２１０）及び（２１２）間の電圧差が不変であることとを示す。電子装置（１０６）が「１」を送信する場合、送信機（２０４）は接続部（２１８）を介して当該信号を受信し、接続ライン（２２０）及び接続ライン（２２２）間の電圧差をもたらす。これら２つのライン（２２０、２２２）が、通信バス（２１０及び２１２それぞれ）における対応線に接続され、電圧差はここで、ライン（２１０）及び（２１２）間に存在する。これらのラインを介して信号は、他のすべての装置に到達する。
【００３２】
図３は、通信バスにおける故障の一例である。図２に関連して記載される周知の送受信機の実装は、ラインに故障（３０２）又は（３０４）が存在する場合に機能することができない。これは、故障後において当該ライン間の電圧差が、受信機（２０２）によって予測された電圧差に対応しなくなるからである。図４Ａは、データバス（図１Ｂの１１９、１２１）でのライン電圧信号（１５１、１５３）の一例である。得られるデータ信号（１５５）は、ライン電圧信号（１５１）及び（１５３）間の電圧差である。ライン（１５１）は一つのデータバスライン（１１９）のライン電圧信号であり、ライン（１５３）は第２のデータバスライン（１２１）のライン電圧信号である。ライン（１５１）は２つの電圧レベルを含む。電圧レベルの一例は、３Ｖの高電圧レベル及び２．５Ｖの低電圧レベルである。他の電圧レベルの例は、ＣＡＮバス仕様書２．０（ＩＳＯ１１８９８−２）のような関連する通信規格に記載されている。ＣＡＮバス仕様書において、バスライン配線（１１９）のＣＡＮ高電圧は３．５Ｖであり、バスライン配線（１２１）のＣＡＮ低電圧は１．５Ｖである。当該信号は、優性及び劣性と称される。「０」とも称される優性信号は、バスライン配線（１１９、１２１）間の電圧差が２Ｖを超える場合に存在する。「１」とも称される劣性信号は、当該電圧差が０Ｖ（ゼロ）であり、かつ、双方の配線が、２．５Ｖの共通電圧にフローティングしている。ライン（１５３）は２つの電圧レベルからなる。一例では、ライン（１５３）の高電圧レベルは、ライン（１５１）の低電圧レベルと等しい。他例では、データバスライン（１５３）の高電圧レベルは、データバスライン（１５１）の低電圧レベルよりも低い。一例では、データバスライン（１５３）の高電圧レベルは、データバスライン（１５１）の低電圧レベルよりも０．５Ｖを超えて低い。
【００３３】
図４Ａに記載されるデータ信号は、複数のビットからなる。一例では、「１」ビットが楕円（１４５）内に示される。一例では、「１」データ信号は、ライン電圧（１５１）における電圧レベルが高い場合であって、ライン電圧（１５３）における電圧レベルが楕円（１４１）内に示されるように低い場合に得られる。他例では、「０」データ信号が楕円（１４７）内に示される。一例では、「０」データ信号は、ライン電圧（１５１）における電圧レベルが低い場合であって、ライン電圧（１５３）における電圧レベルが楕円（１４３）内に示されるように高い場合に得られる。
【００３４】
図４Ｂは、故障状態中のデータバス（１１９、１２１）におけるライン電圧信号及びデータ信号の一例である。故障状態の一例は、データバス配線（１２１）の一つにおける「切断」又は接続不在である。故障状態の一例は、図１Ｂにおける円（１２５）内に示される。この例では、データバスライン（１１９）におけるライン電圧信号が、その通常動作値から不変のままであり、ライン（１５１）として識別される。データバスライン（１２１）におけるライン電圧は、ライン（図１Ｂの１５３）からライン（図４Ｂの１６１）へと変化する。データバスライン（１２１）のライン電圧信号（１６１）は、データバスライン（１１９）のライン電圧信号（１５１）に追従する。ライン電圧信号間の差分は、差動データバスラインの抵抗及び容量に起因する。（１６３）は、得られたデータ信号であり、ライン電圧信号（１６１、１５１）間の差分である。得られたデータ信号（１６３）は、「１」の参照番号（１７７）又は「０」の参照番号（１７５）の信号に対応しない曖昧なデータ信号であり、電子装置（１０６、１０４）の受信機においてエラーを引き起こす。
【００３５】
図５は、修正された送受信機（５０１）の一例である。これは、バス内に一以上の故障が存在しても、当該バスの故障を克服して当該バスにおける通信を維持するべく設計される。修正された送受信機は、差動２線式通信リンクにおいて電圧信号を送信するべく構成された送信機と、当該差動２線式通信リンクにおいて送信された電圧差を検出するべく構成された受信機と、当該送受信機に接続された装置（１０６）とを含み、当該受信機は、当該通信リンクの配線間の複数の電圧差を検出するべく構成され、当該送受信機は、当該電圧差に基づいて受信信号を決定する。使用の一例では、修正された送受信機（５０１）は、図４Ｃに記載された複数の電圧差を検出する。送受信機が受信信号を特定するのは、受信信号が、図４Ｃに示された一組の信号差（４０２、４０４、４０６）の一つである場合となる。送受信機（５０１）は、電圧差が、図４Ｃに示された電圧差（４０２、４０４、４０６）のいずれでもない場合に、信号が受信されていないことを決定する。
【００３６】
用法のいくつかの例では、送受信機（５０１）は、通信リンクにおけるエラー状態を装置（１０６）に通知するように要求される。ライン（５２４）は、かかる機能を、送受信機（５０１）及び装置（１０６）間の論理接続をもたらすことによって与える。エラーの場合の一例として、ライン（５２４）が正となると、装置（１０６）には、通信リンクに故障が存在することが警告される。このエラーの表示は、装置（１０６）内に配置されたハードディスク又は半導体記憶装置のログファイルに、通信リンク及び装置の動作中に格納することができる。ログファイルは、装置（１０６）を介し又は通信リンクを介してアクセスすることができる。ログファイルは、通信リンクにおけるすべてのエラー状態の表示を与える。エラー状態は、故障が、接続された装置、すなわちこの場合は装置（１０６）よりも前に発生したことを示す。送受信機がエラー信号を訂正するので、（１０６）よりも後のいずれの装置も、エラーを登録することがない。このようにして、ログファイルにエラーを有する装置は、エラー状態が、装置とのリンク接続において発生したことを示す。したがって、送受信機におけるログ記録機能、又は装置（１０６）に接続されて装置（１０６）に、通信リンクにエラー状態が存在することの表示を与えるエラー表示器（５２４）のいずれかを有するように提案される送受信機を、通信リンクにおける固定的かつ間欠的な故障の箇所に対して使用することができる。
【００３７】
図６は、修正された送受信機（５０１）の実装の一例である。この例では、修正された受信機が、標準受信機（２０２）及び２つの付加受信機（６０２、６０４）からなる。３つの受信機（６０２、６０４、２０２）は、電子決定回路（６０６）に接続される。受信機（６０２）は、信号（図４Ｃの４０２）のような、ライン（２１４、２２４）間の小さな電圧差を検出するべく設計される。例えば、受信機（２０２）が１ボルトの差分を信号として特定すると、受信機（６０２）は、例えば０．５ボルトのような、ラインインピーダンスに基づいて計算可能な小さな電圧差を検出する。受信機（６０４）は、ライン（２１４、２２４）間の小さな負の電圧差を検出するべく設計される。これは、ライン（２１０）の切断（３０４）、及び得られた信号（図４Ｃの４０６）に対応する。したがって、受信機は、それぞれが一つの電圧差を検出するべく構成された少なくとも３つの受信機（６０２、６０４、２０２）を含む。電子決定回路は、３つの受信機（２０２、６０２、６０４）のそれぞれからの一つの信号に対応する３つの入力を受信する。受信機が、自身に割り当てられた電圧差を検出すると、電子決定回路への信号は正となる。電子決定回路は、当該検出器のいずれもが正の信号を与える場合に正の出力を与える。さらに、電子決定回路は、以下の状態を与えることもできる。（２０２）からの信号が正の場合、バスは通常に機能していて、（２０２）からの正の信号は装置（１０６）へと送信される。（２０２）からの信号が負であるが、２つの受信機のいずれか（６０２又は６０４）からは正の信号が存在する場合、バスには故障状態が存在する。電子回路（６０６）は通常動作どおりに、いずれかの受信機（６０２又は６０４）からの正の信号を、接続部（６２０）を介して装置１０６へと送信する。さらに、送受信機（５０１）は、後の分析を目的として故障の発生を揮発又は不揮発メモリに登録することができる。したがって、電子決定回路は、いずれかの受信機における電圧差が画定された電圧の組の一つである場合に、信号が受信されたか否かを決定する。電子ユニット（６０６）はまた、ライン（５１８）を介して送信機（２０４）にも接続される。この接続を使用して、電子決定ユニット（６０６）は、ライン（２１０、２１２）間の差動電圧信号をもたらすように送信機（２０４）に指令する。このようにして、ユニットはリピータとして機能し、当初信号を切断後のラインへと回復させる。リピータの後のすべての装置はここで、標準電圧差を受信する。したがって、受信機は、２線式通信リンクにおける故障ゆえの歪み信号を受信し、送信機は、２線式通信リンクにおいて非歪み信号を送信する。図５の例と同様に、ライン（５２４）のようなエラー表示器は、装置（１０６）に対し、通信バスにおけるエラー状態の表示を与えることができる。装置（１０６）は、後の分析のためにエラー状態を記録することができる。
【００３８】
したがって、図６に記載されたシステムは、差動２線式通信リンクにおいて電圧信号を検出かつ送信する送受信機と、当該送受信機に接続された装置と、装置、受信機及び送信機に接続された論理回路とを与える。ここで、受信機部分は、３つの差動増幅器として構成され、当該差動増幅器は、配線間の異なる電圧レベルを検出するべく構成される。さらに、送信機は、２線式通信リンクに接続され、論理回路が生成した信号を送信する。
【００３９】
図６において、装置（１０６）は、通信バスにおいて信号を送信するように要求された場合、ライン（５２２）に信号を与える。電子回路（６０６）は、信号を送信機（２０４）へと送信し、要求された信号を電圧差としてもたらす。他例では、装置（１０６）は、ライン（５１８）に接続されて、信号を送信機（２０４）に直接与え得る。
【００４０】
データバス内の故障を回復させる代替的アプローチが、図７に示される。特別な送受信機によって信号が再構築される先の例とは対照的に、図７は、故障の場合であっても再生成することなしに、バスにおける信号の健全性を維持する耐故障性データバスの一例となる。故障への耐性は、電圧制御ユニット（７０１、７０３、７０５、７０７）をデータバス（１１９、１２１）に付加することによって達成される。電圧制御ユニット（７０１、７０３、７０５及び７０７）は、基準電圧をデータバス（１１９、１２１）に与える。一例では、基準電圧は、データバスライン（１１９、１２１）の電圧組のうちの共通電圧レベルである。数値的な例では、データバスライン（１１９）の電圧レベルがそれぞれ２．５Ｖ及び３Ｖであってデータバスライン（１２１）の電圧レベルがそれぞれ２Ｖ及び２．５Ｖである場合、共通電圧は２．５Ｖとなる。電圧制御ユニット（７０１、７０３、７０５、７０７）は、信号（図４Ｂの１６１）の発生を防止する。一例では、データバスに故障（１２５）が存在する場合、故障データバスライン（１２１）におけるライン電圧信号は、図４Ｂに描かれるように故障（１１９）がないデータバスラインのライン電圧信号に追従する。ライン（１２１）のライン電圧信号が（１１９）のライン電圧信号に追従する場合、データバスライン（１２１）及び（１１９）におけるライン電圧信号間の差分であるデータ信号は低減され、当該データバスを情報送信に使用することはできない。一例では、電圧制御ユニット（７０７）は、データバスライン（１２１）のライン電圧信号（図４Ｂの１６１）が基準電圧を上回ることを防止する。
【００４１】
図８は、データバスライン（図７の１１９、１２１）におけるライン電圧信号（１５１、８０３）の一例である。ライン電圧信号（１５１）は、故障を有しないデータバスライン（図７の１１９）のライン電圧信号である。ライン（８０１）は、故障の後のデータバスライン（図７の１２１）におけるライン電圧信号である。ラインにおける最大電圧レベルは、ユニット（図７の７０７）によって制御され、かつ、基準電圧によって画定される。データバスライン（図７の１２１）における最終電圧レベルは、ライン（図７の１２１）の当初の低電圧レベルである。一例では、各電圧は以下のようにまとめられる。すなわち、ラインデータバス（図７の１１９）の高電圧レベルが３Ｖとなり、データバスライン（図７の１１９）の低電圧レベルが２．５Ｖとなり、故障状態前のデータバスライン（図７の１２１）の高電圧レベルが２．５Ｖとなり、故障状態前のデータバスライン（図７の１２１）の低電圧レベルが２Ｖとなり、基準電圧が２．５Ｖとなり、故障状態後のデータバスライン（図７の１２１）の高電圧レベルが、電圧制御ユニット（図７の７０７）による基準電圧未満に制限される。
【００４２】
それゆえ、図７は、２つのデータバスラインからなる差動データバスと、基準電圧と、当該差動データバスにおけるライン電圧信号を生成する少なくとも一つの送信機と、当該差動データバスからライン電圧信号を受信するべく構成された少なくとも一つの受信機と、差動データバスに接続された少なくとも一つの電圧制御ユニットとを含み、当該電圧制御ユニットが、一つのデータバスラインにおける電圧が当該基準電圧を上回るように、かつ、第２のデータバスラインにおける電圧が当該基準電圧を下回るように維持する耐故障性通信システムの一例となる。
【００４３】
図９Ａは、耐故障性データバスをサポートする電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）の一例である。電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）は、電圧源（４０１）又は電圧レギュレータとダイオード（４０３）とからなる。一例では、電圧制御ユニット７０７（図７）は、データバスライン（図７の１２１）に接続される。電圧制御ユニット（図７の７０７）は、データバスライン（１２１）のおける電圧がＶ０未満まで下降することを防止する。電圧源（４０１）は、Ｖｓ＝Ｖ０−ＶＤによって与えられる電圧を供給する。ここで、Ｖｓは電圧源（４０１）の電圧、ＶＤはダイオード（４０３）の順方向電圧である。他例では、電圧がＶ０を超える場合、ダイオードは、順方向端子が電圧源の方を向くように逆方向に組み付けられ、電圧源は当該電流を「シンク」できるようにする必要がある。例えば、この場合の電圧源には、グランドに接続されたツェナーダイオードを埋め込むことができる。この例では、電圧源（４０１）の電圧ＶｓはＶｓ＝Ｖ０＋ＶＤによって与えられる。
【００４４】
他例では、抵抗器（４０５）は、電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）の一つが機能する結果、スパイクに電気的に直列に接続することができる。したがって、一例では、ダイオードの電圧制御器及び電圧源は抵抗器に接続される。他例では、電圧制御ユニットは、データバスラインに接続された抵抗器と、ダイオードに接続された抵抗器と、抵抗器に接続された電圧源とを含む。
【００４５】
他例では、接続ユニット（４０７）は、故障が検出された場合にアクティブにされる電子スイッチである。この例では、通常動作状態において、電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）は、データバスライン（図７の１１９、１２１）から切断される。データバスに接続された装置（１０６、１０４）によって故障状態が検出されると、故障を検出する装置（１０６、１０４）は接続ユニット（４０７）を動作させて電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）がデータバスライン（図７の１９、１２１）に接続されるようにする。電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）がデータバスライン（図７の１１９、１２１）に接続される場合、データバス（図７の１１９、１２１）は、故障にもかかわら情報を送信し続ける。この例では、電圧制御ユニットは、故障状態の事象時に電圧制御ユニットをデータバスライン（図７の１１９、１２１）に接続するべく構成された接続ユニットを含む。接続ユニット（４０７）は、故障を有するラインの電圧制御ユニットにのみ接続する。一例では、故障がライン（１２１）に存在する場合、接続ユニットは電圧制御ユニット（図７の２０３及び２０７）に接続する。
【００４６】
図９Ｂは、ＲＳ４８５のような耐故障性データバスをサポートする電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）の他例である。電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）は、電圧源（４０１）又は電圧レギュレータからなる。電圧源（４０１）は、抵抗器（４１１、４１３）を介してグランド端子（４１５）に接続される。バスライン（１２１）は、抵抗器（４１３）を介してグランド端子（４１５）に、かつ、抵抗器（４１１）を介して電圧源（４０１）に接続される。バスライン（１２１）の電圧は、Ｖ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）によって与えられる。ここで、Ｖは電圧源の電圧、Ｒ１は抵抗器（４１１）の抵抗、Ｒ２は抵抗器（４１３）の抵抗である。抵抗器（４１１、４１３）の値は、終端抵抗器（図７の１３０、１３２）に類似するように選択される。一例では、抵抗器（４１１）は１２０オームであり、抵抗器（４１３）は１２０オームである。追加例において、抵抗器（４１１）は１００オームから１５０オームの間であり、抵抗器（４１３）は１００オームから１５０オームの間である。ライン（１２１）における切断（図７の１２５）のような故障状態の場合、ライン（１２１）の電圧は、電圧制御ユニットにおける抵抗器（４１１、４１３）及び電圧源（４０１）によって画定される。要するに、電圧制御ユニットは電圧源（４０１）及び少なくとも２つの抵抗器を含み、当該電圧源は一の抵抗器に接続され、第２の抵抗器は第１の抵抗器に接続され、第２の抵抗器はグランド端子に接続され、データバスラインは第１及び第２の抵抗器に接続される。故障の場合に電圧制御ユニット（７０３）を接続するべく、スイッチ（４０７）を使用することができる。
【００４７】
図９Ｂに記載された回路の動作を理解するべく、当該回路の異なる要素における電圧の考察が与えられる。グランド（４１５）の電圧は０Ｖである。ライン１２１にバス故障１２５が存在し、かつ、送信機が故障を越えている場合、データバスライン（１２１）の電圧は、抵抗器（図９Ｂの４１１、４１３、及び図７の抵抗器１３２）のネットワークによって画定される。例えば、３つの抵抗器すべてが同じ値の場合、データバスライン（１２１）の電圧は、電圧源（４０１）の電圧の１／３となる。一例では、電圧源（４０１）の電圧が３Ｖの場合、データバスライン（１２１）の電圧は１Ｖとなる。すなわち、電圧制御ユニット（７０３）及び装置（１０６）の入力における電圧差は１Ｖとなる。一例では、（図７の１０６）において差動しきい値が２００ｍＶである場合、装置（図７の１０６）は、故障にもかかわらず、装置（図７の１０４）の送信データを検出する。
【００４８】
同様に、装置（図７の１０４）が反対の値、例えばライン（図７の１１５）の３Ｖ、及びライン（図７の１１７）の０Ｖを送信する場合、ライン（図７の１１３）の電圧は２Ｖとなり、反対の極性の１Ｖの差分が得られる。
【００４９】
それとは対称に、装置（図７の１０６）が装置（図７の１０４）へと送信し、かつ、ライン（図７の１２１）に切断（図７の１２５）が存在する場合、電子装置（図７の１０４）は電圧制御回路（図７の７０５、７０７）に起因する情報を受信する。
【００５０】
図１０Ａは、データバス（図１Ｂの１１９、１２１）に接続された装置（図１Ｂの１０６、１０４）のような電子装置の一例である。一例では、電子装置（１０６）は、電子機能ユニット（１００１）と、差動受信機（１００３）と、差動送信機（１００５）と、差動送信機（１００５）、差動受信機（１００３）及び電子機能ユニット（１００１）間の電気接続（１０１１、１０１３）と、電圧制御ユニット（１０１５、１０１７）とを含む。電圧制御ユニット（１０１５、１０１７）は、電圧制御ユニット（図７の７０３、７０５、７０７、７０９）と同じ機能を果たす。一例では、電圧制御ユニット（１０１５）は、ライン（１１１）の電圧が、画定された電圧を下回ることを防止する。電圧制御ユニット（１０１７）は、ライン（１１３）の電圧が、画定された電圧を超えることを防止する。
【００５１】
図１０Ｂは、データバス（図１Ｂの１１９、１２１）に接続された装置（図１Ｂの１０６及び１０４）のような電子装置の一例である。一例では電子装置（１０６）は、電子機能ユニット（１００１）と、差動受信機（１００３）と、差動送信機（１００５）と、差動送信機（１００５）、差動受信機（１００３）及び電子機能ユニット（１００１）間の電気接続（１０１１、１０１３）とを含む。この例では、差動受信機（１００３）若しくは差動送信機又はその双方が、電圧制御ユニット（１０１５、１０１７、１０１９、１０２１）を含み得る。さらなる例では、差動送信機（１００５）、差動受信機（１００３）は、電圧制御ユニット（１０１５、１０１７）が埋め込まれた一つの集積回路又は一つの電子モジュールとして実現することができる。一例では、電圧制御ユニット（１０１５）は、ライン（１１１）の電圧が、画定された電圧を下回ることを防止する。電圧制御ユニット（１０１７）は、ライン（１１３）の電圧が、画定された電圧を超えることを防止する。要するに、電圧制御ユニット（１０１５、１０１７、１０１９、１０２１）は、差動送信機（１００５）又は差動受信機（１００３）に埋め込むことができる。
【００５２】
他例では、高電圧差が１Ｖを超える場合、送信機の実際の高電圧差は１．９Ｖとなる。バスライン（例えば図７の１２１）における故障の場合、電圧制御ユニット（図７の７０３、７０７）の動作により、高電圧差は１Ｖまで低減される。低減された高電圧差は、送信信号の検出を妨げ得る。この問題を克服するべく推奨されるのは、通信システムにおける送信機が、提案の発明を使用して、プロトコル規格を最大限許容する電圧差を送信することである。例えば、ＣＡＮバスシステムでは、送信電圧差は２．５Ｖとなる。他例では、電圧制御ユニット（１０１５、１０１７）が送信機（１００５）に埋め込まれる場合、当該送信機はその送信電圧を、故障状態が発生するときに最大限許容される電圧まで増加させる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月15日(2016.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおいて送信された電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記送受信機に接続された電子装置と
を含み、
前記電子装置は、前記送受信機及び前記２線式通信リンクを介して他の電子装置と通信し、
前記受信機は、前記２線式通信リンクにおいて故障ゆえに歪んだ信号を受信し、
前記送信機は、前記２線式通信リンクにおいて歪んでいない信号を送信する送受信機。
【請求項２】
前記受信機は、それぞれが異なる電圧差レベルを検出するべく構成された少なくとも３つの受信機を含み、
前記受信機は論理回路に接続され、
前記論理回路は、一つの受信機が信号を検出し、かつ、２つの受信機が信号を検出しない場合に前記２線式通信リンクに故障が存在することを決定する請求項１に記載の送受信機。
【請求項３】
前記送信機は、前記論理回路に接続され、前記論理回路が前記２線式通信リンクに故障が存在することを決定する場合に、接続された前記電子装置の状態にかかわらず、前記通信リンクにおいて信号を送信する請求項２に記載の送受信機。
【請求項４】
差動２線式通信リンクにおける通信のための送受信機であって、
差動２線式通信リンクにおける電圧信号を送信するべく構成された送信機と、
前記差動２線式通信リンクにおける複数の電圧差を検出するべく構成された受信機と、
前記送受信機に接続された電子装置と
を含み、
前記電子装置は、前記送受信機及び前記２線式通信リンクを介して他の電子装置と通信し、
送信電圧信号の持続時間が、受信電圧差の持続時間と比較される送受信機。
【請求項５】
前記送信電圧信号の持続時間が、前記受信電圧差の持続時間と異なる場合に故障状態が決定され、
前記送信機は、前記２線式通信リンクにおいて前記故障状態が決定された場合に、接続された前記電子装置の状態にかかわらず前記通信リンクにおいて信号を送信する請求項４に記載の送受信機。
【請求項６】
耐故障性通信システムであって、
２つのデータバスラインからなる差動データバスと、
前記２つのデータバスラインのそれぞれにおいてライン電圧信号を生成するべく構成された少なくとも一つの差動送信機と、
各データバスラインからライン電圧信号を受信するべく構成された少なくとも一つの差動受信機と、
データバスラインの低電圧信号よりも高く、かつ、データバスラインの高電圧信号よりも低い基準電圧と、
差動データバスに接続された少なくとも一つの電圧制御ユニットと
を含み、
前記電圧制御ユニットは、一つのデータバスラインにおける電圧が前記基準電圧を上回るように維持し、かつ、第２のデータバスラインにおける電圧が前記基準電圧を下回るように維持する耐故障性通信システム。
【請求項７】
前記基準電圧は、２つのデータバスラインの電圧の組の共通電圧レベルである請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項８】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続されたダイオードと、
前記ダイオードに接続された電圧源と
を含む請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項９】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続された抵抗器と、
前記抵抗器に接続されたダイオードと、
ダイオードに接続された電圧源と
を含む請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１０】
前記電圧制御ユニットは、
データバスラインに接続されたダイオードと、
前記ダイオードに接続された抵抗器と、
前記抵抗器に接続された電圧源と
を含む請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１１】
前記電圧制御ユニットは、故障状態の事象において前記電圧制御ユニットをデータバスラインに接続するべく構成された接続ユニットを含む請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１２】
前記電圧制御ユニットは電圧源及び少なくとも２つの抵抗器を含み、
前記電圧源は抵抗器に接続され、
第２の抵抗器が第１の抵抗器に接続され、
第２の抵抗器がグランド端子に接続され、
データバスラインが第１及び第２の抵抗器に接続される請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【請求項１３】
前記電圧制御ユニットは前記差動受信機又は差動送信機に埋め込まれる請求項６に記載の耐故障性通信システム。
【国際調査報告】
2017515427.tif 000018
2017515427.tif 000019
2017515427.tif 000020