STD-CUTGN-V1.0J

CUnet

テクニカルガイド（ネットワーク用）

ご注意
1. 本ガイドに記載された内容は、将来予告なしに変更する場合があります。本製品をご使用になる際には、本ガイドが最新の版数であるかをご確認ください。
2. 本ガイドにおいて記載されている説明や回路例などの技術情報は、お客様が用途に応じて本製品を適切にご利用をいただくための参考資料です。実際に本製品をご使用になる際には、基板上における本製品の周辺回路条件や環境を考慮の上、お客様の責任においてシステム全体を十分に評価し、お客様の目的に適合するようシステムを設計してください。当社は、お客様のシステムと本製品との適合可否に対する責任を負いません。
3. 本ガイドに記載された情報、製品および回路等の使用に起因する損害または特許権その他権利の侵害に関して、当社は一切その責任を負いません。
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5. 本製品は、人命に関わる装置用としては開発されておりません。人命に関わる用途への採用をご検討の際は、当社までご相談ください。
6. 本ガイドの一部または全部を、当社に無断で転載および複製することを禁じます。

テクニカルガイド（ネットワーク用）

はじめに
本書は、CUnet を利用するにあたって、ネットワークの構築に役立つ予備知識や技術的説明を記述します。
本書の理解に先駆けて、 CUnet導入ガイドを必ずお読みください。

●対象読者
・CUnet を初めて構築する方・CUnet を構築するために、弊社の各種 IC を初めてご利用になる方●読者が必要とする知識
・ネットワーク技術に関する標準的な知識・半導体製品（特にマイクロコントローラおよびメモリ）に関する標準的な知識【注意事項】
・2003 年 3 月までにリリースした

CUnet ユーザーズマニュアルをお持ちの方へ

本書は、国際標準規格の表現に統一するために、一部の用語が変更されていますのでご注意ください。

■ 本書は、ISO（世界標準規格）や ANSI（米国規格）といった国際標準規格に準拠したグリッシュ

TM

CUTGN-V1.0E

スタンダード・インのノウハウに基づいて記述されています。このため本書は、同製品の英文ドキュメント STDと完全に整合された日本語ドキュメントです。

・スタンダード・イングリッシュは、株式会社ウインの商標です。

- 3 -CUnet- 4 -テクニカルガイド（ネットワーク用）

目

次

1 推奨のネットワーク ...............................................................................................72 マルチドロップ接続 ...............................................................................................73 通信ケーブルにおける終端処理の原理 ..................................................................83.1

水の波紋にたとえた信号伝播 ................................................................................... 83.2

電気的な実際の信号伝播........................................................................................... 94 終端抵抗の具体的な接続 ......................................................................................105 スタブ（引出し線）接続の禁止 ...........................................................................116 未使用ツイストペア線の処理...............................................................................127通信ケーブルの選択 ............................................................................................138 差動ドライバ／レシーバ部品の選択方法 .............................................................1498.1

差動ドライバの選択................................................................................................ 148.2差動レシーバの選択................................................................................................ 15パルストランスの使用.........................................................................................169.1

パルストランス使用の利点 .................................................................................... 169.2

パルストランス使用時の信号の透過性 .................................................................. 1710

活栓挿抜への対応 ..............................................................................................1811

テストの実施方法と結果 ...................................................................................19- 5 -CUnet

図目

次図1

ハーフデュプレックス（半二重）通信方式の接続 ................................................... 7

図2

ハーフデュプレックス（半二重）通信方式におけるマルチドロップ接続 ............... 7

図 3.1

波の伝わり ................................................................................................................ 8

図 3.2

電気的な実際の信号伝播........................................................................................... 9

図4

ハーフデュプレックス（半二重）通信方式における終端処理 ............................... 10

図 5.1

スタブが無い接続.................................................................................................... 11図 5.2

スタブがある接続.................................................................................................... 11

図6

ツイストペア線の構造と未使用ツイストペア線の処理 .......................................... 12

図7

シールド付き通信ケーブルの敷設 .......................................................................... 13

図8レシーバの感度および再生性能のテスト方法 ........................................................ 15

図 9.1

パルストランス ....................................................................................................... 16

図 9.2

信号の透過性........................................................................................................... 17

図 10.1 2 つのモジュラコネクタを使った装置間の接続...................................................... 18
図 10.2 サブ基板方式による個別装置の活栓挿抜への対応 ................................................. 18
図 11

ハーフデュプレックス（半二重）通信方式におけるノイズテスト ........................ 19- 6 -テクニカルガイド（ネットワーク用）

推奨のネットワーク
CUnet は、ハーフデュプレックス（半二重）通信方式のネットワークにおいて稼動するシステムです。
CUnet の利用にあたっては、図 1 に示すネットワークの接続を推奨しています。図中の TRX（ドライバ／レシーバ）は、パルストランスと、RS-485 仕様の差動ドライバ／レシーバから構成されています。この TRXは、CUnet 専用 IC と通信ケーブルとの間を電気的に絶縁します。通信ケーブルとしては、イーサネット LAN用の通信ケーブル（10BASE-T、カテゴリ 3 以上）であり、かつ一括シールドの通信ケーブルを推奨します。

弊社が推奨する部品の入手方法については、弊社の Web サイトをご参照ください。

http://www.steptechnica.com/

マルチドロップ接続
CUnet は、CUnet 専用 IC 間をマルチドロップ接続して構成されます。図 2 にハーフデュプレックス（半二重）通信方式のマルチドロップ接続を示します。これらマルチドロップ接続された通信ケーブルの終端（両端）には、終端抵抗を接続し、インピーダンス整合を保つ必要があります。

- 7 -CUnet

通信ケーブルにおける終端処理の原理
CUnet のネットワークを構築するために通信ケーブルを利用する場合は、通信ケーブルの両端に通信ケーブ
ルのインピーダンスと同じ値の終端抵抗を接続しなければなりません。この終端処理の目的は、送信中の信号波形が破壊や消滅せずに受信側装置へ到達することです。以下、その原理を示します。

3.1 水の波紋にたとえた信号伝播
水の波紋に例えた信号伝播を、図 3.1 を使って説明します。
① デジタル信号の伝播メカニズムは、水面の波紋が広がって行く様子に似ています。
② この波が何らかの障害物に当ると、反射により、戻る波が発生します。
③ 永遠に障害物に当らなければ、このような反射の波は発生しません。

- 8 -テクニカルガイド（ネットワーク用）

3.2 電気的な実際の信号伝播
電気的な実際の信号伝播を、図 3.2 を使って説明します。
① 通信ケーブルは、どの位置から見てもインピーダンスが同じ負荷（重さ）の水にたとえることができます。インピーダンスが 100Ω の通信ケーブルは、どの位置から見ても 100Ω です。
② 通信ケーブルの終端が開放されている場合は無限に大きな抵抗が接続されているのと同等であり、大きな壁が存在するような状態です。このインピーダンスが異なる壁に伝播信号が当ると、反射する信号が生じます。
③ 通信ケーブルが永遠に長く続いていれば、このような信号の反射は発生しません。
通信ケーブルにおいては、通信ケーブルのインピーダンスと同じ値の抵抗（終端抵抗）を接続することによって、永遠に長く続く通信ケーブルと等価な電気的特性の環境を創り出すことができます。
以上の理由から、CUnet の通信ケーブルを利用するネットワークにおいては、通信ケーブルの終端に終端抵抗を接続してください。

ネットワークの全てにおいて均一なインピーダンスを保っていることを、 インピーダンス整合がとれている と言います。反対に一部位のインピーダンスが均一でないことを、 インピーダンス不整合と言います。

- 9 -CUnet終端抵抗の具体的な接続
本節は、終端抵抗の具体的な接続について、記述します。
図 4 に、CUnet 専用 IC を搭載した装置同士の接続における終端抵抗の接続を示します。
終端抵抗は、ケーブルの終端へ接続してください。図 4 のように、マルチドロップ接続の中間位置（通信ケーブルにおける途中の位置）に存在する装置へは、終端抵抗を接続しないでください。

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テクニカルガイド（ネットワーク用）

スタブ（引出し線）接続の禁止￥

CUnet のネットワークにおいて通信ケーブルを利用する場合は、スタブ（引出し線）による分岐接続（図 5.2）をしないでください。以下にその理由を説明します。
スタブの無い接続（図 5.1）の場合とスタブによる分岐接続（図 5.2）の場合には、電気的特性が異なります。
スタブの無い接続（図 5.1）の場合にはインピーダンス整合が保たれますが、スタブによる分岐接続（図 5.2）の場合にはスタブの分岐点においてインピーダンス不整合が発生します。これにより、図中に比喩的に表現された水面の波紋の伝播と同様に、スタブによる分岐接続（図 5.2）の場合には、信号の反射や、伝播エネルギのロスが発生します。したがって、スタブによる分岐接続（図 5.2）は、CUnet 用の通信ケーブルを利用するネットワークにおいては不適合です。

- 11 -

CUnet

未使用ツイストペア線の処理
複数のツイストペアによって構成された通信ケーブルにおいては、各ツイストペアの撚りピッチがそれぞれ異なっています（図 6 参照）。これは、各ツイストペア間に伝播する信号同士の干渉（クロストーク）を抑止するためです。
CUnet において、複数のツイストペアによって構成された通信ケーブルを使用する場合は、未使用のツイストペア線と使用するツイストペア線を並列接続しないでください（図 6 参照）。
弊社が実施した実用テストにおいては、未使用ツイストペア線の並列接続以外の方法によって処理（開放のままや GND へ接続するなど）しても、ツイストペア線を伝播する信号に悪影響を与えることはありませんでした。

ツイストペア線を伝播する信号の速度は、撚りピッチの相違によって（実効的なケーブル長が異なるため）わずかに異なります。複数のツイストペア線を並列接続した場合には、信号の到達点において、時間差を持った信号が合成されてしまうため、伝送信号の崩壊を助長する可能性があります。

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テクニカルガイド（ネットワーク用）

通信ケーブルの選択
電線（ケーブル）としては、電源の供給用から微小信号の伝送用まで、用途や目的によって様々な種類があります。
一般に、分布量が小さく、信号伝播速度が速く、信号の減衰が少く、クロストーク（信号同士の干渉）が少ないといった性質を持つことにより、信号伝送性能の優れた電線（ケーブル）が 通信ケーブル として利用されます。これらの特性を維持する通信ケーブルは、必然的にインピーダンスが均一です（ 3.2
な実際の信号伝播電気的参照）。

CUnet の利用においては、通信ケーブルをご利用いただくことが基本です。さらに、コネクタ等へ接続する際の加工性や敷設の簡易さ、シールドの有無、難燃性や強度などといった信号伝送能力以外の要因も考慮して、ユーザシステムに適合する通信ケーブルを選択してください。
弊社が推奨する部品の入手方法については、弊社の Web サイトをご参照ください。

http://www.steptechnica.com/
CUnet におけるネットワークのケーブル長が比較的短い（10m 程度）場合には、信号伝送性能について、あまり拘る必要はありません。しかし、ケーブル長が長くなればなるほど信号伝送性能は重要視されます。
このような観点から弊社は、イーサネット LAN 用の通信ケーブル（10BASE-T、カテゴリ 3 以上）、かつ一括シールドの通信ケーブルの利用を推奨します。一括シールドの通信ケーブルを使用する目的は、ケーブル外部からのノイズ（静電気など）による、ネットワークへ接続された装置の破壊防止です（図 7 参照）。また、通信ケーブル内部から外部へ信号ノイズを放出させないことも目的の一つです（図 7 参照）。
シールドの接地は、一般に 1 点アースが良いと論議されていますが、ユーザシステムにおいては理想的な 1点アースを採れるような環境は稀であり、実用面において 1 点アースが良いとは言い切れません。したがって、ユーザシステムの環境において最も高い効果を得ることができる接地（片側接地、両側接地、中間点のそれぞれに接地、無接地など）方法を、お客様ご自身が選択してください。

CUnet の稼動の良否判定には、CUnet 専用 IC に搭載されている ネットワークの管理機能（LCARE信号） が役立ちます。 ネットワークの管理機能（LCARE 信号） の詳細は、CUnet 専用 IC の各種マニュアルを参照してください。

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CUnet差動ドライバ／レシーバ部品の選択方法
本節は、ネットワークに使用する RS-485 仕様の差動ドライバ／レシーバ部品の選択方法について記述します。

8.1 差動ドライバの選択
CUnet に利用する差動ドライバを選択する際には、以下の条件を満たしていなければなりません。
① 転送レートに対応したドライブ応答性能を備えていること
例えば、12Mbps における CUnet のパケットは、6MHz および 3MHz の周波数成分信号によって構成されています。したがって、周波数が高い成分 (6MHz) の正規クロック（デューティ比 50％の方形波あるいはサインカーブ信号）をドライバの入力端子へ入力した時に、差動ドライバの出力がデューティ比 50％の正規クロックと同様に駆動できること。
② ケーブルインピーダンスの負荷を駆動可能なドライブ能力を持っていること
5.0V 電源によって動作するドライバの場合には、100Ω インピーダンスの通信ケーブルをドライブする能力が± 50mA（5.0V ÷ 100Ω）以上であること。
③ 温度上昇時の遮断（サーマルシャットダウン）機能を備えていること
装置の故障や想定外の異常が発生した時に、ドライバがイネーブル状態になりかつドライブ信号が静止した場合、パルストランスの一次側コイルが単なる銅線として働き、直流負荷 0Ω（ショート状態）と等価になります。この時に差動ドライバからは最大の電流が継続して流れ、差動ドライバ部品が発熱します。通常の差動ドライバはこの事態が想定されているため、温度上昇時の遮断（サーマルシャットダウン）機能を装備しています。
CUnet

導入ガイド や、CUnet 専用 IC の各種 マニュアル 等に記述されている信号伝送可

能なケーブル長の目安は、5.0V 電源によって動作する差動ドライバ部品を利用した弊社の実験計測に基づいています。5.0V 電源によって動作する差動ドライバ部品の出力は 5.0Vp-p ですが、3.3V 電源によって動作する差動ドライバ部品の出力は 3.3Vp-p です。このように差動ドライバ部品の駆動電源の相違によって、通信ケーブルへ信号供給するエネルギは異なります。このため、信号伝送可能なケーブル長の目安は、供給するエネルギに応じて異なると考察されます。

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テクニカルガイド（ネットワーク用）

8.2 差動レシーバの選択
CUnet に利用する差動レシーバは、以下の条件を満足していなければなりません。
① 転送レートの信号に対して、充分な応答能力を持っている。
② 上記①の信号に対して、充分な感度を持っている。
差動レシーバの受信感度と高周波数への応答能力の両方が充分ではない場合は、 CUnet 導入ガイド や、CUnet の各マニュアル等に記述されている、通信ケーブル長の目安の記述値（例： CUnet 導入ガイド の表 1）を期待することはできません。
弊社の経験においては、差動レシーバのメーカが提供しているマニュアルやスペックシートの記述からでは、必要充分な感度や再生性能を得ることができるかどうかが不明な品種がありました（以下の 2 つの例に使用したレシーバのマニュアルにおいては、 12Mbps 対応 と表記されていました）。
例１： RS-485 仕様における受信感度は 200mVp-p です。A 社のマニュアルにも受信感度は200mVp-p と記述されていました。しかし実際には、この受信感度を得ることができるのは、周波数成分が 1MHz 未満の信号の場合でした。
例 2： B 社の場合は、12MHz の正規クロックを入力した時に、デューティ比 50％の正規クロックを再生できるための入力感度として 3.0Vp-p を必要とする品種もありました。

上記のことから、CUnet に利用する差動レシーバの選択にあたっては、実用に向けた極めて簡易な実験（図8 参照）をお客様ご自身が実施することを推奨致します。例えば、6MHz および 3MHz の周波数成分から成り立つ 12Mbps の転送レートを利用する場合、以下の 2 つの信号を差動レシーバの入力端子へ接続します。
① 200mVp-p 以下の 6MHz 正規クロック（デューティ比 50％の方形波やサインカーブ信号）② 500mVp-p 以下の 12MHz 正規クロック（デューティ比 50％の方形波やサインカーブ信号）
これらのクロックを入力し、 レシーバがデューティ比 50％（あるいは 5％未満程度のわずかなデューティ崩壊程度）のロジック信号（方形波）を出力するか を観測します。

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CUnetパルストランスの使用
CUnet のネットワークにおいては、パルストランスの使用を推奨しています。本節は、パルストランスを使用する利点と、信号の透過性について記述します。

9.1 パルストランス使用の利点
CUnet のネットワークにおいて、以下の 3 つの利点を得ることができるため、パルストランスの使用を推奨しています。
① CUnet 専用 IC を搭載する電子部品（回路基板など）を、ネットワークに対して電気的に絶縁できます（図 9.1 参照）。
② パルストランスが存在しない場合であって、かつドライバがネットワークをドライブし続けるといった故障の場合には、全ての信号伝送を阻害してしまいます。その結果、ユーザシステム全体が余儀なく停止する事態が発生します。このような場合、パルストラン
スが使用されていれば、パルストランスは直流成分（DC 成分）を通過させません。したがって、故障した装置のみが信号を伝送できないだけであって、他の装置に悪影響を及ぼすことがありません。
③ ネットワークへ外部ノイズが侵入した場合、レシーバ部品にそのノイズが直接到着してしまうことを抑制します。この結果、外部ノイズに対する装置のガード能力が向上します。
弊社が推奨するパルストランスは、CUnet の 12Mbps、6Mbps、3Mbps の転送レートに適合します。
弊社が推奨する部品の入手方法については、弊社の Web サイトをご参照ください。

http://www.steptechnica.com/
12Mbps、6Mbps、3Mbps 以外の転送レート（12Mbps 以上あるいは 3Mbps 以下）によって CUnetを利用する場合には、お客様ご自身が適合するパルストランスを選択してください。

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テクニカルガイド（ネットワーク用）

9.2 パルストランス使用時の信号の透過性
転送レートに適合するパルストランスを使用した場合は、信号の透過性が高いため、そのパルストランス自体の存在を無視できます。CUnet におけるマルチドロップ接続とパルストランスの存在、および信号の透過性を、図 9.2 に示します。なお、 4

終端抵抗の具体的な接続 に記述された終端抵抗を接続する場合、パルストランスと終端抵抗との関係は図 9.2 からも理解できるように、パルストランスを信号が通過する前あるいは通過した後のどちらの位置に終端抵抗を配置しても、効果は同じです。

9.1

パルストランス使用の利点 に記述されたような利点を必要としないユーザシステムの場合には、パルストランスを使用しないことも可能です。CUnet 専用 IC の機能は、パルストランス使用の有無に関わらず問題なく動作します。

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CUnet

活栓挿抜への対応
ユーザシステムにおいては、CUnet 搭載装置の活栓挿抜を必要とする場合があります。このような場合、マルチドロップ接続されている回線の途中が切断状態にならない工夫が必要です。例えば 2 つのモジュラコネクタの接続を、図 10.1 と図 10.2 に示します。

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テクニカルガイド（ネットワーク用）

テストの実施方法と結果制御や計測に利用される信号伝送システムにおいては、そのシステムが設置される周辺環境からのノイズ（例えば工場の場合は、他の機械から発生するノイズ）によって、信号伝送システムの装置の誤動作や破壊を招く場合があります。
この様な場合には、一般に IC 部品を搭載するユーザ装置の設計段階においてノイズ対策を施します。しかし多くの場合、破壊防止以外の効果を得ることができません。その理由は、通信ケーブルを伝播する信号自体を損なわない範囲内においてしかノイズ対策を実行することができないことと、周辺環境から侵入したノイズの全てを除去することができないためです。除去しきれないノイズが正規な信号のように作用し、通信ケーブルを伝播する信号と合成されてしまいます。その結果、データ化けや誤動作を誘発してしまいます。
弊社はこの状況を想定して、図 11 に示すような、信号レベルのノイズを通信ケーブルへ注入するノイズテストを実施しています。このテスト方法は、論理的に極めて過酷なテストに相当します。弊社の CUnet は、それぞれの転送レートにおける 48 時間以上の連続稼動テスト（１秒間に平均 40 回のノイズ注入。 40 × 60秒× 60 分× 48 時間＝ 6,912,000 回のノイズ注入）の結果、データ化けや誤動作の発生が皆無であることを確認しています。
ノイズに対する検定などの具体的内容は、 CUnet 導入ガイド の 6 データの品質保証 の項を参照してください。

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■ 開発・製造

株式会社ステップテクニカ〒 358-0011 埼玉県入間市下藤沢 757-3
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テクニカルガイド（ネットワーク用）
ドキュメント No.：STD-CUTGN-V1.0J
発行年月日：2006 年 1 月