JP2016058949A - 単一バス通信システム、マスタ通信装置及びスレーブ通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスタ通信装置からスレーブ通信装置に常に一定周期のパルス状の同期信号を送信する構成において、同期信号から発生するノイズを抑制しながら高速通信することが可能となる単一バス通信システム、マスタ通信装置及びスレーブ通信装置を提供する。
【解決手段】マスタ通信装置１は、非データ通信期間においては立上り及び立下りのスルーレートが抑制された同期信号を送信し、スレーブ通信装置２との間のデータ通信時は、立上り及び立下りのスルーレートの抑制を解除する。これにより、非データ通信期間においては同期信号からのノイズの発生を抑制し、マスタ通信装置１からのデータ通信時は同期信号に同期して高速通信することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスタ通信装置からスレーブ通信装置に単一バスを介して一定周期のパルス状の同期信号を常に送信する単一バス通信システム、この単一バス通信システムで使用されるマスタ通信装置及びスレーブ通信装置に関する。

本出願人は、先に特許文献１を出願した。この特許文献１は、マスタ通信装置とスレーブ通信装置との間を単一バスで接続し、マスタ通信装置は、スレーブ通信装置に一定周期のパルス状の同期信号を単一バスを介して常に送信し、スレーブ通信装置は、マスタ通信装置から受信した同期信号の受信タイミングに応じてデータをマスタ通信装置に送信するようになっている。このような構成によれば、スレーブ通信装置は、マスタ通信装置からの同期信号の受信タイミングに応じてデータを送信するので、マスタ通信装置に搭載されている高精度の発振回路を搭載する必要はなく、比較的精度の低い発振回路でも高精度の通信を行うことができる。

特願２０１４−８１８８９

しかしながら、特許文献１のものは、マスタ通信装置が一定周期のパルス状の同期信号を常に送信する構成であるので、必要時のみ通信を行う他の通信システムに比較して、マスタ通信装置から同期信号の立上り及び立下りに発生するノイズの影響が大きい。つまり、パルス状の信号の立上り、立下りが急峻な場合、立上り時のオーバーシュート、立下り時のアンダーシュートがノイズとなり、通信周波数の高調波ノイズとなって現れることが一般的に知られている。この高調波ノイズの周波数がＡＭ・ＦＭラジオの周波数帯域に重なったり、キーレスエントリーやスマートキーで使用している周波数帯域に重なったりすると、ラジオ聴感の悪化やシステム誤作動の問題となる。

一方、同期信号の立上り及び立下りを鈍らせると（スルーレートを抑制すると）、ノイズによる影響を抑制することができるものの、立上り、立下りに時間を要するため、マスタ通信装置とスレーブ通信装置との同期タイミングがずれて高速通信を行うことが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、マスタ通信装置からスレーブ通信装置に常に一定周期のパルス状の同期信号を送信する構成において、同期信号から発生するノイズを抑制しながら高速通信することが可能となる単一バス通信システム、マスタ通信装置及びスレーブ通信装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、マスタ通信装置は、スレーブ通信装置との間でデータ通信していない非データ通信期間は、スルーレート抑制手段により同期信号の立上り及び立下りの少なくも一方のスルーレートを抑制した状態で送信する。これにより、同期信号の立上り及び立下りの少なくとも一方のスルーレートが抑制されるので、同期信号から発生するノイズを抑制することができる。そして、マスタ通信装置は、スレーブ通信装置からデータを受信した場合は、同期信号のスルーレートを抑制した状態を解除する。これにより、マスタ通信装置は、スレーブ通信装置と同期タイミングを合わせた状態でデータを高速通信することが可能となる。

一実施形態における単一バスシステムを示すブロック図 ドライバ回路を示す回路図 ドライバ回路の変形例を示す回路図 同期信号供給時の同期信号及び単一バス上の信号を示す図 通信時の同期信号及び単一バス上の信号を示す図 その他の実施形態における同期信号を示す図

以下、本発明を車両に搭載された単一バス通信システムに適用した一実施形態について図１から図５を参照して説明する。
単一バス通信システムは、メインＥＣＵ（electronic control unit）に搭載されたマスタ通信装置１と複数のサブＥＣＵにそれぞれ搭載された複数のスレーブ通信装置２とを単一バス３を介して接続して構成されている。
マスタ通信装置１は、図示しないマイクロコンピュータからの指令で動作するもので、ロジック回路４、水晶発振回路５（同期信号生成手段）、ドライバ回路６（スルーレート抑制手段）、レシーバ回路７から構成されている。

ロジック回路４は例えば半導体集積回路から構成されており、データ送信回路４ａ（同期信号生成手段、マスタデータ送信手段）、データ受信回路４ｂ、データ比較回路４ｃ、データ送信制御回路４ｄを有する。データ送信回路４ａは、水晶発振回路５からのクロック信号に基づいて所定周期の同期信号を生成すると共にマイクロコンピュータから受信したデータ（ビット列）に基づいて送信データを生成し、その生成した送信データをデータ比較回路４ｃ及びデータ送信制御回路４ｄに出力する。データ送信制御回路４ｄは、データ送信回路４ａから入力した送信データを後述するように制御した状態で送信データＡ１をドライバ回路６へ出力する。ドライバ回路６は、入力した送信データＡ１を送信信号に変換した状態で単一バス３に出力する。

レシーバ回路７は、単一バス３上の受信信号を変換した受信データＡ２をデータ受信回路４ｂに出力する。データ受信回路４ｂは、レシーバ回路７から受信した受信データＡ２から真の受信データを抽出してデータ比較回路４ｃに出力する。データ比較回路４ｃは、データ送信回路４ａから入力した送信データと、データ受信回路４ｂから入力した受信データとを比較し、その比較結果に応じた制御指令をデータ送信制御回路４ｄに出力する。つまり、データ送信回路４ａから単一バス３上に出力される信号と単一バス３上から入力される信号との両方の信号が一致する場合は、スレーブ通信装置２がデータを送信していないことから、データ送信制御回路４ｄに対して送信を許可する制御指令を与える。両方の信号が異なる場合は、スレーブ通信装置２がデータを送信していることから、データ送信制御回路４ｄに対して送信を禁止する制御指令を与える。データ送信制御回路４ｄは、データ送信回路４ａから入力した送信データＡ１のドライバ回路６への送信を、データ比較回路４ｃから入力する制御指令に基づいて制御（許可又は禁止）する。尚、ロジック回路４自体をマイクロコンピュータ等で代用しても良い。

ドライバ回路６は、図２に示すように、ロジック回路４から送信データＡ１が入力する信号ライン８、スルーレート切替回路９、ｐＭＯＳＦＥＴ１０、抵抗１１、ｎＭＯＳＦＥＴ１２から構成されている。信号ライン８はｐＭＯＳＦＥＴ１０のゲートと接続されている。

スルーレート切替回路９は、同期信号のスルーレートを調整するもので、信号ライン８とグランドラインとの間にスイッチ９ａとコンデンサ９ｂとの直列回路を複数並列接続して構成されている。この場合、各コンデンサ９ｂは異なる静電容量を有している。複数のスイッチ９ａは、マイクロコンピュータからマスタ通信装置１に与えられる波形切替の指令に応じて選択的にＯＮする。ｐＭＯＳＦＥＴ１０のソースは抵抗１１を介して電源ラインと接続され、ドレインはグランドラインと接続されている。ｎＭＯＳＦＥＴ１２のゲートはｐＭＯＳＦＥＴ１０のソースに接続され、ドレインは単一バス３に接続され、ソースはグランドラインに接続されている。つまり、ｎＭＯＳＦＥＴ１２はオープンドレイン出力となる形態で単一バス３と接続されている。

ここで、各スイッチ９ａのＯＦＦ状態では、送信データＡ１はスルーレートが抑制されることなくそのままｐＭＯＳＦＥＴ１０に与えられる。一方、所定のスイッチ９ａが選択的にＯＮした状態では、所定のコンデンサ９ｂが信号ライン８とグランドライン間に選択的に接続されるので、接続されたコンデンサ９ｂの静電容量に応じて同期信号の立上り及び立下りのスルーレートが抑制される。この場合、何れのコンデンサ９ｂを選択するかはノイズによる影響に応じて決定する。つまり、ノイズによる影響が大きな環境で使用する場合は静電容量が大きなコンデンサ９ｂを選択することで、スルーレートの抑制を大きくする。
尚、図２では２個のコンデンサ９ｂの一方を選択的にＯＮする構成を例示したが、３個以上のコンデンサ９ｂを設け、波形切替に応じて何れかのコンデンサ９ｂを選択的にＯＮするように構成しても良い。

また、スルーレート切替回路９としては、図３に示すように、簡易的に信号ライン８とｐＭＯＳＦＥＴ１０のソースとの間にスイッチ９ａに並列にスイッチ９ａと抵抗９ｃとの直列回路を複数接続するようにしても良い。この場合、抵抗９ｃは異なった抵抗値を有している。そして、波形切替の指令に応じて所定のスイッチ９ａを選択的にＯＮすることにより所定の抵抗９ｃをｐＭＯＳＦＥＴ１０のソースに接続することで、同期信号のスルーレートを抑制するようにしても良い。尚、抵抗９ｃと接続されていないスイッチ９ａを選択的にＯＮすることで送信データＡ１をスルーレートが抑制されることなくそのままｐＭＯＳＦＥＴ１０に与えることができる。

図１に示すように、単一バス３は、抵抗１３とダイオード１４との直列回路を介して電源ラインＶｄｄにプルアップ接続されており、単一バス３の論理はローアクティブとなっている。つまり、ハイレベルとローレベルの中間の電圧がマスタ通信装置１またはスレーブ通信装置２に印加されると、内部状態が不安定になったり誤動作したりする可能性があることから、ハイレベルまたはローレベルの電圧がマスタ通信装置１及びスレーブ通信装置２に印加されるようにしている。この場合、ドライバ回路６の出力段はオープンドレインであることから、ｎＭＯＳＦＥＴ１１のオン状態では単一バス３からｎＭＯＳＦＥＴ１１に電流が流れ込み、その状態では単一バス３の信号レベルはローレベルとなる。

スレーブ通信装置２は、図示しないマイクロコンピュータからの指令で動作するもので、ロジック回路１５、レシーバ回路１６、ドライバ回路１７、ＣＲ発振回路１８（スレーブデータ送信手段）から構成されている。ロジック回路１５は、立下りエッジ検知回路１５ａ（同期タイミング確立手段、エッジ検知回路）、同期回路１５ｂ（同期タイミング確立手段、同期回路）、データ送信回路１５ｃ（スレーブデータ送信手段）を有する。立下りエッジ検知回路１５ａは、レシーバ回路１６から入力する信号（単一バス３上の信号）Ｂ２の立下りエッジを検知すると、立下りエッジの検知を同期回路１５ｂに出力する。同期回路１５ｂは、立下りエッジの検知を入力すると、その立下りエッジの入力タイミングで同期を確立する。データ送信回路１５ｃは、マイクロコンピュータから受信したデータ（ビット列）、同期回路１５ｂから入力する同期指令及びＣＲ発振回路１８からのクロック信号に基づいて送信データＢ１を生成してドライバ回路１７に出力する。ドライバ回路１７は、送信データを送信信号に変換した状態で単一バス３に出力する。

次に、上記構成の作用について説明する。
マスタ通信装置１は単一バス３に同期信号を常に送信している。本実施形態では、同期信号はローアクティブであり、一定周期でハイレベルから一定周期のパルス状にローレベルとなっている。ここで、マスタ通信装置１は、スレーブ通信装置２にデータを送信していないと共にスレーブ通信装置２からのデータを受信していない非データ通信期間においては、マイクロコンピュータの波形切替により所定のスイッチ９ａを選択的にＯＮしている。すると、信号ライン８とグランドラインとの間に所定のコンデンサ９ｂが選択的に接続されるので、信号ライン８とグランドラインとの間の静電容量が大きくなり、同期信号の立下り及び立上りを鈍らせることができる。この場合、立上り（立下り）のスルーレートは、単位時間当りに立上り（立下り）に要した時間であることから、立上り（立下り）が鈍っているということは、スルーレートが抑制されていることを意味する。このようにスルーレートが抑制された状態では、単一バス３上の同期信号は、図４に示すような台形波形となっており、立上り時のオーバーシュート、立下り時のアンダーシュートによるノイズの発生を抑制することができる。

マスタ通信装置１は、スレーブ通信装置２にデータを送信する場合は、所定のスイッチ９ａをＯＦＦすることによりスルーレートの抑制状態を解除した状態で、データを同期信号に同期させて送信する。スレーブ通信装置２は、受信した同期信号に同期したデータをレシーバ回路１６において抽出することで、マスタ通信装置１からデータを受信することができる。

さて、スレーブ通信装置２は、非データ通信時においてば、マスタ通信装置１から図４に示す台形波形の同期信号を受信しており、その同期信号の受信タイミングに基づいて同期タイミングを確立している。この場合、同期信号の受信タイミングとは、立上りタイミングで同期を確立する場合は、同期信号がハイレベルの例えば８０％のレベルまで上昇したタイミングであり、本実施形態のように立下りタイミングで同期を確立する場合は、同期信号がハイレベルから例えば２０％のレベルまで低下したタイミングである。スレーブ通信装置２は、マスタ通信装置１から受信した同期信号とＣＲ発振回路１８からのクロック信号に基づいて送信データを生成しており、マスタ通信装置１から受信した同期信号に基づいてデータの送信開始タイミングを決定すると共にＣＲ発振回路１８からのクロック信号に基づいて送信データの終了タイミングを決定している。この場合、ＣＲ発振回路１８からのクロック信号の精度がマスタ通信装置１に搭載されている水晶発振回路５に比較して低いといっても、データの長さを決定するには十分な精度であることから、水晶発振回路のような精度の高い発振回路を用いることなく送信データの精度を高めることが可能となる。

ここで、マスタ通信装置１は、データ比較回路４ｃにおいて送信データと受信データとが異なることを検出した場合は、スレーブ通信装置２からのデータを受信したと判断し、ドライバ回路６のスルーレート切替回路９に対する波形切替を解除する。スルーレート切替回路９は、波形切替が解除された場合は、全てのスイッチ９ａをＯＦＦする。これにより、信号ライン８とグランドラインとの間にはコンデンサ９ｂが接続されていない状態となるので、マスタ通信装置１から送信される同期信号は、図５に示すように立下り及び立上りが急峻な方形波形となる。従って、以後においては、スレーブ通信装置２は、マスタ通信装置１から受信した同期信号に基づいて同期タイミングを確立するようになるので、マスタ通信装置１との間で高速通信することができる。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
マスタ通信装置１は、非データ通信期間においては立上り及び立下りのスルーレートが抑制された同期信号を送信し、スレーブ通信装置２との間のデータ通信時は、立上り及び立下りのスルーレートの抑制を解除するようにしたので、非データ通信期間においては同期信号からのノイズの発生を抑制し、マスタ通信装置１からのデータ通信時は同期信号に同期して高速通信することができる。
スレーブ通信装置２は、マスタ通信装置１からの同期信号のエッジ検知タイミングに基づいてデータの送信タイミングを決定しているので、同期信号に同期した同期タイミングを確実に確立することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張したり、各変形例を上記実施形態と組合せたり、各変形例を組み合わせるようにしても良い。
同期信号の立上り、立下りの一方のみスルーレートを抑制するようにしても良い。つまり、スレーブ通信装置２が同期信号の立下りタイミングで同期を確立する場合は、図６（ａ）に示すように同期信号の立上りのスルーレートを常に抑制し、非データ通信時に立下りのスルーレートを抑制する。同期信号の立上りタイミングで同期を確立する場合は、図６（ｂ）に示すように同期信号の立下りのスルーレートを常に抑制し、非データ通信時に立上りのスルーレートを抑制する。このような構成によれば、上記実施形態に比較して同期信号の立下り、立上りの内、同期タイミングを確立しない方のスルーレートを常に抑制することができるので、ノイズの抑制効果を高めることができる。

同期信号のスルーレートを抑制する方法としては、上記実施形態のように静電容量または抵抗値を変化させる以外に、積分回路の時定数を変化させるようにしても良い。
ドライバ回路６の出力段としては、ｎＭＯＳＦＥＴのオープンドレインの電流流し込みタイプではなく、ｐＭＯＳＦＥＴから電圧を出力したり、ＭＯＳＦＥＴに代えてＰＮＰトランジスタ、ＮＰＮトランジスタを用いたりしても良い。
単一バス上の信号がハイアクティブの信号形態となるように構成しても良い。

図面中、１はマスタ通信装置、２はスレーブ通信装置、３は単一バス、４ａはデータ送信回路（同期信号生成手段、マスタデータ送信手段）、５は水晶発振回路（同期信号生成手段）、６はドライバ回路（スルーレート抑制手段）、１５ａは立下りエッジ検知回路（同期タイミング確立手段、エッジ検知回路）、１５ｂは同期回路（同期タイミング確立手段、同期回路）、１５ｃはデータ送信回路（スレーブデータ送信手段）、１８はＣＲ発振回路（スレーブデータ送信手段）である。

Claims (6)

1. マスタ通信装置（１）とスレーブ通信装置（２）とを単一バス（３）で接続し、前記マスタ通信装置は、一定周期のパルス状の同期信号を生成する同期信号生成手段（４ａ、５）と、前記同期信号に同期させたデータを前記単一バスを介して前記スレーブ通信装置２に常に送信するマスタデータ送信手段（４ａ）とを有し、前記スレーブ通信装置は、前記同期信号から同期タイミングを確立する同期タイミング確立手段（１５ａ，１５ｂ）と、前記同期タイミングに同期させてデータを前記マスタ通信装置に送信するスレーブデータ送信手段（１５ｃ、１８）とを有した単一バス通信システムにおいて、
   前記マスタ通信装置は、前記スレーブデータ送信手段との間でデータ通信していない非データ通信期間は、前記同期信号の立上り及び立下りの少なくとも一方のスルーレートを抑制するスルーレート抑制手段（６）を備えたことを特徴とする単一バス通信システム。
2. 前記同期タイミング確立手段は、
   前記同期信号の立上り及び立下りの内、同期タイミングを確立するための一方のエッジを検知するエッジ検知回路（１５ａ）と、
   前記エッジ検知回路によるエッジ検知により前記同期タイミングを生成する同期回路（１５ｂ）と、
   から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の単一バス通信システム。
3. 前記同期信号は、立上り及び立下りの内、前記エッジ検知回路により前記同期タイミングを確立しない他方のエッジのスルーレートは常に抑制されており、
   前記スルーレート抑制手段は、前記非データ通信期間に、前記同期タイミングを確立するための一方のエッジのスルーレートを抑制することを特徴とする請求項２に記載の単一バス通信システム。
4. 前記単一バスは車両に搭載され、
   前記マスタ通信装置及び前記スレーブ通信装置は、車両に搭載された車両用制御装置の通信装置であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の単一バス通信システム。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の単一バス通信システムで用いられることを特徴とするマスタ通信装置。
6. 請求項１から４の何れか一項に記載の単一バス通信システムで用いられることを特徴とするスレーブ通信装置。

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