JP2016019176A - 信号転送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な光カプラを用いることなく、耐ノイズ性の向上とＣＡＮ通信を両立させる技術を提供する。【解決手段】信号転送装置は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を構成する二つの伝送線路のそれぞれに接続され、且つ相互に光通信を行う一対の光電変換装置３０を備える。光電変換装置３０において、受信手段３１は、伝送線路２の信号を受信する。光送信手段３４は、受信手段３１からの出力信号であるＣＡＮ受信信号を光信号に変換して光通信の相手側に送信する。光受信手段３３は、光通信の相手側から受信する光信号を電気信号に変換する。送信手段３１は、光受信手段３３からの出力信号をＣＡＮ送信信号として伝送線路２に送信する。調停制御手段３２は、ＣＡＮ送信信号の信号レベルがドミナントである場合に、ＣＡＮ受信信号の信号レベルをレセッシブに保持する。【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の通信ネットワークにおける耐ノイズ性を向上させる技術に関する。

従来、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の通信ネットワークとして、車載ネットワークの一つであるＣＡＮ（Controller Area Network ）が知られている。また、通信ネットワークにおいて、外乱ノイズの影響による通信障害の発生を防止する対策の一つとして、ノード間の通信を光信号で行うことが考えられている。そして、この技術をＣＡＮに適用した場合、光通信線上で通信調停を実現する必要がある。その手法として、入力された光を分配する光カプラを中心に、光通信線を介して複数の光通信装置をスター型に接続し、各光通信装置では、光送信部を介して光カプラへ光信号を入力し、光カプラから出力される光信号を光受信部にて受信する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−０７１６３８号公報

しかしながら、従来技術では、高価な光カプラを多数使用する必要があるだけでなく、バス形態がスター型であるため配線の自由度が低いという問題もあった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、高価な光カプラを用いることなく、耐ノイズ性の向上とＣＡＮ通信を両立させる技術を提供することを目的とする。

本発明の信号転送装置は、ＣＡＮを構成する二つの伝送線路のそれぞれに接続され、且つ相互に光通信を行う一対の光電変換装置を備える。そして、光電変換装置は、受信手段と、光送信手段と、光受信手段と、送信手段と、調停制御手段とを備える。

受信手段は、伝送線路上の信号を受信する。光送信手段は、受信手段からの出力信号であるＣＡＮ受信信号を光信号に変換して光通信の相手側に送信する。光受信手段は、光通信の相手側から受信する光信号を電気信号に変換する。送信手段は、光受信手段からの出力信号をＣＡＮ送信信号として伝送路上に送信する。調停制御手段は、ＣＡＮ送信信号の信号レベルがドミナントである場合に、ＣＡＮ受信信号の信号レベルをレセッシブに保持する。

このような構成によれば、ＣＡＮを構成する伝送線路の中でノイズの影響を受けやすい部分を、本発明の信号転送装置に置き換えるだけで、高価な光カプラを用いたり配線の自由度が制限されたりすることなく、耐ノイズ性を向上させることができる。

また、本発明では、調整制御手段を備えることにより、ＣＡＮ通信における調停制御を機能させることができるため、耐ノイズ性の向上とＣＡＮ通信とを両立させることができる。

即ち、信号転送装置を設けると、信号転送装置を介してループ状の伝送経路が形成される。このため、調整制御手段が無い場合、一方の伝送線路上のノードからドミナントが送信されると、ループ状の伝送経路を経由して戻ってくる遅延したドミナントの影響によって、レセッシブに復帰することができなくなる。これに対して調整制御手段は、光受信手段からの出力信号（ＣＡＮ送信信号）、即ち、相手側の光電変換装置が接続されている伝送線路上の信号レベルがドミナントである場合は、受信手段からの出力信号（ＣＡＮ受信信号）をレセッシブに保持することで、送信元となった側に遅延したドミナントが戻ってくることを阻止している。これによって調停制御を有効に機能させることができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

車載システムの全体構成図である。 信号転送装置の構成を示すブロック図である。 動作例を示すタイミング図である。 動作例を示すタイミング図である。 信号転送装置の変形例の構成を示すブロック図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［全体構成］
図１に示す車載システムは、通信ネットワーク１と、信号転送装置３を備える。なお、通信ネットワーク１は、二つの部分ネットワーク１Ａ，１Ｂからなり、信号転送装置３を介して相互に接続されている。

各部分ネットワーク１Ａ，１Ｂは、それぞれバス２Ａ，２Ｂを介して接続された複数の通信装置１０により構成され、周知のＣＡＮプロトコルに従った通信を実行する。バス２（２Ａ，２Ｂ）は、伝送線路として撚り対線用いられており、差動信号を伝送する。

通信装置１０は、ＣＰＵ１１、ＣＡＮコントローラ１２、ＣＡＮトランシーバ１３を備えた周知のものである。ＣＰＵ１０は、通信ネットワーク１を介して他の通信装置１０との間で各種データを送受信し、自装置に割り当てられた機能を実現するための各種処理を実行する。ＣＡＮコントローラ１２は、ＣＡＮプロトコルに従って通信制御を実現する周知のものである。ＣＡＮトランシーバ１３は、ＣＡＮで規定された電気信号（差動信号）を送受信する周知のものである。

［信号転送装置］
信号転送装置３は、一対の光電変換装置３０と、光伝送路４０とを備える。
光電変換装置３０は、図２に示すように、ＣＡＮトランシーバ３１と、調停制御部３２と、光受信部３３と、光送信部３４とを備える。ＣＡＮトランシーバ３１は通信装置１０のＣＡＮトランシーバ１３と同様に構成されたものである。光受信部３３は、光伝送路４０から受信した光信号を電気信号に変換する周知のものである。なお、光受信部３３から出力される電気信号は、ＣＡＮ送信信号ＴｘとしてＣＡＮトランシーバ３１に供給される。光送信部３４は、ＣＡＮトランシーバ３１から供給される電気信号であるＣＡＮ受信信号Ｒｘを光信号に変換する周知のものである。なお、光伝送路４０は一対の光通信線（光ファイバ）で構成され、光信号の送信および受信はそれぞれ別の光通信線を介して実行される。また、ＣＡＮ送信信号ＴｘおよびＣＡＮ受信信号Ｒｘは、レセッシブがハイレベル（電源電位）、ドミナントがロウレベル（接地電位）で表されるものとする。

調停制御部３２は、ＰＭＯＳ型のトランジスタＴｒを備える。トランジスタＴｒはソースが電源に、ゲートがＣＡＮ送信信号Ｔｘの信号線に、ドレインがＣＡＮ受信信号Ｒｘの信号線に接続されている。つまり、ＣＡＮ送信信号Ｔｘがレセッシブの場合、トランジスタＴｒがオフすることにより、バス２の信号レベルに応じたＣＡＮ受信信号Ｒｘがそのまま光送信部３４に供給される。一方、ＣＡＮ送信信号Ｔｘがドミナントの場合、トランジスタＴｒがオンすることにより、バス２の信号レベルによらずＣＡＮ受信信号Ｒｘはレセッシブに保持される。

［動作］
ここで、信号転送装置３による具体的な動作例を説明する。以下では、バス２の一方をバスＡ、他方をバスＢと称し、バスＡに接続された光電変換装置３０をＡ側装置、バスＢに接続された光電変換装置３０をＢ側装置と称する。

まず、バスＡに接続された通信装置１０の一つがドミナントを出力した場合について説明する。
この場合、図３に示すように、Ａ側装置のＣＡＮ受信信号Ｒｘがレセッシブからドミナントに変化する。すると、光送信部および光通信部での遅延分だけ遅れたタイミングで、Ｂ側装置のＣＡＮ送信信号Ｔｘがレセッシブからドミナントに変化し、これに従って、バスＢもレセッシブからドミナントに変化する。このバスＢの状態はＢ側装置のＣＡＮトランシーバ３１で受信される。但し、ＣＡＮ送信信号Ｔｘがドミナントである間、調停制御部３２のトランジスタＴｒがオンとなるため、この間に、バスＢがドミナントに変化しても、Ｂ側装置のＣＡＮ受信信号Ｒｘはレセッシブに保持される。これにより、バスＡ側で生じたドミナントが、バスＢ側に伝達されるが、その後、遅延した状態でバスＡ側に戻ってくることが阻止されることになる。

次に、バスＡ側の通信装置１０によるドミナントの出力に続けて、バスＢ側の通信装置１０がドミナントを出力した場合について説明する。
この場合、図４に示すように、Ｂ側装置のＣＡＮ送信信号Ｔｘがレセッシブからドミナントに変化し、バスＢ上でも同様に変化した後、ドミナントからレセッシブに戻るタイミングでバスＢ上の通信装置１０がドミナントを出力したとする。この時点では、Ｂ側装置のＣＡＮ送信信号Ｔｘがレセッシブであるため、調停制御部３２のトランジスタＴｒがオフとなり、バスＢの信号レベルに従ってＢ側装置のＣＡＮ受信信号Ｒｘがレセッシブからドミナントに変化する。これに伴い、Ａ側装置のＣＡＮ送信信号Ｔｘがレセッシブからドミナントに変化し、バスＡの信号レベルも同様に変化する。但し、Ａ側装置のＣＡＮ送信信号Ｔｘがドミナントである間、トランジスタＴｒがオンするため、バスＡの信号レベルに関わらず、Ａ側装置のＣＡＮ受信信号Ｒｘはレセッシブに保持される。これにより、バスＢ側で出力されたドミナントが、バスＡに伝達されるが、その後、遅延した状態でバスＢ側に戻ってくることが阻止されることになる。

なお、参考までに、調停制御部３２が存在しない場合、図３中点線で示すように、Ｂ装置から遅延して戻ってきたドミナントにより、バスＡ上のレセッシブがドミナントに書き換えられてしまい、バスＡの信号レベルはドミナントに保持され続けることになる。

［効果］
以上説明したように、部分ネットワーク１Ａ，１Ｂ間を接続する信号転送装置３を構成する光電変換装置３０が調停制御部３２を備え、この調停制御部３２が、相手側バスに伝達されたドミナントが遅延して戻ってくることを阻止するため、ＣＡＮ通信における調停制御を機能させることができる。

また、通信ネットワーク１を構成するバス２の中でノイズの影響を受けやすい部位を、信号転送装置３に置き換えることにより、高価な光カプラを用いたり配線の自由度が制限されたりすることなく、耐ノイズ性を向上させることができる。

つまり、信号転送装置３を適用した通信ネットワーク１によれば、耐ノイズ性の向上とＣＡＮ通信とを両立させることができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、光伝送路４０を一対の光通信線により構成し、通信方向毎に異なる光通信線を使用して光信号を伝送しているが、これに限定されるものではない。例えば、光通信の通信方向毎に異なる波長の光信号を使用し、図５に示すように、信号転送装置３に、光信号の波長多重，波長分割を行う多重分割部３５を設けることによって、光伝送路４０を単一の光通信線によって構成してもよい。

（２）上記実施形態では、光電変換装置３０間の光通信の伝送媒体として光伝送路４０を用いているが、これを省略し、光信号を直接（空間を伝送媒体として）送受信するように構成してもよい。

（３）上記実施形態では、二つの部分ネットワーク１Ａ，１Ｂは、いずれも複数の通信装置１０で構成されているが、いずれか一方または両方が単一の通信装置１０で構成されていてもよい。

（４）上記実施形態では、一つの通信ネットワーク１中に信号転送装置３が一つだけ挿入された構造を有しているが、複数の信号転送装置３が挿入されていてもよい。この場合、通信ネットワーク１は三つ以上の部分ネットワークで構成されることになる。

（５）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（６）本発明は、信号転送装置に限らず、当該信号転送装置を構成要素とする通信システムとして実現してもよい。

１…通信ネットワーク １Ａ，１Ｂ…部分ネットワーク ２（２Ａ，２Ｂ）…バス ３…信号転送装置 １０…通信装置 １１…ＣＰＵ １２…ＣＡＮコントローラ １３，３１…ＣＡＮトランシーバ ３０…光電変換装置 ３２…調停制御部 ３３…光受信部 ３４…光送信部 ３５…多重分割部 ４０…光伝送路、

Claims (3)

1. ＣＡＮ（Controller Area Network ）を構成する二つの伝送線路（２Ａ，２Ｂ）のそれぞれに接続され、且つ相互に光通信を行う一対の光電変換装置（３０）を備えた信号転送装置（３）であって、
   前記光電変換装置は、
   前記伝送線路上の信号を受信する受信手段（３１）と、
   前記受信手段からの出力信号であるＣＡＮ受信信号を光信号に変換して前記光通信の相手側に送信する光送信手段（３４）と、
   前記光通信の相手側から受信する光信号を電気信号に変換する光受信手段（３３）と、
   前記光受信手段からの出力信号をＣＡＮ送信信号として前記伝送路上に送信する送信手段（３１）と、
   前記ＣＡＮ送信信号の信号レベルがドミナントである場合に、前記ＣＡＮ受信信号の信号レベルをレセッシブに保持する調停制御手段（３２）と
   を備えることを特徴とする信号転送装置。
2. 前記光信号の伝送に、前記一対の光電変換装置を相互に接続する一対の光通信線を用いることを特徴とする請求項１に記載の信号転送装置。
3. 前記光信号の伝送に、前記一対の光電変換装置を相互に接続する単一の光通信線を用い、
   前記光通信では、伝送方向によって異なる波長の光信号を使用し、
   前記光電変換装置は、光信号の波長多重および波長分割を行う多重分割手段（３５）を備え、該多重分割手段により、前記光送信手段が出力する光信号を、前記光通信線上の光信号に多重化すると共に、前記光受信手段に入力する光信号を、前記光通信線上の光信号から分離することを特徴とする請求項１に記載の信号転送装置。

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