JP2014083932A

JP2014083932A - Ｃａｎ通信装置

Info

Publication number: JP2014083932A
Application number: JP2012233413A
Authority: JP
Inventors: Makio Nishizuka; 万規夫西塚
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】静電気放流試験とＢＣＩ試験との両方において良好な結果が得られるＣＡＮ通信装置を提供すること。
【解決手段】車両用のＥＣＵ１は、ＣＡＮ通信装置の一例である。ＥＣＵ１は、ＣＡＮトランシーバ素子３と双方向ツェナーダイオード６とを備えている。双方向ツェナーダイオード６は、ＣＡＮトランシーバ素子３に接続されたＣＡＮのバスライン７と基準電位点とに接続されている。双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧は、５８Ｖよりも大きく６６Ｖよりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルに従って通信を行うＣＡＮ通信装置に関する。

特許文献１，２に示されるように、自動車に代表される車両において、ツェナーダイオードがサージ対策のために用いられることが知られている。

一方、車両において、ＣＡＮが、複数のＥＣＵ（Electric Control Unit）相互間の通信ネットワークとして広く普及している。ＣＡＮプロトコルはＩＳＯ１１８９８で定められた国際規格である。車両におけるＥＣＵは、ＣＡＮプロトコルに従った通信を行うため、ＣＡＮトランシーバのＩＣ（Integrated Circuit）が１チップ化された素子である。

また、車両において、サージ対策のため、双方向ツェナーダイオードが、ＣＡＮトランシーバ素子に接続されたＣＡＮのバスラインと基準電位点とに接続された状態で設けられる。通常、車両のＣＡＮバスラインにおいては、ツェナー電圧が１６Ｖの双方向ツェナーダイオードが採用されている。この場合、静電気放流試験において良好な結果が得られる。

車両のＥＣＵの静電放流試験では、プローブを介して被試験対象の信号線に対し、例えば−５ｋＶ〜＋５ｋＶの範囲から−２５ｋＶ〜＋２５ｋＶの範囲までの静電気放電を注入するイミュニティ試験が行われる。

特開平１０−１３６５６４号公報特開平１０−３１１２４１号公報

ところで昨今、車両に搭載される通信装置は、サージ対策の効果を確認するための静電気放流試験に合格することに加え、電磁波対策の効果を確認するためのＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）試験に合格することも求められる。車両の電装機器におけるＥＭＣ試験としては、通常、周知のＢＣＩ（Bulk current injection）試験が採用される。ＢＣＩ試験は、プローブを介して被試験対象の信号線に対し、例えば１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度の周波数範囲の高周波妨害電流を注入するイミュニティ試験である。

車両内における基幹ネットワークをなすＣＡＮ通信装置においては、静電試験及びＢＣＩ試験（ＥＭＣ試験）における合格基準がますます厳しくなってきている。しかしながら、ＣＡＮバスラインに設けられる双方向ツェナーダイオードのツェナー電圧が１６Ｖである場合、静電気放流試験においては良好な結果が得られるものの、ＢＣＩ試験においては、通信エラーが生じやすいことがわかった。

本発明は、静電気放流試験とＢＣＩ試験との両方において良好な結果が得られるＣＡＮ通信装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係るＣＡＮ通信装置は、以下に示す各構成要素を備える。第１の構成要素は、ＣＡＮトランシーバ素子と、そのＣＡＮトランシーバ素子に接続されたＣＡＮのバスラインと基準電位点とに接続され、そのツェナー電圧が５８Ｖよりも大きく６６Ｖよりも小さい双方向ツェナーダイオードと、を備える。

本発明の第２態様に係るＣＡＮ通信装置は、第１態様に係るＣＡＮ通信装置の一態様である。第２態様に係るＣＡＮ通信装置において、上記ＣＡＮトランシーバ素子の耐電圧が−４０Ｖから＋４０Ｖまでの範囲である。

本発明の第３態様に係るＣＡＮ通信装置は、第１態様又は第２態様に係るＣＡＮ通信装置の一態様である。第３態様に係るＣＡＮ通信装置は、上記ＣＡＮのバスラインに接続され、そのインピーダンスが２００〜１０００Ωの範囲であるチョークコイルをさらに備える。

本発明に係るＣＡＮ通信装置が採用されれば、後述するように、静電気放流試験とＢＣＩ試験との両方において良好な結果が得られる。

本発明の実施形態に係るＣＡＮ通信装置の一例である車両用のＥＣＵ１の概略ブロック図である。それぞれツェナー電圧が異なる双方向ツェナーダイオードが採用された場合各々における車両用ＥＣＵのＢＣＩ試験及び静電気放流試験の結果を表す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。

まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態に係るＣＡＮ通信装置の一例である車両用のＥＣＵ１の概略構成について説明する。ＥＣＵ１は、車両用のＣＡＮ通信装置の一例であり、複数の系統のＣＡＮのバスライン７相互間のデータ通信を中継する機能を有するゲートウェイＥＣＵである。

図１に示されるように、ＥＣＵ１は、１つのＭＣＵ（Micro Computer Unit）２及び複数のＣＡＮ通信部３０を有する。ＣＡＮ通信部３０各々は、ＣＡＮトランシーバ素子３、チョークコイル５、双方向ツェナーダイオード６及びコネクタ８を有する。また、一部のＣＡＮ通信部３０は、さらに電流制限用の終端抵抗４を有する。ＭＣＵ２及びＣＡＮ通信部３０を構成する各素子は、回路基板１０に実装されている。なお、図１における"CC"及び"TR"は、それぞれ" Choke Coil”及び"Terminating Resistor"の略である。

以下の説明において、終端抵抗４を含まないＣＡＮ通信部３０のことを第一ＣＡＮ通信部３０Ａと称し、終端抵抗４を含むＣＡＮ通信部３０のことを第二ＣＡＮ通信部３０Ｂと称する。

図１に示される例では、ＥＣＵ１は、１つの第一ＣＡＮ通信部３０Ａ及び１つの第二ＣＡＮ通信部３０Ｂを備え、２系統のＣＡＮのバスライン７各々に接続されている。ＣＡＮのバスライン７は、Ｌｏｗレベル用のＣＡＮバスライン７１及びＨｉｇｈレベル用のＣＡＮバスライン７２からなる一対のバスラインである。

ＭＣＵ２は、複数のＣＡＮ通信部３０相互に亘るデータ通信を中継するマイクロコンピュータである。ＭＣＵ２は、複数のＣＡＮ通信部３０各々に接続された複数の通信ポート２１を有している。通信ポート２１各々は、信号送信ポートと信号受信ポートとにより構成されている。

一方、ＣＡＮトランシーバ素子３は、ＭＣＵ２の通信ポート２１に接続されたデータ入出力端子３１とＣＡＮバス接続端子３２とを有している。データ入出力端子３１は、ＭＣＵ２の通信ポート２１における信号送信ポート及び信号受信ポートの各々にデータ入力端子とデータ出力端子とにより構成されている。ＣＡＮトランシーバ素子３は、ＩＳＯ１１８９８で定められた国際規格に準拠している。

また、ＣＡＮトランシーバ素子３のＣＡＮバス接続端子３２は、Ｌｏｗレベル用のＣＡＮバスライン７１及びＨｉｇｈレベル用のＣＡＮバスライン７２の各々に接続される一対の端子により構成されている。

ＣＡＮ通信部３０各々において、チョークコイル５は、ＣＡＮのバスライン７におけるＣＡＮトランシーバ素子３寄りの部分に接続されている。同様に、第二ＣＡＮ通信部３０Ｂにおいて、終端抵抗４は、チョークコイル５に対して直列に並ぶ状態でＣＡＮのバスライン７に接続されている。なお、チョークコイル５及び終端抵抗４は周知であるので、それらの詳細な説明は省略する。

また、ＣＡＮ通信部３０各々において、２つの双方向ツェナーダイオード６各々は、Ｌｏｗレベル用のＣＡＮバスライン７１及びＨｉｇｈレベル用のＣＡＮバスライン７２の各々と基準電位点とに接続されている。即ち、双方向ツェナーダイオード６の２つの端子の一方がＣＡＮのバスライン７に接続され、他方が基準電位点に接続されている。基準電位点は、筐体接地において電位の基準となる部分であり、車両における基準電位点は、例えば、車両のボディを構成する金属の部材又はその部材に接続された導体などである。

コネクタ８は、ＥＣＵ１の回路基板１０におけるＣＡＮのバスライン７とＥＣＵ１外におけるＣＡＮのバスライン７とを中継するコネクタである。

本実施形態において、ＣＡＮトランシーバ素子３の耐電圧は−４０Ｖから＋４０Ｖまでの範囲である。また、双方向ツェナーダイオード６とともにＣＡＮのバスライン７に接続されているチョークコイル５のインピーダンスは２００〜１０００Ωの範囲である。

車両用のＥＣＵ１においては、以上に示されたＣＡＮトランシーバ素子３の耐電圧、チョークコイル５のインピーダンスが採用されることが多い。例えば、チョークコイル５のインピーダンスが６００Ωであることが考えられる。

さらに、従来の車両用のＥＣＵ１においては、ＣＡＮトランシーバ素子３の保護の観点から、第二ＣＡＮ通信部３０Ｂの構成が採用されることが多い。従来、終端抵抗４を備える第二ＣＡＮ通信部３０Ｂにおいては、ツェナー電圧が１６Ｖの双方向ツェナーダイオード６が採用されている。また、第二ＣＡＮ通信部３０Ｂにおいて、終端抵抗４のインピーダンスは６０．４Ωである。

一方、事情により、図１に示されるように、終端抵抗４を含まない第一ＣＡＮ通信部３０Ａの採用が必要な場合、双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が１６Ｖであると、ＢＣＩ試験において良好な結果が得られないことがわかった。

本実施形態の第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおいては、双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧は６２Ｖである。このような仕様の双方向ツェナーダイオード６は、従来の車両用のＥＣＵにおけるＣＡＮのバスラインにおいては採用されていない。前述したように、従来、車両のＣＡＮバスラインにおいては、ツェナー電圧が１６Ｖの双方向ツェナーダイオードが採用されている。

次に、図２を参照しつつ、それぞれツェナー電圧が異なる双方向ツェナーダイオード６が採用された場合各々における車両用のＥＣＵのＢＣＩ試験及び静電気放流試験の結果について説明する。図２は、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が１６Ｖ、３６Ｖ、５１Ｖ、５８Ｖ、６２Ｖ、６６Ｖ、７０Ｖ、８０Ｖ及び９０Ｖのそれぞれである場合におけるＥＣＵのＢＣＩ試験及びＥＳＤ（ElectroStatic Discharge）試験の結果を表す。なお、ＣＡＮトランシーバ素子３の耐電圧、チョークコイル５のインピーダンスの条件は、前述した通りであり、例えば６００Ωである。また、第二ＣＡＮ通信部３０Ｂにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧は１６Ｖである。

ＢＣＩ試験は、ＢＣＩプローブを介して第一ＣＡＮ通信部３０ＡにおけるＣＡＮのバスライン７に妨害電流を注入するイミュニティ試験法による試験である。より具体的には、１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの周波数範囲の高周波妨害電流が１６０ｍＡのレベルで注入された。また、注入された高周波妨害電流は、無変調の電流及びＡＭ変調の電流である。そして、注入された妨害電流の全ての周波数帯において、ＣＡＮ通信が正常に行われることが、試験合格の基準である。

また、ＥＳＤ試験は、ＣＡＮバスライン７における予め定められた箇所に５ｋＶ〜＋２５ｋＶの範囲の静電気放電を印加する試験である。また、静電気放電は、接触放電及び気中放電の両方で実施された。静電気放電によって機器の誤動作及び破壊が生じないことが、試験合格の基準である。

図２におけるＢＣＩ試験の結果において、"ＯＫ"は、試験中にＣＡＮ通信のエラーが生じなかったことを表し、"ＮＧ"は、試験中にＣＡＮ通信のエラーが生じたことを表す。また、図２におけるＥＳＤ試験の結果において、"ＯＫ"は、試験中にＣＡＮ通信のエラーが生じなかったことを表し、"ＮＧ"は、試験中にＣＡＮ通信のエラーが生じたことを表す。さらに、"Break Down"は、試験を行うことによってＣＡＮトランシーバ素子３が故障してしまったことを表す。

図２に示される試験結果から以下のことがわかる。まず、終端抵抗４のない第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が６６Ｖ以上であると、ＥＳＤ試験（静電気放流試験）の結果が"ＮＧ"となる。従って、サージ対策の観点から、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧は６６Ｖ未満である必要がある。このことから、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおいて、ツェナー電圧が１６Ｖの双方向ツェナーダイオードを採用している従来のＥＣＵは、サージ対策としてやや過剰な仕様を有しているといえる。

さらに、図２に示される試験結果は、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が５８Ｖ以下であると、ＢＣＩ試験の結果が"ＮＧ"となることを示している。従って、電磁波ノイズ対策の観点から、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧は５８Ｖより大きい電圧である必要がある。

以上に示したことから、ＥＣＵ１において、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が５８Ｖよりも大きく６６Ｖよりも小さい場合に、ＥＳＤ試験とＢＣＩ試験との両方において良好な結果が得られると考えられる。例えば、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が６２Ｖであることが考えられる。図２に示されるように、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６のツェナー電圧が６２Ｖであれば、ＥＳＤ試験とＢＣＩ試験との両方において良好な結果が得られる。

なお、第一ＣＡＮ通信部３０Ａにおける双方向ツェナーダイオード６は、対向して直列に接続された２つのツェナーダイオードにより構成されることも考えられる。

１ＥＣＵ
２ＭＣＵ
３ＣＡＮトランシーバ素子
４抵抗素子
５チョークコイル
６双方向ツェナーダイオード
７ＣＡＮのバスライン
８コネクタ
１０回路基板
２１通信ポート
３０ＣＡＮ通信部
３０Ａ第一ＣＡＮ通信部
３０Ｂ第二ＣＡＮ通信部
３１データ入出力端子
３２ＣＡＮバス接続端子
７１Ｌｏｗレベル用のＣＡＮバスライン
７２Ｈｉｇｈレベル用のＣＡＮバスライン

Claims

ＣＡＮ（Controller Area Network）トランシーバ素子と、
前記ＣＡＮトランシーバ素子に接続されたＣＡＮのバスラインと基準電位点とに接続され、そのツェナー電圧が５８Ｖよりも大きく６６Ｖよりも小さい双方向ツェナーダイオードと、を備えるＣＡＮ通信装置。
請求項１に記載のＣＡＮ通信装置であって、
前記ＣＡＮトランシーバ素子の耐電圧が−４０Ｖから＋４０Ｖまでの範囲である、ＣＡＮ通信装置。
請求項１又は請求項２に記載のＣＡＮ通信装置であって、
前記ＣＡＮのバスラインに接続され、そのインピーダンスが２００〜１０００Ωの範囲であるチョークコイルをさらに備える、ＣＡＮ通信装置。