JP2014110544A

JP2014110544A - 通信ネットワーク

Info

Publication number: JP2014110544A
Application number: JP2012264205A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mori; 寛之森; Keigo Takahashi; 佳吾高橋; Hideki Goto; 英樹後藤
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: JP6013158B2

Abstract

【課題】波形歪抑制の実効性が高い通信ネットワークを提供する。
【解決手段】通信ネットワーク１は、信号を送受信する複数のノード１０が差動信号線を用いた伝送線路２０を介して接続されている。この通信ネットワーク１は、伝送線路２０が分岐する複数の分岐点３１〜３ｎを有し、複数の分岐点３１〜３ｎのそれぞれに、当該各分岐点の差動信号線間を接続する複数の抵抗Ｒ１〜Ｒｎを備えている。抵抗Ｒ１〜Ｒｎは、全ての抵抗を並列接続したときの合成抵抗値が、伝送線路２０が有する特性インピーダンスの略１／２の値に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有線通信が可能な通信ネットワークに関し、より特定的には、多数のノードが接続された通信ネットワークにおける終端抵抗の設定技術に関する。

有線通信が可能な通信ネットワークの１つとして、例えば自動車に搭載されるＬＡＮ（Local Area Network）に用いられるコントローラエリアネットワーク（Controller Area Network；ＣＡＮ）が知られている。このＣＡＮは、信号を送受信する複数のノードが差動伝送線路を介して接続される通信ネットワークである。

この有線通信が可能な通信ネットワークでは、通常、伝送線路の両端にこの伝送線路が有する特性インピーダンスと同じ値の終端抵抗をそれぞれ設け、伝送線路で生じる反射波に起因する波形歪を抑制することを行っている。

しかし、車載ＬＡＮに用いられるＣＡＮのように多数のノードが接続された通信ネットワークでは、終端抵抗が設けられるノードは低インピーダンスであるが、終端抵抗が設けられないノードは高インピーダンスとなり、大きな反射歪が生じる可能性がある。また、終端抵抗が設けられないノード間では、生じた反射歪の収束時間が長くなる場合がある。さらに、反射歪の大きさによって通信信号にビット誤りが生じるため、配索規模（ノード数、配線長、分岐数など）や通信速度が制限されることになる。

そこで、通信ネットワークで生じる波形歪を抑制する技術として、特許文献１において終端抵抗の決定手法が提案されている。この特許文献１では、他ノードまでの距離総和が長いノードほど大きな重みを付与し、伝送線路の特性インピーダンスの１／２と重みに比例した定数とを乗算した値を各ノードの終端抵抗として設定する。これにより、他ノードまでの距離総和が長いノードほど特性インピーダンスに近い値の終端抵抗が接続されることになり、波形歪が抑制されるという効果を発揮する。

特表２００９−５０５４７０号公報

上記特許文献１に記載の技術は、他ノードまでの距離総和が長いノードほど波形歪が大きいという仮定に基づいて提案された技術である。しかしながら、現実には、他ノードまでの距離総和が長いノードほど波形歪が大きいとは限らないため、波形歪抑制の実効性に課題が残る。

それ故に、本発明の目的は、波形歪抑制の実効性が高い通信ネットワークを提供することである。

本発明は、信号を送受信する複数のノードが差動伝送線路を介して接続される通信ネットワークに向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の通信ネットワークは、伝送線路が分岐する分岐点を３つ以上有し、３つ以上の分岐点のそれぞれに設けられ、その各分岐点の差動線間を接続する３つ以上の抵抗を備えている。この３つ以上の抵抗は、全ての抵抗を並列接続したときの合成抵抗値が、伝送線路が有する特性インピーダンスの略１／２の値に設定されている。
かかる構成により、ノード間で生じる反射波が分岐点に設けられた抵抗を必ず通過するため、反射波のエネルギーが抵抗によって消費させられて、通信信号の波形歪を抑制することができる。

３つ以上の抵抗は、伝送線路の分岐数に応じてそれぞれ重みが付与されており、また、分岐点に設けられる抵抗の値は、３つ以上の抵抗全ての重みの合計を分岐点の重みの値で除算した結果を、伝送線路が有する特性インピーダンスの１／２の値に乗算することで求められる。
かかる構成により、さらに、通信信号の電圧振幅の低下を回避して、Ｈｉｇｈレベルを確保することができる。

上記本発明によれば、各分岐点の線間に設けた抵抗による通信信号の波形歪を抑制と、全抵抗の並列合成抵抗値を伝送線路の特性インピーダンスの略１／２とすることによる通信信号の電圧振幅の確保（低下回避）とを両立させることができる。

本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の概略構成を示す図本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の具体例１を示す図図２の具体例１による波形歪の抑制効果を示す図本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の具体例２を示す図図４の具体例２による波形歪の抑制効果を示す図

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。但し、必要以上に詳細な説明、例えば既によく知られた事項の説明や実質的に同一の構成に対する重複した説明など、を省略する場合がある。この省略は、説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために図面および以下の説明を提供するのであり、これらの図面や説明によって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

＜通信ネットワークの基本構成＞
図１は、本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の概略構成を示す図である。図１に例示した通信ネットワーク１は、例えばＣＡＮ規格に基づいて構成された車載通信ネットワークであり、信号を送受信する複数のノード１０が伝送線路２０を介して接続された構成である。複数のノード１０は、例えば電子制御ユニット（electronic control unit；ＥＣＵ）である。このＥＣＵとは、車両に関していえば、エンジンＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、メーターＥＣＵ、走行制御ＥＣＵなどである。伝送線路２０は、差動伝送線路であり、幾つかに分岐して複数のノード１０をそれぞれ接続している。この差動伝送線路の一例としては、ツイストペア線を用いた差動信号線などがある。

この通信ネットワーク１における通信は、例えば次のようにして行われる。
通信ネットワーク１がパワートレイン系に使用されるハイスピードＣＡＮである場合、送信ノード１０から伝送線路２０に用いた差動信号線にそれぞれＨｉｇｈレベル信号とＬｏｗレベル信号とを流し、受信ノード１０において伝送線路２０の２本線間の信号電圧差を判断することで、ノード間でデータを送受信する。

本実施形態にかかる通信ネットワーク１は、幾つかのノード１０が１つに接続される伝送線路２０上の点、すなわち伝送線路２０が分岐して幾つかのノード１０に接続される点である分岐点３１〜３ｎを複数有しており、その分岐点３１〜３ｎごとに所定の抵抗Ｒ１〜Ｒｎが接続されている。
なお、本発明は、分岐点を複数有する通信ネットワークであれば適用可能である。しかし、従来にない本発明特有の効果を発揮させるためには、３つ以上の分岐点（ｎが３以上の整数）を有している通信ネットワークが適している。

図１の例では、分岐点３１には、４つのノード１０と分岐点３２が繋がっている、つまり分岐点３１から５本の伝送線路２０が分岐している。分岐点３２には、２つのノード１０と分岐点３１と分岐点３３（図示せず）が繋がっている、つまり分岐点３２から４本の伝送線路２０が分岐している。以降も同様に考えて、分岐点３ｎには、２つのノード１０と分岐点３ｎ−１（図示せず）が繋がっている、つまり分岐点３ｎから３本の伝送線路２０が分岐している。

抵抗Ｒ１〜Ｒｎは、それぞれの分岐点３１〜３ｎにおいて、伝送線路２０に用いた差動信号線の２本線間（実線と太実線との間）に接続される。
例えば、図１に例示した通信ネットワーク１が上述したハイスピードＣＡＮである場合には、分岐点３１における伝送線路２０のＨｉｇｈレベル信号線（太実線、以下同じ）とＬｏｗレベル信号線（実線、以下同じ）との間に、抵抗Ｒ１が接続される。また、分岐点３２における伝送線路２０のＨｉｇｈレベル信号線とＬｏｗレベル信号線との間に、抵抗Ｒ２が接続される。以降も同様にして、分岐点３ｎにおける伝送線路２０のＨｉｇｈレベル信号線とＬｏｗレベル信号線との間に、抵抗Ｒｎが接続される。

抵抗Ｒ１〜Ｒｎの各値は、それぞれが接続される分岐点３１〜３ｎにおける伝送線路２０の分岐数に応じて定められる。具体的には、抵抗Ｒ１〜Ｒｎには、全分岐数に対する接続先の分岐点３１〜３ｎにおける分岐数の比率に応じた重みが付与される。
今、伝送線路２０が有する特性インピーダンスをＺ_０と、抵抗Ｒｊ（ｊ＝１〜ｎ）に付与される重みをＷ_ｊで表すと、抵抗Ｒｊの値は次式［１］で与えられる。

上記式［１］で与えられた抵抗Ｒ１〜Ｒｎは、全ての抵抗Ｒ１〜Ｒｎを並列接続したときの合成抵抗値が、伝送線路２０が有する特性インピーダンスの略１／２の値となる。
以下、通信ネットワーク１の配索が異なる２つの具体例を挙げて、抵抗Ｒ１〜Ｒｎの各値の求め方を説明する。

＜通信ネットワークの具体例１＞
図２は、本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の具体例１を示す図である。図２に例示する通信ネットワーク１は、１７つのノード１０が３つの分岐点３１〜３３を介して接続された通信ネットワークである。分岐点３１には、８つのノード１０と分岐点３２とが繋がっている、つまり分岐点３１から９本の伝送線路２０が分岐している。分岐点３２には、１つのノード１０と分岐点３１と分岐点３３とが繋がっている、つまり分岐点３２から３本の伝送線路２０が分岐している。分岐点３３には、８つのノード１０と分岐点３２とが繋がっている、つまり分岐点３３から９本の伝送線路２０が分岐している。

具体例１では、分岐点３１〜３３に接続される抵抗Ｒ１〜３の重みをＷ_１〜Ｗ_３は、次式［２］に示すように分岐数の逆数で付与されるものとする。なお、伝送線路２０が有する特性インピーダンスＺ_０は１２０Ωとする。

よって、分岐点３１〜３３の全分岐数に関する重みの総和は、次式［３］で表される。

よって、上記式［２］および［３］を上記式［１］に当てはめると、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各値が次式［４］〜［６］のように求められる。

上記抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、全てを並列に接続したときの合成抵抗値［１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ３）］が、伝送線路２０が有する特性インピーダンスの１／２の値（＝６０Ω）となる。よって、通信信号のＨｉｇｈ（ドミナント）の電圧振幅が低下することなく、抵抗値を増やすことができる、すなわち反射歪（波形歪）を抑制することができる。この具体例１による波形歪の抑制効果を図３に示す。

例えば、通信ネットワークに用いられる従来の技術では、分岐点３１および分岐点３３の２箇所だけに終端抵抗１２０Ωを接続する。このため、従来の手法では、通信信号のＨｉｇｈ（ドミナント）からＬｏｗ（リセッシブ）への移行時に非常に大きな反射歪が発生し、通信信号がＬｏｗ（リセッシブ）の閾値（０．７Ｖ）以下に収束するまでに１１００ｎｓ以上時間がかかった。
これに対し、本発明の通信ネットワーク構成では、反射歪の発生を大幅に抑制できるので、通信信号がＬｏｗ（リセッシブ）の閾値（０．７Ｖ）以下に収束するまでの時間を４８０ｎｓ程度に短縮することができる。従って、通信信号におけるビット誤判定までの余裕度が向上するため、配索規模（ノード数、配線長、分岐数など）の拡張や通信速度の向上が可能となる。

＜通信ネットワークの具体例２＞
図４は、本発明の一実施形態にかかる通信ネットワーク１の具体例２を示す図である。図４に例示する通信ネットワーク１は、１６つのノード１０が３つの分岐点３１〜３３を介して接続された通信ネットワークである。分岐点３１には、７つのノード１０と分岐点３２とが繋がっている、つまり分岐点３１から８本の伝送線路２０が分岐している。分岐点３２には、２つのノード１０と分岐点３１と分岐点３３とが繋がっている、つまり分岐点３２から４本の伝送線路２０が分岐している。分岐点３３には、７つのノード１０と分岐点３２とが繋がっている、つまり分岐点３３から８本の伝送線路２０が分岐している。

具体例２では、分岐点３１〜３３に接続される抵抗Ｒ１〜３の重みをＷ_１〜Ｗ_３は、次式［７］に示すように分岐数そのままで付与されるものとする。なお、伝送線路２０が有する特性インピーダンスＺ_０は１２０Ωとする。

よって、分岐点３１〜３３の全分岐数に関する重みの総和は、次式［８］で表される。

よって、上記式［７］および［８］を上記式［１］に当てはめると、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各値が次式［９］〜［１１］のように求められる。

上記抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、全てを並列に接続したときの合成抵抗値［１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２＋１／Ｒ３）］が、伝送線路２０が有する特性インピーダンスの１／２の値（＝６０Ω）となる。よって、通信信号のＨｉｇｈ（ドミナント）の電圧振幅が低下することなく、抵抗値を増やすことができる、すなわち反射歪（波形歪）を抑制することができる。この具体例２による波形歪の抑制効果を図５に示す。

以上のように、本発明の一実施形態にかかる通信ネットワークによれば、全てを並列に接続したときの合成抵抗値が伝送線路の特性インピーダンスの略１／２の値となる抵抗を、伝送線路上の各分岐点の線間にそれぞれ設ける。各分岐点の線間に設ける抵抗の値は、その分岐点における伝送線路の分岐数の比率に応じて決定される。
これにより、ノード間で生じる反射波が分岐点に設けられた抵抗を必ず通過するため、反射波のエネルギーが抵抗によって消費させられて、通信信号の波形歪を抑制することができる。従って、各分岐点の線間に設けた抵抗による通信信号の波形歪を抑制と、全抵抗の並列合成抵抗値を伝送線路の特性インピーダンスの略１／２とすることによる通信信号の電圧振幅の確保（低下回避）とを両立させることができる。

なお、本発明が提供する技術の一実施例として図面を用いた詳細な説明を行ったが、この図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、本技術を例示するために課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。よって、図面や詳細な説明に記載されているからといって、全ての構成要素が発明に必須の構成要素であるわけではない。
さらに、上述した実施形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本発明は、多数のノードが有線接続された通信ネットワークに利用可能であり、特に伝送線路で生じる反射波に起因する波形歪を抑制したい場合などに有用である。

１通信ネットワーク
１０ノード
２０伝送線路
３１、３２、３３、３ｎ分岐点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｎ抵抗

Claims

信号を送受信する複数のノードが差動伝送線路を介して接続される通信ネットワークであって、
前記伝送線路が分岐する分岐点を３つ以上有し、
前記３つ以上の分岐点のそれぞれに設けられ、当該各分岐点の差動線間を接続する３つ以上の抵抗を備えており、
前記３つ以上の抵抗は、全ての抵抗を並列接続したときの合成抵抗値が、前記伝送線路が有する特性インピーダンスの略１／２の値に設定されていることを特徴とする、通信ネットワーク。
前記３つ以上の抵抗は、前記伝送線路の分岐数に応じてそれぞれ重みが付与されていることを特徴とする、請求項１に記載の通信ネットワーク。
前記分岐点に設けられる前記抵抗の値は、前記３つ以上の抵抗全ての重みの合計を当該分岐点の重みの値で除算した結果を、前記伝送線路が有する特性インピーダンスの１／２の値に乗算することで求められることを特徴とする、請求項２に記載の通信ネットワーク。