JP2024076786A

JP2024076786A - System and method for evaluating electronic control units

Info

Publication number: JP2024076786A
Application number: JP2022188544A
Authority: JP
Inventors: 幸溝口; 治梶田; 武志米山; 政伎高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-06-06

Abstract

【課題】信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の評価を実現するための評価システムおよび評価方法を提供する。
【解決手段】信号改善機能を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニットの評価システムであって、電子制御ユニットを実装した送信側の通信装置と受信側の通信装置とを差動接続する、長さ１．８ｍ以上の一対の通信線と、一対の通信線の中央部に接続されるリンギングを発生させる回路と、を備え、リンギングを発生させる回路の構成をＳパラメータの解析によって導出している。
【選択図】図１

An evaluation system and an evaluation method are provided for implementing evaluation of an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC having a signal improving function (SIC).
[Solution] An evaluation system for an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC with signal improvement function, comprising a pair of communication lines with a length of 1.8 m or more that differentially connect a transmitting communication device equipped with an electronic control unit and a receiving communication device, and a circuit that generates ringing connected to the center of the pair of communication lines, and the configuration of the circuit that generates ringing is derived by analysis of S parameters.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、信号改善機能（ＳＩＣ：Signal Improvement Capability）を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の性能評価に関する。 This disclosure relates to performance evaluation of an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC having a signal improvement capability (SIC).

特許文献１に、通信速度が高速に切り替えられて通信信号が送信されてきた場合でも、通信信号に発生するリンギングの影響を受けることなく、送信されてくる通信信号からデータを正確に復元できる通信装置が、開示されている。 Patent document 1 discloses a communication device that can accurately restore data from a communication signal without being affected by ringing that occurs in the communication signal, even when the communication speed is switched to a high speed and the communication signal is transmitted.

特開２０２０－１９５０８２号公報JP 2020-195082 A

ＣＡＮ（Controller Area Network）の標準化団体であるＣｉＡ（CAN in Automation）の国際規格「６０１－４ｖｅｒｓｉｏｎ２．０」では、通信トランシーバＩＣの単体における信号改善機能の評価方法（ＳＩＣ評価方法）を規格化している。しかしながら、信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の評価方法については、その定義もされておらず規格が存在しない。 The international standard "601-4 version 2.0" of CiA (CAN in Automation), a standardization organization for CAN (Controller Area Network), specifies the evaluation method (SIC evaluation method) for the signal improvement function of a standalone communication transceiver IC. However, there is no definition or standard for the evaluation method of an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC that has a signal improvement function (SIC).

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の評価を実現するための評価システムおよび評価方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above problems, and aims to provide an evaluation system and evaluation method for evaluating an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC having a signal improvement function (SIC).

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、信号改善機能を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニットの評価システムであって、電子制御ユニットを実装した送信側の通信装置と受信側の通信装置とを差動接続する、長さ１．８ｍ以上の一対の通信線と、一対の通信線の中央部に接続されるリンギングを発生させる回路と、を備え、リンギングを発生させる回路の構成をＳパラメータの解析によって導出した、評価システムである。 In order to solve the above problems, one aspect of the disclosed technology is an evaluation system for an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC having a signal improvement function, the evaluation system comprising a pair of communication lines having a length of 1.8 m or more that differentially connect a transmitting communication device and a receiving communication device that are equipped with the electronic control unit, and a circuit that generates ringing that is connected to the center of the pair of communication lines, the configuration of the circuit that generates ringing being derived by analyzing S parameters.

上記本開示によれば、信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の評価を実現するための評価システムおよび評価方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an evaluation system and an evaluation method for evaluating an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC having a signal improvement function (SIC).

本開示の一実施形態に係るＳＩＣ対応通信トランシーバＩＣを搭載したＥＣＵの評価システムの構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an evaluation system for an ECU equipped with a SIC-compatible communication transceiver IC according to an embodiment of the present disclosure; リンギング発生回路の構成例を示す図A diagram showing an example of the configuration of a ringing generation circuit. ミックスドモードＳパラメータＳｄｄ２１の信号通過特性の一例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of the signal passing characteristic of a mixed-mode S parameter Sdd21. 受信側のＥＣＵが受信する差動信号に発生するリンギング波形の一例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of a ringing waveform generated in a differential signal received by a receiving ECU; ＳＩＣ用のＢＣＩ試験を行う回路構成を示す図FIG. 1 shows a circuit configuration for performing a BCI test for a SIC.

本発明者らは、信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣを搭載する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を基板に実装した状態における評価試験が未定義という課題に対して、規格済みである通信トランシーバＩＣ単体の評価を行うときと同等のリンギング波形を発生させる回路構成を、通信路を含むＳパラメータ解析によって明確化する手法を見出した。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 In response to the problem of there being no defined method for evaluation testing of an electronic control unit (ECU) equipped with a communication transceiver IC with a signal improvement function (SIC) mounted on a board, the inventors have discovered a method for clarifying a circuit configuration that generates a ringing waveform equivalent to that generated when evaluating a standardized communication transceiver IC alone, by using S-parameter analysis including the communication path.
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

＜実施形態＞
［評価システムの構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る電子制御ユニット（ＥＣＵ）の評価システム１０の構成の一例を示す図である。図１に例示した評価システム１０は、送信側のＥＣＵ１００と、受信側のＥＣＵ２００と、一対の通信線３００と、リンギング発生回路５００と、を備える。 <Embodiment>
[Configuration of evaluation system]
1 is a diagram showing an example of a configuration of an evaluation system 10 for an electronic control unit (ECU) according to an embodiment of the present disclosure. The evaluation system 10 illustrated in FIG. 1 includes a transmitting ECU 100, a receiving ECU 200, a pair of communication lines 300, and a ringing generation circuit 500.

送信側のＥＣＵ１００は、通信トランシーバＩＣ１１０を搭載した電子制御ユニットである。評価システム１０における送信側のＥＣＵ１００は、送信側のＥＣＵ１００がテスト基板（または製品基板）に実装されたテスト試験用の通信装置として構成される。この送信側のＥＣＵ１００には、一対の通信線３００を接続するコネクタ１２０が設けられている。 The sending ECU 100 is an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC 110. The sending ECU 100 in the evaluation system 10 is configured as a communication device for testing, in which the sending ECU 100 is mounted on a test board (or a product board). The sending ECU 100 is provided with a connector 120 that connects a pair of communication lines 300.

通信トランシーバＩＣ１１０は、信号改善機能（ＳＩＣ）を有しており、受信側のＥＣＵ２００との間で、差動信号を用いた通信（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＣＡＮ－ＦＤ（CAN with Flexible Data-Rate）など）を行うことができる通信ＩＣである。 The communication transceiver IC 110 has a signal improvement function (SIC) and is a communication IC that can communicate with the receiving ECU 200 using differential signals (e.g., CAN (Controller Area Network) or CAN-FD (CAN with Flexible Data-Rate)).

受信側のＥＣＵ２００は、送信側のＥＣＵ１００との間で、差動信号を用いた通信を行うことができる通信装置である。この受信側のＥＣＵ２００には、一対の通信線３００を接続するコネクタ２２０が設けられている。 The receiving ECU 200 is a communication device that can communicate with the transmitting ECU 100 using differential signals. The receiving ECU 200 is provided with a connector 220 that connects a pair of communication lines 300.

一対の通信線３００は、長さ１．８ｍ以上の２本の信号線が一対となった差動通信用のペアケーブル（撚り線タイプ）である。この一対の通信線３００は、コネクタ１２０およびコネクタ２２０を介して、送信側のＥＣＵ１００と受信側のＥＣＵ２００とを通信可能に接続する。また、一対の通信線３００は、その中央部にリンギング発生回路５００を接続する。ここで、中央部には、一対の通信線３００の中間点およびその中間点の近傍範囲が含まれる。 The pair of communication lines 300 is a pair cable (twisted wire type) for differential communication, in which two signal lines with a length of 1.8 m or more are paired. The pair of communication lines 300 communicatively connects the transmitting ECU 100 and the receiving ECU 200 via the connector 120 and the connector 220. The pair of communication lines 300 also connects the ringing generating circuit 500 to the center of the pair of communication lines 300. Here, the center includes the midpoint of the pair of communication lines 300 and the area surrounding the midpoint.

本実施形態の評価システム１０では、一対の通信線３００を車載相当の線長（例えば１０ｍ）の長さとして、送信側のＥＣＵ１００および受信側のＥＣＵ２００のどちらからも同じ距離（例えば５ｍの距離）となる中間点に、リンギング発生回路５００が接続されている。 In the evaluation system 10 of this embodiment, the pair of communication lines 300 has a length equivalent to that of an in-vehicle line (e.g., 10 m), and the ringing generation circuit 500 is connected to the midpoint that is the same distance (e.g., 5 m) from both the sending ECU 100 and the receiving ECU 200.

リンギング発生回路５００は、一対の通信線３００を通信する差動信号にリンギング波形を発生させるための回路である。図２に、電子制御ユニット用のリンギング発生回路５００の回路構成の一例を示す。図２に例示するリンギング発生回路５００は、反射発生源およびＬＣ通信路を模擬したものであり、抵抗Ｒを６０ΩおよびインダクタＬを１．２μＨからなる回路構成としている。このリンギング発生回路５００の回路構成は、Ｓパラメータの解析によって導出される。 The ringing generation circuit 500 is a circuit for generating a ringing waveform in a differential signal that communicates through a pair of communication lines 300. FIG. 2 shows an example of the circuit configuration of the ringing generation circuit 500 for an electronic control unit. The ringing generation circuit 500 shown in FIG. 2 simulates a reflection source and an LC communication path, and has a circuit configuration consisting of a resistor R of 60 Ω and an inductor L of 1.2 μH. The circuit configuration of this ringing generation circuit 500 is derived by analysis of S parameters.

［リンギング発生回路の回路構成の導出例］
上述した通信トランシーバＩＣ１１０の単体におけるＳＩＣ評価方法に用いられるＣｉＡのリンギング発生回路は、通信トランシーバＩＣ１１０を一対一の状態で車両に搭載したときの配索（通信線や分岐など）を再現するものである。しかし、この一対一配索状態における電子制御ユニット評価では、通常はリンギングが発生しない。 [Example of derivation of the circuit configuration of a ringing generation circuit]
The CiA ringing generation circuit used in the above-mentioned SIC evaluation method for the communication transceiver IC 110 alone reproduces the wiring (communication lines, branches, etc.) when the communication transceiver IC 110 is mounted on a vehicle in a one-to-one state. However, in the evaluation of the electronic control unit in this one-to-one wiring state, ringing does not usually occur.

本実施形態では、一対の通信線３００（通信線モデル）とリンギング発生回路５００（電子制御ユニット用のリンギング発生回路）とによって、一対一配索におけるリンギング発生状態の表現は可能であると考え、さらに国際規格相当とするためには、一対の通信線３００（回路構成の一部）の長さが変化することからＳパラメータ解析により必要な構成を明確化する。 In this embodiment, it is believed that it is possible to express the ringing generation state in one-to-one wiring using a pair of communication lines 300 (communication line model) and a ringing generation circuit 500 (ringing generation circuit for an electronic control unit), and in order to conform to international standards, the length of the pair of communication lines 300 (part of the circuit configuration) changes, so the necessary configuration is clarified by S-parameter analysis.

図３に、ミックスドモードＳパラメータＳｄｄ２１の信号通過特性の一例を示す。また、図４に、受信側のＥＣＵ２００が受信する差動信号に発生するリンギング波形の一例を示す。 Figure 3 shows an example of the signal passing characteristics of the mixed-mode S-parameter Sdd21. Figure 4 shows an example of a ringing waveform that occurs in the differential signal received by the receiving ECU 200.

一対の通信線３００とリンギング発生回路５００とによって一対一配索におけるリンギング発生状態の表現するためには、リンギング発生に寄与する低周波数のインピーダンスを合わせる必要がある。図３の例では、目標とするＣｉＡリンギング発生回路の特性（破線）に、本実施形態のリンギング発生回路５００の特性を合わせるべく、長さ１０ｍの一対の通信線３００の中間点（５ｍ地点）に抵抗Ｒ＝６０ΩかつインダクタＬ＝１．２μＨのリンギング発生回路５００を接続した回路構成の特性（実線）を合わせている。なお、図３に示した解析例は、信号通過特性であるが、例えばスミスチャートによるインピーダンスなど、その他の解析であってもよい。 In order to express the ringing generation state in one-to-one wiring using a pair of communication lines 300 and a ringing generation circuit 500, it is necessary to match the impedance of low frequencies that contribute to ringing generation. In the example of FIG. 3, in order to match the characteristics of the ringing generation circuit 500 of this embodiment to the characteristics of the target CiA ringing generation circuit (dashed line), the characteristics (solid line) of a circuit configuration in which a ringing generation circuit 500 with a resistance R = 60 Ω and an inductor L = 1.2 μH is connected to the midpoint (5 m point) of a pair of communication lines 300 with a length of 10 m are matched. Note that the analysis example shown in FIG. 3 is a signal passing characteristic, but other analyses such as impedance using a Smith chart may also be used.

これによって、図４に例示するように、長さ１０ｍの一対の通信線３００の中間点（５ｍ地点）に抵抗Ｒ＝６０ΩかつインダクタＬ＝１．２μＨのリンギング発生回路５００を接続した回路構成によるリンギング波形（実線）を、ＣｉＡ規定のリンギング発生回路によるリンギング波形（破線）に近づけることができる。 As a result, as shown in FIG. 4, the ringing waveform (solid line) generated by a circuit configuration in which a ringing generating circuit 500 with resistance R = 60 Ω and inductor L = 1.2 μH is connected to the midpoint (5 m point) of a pair of communication lines 300 with a length of 10 m can be made to approach the ringing waveform (dashed line) generated by a ringing generating circuit stipulated by the CiA.

［ＥＭＣ性能の評価試験例］
送信側のＥＣＵ１００と受信側のＥＣＵ２００とを長さ１０ｍの一対の通信線３００で接続し、一対の通信線３００の中間点となる送信側のＥＣＵ１００から５ｍかつ受信側のＥＣＵ２００から５ｍの地点に、抵抗Ｒ＝６０ΩかつインダクタＬ＝１．２μＨからなるリンギング発生回路５００を接続した回路構成の状態で、電磁波ノイズ対策の効果を確認するためのＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）性能の評価を実施する。 [Example of EMC performance evaluation test]
The transmitting ECU 100 and the receiving ECU 200 are connected by a pair of communication lines 300, each 10 m long, and a ringing generating circuit 500 consisting of a resistor R = 60 Ω and an inductor L = 1.2 μH is connected to a point 5 m from the transmitting ECU 100 and 5 m from the receiving ECU 200, which is the midpoint of the pair of communication lines 300. In this circuit configuration, an evaluation of EMC (Electro-Magnetic Compatibility) performance is performed to confirm the effectiveness of electromagnetic noise countermeasures.

車両の電装機器などのＥＭＣ性能を評価する試験としては、通常、ＢＣＩ（Bulk Current Injection）試験が採用される。このＢＣＩ試験は、図５に例示するように、ＢＣＩプローブ４００を介して、例えば１～４００ＭＨｚ程度の高周波妨害電流（ノイズ信号）を一対の通信線３００に注入して、一対の通信線３００を伝搬するノイズ信号を測定することで耐ノイズ性能を推定し、イミュニティ性能を評価するものである。 The BCI (Bulk Current Injection) test is usually used to evaluate the EMC performance of vehicle electrical equipment. As shown in FIG. 5, this BCI test injects a high-frequency interference current (noise signal) of, for example, 1 to 400 MHz into a pair of communication lines 300 via a BCI probe 400, and measures the noise signal propagating through the pair of communication lines 300 to estimate noise resistance performance and evaluate immunity performance.

＜作用・効果＞
以上説明したように、本開示の一実施形態に係る信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣ１１０を搭載した電子制御ユニットの評価システム１０は、送信側のＥＣＵ１００と受信側のＥＣＵ２００とを一対の通信線３００によって差動接続し、さらに一対の通信線３００の中央部にリンギング発生回路５００を接続する構成を備えている。そして、この評価システム１０は、リンギング発生回路５００の回路構成をＳパラメータの解析によって導出する。 <Action and Effects>
As described above, the evaluation system 10 for an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC 110 having a signal improvement function (SIC) according to an embodiment of the present disclosure has a configuration in which the transmitting ECU 100 and the receiving ECU 200 are differentially connected by a pair of communication lines 300, and the ringing generation circuit 500 is further connected to the center of the pair of communication lines 300. The evaluation system 10 derives the circuit configuration of the ringing generation circuit 500 by analyzing S parameters.

これによって、ＣｉＡの国際規格「６０１－４ｖｅｒｓｉｏｎ２．０」において規格化されている通信トランシーバＩＣ１１０の単体評価のときと同等のリンギング波形を発生させることができるリンギング発生回路５００の構成を、特定することができる。また、この回路構成では、一対の通信線３００の長さが異なる場合においても、必要なリンギング発生回路５００を明確化することができる。 This makes it possible to identify the configuration of the ringing generation circuit 500 that can generate a ringing waveform equivalent to that generated during standalone evaluation of the communication transceiver IC 110, as standardized in the CiA international standard "601-4 version 2.0." Furthermore, with this circuit configuration, the required ringing generation circuit 500 can be clarified even when the lengths of the pair of communication lines 300 are different.

また、本開示の一実施形態に係る信号改善機能（ＳＩＣ）を有する通信トランシーバＩＣ１１０を搭載した電子制御ユニットの評価方法によれば、一対の通信線３００とリンギング発生回路５００とを有した評価システム１０の状態においてＥＭＣ性能の評価を実施する。 In addition, according to a method for evaluating an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC 110 having a signal improvement function (SIC) according to an embodiment of the present disclosure, an evaluation of EMC performance is performed in an evaluation system 10 having a pair of communication lines 300 and a ringing generation circuit 500.

この電子制御ユニットの評価方法によって、イミュニティ性能の推定誤差を低減させることができる。 This method of evaluating electronic control units can reduce estimation errors in immunity performance.

本開示の電子制御ユニットの評価システムおよび評価方法は、特に一対一通信時に国際規格相当のリンギング発生回路の要件を導出する（リンギング動作を実現したい）場合などに有用である。 The electronic control unit evaluation system and evaluation method disclosed herein are particularly useful in cases where it is necessary to derive requirements for a ringing generation circuit that meets international standards (to achieve ringing operation) during one-to-one communication.

１０評価システム
１００送信側のＥＣＵ
１１０通信トランシーバＩＣ
１２０コネクタ
２００受信側のＥＣＵ
２２０コネクタ
３００一対の通信線
４００ＢＣＩプローブ
５００リンギング発生回路 10 Evaluation system 100 Transmission side ECU
110 Communication transceiver IC
120 Connector 200 Receiving ECU
220 Connector 300 Pair of communication lines 400 BCI probe 500 Ringing generation circuit

Claims

信号改善機能を有する通信トランシーバＩＣを搭載した電子制御ユニットの評価システムであって、
前記電子制御ユニットを実装した送信側の通信装置と受信側の通信装置とを差動接続する、長さ１．８ｍ以上の一対の通信線と、
前記一対の通信線の中央部に接続されるリンギングを発生させる回路と、を備え、
前記リンギングを発生させる回路の構成をＳパラメータの解析によって導出した、評価システム。 An evaluation system for an electronic control unit equipped with a communication transceiver IC having a signal improvement function,
a pair of communication lines having a length of 1.8 m or more, which differentially connect a transmitting communication device having the electronic control unit mounted thereon and a receiving communication device;
a circuit for generating ringing connected to a central portion of the pair of communication lines,
An evaluation system in which the configuration of a circuit that generates the ringing is derived by analyzing S parameters.

請求項１に記載の前記評価システムを用いた評価方法であって、
前記一対の通信線と前記リンギングを発生させる回路とを有した前記評価システムの状態でＥＭＣ性能の評価を実施する、評価方法。 An evaluation method using the evaluation system according to claim 1,
an evaluation method, comprising: evaluating EMC performance in a state where the evaluation system has the pair of communication lines and the circuit that generates ringing.