JP7341653B2 - 受信装置、通信システムおよび受信装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、受信装置、通信システムおよび受信装置の制御方法に関する。

近年、機器内における電子回路基板間、機器間、または半導体デバイス内で通信するデータの高速化が進んでいる。特に、ネットワークカメラやプロジェクタなどの映像機器において、取り扱う画像の高解像度化、高フレームレート化により、データの高速化は顕著である。

一方で、基板間または機器間のデータ配線の接続は、コネクタやハーネスにより接続される。高速なデータを通過させるコネクタやハーネスは、厳密なインピーダンス管理が求められるため、高価である。また、コネクタやハーネスの接続は、工場内の機器組み立てにおいてロボットによる自動化が難しく、人手で行う必要がある。よって、組み立てコストも高額となる。例えば、ネットワークカメラなどの旋回可動部にまたがってデータ伝送を行う機器において、当該データ伝送にハーネスを用いる場合、可動によるハーネスの摩耗や、同方向に無限に自由旋回ができないという機能的な制約が生じる。

そこで、特許文献１には、送信器および受信器に配置された結合器間に生じる電界結合と磁界結合を用いてデータ伝送を行う無線通信システムが開示されている。また、特許文献１には、結合器を弧状形状にすることにより、旋回可動を可能とする無線通信システムが開示されている。

特開２０１６－２９７８５号公報

特許文献１では、高速な差動データ信号を第１の結合器に入力し、それと対向して設置された第２の結合器から出力される微分波形を波形整形することでデータ伝送を実現する。すなわち、送信信号の値が変化したことを受信回路において検出することで、信号の復元を行う。このような通信方法において、通信エラーの影響が大きくなる場合が考えられる。例えば、第２の結合器に生じた或る出力微分波形の振幅がノイズ等の影響により小さくなり、波形整形器の閾値に達しなかった場合、受信データの値に変化が起きず、その後も新たな微分波形が生じるまで変化前の値を出力し続けることになる。すなわち、出力すべき正しいデータの符号（値）とは異なるデータが出力される状態を継続することとなり、システムへの影響が大きくなる。

本発明の目的は、電界結合、磁界結合または光結合による信号の受信におけるエラーの影響が大きくなることを抑制することである。

本発明の受信装置は、電界結合、磁界結合または光結合により、送信装置から無線で送信信号を受信する第１の結合手段と、前記送信信号を受信した前記第１の結合手段が出力する変化成分の信号を基に、前記送信信号を復元する復元手段と、前記復元手段により復元された信号が同じ論理レベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、前記復元手段により復元される信号の論理レベルを補正する補正手段とを有し、前記閾値期間は、通信規格において規定され、正常動作時に同じ論理レベルを維持することが許される最大の期間にすることができる。

本発明によれば、電界結合、磁界結合または光結合による信号の受信におけるエラーの影響が大きくなることを抑制できる。

無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 正常動作時の信号波形を示す図である。 エラー発生時の信号波形を示す図である。 監視装置の動作時の信号波形を示す図である。 無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 変換装置の構成例を示す図である。 変換装置および監視装置の構成例を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による無線通信システム１００の構成例を示すブロック図である。無線通信システム１００は、送信装置１０２と、受信装置１０５とを有する。送信装置１０２は、外部通信接続部１０３と、結合器１０４とを有する。外部通信接続部１０３は、外部ネットワーク１０１に接続される。受信装置１０５は、結合器１０６と、変換装置１０７と、監視装置１０８と、外部接続部１０９とを有し、送信装置１０２から無線でデータを受信する。外部接続部１０９は、外部ネットワーク１１０に接続される。外部ネットワーク１０１および１１０は、例えば、ＣＡＮ、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＵＳＡＲＴまたはＲＳ４５４通信規格などのデジタル信号の通信線である。なお、外部ネットワーク１０１および１１０は、光を用いてデータ通信を行うネットワークでもよい。

外部通信接続部１０３は、外部ネットワーク１０１から信号を受信し、その受信した信号と同じ論理レベルの信号Ｖｉを結合器１０４に出力する。信号Ｖｉは、デジタル信号であり、ベースバンド信号または変調信号である。結合器１０４は、信号Ｖｉを入力する。結合器１０４と結合器１０６は、相互に、近接して配置されている。結合器１０４は、結合器１０６に対して、電磁界結合（電界結合および／または磁界結合）または光結合により、送信信号Ｖｉを無線送信する。結合器１０６は、電磁界結合（電界結合および／または磁界結合）または光結合により、送信信号Ｖｉを無線受信し、送信信号Ｖｉの変化成分の信号Ｖｒを変換装置１０７に出力する。

例えば、電磁界結合の場合、結合器１０４および１０６は、基板パターンを有する。光結合の場合、結合器１０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し、結合器１０６は、フォトダイオードを有する。

結合器１０４および１０６を用いることにより、受信装置１０５は、送信装置１０２に対して、着脱可能である。結合器１０４と結合器１０６は、相互に、略一定の距離を保ったまま可動（旋回）できる。なお、結合器１０４および１０６は、それぞれ、送信装置１０２および受信装置１０５の無線電力伝送のためのアンテナの内部に設けてもよい。

変換装置１０７は、信号Ｖｒを入力し、信号Ｖｒを基に、信号Ｖｉと同じ論理レベルの信号Ｖｏを復元し、信号Ｖｏを出力する。監視装置１０８は、変換装置１０７が出力する信号Ｖｏを監視する。変換装置１０７は、監視装置１０８の監視結果を基に、信号Ｖｏを生成する。外部通信接続部１０９は、送信部であり、信号Ｖｏと同じ論理レベルの信号を外部ネットワーク１１０に送信する。

図２は、無線通信システム１００の正常動作時の信号Ｖｉと信号Ｖｒと信号Ｖｏの例を示す波形図である。以下、無線通信システム１００の制御方法を説明する。信号Ｖｉは、結合器１０４に入力される信号である。信号Ｖｒは、結合器１０６が出力する信号である。信号Ｖｏは、変換装置１０７が出力する信号である。結合器１０４は、電磁界結合等により、信号Ｖｉを結合器１０６に無線送信する。結合器１０６は、電磁界結合等により、信号Ｖｒを結合器１０４から無線受信する。信号Ｖｒは、信号Ｖｉの変化成分の信号であり、信号Ｖｉを微分した信号である。入力信号Ｖｉの変化点において、信号Ｖｒは変化が生じる。

変換装置１０７は、復元装置であり、信号Ｖｒを基に、信号Ｖｉと同じ論理レベルの信号Ｖｏを復元する。具体的には、変換装置１０７は、信号Ｖｒが閾値２０１より小さい状態から閾値２０１より大きい状態に遷移した場合には、信号Ｖｏをハイレベル２０３に変化させる。また、変換装置１０７は、信号Ｖｒが閾値２０２より大きい状態から閾値２０２より小さい状態に遷移した場合には、電圧Ｖｏをローレベル２０４に変化させる。閾値２０２は、閾値２０１より小さい。

図３は、無線通信システム１００のノイズ発生時に監視装置１０８が動作しない場合の信号Ｖｉと信号Ｖｒと信号Ｖｏの例を示す波形図である。無線通信システム１００において、信号Ｖｏにエラーが発生する原因について説明する。図３の信号Ｖｉは、図２の信号Ｖｉと同じである。時刻３０１では、ノイズ等の影響により、信号Ｖｒの極大値が閾値２０１より小さくなってしまう。その場合、変換装置１０７は、信号Ｖｒが閾値２０１より小さい状態のままであるので、信号Ｖｏのローレベルを維持する。時刻３０１以降の期間３０２では、信号Ｖｏは、ローレベルであり、信号Ｖｉのハイレベルとは異なるので、連続エラーが発生する。

図４は、無線通信システム１００のノイズ発生時に監視装置１０８が動作する場合の信号Ｖｉと信号Ｖｒと信号Ｖｏの例を示す波形図である。図４の信号ＶｉおよびＶｒは、それぞれ、図３の信号ＶｉおよびＶｒと同じである。時刻３０１では、信号Ｖｉは、ローレベルからハイレベルに遷移するが、信号Ｖｏは、ノイズ等により、ローレベルを維持し、エラーが発生する。監視装置１０８は、以下で説明する方法により、連続エラーを抑止する。

外部ネットワーク１０１および１１０の通信規格として、例えばＣＡＮ通信規格を採用している場合には、正常動作時に許される信号がローレベルを維持する最大の期間Ｔ＿ｍａｘが規定されている。すなわち、正常動作時では、期間Ｔ＿ｍａｘより長い期間で、信号Ｖｉがローレベルを維持することはない。無線通信装置１００では、外部ネットワーク１０１上の信号値と、信号ＶｉおよびＶｒの値が一致するように構成されている。

時刻４０１では、監視装置１０８は、信号Ｖｏがハイレベルからローレベルに遷移したことを検出し、カウンタにより、連続したローレベル時間の測定を開始する。時刻４０２では、監視装置１０８は、カウンタにより、信号Ｖｏがローレベルを維持している期間が期間Ｔ＿ｍａｘより長くなったことを検出し、変換装置１０７に対して、ハイレベル指示信号を出力する。変換装置１０７は、ハイレベル指示信号を入力すると、信号Ｖｏをローレベルからハイレベルに変化させる。これにより、時刻４０２以降では、信号Ｖｏは、正常な信号になる。図４の信号Ｖｏのエラー期間は、時刻３０１から時刻４０２までの期間４０３である。図４のエラー期間４０３は、図３のエラー期間３０２より短くすることができる。

なお、外部ネットワーク１０１および１１０の通信規格は、標準規格に限定されない。また、監視装置１０８は、期間Ｔ＿ｍａｘの経過時刻４０２に変換装置１０７を制御する場合に限定されない。監視装置１０８は、期間Ｔ＿ｍａｘの経過時刻４０２より後の時刻で、変換装置１０７を制御してもよい。

また、監視装置１０８が変換装置１０７を制御する条件は、外部ネットワーク１０１おおび１１０上の信号値が外部ネットワーク１０１および１１０の通信規格を満たすべき正常動作条件であり、期間Ｔ＿ｍａｘに限定されない。監視装置１０８は、正常動作条件を満たさない値または信号列を検出した場合に、変換装置１０７を制御し、正常動作条件を満たすように、信号Ｖｏを補正する。例えば、監視装置１０８は、信号Ｖｏがハイレベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、信号Ｖｏをハイレベルからローレベルに補正してもよい。

以上のように、監視装置１０８は、補正装置であり、信号Ｖｏが同じ論理レベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、信号Ｖｏの論理レベルを補正することができる。閾値期間は、例えば、期間Ｔ＿ｍａｘである。具体的には、監視装置１０８は、信号Ｖｏの論理レベルを補正するように、変換装置１０７を制御する。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による無線通信システム１００の構成例を示すブロック図である。図５の無線通信システム１００は、図１の無線通信システム１００に対して、マスク生成部５０１を追加したものである。マスク生成部５０１は、受信装置１０５内に設けられる。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

時刻３０１で監視装置１０８が変換装置１０７にハイレベル指示信号を出力してから、信号Ｖｏがローレベルからハイレベルに遷移するまでの時間が、無線通信システム１００の遅延要求等を満たさない場合がある。その場合、マスク生成部５０１は、その遅延要求等を満たすように、信号をマスク制御する。

時刻４０２では、監視装置１０８は、上記のように、ハイレベル指示信号を変換装置１０８に出力するとともに、ハイレベル指示信号をマスク生成部５０１に出力する。マスク生成部５０１は、ハイレベル指示信号を入力すると、信号Ｖｏをハイレベルにするためのマスク信号を所定期間だけ外部通信接続部１０９に出力する。外部通信接続部１０９は、マスク信号を入力している期間では、信号Ｖｏをハイレベルに補正し、その補正した信号Ｖｏと同じ論理レベルの信号を外部ネットワーク１１０に送信する。変換装置１０７は、ハイレベル指示信号に応じて、信号Ｖｏをローレベルからハイレベルに変化させる。

以上のように、マスク生成部５０１は、補正部であり、信号Ｖｏがローレベル（同じ論理レベル）を維持している期間が閾値期間Ｔ＿ｍａｘより長くなった場合には、変換装置１０７が復元した信号Ｖｏの論理レベルを補正する。

本実施形態は、第１の実施形態に比べ、外部ネットワーク１１０上の信号を正常な信号値に早期に補正し、エラー期間４０３をさらに短くすることができる。なお、マスク生成部５０１は、プログラマブルロジックやマイコンで構成してもよい。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態による変換装置１０７の構成例を示す図である。変換装置１０７は、コンパレータ６０１を有する。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

コンパレータ６０１は、電圧Ｖｒ＋が電圧Ｖｒ－より低い場合には、ローレベルの信号Ｖｏを出力し、電圧Ｖｒ＋が電圧Ｖｒ－より高い場合には、ハイレベルの信号Ｖｏを出力する。具体的には、コンパレータ６０１は、電圧Ｖｒ＋およびＶｒ－の差分と閾値（ヒステリシス特性）とを比較する。コンパレータ６０１は、図２に示したように、信号Ｖｒが閾値２０１より小さい状態から閾値２０１より大きい状態に遷移した場合には、信号Ｖｏをハイレベル２０３に変化させる。また、コンパレータ６０１は、信号Ｖｒが閾値２０２より大きい状態から閾値２０２より小さい状態に遷移した場合には、電圧Ｖｏをローレベル２０４に変化させる。

なお、変換装置６０１は、オペアンプ、ＬＶＤＳレシーバ、プログラマブルロジック、またはマイクロコントローラにより、構成してもよい。

図７は、監視装置１０８により制御される変換装置１０７の構成例を示す図である。変換装置１０７は、コンパレータ６０１と、電界効果トランジスタ７０１とを有する。電界効果トランジスタ７０１は、ゲートが監視装置１０８からハイレベル指示信号を入力し、ドレインが電圧Ｖｒ－のノードに接続され、ソースがグランド電位ノードに接続される。

監視装置１０８は、上記のように、信号Ｖｏがローレベルを維持している期間が期間Ｔ＿ｍａｘより長くなった場合には、ハイレベルのハイレベル指示信号を所定期間だけ出力する。電界効果トランジスタ７０１は、ハイレベル指示信号がハイレベルになると、電圧Ｖｒ－を０Ｖにする。すると、コンパレータ６０１は、信号Ｖｒにかかわらず、ハイレベルの信号Ｖｏを出力する。

例えば、監視装置１０８は、マイクロコントローラまたはプログラマブルロジックを有する。また、監視装置１０８は、発光により、変換装置１０７を制御してもよい。

なお、コンパレータ６０１がリセット機能を内蔵している場合には、そのリセット機能を活用することで、同様の機能を実現可能である。また、図６および図７では、回路を簡略化のため、結合器１０６と変換装置１０７の間に受動素子が挿入されていないが、実用上、マッチング回路、バイアス回路、フィルタ回路が挿入されていることが望ましい。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０２ 送信装置、１０４，１０６ 結合器、１０５ 受信装置、１０７ 変換装置、１０８ 監視装置、５０１ マスク生成部、６０１ コンパレータ、７０１ 電界効果トランジスタ

Claims (15)

1. 電界結合、磁界結合または光結合により、送信装置から無線で送信信号を受信する第１の結合手段と、
   前記送信信号を受信した前記第１の結合手段が出力する変化成分の信号を基に、前記送信信号を復元する復元手段と、
   前記復元手段により復元された信号が同じ論理レベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、前記復元手段により復元される信号の論理レベルを補正する補正手段とを有し、
   前記閾値期間は、通信規格において規定され、正常動作時に同じ論理レベルを維持することが許される最大の期間にすることができることを特徴とする受信装置。
2. 前記補正手段は、前記復元手段により復元された信号が同じ論理レベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、前記復元手段が復元する信号の論理レベルを補正するように、前記復元手段を制御する第１の補正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記補正手段は、前記復元手段により復元された信号がローレベルである期間が閾値期間より長くなった場合には、前記復元手段により復元される信号の論理レベルを補正することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
4. 前記送信信号は、ＣＡＮ、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＵＳＡＲＴまたはＲＳ４５４通信規格の信号であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の受信装置。
5. 前記送信信号は、ＣＡＮ通信規格の信号であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の受信装置。
6. 前記補正手段により補正された信号と同じ論理レベルの信号を送信する送信手段をさらに有し、
   前記送信手段は、ＣＡＮ、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＵＳＡＲＴまたはＲＳ４５４通信規格の信号を送信することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の受信装置。
7. 前記補正手段により補正された信号と同じ論理レベルの信号を送信する送信手段をさらに有し、
   前記送信手段は、ＣＡＮ通信規格の信号を送信することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の受信装置。
8. 前記復元手段は、コンパレータ、オペアンプ、ＬＶＤＳレシーバ、プログラマブルロジックまたはマイクロコントローラを有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の受信装置。
9. 前記補正手段は、マイクロコントローラまたはプログラマブルロジックを有することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の受信装置。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の受信装置と、
    前記送信装置とを有し、
    前記送信装置は、電界結合、磁界結合または光結合により、前記送信信号を前記第１の結合手段に送信する第２の結合手段を有することを特徴とする通信システム。
11. 前記受信装置は、前記送信装置に対して、着脱可能であることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記第１の結合手段と前記第２の結合手段は、相互に、略一定の距離を保ったまま可動できることを特徴とする請求項１０または１１に記載の通信システム。
13. 前記送信装置は、信号を受信し、前記受信した信号と同じ論理レベルの前記送信信号を前記第２の結合手段に出力する受信手段をさらに有し、
    前記受信手段は、ＣＡＮ、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ、ＵＳＡＲＴまたはＲＳ４５４通信規格の信号を受信することを特徴とする請求項１０～１２のいずれか１項に記載の通信システム。
14. 前記送信装置は、信号を受信し、前記受信した信号と同じ論理レベルの前記送信信号を前記第２の結合手段に出力する受信手段をさらに有し、
    前記受信手段は、ＣＡＮ通信規格の信号を受信することを特徴とする請求項１０～１２のいずれか１項に記載の通信システム。
15. 第１の結合手段の電界結合、磁界結合または光結合により、送信装置から無線で送信信号を受信するステップと、
    前記送信信号を受信した前記第１の結合手段が出力する変化成分の信号を基に、前記送信信号を復元するステップと、
    前記復元された信号が同じ論理レベルを維持している期間が閾値期間より長くなった場合には、前記復元される信号の論理レベルを補正するステップとを有し、
    前記閾値期間は、通信規格において規定され、正常動作時に同じ論理レベルを維持することが許される最大の期間にすることができることを特徴とする受信装置の制御方法。

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