通信装置、通信システム
【課題】単流方式や複流RZ方式による伝送では、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生すると、信号線に電荷が蓄積し、安定して長距離通信を行うことが困難となる場合がある。
【解決手段】伝送するデータの値に応じて、電圧の供給のオンオフを切り替え、さらに、各信号線に供給される電圧の極性を、伝送するデータの値にかかわらず、クロックに同期して周期的に反転させる。これにより、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、各信号線に供給される電圧の極性が周期的に切り替わり、電荷の蓄積を防止することができるので、伝送するデータが０であるか１であるかにかかわらず、安定して長距離通信を行うことができる。
【解決手段】伝送するデータの値に応じて、電圧の供給のオンオフを切り替え、さらに、各信号線に供給される電圧の極性を、伝送するデータの値にかかわらず、クロックに同期して周期的に反転させる。これにより、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、各信号線に供給される電圧の極性が周期的に切り替わり、電荷の蓄積を防止することができるので、伝送するデータが０であるか１であるかにかかわらず、安定して長距離通信を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号線間の電圧によってデータを伝送する通信装置に関し、特に、信号の伝送方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の通信装置が扱うデータは、０と１の２進符号で表される。この０または１で表されるデータを、通信装置間で互いに伝送するために、様々な伝送方式が考案されている。一例としては、０と１を、パルス波形の「ある」「なし」に対応づけて、２本の信号線を介して伝送する方式があり、この伝送方式は、大きく単流方式と複流方式の２つに分けられる。
【０００３】
単流方式とは、０と１を、電圧の有り・無しで表現する方式のことをいう。例えば、０をゼロボルト、１を５ボルトとして表現する。
しかしながら、単流方式においては、０と１を、電圧の有り・無しで表現するので、信号の伝送を繰り返すと、徐々に信号線に電荷が溜まり、信号線に蓄積された電荷が電位差を発生させることにより、信号の伝送に悪影響を及ぼすという問題がある。信号の伝送距離が長くなるほど、電荷の蓄積による悪影響を受ける可能性が高くなるので、単流方式は、長距離通信においては安定した信号の伝送を行うのが困難である。
【０００４】
これに対し、複流方式とは、０と１を、電圧の極性の違いで表現する方式のことをいう。例えば、複流RZ（Return to Zero）などが複流方式の伝送方式として広く知られている。複流RZは、例えば電圧の極性がマイナスのときを０、プラスのときを１とする。複流RZでは、伝送するデータに応じて、電圧の極性が切り替わるため、信号線に電荷が溜まりにくい。そのため、単流方式と比べると、長距離の信号の伝送に有利となる。
【非特許文献１】新版 電気電子用語事典 第１版第１刷1988年９月１日（株）オーム社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複流方式による伝送方式を用いたとしても、伝送するデータが連続して同一となる場合があると、その間電圧の極性が切り替わらず、徐々に信号線に電荷が溜まり、その結果、長距離通信に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、本発明は、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、安定して長距離通信を行うことを可能にする通信装置、通信方法、通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置であって、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述の構成を備える通信装置は、伝送するデータに応じて、電圧の供給のオンオフを制御するとともに、伝送するデータとは関係なく、供給される電圧の極性を反転させる。
これにより、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、反転制御部により、信号線に供給される電圧の極性を周期的に反転させるので、信号線に電荷が溜まる事態を回避することができる。
【０００８】
したがって、信号線に電荷が蓄積することによる信号への悪影響を軽減することができ、従来と比べて長距離の信号の伝送を安定して行うことができる。
ところで、信号の伝送においては、通信装置間での同期の取りやすさも重要な要素である。同期を容易に確立できない場合、データを受信する側の通信装置は、受信するデータの内容を早期に確定することができず、高速な通信を行うことが困難となるからである。
【０００９】
電荷の蓄積を避けつつ同期の確立を容易にするために、従来においては、例えばマンチェスタ符号方式などのように、信号の１ビットを２ビット符号に変換する伝送方式が用いられている。マンチェスタ符号方式は、例えば０をマイナス５ボルト、１をプラス５ボルトとし、伝送するデータ”０”を、２ビットの帯域幅を用いて”０１”と表現し、また、伝送するデータ”１”を、２ビットの帯域幅を用いて”１０”で表現する。これにより、2ビットの帯域幅を用いて１ビット分の情報を伝送する際に、必ず極性が反転するので、無信号状態がなくなり、同期の確立が容易となる。
【００１０】
また、AMI（Alternate Mark Inversion）符号方式（バイポーラ符号方式）も広く用いられている。AMI符号方式とは、例えば０を電圧有り、１を電圧無しで表現し、０を伝送するごとに、電圧の極性のプラスとマイナスを交互に変化させる方式である。
しかし、マンチェスタ符号方式の場合、同期の確率は容易となる一方で、２ビットの帯域幅を用いて１ビットの情報を伝送するため、伝送効率が悪化するという問題がある。また、AMI符号の場合、電圧有りで表現しているデータが連続する場合は、１ビットを伝送するごとに極性が反転するので同期を確立するのが容易であるが、電圧無しで表現しているデータが連続すると、無信号状態が続くため、同期の確立が困難になるという問題がある。
【００１１】
そこで、前記供給制御部は、伝送するデータの値に応じて、１クロック内において、１の信号線に対する前記供給がオンの状態を維持するか、オンの状態からオフに切り替えるかを制御することとしてもよい。
これにより、伝送するデータの値にかかわらず、０または１の送信開始時においては、信号線に供給される電圧がオンの状態になっている。また、信号線に供給される電圧の極性は周期的に反転する。そのため、データを受信する側の通信装置は、０と１のいずれのデータにおいても、同一のデータを連続して受信した場合に、電圧の極性が周期的に切り替わるタイミングを用いることによって、同期を容易に確立することができる。また、電圧がオンのままであるかオフになるかでデータを表現しているので、１ビットの情報を伝送するのに余分な帯域幅が不要となる。
【００１２】
したがって、帯域幅を増大させることなく、０と１のいずれのデータが連続した場合であっても、長距離の信号の伝送を安定させつつ、同期の確立も容易に行うことができる。
また、前記供給制御部は、所定ビット分のデータを伝送するごとに、前記所定ビット分のデータの値をビット反転させたデータを、前記所定ビット分のデータに後続して伝送するよう前記切り替えを制御することとしてもよい。
【００１３】
これにより、通信装置が正常に稼働している場合は、伝送したデータに後続してビット反転させたデータを伝送するので、通信装置のハードウェアが故障等により常に同一のビットを伝送した場合に、故障等を検出することが容易になる。
また、所定電圧の供給を受けて、前記通信装置と前記２本の信号線を介して双方向通信を行う第２通信装置であって、前記第２通信装置が送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備えることとしてもよい。
【００１４】
第２通信装置は、通信先通信装置と接続されている信号線に対して、第２通信装置が伝送するデータに応じて所定アンペアの短絡信号をのせる。これにより、信号線に流れている電流が変化する。
通信先通信装置は、信号線に流れている電流の変化を検出することにより、第２通信装置が伝送しているデータの内容を検出することができる。
【００１５】
これにより、２本の信号線を用いて、２つの通信装置の間において、双方向通信を行うことができる。
また、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置において用いられる通信方法であって、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転ステップと、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替ステップと、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替ステップにおける前記切り替えを制御する供給制御ステップと、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記極性反転ステップにおける前記反転を周期的に行うよう制御する反転制御ステップとを含むことを特徴とする通信方法としてもよい。
【００１６】
上述した通信方法を用いることにより、安定して長距離通信を行うことができる。
また、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する第１通信装置と、前記第１通信装置と双方向通信を行う第２通信装置とからなる通信システムであって、前記第１通信装置は、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備え、前記第２通信装置は、前記第１通信装置に対して送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備え、前記第１通信装置は、各信号線に供給されている電流が所定値以上変化していることを検出することによって、前記第２通信装置が送信したデータを受信する手段を備えることを特徴とする通信システムとしてもよい。
【００１７】
上述した通信システムにより、安定して双方向通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施の形態＞
以下、本発明にかかる通信装置および通信システムについて、その実施の一形態を、図面を用いて具体的に説明する。
＜概要＞
通信システムは、マスタ装置とスレーブ装置とからなる。マスタ装置とスレーブ装置は、それぞれ通信装置であり、２本の信号線を介して接続されている。
【００１９】
通信システムが使用する通信プロトコルは、フレーム同期・ビット同期方式である。
マスタ装置からスレーブ装置への信号の伝送にはパルス幅変調を用い、スレーブ装置からマスタ装置への信号の伝送には、所定アンペアの短絡信号をのせることによる電流変化を用いる。
本発明の特徴となる部分は、マスタ装置がスレーブ装置へ信号を伝送する際に、伝送する信号の内容が０であるか１であるかにかかわらず、クロックと同期して周期的に信号線に供給する電圧の極性を切り替える点にある。
【００２０】
これにより、伝送する信号の内容にかかわらず、同期の確立が容易で、かつ、長距離伝送を実現することができる。
＜構成＞
図１は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の機能ブロック図である。
同図に示すように、直流電源である電源１と接続されているマスタ装置１０００は、極性反転部１０１と、切替部１０２と、タイミング発生部１０３と、受信データ抽出部１０４と、制御部１０５とからなる。
【００２１】
マスタ装置１０００は、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２とを介してスレーブ装置２０００と接続している。
極性反転部１０１は、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧の極性を、制御部１０５による制御にしたがって反転させる回路である。
切替部１０２は、制御部１０５による制御にしたがって、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧のオンオフを切り替えるスイッチ回路である。
【００２２】
タイミング発生部１０３は、極性反転部１０１や、切替部１０２等にクロックを供給するクロック発生回路である。
受信データ抽出部１０４は、各信号線に供給されている電流が、クロックに同期して、スレーブ装置２０００から送出された短絡信号によって所定値以上変化していることを検出して、スレーブ装置２０００から信号が送信されていることを検出し、送信されている信号に示されるデータを抽出する回路である。抽出したデータを、制御部１０５に出力する。
【００２３】
制御部１０５は、マスタ装置１０００の動作を制御する制御回路であり、スレーブ装置２０００との通信を制御する。極性反転部１０１を制御して、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧の極性を、タイミング発生部１０３が発生するクロックに同期して周期的に反転させる。また、スレーブ装置２０００に対して伝送するデータに応じて、切替部１０２を制御して、各信号線に供給する電圧のオンオフを制御する。また、受信データ抽出部１０４が抽出したデータを受け付けて、スレーブ装置２０００と双方向通信を行う。
【００２４】
マスタ装置１０００は、この他に、図示しない表示部や操作部を備え、装置の状態や異常の検出等を、表示部によって表示し、また、操作部を介してユーザの操作を受け付ける。
スレーブ装置２０００は、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２とを介してマスタ装置１０００と接続している。
【００２５】
同図に示すように、スレーブ装置２０００は、受信部２０１と、送信部２０２と、制御部２０３とからなる。
受信部２０１は、信号に基づいてクロックを抽出するクロック同期部を含み、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２との電圧差を検出して、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信したデータを抽出する回路である。Ｄ＋信号線３１に供給されている電圧がＤ−信号線３２よりも所定電圧以上高い場合は、電圧差がプラスと検出し、Ｄ＋信号線３１に供給されている電圧がＤ−信号線３２よりも所定電圧以上低い場合は、電圧差がマイナスと検出する。各信号線に供給されている電圧の差がほぼ等しく、所定電圧以上の差がない場合は、電圧差がゼロと検出する。検出結果を、制御部２０３へ出力する。
【００２６】
送信部２０２は、制御部２０３による制御にしたがって、各信号線に対して例えば１５０ｍＡなどの、所定アンペアの短絡信号をのせることによって、各信号線に流れている電流を変化させてマスタ装置１０００に対してデータを送信する回路である。
制御部２０３は、スレーブ装置２０００の動作を制御する制御回路であり、マスタ装置１０００との通信を制御する。受信部２０１が抽出したクロックを受け付ける。また、受信部２０１から各信号線の電圧差の検出結果を受け付けて、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信したデータを抽出する。また、送信部２０２を制御して、クロックに同期してマスタ装置１０００と双方向通信を行う。
【００２７】
なお、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００は、電源１とは別に、定電圧の電源から電力の供給を受けて、各制御部１０５等を動作させている。
＜回路図＞
ここで、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の具体的な回路構成について、その一例を説明する。
【００２８】
図２は、マスタ装置１０００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、マスタ装置１０００は、制御回路１１１と、タイミング発生回路１１２と、送信制御回路１１３とからなる。
制御回路１１１は、スレーブ装置２０００との通信を制御する。スレーブ装置２０００に対して送信するデータを決定し、タイミング発生回路１１２が発生するクロックに従って、送信制御回路１１３を介してデータを送信する。また、信号線に供給されている電流の変化を検出してスレーブ装置２０００が送信したデータを抽出する。
【００２９】
タイミング発生回路１１２は、所定周期のクロックを生成する。
送信制御回路１１３は、送信するデータに応じて、トランジスタ制御線１２４、１２５、１２６、１２７を介してトランジスタ１１４、１１５、１１６、１１７の動作を制御する。
図１の機能ブロック図と対比させて説明すると、制御回路１１１は、図１の受信データ抽出部１０４および制御部１０５に相当する。また、タイミング発生回路１１２は、タイミング発生部１０３に相当する。また、送信制御回路１１３およびトランジスタ１１４〜１１７は、極性反転部１０１および切替部１０２に相当する。
【００３０】
なお、送信制御回路１１３による制御と、クロックに同期して各信号線に供給する電圧の極性を周期的に反転させ、かつ、送信するデータに応じて各信号線に供給する電圧のオンオフを切り替える動作との関係については後述する。
図３は、スレーブ装置２０００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、スレーブ装置２０００は、制御回路２１１と、送受信制御回路２１２とからなる。
【００３１】
制御回路２１１は、マスタ装置１０００との通信を制御する。マスタ装置１０００が送信したデータを送受信制御回路２１２から受け付けて処理する。マスタ装置１０００に対して送信するデータを決定し、所定のクロックにしたがって、送受信制御回路２１２を介してデータを送信する。
送受信制御回路２１２は、トランジスタ制御線２２３、２２４、２２５を介してトランジスタ２１３、２１４、２１５、２１６と接続されている。マスタ装置１０００に対して送信するデータに応じて、トランジスタ制御線２２５に電流を流す。また、各信号線の電圧差を、トランジスタ制御線２２３および２２４を介して抽出し、マスタ装置１０００が送信したデータを受け付けて、送信データを抽出し、制御回路２１１へ出力する。同図の例では、トランジスタ制御線２２３を介して、電圧差がプラスの場合のデータを検出し、トランジスタ制御線２２４を介して、電圧差がマイナスの場合のデータを検出する。また、トランジスタ制御線２２３およびトランジスタ制御線２２４を介して、電圧差ゼロを検出する。
【００３２】
図１の機能ブロック図と対比させて説明すると、制御回路２１１は、制御部２０３に相当する。また、送受信制御回路２１２およびトランジスタ２１３〜２１６は、受信部２０１および送信部２０２に相当する。
図２に示したように、電源１は、マスタ装置１０００や各信号線に対して２４Ｖの電圧を供給している。また、制御回路１１１やタイミング発生回路１１２、送信制御回路１１３には、５Ｖの電圧が供給されている。
【００３３】
図３に示したように、スレーブ装置２０００の制御回路２１１や送受信制御回路２１２には、５Ｖの電圧が供給されている。
＜伝送方式＞
（フレームデータの構成）
次に、信号の伝送方式について説明する。
【００３４】
図４は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるフレームデータの構成を示す図である。
同図に示すように、１フレームのフレーム構成は、スタートビット４１と、プリアンブルビット４２と、I/Oビット４３と、I/Oエンドビット４４と、IDビット４５と、フレームエンドビット４６とからなる。
【００３５】
スタートビット４１は、１フレームの開始を示す。
プリアンブルビット４２は、I/Oビット４３が後続することを示す。
I/Oビット４３は、マスタ装置１０００およびスレーブ装置２０００との間で送受信するデータの内容を示す。
I/Oエンドビット４４は、I/Oビット４３の終了を示す。
【００３６】
IDビット４５は、フレームのIDを示す。
フレームエンドビット４６は、１フレームの終了を示す。
スタートビット４１は、Hiレベルが所定ビット分としている。また、プリアンブルビット４２と、I/Oエンドビット４４と、フレームエンドビット４６は、それぞれ同一のビット幅を有し、Loレベルが所定ビット分としている。例えば、スタートビット４１は９ビット分、プリアンブルビット４２等は３ビット分とする。
（パルス波形）
図５は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるパルス波形を示す図である。マスタ装置１０００の制御部１０５は、I/Oビット内に送信データを含めてパルス波形を送出する。同図の例は、I/Oビット内のパルス波形を示している。また、マスタ装置１０００は、1クロックで１ビットのデータを送信するごとに、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する電圧を反転させることとしている。
【００３７】
また、１ビットのパルス波形が０を示すか１を示すかは、電圧の移動があるか否かによって表現する。すなわち、電圧がオンのままであれば０、電圧オンの状態から半クロック後にオフになれば１、とする。
アドレス５１は、マスタ装置とスレーブ装置との間で伝送するデータのアドレスを示す。１アドレスは２ビットの情報を含む。
【００３８】
波形５２は、パルス波形を示す。斜線で示されている部分は、スレーブ装置２０００が各信号線に短絡信号をのせることにより、電流変化が発生していることを示す。
マスタ送信データ５３は、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信するデータを示す。
スレーブ送信データ５４は、スレーブ装置２０００がマスタ装置１０００に対して送信するデータを示す。
【００３９】
マスタトランジスタ制御線５５は、マスタ装置１０００の送信制御回路が制御するトランジスタ制御線１２４〜１２７のオンオフを示す。
スレーブトランジスタ制御線５６は、スレーブ装置２０００の送受信回路が制御するトランジスタ制御線２２５のオンオフを示す。
同図では、各トランジスタ制御線がオンのときを○、オフのときを×としている。
【００４０】
また、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００は、相補ビット照合方式を用いてデータの送受信を行っている。相補ビット照合方式とは、送信するデータに冗長性を持たせて、誤りの検出率を向上させた伝送方式であり、送信データ１ビットと、送信データのビットを反転させたデータ１ビットを含めて１アドレスとする。すなわち、０を送信すると、０の後に続けて１を送信する。例えば、データが２進符号４ビットの「１」「０」「０」「１」、すなわち１００１の場合、各ビットを伝送するごとに、ビット反転させたデータを送信するので、相補ビット照合方式を用いると、送信データは、「１０」「０１」「０１」「１０」、すなわち１００１０１１０となる。
【００４１】
なお、同図の例では、伝送するデータのアドレスが４および５の部分において、マスタ装置１０００からスレーブ装置２０００に対して送信するデータが連続して同じ値となっている。すなわち、アドレスが４の部分では、０が連続しており、アドレスが５の部分では、１が連続している。このとき、スレーブ装置２０００は、アドレスが４および５の部分において、伝送データに誤りがあることを検出することができる。同様に、アドレスが６および７の部分では、スレーブ装置２０００からマスタ装置１０００へ送信するデータが連続して同一となっており、マスタ装置１０００は、アドレスが６および７の部分において、スレーブ装置２０００が送信したデータに誤りがあることを検出することができる。
【００４２】
＜動作＞
（マスタ装置１０００）
次に、マスタ装置１０００の動作について説明する。
図６は、マスタ装置１０００の動作を示すフローチャートである。
同図に示すように、マスタ装置１０００の制御部１０５は、スレーブ装置２０００に対して送信するデータの内容を決定すると（ステップＳ６１）、相補ビット、プリアンブルビット等を付加してフレームデータを生成する（ステップＳ６２）。
【００４３】
フレームデータを生成すると、タイミング発生部１０３によって供給されるクロックにしたがって、極性反転部１０１および切替部１０２を制御して、スレーブ装置２０００に対してフレームデータの送信を行う。フレームデータ送信中（ステップＳ６４：ＮＯ）は、受信データ抽出部１０４によって抽出されるスレーブ装置２０００の送信データを受け付けて処理する（ステップＳ６３）。
【００４４】
フレームデータの送信を終えると（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、再び送信データの送信処理を開始する（ステップＳ６１）。
（スレーブ装置２０００）
次に、スレーブ装置２０００の動作について説明する。
図７は、スレーブ装置２０００の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
スレーブ装置２０００の制御部２０３は、スタートビット、プリアンブルビットの入力があるまで待機し（ステップＳ７１：ＮＯ）、スタートビット、プリアンブルビットを検出すると（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、スタートビット、プリアンブルビットに基づいてフレーム同期を行い、プリアンブルビットの受信後、電圧の極性が切り替わるタイミングを用いてビット同期を行う。ビット同期後、半クロック経過後に電圧がプラスまたはマイナスであれば、マスタ装置１０００の送信データは０として受け付け、半クロック経過後に電圧がゼロであれば、マスタ装置１０００の送信データは１として受け付ける。１ビット受信するごとに、ビット同期からマスタ装置１０００の送信データの判定までの処理を繰り返す。また、プリアンブルビットの受信後、マスタ装置１０００に対して送信部２０２を制御して相補ビット照合方式を用いてデータを送信する（ステップＳ７２）。
【００４６】
フレームデータの受信を終えると（ステップＳ７３：ＹＥＳ）、再びフレームデータの受信およびマスタ装置１０００に対するデータ送信処理を繰り返す（ステップＳ７１）。
＜補足＞
以上のように本発明にかかる通信装置および通信システムについて実施の形態に基づいて説明したが、以下のように変形することもでき、本発明は上述の実施の形態に限られないことは勿論である。
（１）上述の実施形態では、１クロックごとに極性を反転させることとしているが、これに限らず、例えば８クロックごとなど、所定クロックごとに極性を反転させることとしてもよい。
（２）上述の実施形態では、Ｄ＋信号線３１またはＤ−信号線３２のいずれか一方に供給する供給電圧のオンオフを切り替えることとしてもよい。また、電源１と極性反転部１０２の間に切替部１０２を設けることとしてもよい。
（３）上述の実施形態では、マスタ装置１０００等に供給する電圧は、２４Ｖや５Ｖとしているが、これに限らない。また、回路構成は、上述の例に限らない。例えば、マスタ装置１０００の回路構成を図８のようにしてもよいし、スレーブ装置２０００の回路構成を図９のようにしてもよい。
（４）上述の実施形態では、マスタ装置１０００はひとつのスレーブ装置２０００と通信を行うものとして説明してきたが、図１０に示すように、各信号線を介して複数のスレーブ装置２０００（２０００ａ、２０００ｂ、・・・）と接続して通信することとしてもよい。例えば、工場の製造ラインや、プラント、物流管理システムなど、複数の装置を管理する通信システムなどで用いることができる。複数の装置を管理するためには、例えば図４のアドレス５１で示される送信データの各アドレスを、各々の管理対象の装置に割り当てることとすればよい。管理対象となる装置は、自装置のアドレス部分のデータを抽出してマスタ装置１０００から送信されたデータを受信する。また、自装置のアドレス部分において電流を流すことにより、マスタ装置１０００に対してデータを送信することができる。これにより、省配線の通信システムを実現することができる。また、複数のマスタ装置１０００同士での通信や、複数のマスタ装置１０００および複数のスレーブ装置２０００からなる通信システムであってもよい。
（５）上述の実施形態では、ひとつの電源１を用いて、各信号線に電圧を供給することとしているが、これに限らず、複数の電源を用いてもよい。また、電源１は、マスタ装置１０００の外部から供給されることとして説明してきたが、マスタ装置１０００の内部であってもよい。
（６）上述の実施形態では、送信するデータが０であるか１であるかを表現するために、ビット同期してから半クロック経過後に電圧差があるか、ゼロであるかに応じて送信するデータの値が定まることとしているが、半クロック経過後に限る必要はないし、また、電圧差があるかないかに応じてデータを表現する方法は、これに限らず、他の方法であってもよい。
（７）上述の実施形態では、相補ビット照合方式を用いることとしているが、必ずしも相補ビット照合方式を用いる必要はないし、他のビット照合方式を用いることとしてもよい。また、図４に示したように、１フレームは、スタートビット等から構成されるが、フレームの構成はこの形態に限るものではない。
（８）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
（９）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい
（１０）本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、LAN（Local Area Network）等の通信ネットワーク、通信システム、工場や設備などの機器管理装置等として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の機能ブロック図。
【図２】マスタ装置１０００の回路構成を示す図。
【図３】スレーブ装置２０００の回路構成を示す図。
【図４】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるフレームデータの構成を示す図。
【図５】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるパルス波形を示す図。
【図６】マスタ装置１０００の動作を示すフローチャート。
【図７】スレーブ装置２０００の動作を示すフローチャート。
【図８】マスタ装置１０００の回路構成を示す図。
【図９】スレーブ装置２０００の回路構成を示す図。
【図１０】通信システムを示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１ 電源
１０１ 極性反転部
１０２ 切替部
１０３ タイミング発生部
１０４ 受信データ抽出部
１０５ 制御部
２０１ 受信部
２０２ 送信部
２０３ 制御部
３１ Ｄ＋信号線
３２ Ｄ−信号線
１１１ 制御回路
１１２ タイミング発生回路
１１３ 送信制御回路
２１１ 制御回路
２１２ 送受信制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号線間の電圧によってデータを伝送する通信装置に関し、特に、信号の伝送方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の通信装置が扱うデータは、０と１の２進符号で表される。この０または１で表されるデータを、通信装置間で互いに伝送するために、様々な伝送方式が考案されている。一例としては、０と１を、パルス波形の「ある」「なし」に対応づけて、２本の信号線を介して伝送する方式があり、この伝送方式は、大きく単流方式と複流方式の２つに分けられる。
【０００３】
単流方式とは、０と１を、電圧の有り・無しで表現する方式のことをいう。例えば、０をゼロボルト、１を５ボルトとして表現する。
しかしながら、単流方式においては、０と１を、電圧の有り・無しで表現するので、信号の伝送を繰り返すと、徐々に信号線に電荷が溜まり、信号線に蓄積された電荷が電位差を発生させることにより、信号の伝送に悪影響を及ぼすという問題がある。信号の伝送距離が長くなるほど、電荷の蓄積による悪影響を受ける可能性が高くなるので、単流方式は、長距離通信においては安定した信号の伝送を行うのが困難である。
【０００４】
これに対し、複流方式とは、０と１を、電圧の極性の違いで表現する方式のことをいう。例えば、複流RZ（Return to Zero）などが複流方式の伝送方式として広く知られている。複流RZは、例えば電圧の極性がマイナスのときを０、プラスのときを１とする。複流RZでは、伝送するデータに応じて、電圧の極性が切り替わるため、信号線に電荷が溜まりにくい。そのため、単流方式と比べると、長距離の信号の伝送に有利となる。
【非特許文献１】新版 電気電子用語事典 第１版第１刷1988年９月１日（株）オーム社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複流方式による伝送方式を用いたとしても、伝送するデータが連続して同一となる場合があると、その間電圧の極性が切り替わらず、徐々に信号線に電荷が溜まり、その結果、長距離通信に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、本発明は、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、安定して長距離通信を行うことを可能にする通信装置、通信方法、通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置であって、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述の構成を備える通信装置は、伝送するデータに応じて、電圧の供給のオンオフを制御するとともに、伝送するデータとは関係なく、供給される電圧の極性を反転させる。
これにより、伝送するデータが連続して同一となる場合が発生しても、反転制御部により、信号線に供給される電圧の極性を周期的に反転させるので、信号線に電荷が溜まる事態を回避することができる。
【０００８】
したがって、信号線に電荷が蓄積することによる信号への悪影響を軽減することができ、従来と比べて長距離の信号の伝送を安定して行うことができる。
ところで、信号の伝送においては、通信装置間での同期の取りやすさも重要な要素である。同期を容易に確立できない場合、データを受信する側の通信装置は、受信するデータの内容を早期に確定することができず、高速な通信を行うことが困難となるからである。
【０００９】
電荷の蓄積を避けつつ同期の確立を容易にするために、従来においては、例えばマンチェスタ符号方式などのように、信号の１ビットを２ビット符号に変換する伝送方式が用いられている。マンチェスタ符号方式は、例えば０をマイナス５ボルト、１をプラス５ボルトとし、伝送するデータ”０”を、２ビットの帯域幅を用いて”０１”と表現し、また、伝送するデータ”１”を、２ビットの帯域幅を用いて”１０”で表現する。これにより、2ビットの帯域幅を用いて１ビット分の情報を伝送する際に、必ず極性が反転するので、無信号状態がなくなり、同期の確立が容易となる。
【００１０】
また、AMI（Alternate Mark Inversion）符号方式（バイポーラ符号方式）も広く用いられている。AMI符号方式とは、例えば０を電圧有り、１を電圧無しで表現し、０を伝送するごとに、電圧の極性のプラスとマイナスを交互に変化させる方式である。
しかし、マンチェスタ符号方式の場合、同期の確率は容易となる一方で、２ビットの帯域幅を用いて１ビットの情報を伝送するため、伝送効率が悪化するという問題がある。また、AMI符号の場合、電圧有りで表現しているデータが連続する場合は、１ビットを伝送するごとに極性が反転するので同期を確立するのが容易であるが、電圧無しで表現しているデータが連続すると、無信号状態が続くため、同期の確立が困難になるという問題がある。
【００１１】
そこで、前記供給制御部は、伝送するデータの値に応じて、１クロック内において、１の信号線に対する前記供給がオンの状態を維持するか、オンの状態からオフに切り替えるかを制御することとしてもよい。
これにより、伝送するデータの値にかかわらず、０または１の送信開始時においては、信号線に供給される電圧がオンの状態になっている。また、信号線に供給される電圧の極性は周期的に反転する。そのため、データを受信する側の通信装置は、０と１のいずれのデータにおいても、同一のデータを連続して受信した場合に、電圧の極性が周期的に切り替わるタイミングを用いることによって、同期を容易に確立することができる。また、電圧がオンのままであるかオフになるかでデータを表現しているので、１ビットの情報を伝送するのに余分な帯域幅が不要となる。
【００１２】
したがって、帯域幅を増大させることなく、０と１のいずれのデータが連続した場合であっても、長距離の信号の伝送を安定させつつ、同期の確立も容易に行うことができる。
また、前記供給制御部は、所定ビット分のデータを伝送するごとに、前記所定ビット分のデータの値をビット反転させたデータを、前記所定ビット分のデータに後続して伝送するよう前記切り替えを制御することとしてもよい。
【００１３】
これにより、通信装置が正常に稼働している場合は、伝送したデータに後続してビット反転させたデータを伝送するので、通信装置のハードウェアが故障等により常に同一のビットを伝送した場合に、故障等を検出することが容易になる。
また、所定電圧の供給を受けて、前記通信装置と前記２本の信号線を介して双方向通信を行う第２通信装置であって、前記第２通信装置が送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備えることとしてもよい。
【００１４】
第２通信装置は、通信先通信装置と接続されている信号線に対して、第２通信装置が伝送するデータに応じて所定アンペアの短絡信号をのせる。これにより、信号線に流れている電流が変化する。
通信先通信装置は、信号線に流れている電流の変化を検出することにより、第２通信装置が伝送しているデータの内容を検出することができる。
【００１５】
これにより、２本の信号線を用いて、２つの通信装置の間において、双方向通信を行うことができる。
また、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置において用いられる通信方法であって、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転ステップと、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替ステップと、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替ステップにおける前記切り替えを制御する供給制御ステップと、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記極性反転ステップにおける前記反転を周期的に行うよう制御する反転制御ステップとを含むことを特徴とする通信方法としてもよい。
【００１６】
上述した通信方法を用いることにより、安定して長距離通信を行うことができる。
また、定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する第１通信装置と、前記第１通信装置と双方向通信を行う第２通信装置とからなる通信システムであって、前記第１通信装置は、前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備え、前記第２通信装置は、前記第１通信装置に対して送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備え、前記第１通信装置は、各信号線に供給されている電流が所定値以上変化していることを検出することによって、前記第２通信装置が送信したデータを受信する手段を備えることを特徴とする通信システムとしてもよい。
【００１７】
上述した通信システムにより、安定して双方向通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施の形態＞
以下、本発明にかかる通信装置および通信システムについて、その実施の一形態を、図面を用いて具体的に説明する。
＜概要＞
通信システムは、マスタ装置とスレーブ装置とからなる。マスタ装置とスレーブ装置は、それぞれ通信装置であり、２本の信号線を介して接続されている。
【００１９】
通信システムが使用する通信プロトコルは、フレーム同期・ビット同期方式である。
マスタ装置からスレーブ装置への信号の伝送にはパルス幅変調を用い、スレーブ装置からマスタ装置への信号の伝送には、所定アンペアの短絡信号をのせることによる電流変化を用いる。
本発明の特徴となる部分は、マスタ装置がスレーブ装置へ信号を伝送する際に、伝送する信号の内容が０であるか１であるかにかかわらず、クロックと同期して周期的に信号線に供給する電圧の極性を切り替える点にある。
【００２０】
これにより、伝送する信号の内容にかかわらず、同期の確立が容易で、かつ、長距離伝送を実現することができる。
＜構成＞
図１は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の機能ブロック図である。
同図に示すように、直流電源である電源１と接続されているマスタ装置１０００は、極性反転部１０１と、切替部１０２と、タイミング発生部１０３と、受信データ抽出部１０４と、制御部１０５とからなる。
【００２１】
マスタ装置１０００は、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２とを介してスレーブ装置２０００と接続している。
極性反転部１０１は、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧の極性を、制御部１０５による制御にしたがって反転させる回路である。
切替部１０２は、制御部１０５による制御にしたがって、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧のオンオフを切り替えるスイッチ回路である。
【００２２】
タイミング発生部１０３は、極性反転部１０１や、切替部１０２等にクロックを供給するクロック発生回路である。
受信データ抽出部１０４は、各信号線に供給されている電流が、クロックに同期して、スレーブ装置２０００から送出された短絡信号によって所定値以上変化していることを検出して、スレーブ装置２０００から信号が送信されていることを検出し、送信されている信号に示されるデータを抽出する回路である。抽出したデータを、制御部１０５に出力する。
【００２３】
制御部１０５は、マスタ装置１０００の動作を制御する制御回路であり、スレーブ装置２０００との通信を制御する。極性反転部１０１を制御して、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する供給電圧の極性を、タイミング発生部１０３が発生するクロックに同期して周期的に反転させる。また、スレーブ装置２０００に対して伝送するデータに応じて、切替部１０２を制御して、各信号線に供給する電圧のオンオフを制御する。また、受信データ抽出部１０４が抽出したデータを受け付けて、スレーブ装置２０００と双方向通信を行う。
【００２４】
マスタ装置１０００は、この他に、図示しない表示部や操作部を備え、装置の状態や異常の検出等を、表示部によって表示し、また、操作部を介してユーザの操作を受け付ける。
スレーブ装置２０００は、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２とを介してマスタ装置１０００と接続している。
【００２５】
同図に示すように、スレーブ装置２０００は、受信部２０１と、送信部２０２と、制御部２０３とからなる。
受信部２０１は、信号に基づいてクロックを抽出するクロック同期部を含み、Ｄ＋信号線３１とＤ−信号線３２との電圧差を検出して、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信したデータを抽出する回路である。Ｄ＋信号線３１に供給されている電圧がＤ−信号線３２よりも所定電圧以上高い場合は、電圧差がプラスと検出し、Ｄ＋信号線３１に供給されている電圧がＤ−信号線３２よりも所定電圧以上低い場合は、電圧差がマイナスと検出する。各信号線に供給されている電圧の差がほぼ等しく、所定電圧以上の差がない場合は、電圧差がゼロと検出する。検出結果を、制御部２０３へ出力する。
【００２６】
送信部２０２は、制御部２０３による制御にしたがって、各信号線に対して例えば１５０ｍＡなどの、所定アンペアの短絡信号をのせることによって、各信号線に流れている電流を変化させてマスタ装置１０００に対してデータを送信する回路である。
制御部２０３は、スレーブ装置２０００の動作を制御する制御回路であり、マスタ装置１０００との通信を制御する。受信部２０１が抽出したクロックを受け付ける。また、受信部２０１から各信号線の電圧差の検出結果を受け付けて、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信したデータを抽出する。また、送信部２０２を制御して、クロックに同期してマスタ装置１０００と双方向通信を行う。
【００２７】
なお、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００は、電源１とは別に、定電圧の電源から電力の供給を受けて、各制御部１０５等を動作させている。
＜回路図＞
ここで、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の具体的な回路構成について、その一例を説明する。
【００２８】
図２は、マスタ装置１０００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、マスタ装置１０００は、制御回路１１１と、タイミング発生回路１１２と、送信制御回路１１３とからなる。
制御回路１１１は、スレーブ装置２０００との通信を制御する。スレーブ装置２０００に対して送信するデータを決定し、タイミング発生回路１１２が発生するクロックに従って、送信制御回路１１３を介してデータを送信する。また、信号線に供給されている電流の変化を検出してスレーブ装置２０００が送信したデータを抽出する。
【００２９】
タイミング発生回路１１２は、所定周期のクロックを生成する。
送信制御回路１１３は、送信するデータに応じて、トランジスタ制御線１２４、１２５、１２６、１２７を介してトランジスタ１１４、１１５、１１６、１１７の動作を制御する。
図１の機能ブロック図と対比させて説明すると、制御回路１１１は、図１の受信データ抽出部１０４および制御部１０５に相当する。また、タイミング発生回路１１２は、タイミング発生部１０３に相当する。また、送信制御回路１１３およびトランジスタ１１４〜１１７は、極性反転部１０１および切替部１０２に相当する。
【００３０】
なお、送信制御回路１１３による制御と、クロックに同期して各信号線に供給する電圧の極性を周期的に反転させ、かつ、送信するデータに応じて各信号線に供給する電圧のオンオフを切り替える動作との関係については後述する。
図３は、スレーブ装置２０００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、スレーブ装置２０００は、制御回路２１１と、送受信制御回路２１２とからなる。
【００３１】
制御回路２１１は、マスタ装置１０００との通信を制御する。マスタ装置１０００が送信したデータを送受信制御回路２１２から受け付けて処理する。マスタ装置１０００に対して送信するデータを決定し、所定のクロックにしたがって、送受信制御回路２１２を介してデータを送信する。
送受信制御回路２１２は、トランジスタ制御線２２３、２２４、２２５を介してトランジスタ２１３、２１４、２１５、２１６と接続されている。マスタ装置１０００に対して送信するデータに応じて、トランジスタ制御線２２５に電流を流す。また、各信号線の電圧差を、トランジスタ制御線２２３および２２４を介して抽出し、マスタ装置１０００が送信したデータを受け付けて、送信データを抽出し、制御回路２１１へ出力する。同図の例では、トランジスタ制御線２２３を介して、電圧差がプラスの場合のデータを検出し、トランジスタ制御線２２４を介して、電圧差がマイナスの場合のデータを検出する。また、トランジスタ制御線２２３およびトランジスタ制御線２２４を介して、電圧差ゼロを検出する。
【００３２】
図１の機能ブロック図と対比させて説明すると、制御回路２１１は、制御部２０３に相当する。また、送受信制御回路２１２およびトランジスタ２１３〜２１６は、受信部２０１および送信部２０２に相当する。
図２に示したように、電源１は、マスタ装置１０００や各信号線に対して２４Ｖの電圧を供給している。また、制御回路１１１やタイミング発生回路１１２、送信制御回路１１３には、５Ｖの電圧が供給されている。
【００３３】
図３に示したように、スレーブ装置２０００の制御回路２１１や送受信制御回路２１２には、５Ｖの電圧が供給されている。
＜伝送方式＞
（フレームデータの構成）
次に、信号の伝送方式について説明する。
【００３４】
図４は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるフレームデータの構成を示す図である。
同図に示すように、１フレームのフレーム構成は、スタートビット４１と、プリアンブルビット４２と、I/Oビット４３と、I/Oエンドビット４４と、IDビット４５と、フレームエンドビット４６とからなる。
【００３５】
スタートビット４１は、１フレームの開始を示す。
プリアンブルビット４２は、I/Oビット４３が後続することを示す。
I/Oビット４３は、マスタ装置１０００およびスレーブ装置２０００との間で送受信するデータの内容を示す。
I/Oエンドビット４４は、I/Oビット４３の終了を示す。
【００３６】
IDビット４５は、フレームのIDを示す。
フレームエンドビット４６は、１フレームの終了を示す。
スタートビット４１は、Hiレベルが所定ビット分としている。また、プリアンブルビット４２と、I/Oエンドビット４４と、フレームエンドビット４６は、それぞれ同一のビット幅を有し、Loレベルが所定ビット分としている。例えば、スタートビット４１は９ビット分、プリアンブルビット４２等は３ビット分とする。
（パルス波形）
図５は、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるパルス波形を示す図である。マスタ装置１０００の制御部１０５は、I/Oビット内に送信データを含めてパルス波形を送出する。同図の例は、I/Oビット内のパルス波形を示している。また、マスタ装置１０００は、1クロックで１ビットのデータを送信するごとに、Ｄ＋信号線３１およびＤ−信号線３２に供給する電圧を反転させることとしている。
【００３７】
また、１ビットのパルス波形が０を示すか１を示すかは、電圧の移動があるか否かによって表現する。すなわち、電圧がオンのままであれば０、電圧オンの状態から半クロック後にオフになれば１、とする。
アドレス５１は、マスタ装置とスレーブ装置との間で伝送するデータのアドレスを示す。１アドレスは２ビットの情報を含む。
【００３８】
波形５２は、パルス波形を示す。斜線で示されている部分は、スレーブ装置２０００が各信号線に短絡信号をのせることにより、電流変化が発生していることを示す。
マスタ送信データ５３は、マスタ装置１０００がスレーブ装置２０００に対して送信するデータを示す。
スレーブ送信データ５４は、スレーブ装置２０００がマスタ装置１０００に対して送信するデータを示す。
【００３９】
マスタトランジスタ制御線５５は、マスタ装置１０００の送信制御回路が制御するトランジスタ制御線１２４〜１２７のオンオフを示す。
スレーブトランジスタ制御線５６は、スレーブ装置２０００の送受信回路が制御するトランジスタ制御線２２５のオンオフを示す。
同図では、各トランジスタ制御線がオンのときを○、オフのときを×としている。
【００４０】
また、マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００は、相補ビット照合方式を用いてデータの送受信を行っている。相補ビット照合方式とは、送信するデータに冗長性を持たせて、誤りの検出率を向上させた伝送方式であり、送信データ１ビットと、送信データのビットを反転させたデータ１ビットを含めて１アドレスとする。すなわち、０を送信すると、０の後に続けて１を送信する。例えば、データが２進符号４ビットの「１」「０」「０」「１」、すなわち１００１の場合、各ビットを伝送するごとに、ビット反転させたデータを送信するので、相補ビット照合方式を用いると、送信データは、「１０」「０１」「０１」「１０」、すなわち１００１０１１０となる。
【００４１】
なお、同図の例では、伝送するデータのアドレスが４および５の部分において、マスタ装置１０００からスレーブ装置２０００に対して送信するデータが連続して同じ値となっている。すなわち、アドレスが４の部分では、０が連続しており、アドレスが５の部分では、１が連続している。このとき、スレーブ装置２０００は、アドレスが４および５の部分において、伝送データに誤りがあることを検出することができる。同様に、アドレスが６および７の部分では、スレーブ装置２０００からマスタ装置１０００へ送信するデータが連続して同一となっており、マスタ装置１０００は、アドレスが６および７の部分において、スレーブ装置２０００が送信したデータに誤りがあることを検出することができる。
【００４２】
＜動作＞
（マスタ装置１０００）
次に、マスタ装置１０００の動作について説明する。
図６は、マスタ装置１０００の動作を示すフローチャートである。
同図に示すように、マスタ装置１０００の制御部１０５は、スレーブ装置２０００に対して送信するデータの内容を決定すると（ステップＳ６１）、相補ビット、プリアンブルビット等を付加してフレームデータを生成する（ステップＳ６２）。
【００４３】
フレームデータを生成すると、タイミング発生部１０３によって供給されるクロックにしたがって、極性反転部１０１および切替部１０２を制御して、スレーブ装置２０００に対してフレームデータの送信を行う。フレームデータ送信中（ステップＳ６４：ＮＯ）は、受信データ抽出部１０４によって抽出されるスレーブ装置２０００の送信データを受け付けて処理する（ステップＳ６３）。
【００４４】
フレームデータの送信を終えると（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、再び送信データの送信処理を開始する（ステップＳ６１）。
（スレーブ装置２０００）
次に、スレーブ装置２０００の動作について説明する。
図７は、スレーブ装置２０００の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
スレーブ装置２０００の制御部２０３は、スタートビット、プリアンブルビットの入力があるまで待機し（ステップＳ７１：ＮＯ）、スタートビット、プリアンブルビットを検出すると（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、スタートビット、プリアンブルビットに基づいてフレーム同期を行い、プリアンブルビットの受信後、電圧の極性が切り替わるタイミングを用いてビット同期を行う。ビット同期後、半クロック経過後に電圧がプラスまたはマイナスであれば、マスタ装置１０００の送信データは０として受け付け、半クロック経過後に電圧がゼロであれば、マスタ装置１０００の送信データは１として受け付ける。１ビット受信するごとに、ビット同期からマスタ装置１０００の送信データの判定までの処理を繰り返す。また、プリアンブルビットの受信後、マスタ装置１０００に対して送信部２０２を制御して相補ビット照合方式を用いてデータを送信する（ステップＳ７２）。
【００４６】
フレームデータの受信を終えると（ステップＳ７３：ＹＥＳ）、再びフレームデータの受信およびマスタ装置１０００に対するデータ送信処理を繰り返す（ステップＳ７１）。
＜補足＞
以上のように本発明にかかる通信装置および通信システムについて実施の形態に基づいて説明したが、以下のように変形することもでき、本発明は上述の実施の形態に限られないことは勿論である。
（１）上述の実施形態では、１クロックごとに極性を反転させることとしているが、これに限らず、例えば８クロックごとなど、所定クロックごとに極性を反転させることとしてもよい。
（２）上述の実施形態では、Ｄ＋信号線３１またはＤ−信号線３２のいずれか一方に供給する供給電圧のオンオフを切り替えることとしてもよい。また、電源１と極性反転部１０２の間に切替部１０２を設けることとしてもよい。
（３）上述の実施形態では、マスタ装置１０００等に供給する電圧は、２４Ｖや５Ｖとしているが、これに限らない。また、回路構成は、上述の例に限らない。例えば、マスタ装置１０００の回路構成を図８のようにしてもよいし、スレーブ装置２０００の回路構成を図９のようにしてもよい。
（４）上述の実施形態では、マスタ装置１０００はひとつのスレーブ装置２０００と通信を行うものとして説明してきたが、図１０に示すように、各信号線を介して複数のスレーブ装置２０００（２０００ａ、２０００ｂ、・・・）と接続して通信することとしてもよい。例えば、工場の製造ラインや、プラント、物流管理システムなど、複数の装置を管理する通信システムなどで用いることができる。複数の装置を管理するためには、例えば図４のアドレス５１で示される送信データの各アドレスを、各々の管理対象の装置に割り当てることとすればよい。管理対象となる装置は、自装置のアドレス部分のデータを抽出してマスタ装置１０００から送信されたデータを受信する。また、自装置のアドレス部分において電流を流すことにより、マスタ装置１０００に対してデータを送信することができる。これにより、省配線の通信システムを実現することができる。また、複数のマスタ装置１０００同士での通信や、複数のマスタ装置１０００および複数のスレーブ装置２０００からなる通信システムであってもよい。
（５）上述の実施形態では、ひとつの電源１を用いて、各信号線に電圧を供給することとしているが、これに限らず、複数の電源を用いてもよい。また、電源１は、マスタ装置１０００の外部から供給されることとして説明してきたが、マスタ装置１０００の内部であってもよい。
（６）上述の実施形態では、送信するデータが０であるか１であるかを表現するために、ビット同期してから半クロック経過後に電圧差があるか、ゼロであるかに応じて送信するデータの値が定まることとしているが、半クロック経過後に限る必要はないし、また、電圧差があるかないかに応じてデータを表現する方法は、これに限らず、他の方法であってもよい。
（７）上述の実施形態では、相補ビット照合方式を用いることとしているが、必ずしも相補ビット照合方式を用いる必要はないし、他のビット照合方式を用いることとしてもよい。また、図４に示したように、１フレームは、スタートビット等から構成されるが、フレームの構成はこの形態に限るものではない。
（８）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
（９）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい
（１０）本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、LAN（Local Area Network）等の通信ネットワーク、通信システム、工場や設備などの機器管理装置等として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００の機能ブロック図。
【図２】マスタ装置１０００の回路構成を示す図。
【図３】スレーブ装置２０００の回路構成を示す図。
【図４】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるフレームデータの構成を示す図。
【図５】マスタ装置１０００とスレーブ装置２０００が通信を行う際に用いるパルス波形を示す図。
【図６】マスタ装置１０００の動作を示すフローチャート。
【図７】スレーブ装置２０００の動作を示すフローチャート。
【図８】マスタ装置１０００の回路構成を示す図。
【図９】スレーブ装置２０００の回路構成を示す図。
【図１０】通信システムを示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１ 電源
１０１ 極性反転部
１０２ 切替部
１０３ タイミング発生部
１０４ 受信データ抽出部
１０５ 制御部
２０１ 受信部
２０２ 送信部
２０３ 制御部
３１ Ｄ＋信号線
３２ Ｄ−信号線
１１１ 制御回路
１１２ タイミング発生回路
１１３ 送信制御回路
２１１ 制御回路
２１２ 送受信制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置であって、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備える
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記供給制御部は、伝送するデータの値に応じて、１クロック内において、１の信号線に対する前記供給がオンの状態を維持するか、オンの状態からオフに切り替えるかを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
前記供給制御部は、所定ビット分のデータを伝送するごとに、前記所定ビット分のデータの値をビット反転させたデータを、前記所定ビット分のデータに後続して伝送するよう前記切り替えを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項４】
所定電圧の供給を受けて、請求項２の通信装置と前記２本の信号線を介して双方向通信を行う第２通信装置であって、
前記第２通信装置が送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備える
ことを特徴とする第２通信装置。
【請求項５】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置において用いられる通信方法であって、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転ステップと、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替ステップと、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替ステップにおける前記切り替えを制御する供給制御ステップと、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記極性反転ステップにおける前記反転を周期的に行うよう制御する反転制御ステップとを含む
ことを特徴とする通信方法。
【請求項６】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する第１通信装置と、前記第１通信装置と双方向通信を行う第２通信装置とからなる通信システムであって、
前記第１通信装置は、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備え、
前記第２通信装置は、
前記第１通信装置に対して送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備え、
前記第１通信装置は、各信号線に供給されている電流が所定値以上変化していることを検出することによって、前記第２通信装置が送信したデータを受信する手段を備える
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置であって、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備える
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記供給制御部は、伝送するデータの値に応じて、１クロック内において、１の信号線に対する前記供給がオンの状態を維持するか、オンの状態からオフに切り替えるかを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
前記供給制御部は、所定ビット分のデータを伝送するごとに、前記所定ビット分のデータの値をビット反転させたデータを、前記所定ビット分のデータに後続して伝送するよう前記切り替えを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
【請求項４】
所定電圧の供給を受けて、請求項２の通信装置と前記２本の信号線を介して双方向通信を行う第２通信装置であって、
前記第２通信装置が送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備える
ことを特徴とする第２通信装置。
【請求項５】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する通信装置において用いられる通信方法であって、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転ステップと、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替ステップと、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替ステップにおける前記切り替えを制御する供給制御ステップと、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記極性反転ステップにおける前記反転を周期的に行うよう制御する反転制御ステップとを含む
ことを特徴とする通信方法。
【請求項６】
定電圧の電源から出力される１の出力電圧の供給を制御し、２本の信号線を用いて信号を伝送する第１通信装置と、前記第１通信装置と双方向通信を行う第２通信装置とからなる通信システムであって、
前記第１通信装置は、
前記２本の信号線に供給される前記出力電圧の極性を反転させる極性反転部と、
前記出力電圧の供給のオンオフを切り替える切替部と、
伝送するデータの値に応じて、一定周期のクロックに同期して前記切替部による前記切り替えを制御する供給制御部と、
伝送するデータの値にかかわらず、所定クロックごとに前記反転を周期的に行うよう前記極性反転部を制御する反転制御部とを備え、
前記第２通信装置は、
前記第１通信装置に対して送信するデータの値に応じて、１クロック内において、前記各信号線に所定アンペアの短絡信号をのせるか否かを制御する送信制御部を備え、
前記第１通信装置は、各信号線に供給されている電流が所定値以上変化していることを検出することによって、前記第２通信装置が送信したデータを受信する手段を備える
ことを特徴とする通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１３５０５５（Ｐ２００７−１３５０５５Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２７３４９（Ｐ２００５−３２７３４９）
【出願日】平成１７年１１月１１日（２００５．１１．１１）
【出願人】（５９２１２７９６５）ＮＫＥ株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１１日（２００５．１１．１１）
【出願人】（５９２１２７９６５）ＮＫＥ株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
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