JP2016517581A - 通信バス用フォールトトレラントループ - Google Patents

Abstract

通信バスシステムが提供される。通信バスシステムは、複数の遮断可能なセグメントを有する通信バスと、通信バスの第１の端部に接続されたバスマスタとを含む。バスマスタは、選択信号に基づいて、通信バスの第２の端部に接続され、通信バスの第２の端部から切断されるように構成される。さらに、通信バスを作動させる方法が開示される。【選択図】 図２

Description

通信バスは、例えば、コンピュータバックプレーン、基板バス、集積回路内部のバス、バス規格、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、並びにデバイスを接続するアドホック及びプロプライエタリバスであって多数及び多様である。一般的に使用される１つのバスは、当初車両用に開発されたＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）バスである。ＣＡＮバスは、随意的にシールドケーブルであるツイストペア線の平衡ペア信号を使用して実装できるマルチマスタ型ブロードキャストシリアルバスである。他のバスは、差動ラインドライバ及び差動レシーバを使用することができる。多くのバスは、「１」及び「０」の２状態、「１」、「０」、及び「Ｚ」つまりハイインピーダンスの３状態をサポートする。それにもかかわらず、これらの大部分のバスのためのコンポーネントは、所望されるよりも費用がかかり、複雑なプロトコルを有するか又は自動車の動作環境等の苛酷な環境で適切に機能しない場合がある。

本技術分野には、前述した問題点を解决する及び／又は特定の環境に適した特徴を有する解決手段に対するニーズが存在する。

フォールトトレラント双方向バス及び関連する方法が提供される。

一実施形態では、通信バスシステムが提供される。この通信バスシステムは、複数の遮断可能セグメントを有する通信バスと、通信バスの第１の端部に接続されたバスマスタとを含む。バスマスタは、選択信号に基づいて、通信バスの第２の端部に接続され、通信バスの第２の端部から切断されるように構成される。

別の実施形態では、通信バスシステムが提供される。この通信バスシステムは、リングトポロジーを有する通信バスと、この通信バスに接続されたバスマスタとを含む。バスマスタは、バスマスタが通信バスとの通信を継続している間にリングトポロジーを選択的に遮断するように構成された第１のスイッチを有する。通信バスシステムは、通信バスに接続された複数のバススレーブを含み、複数のバススレーブの各スレーブは、通信バスの隣接セグメントを接続及び切断するように構成されたスイッチを有する。

さらに別の実施形態では、通信バスシステムを作動させる方法が提供される。本方法は、通信バスの第１の端部から切断する段階を含む。本方法は、通信バスの第１の端部から切断する段階が維持された状態で、通信バスの第２の端部を経由して複数のバススレーブのうちの１つにメッセージを送信する段階を含む。本方法はさらに、通信バスの第１の端部に接続する段階を含む。

実施形態の他の態様及び利点は、記載の実施形態の原理を例示的に示す添付図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

説明する実施形態及びその利点は、添付図面と併せて以下の説明を読むことで十分に理解することができる。これらの図面は、記載の実施形態の思想及び範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に対して当業者が行うことができる形態及び詳細での何らかの変更を制限するものではない。

いくつかの実施形態による、自動車内のバッテリモジュール上のセンサを接続する通信バスの概略図である。 いくつかの実施形態による、通信バスによって接続されたバスマスタ及びバススレーブの概略図である。 いくつかの実施形態による、スイッチを有する通信バスによって接続されたバスマスタ及びバススレーブの概略図である。 いくつかの実施形態による、バスマスタ及びバススレーブ内の電子回路の概略図である。 いくつかの実施形態による、通信バスに適用できる差動電圧レベルの電圧図である。 いくつかの実施形態による、バスマスタ及びバススレーブ内の電子回路の概略図である。 いくつかの実施形態による、バスマスタ及びバススレーブに対する変更を伴った２ワイヤ双方向バスの変形例を示す。 スイッチを有し図３及び７に示されている通信バスを動作させる方法のフローチャートである。

本明細書で提示されるデュアル電圧通信バスの実施形態は、双方向性の２ワイヤバス、及びバス上の差動電圧を送受する様々なコンポーネントを有する。バスの配線には、ツイストペア、シールド付きペア、シールド付きツイストペアなどを使用することができる。このバスは、マスタ及び１つ又はそれ以上のスレーブを接続するために使用でき、陸上車、飛行機、又は船舶等の動力車の動作環境に適している。

本明細書では、詳細な例示的な実施形態が開示される。しかしながら、本明細書で開示される特定の機能詳細は、単に、実施形態を説明するための典型例である。しかしながら、実施形態は、多くの代替形態で具体化でき、本明細書で説明する実施形態のみに限定されるとみなすべきではない。

本明細書における第１の、第２のなどの用語は、様々なステップ又は計算を説明するために使用されることがあるが、これらのステップ又は計算は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、単に、１つのステップ又は計算を別のステップ又は計算と区別するために使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の計算は、第２の計算と呼ぶことができ、同様に、第２のステップは、第１のステップと呼ぶことができる。本明細書で使用される「及び／又は」という用語、及び「／」という記号は、関連し列挙される要素の１つ又はそれ以上のいずれか及び全ての組み合わせを含む。

本明細書で使用される「１つの（「ａ」及び「ａｎ」）」及び「その（「ｔｈｅ」）」という単数形は、文脈で明らかにそうでないと示されない限り、同様に複数形を含むことが意図されている。さらに、本明細書で使用される場合の備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）、備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）、及び／又は含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）という用語は、提示される特徴、数、ステップ、オペレーション、要素、及び／又は構成要素の存在を規定するが、１つ又はそれ以上の他の特徴、数、ステップ、オペレーション、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を除外するものではないことが理解されよう。従って、本明細書で使用される用語は、単に、特定の実施形態を説明するためのものであり、限定されることを意図するものではない。

いくつかの別の実施形態では、記載される機能／動作は、図に示される順番以外で行うことができることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つの図は、実際に、実質的に同時に実行すること、又は場合によっては、含まれる機能／動作に応じて逆の順番で実行することができる。

図１は、いくつかの実施形態による通信バスシステムのための充電式バッテリ適用例を示す。ハイブリッド車又は電気自動車とすることができる自動車１０２は、バッテリモジュール１０４を有する。バッテリモジュール１０４の上端部には、温度及び電圧などのバッテリ状態を監視するセンサモジュール１０６が存在する。通信バス１０８は、センサモジュール１０６に接続する。センサモジュール１０６は、バッテリの充電、放電、寿命、障害、その他の誤動作、又は環境状態を追跡し、これらの情報をセンサモジュール自体の間で伝達することができる。温度、湿度、振動、加速度、減速度、経年劣化などの様々な状態のもとで、低コストで作動することが望ましい。バッテリモジュール１０４は、様々な並列及び直列配置で接続でき、異なる作動電圧、例えば、最大４００ボルト又はそれ以上の電圧で連続的に積み重ねられた並列モジュールを有することができる。時間とともに、コンポーネント及びコネクタは経年劣化する、ワイヤが断線する、部品の数値（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｖａｌｕｅ）及び駆動強度が変化する、バッテリセルが開回路又は短絡の状態になる、及び他の障害状況が生じる可能性がある。バッテリセルを接続する配線へのバスの電磁結合、及びこの配線内の最大数百アンペアの大きなサージ電流から、通信バス１０８上に信号ノイズが生じる場合がある。他の産業用途、商業用途、及び民生用途は、適切に設計された通信バスシステムが対処することができ関連の又は追加の懸案事項及び状態を有する場合がある。本実施例では、自動車１０２が示されているが、このことは、いずれの陸上車、船舶、又は航空機でも本明細書で説明されるバス設計を組み込むことができるので、限定的ではないことを理解されたい。

図２は、いくつかの実施形態による通信バスシステム２００を示す。通信バスシステム２００は、２ワイヤ双方向バス２０２、バスマスタ２０４、及びバススレーブノード２０６、２０８、２１０を含む。いくつかの形式のシステムの中で、通信バスシステム２００は、図１に示す自動車バッテリアプリケーションに適している。２ワイヤ双方向バス２０２は、ペア線、シールド付きケーブル、シールド付きペア、ツイストペア、又はシールド付きケーブル内のツイストペア、及び容易に考え出すことができる他の変形例を用いて、図示のように実装することができる。２ワイヤ双方向バス２０２は、以下に詳細に説明する差動電圧をサポートする。２ワイヤ双方向バス２０２の遠位端は延長可能である。２ワイヤ双方向バス２０２に接続できるバスマスタ及びバススレーブの全数は、容量性負荷、コンポーネントの駆動強度、配線の終端、長さ、及びインピーダンス、並びに信号タイミング等の様々な要因に依存する。バスマスタ２０４は、マイクロプロセッサ又はプログラマブルロジックデバイスなどのコントローラとすることができるが、スレーブノードは、いくつかの実施形態ではセンサとすることができることを理解されたい。

図３は、いくつかの実施形態によるスレーブノードのガルバニック絶縁を提供するスイッチを有する通信バスシステム２００を示す。２ワイヤ双方向バス２０２は、バスマスタ２０４、及びバススレーブノード２０６、２０８、２１０を接続する。各スレーブノードにおいて、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、閉じる又は開くように作動させて、２ワイヤ双方向バスのワイヤの一方に沿ってそれぞれのスレーブノードを接続又は切断することができる。スイッチＳ１を開くと、第１のバススレーブノード２０６は、２ワイヤ双方向バス２０２を経由してバスマスタ２０４に接続したままとなるが、下流スレーブノード、例えば第２のスレーブノード２０８及び第３のスレーブノード２１０等は切断されるので、下流スレーブノード２０８及び２１０は、もはやバスマスタ２０４と通信しない。同様に、スイッチＳ２を開くと、第１のスイッチが閉じている場合にはバスマスタ２０４は第２のバススレーブノード２０８に接続したままとなるが、下流スレーブ、例えば第３のスレーブノード２１０は切断されるので、下流スレーブノードが、もはやバスマスタ２０４と通信しない。これらの動作及び状態は、別の下流スレーブに対して繰り返すことができる。２ワイヤ双方向バス２０２は、差動電圧をサポートする。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、種々のタイプのトランジスタ、リレー、又は他の回路を使用して実装することがでる。

図４は、バスマスタ２０４及びバススレーブノード２０６、２０８の内部の電子回路の一実施形態を示す。抵抗ラダーは、バス上への何らかの送信器による駆動がない場合に、２ワイヤ双方向バスに対して特定の差動電圧となるようにバイアスをかける、すなわち、バス上での特定の差動電圧を規定する。図示の実施形態では、抵抗ラダーは、バスアイドル状態でバス上での約０．９Ｖを規定する。抵抗ラダーはさらに、２ワイヤ双方向バスに対する終端をもたらし、バスの終端インピーダンスを規定する。抵抗ラダーは、電源電圧と双方向バスの第１のワイヤ４０２との間に接続された第１の抵抗器Ｒ１、第１のワイヤ４０２と双方向バスの第２のワイヤ４０４との間に接続された第２の抵抗器Ｒ２、及び第２のワイヤ４０４と電気接地との間に接続された第３の抵抗器Ｒ３を有しており、この電気接地は、例えば、バスマスタ２０４にとって局所的なローカル接地端子、又はシステム接地とすることができる。図示の実施形態では、抵抗ラダーは、バスマスタ２０４に含まれるか、又はバスマスタ２０４に関連する。しかしながら、変形例では、抵抗ラダーは、２ワイヤ双方向バスに沿った他の場所に設けることができる。抵抗ラダー内の抵抗器Ｒ１からＲ３に関する抵抗は、低インピーダンスバスの場合には比較的小さな値に設定でき、或いはバスマスタ２０４、及びバススレーブノード２０６及び２０８に設定された駆動強度要件が低い場合にはより高くすることができる。低インピーダンスバス、すなわち抵抗ラダー上で小さな抵抗値を有するバスは、一般的に、より高い周波数通信及びより優れたノイズ排除性をサポートする。より優れたノイズ排除性の１つの理由は、クロスカップリングからの所定の電流スパイクが、より低い抵抗値によってより低い電圧スパイクが生成するからである。低インピーダンスバス、及びバスに追加された各バススレーブノードに関する低い容量性負荷は、一般的に、信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が悪化するまで、より多くのバススレーブノードをサポートする。一実施例では、抵抗ラダー内の各抵抗器は、約３００から３６０オームであり、バスは、１００ｋｂｐｓ（キロビットパーセコンド）のデータ転送速度シリアル通信をサポートする。

さらに図４を参照すると、バスマスタ２０４の内部では、双方向バスの２つのワイヤ４０２、４０４からの差動電圧を受け取るための差動増幅器Ａ１が使用される。「ワイヤ」という用語は、「リード線」という用語で置き換えることができることを理解されたい。差動増幅器Ａ１は、第１の特定の差動電圧範囲を論理上の０として認識し、第２の特定の差動電圧範囲を論理上の１として認識し、これらの論理値を差動増幅器Ａ１のＲｘ端子に出力するように調整される。本明細書で説明する実施形態では様々な形式の公知の差動増幅器を使用することができる。バスマスタ２０４に関して、差動増幅器Ａ１の出力端子Ｒｘは、ＵＡＲＴ（汎用非同期送受信器）の受信器入力に接続することができる。図示の実施形態では、抵抗ラダーは、２ワイヤ双方向バス上で差動増幅器Ａ１が受け取った特定の差動電圧を論理上の１として規定するように選択された抵抗値を有する。さらに、論理上の１は、ＵＡＲＴの受信器入力に伝えられ、論理上の０の状態への及びその状態からの時限遷移がない場合に（データ送信を示す）、ＵＡＲＴは、論理上の１をアイドル状態又はマークとして解釈する。従って、バスマスタ２０４の受信経路は、抵抗ラダーによって規定されたような又はバススレーブのうちの１つによって送信された差動電圧を受け取り、これらの差動電圧を差動増幅器Ａ１によって論理上の０又は１に変換し、論理上の０及び１をＲｘ端子に伝達する。

さらに図４を参照する、バスマスタ２０４の内部では、送信経路は、前述したＵＡＲＴの送信器出力からもたらされる論理上の０及び１をＴｘ端子から受け取り、これらの値を差動電圧として双方向バスの２つのワイヤ４０２、４０４に伝達する。Ｔｘ端子は、図示のようにインバータとすることができ、２つのスイッチＳａ、Ｓｂを動作させるバッファ４０６によって論理上の０及び１をバッファリングするように構成される。第１のスイッチＳａは、電源電圧と双方向バスの第１のワイヤ４０２との間に接続され、第２のスイッチＳｂは、双方向バスの第２のワイヤ４０４と、ローカル接地とすることができる接地端子との間に接続される。図示の形態では、バスマスタ２０４の送信経路のＴｘ入力に到来する論理上の１は、スイッチＳａ、Ｓｂを開き、抵抗ラダーＲ１、Ｒ２、Ｒ３のバイアス値が差動電圧値として双方向バスの２つのワイヤ４０２、４０４に伝達される。バスマスタ２０４の送信経路のＴｘ入力に到来する論理上の０は、スイッチＳａ、Ｓｂを閉じ、接地から電源電圧にわたる電圧全体が差動電圧値として双方向バスの２つのワイヤ４０２、４０４に伝達される。スイッチＳａ、Ｓｂは、様々な形式のトランジスタ、リレー、又は他の回路を使用して実装することができる。いくつかの実施形態では、バッファ４０６の極性及びスイッチＳａ、Ｓｂの仕様に適した制御回路を追加することができる。変形例では、論理上の０又は１に関して差動電圧の他の値を伝えること、他の形式のドライバを使用すること、又はスイッチを３状態のバッファに置き換えること、これらの変更に合わせて回路を考え出すこと又は調整することができる。

さらに図４を参照すると、バススレーブ２０６の送信経路は、双方向バスの２つのワイヤ４０２、４０４を横切って接続されたスイッチ４０８を使用する。本実施形態では、スイッチ４０８が開いている場合、バス上の差動電圧は、抵抗ラダーによって規定されたバイアス値のままである。スイッチ４０８が閉じている場合、バスの２つのワイヤ４０２、４０４は、実質的にスイッチ４０８によって短絡されて、バス上の差動電圧値は、ほぼ０Ｖ（ゼロボルト）である。図示の形態では、スイッチ４０８は、オプトアイソレータＵ１の一部分であり、フォトトランジスタを使用して実装される。光アイソレータとしても公知のオプトアイソレータは、一般的に、フォトトランジスタに光学的に結合されたＬＥＤ（発光ダイオード）を含む。バススレーブ２０６のＴｘ端子に生じる論理上の０は、インバータ４１２によって反転され、このインバータ４１２は、抵抗器Ｒ５の両端の電圧、及び抵抗器Ｒ５を通りＬＥＤ４１０を通る電流を供給する。ＬＥＤ４１０からの光子は、フォトトランジスタをオンにしてスイッチ４０８を閉じるように作動する。従って、バススレーブ２０６の送信経路での論理上の０は、約０Ｖの差動電圧として双方向バスに伝達される。例えば、ある種類のフォトトランジスタは、オンに切り替わった場合に、公称５ｍＡのシンク能力を有し、抵抗ラダーは、フォトトランジスタが２ワイヤ双方向バスの２つのワイヤ４０２及び４０４を十分に統合させることができるように調整された抵抗値を有することができる。バススレーブノード２０６の送信経路での論理上の１は、スイッチ４０８からオープン又は高インピーダンスとして伝達され、抵抗ラダーからのバイアス差動電圧が主体となる（別の送信器が送信していない限り）。変形例では、論理上の０又は１に関して差動電圧の他の値を伝えることができ、バスマスタに関して説明したもの等の他の形式のドライバ又はスイッチを使用することができる。

さらに図４を参照すると、バススレーブ２０６の受信経路は、双方向バスの第１のワイヤ４０２及び第２のワイヤ４０４を横切って接続された差動増幅器Ｕ２を有する。図示の形態では、差動増幅器Ｕ２は、ＬＥＤ４１４及びフォトトランジスタ４１６を有するオプトアイソレータを使用して実装される。ＬＥＤ４１４は、赤外線領域、可視領域、又は紫外線領域などでの光子を生成することができ、フォトトランジスタは、それぞれの領域での光子に応答するように選択されるか又は適合する必要がある。オプトアイソレータは、その出力が、双方向バスで認められる様々な差動電圧に応答するという意味で、差動増幅器として作用する。ダイオードＤ１は、双方向バスの第１のワイヤ４０２とＬＥＤ４１４のアノード（正）端子との間に接続され、２つのダイオードドロップに対する回路のターンオン閾値を効果的に大きくする。ＬＥＤ４１４のカソード（負）端子と双方向バスの第２のワイヤ４０４との間に接続された抵抗器Ｒ４は、直列の２つのダイオードＤ１、４１４のための電流制限抵抗器として作用する。双方向バス上の２つのダイオードドロップよりも小さい差動電圧によって、ＬＥＤ４１４がオフになり、ＬＥＤ４１４が光子を生成せず、しかもフォトトランジスタ４１６がオフ状態になる。ローカル電源電圧に接続されフォトトランジスタ４１６と直列である抵抗器Ｒ６は、該抵抗器Ｒ６とフォトトランジスタ４１６との間の接合部において受信器出力端子Ｒｘを有する。フォトトランジスタ４１６がオフである場合、バススレーブ２０６の受信器端子Ｒｘは、論理上の１を示す、すなわち、ほぼローカル電源電圧である。双方向バス上の２つのダイオードドロップよりも大きい差動電圧によって、ＬＥＤ４１４がオンになり、ＬＥＤ４１４から光子が発生して、フォトトランジスタ４１６がオン状態に変わる。十分な電流がフォトトランジスタ４１６を通過する状態で、抵抗器Ｒ６に関して選択された値に応じて、バススレーブ２０６の受信器端子Ｒｘは、論理上の０を示す。バススレーブ２０６の変形例では、他の形式の差動増幅器又は他の形式の入力回路を使用することができ、様々な差動電圧及び論理値のための様々な調整ができる。例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、リレー、共通電源、接地接続、及び他の形式又はレベルのバイアス又は極性とすることができる、ヒステリシスを備えた差動増幅器を使用することができる。オプトアイソレータＵ１、Ｕ２を使用することにより、バススレーブ２０６は、バスマスタ２０４内の接地及び電源と無関係なローカル接地及びローカル電源を有することが可能になる。これは、スレーブノード２０６が直列に接続されたバッテリセルに関する回路を監視するために適用される場合に有用であり、マスタ２０４又は他のスレーブノードの電源電圧をわずかに又は大きく上回ることができるＤＣ（直流）電圧を生じることができる。第２のスレーブノード２０８及び他のスレーブノードは、同じ回路を使用すること、又は回路での変形例を使用することができる。スレーブノード２０６の変形例では、変圧器又はレベルシフト回路などの他の形式のアイソレーションデバイスを使用することができる。

図５は、図１から４の２ワイヤ双方向バスで認められる差動電圧レベルを示す図である。一般的に理解されるように、差動電圧は、第１のワイヤ４０２での電圧（Ｄ＋又はＶ＋と呼ぶこともできる）が、第２のワイヤ４０４での電圧（Ｄ−又はＶ−と呼ぶこともできる）にほぼ等しい場合に、ゼロであると言える。差動電圧は、第１のワイヤ４０２での電圧が、第２のワイヤ４０４での電圧よりも高い場合に、ゼロよりも大きいと言える。第１のワイヤ４０２又は第２のワイヤ４０４での絶対電圧は、ローカル又はグローバルとすることができる接地電圧等の基準電圧と比較することができる。示される差動電圧値は、特定の実施形態に関して選択されており、別の実施形態に関しては、相対又は絶対電圧値として調整又は使用することができる。

第１の電圧範囲５１２の電圧は、バスマスタから１つ又はそれ以上のバススレーブに送られる。第１の電圧範囲５１２は、第１の電圧部分範囲５０２及び第２の電圧部分範囲５０６を含む。第２の電圧範囲５１４の電圧は、バススレーブからバスマスタに送られる。第２の電圧範囲５１４は、第２の電圧部分範囲５０６及び第３の電圧部分範囲５１０を含む。すなわち、第１の電圧範囲５１２と第２の電圧範囲５１４とは重なり合う。第１の電圧範囲５１２と第２の電圧範囲５１４とが重なり合う範囲は、第２の電圧部分範囲５０６を含む。この重なり合う範囲の外側に、第１の電圧部分範囲５０２及び第３の電圧部分範囲５１０の両方が配置される。

第１の電圧部分範囲５０２は、両端値を含む３．３Ｖと２．０Ｖとの間の差動電圧値である。バスマスタが論理上の０を送る場合、第１の電圧部分範囲５０２が差動電圧として双方向バスに伝えられる。第１の電圧部分範囲５０２は、論理上の１としてバスマスタの受信器で受け取られ、論理上の０としてバススレーブの受信器で受け取られる。第２の電圧部分範囲５０６は、両端値を含む１．４Ｖと０．７Ｖとの間の差動電圧値である。マスタが論理上の１を送り、スレーブが論理上の１を送り、又はマスタとスレーブのどちらもが送信していない、すなわちバスがアイドルである場合、第２の電圧部分範囲５０６が、差動電圧としてバスに伝えられる。第２の電圧部分範囲５０６は、論理上の１としてバスマスタの受信器で受け取られ、論理上の１としてバススレーブの受信器で受け取られる。第３の電圧部分範囲５１０は、両端値を含む０．５Ｖと０Ｖとの間の差動電圧値である。スレーブが論理上の０を送る場合、第３の電圧部分範囲５１０が差動電圧としてバスに伝えられる。第３の電圧部分範囲５１０は、論理上の０としてバスマスタの受信器で受け取られ、論理上の１としてバススレーブの受信器で受け取られる。別の実施形態では、図５に示されている電圧レベルは、ワイヤのうちの一方が接地又は他の基準電圧でありワイヤのうちの他方がシグナリングワイヤである２ワイヤ双方向バスに適用される絶対電圧又は相対電圧とすることができる。電圧範囲の一方に関して電圧極性を反転すること、又は等価的に電圧範囲の一方に関して差動電圧を負電圧とすることができる。

２ワイヤ双方向バスに対して他の差動電圧値の割り当て及び論理値の割り当てを行って上手く動作させることができるが、本明細書で示される差動電圧値及び論理値の割り当ては、本明細書で説明するバスシステム通信において効果的な特性を有する。例えば、バスマスタがＵＡＲＴを有し、各スレーブノードがそれぞれのＵＡＲＴを有するバスシステムでは、シリアル通信を容易に使用することができる。ＵＡＲＴのいずれもがデータを送信していない場合、ＵＡＲＴの全ては、論理上の１であるアイドル又はマーク状態を送信している。この状態は、マスタの受信器で論理上の１として受け取られスレーブの受信器で論理上の１として受け取られる第２の電圧部分範囲５０６の電圧として伝えられる。ＵＡＲＴの全ては、このアイドル状態の間、論理上の０の開始ビットを探している。バスマスタが送信を開始する場合、バスマスタは、第１の電圧部分範囲５０２の電圧としてバスに伝えられる論理上の０としての開始ビットを送り、この開始ビットが、バスマスタの受信器で論理上の１として受け取られ、それぞれのスレーブノードの受信器で論理上の０として受け取られる。従って、いくつかの実施形態では、バスマスタが送信している間、バスマスタが、バスマスタ自体の送信を確認せず、バスマスタが、バススレーブのトラフィックに関してバスを監視しないという点において、バスマスタの受信器は、バスマスタの送信によって妨害されない。いくつかの実施形態では、バスマスタからの送信は、バススレーブからのどの送信よりも優先することを理解されたい。バススレーブノードの全ては（バスから切断されない限り）、第１の電圧部分範囲５０２を論理上の０又は開始ビットとして受信又は認識し、バスマスタからのシリアルデータ受信を開始する。バスマスタは、スレーブの全てに送信することが可能になっているが、バスマスタ自体の送信情報を受信することを妨害しない。バスマスタの受信器は、バスマスタによって送られる論理上の０及び１を全て論理上の１として受け、バスマスタの受信器をアイドル状態のままとする。

逆方向では、バススレーブノードが送信を開始する場合、バススレーブノードは、第３の電圧部分範囲５１０内の電圧としてバスに伝えられる論理上の０としての開始ビットを送り、この開始ビットが、それぞれのバススレーブノードの受信器で論理上の１として受け取られ、バスマスタの受信器で論理上の０として受け取られる。従って、バススレーブノードの受信器は、バススレーブノードの送信によって妨害されず、バスマスタによって送られるデータを探し続けることができる。バスマスタは（送信しているバススレーブから切断されない限り）、第３の電圧部分範囲５１０を論理上の０又は開始ビットとして受信又は認識し、バススレーブノードからのシリアルデータ受信を開始する。従って、バススレーブノードは、バスマスタに送信できるが、バススレーブ自体の送信情報を受信することを妨害しない。さらに、他のバススレーブノードは、バススレーブノードからの送信情報を受信することを妨害しない。バススレーブの受信器は、バススレーブノードによって送られる論理上の０及び１を、全てが論理上の１として受け、バススレーブの受信器がアイドル状態のままとする。バス値のこの構成によって、バスマスタは、バススレーブノードの全てにブロードキャストすること、すなわち、ブロードキャストモードで作動することができ、単一のスレーブノードが、それに応答してバスマスタに返信することができる。バスマスタの受信器は、バスマスタの送信器による送信を調べる必要がなく、バススレーブの受信器が、他のバススレーブによる送信を調べる必要がないので、通信処理は最小限になる。これにより、処理オーバヘッドが全体的に小さくなることを理解されたい。

第１、第２、及び第３の電圧部分範囲５０２、５０６、及び５１０の選択は、前述した通信に方向性を与えることができる。２ワイヤ双方向バスで第１の電圧部分範囲５０２が観測される場合には、通信は、バスマスタからバススレーブノードに向けたものである。２ワイヤ双方向バスで第３の電圧部分範囲５１０が観測される場合には、通信は、バススレーブノードからにバスマスタに向けたものである。一実施形態では、異常なスレーブノードが通信すべきでないときに通信している場合に、マスタがバスを「獲得する」ことができるように、様々な部品の数値が調整される（すなわち、コンポーネントが選択される）。例えば、図４を参照すると、バススレーブ２０６が、第３の電圧部分範囲５１０の差動電圧をバスに伝達することを試みている場合でも、バスマスタ２０４が、第１の電圧部分範囲５０２の差動電圧をバスに伝達することができるように、バスマスタ２０４のスイッチＳａ、Ｓｂの閉スイッチインピーダンスは、バススレーブ２０６のスイッチ４０８の閉スイッチインピーダンスよりも小さい値に選択することができる。

本明細書で説明する通信バスシステムは、２ワイヤインタフェースを介した低コストで、双方向かつ半二重動作をもたらし、様々な実施形態によって利点が提供される。バスマスタ及び各バススレーブノードは、一般に利用可能なＵＡＲＴのためのトランシーバとして機能し、多数のマイクロコントローラを備える。バススレーブ内のオプトアイソレータは、ガルバニック絶縁をもたらす。例えば、各バススレーブは、バッテリセルが直列に積み重ねられる場合でも、例えばローカルバッテリセルに接続することによって、異なるローカル電源で作動することができる。さらに、バススレーブのうちの１つが、例えばバッテリセルが故障するといったローカル電源故障に遭遇する場合、これは、バスマスタと残りのバススレーブとの間の通信を妨害しない。差動信号は、コモンモードノイズに対する優れた排除性をもたらす。さらに、保護帯域１ ５０８及び２ ５０４は、システム内の何らかのノイズに対するバッファを提供するために設けられる。保護帯域５０４及び５０８の範囲、並びに図５の他の電圧範囲は、本明細書で説明する機能を実現するための任意の好適な範囲を選択できるという点において例示的であり、限定されることを意味するものではないことを理解されたい。さらに、オプトアイソレータは、コモンモードノイズに対する優れた排除性をもたらす。正の状態の信号電圧すなわち非負差動電圧は、バススレーブノードのオプトアイソレータＵ１のフォトトランジスタのエミッタベース接点に逆バイアスをかけない。これはフォトトランジスタの利得を低下させることが知られているホットキャリア注入を防止する。本明細書で示される回路は、一般に利用可能なＵＡＲＴのためのトランシーバとして作動する。この回路は、バス負荷に対して比較的感度が低く、追加のバススレーブをバスに追加される場合に安定した性能をもたらす。

図６は、通信バスシステムの一実施形態での、図２のバスマスタ２０４及び図３のバススレーブノード３０６、３０８の内部の電子回路を示している。スイッチＳ１が、バススレーブ３０６に追加される。いくつかの実施形態では、各スレーブは同様のスイッチを有する。スイッチにより、スレーブは、２ワイヤ双方向バスの下流セグメント６２０と２ワイヤ双方向バスの上流セグメント６１８とを制御可能に接続及び切断することができる。本形態では、スイッチＳ１は、２ワイヤ双方向バスのワイヤ６０２の上流セグメント６１８をワイヤ６０２の下流セグメント６２０に接続するＰＭＯＳＦＥＴによって実装される。具体的には、スイッチＳ１のソース端子が上流部に接続され、スイッチＳ１のドレイン端子がワイヤ６０２の下流部に接続される。従って、上流及び下流は、バススレーブ３０６に対するものであり、詳細には、バススレーブ３０６内のスイッチＳ１に対するものである。第２のバススレーブ３０８は、同様のスイッチＳ２を有しており、このスイッチＳ２は、２ワイヤ双方向バスの上流セグメント６２０及び下流セグメント６２２を接続することができる。双方向バスのセグメント６２０は、上流バススレーブ３０６に対しては下流であり、下流バススレーブ３０８に対しては上流であることを理解されたい。他のバススレーブに対する双方向バスの他のセグメントについても同様の説明を行うことができる。一般的に、上流は、バスマスタ２０４により近いことを意味し、下流は、バスマスタ２０４からさらに離れていることを意味する。図６に示されているバスのセグメント６２２は、追加のバススレーブに接続でき、その結果、バスのセグメント６２２は、これら追加のバススレーブに対する上流セグメントになる。

スイッチ制御部はバススレーブ３０６に含まれる。本実施形態では、スイッチ制御部は、オプトアイソレータＵ３及び抵抗器６１４を含む。スイッチ制御用電力は、２ワイヤ双方向バスに接続されたチャージポンプ６１２によって供給される。変形例では、様々なタイプのバイポーラトランジスタ、様々なタイプのＭＯＳＦＥＴ、及びリレーなどのスイッチの他のタイプを使用することができる。他のタイプのスイッチ制御部は容易に考案される。チャージポンプは、２ワイヤ双方向バスの１つのワイヤ６０４に接続されたキャパシタＣ１を含む。このキャパシタは、２つのダイオードに直列に接続され、これらのダイオードのうちの第２のダイオードが、２ワイヤ双方向バスのワイヤ６０４に接続する。キャパシタＣ１と第１のダイオードとの接点において、チャージポンプは、スイッチＳ１のゲート端子に接続する抵抗器６１４の１つの端部に接続する。チャージポンプの２つのダイオード間の接点において、キャパシタの１つの端子が接続される。キャパシタの他の端子は、２ワイヤ双方向バスのワイヤ６０２に接続する。２ワイヤ双方向バスの２つのワイヤ６０２、６０４がアクティブになる場合、バスマスタ２０４の送信器又はバススレーブ３０６、３０８の送信器の１つのいずれかからのシリアルデータによって伝えられ様々な大きさの差動電圧でもって、チャージポンプは、抵抗器６１４の端部及びスイッチＳ１のゲート端子を、スイッチＳ１のソース端子に対して負電圧にポンプダウンするように動作する。このようにして、チャージポンプは、スイッチ制御部に電力を供給する。この動作は、スイッチＳ１がＰＭＯＳＦＥＴである実施形態において、オプトアイソレータＵ３内のスイッチ、すなわちスイッチ制御部の別のスイッチが、スイッチＳ１のゲート端子及びスイッチＳ１のソース端子を電気的に互いに短絡しない限り、スイッチＳ１をオンにする。スイッチＳ１は、閉じた状態では双方向バスの上流及び下流セグメントを接続する。スイッチ制御部がスイッチＳ１のゲート端子及びソース端子を短絡する場合、ゲートからソースへの電圧は約０Ｖになり、スイッチＳ１がオフとなり、それにより、スイッチＳ１が開き、双方向バスの上流及び下流セグメントが切断される。スイッチＳ１の動作は、例示的にＰＭＯＳＦＥＴとしてのスイッチＳ１の実装に関して説明されており、限定されることを意味するものではないことを理解されたい。

スイッチ制御部は、構成信号とも呼ぶことができるブロッキング信号６１６に応答する。ブロッキング信号６１６がアクティブである場合には、オプトアイソレータＵ３内のＬＥＤがオンになる。次に、オプトアイソレータＵ３内のＬＥＤからの光子がオプトアイソレータＵ３内のフォトトランジスタをオンにして、それによって、スイッチＳ１内のゲート端子及びソース端子が電気的に短絡することによって、ＰＭＯＳＦＥＴとして実装された場合のスイッチＳ１がオフとなる。オンになったフォトトランジスタによるこの動作により、チャージポンプは無効になり放電する。反対に、ブロッキング信号６１６が、非アクティブである、すなわち、オフ、ロー、又は論理上の０である場合には、オプトアイソレータＵ３内のＬＥＤ及びフォトトランジスタがオフになり、スイッチＳ１のゲート端子及びソース端子が電気的に短絡しない。これにより、チャージポンプ６１２によって供給される電荷がスイッチＳ１のゲート端子上で増加することが可能になる。この形態では、電荷は負でありスイッチＳ１のゲート端子に負電圧を伝えるので、ＰＭＯＳＦＥＴとして実装された場合のスイッチＳ１がオンになる。

変形例では、他のタイプのチャージポンプ、及びスイッチ制御部へのチャージポンプの接続を使用することができる。例えば、スイッチの様々なタイプに必要な電圧ダブラ、電圧トリプラ、正電圧ポンプ、負電圧ポンプなどを考え出して使用することができる。これらは、より高い作動温度での漏電を解消するのに有用とすることができる。アクティブなチャージポンプは、スイッチを開くこと又はスイッチを閉じることができる。スイッチ制御部によって無効にされたチャージポンプは、スイッチを閉じること又はスイッチを開くことができる。ソフトウェアは、ブロッキング信号６１６をアクティブにする前に、バスマスタからの一連の１及び０をバスに送信して、バススレーブのチャージポンプのそれぞれに負電圧を発生させるようにバススレーブのチャージポンプを駆動することができる。これを行うための１つの方法は、バスマスタに接続されたＵＡＲＴから「５５」又は「ＡＡ」（１６進）数字を送ることである。

ブロッキング信号６１６がアクティブになると、双方向バスの各セグメントは互いに切断される。次に、バスマスタは、識別子をバススレーブに送る反復処理に加わることができ、この処理は、識別子を受け入れて、双方向バスの次の下流セグメントを、以前に接続されたセグメントに接続する。送信処理、受信処理、及び接続処理は、全てのスイッチが閉じるまで、各反復処理用の一意的な識別子を用いて、反復的に繰り返される。このようにして双方向バスを動作させることは、一意的な識別子を双方向バスのそれぞれのセグメントに割り当てる働きをする。一実施形態では、各識別子は、双方向バスのそれぞれのセグメントに接続されたバススレーブに関連付けされてそれに割り当てられる。バススレーブが識別子を受け入れる場合、このバススレーブは、双方向バスの次のセグメントを、双方向バスの現在のセグメント、すなわちバススレーブが現在接続されている双方向バスのそれぞれのセグメントに接続する。このようにして、反復的な識別子割り当て及びバスセグメント接続を通じて、バススレーブは、一つずつ切り替えられ、各々は、全てのバススレーブが識別子を有してバスマスタと通信するまで、一意的な識別子を受け取って次のバススレーブに切り替わる。

図３及び６（後述する図７も参照）に示されている双方向バスシステムは、ブロードキャストバスを通じて通信するマスタが、ブロードキャストトラフィックを単一のスレーブに送り、このスレーブに識別子を割り当てることを可能にする機構を備える。これは、製造時、事前に割り当てられた識別子を有するスレーブを事前にプログラムする、事前に割り当てられた識別子を有し事前にプログラムされたスレーブの一覧を維持する、又は識別子をバススレーブに割り当てるように回路基板上のスイッチを機械的に設定する必要性をなくす。バススイッチは開になることができ、直前に切り替えられたバススレーブが、反復処理において次の識別子を取り込み、次のバススレーブに接続することを可能にしながら、下流バススレーブとの通信をブロックするようになっている。一実施形態では、第１のバススレーブは、マスタと第１のバススレーブとの間に介在する何らかのスイッチなしに、バスマスタに接続される。このようにして、スイッチが開いている場合、１のバススレーブは、第１の識別子を受け取ることができ、次に第１のスイッチを閉じて第２のバススレーブに接続する。バスマスタが第２の識別子をブロードキャストする場合、第１のバススレーブは、新しい識別子を拒絶するが、第２のバススレーブは、この識別子を受け入れ、次に、第２のスイッチを閉じて第３のバススレーブに接続し、以下同様である。本明細書で説明する実施形態には、診断ソフトウェアを組み込むことができる。例えば、バスマスタ又はコントローラは、識別子のソフトウェアマップ、及びバススレーブの物理的順番及び／又は位置を不揮発性メモリで保持することができる。次に、診断ソフトウェアは、識別子がスレーブ内に存在しないか又はスレーブ内で変更されているか否かを判定することができる。

図７では、いくつかの実施形態による、図６のバスマスタ及びバススレーブに対する変更を伴った２ワイヤ双方向バスの変形例が示されている。図７の２ワイヤ双方向バス７０８は、バスマスタ７０２の第１又は主ポート７２２に接続された第１の端部７１４、及びバスマスタ７０２の冗長ポート７２４に接続された第２の端部７２０を有する。バスマスタ７０２は、主ポート７２２及び冗長ポート７２４に接続されたスイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを介して２ワイヤ双方向バス７０８の第２の端部７２０に選択的に接続することができる。スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、バスマスタ７０２の内部又はバスマスタの外部とすることができる。いくつかの実施形態では、ＲＤラインに接続された単一のスイッチを使用することができる。図示のように、２ワイヤ双方向バス７０８の第１の端部７１４は、バスマスタ７０２の受信器及び送信器（すなわち、トランシーバ）に接続する。スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、バスマスタ７０２の受信器及び送信器に接続し、双方向バス７０８の冗長ポート７２４に接続する。従って、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを開くことにより、双方向バス７０８の第２の端部７２０がバスマスタ７０２から切断され、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを閉じることにより、双方向バス７０８の第２の端部７２０がバスマスタ７０２に接続する。代替的に、２ワイヤ双方向バス７０８は、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂがリングを遮断する又はリングを作成するように接続されたリングトポロジーを有するとみなすことができる。すなわち、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂが開いている場合には、リングは遮断されており、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂが閉じている場合には、リングは完成している。

スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、いくつかの実施形態では、スイッチが閉じている場合に、電流を通過させてスイッチの両端での電圧が互いに追従することを可能にするアナログスイッチとして実装することができる。例えば、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、バイポーラ若しくＭＯＳＦＥＴタイプのトランジスタ、又はリレーを使用して実装することができる。図示の実施形態では、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、２ワイヤ双方向バス７０８の両方のワイヤを接続する二極スイッチを含む。スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂが開いている場合には、バスマスタ７０２は、２ワイヤ双方向バス７０８の第１の端部７１４を経由してバススレーブ７０４、７０６と通信することができる。第１のバススレーブ７０４が開スイッチＳ１を有する場合には、第２の及び次のバススレーブがバスから切断されるので、バスマスタは、第１のバススレーブ７０４のみと通信する。スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、スイッチのトランジスタのゲートに供給される信号に基づいてアクティブにできること、及びこの信号は、選択信号と呼ぶことができることを理解されたい。

スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂが閉じている場合には、バスマスタ７０２は、２ワイヤ双方向バス７０８の第２の端部７２０を経由してバススレーブ７０４、７０６と通信することができる。さらに、以下に詳細に説明するように、２ワイヤ双方向バス７０８に障害が存在する場合には、この構成は、随意的な通信ルートを追加する。障害は、断線したワイヤ、切断されたコネクタ、又は２ワイヤ双方向バス７０８に沿った他の断線を含むことができる。このような障害が、２ワイヤ双方向バス７０８の第１の端部７１４を経由したバスマスタ７０２と１つ又はそれ以上のバススレーブとの間の通信を遮断する場合には、バスマスタ７０２は、２ワイヤ双方向バス７０８の第２の端部７２０を経由して反対方向に通信することができる。

図７のバススレーブ７０４では、２ワイヤ双方向バス７０８のセグメントを接続しそれらを切断するスイッチＳ１は、オプトアイソレータＵ３及びチャージポンプ７２６によって制御される２つのバックトゥバックＰＭＯＳＦＥＴを用いて実装することができる。チャージポンプ７２６の一方の端子は、２ワイヤ双方向バス７０８のより低い電圧ワイヤ７１２に接続され、チャージポンプ７２６の他方の端子は、バックトゥバックＰＭＯＳＦＥＴのボディに接続される。２つのバックトゥバックＰＭＯＳＦＥＴは、スイッチＳ１が双方向であることを可能にし、いずれかのＰＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを通る電流の逆流を防止することを理解されたい。チャージポンプは、バスマスタからの、及びＰＭＯＳＦＥＴのボディダイオード経由でのいずれかのスレーブポートからのデータ信号を「認識」できるように、２つのＰＭＯＳＦＥＴの中間点に接続される。

ダイオードＤ２の追加により、バススレーブ７０４の受信機能が、バススレーブの通信ポートに関して対称になる。従って、オプトアイソレータＵ２は、ダイオードＤ１及びＤ２経由で、スイッチＳ１のいずれかの側からのバスマスタからのデータを認識することができる。従って、ダイオードＤ２は、スイッチＳ１の反対側に到来するデータ通信用のバイパスデバイスとして作用する。図７に示されるように、ダイオードＤ２は、通信バスの１つのセグメントのより大きい正の電圧ワイヤから、受信器の端子の一方、具体的には、バススレーブ７０４内のオプトアイソレータＵ２内のフォトダイオードの正極に接続される。別のダイオードＤ１は、通信バスの別のセグメントのより大きい正の電圧ワイヤから受信器の同じ端子に接続される。通信バスのこれら２つのセグメントは、スレーブ７０４内のスイッチＳ１によって接続及び切断される。変形例では、トランジスタ、スイッチ、及び他の回路などの他のタイプのバイパスデバイスを使用することができる。

さらに図７を参照すると、第１のバススレーブ７０４は、２ワイヤ双方向バス７０８の第１の端部７１４に接続され、スイッチＳ１を閉じること及びそれを開くことによって、バスの第１の端部７１４及びセグメント７１６を接続すること及びそれらを切断することができる。第２のバススレーブは、バスのセグメント７１６に接続され、スイッチＳ２を閉じること及びそれを開くことによって、バスの２つのセグメント７１６、７１８を接続すること及びそれらを切断することができる。さらに、バススレーブは、第２のバススレーブ７０６のバス下流セグメントに接続することができる。バスマスタ７０２は、バスの第２の端部７２０から切断され、バスの第１の端部７１４に接続されたままである。いくつかの実施形態では、電源投入時、全てのバススレーブ７０４、７０６は、バススレーブのそれぞれの構成スイッチを閉じ、全てのバススレーブノードが、バスマスタ７０２からのトラフィックを認識することが可能になる。全てのバススレーブは、ＩＤ（識別子）番号が割り当てられていない未構成状態である。次に、バスマスタは、スイッチＳ０を開き、それによって、次の構成トラフィックが、２ワイヤ双方向バス７０８の第１の端部７１４を経由してバスマスタ７０２の主ポート７２２からバススレーブへの経路に従うようにする。

次に、バスマスタ７０２は、全てのバススレーブに構成モードに入るように指示するためのコマンドを送出する。このコマンドを受け取ると、全てのバススレーブ７０４、７０６は、バススレーブのそれぞれの構成スイッチＳ１、Ｓ２を開き、バスマスタ７０２から下流バススレーブへの通信をブロックする。次に、バスマスタ７０２は、いずれかの未構成バススレーブに、バススレーブのそれぞれの構成スイッチを閉じることによって、含まれたＩＤ番号を受け入れて構成モードを終了するように指示するメッセージを送る。最初、このステップが実行されると、第１のバススレーブ７０４だけがバスマスタ７０２からのこのメッセージを認識する。結果的に、第１のバススレーブ７０４は、この一意的なノードＩＤに対して構成された唯一のバススレーブである。各ＩＤ割り当てコマンドは、対象のバススレーブによって認識される。

バスマスタは、期待される数のバススレーブが構成されるまでこれらの動作を繰り返し、毎回次の下流バススレーブに一意的なＩＤ番号を送り、次に、このバススレーブが、このＩＤ番号を受け入れ、次の下流バススレーブに接続する。期待されるバススレーブが確認応答で応答しない場合、このことは、最後に構成されたバススレーブと、未応答のバススレーブとの間の異常な接続を指示する。次に、バスマスタ７０２は、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを閉じ、バスマスタ７０２の冗長ポート７２４に最も近いバススレーブから開始して、反復的に、逆の順番でノードＩＤを割り当てる。全てのバススレーブにＩＤを割り当てた後、バスマスタは、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを閉じる。さらにこの時点で、全てのバススレーブの構成スイッチは、閉じられ、バスは、通常のトラフィックの準備ができている。

正常動作時、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを通りバスマスタ７０２のトランシーバまでの冗長通信経路は、機械的故障又は電気接点腐食に起因するものなどの開回路からのフォールトトレランスを可能にする。正常動作時、通信バスにおける障害が存在しない場合には、主ポート７２２及び冗長ポート７２４の両方でのデータ信号は同じである。これは、正常動作時、バススレーブ７０４、７０６のスイッチＳ１、Ｓ２等が全て閉じるので、通信バスは、各バススレーブが接続した連続的な２導体ケーブルとみなうことができる。従って、スイッチＳ０ａ及びＳ０ｂは、各バススレーブとの冗長接続を可能にする。

図８は、図３及び図７で示されている実施形態又はその変形例を用いて実施できる、通信バスを動作させる方法を示している。本方法は、バスマスタ、又は通信バス上で動作するプロセッサ又はコントローラなどの他の手段の観点から提示されている。開始ポイント８０２に入った後に、処理８０４において、バスの第２の端部が切断される。これは、図７を参照すると、バスマスタ７０２のスイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを開き、バスマスタ７０２からバスの第２の端部７２０を切断し、バスマスタ７０２をバスの第１の端部７０２に接続されたままにすることによって実現することができる。ループが始まり、処理８０６において、メッセージが、バスの第１の端部を経由してバススレーブに送信される。１つの形態では、このメッセージは、構成メッセージを含み、一つずつ次のバススレーブに送信され、各メッセージは、次の割り当てられていないバススレーブが受け入れる一意的なＩＤを含む。下流バススレーブが切断された状態で、第１のバススレーブが、第１のＩＤを有する第１のメッセージを受け取る。第１のバススレーブは、ＩＤを受け入れ、バスマスタによって受け取られる確認応答メッセージを送る。これを実行する前又は後で、バススレーブは、バススレーブのスイッチを閉じ、次のバススレーブに接続する。これらの処理は、ループ内で繰り返し、処理８０８に従って分岐する。

判定処理８０８において、メッセージが全てのバススレーブに送られたか否かを判定する。返答が、「いいえ」である場合には、メッセージは、まだ全てのバススレーブに送られておらず、フローは、処理８０６に戻り、メッセージが全てのバススレーブに送られるまでループを繰り返す。返答が、「はい」である場合には、メッセージは、バススレーブの全てに送られており、フローは、ループを終了し、判定処理８１０に進む。判定処理８１０において、異常な接続が存在するか否かを判定する。例えば、異常な接続が存在するか又は存在しないかに関する判定は、構成用のＩＤがバススレーブに送られた後に、バススレーブから応答を受け取ったか否かに基づくことができる。バスマスタが確認応答を受け取っていない場合には、バスマスタは、異常な接続が存在すると仮定することができる。この判定を行うことができる別の方法は、各ＩＤを使用して各スレーブに対して順番にポーリングして、各スレーブが応答したか否かを判定することである。特定のＩＤに関して応答がないことは、異常な接続を示す。返答が、「いいえ」である場合には、異常な接続が存在せず、フローは、処理８１２に進み、ここで、バスの第２の端部が接続される。この処理は、図７を参照すると、バスマスタ７０２のスイッチＳ０ａ及びＳ０ｂを閉じることによって実現することができる。

返答が、「はい」である場合には、異常な接続が存在し、フローは、処理８１４に進み、ここで、バスの第２の端部が接続される。処理８１４の後に処理８１６が続き、ここで、メッセージが、バスの第２の端部７２０を経由してバススレーブに送信される。１つの形態では、このメッセージは、構成メッセージを含み、一意的なＩＤが、最も下流のバススレーブ、すなわちバスの第２の端部に最も近いバススレーブから開始して、一つずつ逆の順番でバススレーブに送信される。逆の順番で一意的なＩＤを送信することは、ループ、デクリメントインデックス（バスの第１の端部経由で順方向の順番に一意的なＩＤを送信する場合に以前に使用されたインクリメントインデックスの代わり）、又はポインタ及び分岐質問を使用して実現することができる。バススレーブが、まだ識別子を受け入れておらず、まだスイッチＳ２を閉じていない結果として、バススレーブのスイッチＳ２が、依然として開いているにもかかわらず、通信は、バイパスデバイスとして作用して、開スイッチを通り越して通信を経路指定する図７の追加されたダイオードＤ２を介してバススレーブの受信器に到達することができる。

一般的に、本方法の変形例では、本方法における処理は、異なる順番で実行すること又は統合することができることが理解される。例えば、判定処理８０８、８１０における判定は、逆の順番で組み合わせる又は要求することができる。確認応答メッセージがないことを見出すことは、同時に、組み合わせた処理において、このメッセージの全てが送られていないこと、及びバスに不具合が存在することを指示することができる。もしくは、異常な接続が存在するか否かの判定は、メッセージの全てが送られたか否かの判定に先行することができる。いくつかの実施形態では、バスマスタのメッセージに基づいて、バススレーブは、識別子を自ら決定し、この識別子をバスマスタのもとにレポートすることができる。バスマスタは、自ら決定してレポートした識別子を、期待される識別子のリストと比較して、異常な接続が存在するか否かを判定することができる。バススレーブから戻されるレポートは、メッセージ及び／又は識別子を継続して送信するか否かに関して、バスマスタに指示することができる。本方法の前記の及び別の変形例を考え出すのは容易である。

処理８１２又は処理８１６のいずれかが完了した後、バスの第２の端部は、バスマスタに接続されたままとなっており、全てのバススレーブの構成は完成する（このゼロ又は単一障害シナリオにおいて）。フローは、処理８１８に進み、ここで、別のメッセージは、バスの第１及び第２の端部を経由してバススレーブにおいて送受信される。この処理は、２つのスレーブの間のワイヤ断線などのバス上の障害が存在する場合に、バスマスタが、バスの第１の端部から障害の一方側バススレーブと通信でき、バスの第２の端部から障害の他方側のバススレーブと通信できるので可能である。バスが遮断されていないリングとして機能する場合には、バスマスタは、両方向からバススレーブと通信することができる。他の障害シナリオにおいて、バススレーブの通信及び動作は正常に劣化し、バスマスタは、バスの第１の端部を経由して何らかの障害の上流のバススレーブと通信でき、バスの第２の端部７２０を経由して何らかの障害の下流のバススレーブと通信できる。一例として、処理８１８は、ループ及び分岐質問を利用して完成することができる。処理８１８の後に、フローは、終点８２０に進む。バスマスタへの又はバスマスタからの、或いはバススレーブへの又はバススレーブからの通信などの他の処理は、終点８２０の前又は後に実行することができる。

図７及び８のバスシステムは、前述した開回路からのフォールトトレランスを可能にする。バスの第２の端部をバスマスタに接続する能力がないデイジーチェーンバスは、故障の単一のポイントに対して脆弱である。前述した回路は、通信バス内のいずれかの場所に開回路が存在しない場合であっても作動することができる。回路は、診断によって障害の位置が検出されることを可能にする手法をもたらす。バスマスタ内の単一の受信器は、通信バスに障害が存在するか否かにかかわらず同じＤＣ負荷を提供する。システムは、バスマスタ内のＵＡＲＴなどの受信器論理回路の１つのセットを使用する。一方、デュアルトランシーバセットアップを用いたバスマスタ、すなわちバスの第１の端部に取り付けられた一方のトランシーバ、及びバスの第２の端部に取り付けられた他方のトランシーバは、障害が存在しない場合にバスに２倍の負荷を伝え、断線が存在する場合に単一の負荷を伝える。この２倍の負荷では、障害のない事例での並列負荷に起因して、キャパシタンスが２倍になり、抵抗が半分になることができる。比較すると、本回路の単一の負荷は、バスに断線障害が存在するか否かにかかわらず、バスに同じインピーダンスを伝える。

前述の実施形態を考慮すると、各実施形態は、コンピュータシステムに格納されたデータを含む様々なコンピュータ実行オペレーションを使用できることを理解されたい。これらの処理は、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずしも必然的ではないが、これらの物理量は、記憶、伝達、組み合わせ、比較、又は処理することができる電気信号又は磁気信号の形態である。さらに、実行される処理は、生成、識別、判定、又は比較などの用語で呼ばれる場合もある。本明細書で説明され実施形態の一部を形成する処理は、いずれも有用なマシン処理である。各実施形態は、これらの処理を実行するためのデバイス又は装置にも関連する。この装置は、所要の目的のために特別に構成すること、或いはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブにされる又は構成される汎用コンピュータとすることができる。具体的には、本明細書での教示に従って記述されたコンピュータプログラムを有する様々な汎用マシンを使用することができ、或いは必要な動作を実行するようにさらに特別の装置を構成することがよって好都合なものとすることができる。

各実施形態は、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして具体化することもできる。コンピュータ可読媒体は、データを記憶でき、その後、コンピュータシステムがこのデータを読み取ることができる何らかのデータ記憶デバイスである。コンピュータ可読媒体の例は、ハードディスクドライブ、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、及びその他の光学的及び非光学的データ記憶デバイスを含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードを分散型で格納及び実行するように、ネットワーク接続コンピュータシステム上に分散することもできる。本明細書で説明した実施形態は、ハンドヘルドデバイス、タブレット、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベース又はプログラム可能家庭用電化製品、マイクロコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む様々なコンピュータシステム構成で実施することができる。実施形態は、有線式又は無線式ネットワークを通じてリンクされたリモート処理デバイスがタスクを実行されるように構成された分散コンピューティング環境で実施することもできる。

特定の順番で本方法の処理を説明したが、説明される処理の間で他の処理を実行できること、説明される処理がわずかに異なる時間に行われるように、説明される処理を調整できること、又は説明される処理をプロセスに関連する様々な期間にプロセス処理が生じ得るようにシステム内に分散できることを理解されたい。

前述の説明は、説明目的で特定の実施形態に関して説明した。しかしながら、上記の例示的な説明は、網羅的であること又は開示される詳細な形態に本発明を限定することを意図するものではない。上記の教示を考慮すると、多くの変更例及び変形例が可能である。本実施形態は、その原理及び実際の用途を最適に説明して、結果的に他の当業者が意図された特定の使用方法に適するように実施形態及び様々な変更例を最適に利用できるように、選択及び説明されている。従って、本実施形態は、例示的であり限定的ではないとみなすべきであり、本発明は、本明細書で示される詳細内容に限定されるものではないが、特許請求の範囲及びその均等物の範疇で変更することができる。

２００ 通信バスシステム
２０２ ２ワイヤ双方向バス
２０４ マスタ
２０６ スレーブノード１
２０８ スレーブノード２
２１０ スレーブノード３

Claims (20)

1. 複数の遮断可能なセグメントを有する通信バスと、
   前記通信バスの第１の端部に接続されたバスマスタと、
   を備える通信バスシステムであって、
   前記バスマスタは、選択信号に基づいて、前記通信バスの第２の端部に接続され、前記通信バスの第２の端部から切断されるように構成される、通信バスシステム。
2. 前記通信バスに沿って接続された複数のバススレーブをさらに備え、前記複数のバススレーブの各バススレーブは、スイッチを有し、前記スイッチの第１の端子は、前記通信バスの第１の遮断可能なセグメントに接続され、前記スイッチの第２の端子は、前記通信バスの第２の遮断可能なセグメントに接続される、請求項１に記載の通信バスシステム。
3. 前記バスマスタは、専用スイッチを介して前記通信バスの各ワイヤに接続される、請求項１に記載の通信バスシステム。
4. 前記通信バスに沿って接続された複数のバススレーブをさらに備え、前記複数のバススレーブの各バススレーブは、前記セグメントのうちの２つが前記スレーブによって互いに切断されているか否かにかかわらず、前記スレーブが接続された前記セグメントのうちの２つのいずれかからの通信を受け取るように構成される、請求項１に記載の通信バスシステム。
5. 前記バスマスタは、前記通信バスの第２の端部から切断されている間に、前記通信バスの第１の端部を経由して複数のバススレーブのうちの第１のバススレーブと通信するように構成され、
   前記通信バスが、前記複数のバススレーブのうちの第１のバススレーブと前記複数のバススレーブのうちの第２のバススレーブとの間で断ち切られているか否かにかかわらず、前記バスマスタが、前記通信バスの第２の端部に接続されている間に、前記バスマスタが、前記通信バスの第２の端部を経由して前記複数のバススレーブのうちの第２のバススレーブと通信するように構成される、
   ようになっている、請求項１に記載の通信バスシステム。
6. 前記通信バスシステムは、前記通信バスに接続された複数のバススレーブを備え、
   前記複数のバススレーブの各バススレーブは、前記通信バスの切断可能なセグメントに接続された逆並列接続のＰＭＯＳＦＥＴ（Ｐタイプ金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を有し、
   前記複数のバススレーブの各バススレーブは、前記通信バスに接続され前記逆並列接続のＰＭＯＳＦＥＴの中間点に接続されたチャージポンプを有する、
   請求項１に記載の通信バスシステム。
7. 前記バスマスタは、前記通信バスの第２の端部に接続された二極スイッチを含み、前記二極スイッチが開いている場合、前記バスマスタは、前記通信バスの第２の端部から切断されており、
   前記複数のバススレーブの各々は、前記通信バスのセグメントに接続された単極スイッチを含み、前記単極スイッチが開いている場合、前記通信バスのセグメントは切断されている、
   請求項１に記載の通信バスシステム。
8. 前記バスマスタは、
   前記通信バスの第１の端部に接続するように構成された第１のポートと、
   前記通信バスの第２の端部に接続するように構成された第２のポートと、
   前記第１及び第２のポートに接続されたスイッチと、
   を含む、請求項１に記載の通信バスシステム。
9. リングトポロジーを有する通信バスと、
   前記通信バスに接続され、前記バスマスタが前記通信バスとの通信を継続する間に前記リングトポロジーを選択的に遮断するように構成された第１のスイッチを有するバスマスタと、
   前記通信バスに接続された複数のバススレーブと、
   を備える通信バスシステムであって、
   前記複数のバススレーブの各スレーブは、前記通信バスの隣接セグメントを接続及び切断するように構成されたスイッチを有する、
   ことを特徴とする通信バスシステム。
10. 前記第１のスイッチは、前記通信バスの第１のセグメント及び前記通信バスの第２のセグメントに接続された端子を有し、
    前記バスマスタは、前記通信バスの第１のセグメントに接続される、
    請求項９に記載の通信バスシステム。
11. 前記第１のスイッチは、複数のスイッチを含み、前記複数のスイッチのうちの１つは、前記通信バスのワイヤ専用である、請求項９に記載の通信バスシステム。
12. 前記複数のバススレーブの各バススレーブは、
    前記通信バスの第１のセグメントのワイヤから前記バススレーブの受信器端子に接続された第１のダイオードと、
    前記通信バスの第２のセグメントのワイヤから前記バススレーブの受信器端子に接続された第２のダイオードと、
    を備える、請求項９に記載の通信バスシステム。
13. 前記隣接セグメントを接続及び切断するように構成された前記スイッチは、前記通信バスの隣接セグメントに接続された逆並列接続のＰＭＯＳＦＥＴ（Ｐタイプ金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を含む、請求項９に記載の通信バスシステム。
14. 前記隣接セグメントを接続及び切断するように構成された前記スイッチを作動させるスイッチ制御部と、
    前記通信バスと、前記隣接セグメントを接続及び切断するように構成された前記スイッチと、前記スイッチ制御部とに接続されたチャージポンプと、
    をさらに備え、
    前記チャージポンプは、前記スイッチ制御部に電力を供給する、請求項９に記載の通信バスシステム。
15. 前記通信バスに接続されたオプトアイソレータと、前記隣接セグメントを接続及び切断するように構成されたスイッチと、
    をさらに備え、
    前記オプトアイソレータは、前記通信バスの隣接セグメントを接続及び切断するように構成された前記スイッチを作動させるように構成される、請求項９に記載の通信バスシステム。
16. 通信バスシステムを作動させる方法であって、該方法は、
    通信バスの第１の端部から切断する段階と、
    前記通信バスの第１の端部から切断する段階が維持された状態で、前記通信バスの第２の端部を経由して複数のバススレーブのうちの１つにメッセージを送信する段階と、
    前記通信バスの第１の端部に接続する段階と、
    を含む、方法。
17. メッセージの全てが正常に前記バススレーブに送られるか又は異常な接続に遭遇するまで、反復的に、前記通信バスの第２の端部を経由して前記複数のバススレーブのうちの次の１つに前記メッセージを送信する段階と、
    前記異常な接続に遭遇したか否かを判定する段階と、
    前記異常な接続に遭遇したことの判定に応答して、反復的に、前記メッセージの少なくともサブセットを前記通信バスの第１の端部を経由して前記複数のバススレーブの少なくともサブセットに逆の順番で送信する段階と、
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記構成する段階及び接続する段階の後に、前記通信バスの第２の端部及び前記通信バスの第１の端部を経由して前記複数のバススレーブと通信する段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記通信バスの第１の端部から切断する段階、及び前記通信バスの第１の端部に接続する段階は、前記通信バスの第１の端部からバスマスタを切断すると共に前記通信バスの第１の端部に前記バスマスタを接続するスイッチを作動させる段階を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記通信バスの第１の端部に伝えられる送信情報を、バイパスデバイスを介して前記複数のバススレーブのうちの１つの受信器に経路指定する段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。

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