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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung für ein Fahrzeug,
welche verschiedene Signale auf einer Energieversorgungsleitung überlagert,
um Kommunikation zwischen in dem Fahrzeug eingebauten Einrichtungen
einzurichten.
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Dieser Tage werden Fahrzeuge mit
vielen technischen Vorteilen angeboten und daher hat ein Fahrzeug
eine Vielzahl Elektronik-Steuereinheiten eingebaut (nachstehend
auch "ECU" genannt vom englischsprachigen
Ausdruck "electronic
control unit").
Die Elektronik-Steuereinheiten steuern elektrische Fensterheber,
Lampen und Rückspiegel,
sowie eine nachstehend als Maschine bezeichnete Antriebsmaschine
und ein Getriebe. Die Elektronik-Steuereinheiten sind miteinander über zugeordnete
Signalleitungen oder gemeinsame Datenbusse verbunden und kommunizieren
miteinander, so dass die Elektronik-Steuereinheiten in Zusammenarbeit miteinander
arbeiten.
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In jüngster Zeit sind die ECUs verbindende Signalleitungen
erhöht
worden, weil die Anzahl der ECUs größer geworden ist und die Anzahl
von Signalen größer geworden
ist bedingt durch komplizierte Steuerung. Hierdurch ist ein Aufbau
eines Kabelbaums für
ein Fahrzeug komplex geworden.
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Zum Lösen des Problems ist in der
japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H07-50619
ein Stand der Technik offenbart, bei dem Signale einer Versorgungsspannung,
die den jeweiligen ECUs über
Energieversorgungsleitungen zugeführt wird, überlagert werden um eine Kommunikation
einzurichten.
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RESÜMEE DER
ERFINDUNG
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1 zeigt
einen allgemeinen Aufbau einer vorgeschlagenen Elektroniksteuereinheit
bzw. ECU. In der vorgeschlagenen ECU 100 wird eine Versorgungsspannung
für ein
Fahrzeug, beispielsweise 12V, die zugeführt wird über eine ECU-Energieversorgungsleitung 102,
an die zum Unterdrücken
von Spannungsvariationen ein Umleitungs- bzw. Bypass-Kondensator 101 angeschlossen
ist, mit Hilfe eines durch einen Regler aufgebauten Energiequellenschaltungsteil 103 geändert in
eine Betriebsspannung von Elektronikeinrichtungen innerhalb des Fahrzeugs,
beispielsweise 5V, und einem Rechenteil 104 zugeführt, der
sich aus einer CPU und ähnlichem zusammensetzt.
Der Rechenteil 104 arbeitet mit der durch den Energieversorgungsschaltungsteil 103 zugeführten Versorgungsspannung
und sendet Laststeuersignale zu einem Laststeuerteil 105.
Der ein Schaltelement, wie zum Beispiel ein Relais, umfassende Laststeuerteil 105 wird
schaltgesteuert basierend auf von dem Rechenteil 104 gesendeten
Laststeuersignalen und steuert über
den Lastenergiezufuhrleitung 106 an die Last gesendeten
Antriebsstrom. Eine Last 107, wie zum Beispiel ein Antriebsmotor
für einen
elektrischen Fensterheber, ein Außenspiegel und ähnliches
und eine Lampe werden durch den über
den Laststeuerteil 105 von der Lastenergieversorgungsleitung 106 gelieferten
Antriebsstrom angetrieben. Eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung 108 für ein Fahrzeug
(nachstehend "PLC" bezeichnet vom englischsprachigen
Ausdruck "power
line communication"), welche
einer an die Lastenergieversorgungsleitung 106 angelegten
Versorgungsspannung Signale überlagert,
um zwischen jeweiligen ECUs zu kommunizieren, ist mit der ECU-Energieversorgungsleitung 102 und
der Lastenergieversorgung 106 verbunden.
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Gemäß der vorgeschlagenen ECU sind, wenn
die Last 107 arbeitet, die Last 107 und die Lastenergieversorgungsleitung 106 direkt über den
Laststeuerteil 105 gekoppelt. Hierdurch wird ein Rauschen,
beispielsweise ein Bürstenrauschen,
das von einem (Elektro-)Motor des Außenspiegels generiert wird,
das beim Betrieb von der Last 107 generiert wird, direkt
in die PLC 108 über
die Lastenergieversorgungsleitung 106 eingegeben. Hierdurch
beeinflusst das Eingangsrauschen die zwischen den jeweiligen, ECUs
gesendeten und empfangenen Signale und verursacht Kommunikationsfehler.
Dies verursacht ein Problem der Zunahme einer Kommunikationsfehlerrate
(einer Bit-Fehlerrate) usw.
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Zudem kann der Motor für den elektrischen Fensterheber
mit einem Kondensator 109 zur Rauschreduzierung versehen
sein. In diesem Fall werden die auf der Lastenergieversorgungsleitung 106 überlagerten
Signale zu einer Seite der Last 107 über den Laststeuerteil 105 gesendet.
Der Kondensator 109 bedämpft
den Signalpegel und verursacht dadurch das Problem, dass eine Kommunikation
instabil wird.
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Die vorliegende Erfindung wird im
Lichte der obigen Probleme erreicht und Ziele davon sind, eine Kommunikation,
die durch einer Versorgungsspannung für ein Fahrzeug überlagerte
Signale eingerichtet wird, zu stabilisieren und eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein Fahrzeug
bereitzustellen, welche eine Verbesserung in der Kommunikationsqualität erzielt.
Gemäß einem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein
Fahrzeug vorgesehen mit einer internen an einen Verbindungspunkt
an einer Energieversorgungsleitung angeschlossenen Elektroniksteuereinheit,
welche mit einer externen Elektroniksteuereinheit durch ein einer
an eine Energieversorgungsleitung angelegten Versorgungsspannung überlagertes Kommunikationssignal
kommuniziert, und ein zwischen dem Verbindungspunkt und einer externen Last
eingefügtes
Impedanzelement. Vorzugsweise ist das Impedanzelement mit einer
Spule versehen. Ferner ist vorzugsweise ein Impedanzelement mit
einer Spule und einem mit der Spule verbundenen Kondensator vorgesehen.
Insbesondere kann das Kommunikationssignal Amplituden-Umtast-moduliert bzw. ASK-moduliert
(amplitude-shift-keying) sein.
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Es zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer mit einer vorgeschlagenen Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein
Fahrzeug versehenen Elektroniksteuereinheit;
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2 ein
Blockdiagramm einer mit einer Energieversorgungsleitungs-Kommunikationseinrichtung
für ein
Fahrzeug versehenen Elektroniksteuereinheit gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm eines in einer Energieversorgungsleitungs- Kommunikationseinrichtung
enthaltenen Impedanz Elementes;
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4 ein
Blockdiagramm einer Modifikation des Impedanzelements;
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5 ein
Blockdiagramm einer zweiten Modifikation des Impedanzelements;
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6 ein
Vergleichsbeispiel einer Versorgungsspannungsvariation auf einer
Energieversorgungsleitung in einem Fall, in dem darüber ein
Motorrauschen überlagert
ist;
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7 ein
praktisches Beispiel der vorliegenden Erfindung einer Versorgungsspannungsvariation auf
einer Energieversorgungsleitung in einem Fall, in dem darüber ein
Motorrauschen überlagert
ist;
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8 eine
Versorgungsspannungsvariation auf einer Energieversorgungsleitung,
auf welcher Kommunikationssignale überlagert sind in einem Fall,
in dem ein Motor nicht angetrieben wird;
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9 eine
Versorgungsspannungsvariation in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel
in einem Fall, in dem der Motor angetrieben wird; und
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10 eine
Versorgungsspannungsvariation in Übereinstimmung mit einem Beispiel
der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem der Motor angetrieben
wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Elektroniksteuereinheit einschließlich einer
Energieversorgungsleitungs- Kommunikationseinrichtung
für ein Fahrzeug
(nachstehend PLC genannt) in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in der ECU enthaltene PLC 1 ist mit
einem Bandpassfilter 2 versehen, einem Komparatorteil 3,
einem Erfassungsteil 4, einem Empfängerteil 5, einem
Trägeroszillatorteil 6,
einem Modulationsteil 7, einem Ausgabeteil 8 und
einem Impedanzelement 9.
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Ein Umleitungskondensator 101,
ein Energiequellenschaltungsteil 103 und ein Laststeuerteil 105,
die in der ECU enthalten sind, sowie eine Last 107 und
ein zur Rauschreduzierung mit der Last 107 verbundener
Kondensator 109 haben dieselben Funktionen wie die oben
vorgeschlagene ECU und eine detaillierte Beschreibung wird demnach
weggelassen.
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Signale, die einer an eine Energieversorgungsleitung 10 angelegten
Versorgungsspannung überlagert
sind, um eine Kommunikation mit den anderen ECUs einzurichten, werden
in das Bandpassfilter 2 eingegeben. Rauschkomponenten niedriger Frequenzen
und hoher Frequenzen werden aus den Eingangssignalen mit Hilfe des
Bandpassfilters 2 gefiltert. Die Signale, deren Rauschen
herausgefiltert worden ist, werden zum Komparatorteil 3 gesendet. Die
zwischen den jeweiligen ECUs kommunizierenden Signale sind Digitalsignale,
welche in eine Hochfrequenz amplitudenumtastmoduliert bzw. ASK-moduliert
sind, wie später
beschrieben wird, und werden auf der Energieversorgungsleitung 10 übertragen.
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Die Signale von dem Bandpassfilter 2 werden
in den Komparatorteil 3 eingegeben. Der Komparatorteil 3 vergleicht
die modulierten Signale mit einem vorbestimmten Standardpegel, um
die Eingangssignale zu verstärken.
Die verstärkten
Signale werden zu dem Detektorteil 4 gesendet.
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Die von dem Komparatorteil 3 gesendeten Signale
werden in den Detektorteil 4 eingegeben. Der Detektorteil 4 erfasst
die von dem Komparatorteil 3 verstärkten Signale, um die der an
der Energieversorgungsleitung 10 angelegten Versorgungsspannung überlagerten
Signale als empfangene Daten zu extrahieren. Die extrahierten, empfangenen
Daten werden zu dem Empfängerteil 5 gesendet.
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Der Empfängerteil 5, welcher
beispielsweise aus einer CPU besteht, führt verschiedene Verarbeitungen
basierendend auf den empfangenen Daten aus. Als eine der Verarbeitungen
generiert der Empfängerteil 5 ein
Laststeuersignal zum Steuern des Laststeuerteils 105. Das
generierte Laststeuersignal wird zu dem Laststeuerteil 105 gesendet,
so dass der Laststeuerteil 105 mit der vorgeschlagenen
ECU auf ähnliche
Weise gesteuert wird. Zudem generiert der Empfängerteil 5 zu den
anderen ECUs zu sendende Daten. Die generierten Sendedaten werden
zu dem Modulationsteil 7 gesendet. Der Trägeroszillatorteil 6 oszilliert
(generiert) einen Träger
zum Überlagern
der Sendedaten über
die Versorgungsspannung, die über
die Versorgungsleitung 10 angelegt ist. Der oszillierte
Träger
wird zu dem Modulationsteil 7 gesendet.
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Die von dem Empfängerteil 5 gesendeten Daten
und der von dem Trägeroszillatorteil 6 oszillierte
Träger
werden in den Modulationsteil 7 eingegeben. Der Modulationsteil 7 moduliert
die Sendedaten in einer ASK-Weise. Die ASK-modulierten Sendedaten
werden zu dem Ausgangsteil 8 gesendet.
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In einem Fall, in dem der Träger eine
niederfrequente Welle ist, beispielsweise in einem Bereich von einigen
100 Hz bis einigen kHz, werden die Signale durch den Bypasskondensator,
mit welchem eine an die Energiequelle angeschlossene Elektronikeinrichtung
ausgerüstet
ist, stark bedämpft.
Demnach wird vorgezogen, die Kommunikationssignale mit einer hohen
Frequenzwelle von einigen MHz (beispielsweise 2,5 MHz) zu ASK-modulieren.
Die Signale werden mit der Hochfrequenzwelle ASK-moduliert, wodurch
die Bedämpfung
der Kommunikationssignale unterdrückt wird und die Energieversorgungsleitungs-Kommunikation
stabil erreicht werden kann. Ein Schaltungsaufbau für die ASK-Modulation
kann einfacher sein als dder für
andere Modulationsverfahren.
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Die von dem Modulationsteil 7 gesendeten Sendedaten
werden in den Ausgangsteil 8 eingegeben. Der Ausgangsteil 8 verstärkt die
ASK-modulierten Sendedaten und gibt sie auf die Energieversorgungsleitung 10 über das
Bandpassfilter 2 aus.
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Das Impedanzelement 9 ist
ein elektrisches Element mit einer höheren Impedanz gegenüber einer
Stromkomponente, die von einer Gleichstromkomponente abweicht und
setzt sich aus einer geeigneten Kombination von Spulen und/oder
Kondensatoren zusammen. Das Impedanzelement 9 wird zwischen
einen Kommunikationspunkt N1, der ein Eingangsteil der PLC 1 ist,
und dem Energiequellenschaltungsteil 103 sowie dem Laststeuerteil 105 eingefügt, um das
Leiten davon zu steuern. Das Impedanzelement 9 ist beispielsweise
aufgebaut wie 3 oder 4.
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Das Impedanzelement 9, das
in 3 gezeigt ist, wird
vorzugsweise in einem Fall angewendet, in dem ein Kondensator zur
Rauschunterdrückung
mit der Last verbunden ist. Das Impedanzelement 9 besteht
aus einer Spule 20 und einer Spule 21. Das Ende
der Spule 20 ist mit dem Verbindungspunkt N1 verbunden,
an den das Bandpassfilter 2 und die Energieversorgungsleitung 10 verbunden sind.
Ein gegenüberliegendes
Ende der Spule 20 ist mit einer Eingangsseite des Umleitungskondensators
bzw. Bypass-Kondensators 101 verbunden
und dem Energiequellenschaltungsteil 103. Ein Ende der Spule 21 ist
mit der Spule 20 verbunden und ein gegenüberliegendes
Ende ist mit dem Laststeuerteil 105 verbunden.
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4 zeigt
ein modifiziertes Beispiel des Impedanzelements 9, in welchem
ein gegen Masse geschalteter Kondensator 22 ferner mit
dem mit dem Laststeuerteil 105 verbundenen, gegenüberliegenden
Ende der Spule verbunden ist, verglichen mit dem in 3 gezeigten Aufbau.
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5 zeigt
ein zweites modifiziertes Beispiel des Impedanzelementes 9.
Die Kondensatoren 24 und 26 sind jeweils parallel
zu den Spulen 20 und 21 geschaltet. Eine beachtliche
Elementegröße kann verglichen
mit den in 3 und 4 jeweils gezeigten Beispielen
kleiner gemacht werden, während ähnliche
Wirkungen wie in diesen Fällen
erzielt werden.
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In Übereinstimmung mit den oben
beschriebenen Aufbauten werden, wenn die ECU 1 die Kommunikationssignale
empfängt,
die der an der Energieversorgungsleitung 10 anliegenden
Versorgungsspannung überlagerten
Kommunikationssignale zu dem Komparatorteil 3 über das
Bandpassfilter 2 gesendet. Die ASK-modulierten Kommunikationssignale werden
am Komparatorteil 3 verstärkt. Die verstärkten Kommunikationssignale
werden von dem Detektorteil 4 erfasst, um Empfangsdaten
zu sein. Die empfangenen Daten werden an den Empfängerteil 5 gesendet
und werden mit verschiedenen Verarbeitungen verarbeitet.
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Wenn die ECU 1 die Kommunikationssignale sendet,
werden andererseits von dem Empfängerteil 5 generierte
Sendedaten zu dem Modulationsteil 7 gesendet. Die zu dem
Modulationsteil 7 gesendeten Daten sind mit dem von dem
Trägeroszillatorteil 6 oszillierten
Träger
in die Hochfrequenzwelle eines Bandes von einigen MHz ASK-moduliert.
Die RSK-modulierten Sendedaten werden zur Energieversorgungsleitung 10 über den
Ausgangsteil 8 gesendet, um der Versorgungsspannung überlagert
zu werden und gesendet zu werden.
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Die an der Energieversorgungsleitung 10 angelegte
Versorgungsspannung, beispielsweise eine Gleichspannung von 12V,
wird dem Energieversorgungsschaltungsteil 103 über das
Impedanzelement 9 zugeführt
und wird geändert
in eine Betriebsspannung von Elektronikeinrichtungen innerhalb des Fahrzeuges,
beispielsweise 5V. Die geänderte
Versorgungsspannung wird den jeweiligen Elektronikeinrichtungen
als eine Energiequelle davon zugeführt. Ferner wird die an die
Energieversorgungsleitung 10 angelegte Versorgungsspannung
dem Laststeuerteil 105 über
das Impedanzelement 109 zugeführt. Beim Betreiben der Last 107 wird
die den Laststeuerteil 105 geführte Versorgungsspannung an
die Last 107 über
den Laststeuerteil 105 angelegt, so dass die Last 107 mit
Hilfe der Versorgungsspannung betrieben wird.
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Wenn die Last 107 betrieben
wird, wird Rauschen an der Last 107 generiert. Beispielsweise
in dem Fall, wenn die Last 107 ein Elektromotor (hier als
Motor bezeichnet) ist, wird Bürstenrauschen
generiert und zu dem Impedanzelement 109 über den Laststeuerteil 105 gesendet.
Jedoch wird das Bürstenrauschen
bedämpft
durch das Impedanzelement 9, so dass das zur Energieversorgungsleitung 10 fließende Rauschen
spürbar
reduziert ist.
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Angenommen, dass das Impedanzelement 9,
dessen Aufbau in 3 gezeigt
ist, verwendet wird und die Last 107 ein Motor zum Antreiben
eines Außenspiegels
eines Fahrzeugs ist, erreicht ein Rauschpegel etwa 40V, wie in 5 gezeigt ist, wenn der
Motor betrieben wird. Demgegenüber
fällt ein
Rauschpegel am Verbindungspunkt N1 unter 10V mit Hilfe des Rauschreduziereffektes
des Impedanzelementes 9, wie in 7 gezeigt. Dadurch kann stabile Kommunikation
erreicht werden und die Kommunikationsqualität wird erhöht.
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Andererseits befindet sich beim Betreiben der
Last 107 der Laststeuerteil 105 in einem Zustand des
Zuführens
der an der Energieversorgungsleitung 10 anliegenden Versorgungsspannung
zu der Last 107. Folglich fließen die der Versorgungsspannung überlagerten
Kommunikationssignale in die Last 107 über den Laststeuerteil 105.
In einem Fall, in dem die vorgeschlagene PLC nicht mit dem Impedanzelement 9 versehen
ist, werden die Kommunikationssignale von dem zur Rauschreduzierung
an der Last 107 vorgesehenen Kondensator bedämpft. Demgemäss wird
bei der vorliegenden Erfindung das Einströmen der der Versorgungsspannung überlagerten Kommunikationssignale
in die Last 107 durch das Impedanzelement 109 unterdrückt. Hierdurch
wird die Bedämpfung
der Kommunikationssignale beim Betreiben der Last 107 unterdrückt.
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Angenommen, dass das Impedanzelement 9,
dessen Aufbau in 4 gezeigt
ist, verwendet wird und die Last 107 ein Motor zum Antreiben
eines elektrischen Fensterhebers ist, ergibt sich ein beispielhafter
Rauschpegel, wie in 8,
wenn der Motor nicht betrieben wird. In einem Fall, in dem die vorgeschlagene
PLC nicht mit dem Impedanzelement 9 versehen ist, wird
der Signalpegel unterdrückt
auf etwa ein Viertel davon, wie in 9 gezeigt.
Demgegenüber wird
in einem Fall, in dem das Impedanzelement 9 vorgesehen
ist, ein Signalpegel kaum unterdrückt, wie in 10 gezeigt. Hierdurch wird das Bedämpfen des
Signalpegels von der Versorgungsspannung überlagerten Kommunikationssignalen
mit Hilfe des Vorsehens des Impedanzelementes 9 unterdrückt. Hierdurch
kann stabile Kommunikation erreicht werden und die Kommunikationsqualität wird verbessert.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme
auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht beschränkt auf
die oben beschriebene Ausführungsform.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
werden Fachleuten im Lichte der obigen Lehre offenbar werden.