CN101069388A - 采用lin协议向二线制总线发送比特的接口及方法 - Google Patents

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Abstract

车辆载板上的网络必须提供快速数据吞吐量，并且此网络还必须价格低廉且电磁兼容(EMC)。公开了一种包括至少一个物理层的接口(100，110)以及一种用于向具体是例如基于ISO 11898标准的至少一个CAN(控制器区域网)总线的、至少一个二线制总线(10，12)发送至少一个比特的方法。提出了所述传输是以LIN(本地互连网)协议为基础来进行的。可以将同样的技术植入一种设备或一种电路装置。

Description

采用LIN协议向二线制总线发送比特的接口及方法
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个物理层的接口以及一种方法，用于向至少一个二线制总线(具体是至少一个例如基于ISO 11898标准的CAN(控制器区域网)总线)发送至少一个比特。
背景技术
在如美国专利6 672 281 B1或因特网址http://www.auto-solve.com/etc.htm中所描述的节流阀应用和/或气体踏板(gas pedal)应用中，当前主要使用电位计。在这种情况下，例如，在加速或减速时，所使用的节流阀传感器是可变电阻器，取决于节流阀的角度来发送可变信号以调整注入量。
目前，这样的电位计逐渐被非接触式角度传感器取代。在这种情况下，主要使用Hall传感器或AMR(各向异性磁阻)传感器。例如，在文献DE 101 54 154 A1或文献US 2002/0149358 A1中描述了这样的传感器。
以模拟方式发送角度信息，也就是说，角度信号是传感器的输出电压Vout的线性函数。该输出电压Vout典型地处于电源电压的2.5％到95％左右，并且投影角的范围可达到120度。在这种情况下，小角度(例如角度范围从0度到大约20度)特别适于节流阀应用中的发动机控制。
模拟传输的一个特定缺点是在这些小角度处的小信号电压。例如，因为EMC(电磁兼容)的原因在汽车的发动机空间中产生诸如50毫伏的典型干扰电压，这完全位于信号范围内并导致干扰。
当数字接口用作可选角度传感器时，得到以下缺点：
-在诸如Hall传感器的情况下所使用的PWM(脉冲宽度调制)协议太慢；
-仅在短距离的情况下优化SPI(串行外设接口)原则；例如，在电缆长度为两米的情况下，电磁兼容方面出现问题，并因此必须使用屏蔽线。已知PWM和SPI解决方案中的另一个缺点是：通常只可能每个PWM接口一个传感器，或在SPI的情况下使用了大量线。
可以选择性地使用机动车辆中所使用的各种总线系统，例如CAN(控制器区域网)以及LIN(本地互连网)(参见C.Gabriel和H.Horia：“Integrating Sensor Devices in a LIN bus network”，26th ISSE 2003，150到153页，或R.Bannatyne和K.Klein：“Chassis Control System toInterface Sensors and Electronic Control Units”，Motorola Inc.1999，137到144页)然而，CAN造价昂贵并且对于简单的传感器应用而言太过专业，反之LIN则不为这些传感器应用提供必要的数据吞吐量。
对于可由车辆电池以12伏到42伏的DC电压供电的网络中的数字信号传输，Yamar公司提供了一种DC(直流)总线，该DC总线与涉及CAN、LIN或J1850的协议兼容(参见http//www.yamar.com)。然而，此DC(直流)总线的EMC性质被认为需要改进。
因此，特别是对于机动车辆部分的角度传感器，需要提供一种新的传感器接口，具体是数字传感器接口，这种数字传感器接口一方面具有成本效益以及EMC安全，另一方面允许快速数据吞吐量。
发明内容
基于上述缺点和不足以及对已概述的现有技术的承认，本发明的目的是进一步开发上述类型的接口以及上述类型的方法，从而提供了在具有制造的成本效益的同时，具有很好的EMC性质以及高传输速率，例如1Mb/s的数据传输速率。
这个目的由具有权利要求1所述特征的接口以及具有权利要求8所述特征的方法来实现。本发明的有利实施例和有利发展在对应的从属权利要求中体现。
通过巧妙地结合物理层，具体是CAN(控制器区域网)物理层和LIN(本地互连网)协议，可以将LIN协议的成本优势与物理层的EMC特性相结合，从而最终生产出具有成本效益且合理EMC的接口(具体为传感器接口)，例如用于机动车辆的应用。例如，具有CAN物理层的角度传感器可具体地用于车辆部分的电子控制系统，该CAN物理层利用LIN协议进行操作。
例如，通过EMC优化CAN物理层来发送成本效益的LIN协议，能够通过车辆中的总线系统来连接快速传感器。
所谓“物理层”是比特传输层或负责数据的比特传输的物理层。物理层(＝OSI(开放系统互连)参考模型的第一层)通常定义了电子、功能和过程参数，并辅助网络上的单元之间的物理连接。例如，可将这样的物理层用于车辆中高达1兆比特(＝1Mb/s)的数据传输。
根据本发明所使用的两线制(two-wire)总线(具体是所谓的“高速CAN物理层”)具有很好的EMC特性，利用通过至少两条总线的差分传输来实现该EMC特性。作为示例，根据本发明的一个有利的实施例，设计了物理层，以便通过以下线路来进行比特的差分传输：
-至少第一传输线，具体是通过CANH(控制器区域网高)线，以及
-至少第二传输线，具体是通过CANL(控制器区域网低)线。
相反地，LIN总线系统按照惯例使用所谓的单线制物理层，这是由于电磁兼容只可用于高达20Kb/s左右，因此对于诸如车辆中的传感器应用而言太慢。
LIN的优点在于简单的总线协议，可使用例如UART(通用异步收发器)/SCI(串行通信接口)的串行/并行转换器来将该总线协议转换成标准微处理器上的软件。这个UART/SCI接口通常可用于标准的微处理器。相反地，CAN协议控制器通常不可用于传统的微处理器，因此CAN协议控制器的使用通常是与相应的额外成本相关联的。
本发明还涉及一种设备(具体是致动器或传感器)，用于检测和/或记录和/或转发以下内容的至少之一：属性、和/或设置、和/或信息项、和/或可转换成至少一个比特的属性和/或设置和/或信息项的变化，
-包括至少一个上述类型的接口，和/或
-按照上述类型的方法进行操作。
在这种情况下，所述设备可设计成至少一个非接触式角度传感器，具体是至少一个AMR(各向异性磁阻)传感器和/或至少一个Hall传感器。AMR角度传感器提供了特定的优点，由于AMR角度传感器尤其与数字信号处理操作，因而具有数字接口。这是特别有利的，因为传感器中不需要从数字到模拟的任何信号转换，并且在控制单元中不需要从模拟到数字的任何信号转换。
有利地，这样的角度传感器元件可至少部分地由至少一个铁磁性合金(例如，Permalloy(镍铁导磁合金))形成。Permalloy(Ni80Fe20)提供了优点：允许同时具有低磁场强度和低滞后损失的高导磁率。可根据外部形状，以所需要的方式来设置这样的铁磁性结构的磁属性。
本发明还涉及一种电路装置(具体是集成电路)，该电路具有
-至少一个发送/接收单元(具体是至少一个CAN(控制器区域网)收发机)，该发送/接收单元通过至少一个二线制总线(具体是通过至少一个基于ISO 11898标准的CAN(控制器区域网)总线)连接到至少一个上述类型的设备，以及
-连接到发送/接收单元的至少一个微处理器，具体是基于SCI(串行通信接口)/UART(通用异步收发器)标准。
本发明相对于现有技术的另一个有利准则在于以下事实：这样一个电路装置具有优化的电磁兼容性，此外可以将多个设备(具体是多个传感器或多个致动器)连接到二线制总线。这里，可使用具有成本效益的设备，因为根据本发明的传输基于LIN协议，因此不需要复杂的协议。
对于由本发明所实现的优点，还应注意的是，根据本发明使用的LIN协议和有利地用于每种情况的CAN物理层都表示公认的标准本身。
最后，本发明涉及至少一个上述类型的接口、和/或至少一个上述类型的设备、和/或至少一个上述类型的电路装置、和/或用于车辆的电子应用(具体是角度测量，例如非接触式角度测量，以节流阀应用和/或气体踏板应用为例)的上述类型方法的使用。
具体地，例如，本发明可用于与至少一个飞利浦公司的节流阀传感器以及至少一个CAN物理层有关的机动车辆部分。
如上所述，存在有利配置和开发本发明的的教益的各种可能性。在此方面，参见权利要求1、权利要求3、权利要求5以及权利要求8。
附图说明
参考如图所示的实施例，对本发明进行进一步的描述，然而，本发明不受限于附图。
图1示意性地示出了根据本发明的电路装置的实施例的示例，该电路装置依照根据本发明的方法进行操作。
具体实施方式
图1中所示出的根据本发明的电路装置300，包括根据本发明的接口100的实施例的示例。接口100依照根据本发明的方法操作，并被分配到根据本发明的设备200(即，用于检测车辆相关参数的传感器)的实施例的示例。
电路装置300还包括根据本发明的第二接口110，该接口同样地依照根据本发明的方法来操作，并被分配到第二传感器210，即，用于记录机动车辆的环境参数的检测单元。
接口100、110都被连接到同一二线制总线10、12，即所谓的CAN总线，其中的物理层是依照DIN ISO11898定义的。数据总线10、12具有两条数据总线，即
-CANH(高)(→参考符号10)以及
-CANL(低)(→参考符号12)。
可选地，通过所述总线差分地发送比特。
在CAN总线的休眠状态，两条数据总线10、12大致处于同一电位，因为这两条线通过两个(端接)电阻14、16(例如每个30欧姆)来相互连接。连接在这两个端接电阻14、16之间的是电容器18(例如，具有4.7纳法的电容)，并且未分配给端接电阻14、16的所述电容器的容性部分元件接地，也就是说，连接到地电位GND(即“接地”)。
当传感器元件200、210发送单个比特时，数据总线CANH 10的电位升高，并且数据总线CANL12的电位相应地降低。
在如图1中所示的电路装置300中，通过集成在收发机20中的至少一个驱动器进行上述操作。在图1所示实施例的示例中，这个驱动器被安装在发送/接收单元20中，即来自飞利浦公司(参见相应2003年10月14日版本的Philips Data Sheet)的TJA1040类型或诸如TJA1050、TJA1041等的比较类型的收发机。
依靠集成在收发机20中的至少一个接收机以及集成在收发机20中的至少一个发送机，这个收发机20通过CAN总线10、12来接收并发送数据。收发机20将通过CANH线10以及CANL线12所接收到的模拟数据转换成数字数据，并且所述数据被发送到至少一个RxD端(→参考符号22)。
根据本发明还可以使用具有数字信号处理以及数字接口的至少一个传感器或致动器，而不是模拟传感器200、210。因此，根据本发明的接口100、110可以以模拟和/或数字方式操作。在具有数字信号处理以及数字接口100、110的设备200、210的情况下，不需要设备200、210中从数字到模拟以及控制单元(例如，收发机20)中从模拟到数字的信号转换。
利用来自收发机20的RxD端并通过RxD线22传输的RxD信号，以及利用通过TxD线24传输并到达收发机20的TxD端的TxD信号，收发机20利用SCI(串行通信接口)模块与微处理器30通信。
通过使用集成在收发机20中的所谓(超时&)斜率(slope)单元来优化并定义CAN总线10、12上的收发机20的输出信号的传输，这样产生非常低的电磁辐射。
例如为了节约电能，收发机20还可切换到待机模式。在这种待机模式中，收发机20的接收机和发送机被关闭，并且由差分低功率接收机来监控总线10、12。
为了电源的目的，收发机20和微处理器30由(汽车)电池40来提供电源电压Vcc，该电池40具有连接在下游的整流器二极管42以及电压调节器44。两个传感器200、210与地电压相连，作为参考电压，即接地。
参考符号列表
100     接口，具体是设备200的接口
110     接口，具体是第二设备210的接口
10、12  二线制总线，具体是例如依照ISO 11898标准的CAN(控制
        器区域网)总线，这里：
10      二线制总线10、12的第一传输线，具体是CANH(控制器
        区域网高)线
12      二线制总线10、12的第二传输线，具体为CANL(控制器
        区域网低)线
14      电阻，具体是分配给CANH(控制器区域网高)线10的端
        接电阻
16      电阻，具体是分配给CANL(控制器区域网低)线12的端
        接电阻
18      容性元件，具体是电容器
20      发送/接收单元，具体是CAN(控制器区域网)收发机，以
        飞利浦公司的TJA1040类型的高速CAN收发机为例
22      接收线(RxD)
24      发送线(TxD)
30      微控制器，具体基于SCI(串行通信接口)/UART(通用异
        步收发器)标准
40      电池，具体是机动车辆电池
42      二极管或整流器
44      电压调节器
200     设备，具体是致动器或传感器，例如第一设备，第一致动器
        或第一传感器
210     第二设备，具体为第二致动器或第二传感器
300     电路装置，具体为集成系统
Vcc     电源电压

Claims (10)

1.一种接口(100、110)，包括用于向至少一个二线制总线(10、12)发送至少一个比特的至少一个物理层，所述至少一个二线制总线具体是例如基于ISO 11898标准的至少一个CAN(控制器区域网)总线，所述接口(100、110)的特征在于：基于LIN(本地互连网)协议来进行所述发送。
2.如权利要求1所述的接口，其特征在于，所述物理层被设计为通过以下线路进行比特的差分传输：
-至少第一传输线(10)，具体是通过CANH(高)线，以及
-至少第二传输线(12)，具体是通过CANL(低)线。
3.一种具体是致动器或传感器的、用于检测和/或记录和/或转发以下内容至少之一的设备(200、210)：属性、和/或设置、和/或信息项、和/或可转换成至少一个比特的属性和/或设置和/或信息项的变化。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述传感器
-被设计成至少一个非接触式角度传感器，具体是至少一个AMR(各向异性电磁电阻)传感器和/或至少一个Hall传感器，和/或
-至少部分地由至少一个铁磁性合金形成，例如镍铁导磁合金。
5.一种电路装置(300)，具体是一种系统，具有：
-至少一个发送/接收单元(20)，具体是至少一个CAN(控制器区域网)接收机，通过具体是例如至少一个基于ISO 11898标准的CAN(控制器区域网)总线的至少一个二线制总线(10，12)连接到至少一个如权利要求3或4之一所述的设备(200、210)，以及
-至少一个微控制器(30)，具体基于SCI(串行通信接口)/UAST(通用异步收发器)标准连接到发送/接收单元(20)。
6.如权利要求5所述的电路装置，其特征在于，所述发送/接收单元(20)还转发完整的消息。
7.如权利要求5或6所述的电路装置，其特征在于，所述发送/接收单元(20)具有至少一个存储单元，用于要发送和/或接收的数据的数据缓冲存储。
8.一种用于向具体地是例如至少一个基于ISO 11898标准CAN(控制器区域网)总线的至少一个二线制总线(10、12)发送至少一个比特的方法，其特征在于，基于LIN(本地互连网)协议来进行所述发送。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
-通过二线制总线(10、12)发送和接收所述比特，以及
-根据SCI(串行通信接口)/UART(通用异步收发器)标准，将串行数据转换成并行数据，反之亦然。
10.如权利要求1或2所述的至少一个接口(100、110)、和/或如权利要求3或4所述的至少一个设备(200、210)、和/或如权利要求5到7之一所述的至少一个电路装置(300)、和/或如权利要求8或9之一所述的方法在车辆的电子应用中的使用，具体用于角度测量，例如非接触式角度测量，以节流阀应用和/或煤气应用为例。
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