CN101584154A - 用于机动车数据总线的电路布置 - Google Patents

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Abstract

用于机动车数据总线系统的物理实现的发送和/或接收电路布置(12、21、21’)及其使用，其中，所述电路具有多个可配置的操作模式，所述操作模式是一个或多个逻辑状态的不同物理实现，并且所述电路还包括在每个操作模式中使用的电子位生成和/或位接收电路元件(1、2、3、4、22、22’、25、25’)，其中转换和/或结构装置(11、13、14、15、16、19、19’、20、20’、20”)被提供，其可以被用于：使所述电路布置在所述操作模式之间进行转换，和/或在不同操作模式中操作所述电路布置。

Description

用于机动车数据总线的电路布置
技术领域
本发明涉及按照权利要求1的前序部分的一种用于机动车数据总线系统的物理实现的发送和/或接收电路布置，以及其在机动车控制器中的使用。
背景技术
FlexRay(R)是一种用于在机动车中的电子控制器的总线标准，其意图在于，允许对于数据的特别快速的、实时兼容的、以及容错的发送。FlexRay(R)被多家主要的机动车制造商及其供应商看成是未来的标准，其至少在子领域中有意取代在几乎所有机动车中使用的CanBus(R)数据发送技术。
CanBus(R)技术或由此构成的网络被用于在电子控制器、传感器和致动器(它们在车辆中越来越多地出现)之间的数据交换。FlexRay(R)与CAN相比，主要通过使用固定时间窗以及在双信道上的容错和冗余发送，允许了改进的以及更快的数据发送。
基于现有技术的电子FlexRay(R)驱动电路(物理层)主要包括两个高压侧和两个低压侧驱动级，其可以在总线上产生两种不同的显性(dominant)的(也即，主动驱动的)状态(反向差分电压)。取决于状态“0”或“1”，高压侧驱动器和低压侧驱动器各自串联连接；驱动器之间的电连接由总线线路BP和BM上的连接所构成。
与之对照地，CAN驱动器已知为仅包括一个高压侧驱动级和一个低压侧驱动级，因为仅需要产生一个显性的(主动驱动的)状态。高压侧驱动器的输出连接于CAN-H总线线路，而低压侧驱动器的输出连接于CAN-L总线线路。
发明内容
当前，本发明的目的是说明一种用于机动车数据总线的物理实现的发送和/或接收电路，其是可灵活配置的，并且具有简单的设计。
本发明借助于根据权利要求1所述的发送和/或接收电路布置实现了此目的。
本发明解决了以下问题：为了普遍地适用，控制器必须频繁地提供CAN总线连接和FlexRay(R)连接两者。原有已知的FlexRay收发器通常较大，并因此比CAN收发器更昂贵。本发明包含的想法在于，部分地组合来自两种传统的CAN收发器的电路元件，提供了使用被构成用于多种总线类型(也就是说，特别是CAN和FlexRay)的收发器的机会。此外，一个示例性实施例使得在FlexRay连接和两个CAN连接之间进行改变成为可能。
本发明涉及一种用于机动车数据总线系统的物理实现的发送电路布置和/或接收电路布置。所述电路布置包括用于总线线路的连接的端子，所述总线线路可以被用于发送总线数据。所述端子优选地连接于CanBus或FlexRay总线。此外，所述电路布置包括输出端子，作为示例，数字处理单元连接于所述输出端子，作为示例，所述数字处理单元可以是用于处理总线数据的微控制器。基于将被发送或接收的总线数据，逻辑电平被施加到所述输出端子。具体而言，所述电路布置具有一个或多个控制线路，其可被用于配置所述电路布置的性能。
此外，所述电路具有多个操作模式，所述操作模式具有一个或多个逻辑状态(例如“0”或“1”)的不同物理实现。在此情形中，物理实现被理解为意味着二进制状态到电子信号的转换。
此外，所述电路包含在每个操作模式中使用的电子位生成和/或位接收电路元件。例如，这些通用电路元件(它们是驱动器和/或比较器)可以被用于第一操作模式中或者用于另一个、具体而言为第二操作模式中。
最后，本发明的电路布置还包含转换和/或结构装置。作为示例，所述转换装置可以被用于基于(一条或多条)控制线路上的信号进行模式转换和/或配置。为此，控制线路优选地连接于至少一个适当的控制模块。如上文中进一步说明的，模式转换和/或配置还可以使用结构装置来实现。结构装置是指用于电路的输入和/或输出的不同外部互连，或者另外指代线缆桥路等等，其可以随后例如被电路的用户焊接在电路上。结构装置的另一示例是电路的控制输入或总线输入(例如SPI总线)，其输入可以被用于将电路转换到不同的操作模式。为此，具体而言，在电路上被提供存储器(例如FlipFlop、EEPROM)，其存储最近被编程的操作状态。
本发明优选地描述了通用收发器，其取决于操作模式允许FlexRay(R)和/或CanBus(R)数据通信。
在已经具有两个或更多CAN连接的控制器(以及为此的适当电子收发器元件)中，提供FlexRay连接而不是CAN连接(或者两个CAN连接)是有利的。由于属于此FlexRay连接的收发器电子设备也可以被操作作为CanBus，如上所述，所以其用掉了较少的芯片面积，尤其是当在集成芯片上实现时。在大批量生产中，这产生了显著的成本优势。因此，本发明的驱动器或接收电路尤其适合被用作为优选的用户专用电路(ASIC)的一部分，因为它们通常被大批量生产，这意味着组件节约出于经济原因是有利的。被有利地实现的额外优点在于，对于总线连接和逻辑输入与输出，存在CAN模式和FlexRay(R)模式之间的引脚兼容性。
附图说明
在子权利要求以及在参考附图对示例性实施例的以下描述中，可以找到另外的优选实施例，在附图中：
图1示出了具有用于在FlexRay(R)网络中的操作的驱动器节点的框图；
图2示出了用于在CAN或FlexRay(R)总线上的功能块的端子的多个连接示例；
图3示出了具有如图2所示的功能块的驱动器模块；
图4示出了具有两种操作模式(CAN和FlexRay(R))的接收器模块；
图5示出了与图4的接收器模块类似的、可以用于FlexRay(R)和CAN二者的接收器模块的另一示例；以及
图6示出了传统的、可以购买到的FlexRay(R)标准芯片(FlexRay(R)收发器)，其借助于特殊的致动/互连被用作为CAN芯片。
具体实施方式
在图1中，驱动器1...4(HS1、HS2、LS1、LS2)构成网络节点，其借助于端子5和6连接于数据总线7。总线7包括FlexRay(R)网络的总线线路8(BP)和9(BM)。总线7具有其它的总线订户，例如，接收器节点(未示出)，或者连接于总线7的总线端子10。控制线路11可以被控制电子设备(未示出)用于致动驱动器1...4。对于驱动器1...4的适当致动允许设置从节点5到节点6(或相反方向)的定义的电流流动。基于FlexRay(R)规范，电流方向确定将经由总线发送的数据位的二进制状态“1”或“0”。在“1”状态中，电流经由线路8从高压侧驱动器1向端子10(或向接收器)流动。从那里，电流经由线路9流动回到低压侧驱动器4。当“0”状态被发送时，电流经由线路9从高压侧驱动器2向端子9流动，并从那里经由线路8流动回到低压侧驱动器3。除了这两种二进制状态，FlexRay(R)规范已知还包括被称为“空闲(IDLE)”的状态，当信号边缘在两种二进制状态之间改变时，获得所述空闲状态。
图2a示出了作为功能块12(芯片或模块)的、通常具有四个总线连接端子13...16的驱动器节点。图像部分b)示出了功能块12当被用作为FlexRay(R)驱动器时其端子13...16的互连。图像部分c)示出了功能块12当被用作为CAN驱动器时其端子13...16的互连，其中两个CAN驱动器有利地能够被实现用于总线“CAN1”和“CAN2”。
前述驱动器分别由两个独立的高压侧驱动器级1、2和两个低压侧驱动器级3、4汇编而成，所有四个驱动器级的连接13...16独立地向外路由。现在，外部互连使得以下情形成为可能：或者通过将引脚13和16、引脚14和15短路，提供FlexRay驱动器，其中总线端子位于线路8和9之间；或者通过使总线端子“CAN1”在引脚14和15之间互连以及使总线端子“CAN2”在引脚13和16之间互连，提供两个CAN驱动器。作为借助于外部互连来规定操作模式的选项的可替换方式，优选地同样存在这样的选项，其使用耦合模块自动将外部连接13至16相关联，在此情形中，耦合模块特别地是根据本发明的电路布置的一部分。
图3中的驱动器模块12不仅包括图2中示出的驱动器级，还额外地包括驱动器控制块20，其可被用于产生针对驱动器级1...4的控制信号11。在面对微控制器(未示出)的一侧(接收器在下文中被另外单独考虑)，模块12具有两个输入连接17和18，其可以使用控制线路19进行不同的配置。线路17至19连接于控制块20。线路19可被用于选择用于控制块20的两种操作模式。在“CAN”模式中，线路17具有用于第一CanBus“CAN1”(参见图2)的、传统CAN驱动器的连接“TX”的功能。在此模式中，线路18与用于第二CanBus“CAN2”(参见图2)的连接“TX”相关联。在“FlexRay”操作模式中，线路17连接于标准化的FlexRay(R)连接“FR”的功能。线路18则连接于类似的标准化的连接“FR-TXEN”。用于设置模式的控制信号19可以借助于SPI总线被提供有，例如，根据操作模式在受控块中设置的存储器位。
图4示出了普遍适用的接收器模块21，其可以通过接收器控制块20’以类似于图3的驱动器(发送器)的方式进行编程，从而使得两种操作模式可用。接收器21包括多个比较器22、25和25’，它们构成了来自差分电压(例如端子13和14上的电压U)的各个逻辑信号。在所示的“FlexRay(R)”操作模式中，端子13和16、以及14和15同样地被短路(桥路35和36)。接着从总线线路8(BP)和9(BM)上的电平获得差分电压。在比较器22、25和25’的区域中，差分信号也可以与基准电压进行比较。如果差分电压高于比较器22的上交换阈值，则接收器21输出“显性(dominant)1”信号，同时RxEN＝0。如果差分电压低于下交换阈值，则接收器输出“显性0”信号，同时RxEN＝0。经由线路23和24进行输出。
简单来看，CAN接收器模块基本上包括比较器(参见比较器25)，向其提供施加于端子14(CAN1H)和15(CAN1L)的差分电压。如果差分电压高于上交换阈值，则接收器输出信号“0”(显性)。如果差分电压低于下交换阈值，则接收器输出信号“1”(隐性)。经由线路23对第一CanBus进行输出，以及经由线路24对第二CanBus进行输出。
对于每个CAN输入，图4中的接收器21包括比较器25(“CAN1”)和25’(“CAN2”)。这些比较器连接于输入端子“BP/CAN1H”、“BM/CAN1L”和“CAN2H，CAN2L”。如已经描述过的，现在，外部互连(短路)使得以下情形成为可能：或者在第一操作模式中实现FlexRay接收器，或者在第二操作模式中实现两个CAN接收器。
来自比较器22、25和25’的数字输出信号26...29经由控制块20’被转发到端子23、24，用于到微控制器的适当连接。在作为FlexRay接收器的操作模式中，信号RX1被解释为RX，而信号RX2被解释为RxEN。在作为CAN接收器的操作模式中，RX1被解释为用于CAN1的RX，而RX2被解释为用于CAN2的RX。
图5示出了具有两种操作模式的通用接收器21’的另一电路示例。总线信号借助于两个比较器22和22’被解码，所述两个比较器的输入电连接于总线端子13...16。同样在此情形中，端子13...16的外部互连需要在“FlexRay(R)”操作模式中执行。比较器22的第一输入37被提供给转换开关38，从而该比较器输入37可以取决于操作模式而被连接于端子13或端子14。从解码器20”路由到转换开关38的控制线路39将操作模式作为基础来选择开关38的位置。在“CAN”模式中，端子14和15连接于总线线路“CAN1”，而端子14和16连接于总线线路“CAN2”，并且开关38建立从线路37到端子13的连接。在作为FlexRay(R)接收器的操作模式中，端子13和16被短路，以及端子14和15被短路(虚线桥路35和36)。在此操作模式中，开关38建立从线路37到端子14的连接。解码器20”包括SPI输入19’，其可被用于对解码器的操作模式进行编程。根据已编程的操作模式，数字输出23和24被用于或者输出FlexRay(R)数据(模式1：输出“FR”和“FR-RXEN”)或者输出CAN数据(模式2：输出“CAN1”和“CAN2”)，其中在“CAN”操作模式中，两个CAN连接可用。
图6中示出的传统的、可以购买到的FlexRay(R)发送/接收芯片30(FlexRay(R)收发器)仅依靠进行调节的致动/互连被用作为CAN芯片。依靠连接于FlexRay(R)连接31和32的CAN网络的总线线路“CAN-H”和“CAN-L”，而没有在信号质量方面的过多损耗，这会是不可思议的。此外，FlexRay(R)收发器30的输出“RXEN”电连接于CAN控制器33的输入“RX”，而FlexRay(R)收发器30的输入TXEN电连接于CAN控制器33的输出“RX”。在FlexRay收发器30的输入“TX”的电位连接于正电压V+。在FlexRay收发器30的输入“RX”的电位连接于基准地电位。FlexRay收发器30的此互连允许CanBus的功能以最简单的方式被再造。本身被提供用于FlexRay的电路的多重使用允许在控制器中实现显著的节约效果，所述控制器需要被提供用于两种总线标准。
因此，本发明还涉及：将FlexRay(R)接收器作为CanBus接收器的使用、或者将FlexRay(R)发送器作为CanBus发送器的使用、或者将FlexRay(R)收发器作为CanBus收发器的使用。用于此的FlexRay(R)芯片与用作为标准的FlexRay(R)芯片相比而言，优选地被无变化地使用，仅仅不同的是，与在FlexRay(R)标准中提供的互连相比而言，连接的外部互连已经被改变。
基于可以在模块化基础上使用的、组合的发送器/接收器电路(收发器)的示例(未示出)，所述电路包括在图3中示出的发送电路12和在图4中示出的接收电路(其基本上包括比较器22、25和25’)的组合。具体而言，发送和接收电路元件被组合，以构成通用模块或电子芯片。用于此类组合的发送/接收电路的可替换实现选项通过将图3中的发送器与图5中示出的接收电路进行组合而实现。块20与20’或20”的控制逻辑被有利地组合，以构成通用块。

Claims (7)

1.一种用于机动车数据总线系统的物理实现的发送和/或接收电路布置(12、21、21’)，其具有用于数据总线线路(7、34、34’)的连接的端子(13、14、15、16)，以及用于数字处理单元的连接的输出端子(17、18、23、24)，其中逻辑电平基于将被发送或接收的总线数据被施加到所述输出端子，以及其中，具体而言，所述电路布置具有一个或多个控制线路，其可被用于配置所述电路布置的性能，所述电路布置的特征在于：
a)所述电路具有多个可配置的操作模式，所述操作模式是一个或多个逻辑状态的不同物理实现；
b)所述电路包括在每个操作模式中使用的电子位生成和/或位接收电路元件(1、2、3、4、22、22’、25、25’)；
c)转换和/或结构装置(11、13、14、15、16、19、19’、20、20’、20”)被提供，其可以被用于：使所述电路布置在所述操作模式之间进行转换，和/或在不同操作模式中操作所述电路布置。
2.根据权利要求1所述的电路布置，其特征在于，所述电路布置是组合的发送和接收电路，具体地是收发器。
3.根据权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，所述电路布置出于发送数据的目的，包括：两个高压侧驱动器(1、2)以及两个低压侧驱动器(3、4)，这些驱动器被布置为使得：
-在第一操作模式中，电流的流动可以经由数据总线产生，逻辑状态“0”和“1”由电流方向所规定，以及
-在第二操作模式中，电压或电流级可以在用于第一逻辑状态(例如“1”)的总线上产生，并且基准电位(例如，地，无电流)可以被施加于用于第二逻辑状态(例如“0”)的总线。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的电路布置，其特征在于，所述电路布置出于在第一操作模式中经由两个信号线路进行接收的目的，包括：一个或多个比较器(22、22’、25、25’)，它们的输入连接于用于所述总线线路的连接，它们的输出借助于控制块(20、20’)直接或间接地与所述电路的一个或多个输出(23、24)相关联。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的电路布置，其特征在于，在第一操作模式中，FlexRay(R)总线，具体精确为一个FlexRay(R)总线由所述电路操作，以及在第二操作模式中，CanBus被操作，其中具体地在所述第二操作模式中，连接两个独立CanBus是可能的，所述两个CanBus可以彼此独立地操作。
6.根据权利要求1至5中至少一项所述的电路布置，其特征在于，所述控制块(20、20’、20”)在第一操作模式中在两个数据输出(23、24)处输出FlexRay(R)数据，以及在第二操作模式中，在两个数据输出之一(23)处输出CAN数据信号，并且优选地在所述两个数据输出的另一个处输出来自另一CanBus的另一CAN数据信号。
7.在机动车控制器中使用根据前述权利要求中至少一项所述的电路布置，所述机动车控制器具体而言是刹车控制器和/或用于主动和/或被动安全系统的控制器。
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