CN107852354B - 能够连接在采用CAN类型或FlexRay类型的总线的通信网络上的发射机—接收器设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于集成在连接到采用总线的通信网络的电子模块中的电子发射机—接收器设备，所述总线可以是CAN类型或FlexRay类型，所述电子发射机—接收器设备包括接收器组件（R）和操控器部分（D），该接收器组件（R）和操控器部分（D）被配置用于允许从设备的CAN运转模式转换到FlexRay运转模式并且反之亦然，而不必改变电子部件。

Description

能够连接在采用CAN类型或FlexRay类型的总线的通信网络上 的发射机—接收器设备

技术领域

本发明涉及能够被集成到连接在采用总线的车载通信网络上的电子模块的电子部件。更确切地，本发明涉及一种由本领域技术人员更普遍地以“transceiver（收发机）”的英文名称指明的发射机—接收器设备，该发射机—接收器设备用于被集成到在至通信总线的链接连接器和微处理器之间的电子模块，并且能够既在采用CAN总线的通信网络的情境中又在采用FlexRay总线的通信网络的情境中运转。

背景技术

实际上，尤其是在汽车领域中，但是也在其它的技术领域中，特别是在陆上的和空中的不同的交通方式的领域中，采用串行总线的通信是非常广泛地遍布的。

尽管在汽车领域中引入多路复用的总线的初始目的是为了通过允许不同的装备在相同的共享线路上通信来减少必要的线缆的数量的目的，但是这同样允许增加装在车辆上的计算机的数量。

尤其是两种类型的总线如今尤其在汽车领域中广泛地遍布。首先已经被实施的是CAN总线——根据英语缩略语CAN针对于“Controller Area Network（控制器局域网）”。该总线通过ISO11898标准而标准化。

它在许多工业中特别是在汽车领域中几乎普及的推广使它成为几乎绕不过去的技术。

更近期开发的“FlexRay”串行总线是另一种的采用总线的通信系统。

该技术初始地被开发用于与CAN总线相比更有效地应对汽车或航空工程的特定需求。聚集了不同的工业团体的企业集团促使“FlexRay”串行总线的使用，并且该“FlexRay”串行总线已经通过在ISO17458-1标准和ISO 17458-5标准之间的一套ISO标准而标准化。

对比针对CAN总线的1Mb/s至5Mb/s，FlexRay总线具有允许以10Mb/s量级的速率传输数据的优点。

尤其是在汽车工业的领域中，两个标准——CAN和FlexRay——共存，虽然对于其就速率来说的优越能力而言FlexRay是受关注的，但是CAN总线历史上被如此多地植入在许多认证的电子装备中以至于它继续存在并且包括在当前开发的新装备内而被在大的规模上继续使用。

然而，这两种标准并不是直接兼容的。在新装备的设计框架中，一般而言必要的是设计或者用于在CAN总线上分支或者用于在FlexRay总线上分支的电子模块。这迫使工厂企业、尤其是汽车装备商开发这些新装备的不同基准，这些新装备包括根据所述总线是符合CAN标准还是FlexRay标准而配备有不同的发射机—接收器（“transceivers”）的电子模块。然而，对于考虑CAN总线和FlexRay总线的特性而言，开发要集成到电子装备——计算机，传感器——的不同的发射机—接收器（“transceivers”）的这种必要性造成额外的成本。

为了试图缓解该问题，已开发了包括两种类型的发射机—接收器——CAN和FlexRay——的电子模块。然而，该解决方案不是令人满意的，因为它不灵活并且仍然是昂贵的。另外，根据该现有技术，两个通信总线的存在是必要的以用于允许模块既按照CAN协议又按照FlexRay协议进行对话。

文献US2011/0022766给出了已知的这样的发射机—接收器的示例。

因此出现了针对如下的发射机—接收器的需求：其具有既经济并且还能够既与CAN总线又与FlexRay总线协作的优点。

发明内容

为了该目的，本发明涉及发射机—接收器（“transceivers”）的开发，该发射机—接收器尤其在集成到电子模块之后是经由选择器立即地可配置的并且能够既与CAN总线还与FlexRay总线协作。

更确切地，本发明涉及一种用于集成在连接到采用总线的通信网络的电子模块中的电子发射机—接收器设备，所述总线可以是CAN类型或FlexRay类型，所述电子发射机—接收器设备包括接收器组件和操控器部分。根据本发明的电子发射机—接收器设备是值得注意的，因为接收器组件包括至少两个接收器：

•所述至少两个接收器中的第一差动接收器包括连接到两条线路——第一上部线路和第一下部线路——的输入，第一上部线路包括选择器，该选择器被配置以使得在选择器的CAN位置中所述第一上部线路具有700mV的电压偏置（按英语的“offset（偏置）”）并且在选择器的FlexRay位置中所述第一上部线路具有450mV的电压偏置，第一接收器另外包括对在应用电压偏置之后的第一上部线路的电势和第一下部线路的电势进行比较的比较器，

•所述至少两个接收器中的第二差动接收器包括连接到两条线路——第二上部线路和第二下部线路的——的输入，第二上部线路具有-450mV的负电压偏置，第二接收器另外包括对在应用电压偏置之后的第二上部线路的电势和第二下部线路的电势进行比较的比较器，

并且因为操控器部分包括至少两个差动调节器——在输出处连接到上部输出线路第一差动调节器和在输出处连接到下部输出线路的第二差动调节器，所述两个差动调节器中的每个具有基准电势并且能够在所述差动调节器的每个的输入处把取决于CAN或FlexRay的总线类型的预定的基准差动电压分别地应用在上部输出线路上和在下部输出线路上，设备连接到总线并且总线是以独立的方式可选择的，以使得在操控器部分的输出处，如果上部输出线路具有比下部输出线路更高的电势，则操控器传输对应于值1的数字信息，并且相反地，如果下部输出线路具有比上部输出线路更高的电势，则操控器传输对应于值0的数字信息。

根据实施例，电子发射机—接收器设备此外具有能够确保电子模块的唤醒功能的第三差动接收器。

根据实施例，差动调节器是由直接地由电池供应的线路电压通过经适配的二极管和晶体管而供电的。

根据实施例，不论设备是连接到CAN总线还是FlexRay总线，差动调节器的基准电势是相同的并且等于2.5V。

根据实施例，可选择的基准差动电压等于：对于第一差动调节器而言，2.5V+1V；或2.5V+0.5V；或2.5V-0.5V；并且对于第二差动调节器而言，2.5V-1V；或2.5V-0.5V；或2.5V+0.5V。

此外，根据本发明的发射机—接收器设备可以包括用于在称作“未占用”（按英语的“idle（空闲）”）的特定的运转模式中在所述第一和第二差动调节器中的每个的输入处施加高阻抗的部件，该高阻抗对应于用于所述第一和第二差动调节器中的每个的连续地连接在上部输出线路和下部输出线路之间的高电阻值的阻抗。

为了做到这点，操控器部分可以被以如下的方式配置：用于所述第一和第二差动调节器中的每个的在上部线路和下部线路之间的阻抗具有近似地等于终端电阻器的电阻值。被线接在所述上部线路和所述下部线路之间的这样的终端电阻器典型地等于大约25kΩ。

根据实施例，差动调节器是由电池的线路电压而供电的。

本发明还目的在于一种包括具有控制器的微处理器的电子模块，所述电子模块此外具有如以上所简要地描述的电子发射机—接收器设备，并且微处理器具有多路复用器，该多路复用器允许选择微处理器的所述控制器的CAN或FlexRay运转模式并且对应地指示电子发射机—接收器设备的选择器的CAN或FlexRay位置。

本发明还涉及一种包括电子模块的机动车辆，所述电子模块具有如以上所简要地描述的电子发射机—接收器设备。

附图说明

通过阅读随后仅仅以示例方式给出并且参照随附附图的描述，本发明将被更好地理解，在附图中：

—图1表示根据现有技术的发射机—接收器的电路图；

—图2表示示出根据本发明的发射机—接收器的接收器部分的示意图；

—图3表示示出根据本发明的发射机—接收器的操控器部分的示意图。

应当注意的是各图以详细的方式展示本发明以便允许实施本发明，所述各图当然也可以用来更好地限定本发明。

具体实施方式

本发明主要地是为了在机动车辆中的应用而提出的。然而，其它的应用也是本发明所针对的，尤其是为了在所有类型的陆上车辆中的实施。

通过参照图1，发射机—接收器T可以被以简化的方式表示为形成集成到电子模块的电子部件，该电子模块另外包括把发射机—接收器连到通信总线的连接器，和微处理器。

发射机—接收器T’包括操控器D’和接收器组件R’。它连到通信总线，例如CAN总线或FlexRay总线。这样的总线由包括两个物理导线的差动线路组成，该两个物理导线把所述总线通过这些导线连到发射机—接收器，这些导线形成上部线路CANH和下部线路CANL。可以注意到的是，名称CANH和CANL在本技术领域中是周知用于指明CAN总线的上部和下部线路的，而FlexRay总线的上部和下部线路一般而言被记作BF和BM，原理仍然是非常相似的。

接收器组件R’因此确保读取和与总线进行交互的功能，而操控器D’确保与微处理器进行交互。此外，操控器D’是对于静电放电以及对于电磁不兼容受保护的部件，结果是对操控器D’的保护使发射机—接收器受益。以已知的方式，操控器D’被配置用于允许电子模块在向总线发送数据的同时继续同时地读取同一总线。

发射机—接收器电路T’此外具有由供电电压V’供电的晶体管1和连接到上部线路CANH的二极管2，以及连到地线的晶体管3和连接到下部线路CANL的二极管4。

另外，虽然在图1的简化示意图上并没有表示出这些元件，但是无论发射机—接收器是CAN类型还是FlexRay类型，发射机—接收器都包括线接在上部线路和上部线路和下部下路之间的并且确保适配功能的终端电阻器。标准的发射机—接收器还具有确保在上部线路和下部线路之间的耦合的扼流电感以便面对电磁干扰来优化发射机—接收器的性能。

由于在前序部分所提及的原因，存在针对能够既与CAN总线又与FlexRay总线协作的发射机—接收器的需求。

如前面已经说明的那样，用于CAN总线和FlexRay总线的“收发机”具有相似的功能。在这两种类型的“收发机”之间的结构上的区别涉及如下的事实：

—CAN发射机—接收器需要单个接收器而FlexRay发射机—接收器包括至少两个接收器；

—CAN发射机—接收器仅仅具有两种可能要传输的状态（0或1，0被称作“隐性的”），而FlexRay发射机—接收器具有三种可能要传输的状态（0，1或“隐性的”）。

因此，通过参照图2，根据本发明的发射机—接收器设备包括具有两个接收器R1，R2的接收器组件R。

接收器R1，R2被连接到CAN或FlexRay通信总线的上部线路H和下部线路L。

第一接收器R1在电子模块的CAN配置中和在FlexRay配置中是有效的。该第一接收器R1包括应用到在上部线路H上传送的信号的两个电压偏置G11，G12。选择器允许对这些电压偏置中的哪个将被应用进行配置。

在选择器的CAN位置中，开关S11是闭合的并且开关S12是打开的。在该情况下，应用的是电压偏置G11：根据优选的实施例该电压偏置G11等于700mV。

在选择器的FlexRay位置中，开关S12是闭合的并且开关S11是打开的。在该情况下，应用的是电压偏置G12：根据优选的实施例该电压偏置G12等于450mV。

第二接收器R2仅仅在电子模块的FlexRay配置中是有效的。根据优选的实施例，在上部线路上应用等于-450mV的电压偏置G21。

经由内部逻辑10，接收器组件R包括实现与微处理器（未表示出）的互连的至少两个输出管脚O1，O2。这两个输出管脚O1，O2用于传输CAN总线或FlexRay总线的状态。因此，当设备连接到CAN总线时，输出O1允许传输CAN总线的0或1状态，而当设备连接到FlexRay总线时，两个输出管脚O1，O2用于提供FlexRay总线的0、1或隐性的状态。

要注意的是，以已知的方式，所述微处理器包括两种类型的控制器，该两种类型的控制器能够分别地处理来源于CAN总线或FlexRay总线的数据，所述控制器与多路复用部件关联。

此外，连接在上部线路H和下部线路L之间的具有典型地等于25kΩ的值的终端电阻器25确保对所述线路的电势进行适配的功能。

这些终端电阻器25实际上用于适配传输线路，尤其是当多个CAN总线或FlexRay总线并联连接时该传输线路可能是复杂的。

要注意的是，终端电阻器25在CAN和FlexRay标准中被相同地限定，这促进了设计与所述CAN和FlexRay标准兼容的发射机—接收器的能力而不必执行对这些终端电阻器25的改变。

可选地，根据本发明的发射机—接收器的接收器组件还可以包括称作唤醒接收器的第三接收器RW，该第三接收器RW能够借助于输出管脚WU来允许电子模块根据所述第三接收器RW的供电电压而退出休眠模式。

该输出管脚WU于是允许唤醒微处理器以及对于该微处理器来说所有必要的供电。这是可能的，特别是因为如下的事实的原因：根据本发明的发射机—接收器可以被以自主的方式直接地由电池的线路电压供电。

通过参照图3，根据本发明的发射机—接收器设备包括具有两个差动调节器DR1，DR2的操控器部分D，该两个差动调节器DR1，DR2的功能是特定地调节上部和下部的两个线路的电势。

这些差动调节器DR1，DR2由“推/挽”类型的电压调节器组成，该“推/挽”类型的电压调节器能够向总线的上部线路H或下部线路L发送电流，或者相反地从总线的上部线路H或下部线路L中引出电流。

第一调节器DR1连接到上部线路H而第二差动调节器DR2连接到下部线路L。

这些“推/挽”类型的调节器的优点在于如下的事实：它们允许同时如在上部线路H上创建正电压，或者如在下部线路L上施加低水平的电压。该特征还允许如FlexRay总线所需要的那样使输出电压反转。该类型的输出此外具有是对电磁兼容压力强有力地免疫的优点。

差动调节器DR1，DR2由供电电压Vb供电，例如在机动车辆的情境中该供电电压Vb可以是由电池提供的线路电压。差动调节器DR1，DR2中的每个的正输入被配置以便具有取决于以下方面的电势：一方面选择器的位置——CAN位置或FlexRay位置——和另一方面要传输的比特的值——0或1。

此外，差动调节器DR1，DR2在相同的并且等于2.5V的基准电势的情况下运转。

该相同的基准电势允许CAN总线或FlexRay总线具有一直相同并且等于2.5V的在没有电压偏置情况下的静态电压，而且还具有一直相同并且等于2×2.5V的上部线路和下部线路的电势的总和，这对发射机—接收器设备赋予就电磁发射而言的高性能，也就是说低水平的电磁发射。

因此，例如在CAN位置，对于等于1的输出状态而言第一差动调节器DR1在上部线路H上提供2.5V+1V的电压，并且第二差动调节器DR2在下部线路L上提供2.5V-1V的电压。相反地，对于等于0的输出状态（称作隐性的状态）而言，两个差动调节器将处于被施加高阻抗。

在FlexyRay位置，连接到上部线路H的第一差动调节器DR1将可以同时对于等于1的输出状态而言是2.5V+500mV并且对于等于0的输出状态而言是2.5V-500mV。连接到下部线路L的第二差动调节器DR2，对于等于1的输出状态而言相反地提供2.5V-500mV的电压，并且对于等于0的输出状态而言提供2.5V+500mV的电压。

要注意的是，差动调节器DR1，DR2具有称作“空闲”的导线，该导线允许通过向对应的差动调节器施加高阻抗来“关闭”该对应的差动调节器。

以可选的方式，差动调节器DR1，DR2还可以包含附加的功能，该附加的功能允许实现总线的诊断，或者还确保对于任何过电流或过电压的保护，尤其是以便向微处理器发送可能的对应的警告。

特别是，可以确保从现有技术已知的SPLIT功能。所述SPLIT功能允许将终端电阻器的中点偏置成对应于2.5V的中值电势的电势。

总之，本发明涉及一种更通常地以“收发机”的名称指明的电子发射机—接收器设备，该电子发射机—接收器设备被设计用于同时地与CAN总线并且与FlexRay总线一起运转。

本发明的主要的益处在于它的灵活性，因为根据本发明的发射机—接收器可以被集成到标准的电子模块并且可以根据它最终连接于其上的总线而被立即地配置。

用以简单地通过修改选择器的位置而针对于使按CAN运转转换成按FlexRay运转来容易地改变配置的能力在汽车领用中是特别重要的，在汽车领域中电子模块的数量非常大并且在汽车领域中用于通信总线的CAN和FlexRay标准大量地共存。

在汽车领域中预见的特定的应用典型地利用如下的能力：把装备有根据本发明的发射机—接收器的电子模块的高速率应用转换成低速率应用。例如电子模块可以在标称运转下被配置用于按连接到CAN总线的模式使用，并且当在工厂准备车辆时或者当维护操作时被配置用于按连接到FlexRay总线的模式使用。从一种运转模式到另一种的转换简单地立即发生。

根据本发明的发射机—接收器的另一个优点在于如下的事实：它的部件——接收器R1，R2，RW，差动调节器DR1，DR2——可以利用由电池提供的电压来供电。

仅仅由电池供电的优点实际上允许在供电管理中的更大的灵活性。例如，在连接到CAN总线的设备的情境中，目前必须需要5V的电压调节器，该电压调节器是在休眠模式（非常少的消耗）下被供电的并且具有非常少的消耗的复杂的规范。通过实施根据本发明的设备，使这样的电压调节器变为是无用的。由电池进行供电也使在发射机—接收器处的5V供电管脚的存在变为是无用的。最后，根据本发明的发射机—接收器的直接通过电池的供电允许集成由电池供电的称作唤醒接收器的第三接收器。

此外明确的是，本发明并不限制于以上所描述的示例并且可能有对于本领域人员可获得的许多变形。

Claims (10)

1.一种用于集成在连接到采用总线的通信网络的电子模块中的电子发射机—接收器设备，所述总线可以是CAN类型或FlexRay类型，所述电子发射机—接收器设备包括接收器组件（R）和操控器部分（D），其特征在于接收器组件（R）包括至少两个接收器：

• 所述至少两个接收器中的第一差动接收器（R1）包括连接到两条线路——第一上部线路和第一下部线路——的输入，第一上部线路包括选择器，该选择器被配置以使得在选择器的CAN位置中所述第一上部线路具有700mV的电压偏置，并且在选择器的FlexRay位置中所述第一上部线路具有450mV的电压偏置，第一差动接收器（R1）另外包括对在应用电压偏置之后的第一上部线路的电势和第一下部线路的电势进行比较的比较器，

• 所述至少两个接收器中的第二差动接收器（R2）包括连接到两条线路——第二上部线路和第二下部线路——的输入，第二上部线路具有-450mV的负电压偏置，第二差动接收器（R2）另外包括对在应用电压偏置之后的第二上部线路的电势和第二下部线路的电势进行比较的比较器，

并且操控器部分包括至少两个差动调节器（DR1，DR2）——在输出处连接到上部输出线路的第一差动调节器（DR1）和在输出处连接到下部输出线路的第二差动调节器（DR2），所述两个差动调节器（DR1，DR2）中的每个具有基准电势并且能够在所述差动调节器（DR1，DR2）中的每个的输入处把取决于CAN或FlexRay的总线类型的预定的基准差动电压分别地应用在上部输出线路上和在下部输出线路上，设备连接到总线并且总线是以独立的方式可选择的，以使得在操控器部分（D）的输出处，如果上部输出线路具有比下部输出线路更高的电势，则操控器部分（D）传输对应于值1的数字信息，并且相反地，如果下部输出线路具有比上部输出线路更高的电势，则操控器部分（D）传输对应于值0的数字信息。

2.根据权利要求1所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于其此外具有能够确保电子模块的唤醒的功能的第三差动调节器（RW）。

3.根据权利要求1到2中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于差动调节器（DR1，DR2）是由直接地由电池供应的线路电压（Vb）通过经适配的二极管和晶体管而供电的。

4.根据权利要求1到2中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于差动调节器的基准电势是相同的并且等于2.5V。

5.根据权利要求1到2中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于可选择的基准差动电压等于：对于第一差动调节器而言，2.5V+1V；或2.5V+0.5V；或2.5V-0.5V；并且对于第二差动调节器而言，2.5V-1V；或2.5V-0.5V；或2.5V+0.5V。

6.根据权利要求1到2中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于其包括：用于在称作“空闲”的特定的运转模式中在所述第一和第二差动调节器（DR1，DR2）中的每个的输入处施加高阻抗的部件，所述高阻抗对应于用于所述第一和第二差动调节器（DR1，DR2）中的每个的连续地连接在上部输出线路和下部输出线路之间的高电阻值的阻抗。

7.根据权利要求6所述的发射机—接收器设备，其特征在于所述高阻抗的电阻值等于25kΩ。

8.根据权利要求1到2中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备，其特征在于差动调节器（DR1，DR2）是由电池的线路电压（Vb）供电的。

9.一种包括具有控制器的微处理器的电子模块，其特征在于所述电子模块此外具有根据权利要求1至8中任何一项所述的电子发射机—接收器设备，并且微处理器具有多路复用器，所述多路复用器允许选择微处理器的所述控制器的CAN或FlexRay运转模式并且对应地指示电子发射机—接收器设备的选择器的CAN或FlexRay位置。

10.一种包括电子模块的机动车辆，其特征在于所述电子模块具有根据权利要求1至8中的任何一项所述的电子发射机—接收器设备。

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