CN108075954A - 具有改善的安全性的用于控制器局域网的收发器电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于在CAN总线上通信数据的收发器电路(2)，该CAN总线具有第一和第二总线线路(CANL、CANH)，该收发器电路包括：数据输入端口(TXD)、数据输出端口(RXD)、CAN总线收发器单元(4)，该CAN总线收发器单元(4)具有用于提供从该CAN总线接收的数据的接收数据输出端口(RX)，以及用于接收要被传送到该CAN总线的数据的传送数据输入端口(TX)；控制输入端口(TEN)，用于接收指示允许还是禁止从该收发器电路到该CAN总线的数据传送的控制信号；滤波电路(3)，适配用于对在控制输入端口(TEN)上接收的控制信号进行滤波并且用于提供经滤波的控制信号；逻辑电路(14)，适配用于基于去抖动的控制信号而不考虑在CAN总线上正进行的通信以接收模式配置CAN总线收发器单元(4)。

Description

具有改善的安全性的用于控制器局域网的收发器电路
技术领域
本发明总体上涉及用于在网络总线上可靠地通信的系统和设备，并且具体地涉及在汽车应用中在控制器局域网(CAN)总线上的可靠通信。
背景技术
控制器局域网(也称为“CAN总线)是车辆总线标准，该标准被设计成允许微控制器和设备在没有主计算机的应用下彼此通信。CAN是用于连接电子控制单元“ECU”(也称为“控制节点”)的多主机串行总线标准。在CAN网络上需要两个或更多个节点进行通信。所有节点通过双线总线相互连接。现代汽车可以具有多达70个用于各种子系统的电子控制单元(ECU)，诸如例如：发动机控制单元、传送控制、安全气囊、防抱死制动/ABS、巡航控制、电动助力转向、音频系统、电动窗、门、镜子调节、用于混合动力/电动汽车的电池和再充电系统等。
CAN总线系统的潜在问题是单个设备的失灵(malfunction)可能会干扰所有设备之间的通信，或者可能使通信不可行。不可靠的总线通信对诸如镜子调节之类的功能来说是相对无害的，但对于诸如发动机控制或安全功能之类的关键功能当然是完全不可接受的。
通过使CAN总线物理地容忍某些故障(fault)和/或通过检测其它(例如逻辑的)故障条件，这个问题在现有技术中以几种方式来解决。例如，如果CAN总线中的一条(CANL或CANH)偶然地接地或连接到供电电压，通信仍然是可能的。这种故障条件可以通过监测电压电平来检测，但即使在故障状态期间，通信也可以继续。另一个例子是使用标准化的消息以及通过故障检测电路来监测这些消息的句法，如果违反了协议，则采取适当的措施。
例如，US7017072(B1)描述了一种系统，其中CAN总线被划分成两个网络部分，该两个网络部分可以借助于包括用于检测每个部分中的故障的两个故障状态检测电路的保护电路在物理上被分开。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提高CAN总线上的通信可靠性的收发器电路。本发明还提供了一种包括这种收发器电路的设备以及包括这种设备的系统。
本发明的实施例的具体目的是提供一种收发器电路、系统和设备，用于禁止故障控制节点通过在总线上发送太多业务或通过向总线发送(内容方面)不正确的数据(然而在句法上是正确的消息，使得这些消息不能被传统的故障状态检测电路检测到，所述传统的故障状态检测电路监测CAN总线上发送的消息是否满足CAN总线通信协议)来堵塞CAN总线。
本发明实施例的具体目的是根据ISO26262中描述的使用情况增加行为安全性。
本发明的具体实施例的目的是提供一种具有至少两个子电路的控制节点，用于生成要在CAN总线上被传送的数据的第一子电路，以及用于监测和/或验证所生成的数据的第二子电路(在相同的封装中)，其中第二子电路被适配用于防止第一电路堵塞CAN总线。
本发明的具体实施例的目的是提供一种具有至少两个控制节点的系统，用于生成要在CAN总线上被传送的数据的第一控制节点以及用于监测和/或验证由第一控制节点所生成的数据的第二控制节点(在不同的封装中)，其中第二控制节点能够防止第一控制节点堵塞CAN总线。
这些和其他的目的由本发明的实施例来实现。
在第一方面，本发明提供了一种用于在CAN总线上通信数据的收发器电路，所述CAN总线具有至少第一和第二总线线路，所述电路包括：数据输入端口，用于接收要在CAN总线上被传送的信号；数据输出端口，用于提供从CAN总线接收的信号；CAN总线收发器单元，具有用于提供从CAN总线接收的数据的接收数据输出端口，和用于接收要被传送到CAN总线的数据的传送数据输入端口；控制输入端口，适配用于接收指示允许还是禁止从该收发器电路到CAN总线的数据传送的控制信号；滤波电路，适配用于对在控制输入端口上接收的所述控制信号进行滤波并且用于提供经滤波的控制信号；逻辑电路，适配用于基于经滤波的控制信号相对于CAN总线上的通信异步地以接收模式配置CAN总线收发器单元，从而阻止电路向CAN总线传送数据。
注意到，所提出的解决方案不是基于监测总线的数据协议查询或消息语法，且不是基于监测物理电压电平，而是提供将收发器从传送模式切换到接收模式的装置，并且以异步的方式。
注意到，“以接收模式配置”与从总线“断开”不同，因为本发明的收发器单元将仍能够从CAN总线接收数据。
也就是说，其中现有技术的收发器电路或模块被配置为取决于网络总线业务来传送或接收，本发明的收发器取决于要由监测单元提供的传送使能信号或传送禁用信号，而可以被强制到接收模式中，而不考虑要被传送的数据的存在，并且与CAN总线上的业务异步。这个控制信号可以是存在于半导体器件的引脚上的电压，或者可以是内部电压节点。有优势的是，所提出的解决方案专注于朝向连接到CAN总线的发送器的硬件访问的异步实现，而不是在系统级找到解决方案。这个解决方案在概念上更容易理解，并且可以快得多地工作。
控制信号可以被定义为传送使能信号或传送禁用信号，并且可以被定义为低电平有效信号或高电平有效信号。预定义的电压范围可以按照本领域本身已知的方式相应地选择。
所提出的解决方案通过两个独立的去激活路径来提供双重安全性：
CAN网络本身以及上述“控制信号”，该控制信号可以将CAN收发器从传送模式切换到接收模式。通过这样做，传送部分被设置为隐性状态而不否决总线业务，但是收发器不被从网络移除，并且收发器仍然被提供电力以允许从CAN总线接收数据。
可以使用控制输入端口或引脚来添加第二级安全方法是该收发器电路的优点。
滤波电路被适配用于降低由于信号干扰(诸如通过振铃或尖峰)而引起的误触发的风险，并且可以被实施为例如无源RC滤波器或者数字滤波器，例如，去抖动滤波器。
在实施例中，滤波电路是去抖动电路。
去抖动电路可以具有预定义的去抖动时间，或者抖动时间可以是可配置的，例如，可以从一组有限的预定值中选择，但仅在生产期间。在最终产品中，去抖动时间或时间窗口是固定的，且不能由软件设定或改变，这对于安全性应用是有利的。
在实施例中，逻辑电路被适配用于仅仅基于经滤波的控制信号和/或存在于数据输入端口上的信号来以接收模式配置CAN总线收发器单元。
在实施例中，逻辑电路的输出直接被连接到CAN总线收发器单元的传送数据输入端口。
优选地，逻辑电路的“最后”部件(例如，实际连接到实际收发器的传送数据输入端口TX的逻辑门)是双输入与门或三输入与门或双输入与非门或三输入与非门。
在实施例中，逻辑电路不包含隔离开关。
在实施例中，逻辑电路仅由组合门组成。
在实施例中，逻辑电路被适配用于关于CAN网络上的业务异步地操作。
在图3的示例中，逻辑电路可以仅由两个逻辑门组成：单个非门和单个与非门，但是当然，本发明不限于此，且也可以使用其他组合电路。
尽管仅包含异步组合门的逻辑电路是优选的，但是如果逻辑电路将包括具有例如一个或多个触发器(flip-flop)的同步逻辑，则本发明也将工作。
在第二方面，本发明提供了一种CAN节点，包括：根据第一方面的收发器电路；控制器，适配用于生成数据且具有连接到收发器电路的数据输出端口的输入端口，该输入端口用于接收来自CAN总线的数据，以及具有连接到收发器电路的数据输入端口的输出端口，该输出端口用于向CAN总线传送所生成的数据。
在实施例中，该控制器进一步包括：连接到收发器电路的控制输入端口的使能端口，该使能端口用于选择性地允许或禁止向CAN总线的数据传送。
该控制器可以是微控制器或DSP或可编程逻辑或任何其他类型的控制器。
在实施例中，该控制器包括：状态机，用于生成要经由所述输出端口被传送的所述数据，且用于处理经由所述输入端口接收的数据；以及监测单元，用于监测由状态机传送的数据，且用于提供控制信号，该控制信号用于选择性地允许或阻止所生成的数据被传送到CAN总线。
在一实施例中，该CAN节点进一步包括：第二控制器，具有连接到收发器电路的控制输入端口的使能端口，第二控制器被适配用于监测由第一控制器传送的数据，且用于提供控制信号，该控制信号用于选择性地允许或阻止所生成的数据被传送到CAN总线。
该第一控制器可以是微控制器或DSP或可编程逻辑或任何其他类型的控制器。该第二控制器是分开的控制器，且也可以是微控制器或DSP或可编程逻辑或任何其他类型的控制器。
使用第二控制器来分析由第一控制器传送的数据具有优点，因为这提高了检测到错误的机会。
在第三方面，本发明提供了一种CAN总线系统，包括：具有至少第一和第二总线线路的CAN总线；至少一个根据第二方面的CAN节点。
在实施例中，所述至少一个CAN节点包括第一CAN节点，该第一CAN节点被连接到CAN总线，且包括用于生成数据的所述控制器，且包括具有控制输入端口的收发器电路；且所述CAN总线系统还包括：监测单元，用于监测由所述第一CAN节点传送的数据，且具有连接至所述第一CAN节点的控制输入端口的输出端口，且适配用于监测数据和/或分析由第一CAN节点传送的业务，且适配用于提供控制信号，该控制信号用于选择性地允许或阻止由第一CAN节点的控制器所生成的数据被传送到CAN总线。
第二设备可以位于与第一设备相同的PCB上，并且可以由相同的电压发生器供电。这具有仅需要一个电压发生器的优点，但是不太安全，因为所述PCB上的一个或多个部件的失效(failure)或失灵或干扰可影响第一和第二设备两者。
可替换地，第一设备可以安装在具有第一电压发生器的第一PCB上，且第二设备可以安装在不同于第一PCB的第二PCB上，并且可以具有第二电源。这具有的优点在于，第一PCB上的部件的失效或失灵通常对第二PCB上的部件的失效或故障没有或仅有很小的影响，因此提供了更高的安全性。
本发明的特别和优选的方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中的技术特征可以与独立权利要求的技术特征以及其他从属权利要求的技术特征适当地结合，而不仅仅是其在权利要求中明确阐明的那样。
本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(诸)实施例中将变得显而易见并且将参考这(些)个实施例来进行阐明。
附图说明
图1示出了本领域已知的连接到控制器局域网(CAN)总线的示例性电子控制单元(ECU)的示意性框图。
图2是示出本领域已知的具有CAN总线和两个CAN节点的系统的示意性框图。
图3示出根据本发明的实施例的CAN收发器电路的示例。
图4示出根据本发明的实施例的包括图3的CAN收发器电路的CAN节点的示意性框图。
图5示出了作为本发明的另一实施例的图4的CAN节点的变体。
图6示出了作为本发明的另一实施例的图4的CAN节点的另一个变体。
具体实施方式
将相对于具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，一些元件的尺寸可被放大且可能未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。
此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他顺序来操作。
此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。
要注意，权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限定其后列出的装置；它并不排除其他元件或步骤。因此，其解读为指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件、或其群组的存在或添加。因此，措词“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由部件A和B构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的相关部件是A和B。
贯穿本说明书提及”一个实施例(one embodiment)”或“一实施例(anembodiment)”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并不一定全部引述同一实施例，而是可能引述同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员会从本公开中显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。
类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开以及辅助对各个创造性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时在单个实施例、附图或其描述中被编组在一起。然而，这种公开方法不应被解读为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，各创造性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，在详细描述之后的权利要求书由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
此外，尽管本文描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些而不是其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内并且形成不同实施例，如本领域技术人员所理解的那样。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。
在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。
其中在本文中使用术语“电压节点”，意思是在电路中电势不变的区域，诸如例如互连线路或由诸如铝或铜之类的导电材料制成的封装的引脚。
其中在本文中使用术语“控制节点”或“ECU”或“电子控制单元”或“CAN节点”，意思是可操作地连接到CAN总线用于发送和接收消息的设备。
其中在本文中使用术语“网络”，意思是“CAN总线网络”。
其中在本文中，术语“端口”被用作例如“输入端口”或“输出端口”，意思是“引脚”或“端子”或“焊盘”或任何其他种类的“电学电压节点”，其可以是在芯片封装内的内部电压节点，或可以是“封装引脚”。
控制局域网(CAN总线)中的通信应该始终运行为时间关键的，因为应用关键信息可能在该网络上通过不同的控制单元被交换。由于在CAN总线应用中，每个控制单元可以在CAN总线上放置信号，所以感兴趣的是，一个控制单元的失灵对网络上的通信业务(traffic)没有或仅有很小的影响。
在功能性安全相关的应用中，重要的是保证CAN节点之间的通信将不会被在总线上传送太多信息的一个(故障)CAN节点干扰或阻塞。如本领域所公知的，每个CAN节点具有包括接收器和发送器的收发器。所以，发明人面临修改CAN节点的问题，使得它不再向CAN总线传送数据(当已检测到某个故障条件时)。
要实现这点，需要两级安全性方法。CAN发送器可以经由SPI命令被禁用(如在一些现有技术解决方案中已知的)。与经由CAN总线进行的网络业务相比，SPI通信在行为上是异步且独立的，因此可以被用作二级安全性概念。然而，SPI通信需要通信(这花费时间)且需要复杂的硬件。
期望提供更快的解决方案，例如，允许在检测到故障条件之后500μs(微秒)内或者甚至更快地停止故障节点在CAN总线上传送的解决方案，发明人想到了提供直接硬件访问。本发明描述了如何能够以非常快速的(例如，在500μs内或者甚至在100μs内)和异步的方式(与正在进行的CAN业务异步)阻止失灵的控制单元向网络传送信息，而无需从总线物理地移除CAN节点。因此，(故障的或视为故障的)控制单元仍然可以接收数据，但是不能将数据传送到CAN总线，并且因此不会堵塞CAN总线。
图1示出了本领域已知的连接到控制器局域网(CAN)总线的示例性电子控制单元(ECU)107的示意性框图。在本文中也称为“CAN节点”或“控制节点”的ECU包括包括发送器和接收器(未明确示出)的CAN收发器单元102，以及用于提供预定义电压VDD的电压调节器105，以及用于处理所接收的数据和/或用于传送数据的微控制器106。这样的控制单元和功能块以及其操作在本领域中是公知的，且因此不需要被进一步地详细解释。如本领域中已知的，ECU可以被实施为封装在芯片封装中的半导体电路。芯片可以经由电源VS和VSS(有时也称为“地(ground)”或“大地(earth)”)被供电。如可以看见，控制节点107经由两条连接线路115a、115b被连接到CAN总线。
在实践中，取决于特定控制节点的特定功能，控制节点107通常将具有其他块(未示出)，例如，控制节点可以具有嵌入的传感器(图1中未示出)，且微控制器106通常将被编程用于执行特定的功能，例如用于读出传感器且用于将传感器数据提供给连接到CAN总线的另一个设备。当然，图1的框图仅是示出与描述本发明相关的一些组件或块的简单示例。
图2是示出具有CAN总线和与图1所示的控制节点相似的多个控制节点107a、107b的示例性系统的示意性框图(图2中仅示出了两个这样的节点)。这个示例旨在示出两条CAN总线线路CANL、CANH可伴随有电源线VS和地线VSS。连接到CAN总线的每个设备107a、107b可以从CAN总线接收数据，并且可以将数据传送到CAN总线，但是当然在任何时刻，只有一个设备被允许向CAN总线传送数据。
本发明关心这样的问题：即特定控制节点(例如，控制节点107a)正在例如以大于预期的预定义数据速率的数据速率传送太多的数据，但是以句法上正确的方式这样做。因此，该故障条件不是对总线协议的违反，而是与由一个特定的控制节点发送的异常业务量相关，该异常业务量正在堵塞或拥塞总线上的业务。例如，当控制节点107a的微控制器将正以不正确的频率(例如，预期频率的至少两倍)读取其传感器(未明确示出)，并且将正传送所有的数据(因此，在示例中，创建比预期数据速率高至少2.0倍的数据速率)时，这种情况可以发生。
本发明人考虑了以下的可能性：如果两个控制节点107a、107b都将具有SPI接口，并且如果第二控制节点107b将被编程为用于检测设备107a是否正向总线发送太多业务(例如以比预定值高至少2.0倍的数据速率)，并且如果第一控制设备107a被编程为用于接收与该条件相关的SPI消息，则节点107b可以向节点107a发送SPI消息以停止传送。然而，这样的检测和这样的通信是耗时的。此外，这种校正措施假设两个节点107a、107b的所有其他功能正在正确地运行，特别是SPI通信，以及第一控制节点107a的处理器停止传送数据的能力。发明人希望找到一种解决方案，该解决方法允许更快的校正措施，并且需要较少的硬件参与。
在仔细分析了鉴于图1所示的框图的问题之后，发明人认识到，收发器单元102可以被禁用或可以从CAN总线断开的解决方案将解决上述问题。然而这样的解决方案也将阻止控制节点107从CAN总线接收消息，这是不期望的。
相反，发明人想到将收发器单元从传送模式切换到接收模式，同时允许(视为故障的)控制节点仍然经由CAN总线接收消息。或者以其他方式陈述：接收器保持“开”(可操作的)，但发送器被阻止向总线发送数据。在一个实施例中，发送器维持活跃但发送非破坏性隐性(recessive)状态。
注意的是，本发明所提供的解决方案不仅可以用于由特定的CAN节点生成的业务过高的情况(例如，比预定义的阈值更多的业务)，还可以用于检测传送节点的错误操作状态，诸如例如“垃圾数据”的传送(例如句法上正确，但是例如使用不存在的地址)，或者甚至当节点在数据被期望时不发送数据时，因为在这种情况下节点也似乎有缺陷。其他示例可以是具有有缺陷的传感器的CAN节点，传送无意义或无效的数据，例如传送不现实的温度值(例如，+200℃的温度或更高)的温度传感器，但也预期其他种类的错误传感器信息，像如例如在电子转向中所使用的齿轮箱的不现实或不可能的速度信息，来自磁性或感应式角度或线性传感器的不现实或不可能的位置信息。
控制信息也可能是无效的(内容方面)，例如，一个单元朝向某个电机发送错误信息导致另一个监控(supervising)单元发生错误。使用电机来控制位置的任何应用可以被解决(从传统的窗户升降、座椅定位、空调系统中的阀门或翼片(flap)、泵系统(水泵或燃油泵)的阀门等等)。当然，监测电路具有越多的有关要被传送的数据的知识，故障检测就可以越精细，但是对这种检测算法的描述不在本发明的范围之内，本发明涉及用于防止故障CAN节点堵塞CAN总线的硬件。
图3示出本发明所提出的解决该问题的收发器电路2。读者应将该收发器电路2与图1的收发器电路102进行比较，主要区别在于存在附加的“TEN”(其代表传送使能)端子或引脚，和附加的滤波器3，以及逻辑电路14。收发器电路2包括：
-数据输入端口TXD，用于接收要被传送到CAN总线的(例如，来自微控制器的)数据信号；
-数据输出端口RXD，用于(例如，向微控制器)提供从CAN总线接收的数据信号；
-CAN总线收发器单元4，具有用于提供从CAN总线接收的数据的接收数据输出端口RX，和用于接收要被发送到CAN总线的数据的发送数据输入端口TX。明确指出，收发器单元4可以与现有技术收发器单元102相同，这在设计和验证以及合格性测试方面是主要优点；
-控制输入端口TEN，适配用于接收指示允许还是禁止从该收发器电路2到CAN总线的数据传送的控制信号；控制信号(例如，使能信号)可由监测电路(图3中未示出)来提供；
-滤波电路，适配用于对在控制输入端口TEN上所接收的控制信号“sen”进行滤波并且用于提供经滤波的控制信号“den”；
-逻辑电路14，适配用于基于去抖动的控制信号“den”以接收模式配置CAN总线收发器单元4，而不考虑网络的状态或CAN总线上的正进行的通信，由此阻止电路向CAN总线传送数据。
根据本发明的基本原理，这是以特定的方式通过保持接收器和发送器活跃以及通过以发送器被强制在非破坏性隐性状态中这样的方式“否决(overrule)”要被传送的数据来实施。
滤波电路3可以是诸如无源RC滤波电路之类的模拟滤波电路，或者可以是数字滤波电路，也称为“去抖动电路”。滤波电路的目的是避免由于信号“sen”(例如，包含由于例如EMC/ESD、串扰等引起的振铃或尖峰)的波动而引起的逻辑电路14的不想要的误触发。通过添加滤波电路或去抖动电路，可以避免例如在应用中的EMC或ESD干扰的情况中的无意地禁止传送的风险，从而使解决方案更加稳健。
去抖动电路在本领域中是已知的，并且因此在这里不需要作更详细的描述。滤波电路使用预定义的例如内置的时间窗口ΔT。时间窗口ΔT可以(在生产期间)在生产线末端测试中被配置，但对于应用是固定的。明确指出，这个时间窗口在应用中不是可配置的/可编程的，由此避免了由于潜在的软件错误导致的时间窗口的误动作。明确指出，滤波电路或去抖动电路不是用软件(例如，作为在正在发送数据的同一微控制器上运行的子例程)实施的，而是被实施为专用硬件块。相对于简单的RC电路，使用数字去抖动电路提供了优势，数字去抖动电路通常在集成半导体器件中需要更少的空间，尤其是针对相对较长的去抖动时间(例如，大于0.100ms)。
在图3的特定示例中，控制信号“sen”为“高电平有效”，并且逻辑电路14由反相器(也称为“非门”)和“与非门”组成，被布置用于当TXD输入上的信号为逻辑“0”并且TEN控制输入上的信号“sen”为逻辑“1”时，向收发器电路4的TX输入提供逻辑“0”。如果控制信号“sen”为“低”，则CAN发送器被强制维持在隐性状态中，且不能将数据放在CAN总线上。
但是，也可以使用能够阻止信号被传送同时允许收发器单元4从CAN总线接收数据的其他逻辑电路14。
在图3的电路的变体中(未示出)，控制信号“sen”可以是“低电平有效”信号而不是高电平有效信号，且逻辑电路将被相应地调整。
代替使用纯组合逻辑，也有可能使用包括一个或多个触发器的同步逻辑。
在特定的实施例中，“数字去抖动器”电路和“逻辑电路”可以组合，且可以包括例如用于实施开窗口功能的计数器。
指出的是，逻辑电路不包含所谓的“隔离开关(isolated switch)”，特别是将收发器单元4与TXD输入线电断开的开关，但是替代地使用逻辑门(诸如例如，与、与非、或、或非、非、异或)。这提供了提供保证的输出电平而不是使收发器4的输入TX浮置的优点。而且，简单的逻辑门在于集成半导体器件中被实施时占用更少的空间。
尽管本发明主要聚焦在如图3所示的CAN收发器电路2的硬件实施，以及包括这种收发器电路的控制节点上，但从系统观点设想以下情况：假定具有CAN收发器电路的控制节点(进一步称为“故障节点”)是包括多个控制节点的CAN系统的部分。该系统还包括具有监测和/或分析能力的控制节点。现在假设该故障节点正在向CAN总线发送太多数据，或者当它应该发送时而没有向CAN总线发送数据，或正在发送无意义的数据。监测单元正在监测和/或分析由故障设备发送的数据(或数据业务)，并确定该故障设备正在不正确地运行。监测单元可以被实施(例如作为第二微控制器)被实施在相同的设备中，或者可以被实施在存在于与该故障节点相同的PCB上的另一个设备中，或者可以被实施在不同的PCB上的另一个设备中。在每种情况下，监测单元具有电连接到故障设备的收发器电路2的TEN端口(或者焊盘或者引脚或者端子)的输出端口(或者焊盘或者引脚或者端子)。监测单元断言(assert)TEN“引脚”以阻止故障设备向CAN总线发送数据。随后，例如通过监测单元本身或通过另一个设备，在CAN总线上将“复位”或“软复位”消息发送到故障设备。由于故障设备仍然能够接收这个“复位”或“软复位”消息，所以它可以能够实际上自身复位或软复位。根据错误原因，故障设备可以重新启动并在重新启动后正确运行。一段时间之后，监测单元可以诊断故障设备，和/或可以通过向TEN引脚发送适当的信号以允许这种传送来允许故障设备再次在总线上传送数据。如果故障设备正“正确地”表现(根据一组预定的规则，该规则可包括以预定义范围内的数据速率发送数据)，则监测单元将决定“故障设备”(尽管不再故障)可以留在CAN总线上且被允许从CAN总线接收数据以及向CAN总线传送数据。如果故障设备仍然或者再次失灵，则监测设备可以重复上述动作，和/或可以在预定义数量的重试之后决定阻止故障设备向总线发送任何更多数据，例如直到系统的下一个上电。注意到，网络的其他部分没有被或仅轻微地被干扰，且仍在操作，甚至当这个特定的故障节点经由CAN总线被“复位”时。
在图3的CAN收发器电路的变体中，CAN收发器电路具有两个“TEN”引脚，例如，用于允许第一控制器(例如，微控制器或状态机或DSP)禁止向CAN总线传送数据的第一传送使能/禁用引脚“TEN1”，以及用于允许第二控制器(例如，微控制器或状态机或DSP)禁止向CAN总线传送数据的第二传送使能/禁用引脚“TEN2”。逻辑电路14则可以例如借助于三输入与门、或者三输入或门、或者等效的逻辑电路来组合来自两个传送使能/禁用引脚TEN1、TEN2和发送数据TXD的信号。
在图4、图5和图6中，收发器电路2如何可被用在CAN总线控制节点中的三个示例将被示出。
图4示出了根据本发明的实施例的CAN节点的第一个示例的示意性框图。如可以看到，CAN节点400包括如上所述的收发器电路2(参见图3)，该收发器电路具有数据输入端口TXD、和数据输出端口RXD以及控制输入端口TEN，分别连接到微控制器6的输入端口R、输出端口T和输出端口E。
如图4中可见，在这种情况下，微控制器6自身将识别故障条件，并将通过控制收发器电路2的TEN输入来采取适当的行动，以便在检测到故障条件的情况下禁止数据的传送。在图4的示例中，微控制器6将通常具有用于传送数据的一个软件例程和用于监测和/或分析数据的另一个软件例程。如本领域所公知的，这两个子例程可以在两个处理器内核上被并行执行，或者通过使用操作系统(例如多任务操作系统)或者通过时分复用不同的例程等在单个处理器内核上被虚拟地并行执行。
可以看到，收发器单元2没有从电源分离，以便允许从CAN总线接收数据。
尽管图4的示例被示出具有微控制器6，但是具有诸如例如可编程逻辑、DSP、双核处理器或任何其他控制器之类的另一个处理器的情况下，相同的解决方案当然也将工作。
在图4所示的实施例中，框7表示芯片封装，在这种情况下，微控制器6和收发器电路2被嵌入在单个封装中，因此用于阻止数据传送的控制信号“sen”(被提供至节点TEN)也位于封装内，但功能块的其他划分也是可能的。
在上述实施例中，框7指示单个芯片封装。
在另一个实施例中，也由图4示出，框7指示PCB边界，微控制器6被嵌入在第一芯片封装中，并且收发器模块2被实施在另一个芯片封装中，且信号“sen”在PCB上被路由。对于两个芯片封装可以有单个电压调节器5(如所示)，或者每个芯片封装可以具有其自己的电压调节器(未明确示出)。
图5示出了图4中所示的CAN节点的变体，其中微控制器6包括适配用于处理从CAN总线接收的数据和/或用于向CAN总线传送数据的CAN控制器或CAN状态机8，并且还包括适配用于监测状态机SM的正确运行的监测单元9。取决于控制节点500的特定功能性，这样的监测可以以若干种方式来实施。在图5所示的示例中，状态机8向监测单元9提供一个或多个信号，但是在其他实施方式中，监测单元9可以分析由状态机8发送到收发器电路2的实际数据。
或者以另一种方式陈述：微控制器6正通过CAN控制器或CAN状态机8来处理CAN通信，且因此处理信息。微控制器6也正在处理TEN引脚，且可以在任何时间将CAN收发器2从传送模式切换到接收模式。微控制器6进一步包含监控单元9(例如，看守器(watchdog))以监控CAN控制器或CAN状态机8的正确配置和/或正确运行。在有问题的情况下，例如在CAN控制器或CAN状态机器8中出现锁定，微控制器6的监控单元9可以激活“引脚”TEN以绕过CAN通信控制器或状态机8并且独立地(例如与CAN总线上的CAN通信异步地)将CAN收发器4从发送模式强制到接收模式。
在上述实施例中，框7指示单个芯片封装。
在另一个实施例中，也由图5示出，框7指示PCB边界，微控制器6被嵌入在第一芯片封装中，并且收发器模块2被实施在另一个芯片封装中，且信号“sen”在PCB上被路由。对于两个芯片封装可以有单个电压调节器(如所示)，或者每个芯片封装可以具有其自己的电压调节器(未明确示出)。
在又另一个实施例中(未示出)，微控制器6被嵌入在第一PCB上的第一芯片封装中，并且收发器模块2被实施在安装在另一个PCB上的另一个芯片封装中，并且信号“sen”经由从第一PCB到第二PCB的电缆(例如，屏蔽电缆)被提供。
图6示出了具有两个微控制器10、11的图4所示的CAN节点的另一个变体。第一微控制器10包括适配用于处理从CAN总线接收的数据和/或用于向CAN总线传送数据的状态机8。第二个是微控制器11，其包括适配用于监测第一微控制器的状态机8的正确运行的监测单元9。再次，取决于控制节点600的特定功能性，监测可以以若干种方式来实施。在图6所示的示例中，状态机8或第一微控制器10的其他部分向第二控制器11的监测单元9提供一个或多个信号，但是在其他实施方式中，监测单元9可以分析由第一微控制器的状态机8发送到收发器电路2的实际数据。
或者以另一种方式陈述，在这个实施例中，数据处理微控制器10与监测微控制器11分离。如果检测到业务中的失灵，则监测微控制器11将处理引脚TEN。假定数据处理微控制器10永久性地向CAN总线发送不想要的但句法上正确的数据，则其自身不能检测到这种情况。监测微控制器11可以识别这种条件并且可以独立于数据处理微控制器10将这个CAN节点的CAN收发器2强制到隐性状态。
在上述实施例中，框7指示包括两个微控制器10、11以及CAN收发器模块2的单个芯片封装。在这种情况下，信号“sen”将是在那个单个芯片封装内的信号。
在另一个实施例中，也由图6所示，框7指示PCB边界，第一微控制器10被嵌入在第一芯片封装中，且第二微控制器11被嵌入在不同于第一芯片封装的第二芯片封装中，并且CAN收发器模块2被实施在第一芯片封装中、或者在第二芯片封装中、或在不同于第一和第二芯片封装的第三芯片封装中。这些芯片封装可以被安装在单个PCB上、或者在两个不同的PCB上或者在三个不同的PCB上。
在一个特定的实施例中(未明确示出)，监测微控制器11不在与所有其他部件5和/或10和/或2相同的PCB上。例如，如果CAN节点处于汽车应用中的较高温度下(例如，“在发动机罩下”)或在苛刻的介质中(例如，在用于监测排气温度的排气出口中)，这样的实施例是优选的。在分离的PCB上的监测微控制器11则不会暴露于这些条件，并且因此具有较低的失败或失灵的可能性，使得确保数据总线的观察和引脚TEN的正确处理。

Claims (13)

1.一种用于在CAN总线上通信数据的收发器电路(2)，所述CAN总线具有至少第一和第二总线线路(CANL、CANH)，所述电路包括：
数据输入端口(TXD)，用于接收要在CAN总线上被传送的信号；
数据输出端口(RXD)，用于提供从所述CAN总线接收的信号；
CAN总线收发器单元(4)，具有用于提供从所述CAN总线接收的数据的接收数据输出端口(RX)，和用于接收要被传送到所述CAN总线的数据的传送数据输入端口(TX)；
控制输入端口(TEN)，适配用于接收指示允许还是禁止从该收发器电路到所述CAN总线的数据传送的控制信号；
滤波电路，适配用于对在所述控制输入端口(TEN)上接收的所述控制信号进行滤波并且用于提供经滤波的控制信号；
逻辑电路(14)，适配用于基于所述经滤波的控制信号相对于所述CAN总线上的通信异步地以接收模式配置所述CAN总线收发器单元(4)，从而阻止所述电路向所述CAN总线传送数据。
2.如权利要求1所述的收发器电路(2)，其中所述逻辑电路(14)被适配用于关于在CAN网络上的业务异步地操作。
3.如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，其中所述滤波电路(3)是去抖动电路。
4.如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，其中所述逻辑电路(14)被适配用于仅仅基于所述经滤波的控制信号和/或存在于所述数据输入端口(TXD)上的信号来以接收模式配置所述CAN总线收发器单元(4)。
5.如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，其中所述逻辑电路(14)的输出直接被连接到所述CAN总线收发器单元(4)的所述传送数据输入端口(TX)。
6.如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，其中所述逻辑电路(14)不包含隔离开关。
7.如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，其中所述逻辑电路(14)仅由组合门组成。
8.一种CAN节点，包括：
如权利要求1或2所述的收发器电路(2)，
控制器(6)，适配用于生成数据且具有连接到所述收发器电路(2)的所述数据输出端口(RXD)的输入端口(R)，所述输入端口(R)用于接收来自所述CAN总线的数据，以及具有连接到所述收发器电路(2)的所述数据输入端口(TXD)的输出端口(T)，所述输出端口(T)用于向所述CAN总线传送所生成的数据。
9.如权利要求8所述的CAN节点(400)，其中所述控制器(6)进一步包括：
连接到所述收发器电路(2)的所述控制输入端口(TEN)的使能端口(E)，所述使能端口(E)用于选择性地允许或禁止向所述CAN总线的数据传送。
10.如权利要求8所述的CAN节点(500)，其中所述控制器(6)包括：
状态机(8)，用于生成要经由所述输出端口(T)被传送的所述数据，且用于处理经由所述输入端口(R)接收的数据；以及监测单元(9)，用于监测由所述状态机(8)传送的所述数据，且用于提供控制信号(E)，所述控制信号(E)用于选择性地允许或阻止所述所生成的数据被传送到所述CAN总线。
11.如权利要求8所述的CAN节点(600)，进一步包括：
第二控制器(11)，具有连接到所述收发器电路(2)的所述控制输入端口(TEN)的使能端口(E)，所述第二控制器被适配用于监测由所述第一控制器(10)传送的所述数据，且用于提供控制信号(E)，所述控制信号(E)用于选择性地允许或阻止所述所生成的数据被传送到所述CAN总线。
12.一种CAN总线系统，包括：
具有至少第一和第二总线线路(CANL、CANH)的CAN总线；
至少一个如权利要求8或9所述的CAN节点。
13.如权利要求12所述的CAN总线系统，
其中至少一个所述CAN节点包括第一CAN节点，所述第一CAN节点被连接到所述CAN总线，且包括用于生成数据的所述控制器(6)，且包括具有所述控制输入端口(TEN)的所述收发器电路(2)；
并且其中所述CAN总线系统进一步包括监测单元(11)，所述监测单元(11)用于监测由所述第一CAN节点传送的数据，且具有连接到所述第一CAN节点的所述控制输入端口(TEN)的输出端口(E)，且适配用于监测数据和/或分析由所述第一CAN节点传送的业务，且适配用于提供控制信号(sen)，所述控制信号(sen)用于选择性地允许或阻止由所述第一CAN节点的所述控制器(6)所生成的数据被传送到所述CAN总线。
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