CN108141370A

CN108141370A - 总线系统

Info

Publication number: CN108141370A
Application number: CN201680057522.2A
Authority: CN
Inventors: 克里斯多福·波尔; 艾利克·冯纳美
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-06-08
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: EP3338404B1; EP3338404A1; DE102015116802B3; CN108141370B; US20180210854A1; WO2017055572A1; US10572428B2

Abstract

一种总线系统、用于总线系统的数据线、用于总线系统的输入/输出模块、用于操作输入/输出模块的方法、以及计算器程序被设计为使得：若通过数据线连接到输入/输出模块的远程的另外的输入/输出模块未被设计为经由数据线来接收电子供应电压，则用于所述总线系统的输入/输出模块不经由所述数据线为所述远程的另外的输入/输出模块提供供应电压。

Description

总线系统

技术领域

本发明涉及一种总线系统、输入/输出模块、数据线且还涉及一种用于操作输入/输出模块的方法以及计算器程序。

本专利申请案主张德国专利申请案10 2015 116 802.2的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

工业自动化工程中(也就是在使用软件的技术过程控制以及监视中)的现代概念是基于具有分布式传感器/致动器级的中央控制的概念。在这种情况下，用户经由工业数据网络互相通信并与上级系统进行通信，随后也称为自动化网络。

以太网是局域网(LAN)中最广泛使用的通信标准、且主要由IEEE标准802.3规定。以太网是基于LAN设计，其中多个控制节点(例如计算器或机器)是通过缆线相互连接，其中以太网协议对要以数据分组(随后也称为消息，具有预定的格式)传输的数据执行封装。在此情况中，可以使用不同的以太网变体，这些以太网变体在传输速率、使用的缆线类型以及线路编码方面不同。

在工业中使用的以太网网络的例子中，用户之间的通信通常经由具有四条导线的数据线路进行，四条导线常常被体现为两个绞线对。导线对的缠绕降低了串扰。导线对的两条导线总是一起使用，差分数据信号经由相应的导线对被传输。有时，所有四条导线也会缠绕在一起，这无疑会导致电磁兼容性的缺陷，但具有线路更大灵活性的优点。

对自动化网络惯常的重要要求是机器的输出、致动器可以在任何时间进入安全状态，而不会失去在过程中监控机器的能力。因此，自动化网络中的传感器及控制必须能够独立于致动器而被操作。为此，致动器的电源供应器通常与用于传感器或控制的电源供应器分开体现，以独立于传感器或控制电源来执行致动器电源的关闭。

自动化网络中所需的电源供应线路通常独立于数据线路铺设，这需要使用适当接触技术的至少两条专用布线。然而，在工业自动化中，期望可能在自动化网络中始终实现最便宜且简单的布线。这在环境需求意指需要良好的屏蔽、高防护等级或高耐热性以用于布线时尤为重要。因此，布线通常占有系统成本的相当高比例。

一种节省布线成本的方法涉及将电源供应以及数据传输结合在一个布线中。因此，除了两个绞线对上的两个差分数据信号外，还可能使用“以太网供电”(PoE)标准以经由四线标准以太网数据线路来传输单一电压。在PoE标准的情况中，这是通过使用特定适配的以太网变压器来完成，所述以太网变压器经由中央抽头将电压所需的两个电位施加到一个导线对。然而，因为在工业自动化中经常需要两个单独的电源供应器，一个用于致动器，另一个用于传感器或控制，即使是具有四线数据线的PoE系统也需要用于第二电源供应器的额外布线。

PoE系统的概念可以转移到自动化工程中，使得可以为用户提供将自动化工程装置(例如输入/输出模块)连接到仅仅一条而不是通常的两条线路(通信及电源供应)的能力。为此，供应电压以及数据信号在相同线路上传输、并通过电子电路彼此分离。

具有此技术的装置因此不能轻易地连接到没有此技术的装置，因为没有此技术的装置会将供应电压施加到通信组件，这可能导致(不可修复的)损坏所述装置。

公开说明书US 2013/0093444A1及专利说明书US 6,218,930B1每一个显示出检测远程装置能力的方式。

发明内容

本发明所基于的目的可以被认为是提供有效概念的目的，利用此概念，如果远程另外的输入/输出模块未被配置为经由数据线接收电力供应电压，可能确保输入/输出模块不经由数据线提供供应电压给经由数据线而与输入/输出模块连接的远程另外的输入/输出模块。

此目的是通过独立权利要求的相应主题来实现。本发明的有利改进是每一个附属子权利要求的主题。

根据一个方面，提供一种总线系统，包括：

-具有两个导线对的数据线，

-其中所述数据线包括电插塞连接的第一部分，所述第一部分包括四个第一电接触组件，其中，

-所述四个第一电接触组件每一个被电连接到所述两个导线对的导线中的一个导线，

-其中所述数据线具有通信用户，

-输入/输出模块，

-其中所述输入/输出模块具有第一DC电压源、第二DC电压源、物理接口、第一变压器、第二变压器、第一电感组件、第二电感组件、第一电容组件、第二电容组件、以及与所述电插塞连接的所述第一部分互补的第二部分，所述第二部分包括四个第二电接触组件，

-其中所述四个第二电接触组件每一个都包括电触点，

-其中所述第一DC电压源是经由所述第一电感组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的两个第二电接触组件的相应电触点，

-其中所述第二DC电压源是经由所述第二电感组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的另外两个第二电接触组件的相应电触点，

-其中所述物理接口是经由所述第一变压器并经由所述第一电容组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的相应电触点，以将第一差分数据信号施加到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的两个电触点，

-其中所述物理接口是经由所述第二变压器并且经由所述第二电容组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的相应电触点，以将第二差分数据信号施加到所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的两个电触点，

-其中所述输入/输出模块包括微控制器单元，

-其中所述微控制器单元被配置为与所述数据线的通信用户通信，

-其中所述微控制器单元被配置为致动所述第一DC电压源以及所述第二DC电压源，使得它们仅在所述微控制器单元已经能与所述数据线的通信用户通信时才将相应的DC电压施加到所述四个第二电接触组件的可应用电触点，从而在通信不存在下、和/或在所述数据线中没有通信用户下不施加相应的DC电压。

根据另一方面，提供一种用于总线系统的输入/输出模块，包括：

-第一DC电压源、第二DC电压源、物理接口、第一变压器、第二变压器、第一电感组件、第二电感组件、第一电容组件、第二电容组件、以及电插塞连接的一部分，所述一部分包括四个电接触组件，

-其中所述四个电接触组件每一个都包括电触点，

-其中所述第一DC电压源是经由所述第一电感组件而被连接到所述四个电接触组件中的两个电接触组件的相应电触点，

-其中所述第二DC电压源是经由所述第二电感组件而被连接到所述四个电接触组件中的另外两个电接触组件的相应电触点，

-其中所述物理接口是经由所述第一变压器并经由所述第一电容组件而被连接到所述四个电接触组件中的所述两个电接触组件的相应电触点，以将第一差分数据信号施加到所述四个电接触组件的所述两个电接触组件中的所述两个电触点，

-其中所述物理接口是经由所述第二变压器并且经由所述第二电容组件而被连接到所述四个电接触组件中的所述另外两个电接触组件的相应电触点，以将第二差分数据信号施加到所述四个电接触组件中的所述另外两个电接触组件的所述两个电触点，

-其中所述输入/输出模块包括微控制器单元，

-其中所述微控制器单元被配置为与数据线的通信用户通信，

-其中所述微控制器单元被配置为致动所述第一DC电压源以及所述第二DC电压源，使得它们仅在所述微控制器单元已经能与所述数据线的通信用户通信时才将相应的DC电压施加到所述四个电接触组件的可应用电触点，从而在没有通信下和/或在所述数据线中没有通信用户下不施加相应的DC电压。

根据另一方面，提供一种用于总线系统的数据线，包括：

-两个导线对

-电插塞连接的一部分，所述一部分包括四个电接触组件，

-其中所述四个电接触组件每一个被电连接到所述两个导线对的导线中的一条导线，

-其中所述数据线具有用于与输入/输出模块的微控制器单元通信的通信用户。

根据另一方面，提供一种用于操作输入/输出模块的方法，包括下列步骤：

-使用所述微控制器单元检查是否可以从所述微控制器单元至被插入到所述电插塞连接的所述一部分中的所述数据线的通信用户建立通信连接，

-使用所述微控制器单元来致动所述DC电压源，使得只有在所述检查已显示已经能建立至所述数据线的用户的通信连接，所述DC电压源才将相应的DC电压施加到所述电接触组件的适用电触点。

根据另一方面，提供一种计算器程序，所述计算器程序包括程序代码，所述程序代码用于当所述计算器程序在计算器上、特别是在所述输入/输出模块上、优选在所述微控制器单元上被执行时执行用于操作所述输入/输出模块的方法。

因此，本发明特别地且尤其包括在数据线中提供通信用户的概念，该数据线通信用户被插入到所述输入/输出模块的电插塞连接的第二部分中，例如插入到插座中。在此方面，微控制器单元可以有利地与数据线的通信用户通信。如果已能进行此种通信，也就是说，特别是在通信用户存在下，那么这对于微控制器单元来说是一个特征，即通过所述数据线与所述输入/输出模块连接或已经连接的另外的输入/输出模块可以经由所述数据线接收差分数据信号以及DC电压，而不会因为所施加或传输的DC电压而损坏或破坏所述另外的输入/输出模块。因此，当数据线中存在通信用户时，微控制器单元假设所述另外的输入/输出模块具有所谓的“以太网供电”功能。

然而，如果数据线中不存在通信用户，则微控制器单元也不能与这样的通信用户建立通信。在此方面，微控制器单元与通信用户之间不能进行通信。那么这对于所述微控制器单元来说是一个特征，即通过所述数据线已经连接到或者连接到输入/输出模块的所述另外的输入/输出模块不具有“以太网供电”功能，也就是说不能经由数据线被提供DC电压，因为否则会损坏或破坏所述另外的输入/输出模块。在这种情况下，微控制器单元接着致动这两个DC电压源，使得它们不向所述四个第二接触组件的电触点施加相应的DC电压。

因此，数据线中的通信用户的存在因此用于定义或规定标准，基于该标准，有效地决定或确定DC电压是否也可以经由数据线被传输是可能的。因此，如果远程的另外的输入/输出模块未被配置为经由所述数据线接收电供应电压，则可以有效地确保所述输入/输出模块不经由所述数据线被提供供应电压至经由所述数据线而与所述输入/输出模块连接的所述远程的另外的输入/输出模块。因此，特别有利地可能防止损坏所述远程的另外的输入/输出模块、或破坏所述远程的另外的输入/输出模块。

根据一个实施方式，总线系统被配置用于工业自动化。根据一个实施方式，总线系统因此是来自工业自动化的总线系统或用于工业自动化的总线系统。

输入/输出模块因此被特别配置为经由四线数据线提供差分数据信号以及电压供应。提供电感及电容组件意指可以有利地将两个DC隔离的DC电压施加到数据线的四条导线。因此，仅使用单一布线，即数据线，有利地可能的是，除了两个差分数据信号之外，两个DC隔离的DC电流在数据线的两个导线对上并行传输。总线系统的功能性因此不改变，这意指诸如星形、线形或环形之类的任何总线结构是可能的，并且根据其他实施方式也可以这样提供。

使用经由四线数据线携带的两个DC隔离的DC电流，有利地可以确保用于致动器和/或传感器和/或控制的单独的电源供应器。因此，有利地可能的是，致动器电源可以独立于传感器或控制电源而被关闭，这意指可以遵守工业自动化网络中能够将机器(也就是致动器)的输出在任何时间置于安全状态而在过程中不中断与机器的通信(也就是说能继续处理传感器或控制)的必要需求。

因此，例如，有利地提供了包括多个输入/输出模块的总线系统，这些多个输入/输出模块能够具有不同的功能：这些输入/输出模块中的一些可以具有所谓的“以太网供电(PoE)”功能，也就是说，可以经由也传输数据信号的数据线的四条导线来提供电压源。其他的输入/输出模块不具有这种类型的PoE功能，但仍然可以连接到具有PoE功能的输入/输出模块，而不会受到损坏。这种连接仅通过没有通信用户的数据线是可能的，特别是由于插头及插座的合适机械表现，这意指供应电压不被接通。

也就是说，此外特别是，关于根据本发明的输入/输出模块是否可以经由四条导线为另外的输入/输出模块提供DC电压，本发明提供数据线用于识别连接的用户，也就是说，连接到根据本发明的输入/输出模块的另外的输入/输出模块。也就是说，此外特别是，基于数据线，决定是否可以向远程用户提供DC电压。通信用户的存在或微控制器单元与通信用户之间的成功通信使远程用户能够被供应。

根据一个实施方式，第一差分数据信号以及第二差分数据信号每一个是差分以太网信号。总线系统或输入/输出模块因此特别适合与以太网一起用作自动化网络中的通信标准。因此，根据一个实施方式，提供了包括总线系统的自动化网络。

在总线系统的一个实施方式中，提供了电插塞连接的第一部分被配置作为包括四个第一电接触组件的插头，所述四个第一电接触组件每一个被配置为电触针，其中电插塞连接的第二部分被配置作为具有四个第二电接触组件的插座，所述四个第二电接触组件每一个被配置为接触杯，或反之亦然。

在所述输入/输出模块的一个实施方式中，提供了所述电插塞连接的所述一部分被配置作为包括四个电接触组件的插头，所述四个电接触组件每一个被配置为电触针，或者所述电插塞连接的所述一部分被配置作为具有四个电接触组件的插座，四个电接触组件中的每一个被配置为接触杯。

在所述数据线的一个实施方式中，提供了所述电插塞连接的所述一部分被配置作为包括了四个电接触组件的插头，所述四个电接触组件每一个被配置为电触针，或者提供了所述电插塞连接的所述一部分被配置作为具有四个电接触组件的插座，所述四个电接触组件每一个被配置为接触杯。

为了更好地区分的目的，在所述描所述总线系统的实施方式时，将所述数据线的电插塞连接的所述一部分称为第一部分，将所述数据线的四个电接触组件称为四个第一电接触组件，所述输入/输出模块的电插塞连接的所述一部分被称为第二部分，并且输入/输出模块的四个电接触组件被称为四个第二电接触组件。

在下面的实施方式中，当所述数据线具有插头并且所述输入/输出模块具有插座时，始终意欲暗示相反的情况，即数据线具有插座并且输入/输出模块具有插头。

根据一个实施方式，规定微控制器单元是经由第一变压器以及第一电容组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的相应电触点、和/或经由第二变压器以及第二电容组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的相应电触点，以能够将用于与通信用户的通信的数据信号施加到可应用的电触点，

-其中所述通信用户被连接到两个导线对的四条导线中的至少一条导线，以能够在插入状态中经由所述至少一条导线接收微控制器单元的数据信号和/或将数据信号发送到微控制器单元。

这尤其造成微控制器单元可以经由至少一条导线有效地与通信用户进行通信的技术优势。与通信用户的通信因此是有线或基于线路的通信。

根据一个实施方式，提供了通信用户是经由第三电容组件而被连接到所述两个导线对中的一个、并经由第三电感组件而被连接到所述两个导线对中的另一个。

这特别造成这样的技术优势，即作为低通滤波器的特性意指电感组件确保在与输入/输出模块或微控制器单元的通信中通信用户以及通过数据线而被连接到输入/输出模块的另外的远程输入/输出模块不相互干扰。

因此，为另外的输入/输出模块提供的数据信号通过第三电感组件有利地被大量滤除、并因此可以不再到达通信用户，否则这可能导致具有干扰的通信。

第三电容组件的提供有利地允许由微控制器单元传输到通信用户的数据信号的有效电容耦合。第三电容组件因此可有利地用于配置从微控制器单元到通信用户的通信信道。

根据一个实施方式，提供了微控制器单元被配置为将用于通信用户的供应电压施加到第二电接触组件的电触点，所述供应电压低于可通过第一第二DC电压源以及第二DC电压源被施加到所述第二电接触组件的电触点的DC电压。通过所述微控制器单元施加的供应电压随后也可以被称为测量电压。

这特别产生了任何不兼容的通信用户都不会被破坏的技术优势。供应电压或测量电压另外有利地允许通信用户被供电。因此，所述通信用户不需要具有单独的电流或电压供应。测量电压优选不超过5V。

在另一个实施方式中，提供了微控制器单元被配置为向通信用户发送待机信号，

-其中所述通信用户被配置为响应于所述待机信号而改变到待机状态。

这尤其产生可以减少或降低通信用户能量消耗的技术优势。尤其，因此有利的是，在总线系统的正常模式中，可能防止活动的通信用户(也就是被接通或未被关断的通信用户)能干扰在所述输入/输出模块与所述另外的输入/输出模块之间的通信。待机状态也可以被称为深度睡眠模式。

根据一个实施方式，提供了微控制器单元被配置为向通信用户发送唤醒信号，所述通信用户被配置为响应于唤醒信号而从待机状态中唤醒。因此，唤醒特别意指通信用户已准备好再次与所述微控制器单元通信。

这尤其产生这样的技术优势，即通信用户可以有效地被唤醒，以便可以再次与所述微控制器单元通信。但是，这只在其已接收到唤醒信号时。

根据另一个实施方式，提供了通信用户包括存储所述通信用户的电子数据表的数据存储器，

-其中所述微控制器单元被配置为从所述数据存储器读取所述电子数据表并且基于所读取的数据表来控制所述输入/输出模块的操作。

这特别产生可以有效地控制输入/输出模块操作的技术优势。原因在于所述输入/输出模块的控制或操作因此可以最佳地适应于专门使用的数据线。

通常，输入/输出模块与另外的输入/输出模块之间的通信尤其取决于将所述的两个输入/输出模块彼此连接的数据线的特性。例如，与较短的缆线相比，较长的缆线通常会导致所传输的数据信号较大衰减。因此，倘若这种知识可用，就可以在通信中有效地考虑到这一点，以便可以调整通信以适应不同的缆线长度。

根据一个实施方式，所述电子数据表包括下列特征中的一个或多个：兼容性信息、电性、机械特性。

所述兼容性信息特别地表明了远程的另外的输入/输出模块是否被配置为经由数据线的四条导线接收DC电压或多个DC电压。

所述电性例如是可以经由数据线的导线传输的衰减、频率响应、最大电流或最大电压、或绝缘电阻。特别是，所述数据表涵盖了上述电性中的数个。

所述机械属性例如是一段长度信息或一段横截面信息(，即对于数据线的长度或横截面指示)、数据线的最小弯曲半径、外部半径、拖链适合性、或对环境影响和/或化学品的抗性。例如，抗性是根据IP保护等级而被定义。例如，拖链适合性表示数据线是可以单独地、还是与其他缆线一起安排在柔性缆线管道(拖炼或供电链)内部、并且特别是为此而具有足够的运动鲁棒性。

特别是，提供了由所述数据表涵盖上述机械特性中的数个。

根据一个实施方式，提供了所述通信用户被配置为另外的微控制器单元或者为可编程只读存储器。

提供了作为通信用户的另外的微控制器单元特别带来这样的技术优势，即通常微控制器单元能够在通信之后进入深度睡眠模式(待机模式)，且因此不会干扰所述输入/输出模块与所述另外的输入/输出模块之间的通信。此外，所述另外的微控制器单元可以有利地记录(record)基本信息，这也能够被称为记录(logging)，例如拖链循环数量、接通循环、温度或数据线到目前为止已经连接到的输入/输出模块(例如数据线到目前为止已经连接到的输入/输出模块的类型和/或序列号)。

提供可编程只读存储器作为通信用户特别产生这样的技术优势，即使用简单的电子组件作为通信用户。可编程只读存储器通常有利地是易于制造(此外也便宜)的组件。此外，相较于微控制器单元，可编程只读存储器通常是技术上较不精细的配置，也就是说具有较低程度的技术复杂性。这使只读存储器特别鲁棒且不容易出错。

可编程只读存储器被称为PROM。根据一个实施方式，只读存储器被配置为可擦除可编程只读存储器。这种可擦除可编程只读存储器被称为EPROM。根据一个实施方式，只读存储器被配置为电可擦除可编程只读存储器。这种电可擦除可编程只读存储器被称为EEPROM。

关于总线系统以及输入/输出模块以及数据线以及方法的实施方式类似地分别从关于方法以及数据线以及输入/输出模块以及总线系统的相应实施方式获得。

根据一个实施方式，提供了所述输入/输出模块被配置或设置为实行或执行用于操作输入/输出模块的方法。

根据一个实施方式，所述总线系统的数据线是根据本发明的来自总线系统的数据线。

根据一个实施方式，所述输入/输出模块是根据本发明的总线系统的输入/输出模块。

根据一个实施方式，提供了所述微控制器单元经由第一变压器以及第一电容组件而被连接到四个第二电接触组件中的两个第二电接触组件的相应电触点、和/或经由第二变压器以及第二电容组件而被连接到所述四个第二电接触组件中的另外两个第二电接触组件的相应电触点，以便能够将用于与通信用户的通信的数据信号施加到可应用的电触点。

根据另一个实施方式，提供了所述微控制器单元被配置为将用于通信用户的供应电压施加到电接触组件的电触点，所述供应电压(也称为测量电压)低于可以通过第一DC电压源以及第二DC电压源被施加到电接触组件的电触点的DC电压。或者，根据一个实施方式，提供了是相同的两个电压(测量电压以及供应电压)，在另一个实施方式中，与相应电压对应的电流是不相同的。测量电流被限制在安全值以排除破坏。供应电流大于测量电流。

根据另一实施方式，提供了所述微控制器单元被配置为向通信用户发送待机信号。

根据另外的实施方式，提供了所述微控制器单元被配置为从通信用户的数据存储器中读取电子数据表并且基于所读取的数据表来控制输入/输出模块的操作。

在另外的实施方式中，提供了所述通信用户被连接到两个导线对的四条导线中的至少一条，以便能够在插入状态中经由至少一条导线接收所述微控制器单元的数据信号和/或将数据信号发送到所述微控制器单元。

在另一个实施方式中，提供了所述通信用户是经由第三电容组件而被连接到所述两个导线对中的一个、并且经由第三电感组件而被连接到所述两个导线对中的另一个。

根据另一个实施方式，提供了通信用户被配置为响应于待机信号而改变到待机状态。

根据另一个实施方式，提供了通信用户被配置作为另外的微控制器单元或作为可编程只读存储器。

根据一个实施方式，所述电子数据表包括用于确定一或多个供应电压的参数。参数例如是：电压、最大连续电流、最大过电流、最大电功率、供应电压类型(AC或DC)。

也就是说，根据一个实施方式，所述数据表的读取包括被读取的参数，以确定且接着相应地施加供应电压。

根据一个实施方式，所述电子数据表包括数据线的类型。所述数据线的类型(数据线类型)可以有利地用于确定哪个数据传输方法意图被使用(参见下面结合图6至图9的说明)。

根据一个实施方式，除了四条导线之外，所述数据线还包括一或多条另外的导线。例如，这些另外的导线可以用于提供额外的供应电压(例如AC电压)。在另一个实施方式中，例如，使用所述电子数据表中存储的参数将这些额外的供应电压参数化。例如，参数是于上所述的参数。

例如，根据一个实施方式，插脚分派或插头配置是基于EtherCATp插头。

在一个实施方式中，所述电子数据表是由与数据线的两个缆线端连接的两个用户(所述输入/输出模块以及所述另外的远程输入/输出模块)(也就是说通过数据线相互连接)读取。为此目的，例如提供了访问机制或访问方法(例如CSMA/CD：“载波侦听多接入/冲突检测”)。

也就是说，例如，根据本发明的基本概念尤其可以被认为是所述电子数据表规定了参数和/或信息，关于哪个数据传输方法被用于两个用户之间的决定是基于所述参数和/或信息作出。

附图说明

以下基于优选的示例性实施方式更详细地解释本发明，其中：

图1显示出总线系统，

图2显示出图1的总线系统的放大细节，

图3显示出用于操作输入/输出模块的方法的流程图，

图4显示出以太网接口连接的框图，

图5显示出可切换的以太网接口连接的框图，

图6显示出确定总线系统的两个用户之间的信号传播时间的框图，

图7显示GBus的框图，

图8显示出GBus转换器的框图，以及

图9显示出可切换的GBus转换器的框图。

具体实施方式

随后，相同的附图标记用于相同的特征。

此外，为了清楚起见，所有附图并不总是显示所有特征。例如，在某些情况下，几何对象形式的通用符被用于一组特征。

图1显示出总线系统101。

总线系统101包括数据线103以及输入/输出模块105。

所述数据线103以及所述输入/输出模块105虽然一起被显示在附图中，但也如此单独地公开。

所述输入/输出模块105包括第一DC电压源107以及第二DC电压源109。例如，所述第一DC电压源107可以向一个或多个传感器和/或总线供应DC电压。也就是说，所述第一DC电压源107例如被配置为传感器以及总线电源、或者被用于传感器以及总线电源。

例如，所述第二DC电压源109可以供应致动器系统。也就是说，所述第二DC电压源109用于致动器系统电源、或者被配置作为致动器系统电源。

所述输入/输出模块105包括被配置作为所谓的以太网物理层(PHY)的物理接口111。所述物理接口111进行数据的编码以及译码。所述物理接口111因此提供可以经由数据信道103被传输的第一差分数据信号以及第二差分数据信号，更详细说明如下。

所述输入/输出模块105包括具有四个接触杯(未显示)的插座121，每个接触杯具有电触点123、125、127、129。

所述输入/输出模块105还包括第一变压器113以及第二变压器115。第一差分数据信号是经由第一变压器113被传输到插座121的两个电触点123、125。第二差分数据信号是经由第二变压器115而从物理接口111被传输到插座121的电触点127、129。

此外，所述输入/输出模块105包括第一电容组件117以及第二电容组件119。第一电容组件117包括两个电容器133、135。第二电容组件119包括两个电容器137、139。

在此情况下，第一电容组件117被连接在第一变压器113与插座121的两个电触点123、125之间。第二电容组件119被连接在第二变压器115与插座121的两个电触点127、129之间。

为了更好的区分，电触点123被称为第一电触点。电触点125被称为第二电触点。电触点127被称为第三电触点。电触点129被称为第四电触点。物理接口111通过两条电线131而被连接到第一变压器113。第一变压器113通过两条电线131而被连接到第一电容组件117的两个电容器133、135中的每一个。也就是说，一条电线131从第一变压器113行进到电容器133。电线131从第一变压器113再行进到电容器135。

电容器133然后通过电线141而被连接到第一电触点123。电容器135通过电线143而被连接到第二电触点125。

类似于第一变压器113，第二变压器115也通过两条电线131而被连接到物理接口111。电线131还将第二变压器115连接到第二电容组件119的电容器137。电线131还将第二变压器115连接到第二电容组件119的电容器139。

电容器137然后经由电线145而被连接到第三电触点127。电容器139经由线路147而被连接到第四电触点129。

因此，所述物理接口111是经由第一变压器113并且经由第一电容组件117而被连接到插座121的四个电触点中的两个电触点，以便或者能够将第一差分数据信号施加到所述两个电触点123、125。

此外，所述物理接口111是经由第二变压器115并经由第二电容组件119而被电连接到所述四个电触点中的所述另外两个电触点的两个相应电触点127、129，也就是说，被连接到插座121的第三电触点127以及第四电触点129，以便将第二差分数据信号施加到两个电触点127、129。

所述输入/输出模块105还包括第一电感组件149以及第二电感组件151。第一电感组件149包括例如被配置为线圈的两个电感153、155。第二电感组件151包括例如被配置为线圈的两个电感157、159。第一DC电压源107通过电线161而被连接到电线143并因此被连接到第二电触点125。在此情况下，提供了第一电感组件149的电感155要被连接在电线161中。

所述第一DC电压源107还通过电线163而被连接到电线141并因此被连接到第一电触点123。在此情况下，第一电感组件149的电感153被连接在电线163中。

因此，所述第一DC电压源107是经由第一电感组件149而被连接到插座121的两个电触点123、125。因此，第一DC电压源107可以将DC电压施加到两个电触点123、125。

所述第二DC电压源109是通过两条线路131而被连接到低弹跳开关169。低弹跳开关169是通过两条线路131而被连接到限流单元171。限流单元171是通过电线165而被连接到电线147并因此被连接到第四电触点129。限流单元171还通过线路167而被连接到电线145并因此被连接到插座121的电触点127。

所述线路165具有连接在其内的第二电感组件151的电感157。所述线路167具有连接在其内的第二电感组件151的电感159。

因此，致动器系统的第二DC电压源109因此经由低弹跳开关169而间接地被连接到第三电触点127以及第四电触点129、并且经由第二电感组件151而被连接到限流单元171。结果，第二DC电压源109因此可以向两个电触点127、129施加DC电压。从而，第二DC电压源109因此经由第二电感组件151而被连接到两个电触点127，以便能够将DC电压施加到所述电触点。

根据更一般的实施方式，低弹跳开关169被配置为开关。提供这种开关，特别是开关169，对于在工业自动化中使用总线系统101是特别必要的，以便为总线系统中的致动器设计可通过数据线103连接的电源供应器。因此，可以独立于传感器以及总线电源来关闭致动器系统是有利的。致动器电源的关闭允许自动化网络中的致动器进入安全状态，而无需中断过程中的通信。自动化网络的传感器或控制(未示出)可以继续经由第一DC电压源107被供应DC电压。

例如根据一个实施方式，开关被配置为低弹跳开关169的事实特别具有这样的技术优势，即，当由于机械设计而被操作时，可以防止开关重复关闭以及打开。这种重复关闭以及打开可能导致增加的触点磨损，并因此导致快速故障，特别是如果同时出现高过电流更是如此。例如，低弹跳开关169被配置为半导体继电器。

电流限制器或限流单元171有利地带来防止致动器电源的切换过程干扰经由数据线103的数据通信的能力。限流单元171因此可以有利地用于防止在经由数据线103而被连接在输入/输出模块105下游的加载模块中于接通过程期间短暂发生的大起动电流超过第二电感组件151的电感157、159的容许饱和电流，这意指电感157、159将完全失去它们的电感特性。因此，例如将被施加到电触点127、129的差分数据信号会受到巨大影响，这将干扰通信。

在未示出的实施方式中，不提供低弹跳开关169以及限流单元171。

所述数据线103包括护套173，四条导线175、177、179、181于其中运行。例如，所述护套173造成所述四条导线175、177、179、181与数据线103的环境电绝缘、并且同时充当屏蔽。

所述四条导线175、177、179、181形成两个导线对。在此情况下，导线175、177被配置为绞线对，其随后也可以被称为第一导线对。导线179、181被配置为绞线对，其随后也可以被称为第二导线对。

如图2所示，所述数据线103还包括插头183，插头183包括四个电触针185、187、189、191。电触针185、187、189、191的几何布置以及尺寸是根据插座121的几何尺寸、以及电触点123、125、127、129的布置而配置。也就是说，插头183被配置为插入到插座121中，或者插座121被配置为容纳插头183。

在插入状态下，所述电触针185、187、189、191与所述四个电触点123、125、127、129接触。

为了更好地区分，电触针185被称为第一电触针，电触针187被称为第二电触针，电触针189被称为第三电触针，电触针191被称为第四电触针。

在插入状态下，第一电触针185与第一电触点123接触。第二电触针187在插入状态下与第二电触点125接触。第三电触针189在插入状态下与第三电触点127接触。第四电触针191在插入状态下与第四电触点129接触。

第一导线对的导线175连接到第一电触针185。第一导线对的导线177连接到第二电触针187。第二导线对的导线179连接到第三电触针189。第二导线对的导线181连接到第四电触针191。

因此，施加到两个电触点123、125的DC电压因此可以在插入状态下经由第一导线对传输。通过第二DC电压源109被施加到电触点127、129的DC电压可以在插入状态下经由第二导线对的导线而被传输。在这种情况下，传输意指可以通过数据线103将DC电压传输到通过数据线而被连接到输入/输出模块105的加载模块(未示出)。加载模块(未示出)例如至少部分类似于输入/输出模块105而被配置。也就是说，类似于输入/输出模块105，这种加载模块具有合适的插座121，使得数据线103可以通过第二插头(未示出)而被连接到加载模块(未示出)。加载模块还具有物理接口以及电容及电感组件，以便能够通过适当的线路接收DC电压以及数据信号、或DC电压以及数据信号。未示出的加载模块特别包括第二插座，数据线可再次连接到该第二插座，以便连接未示出的另外的第三加载模块。未示出的第二加载模块例如被配置为将通过数据线103提供给此第二加载模块的DC电压或多个DC电压转送至第三加载模块。这同样适用于第一差分数据信号以及第二差分数据信号。此原理可以应用于另外的加载模块，这意指多个加载模块经由多条数据线而被连接到输入/输出模块105。由于输入/输出模块105可以向这种设计的总线系统提供DC电压，所以输入/输出模块105也可以被称为供应模块。

如图1所示，所述输入/输出模块105包括微控制器单元211。如图1结合图2所示，插头183包括另外的微控制器单元193。微控制器单元211被配置为与微控制器单元193通信。类似地，另外的微控制器单元193被配置为与微控制器单元211通信。因此，所述两个微控制器单元193、211是通信用户。

如下所述，所述微控制器单元211是经由四条线路213、215、217、219而被连接到电触点123、125、127、129。

所述电线213将所述微控制器单元211连接到将物理接口111连接到第二变压器115的线区段131，此电线131是经由第二变压器115以及电容器139间接地将物理接口111连接到第四电触点129。因此，微控制器单元211因此通过线路213间接地被连接到第四电触点129。

如下所述，所述微控制器单元211还通过电线215间接地被连接到第三电触点127。所述电线215将所述微控制器单元211连接到将物理接口111连接到第二变压器115的电线131，此电线131经由第二电容组件119的电容器137并经由线路145将物理接口111连接到第三电触点127。

所述微控制器单元211是通过电线217而被连接到将物理接口111连接到第一变压器113的电线131，此电线然后经由第一变压器113、第一电容组件117的电容器135以及经由电线143间接地将物理接口111连接到第二电触点125。

所述微控制器单元211是经由电线219而被连接到将物理接口111连接到第一变压器113的电线131，此电线131经由第一变压器113、第一电容组件117的电容器133以及经由电线141将物理接口111连接到第一电触点123。

从而，所述微控制器单元211因此经由第一变压器113以及经由第一电容组件117而被连接到第一电触点123以及第二触点125。所述微控制器单元211是经由第二变压器115以及第二电容组件119而被连接到第三电触点127以及第四电触点129。

因此，所述微控制器单元211例如可以将差分数据信号施加到电触点123、125、127、129。

另外的微控制器单元193是经由电线195而被连接到第二导线对的导线181。在此情况下，此线路195具有连接在其内的电容器203。所述另外的微控制器单元193是经由线路197而被连接到第二导线对的导线179。在此情况下，电容器205连接在此线路197中。两个电容器203、205形成第三电容组件。因此，所述另外的微控制器单元193是经由第三电容组件而被连接到第二导线对。因此经由此第二导线对传输的差分数据信号可以通过所述另外的微控制器单元193来接收。相反地，所述另外的微控制器单元193可以经由第二导线对将差分数据信号经由第三电容组件传输到微控制器单元211。因此，第二导线对允许所述两个微控制器单元193、211之间的通信。

所述另外的微控制器单元193是通过线路199而被连接到第一导线对的导线177。所述微控制器单元193是通过电线206而被连接到第一导线对的导线175。

例如，线路199具有被连接在线路中且是一种线圈的电感207。例如，线路206具有连接在线路中且是一种线圈的电感209。

两个电感207、209形成第三电感组件。因此，所述另外的微控制器单元193是经由第三电感组件而被连接到第一导线对的导线。因此，如果第一DC电压源107向第一电触点123以及第二电触点125施加DC电压，则所述DC电压可以在插入状态下经由第三电感组件向前传输到所述另外的微控制器单元193。也就是说，然后经由第一导线对的两条导线175、177已促成了用于所述另外的微控制器单元193的DC电压供应。

所述微控制器单元211被配置为致动第一及第二DC电压源107、109，使得它们仅在所述微控制器单元211已经能够与所述另外的微控制器单元193通信时才将相应的DC电压施加到可应用的电触点123、125、127、129。因此，如果使用了不具有此种另外的微控制器单元193的数据线，则在这种情况下将不能进行通信。这就是所述微控制器单元211的一个特征，即通过数据线被连接到或已被连接到输入/输出模块105的加载模块(通常是总线系统101的一部分)不具有所谓的“以太网供电”功能。也就是说，那么这个另外的用户不能通过数据线被提供DC电压。因此，所述微控制器单元211然后致动两个DC电压源107、109，使得它们当前不向电触点123、125、127、129施加DC电压。这可以有利地防止对另外的用户的通信组件的损坏或破坏。

图2显示出来自图1的总线系统101的细节的分离视图。

更详细地描述了具有四个电触点123、125、127、129的插座121。为了清楚起见，这里也未显示接触杯。在两条线路141、143周围，显示出具有附图标记221的虚线椭圆。这意指象征两条线路141、143形成第一通信通道。此第一通信通道因此用于传输第一差分数据信号。在插入状态下，此第一通信信道经由包括数据线103的导线175、177的第一导线对而继续。

类似地，在线路145、147周围显示出以虚线描绘且具有附图标记223的椭圆形，这旨在表示这两条线路形成第二通信通道。也就是说，第二差分数据信号是经由此第二通信通道而被传输。在插入状态下，此第二通信信道是通过包括导线179、181的第二导线对而继续。

因此，总线系统的另外的用户(于此未显示)与输入/输出模块105之间的双通道通信是有利地可以经由数据线103。数据线103可以用于传输特别是第一以及第二差分数据信号、以及还传输DC电压。

在一个未示出的实施方式中，提供了所述另外的微控制器单元193仅经由第三电感组件而被连接到第一导线对，如图2所示。在未示出的这个实施方式中，因此缺少第三电容组件以及可应用的线路195、197。在这种情况下，使用了电子数据存储器，特别是PROM，而不是另外的微控制器单元193。对于与PROM的通信，第一通信通道是足够的。

提供所述另外的微控制器单元193作为微控制器单元211的通信用户具有特别的优势，即完整的电子数据表可以如在一般PROM中那样存储。另一方面，这种另外的微控制器单元可以记录(log)(即记录(record)或记载(document))基本信息。然而，相当显著的优势是，在与所述微控制器单元211通信之后，所述另一个微控制器单元能够进入深度睡眠模式，这意指此另外的微控制器单元不再干扰输入/输出模块105的物理接口111与另外用户的另外物理接口(未显示)之间的通信。

所述方法的改进包括下列，例如：

在第一步骤中，总线系统的用户被接通。也就是说，输入/输出模块105被接通。也就是说，经由数据线103被连接到输入/输出模块105的另外的用户被接通。第一通信通道的两条线路141、143具有与它们连接的测量电压。此测量电压例如通过第一DC电压源107而被连接。为此目的，例如，微控制器单元211相应地致动第一DC电压源107。

在另外的步骤中，然后在微控制器单元211与另外的微控制器单元193之间进行通信。也就是说，微控制器单元211尝试建立到另外的微控制器单元193的通信连接。例如，如果这样的通信已可能经由第二通信通道，另外的微控制器单元193可以向微控制器单元211提供例如电子数据表。因此，例如可以将数据线103的温度、接通循环、和/或电气和/或机械特性作为信息而被提供给微控制器单元211。

在另外的步骤中，另外的微控制器单元193然后被关闭，特别是其进入深度睡眠模式或待机模式。这尤其是因为微控制器单元211经由第二通信通道向另外的微控制器单元193发送待机信号。

如果通信已显示允许通过两个DC电压源107、109连接或接通供应电压，则相应的DC电压在另外步骤中被连接到可应用的电触点123、125、127、129。

如果不可能在微控制器单元211与另外的微控制器单元193之间建立通信，例如因为另外的微控制器单元193不存在于数据线103中，则假设所连接的用户不具有所谓的“以太网供电”功能。在这方面，不连接DC电压。

于此未显示的另一微控制器单元193或PROM的优势还特别在于可应用的电子组件被配置为足够小以被集成到插头183中，特别是被模制到其中。

图3显示出用于操作输入/输出模块的方法的流程图。这可以例如是图1的输入/输出模块105。

所述方法包括下列步骤：

-使用微控制器单元来检查301是否可以从微控制器单元至插入到插座中的数据线的通信用户建立通信连接，

-使用微控制器单元来启动(303)DC电压源，使得所述DC电压源仅当所述检查已显示通信连接已能够被建立至所述数据线的用户时才将相应的DC电压施加到所述接触杯的可应用电触点。

在自动化工程中，各种现场总线协议已经以100Mbit/s的数据速率在以太网上建立。由于1Gbit/s数据速率的以太网自身现已在消费性产业中建立，因此现场总线协议也合理以1Gbit/s或10Gbit/s的数据速率被传输。

与消费性产业相比，其中很少用户传输大量数据，在现场总线工程中，许多用户需要用少量数据彼此通信。在两个用户之间的标准Gbit工程的情况中，以太网消息的延迟约为1μs，对应于1000比特的传输时间。

由于现场总线工程中较多的用户数量，这些用户通常是成列相互连接的，所以从发送者到接收者的消息延迟起到更大作用。

具有千兆比特物理(1000-BASE-T)的标准以太网接口连接在图4所示框图的简化视图中概要显示。

例如，接口连接包括物理接口(也称为PHY)1001以及传输及接收单元1003。例如作为插头使用的电触点例如是RJ45插头1005。

在物理接口1001以及传输及接收单元1003之间使用的接口通常已知为“降低的吉比特介质独立界面(RGMII)”。这个接口随后简称为RGMII。在RGMII的情况下，四个比特以每一个250Mbit/s并行传输。在物理接口1001与被连接在RJ45插头1005与物理接口1001之间的变压器1007之间的接口、或缆在线的接口是一种信号，针对此信号，五个电压电平是以125兆波特(Mbaud)(波特是每秒1符号的单位)、使用PAM-5(PAM：脉冲幅度调制)方法而经由四条双导线中的每一条被传输。这导致以125Mbaud传输的符号数54＝625(5的4次幂＝625)(625个不同的符号在计算上相当于以125Mbaud传输的约9.3比特，因此导致9.3比特/符号*125Mbaud的总数据速率，即约1160Mbit/s)。由于一个字节只包括256个符号，其余的符号用于纠错，因此两个用户之间的传输链路达到100m(这导致8比特/符号*125Mbaud＝1000Mbit/s的净数据速率)。

在全双工模式中，双导线(twin wires)被双向使用，其中接收器扣除其传输信号以获得接收信号。

传输延迟的最大部分通过物理接口1001产生，所述物理接口1001将RGMII接口的四个比特转换为PAM 5方法的符号。

因此，PAM5方法用于在RJ45插头1005与变压器1007之间、或在变压器1007与PHY1001之间传输信号或数据。

在现场总线工程中，一种情况是，对于许多应用，例如在两个用户之间，即在例如两个输入/输出模块之间，较短的传输链路于此是足够的，由此更简单的传输方法可以被使用，其中要被传输的信号直接由传输及接收单元1003产生，这意指不需要物理接口。因此，有利地可以大大地缩短传输延迟。

为了不必制造或开发装置，即特别是具有两个不同接口的输入/输出模块，本发明提供物理接口连接以包括可用于绕过物理接口的开关。因此，有利地可以将相同的物理接口连接用于标准Gbit物理且用于具有较短范围的更简单传输技术。

这种第二种物理接口连接是通过简单接触连接或插头连接来实现，以便将具有相同电压电位的用户连接到尽可能少的触点。此接口连接涉及信号仅经由每个方向的两个连接而被逐位传输。这现在只需要发射机以及接收机，这首先降低了硬件成本，其次降低了传输延迟。

例如，可切换的物理接口连接根据图5所示的框图来实现。

例如，规定了变压器1007以及物理接口1001具有被提供在它们之间的开关1101，所述开关1101被配置为高频开关。此外，线路是从此开关1101形成，其将开关1101连接到传输及接收单元1003。开关1101具有两个切换状态。在第一切换状态中，开关1101将变压器1007连接到物理接口1001。在第二切换状态中，开关1101将变压器1007直接连接到传输及接收单元1003。也就是说，图5中所示的物理接口连接具有集成在其中的开关1101，其可以用于将线路连接到变压器1007、或者连接到物理接口1001、或者直接连接到传输及接收单元1003。因此，开关1101可以有利地被使用以绕过PHY 1001。

例如，开关1101与传输及接收单元1003之间的数据传输方法可以通过“特殊传输方法(STM)”来执行。

对于两个用户之间的连接，也就是说例如在两个输入/输出模块之间的连接，有以下选择：

1.一个用户只支持标准Gbit传输。

2.两个用户都支持这两种传输方法，但所述两个用户之间的线路长度对于简单传输方法来说太大了。

3.两个用户都支持这两种传输方法，并且所述两个用户之间的线路长度对于简单传输方法来说足够小。

因此，根据一个实施方式，首先在两个用户之间建立标准Gbit连接。随后，需要通知相应的其他用户存在可切换的物理接口连接。如果两个用户都具有可切换的物理接口连接，则仍然需要使用延迟测量来建立两个用户之间的距离。例如，延迟可以用与IEEE 1588方法类似的方式来确定。例如，用于执行延迟测量的实施方式由图6中所示的框图示出。

该图显示出两个用户1201、1203，所述两个用户1201、1203可以例如被配置为输入/输出模块。

在时间t1_1，用户1201向用户1203发送第一消息1205。所述消息1205可以是例如SimplePhysicReq消息。在这种情况下，用户1201存储所述消息1205的传输时间t1_1。

当用户1203接收到消息1205时，用户1203存储所述消息1205的接收时间t2_1。用户1203在时间T3_1将另一消息1207(其例如被配置作为SimplePhysicRes消息)发送回用户1201。此消息1207包括时间t2_1及时间t3_1。

用户1201接收消息1207、并存储消息1207的接收时间t4_1。

类似地，上述方法以用户1203开始执行：用户1203在时间t1_2向用户1201类似地发送消息1205(例如SimplePhysicReq消息)、并存储消息1205的传输时间t1_2。当用户1201接收到消息1205，用户1201存储消息1205的接收时间t2_2。用户1201在时间t3_2将例如被配置为SimplePhysicRes消息的另外的消息1207发送回用户1203。此消息1207包括时间t2_2以及t3_2。用户1203接收消息1207并存储所述消息1207的接收时间t4_2。

两个用户1201、1203现在每一个分别具有四个时间t1_1至t4_1、以及t1_2至t4_2。

用户1201计算延迟如下：

延迟＝((t4_1–t1_1)–(t3_1–t2_1))/2

用户1203计算延迟如下：

延迟＝((t4_2–t1_2)–(t3_2–t2_2))/2

两个用户1201、1203将他们各自确定的延迟作为用于确定或计算他们与其他用户之间的距离的基础。

如果所计算的距离低于用于简单传输的允许距离，那么根据一个实施方式，用户1201、1203就此取得一致。在这方面，两个用户1201、1203然后切换到简单传输方法。原因在于用户1201、1203都包括可切换接口连接，如图5的框图所示。如果距离超过用于简单传输的允许距离，则不执行切换。

在一个实施方式中，作为替代或者除了结合图6所描述的延迟测量之外，通信用户和/或微控制器单元提供关于切换是否必要的信息。所提供的信息包括例如关于涉及什么线路类型的信息，即STM线路或标准Gbit线路。也就是说，根据一个实施方式，上述信息被存储在微控制器单元和/或通信用户中。依据所提供的信息，然后发生切换，如下面的示例所述。

图7显示出Gbus 1301的框图。

Gbus是一种至两个用户(例如，其可以被配置为输入/输出模块)的可插入物理连接，具有六条线路(例如六条导线)，一个线路对(导线对)以及另一个第三线路对(第三导线对)，其每个传输方向用于电压传输。

图7的框图中所示的GBus 1301被设计如下：

两个用户1201、1203是经由分别包括两条导线1315以及两条导线1313的两个导线对相互连接。包括两条导线1307的第三导线对用双箭头象征性地表示、且同样连接两个用户1201、1203并用于电压供应。

来自用户1201以及用户1203的第一传输方向用具有附图标记1309的箭头象征性地示出。从用户1203到用户1201的与此传输方向1309相反的传输方向1311用具有相应附图标记1311的箭头象征性地示出。用于根据传输方向1309的数据传输的导线用具有附图标记1313的箭头象征性地示出。用于根据传输方向1311的数据传输的导线对的导线用具有附图标记1315的箭头象征性地示出。

对于每个传输方向1309、1311，用户1201、1203包括发射机1305以及接收机1303。根据SerDes(串行器/解串器)方法逐位实现信号传输，8比特有用数据作为以1.25Gbaud编码的10比特符号而被传输。

由于Gbus 1301不再需要传输器1305与接收器1303之间的缆线、变压器或物理接口，所以此接口连接特别便宜并且具有最小的传输延迟。

图8通过示例以简化形式显示出Gbus转换器1401的框图。

为了能够将具有Gbus连接的用户也连接到标准Gbit用户，提供了如图8所示的转换器1401，转换器1401将可切换物理连接或标准Gbit连接转换为Gbus。如图8所示，转换器1401包括两个标准Gbit连接以及一个Gbus连接。图8中描绘的箭头旨在象征性地表示数据传输方向或电压传输方向(在双头箭头1307的情况下)。

图9显示出可切换的Gbus转换器1501，其包括类似于图5的两个开关1101，以绕过物理接口1001。图9中所示的箭头旨在象征性地表示数据传输方向、或电压传输方向(在双头箭头1307的情况)。

因此提供了用于较短距离的其他物理接口，例如为了能够以低延迟而用1Gbit/s、特别是10Gbit/s来传输EtherCAT。此外，根据一个实施方式，提供了可切换的连接(由开关1101形成)，其可依据所连接的用户而在较短范围的较快物理传输与标准以太网Gbit(10Gbit/s或更多)之间切换。

例如，与图5及图9的框图一致，结合以上给出的实施方式描述的开关1101被提供用于图1的输入/输出模块105，以绕过那里的物理接口111。

用于切换的标准尤其基于通过通信用户和/或通过微控制器单元提供的信息。例如，因此基于数据线类型(其例如存储在电子数据表中)选择数据传输方法(带有/不带有PHY)。

Claims

1.一种总线系统(101)，包括：

-具有两个导线对(175,177；179,181)的数据线(103)，

-其中所述数据线(103)包括电插塞连接的第一部分(183)，所述第一部分包括四个第一电接触组件(185,187,189,191)，其中

-所述四个第一电接触组件每一个电连接到所述两个导线对的导线中的一条导线(175,177,179,181)，

-其中所述数据线(103)具有通信用户(193)，

-输入/输出模块(105)，

-其中所述输入/输出模块(105)具有第一DC电压源(107)、第二DC电压源(109)、物理接口(111)、第一变压器(113)、第二变压器(115)、第一电感组件(149)、第二电感组件(151)、第一电容组件(117)、第二电容组件(119)以及与所述电插塞连接的所述第一部分互补的第二部分，所述第二部分(121)包括四个第二电接触组件(123,125,127,129)，

-其中所述四个第二电接触组件每一个包括电触点，

-其中所述第一DC电压源(107)是经由所述第一电感组件(149)被连接到所述四个第二电接触组件中的两个第二电接触组件的相应电触点，

-其中所述第二DC电压源(109)是经由所述第二电感组件(151)被连接到所述四个第二电接触组件中的另外两个第二电接触组件的相应电触点，

-其中所述物理接口(111)是经由所述第一变压器(113)并经由所述第一电容组件(117)而连接到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的所述相应电触点，以将第一差分数据信号施加到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的所述两个电触点，

-其中所述物理接口(111)是经由所述第二变压器(115)并且经由所述第二电容组件(119)而连接到所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的所述相应电触点，以施加第二差分数据信号至所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的所述两个电触点，

-其中所述输入/输出模块(105)包括微控制器单元(211)，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为与所述数据线(103)的所述通信用户(193)通信，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为致动所述第一及第二DC电压源(107,109)，使得，仅在所述微控制器单元(211))已能与所述数据线(103)的所述通信用户(193)通信下，所述第一及第二DC电压源(107,109)将相应的DC电压施加到所述四个第二电接触组件的可应用电触点，从而，在所述通信不存在和/或所述数据线(103)中的通信用户(193)不存在下不施加相应的DC电压。

2.根据权利要求1所述的总线系统(101)，其中所述电插塞连接的所述第一部分被配置作为包括所述四个第一电接触组件的插头(183)，所述四个第一电接触组件每一个被配置为电触针，其中所述电插塞连接的所述第二部分被配置作为具有所述四个第二电接触组件的插座(121)，所述四个第二电接触组件每一个被配置为接触杯，反之亦然。

3.根据权利要求1或2所述的总线系统(101)，其中，

-所述微控制器单元(211)是经由所述第一变压器(113)以及所述第一电容组件(117)而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述两个第二电接触组件的所述相应电触点、和/或经由所述第二变压器(115)以及所述第二电容组件(119)而被连接到所述四个第二电接触组件中的所述另外两个第二电接触组件的所述相应电触点，以能够为了与所述通信用户(193)的通信施加数据信号至所述可应用电触点，

-其中所述通信用户(193)被连接到所述两个导线对的四条导线中的至少一条导线，以能够在插入状态中经由所述至少一条导线接收所述微控制器单元(211)的所述数据信号、和/或将数据信号发送到所述微控制器单元(211)。

4.根据权利要求3所述的总线系统(101)，其中所述通信用户(193)是经由第三电容组件(203；205)而被连接到所述两个导线对中的所述一个、并且经由第三电感组件(207；209)而被连接到所述两个导线对中的另一个。

5.根据权利要求3或4所述的总线系统(101)，其中所述微控制器单元(211)被配置为将用于所述通信用户(193)的供应电压施加到所述第二电接触组件的电触点，所述供应电压低于通过所述第一及第二DC电压源(107,109)而可被施加到所述第二电接触组件的所述电触点的所述DC电压。

6.根据前述权利要求中任一项所述的总线系统(101)，其中，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为向所述通信用户(193)发送待机信号，

-其中所述通信用户(193)被配置为响应于所述待机信号而改变到待机状态。

7.根据前述权利要求中任一项所述的总线系统(101)，其中，

-其中所述通信用户(193)包括存储所述通信用户(193)的电子数据表的数据存储器，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为从所述数据存储器读取所述电子数据表、以及基于所读取的数据表来控制所述输入/输出模块(105)的操作。

8.根据前述权利要求中任一项所述的总线系统(101)，其中所述通信用户(193)被配置为另外的微控制器单元(193)或者为可编程只读存储器。

9.一种用于总线系统(101)的输入/输出模块(105)，包括：

-第一DC电压源(107)、第二DC电压源(109)、物理接口(111)、第一变压器(113)、第二变压器(115)、第一电感组件(149)、第二电感组件(151)、第一电容组件(117)、第二电容组件(119)、以及电插塞连接的一部分(121)，所述一部分包括四个电接触组件(123,125,127,129)，

-其中所述四个电接触组件每一个包括电触点，

-其中所述第一DC电压源(107)是经由所述第一电感组件(149)而被连接到所述四个电接触组件中的两个电接触组件的相应电触点，

-其中所述第二DC电压源(109)是经由所述第二电感组件(151)而被连接到所述四个电接触组件中的另外两个电接触组件的相应电触点，

-其中所述物理接口(111)是经由所述第一变压器(113)并经由所述第一电容组件(117)而被连接到所述四个电接触组件中的所述两个电接触组件的相应电触点，以将第一差分数据信号施加到所述四个电接触组件中的所述两个电接触组件的两个电触点，

-其中所述物理接口(111)是经由所述第二变压器(115)并且经由所述第二电容组件(119)而被连接到所述四个电接触组件中的所述另外两个电接触组件的相应电触点，以施加第二差分数据信号到所述四个电接触组件中的所述另外两个电接触组件的两个电触点，

-其中所述输入/输出模块(105)包括微控制器单元(211)，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为与数据线(103)的通信用户(193)通信，

-其中所述微控制器单元(211)被配置为致动所述第一及第二DC电压源(107,109)，使得，仅在所述微控制器单元(211)已能与所述数据线(103)的所述通信用户(193)通信下，所述第一及第二DC电压源(107,109)将相应的DC电压施加到所述四个电接触组件的可应用电触点，从而，在通信不存在和/或所述数据线(103)中的通信用户(193)不存在下不施加相应的DC电压。

10.据权利要求9所述的输入/输出模块(105)，其中所述电插塞连接的所述一部分被配置作为包括所述四个电接触组件的插头，所述四个电接触组件每一个被配置为电触针，或者其中所述电插塞连接的所述一部分被配置作为具有所述四个电接触组件的插座，所述四个电接触组件每一个被配置为接触杯。

11.根据权利要求9或10所述的输入/输出模块(105)，其中所述微控制器单元(211)是经由所述第一变压器(113)以及所述第一电容组件(117)而被连接到所述四个电接触组件中的所述两个电接触组件的所述相应电触点、和/或经由所述第二变压器(115)以及所述第二电容组件(119)而被连接到所述四个电接触组件中的所述另外两个电接触组件的所述相应电触点，以能够施加用于与所述通信用户(193)通信的数据信号到所述可应用电触点。

12.根据权利要求11所述的输入/输出模块(105)，其中所述微控制器单元(211)被配置为将用于所述通信用户(193)的供应电压施加到所述电接触组件的电触点，所述供应电压低于可通过所述第一及第二DC电压源(107,109)被施加到所述电接触组件的所述电触点的所述DC电压。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的输入/输出模块(105)，其中所述微控制器单元(211)被配置为向所述通信用户(193)发送待机信号。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的输入/输出模块(105)，其中所述微控制器单元(211)被配置为从所述通信用户(193)的数据存储器读取电子数据表、以及基于所读取的数据表来控制所述输入/输出模块(105)的操作。

15.一种用于总线系统(101)的数据线(103)，包括：

-两个导线对(175,177；179,181)，

-电插塞连接的一部分(183)，所述一部分包括四个电接触组件(185,187,189,191)，

-其中所述四个电接触组件每一个被电连接到所述两个导线对的导线中的一条导线(175,177；179,181)，

-其中所述数据线(103)具有用于与输入/输出模块(105)的微控制器单元(211)通信的通信用户(193)。

16.根据权利要求15所述的数据线(103)，其中所述电插塞连接的所述一部分被配置作为包括所述四个电接触组件的插头，所述四个电接触组件每一个被配置为电触针，或者其中所述电插塞连接的所述一部分被配置作为具有所述四个电接触组件的插座，所述四个电接触组件每一个被配置为接触杯。

17.根据权利要求15或16所述的数据线(103)，其中所述通信用户(193)被连接到所述两个导线对中的四条导线中的至少一条导线，以在插入状态能够经由所述至少一条导线接收所述微控制器单元(211)的所述数据信号、和/或经由所述至少一条导线将数据信号发送到所述微控制器单元(211)。

18.根据权利要求17所述的数据线(103)，其中所述通信用户(193)是经由第三电容组件(203；205)被连接到所述两个导线对中的所述一个、并且经由第三电感组件(207；209)被连接到所述两个导线对中的另一个。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的数据线(103)，其中所述通信用户(193)被配置为响应于待机信号而改变到待机状态。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的数据线(103)，其中所述通信用户(193)被配置作为另外的微控制器单元(193)、或者作为可编程只读存储器。

21.一种用于操作根据权利要求9至14中任一项所述的输入/输出模块(105)的方法，包括以下步骤：

-使用所述微控制器单元(211)来检查是否可以建立从所述微控制器单元(211)至被插入到所述电插塞连接的所述一部分中的数据线(103)的通信用户(193)的通信连接，

-使用所述微控制器单元(211)致动所述DC电压源，使得所述DC电压源只有在所述检查已显示已经能够建立至所述数据线(103)的用户的通信连接时才将相应的DC电压施加到所述电接触组件的所述可应用电触点。

22.一种计算器程序，包括程序代码，当在计算器上执行所述计算器程序时，所述程序代码用于执行根据权利要求21所述的方法。