CN108353011B - 用于诊断短路的总线系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少两个控制设备（2、3）的总线系统（1），所述至少两个控制设备分别具有总线驱动器（4），其中所述总线驱动器（4）通过至少两条总线线路（6、7）彼此连接，在所述总线线路处分别布置有至少一个耦合电容器（C1、C2），其中终端网络（8）连接到所述总线线路（6、7），所述终端网络由至少两个电阻（R1、R2）和一个电容器（C3）组成，其中两个电阻（R1、R2）分别与所述总线线路（6、7）之一连接并且在中间抽头（9）处彼此连接，其中所述终端网络（8）的电容器（C3）处在所述中间抽头（9）与地连接端之间，其中所述总线系统（1）具有参考电压源（10），其中所述参考电压源（10）通过元件与所述中间抽头（9）连接，其中所述参考电压源（10）的电压具有在所述总线系统（1）的工作电压（UBAT）与地之间的值，其中至少一个控制设备（2、3）被构造为使得在所述中间抽头（9）处的电压水平被检测，并且所述控制设备（2、3）根据所检测的电压水平来检测是否存在总线线路（6、7）相对工作电压（UBAT）或地的短路；以及本发明涉及一种用于诊断这种总线系统的短路的方法。

Description

用于诊断短路的总线系统和方法
技术领域
本发明涉及一种总线系统、尤其是以太网总线系统，以及一种用于诊断在这种总线系统中的短路的方法。
背景技术
在出于功能原因在信号路径中具有用于直流电压解耦合的电容器的总线系统中，总线驱动器不能识别出信号线路相对地或供电电压的短路。单个总线线路（持久地或偶尔地）相对于地或供电电压的短路导致传输系统的不对称并且使其不可靠。
这种具有耦合电容器的总线系统例如是以太网总线系统，所述以太网总线系统也越来越多地应用在机动车中。
除了总线驱动器，总线接口、例如IEEE 100Base-T1以太网还具有共模扼流圈（Gleichtaktdrossel）、在信号路径中的耦合电容器以及共模终端装置，该共模终端装置由两个电阻和一个电容器组成。通过在两个总线线路之间的差分交变电压来进行数据传输，其中对于总线驱动器来说仅仅能看到相对地的差而不能看到相对地的绝对电平。
发明内容
本发明所基于的技术问题在于：提供一种在信号路径中具有耦合电容器的总线系统，其中检测相对地或供电电压的持久或偶然的短路，而不干扰数据传输的对称。另一问题是提供一种相对应的方法。
对该技术问题的解决方案通过下面描述的总线系统以及用于诊断在所述总线系统中的总线线路的短路的下面描述的方法得出。本发明的其它有利的设计方案从相应的具体实施方式中得出。
该总线系统具有至少两个控制设备，所述至少两个控制设备分别具有总线驱动器，其中这些总线驱动器通过两条总线线路彼此连接。在总线线路处分别布置有至少一个耦合电容器，其中终端网络被连接到总线线路，所述终端网络由至少两个电阻和一个电容器组成。在此，各一个电阻与各一条总线线路连接，并且两个电阻在终端网络的中间抽头处彼此连接。终端网络的电容器处在中间抽头与地连接端之间。该总线系统还具有参考电压源，其中该参考电压源通过元件与中间抽头连接。该元件应该保证可以改变在中间抽头处的电压。参考电压源的电压具有在工作电压（出现的最大短路电压）与地（0V）之间的值。在此，该总线系统的至少一个控制设备被构造为使得在中间抽头处的电压水平被检测，并且该控制设备根据所检测的电压水平来检测是否存在总线线路相对工作电压或地的短路。然后，作为反应，该控制设备可以发起故障通知或者其它适合的报警措施或应对措施。在此充分利用了：由于总线线路相对工作电压或地的短路，在中间抽头处的电压水平也被拉向该电位。该变化然后可以通过该控制设备检测到，其中所述元件阻止了在中间抽头处的电位由于参考电压源而保持恒定，而是可以漂移。在此，所述控制设备也可以构造为开关。
在一个实施方式中，所述元件被构造为高欧姆电阻，使得在相对地短路的情况下，经过该元件的电流很小。优选地，该电阻大于1MΩ。该电阻可以被实现为欧姆电阻或者通过晶体管电路来实现。
在另一实施方式中，参考电压源的电压水平是工作电压的一半。因此，在中间抽头处的电压水平正好处在由于短路引起的两个极端之间、即地与工作电压之间。这相对应地简化了对短路的检测，因为在中间抽头处的电压变化具有相对应地高的偏移（Hub）。
在另一实施方式中，通过控制设备的微处理器来进行分析。
在另一实施方式中，在中间抽头与控制设备的微处理器之间布置有A/D转换器，这使得数字分析成为可能。
在另一实施方式中，至少一个共模扼流圈集成到总线线路中或者集成到控制设备中。
在另一实施方式中，该控制设备被构造为使得中间抽头的电压水平至少在预先给定的观察时间的跨度上被分析，其中只有当该电压水平在观察时间的跨度上已经从基于参考电压源的电压水平变化到另一电位（地或者工作电压）上时，才推断出短路。在此，观察时长优选地>1ms。由此防止了由于高频EMV干扰或者干扰脉冲引起的共模干扰被理解为短路。
该总线系统的一个优选的应用领域是在机动车中的应用。
附图说明
在下文中依据一个优选的实施例进一步阐述本发明。唯一的附图示出了总线系统的一部分。
具体实施方式
总线系统1包括第一控制设备2和第二控制设备3。控制设备2、3分别具有总线驱动器4和微处理器5，所述总线驱动器4和微处理器5未对第二控制设备3示出。控制设备2、3或其总线驱动器4通过两条总线线路6、7彼此连接。在控制设备2、3中分别布置有耦合电容器C1、C2。此外，共模扼流圈CMC（Common Mode Choke）被集成到控制设备2、3中。耦合电容器C1、C2和共模扼流圈CMC在此布置在总线驱动器4与总线线路6、7之间。控制设备2、3还具有终端网络8，所述终端网络8由两个电阻R1、R2和一个电容器C3组成。在此，电阻R1与总线线路6连接，且电阻R2与另一总线线路7连接，其中两个电阻R1、R2在终端网络8的中间抽头9处彼此连接。终端网络8的电容器C3处在中间抽头9与地之间。参考电压源10通过高欧姆电阻R3与中间抽头9连接。在此，参考电压源10的电压水平是工作电压UBAT的一半。此外，第一控制设备2的微处理器5通过A/D转换器11与中间抽头9连接。
在正常运行中，中间抽头9处在参考电压源10的电压水平上，因为电容器C3在直流电压技术上是无穷大的电阻。A/D转换器11将该模拟的电压值转换成数字信号，所述数字信号由微处理器5来分析。现在，如果发生总线线路6、7之一相对地的短路，那么中间抽头9的电位也被拉向地电位。相对应地，在总线线路6、7相对工作电压UBAT短路时，在中间抽头9处的电压水平被拉向工作电压UBAT。
然后，该电压变化由微处理器5来检测，所述微处理器5然后可以发起相对应的措施。为了将短路与由于EMV信号或者干扰脉冲引起的临时干扰区分开，微处理器5对被改变的电压水平的时长进行分析。也就是说，只有当在中间抽头9处的电压水平的变化在例如大于1ms的更长的时间段的跨度上保持时，才识别出短路。

Claims (8)

1.具有至少两个控制设备（2、3）的总线系统（1），所述至少两个控制设备分别具有总线驱动器（4），其中所述总线驱动器（4）通过至少两条总线线路（6、7）彼此连接，在所述总线线路处分别布置有至少一个耦合电容器（C1、C2），其中终端网络（8）连接到所述总线线路（6、7），所述终端网络由至少两个电阻（R1、R2）和一个电容器（C3）组成，其中两个电阻（R1、R2）分别与所述总线线路（6、7）之一连接并且在中间抽头（9）处彼此连接，其中所述终端网络（8）的电容器（C3）处在所述中间抽头（9）与地连接端之间，
其特征在于，
所述总线系统（1）具有参考电压源（10），其中所述参考电压源（10）通过元件与所述中间抽头（9）连接，其中所述参考电压源（10）的电压具有在所述总线系统（1）的工作电压（UBAT）与地之间的值，其中至少一个控制设备（2、3）被构造为使得在所述中间抽头（9）处的电压水平被检测，并且所述控制设备（2、3）根据所检测的电压水平来检测是否存在总线线路（6、7）相对工作电压（UBAT）或地的短路。
2.根据权利要求1所述的总线系统，其特征在于，所述元件被构造为高欧姆电阻（R3）。
3.根据权利要求1或2所述的总线系统，其特征在于，所述参考电压源（10）的电压水平是工作电压（UBAT）的一半。
4.根据权利要求1或2所述的总线系统，其特征在于，所述控制设备（2、3）的微处理器（5）对所述中间抽头（9）的电压水平进行分析。
5.根据权利要求4所述的总线系统，其特征在于，在所述中间抽头（9）与所述微处理器（5）之间布置有A/D转换器（11）。
6.根据权利要求1或2所述的总线系统，其特征在于，向所述总线线路（6、7）或者所述控制设备（2、3）中集成共模扼流圈（CMC）。
7.根据权利要求1或2所述的总线系统，其特征在于，所述控制设备（2、3）被构造为使得所述中间抽头（9）的电压水平至少在预先给定的观察时间的跨度上被分析，其中只有当所述电压水平在所述观察时间的跨度上已经从基于所述参考电压源（10）的电压水平变化到另一电位上时，才推断出短路。
8.用于诊断在总线系统（1）中的总线线路（6、7）的短路的方法，其中所述总线系统（1）包括至少两个控制设备（2、3），所述至少两个控制设备分别具有总线驱动器（4），其中所述总线驱动器（4）通过至少两条总线线路（6、7）彼此连接，在所述总线线路处分别布置有至少一个耦合电容器（C1、C2），其中终端网络（8）连接到所述总线线路（6、7），所述终端网络由至少两个电阻（R1、R2）和一个电容器（C3）组成，其中两个电阻（R1、R2）分别与所述总线线路（6、7）之一连接并且在所述终端网络（8）的中间抽头（9）处处在所述中间抽头（9）与地连接端之间，其中具有工作电压（UBAT）与地之间的电压水平的参考电压源（10）通过元件与所述中间抽头（9）连接，其中至少一个控制设备（2、3）检测在所述中间抽头（9）处的电压水平并且当所述电压水平从基于所述参考电压源（10）的所设定的电压水平变化了预先给定的值时识别出短路。
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