CN108353012B - 用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于在经由总线系统（1；2）接收数据时选择性地消隐总线振荡的装置（144）和方法。该装置包括监控元件（1441），用于监控在总线系统（1；2）的总线线路（60）上的总线信号（CAN_H,CAN_L）的差，以及掩蔽元件（1442），用于如果监控元件（1441）的监控结果得出：在总线信号（CAN_H,CAN_L）由显性状态过渡到隐性状态（96,95）之后，总线信号（CAN_H,CAN_L）的振荡超过至少一个预确定的阈值（RTH1，RTH2，RTH3），则将总线信号（CAN_H,CAN_L）的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间（tmask）。

Description

用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的装 置和方法

技术领域

本发明涉及用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡以补偿从专业人员角度看在交通工具应用中越来越低劣地实施的终止和总线线路拓扑的一种装置和一种方法。

现有技术

CAN总线系统被应用于传感器和控制设备之间（例如在汽车内）的通信。在CAN总线系统的情况下借助CAN协议传输消息，如在ISO11898的CAN规范中描述的。

在CAN总线系统的情况下，在所有协议部分中的比特率是相同的。最大比特率为1Mbit/s（兆比特/秒），也即比特时间tbit是1μs。在CAN协议的进一步开发情况下，也即在CAN FD（带有灵活数据率的CAN）的情况下，相比经典CAN协议，在仲裁阶段结束时用于随后的数据阶段的数据率或比特率被提高到例如2Mbit/s或者5Mbit/s。由此，相应地随之而来的是缩短的比特时间tbit，例如在数据率或比特率为5Mbit/s时tbit=200ns。这更确切地作为带有CAN FD的CAN协议规范被描述于当前ISO标准11898-1（在开发中）或者规范“CANwith Flexible Data-Rate,Specification Version 1.0（2012年4月17日出版）”中。

根据CAN物理层标准

，CAN总线系统被构建为：将至少两个用户站或者节点（如传感器或控制设备等）分别用分支线路与总线线路连接。总线线路理想情况下分别利用在两个总线线路端部处的终端电阻结束或终止。该拓扑理想情况下在总线状态从显性向隐性或者反过来变换时不显示出振荡过程。根据CAN物理层标准

，只应使用这种拓扑。

当前注意到：在实际中相反总是更频繁地使用带有仅仅一个终端电阻的所谓的星形拓扑。这尤其是在制造交通工具的情况下是有利的，因为这使得制造过程和中间控制变得容易。但是，这种拓扑和终止有不好的特性，尤其是在总线信号由显性向隐性过渡时，即如果收发器末级关断，则振荡形式的强烈动力留在总线线路上。在最坏情况下，这些振荡在信号比特的整个比特时间tbit上都不衰减，然后由于下面描述的事实而不期望地在用于接收用户站的接收信号RX的端子上被识别为振荡。

标称比特时间N被划分为四个阶段，Sync_Seg(N)阶段、Prop_Seg(N)阶段、阶段-Seg1(N)阶段和阶段-Seg2(N)阶段。这里，Sync_Seg(N)阶段包括标称比特时间N的1/N，Sync_Seg(N)阶段包括标称比特时间N的5/N，以及阶段-Seg1(N)阶段和阶段-Seg2(N)阶段分别包括标称比特时间N的4/N。

在接收用户站处，在标称比特时间N内的可设定的时间点处对比特（Bit）进行扫描。该可设定的时间点也称为扫描点或者采样点。扫描点通常在阶段_Seg1和阶段_Seg2之间予以编程。只有当在该扫描点的时间处在接收节点上有相应的新总线状态时，该新总线状态才也被识别出。

因此，总线电压的由于总线系统的不专业的终止和拓扑而引起的长期持续振荡是在前面描述的当前真实条件下难以或阻止在接收用户站处进行无误数据接收的因素。在CAN FD的情况下，难以或阻止在接收用户站处进行无误数据接收的另一因素是比特时间tbit由于比特率上升而变短。

发明内容

因此本发明的任务在于，提供用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的一种装置和一种方法，所述装置和方法解决了上述问题。尤其是，应当提供用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的一种装置和一种方法，利用所述装置和方法可以补偿从专业人员角度看在交通工具应用中越来越低劣地实施的终止和CAN总线线路拓扑。

该任务通过带有权利要求1的特征的、用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的装置来解决。该装置包括用于监控在总线系统的总线线路上的总线信号的差的监控元件，以及如果监控元件的监控结果得出“在总线信号由显性状态过渡到隐性状态之后，总线信号的振荡超过至少一个预确定的阈值”则将总线信号的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间的掩蔽元件。

利用该装置，即使由专业人员的视角看比在CAN物理层标准ISO11898-2/-5/-6中设定的更低劣地实施总线拓扑，也可以实现正确的数据接收。由此，交通工具的制造过程和在交通工具制造时的中间控制变得容易，而不会使得在交通工具中使用的总线系统的传输特性恶化。

对于总线系统的应用者来说，该装置还能够在针对比特的比特时间（对于显性比特来说在图中被示为tdom）内实现时间上更长的阶段，以便在系统设计时对扫描点或采样点进行参数化或编程。

此外，该装置还具有对硅面积非常小的需求，由此具有非常低的制造成本。

该装置的另外的优点在于，该装置在按照CAN协议或CAN FD协议的仲裁阶段期间适配于各种应用，如总线拓扑和终止。

该装置也可以简单地事后添加到现有总线系统中。

该装置的有利的其他扩展方案在从属权利要求中予以说明。

可能的是：该监控元件被设置用于监控接收比较器的输出端，在该接收比较器的至少两个输入端中馈入总线信号的差，和/或掩蔽元件被构造用于将用户站的接收信号驱动器在预确定的掩蔽时间期间保持在隐性状态。

按照一种实施变型，针对显性比特的比特时间的测定和掩蔽时间可以依据该用户站作为总线信号的接收器还是作为发射器来反应而变化。

监控元件可以被构造为：作为接通掩蔽元件的前提条件，对从总线信号中产生的信号的负值上的接收阈被超过的次数进行计数，和/或监控元件可以被构造为：对两个接收阈或者三个不同接收阈被超过的次数进行计数。

有利地，第一接收阈具有比第二接收阈小的电压值，并且该掩蔽元件被构造用于：当第二接收阈被超过的次数比第一接收阈被超过的次数少时，将从总线信号中产生的信号的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间。代替地或附加地，监控元件可以被构造为：借助第三接收阈来检验在该信号的负值上的超过次数。代替地或附加地，掩蔽元件可以被构造为，仅当从显性向隐性进行状态变换并且低于第三接收阈时，才在所述掩蔽时间期间掩蔽比特时间之后的数字接收信号。

前面描述的装置可以是用于总线系统的用户站的发送/接收模块的部分。

前面描述的发送/接收模块可以是用于总线系统的用户站的部分。用户站此外可以具有CAN控制器和用于容纳发送/接收模块的系统ASIC，其中前面描述的装置连接在发送/接收模块的接收比较器的输出端与用于CAN控制器的接收信号的信号驱动器的输入端之间。

优选地，用于用户站的总线信号按照CAN协议和/或CAN FD协议和/或TTCAN协议来予以构建。

前面描述的装置也可以是总线系统的部分，该总线系统具有总线线路和至少两个用户站，所述用户站借助用于通信的总线线路相互连接。这里，用户站的至少之一可以具有前面描述的装置。

前述任务此外通过具有权利要求10的特征的、用于在经由总线系统接收数据时选择性地消隐总线振荡的方法来解决。该方法包括步骤:利用监控元件监控在总线系统的总线线路上的总线信号差，以及如果监控元件的监控结果得出：在总线信号由显性状态过渡到隐性状态之后，总线信号的振荡超过至少一个预确定的阈值，则利用掩蔽元件将总线信号的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间。

该方法实现了与前面参照装置所说明的相同的优点。

本发明的另外的可能的实施也包括前面或后面关于实施例所描述的特征或实施方式的没有明确提及的组合。在此，专业人员也可以添加各个方面作为对本发明各个基本方式的改善或补充。

附图说明

下面参照附图并且借助实施例进一步描述本发明。其中：

图1示出了按照第一实施例的总线系统的简化的框图；

图2示出了在图1的总线系统中的用户站的简化框图；

图3示出了图1的总线系统的用户站的发送信号TX的一部分的例子；

图4示出了总线信号CAN_H和CAN_L，它们是图3的发送信号TX的结果；

图5示出了差电压V_DIFF的模拟信号，该信号由于图3的发送信号TX而出现在两个总线线路CAN_H和CAN_L之间；

图6示出了接收器输出信号REC_O，其由于图3的发送信号TX而出现在用户站上；

图7示出了带有按照第一实施例的装置的用户站的接收信号RxD1与在按照第一实施例的总线系统情况下传统用户站的接收信号RxD2的叠加图示；

图8示出了差信号VDIFF，其来自图3的发送信号TX，在该发送信号上描绘了附加的接收阈；以及

图9示出了按照第二实施例的总线系统的简化框图。

只要不另外说明，在这些图中相同的或功能相同的元件被设置有相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出了总线系统1，其可以被应用在交通工具，尤其是机动车、飞机等中，或被应用在医院等中。

在图1中，总线系统1具有第一用户站10、第二用户站20、第三用户站30、第四用户站40、第五用户站50、总线线路60和终端电阻70。

总线系统1例如可以是CAN总线系统或CAN-FD总线系统等。一般而言，总线系统1在本实施例中是为通信而设计的，在该通信的情况下至少暂时地保证用户站10至50之一对总线线路60的排他的、无冲突的访问。

第一用户站10例如可以是机动车的控制设备。第二、第四和第五用户站20、40、50例如可以分别是机动车的传感器。第三用户站30例如可以是机动车的显示装置。

图2更确切地示出了用户站10关于其CAN模块的构造。其他用户站20至50的CAN模块分别以与用户站10的CAN模块相同的方式来予以构建。

用户站10在很多部分上以与带有CAN模块的常规用户站相同的方式予以构建。因此，下面仅仅描述用户站10的一些与带有CAN模块的常规用户站不同或者为描述本发明而列举的部分。

用户站10的CAN模块具有系统ASIC 10A和集成的发送/接收模块10B，该发送/接收模块10B经由系统ASIC 10A与CAN控制器10C连接。在系统ASIC 10A处，设置有用于来自CAN控制器10C的发送信号TxD和针对CAN控制器10C的接收信号RxD的数字端子TxD和RxD。

在发送/接收模块10B处，为了连接至总线线路60而设置有端子CAN_H、CAN_L，这些端子经由在CAN模块外部的电阻RL/2相互连接。这两个电阻RL/2的连接可以一方面经由电容器C与地连接，而另一方面与端子VSPLIT连接。在端子CAN_GND处，发送/接收模块10B与地连接。此外，发送/接收模块10B具有端子CAN_SUPPLY，经由该端子将经由滤波器80的用于发送/接收模块10B的供电电压馈入，该供电电压具有为5V的值。

此外，用户站10的发送/接收模块10B具有ESD保护单元11、可以可选地使用的或现有的VSPLIT单元12、发送单元13、接收单元14、唤醒单元15（该唤醒单元也可以被称为唤醒逻辑电路）、数字单元16和输入/输出单元17。发送单元13除了具有未进一步示出的由MOS-FET和二极管组成的电路之外，还具有TxD驱动器或发送信号驱动器131。接收单元14除了具有未进一步示出的由电阻组成的电路之外，还具有总线预电压装置141、用于接收唤醒脉冲的唤醒脉冲接收器142、接收比较器143和装置144。输入/输出单元17具有TX驱动器171和RxD驱动器或接收信号驱动器172。

装置144具有监控元件1441和掩蔽元件1442。可选地，该装置144也可以具有滤波器1443。监控元件1441可以被实施为带有三个接收阈RTH1、RTH2和RTH3的逻辑电路，如参照图8示出和阐述的。

图3示出了数字发送信号TxD，其在端子TxD处由CAN控制器10C输入给发送单元13,由此发送信号TxD借助发送单元13在端子CAN_H和CAN_L处被发送到总线线路60上。

图4示出了在总线线路60上由数字发送信号TxD得到的信号CAN_H和CAN_L。

此外，端子CAN_H的信号还施加在接收比较器143的第一输入端上。端子CAN_L的信号还施加在接收比较器143的第二输入端上。因此，从CAN总线线路60进入的信号就其幅度来说被划分地施加在接收比较器143的输入侧上。在图5中所示的差电压VDIFF以被划分的形式施加在接收比较器143的输入端之间。在接收器143的输出端上输出按照图6的接收器输出信号REC_O，该接收器输出信号经由直至三个输入端被输入到装置144中。接收信号驱动器172从装置144的输出中形成按照图7的数字接收信号RxD1。

如结合图3至7可看出的，在用户站10中，发送单元13将到达TxD端子的、按照图3的电平91、92翻译成在CAN总线线路60上的显性和隐性状态，如在图4中所示。接收单元14借助按照图5的差电压VDIFF上的接收阈值THRX将总线状态—即显性和隐性—检测为按照图6的接收器输出信号REC_O。检测到的总线状态在RxD端子上作为电平97、98输出，如在图7中所示。这里，显性电平98在时间tdom期间就绪。跟随着显性电平98的隐性电平97在时间tmask期间被保持，如后面更详细地描述的。

VDIFF是在两个总线线路CAN_H和CAN_L之间的模拟差电压。这里，VDIFF=CAN_H-CAN_L。差电压VDIFF针对隐性比特为0V，针对显性比特典型地为2V。

在用户站10的运行中，在接收比较器143（图2）的输入端上施加通过电阻RL/2划分的总线电压。接收比较器143将这些被划分的电压的差转换为接收器输出信号REC_O,该接收器输出信号经由装置144并且借助接收信号驱动器172（图2）被驱动至用于用户站10的CAN控制器10C的RxD端子，如在图2中所示。

常规地，在CAN收发器的情况下仅仅使用一个切换阈或接收阈RTH1来区别显性总线状态和隐性总线状态。为此，接收比较器143的一个输出端就足以显示两个阈观察的结果。这里，接收比较器143将被划分的差电压VDIFF与接收阈RTH1比较。

由于为了应用本发明现在使用两个另外的接收阈RTH2和RTH3来识别差电压VDIFF的振荡幅度，因此接收比较器143具有三个输出端，以便显示这些阈观察的结果。

接收比较器143的直至三个输出端被提供为装置144的输入端。

装置144利用其监控元件1441（图8）在用户站10的正常运行期间监控接收比较器143的直至三个输出端143A（图2）。如果通过该监控在隐性状态95（图6）之后确定在至少一个显性状态时间或比特时间tdom期间是显性总线状态96（图6），如在图6和图7中所示，那么可以随着在总线线路60上的下一个状态变化、也即由显性至隐性的状态变化将接收信号驱动器172在时间tmask期间保持为隐性，其中所述时间tmask在图7中示出。由此实现了：对于高比特率和坏终止来说典型的差电压VDIFF的振荡（图5）不会影响在比特的图7中所示扫描点AP的时间处隐性状态的识别。按照图7的时间tdom和tmask与被发送并且被传输的信号的比特率有关并且与总线拓扑有关。

为了不受非常短的干扰脉冲影响，可以利用图2的滤波器1443来对触发边缘的检测进行滤波，所述触发边缘也即在图6中的从显性状态96至隐性状态95的过渡。

振荡识别的鲁棒性可以通过借助图8更详细阐述的预防措施来实现。

如在图8中所示，在装置144的情况下除了典型的接收阈RTH1之外，还引入另外的接收阈RTH2。此外，还设置有另外的接收阈RTH3，该接收阈RTH3对VDIFF的负值进行检验。

由接收比较器143的输出端馈电的监控元件1441对三个接收阈RTH1、RTH2和RTH3被超过的次数进行计数。在由于坏终止引起的典型振荡情况下，接收阈RTH2被超过的次数比接收阈RTH1被超过的次数少。

对VDIFF的负值进行检验的另外的接收阈RTH3可以附加地或者单独地用作激活掩蔽元件1442的前提条件。因此，按照图7，仅当进行状态变化（边缘）并且低于接收阈RTH3时，在比特时间tdom之后的数字接收信号RxD才在掩蔽时间tmask期间被掩蔽。

由于如下事实，即这种振荡识别是在已经就绪的比特期间进行的，因此这些机制可以在以较低比特率执行的仲裁中被激活。如果这些机制起作用，那么对于就绪的数据阶段来说，图2的接收信号驱动器172如上所描述地在时间tmask期间被掩蔽。

时间tdom和tmask的测定可以依据用户站10是发送器10还是接收器而变化。这里，用于显性比特的比特时间tdom的测定和掩蔽时间tmask有利地依据该用户站10作为总线信号CAN_H和CAN_L的接收器还是作为发射器来反应而变化。这具有以下优点：依据该总线拓扑，可以在掩蔽特性方面不同地参数化各个其中可预期更强振荡的节点或用户站10、20、30。

因此如前面所述，装置144（图2和图8）观察接收比较器143的输出端（图2）。如果在比特时间期间接收信号RxD（图7）的显性电平在该输出端上就绪，那么将朝向隐性的每下一个状态变换用于将后接的接收信号驱动器172（图2）在预确定的时间tmask期间保持为隐性。

由此，因总线振荡出现的状态变化可以借助装置144来予以抑制。

图9示出了按照第二实施例的总线系统2。按照第二实施例的该总线系统2的大多数部件以与参照第一实施例的总线系统1所描述的相同的方式予以构建。

但是与按照第一实施例的总线系统1不同，按照第二实施例的总线系统2具有两个终端电阻70，这些终端电阻分别设置在总线线路60的端部。由此，总线系统2构成按照CAN规范的总线拓扑，如在ISO11898中描述的。这种总线拓扑也可以被称为ISO总线拓扑。

用户站10至50也在总线系统2的情况下以与参照前述实施例描述并且在图2中示出的相同的方式来予以构建。

基于总线系统2的ISO总线拓扑，用户站10至50在仲裁阶段中识别出：在发送信号TX由显性向隐性的状态变换时不出现振荡，如在图4中参照在前实施例所描述的。因此，装置144可以将掩蔽时间tmask一直减少至零值，以便将接收信号驱动器172在确定的时间期间保持为隐性状态。这意味着，不必抑制由于总线振荡而出现的状态变化。因此，装置144在仲裁阶段期间适配于不同应用，如总线拓扑和通过终端电阻70的终止。

总线系统1、2、用户站10至50、总线线路60和本方法的所有前面描述的扩展方案可以单独地或者以所有可能的组合形式被应用。尤其是，前面描述的实施例的所有特征可以任意组合或者也可以被去掉。附加地，可以设想尤其是下面的修改。

借助基于CAN协议的总线系统描述了按照实施例的、带有总线线路60的总线系统1、2。但是按照所述实施例的总线系统也可以是其他类型的通信网络。有利、但并非强制的前提是：在通信系统1的情况下在第一总线系统中至少在确定的时间段期间保证用户站10至50对公共信道的排他的、无冲突的访问。

用户站10至50的数量是可以任意选择的。也可以仅仅存在用户站10至50中的两个用户站。在总线系统1、2中也可以仅仅存在用户站10或用户站20或用户站30等。

装置144不必是用户站10至50之一的CAN模块的部分。装置144也可以作为在用户站10至50之一的CAN模块外部的单独装置来提供。这尤其是有利于再装配现有的CAN总线系统1、2。

Claims (9)

1.一种用于在经由总线系统（1；2）接收数据时选择性地消隐总线振荡的装置（144），该装置具有：

监控元件（1441），用于监控在所述总线系统（1；2）的总线线路（60）上的总线信号（CAN_H,CAN_L）的差，以及

掩蔽元件（1442），用于如果所述监控元件（1441）的监控结果得出：在所述总线信号（CAN_H,CAN_L）由显性状态过渡到隐性状态（96,95）之后，所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的差的振荡超过至少一个预确定的阈值（RTH1，RTH2，RTH3），则将所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间（tmask）。

2.如权利要求1所述的装置（144），

其中，所述监控元件（1441）被设置用于监控接收比较器（143）的输出端（143A），在该接收比较器的至少两个输入端中馈入所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的差，和/或

其中，所述掩蔽元件（1442）被构造用于将用户站（10；20；30；40；50）的接收信号驱动器（172）在所述预确定的掩蔽时间（tmask）期间保持为隐性状态。

3.如权利要求2所述的装置（144），其中，用于显性比特的比特时间的测定和所述预确定的掩蔽时间（tmask）依据所述用户站（10；20；30；40；50）作为所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的接收器还是作为发射器来反应而变化。

4.如前述权利要求之一所述的装置（144），其中，

所述监控元件（1441）被构造为，作为接通所述掩蔽元件（1442）的前提条件，对从所述总线信号（CAN_H,CAN_L）中产生的信号（VDIFF）的负值超过接收阈（RTH3）的次数进行计数，和/或

所述监控元件（1441）被构造为：对两个接收阈（RTH1，RTH2）或者三个不同接收阈（RTH1，RTH2，RTH3）被超过的次数进行计数。

5.如权利要求4所述的装置（144），

其中，第一接收阈（RTH1）具有比第二接收阈（RTH2）小的电压值，以及所述掩蔽元件（1442）被构造用于，当第二接收阈（RTH2）被超过的次数比第一接收阈（RTH1）被超过的次数少时，将从所述总线信号（CAN_H,CAN_L）中产生的信号（VDIFF）的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间（tmask），和/或

所述监控元件（1441）被构造为，借助第三接收阈（RTH3）检验该信号（VDIFF）的负值的超过次数，和/或

其中所述掩蔽元件（1442）可以被构造为，仅当进行从显性向隐性的状态变换并且低于第三接收阈（RTH3）时，才在所述掩蔽时间（tmask）期间掩蔽在比特时间（tdom）之后的数字接收信号（RxD）。

6.一种用于总线系统（1；2）的用户站（10；20；30；40；50）的发送/接收模块（10B），其中该发送/接收模块（10B）具有如权利要求1至5之一所述的装置（144）。

7.一种用于总线系统（1；2）的用户站（10；20；30；40；50），所述用户站具有CAN控制器（10C），

如权利要求6所述的发送/接收模块（10B），以及

用于容纳所述发送/接收模块（10B）的系统ASIC（10A），

其中，该装置（144）连接在所述发送/接收模块（10B）的接收比较器（143）的输出端和用于CAN控制器（10C）的接收信号（RxD）的信号驱动器（172）的输入端之间。

8.一种总线系统（1；2），具有：

总线线路（60），以及

至少两个用户站（10；20；30；40；50），所述至少两个用户站借助用于通信的总线线路（60）相互连接，

其中所述用户站（10；20；30；40；50）的至少之一具有如权利要求1至5之一所述的装置（144）。

9.一种用于在经由总线系统（1；2）接收数据时选择性地消隐总线振荡的方法，该方法具有步骤:

利用监控元件（1441）监控在所述总线系统（1；2）的总线线路（60）上的总线信号（CAN_H,CAN_L）的差，以及

如果所述监控元件（1441）的监控结果得出：在所述总线信号（CAN_H,CAN_L）由显性状态过渡到隐性状态（96,95）之后，所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的振荡超过至少一个预确定的阈值（RTH1，RTH2，RTH3），则利用掩蔽元件（1442）将所述总线信号（CAN_H,CAN_L）的振荡掩蔽预确定的掩蔽时间（tmask）。

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