CN111713078A - 用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中发送消息的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于总线系统（1）的用户站（20；30）以及一种用于在总线系统（1）中以不同的位速率发送消息的方法。用户站（20；30）包括用于将消息（4；5）发送到总线系统（1）的总线线路（3）上的发送级（2200），其中发送级（2200）具有输出级（225、226、2270、2280），其用于对于消息（5）在高总线状态（461）和低总线状态（471）之间切换差分总线信号（CAN_EL_H；CAN_EL_H），并且其中发送级（2200）被构建为使得对于用于传输消息（5）的数据的至少一个阶段，差分总线信号（CAN_EL_H；CAN_EL_H）对于低总线状态（471）具有相同的电平，并且低欧姆地驱动低总线状态（471）。

Description

用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中发送消 息的方法

技术领域

本发明涉及一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中发送消息的方法，所述串行总线系统以高的数据速率和大的差错鲁棒性（Fehlerrobustheit）工作。

背景技术

总线系统经常被用于例如在车辆中在传感器和控制设备之间进行通信，在所述总线系统中，数据在作为具有CAN FD的CAN协议规范的标准ISO11898-1：2015中作为消息被传输。在总线系统的总线用户、例如传感器、控制设备、传送器（Geber）等之间传输消息。

随着技术设备或车辆的功能数量升高，总线系统中的数据流量也增加。此外还通常需要能够比迄今更快地将数据从发送机传输到接收机。其结果是总线系统的所需的带宽将进一步升高。

为了能够以比在CAN情况下更高的位速率传输数据，以CAN FD消息格式创造了用于在一个消息之内转换到更高位速率的选项。在这种技术情况下，通过在数据字段的区域中使用更高计时（Taktung）来使最大可能的数据速率升高超过1 MBit/s的值。这样的消息随后也被称为CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD情况下，有用数据长度从8扩展到高达64字节，并且数据传输速率比在CAN情况下明显更高。

即使基于CAN或CAN FD的通信网络在例如其鲁棒性方面提供非常多的优点，但与在例如100 Base-T1以太网情况下的数据传输相比，具有明显较低的快速性。此外，迄今利用CAN FD实现的高达64字节的有用数据长度对于一些应用而言太小了。

发明内容

因此，本发明的目的是提供解决先前提及的问题的用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中发送消息的方法。尤其是应该提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中发送消息的方法，其中可以在打的差错鲁棒性情况下实现高数据速率和每帧有用数据量的升高。

该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的用户站来解决。所述用户站包括用于将消息发送到所述总线系统的总线线路上的发送级，其中所述发送级具有输出级，所述输出级用于对于消息在高总线状态和低总线状态之间切换差分总线信号，以及其中所述发送级被构建为使得对于用于传输消息的数据的至少一个阶段，所述差分总线信号对于所述低总线状态具有相同的电平，并且低欧姆地驱动（treiben）低总线状态。

利用用户站，可以实现位速率并且从而从发送机到接收机的传输速度的显著升高。然而，在此情况下同时保证大的差错鲁棒性。

基于用户站的构型，不再需要差错帧（Error-Frames（出错帧））。这一起有助于实现至少10 Mbps的净数据速率。此外，有用数据的大小还可以为每帧高达4096字节。

另一优点在于，可以根据需求通过交换机将多个域相互连接。这降低在技术设备或车辆的各个部件之间的接线耗费。尤其是在车辆情况下，这在较小的时间耗费、减少的材料使用以及由此减轻的重量方面是特别明显的得分。

如果在总线系统中还存在根据CAN协议和/或CAN FD协议发送消息的至少一个CAN用户站和/或至少一个CAN FD用户站，则也可以使用由用户站执行的方法。

在从属权利要求中说明用户站的有利的其他构型。

根据一个特定实施例变型，所述发送级被设计用于当可以从所述消息中发送第一阶段的数据时，切换到对于消息具有两个不同的第一总线状态的第一运行方式，其中所述第一阶段的数据能够以第一位速率被发送，并且其中所述发送级被设计用于当可以从消息中发送第二阶段的数据时，切换到对于消息具有高总线状态和低总线状态的第二运行方式，所述第二阶段的数据能够以比第一位速率更快的第二位速率被发送。

根据另一特定实施变型，所述发送级被设计用于仅当在预定时间内对于所述用户站保证对所述总线系统的总线线路的排他、无冲突的访问时，才切换到第二运行方式用于发送数据。

在一种实施例情况下，所述发送级具有第一输出级，其连接在用于电压供应的端子和总线线路的第一总线芯线之间；第二输出级，其连接在总线线路的第二总线芯线和用于接地的端子之间；第三输出级，其连接在总线线路的第一总线芯线和作为用于低总线状态的参考的第一电压源之间；以及第四输出级，其连接在作为用于低总线状态的参考的第二电压源和总线线路的第二总线芯线之间。

可设想的是，所述第一和第四输出级具有PMOS晶体管，以及所述第二和第三输出级具有NMOS晶体管。

所述发送级可能地被设计用于对于所述低总线状态减小或关断所述第一和第二输出级的驱动能力，并且将所述第三和第四输出级切换为导通的。

可能的是，所述消息具有带有可变长度的数据字段，其中所述可变长度为在1字节至4096字节之间。

先前描述的用户站可以是总线系统的一部分，所述总线系统此外包括并行总线线路以及至少两个用户站，所述用户站经由所述总线线路相互连接，使得所述用户站可以彼此通信。在此情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是先前描述的用户站。

先前所提及的任务此外通过根据权利要求9所述的用于在串行总线系统中发送消息的方法来解决。所述方法包括以下步骤：利用总线系统的用户站的发送级将消息发送到所述总线系统的总线线路上，其中具有输出级的发送级对于消息在高总线状态和低总线状态之间切换差分总线信号，以及其中所述发送级被构建为使得对于用于传输所述消息的数据的至少一个阶段，所述差分总线信号对于所述低总线状态具有相同的电平，并且低欧姆地驱动所述低总线状态。

该方法提供与先前关于用户站所提及的优点相同的优点。

本发明的其他可能实现还包括先前或随后关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提及的组合。在此，本领域技术人员也将添加单方面作为对本发明的各自基本形式的改善或补充。

附图说明

随后参照附图并且根据实施例更详细地描述本发明。其中：

图1示出根据第一实施例的总线系统的简化框图；

图2示出用于阐明可以由根据第一实施例的总线系统的用户站发送的消息的结构的图解；

图3示出根据第一实施例的总线系统的用户站的发送级的电路图；

图4示出由根据第一实施例的发送级针对消息的一部分生成的差分总线信号CAN_H和CAN_L的时间电压变化过程的示例的图示；

图5示出在将根据第一实施例的发送级转换成比在图4情况下更快的数据传输运行方式之后总线信号的时间电压变化过程的示例的图示；

图6示出在第二实施例情况下针对消息的一部分的总线信号CAN_H和CAN_L的时间电压变化过程的示例的图示；

图7示出根据第二实施例的总线系统的用户站的发送级的电路图；

图8和图9分别示出在第三实施例情况下针对消息的不同部分的差分总线信号的时间电压变化过程的示例的图示；

图10示出根据第三实施例的总线系统的用户站的发送级的电路图；

图11和图12分别示出在第四实施例情况下针对消息的不同部分的差分总线信号的时间电压变化过程的示例的图示；

图13示出根据第五实施例用户站的发送级到总线系统的总线芯线上的耦合的电路图；和

图14示出根据第五实施例的修改用户站的发送级到总线系统的总线芯线上的耦合的电路图。

在图中，只要无另外说明，相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。

具体实施方式

作为示例，图1示出总线系统1，该总线系统尤其是基本地针对CAN总线系统、CANFD总线系统、CAN EL总线系统和/或其变型方案而设计的，如随后所描述的那样。总线系统1可以被使用在车辆、尤其是机动车、飞机等中或被使用在医院等中。

在图1中，总线系统1具有尤其是并行的总线线路3，大量用户站10、20、30连接到所述总线线路3上。消息4、5可以在各个用户站10、20、30之间以信号的形式经由总线线路3串行地被传输。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示设备等。

如图1中所示的，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线线路3上，即使这在图1中并未阐明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制各自用户站10、20、30经由总线线路3与连接到总线线路3上的用户站10、20、30中的另一用户站的通信。

通信控制装置11可以如传统的CAN控制器那样来实施。通信控制装置11创建并且读取第一消息4，例如经典CAN消息4。经典CAN消息4根据经典基本格式构建，其中在消息4中可以包括数量为高达8的数据字节。可替代地，经典CAN消息4被构建为CAN FD消息，其中可以包括数量为高达64的数据字节，所述数据字节此外还以与在经典CAN消息4情况下相比明显更快的数据速率被传输。在后一情况下，通信控制装置11如传统的CAN FD控制器那样来实施。

通信控制装置21创建并且读取第二消息5，所述第二消息5例如是经修改的CAN消息5。在此情况下，基于CAN EL格式来构建经修改的CAN消息5，这关于图2更详细化地予以描述。

通信控制装置31可以被实施用于根据需求为发送/接收装置32提供经典CAN消息4或CAN EL消息5或从该发送/接收装置32接收经典CAN消息4或CAN EL消息5。通信控制装置21创建并且因此读取第一消息4或第二消息5，其中第一和第二消息4、5通过其数据传输标准来区分，也即在这种情况下为CAN或CAN EL。可替代地，经典CAN消息4被构建为CAN FD消息。在后一种情况下，通信控制装置11如传统的CAN FD控制器那样来实施。

发送/接收装置12可以如传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。除了随后还要更详尽地描述的差异之外，发送/接收装置22可以被实施为CAN EL收发器。发送/接收装置32可以被实施用于根据需求为通信控制装置31提供按照当前的CAN基本格式的消息4或按照CAN EL格式的消息5或从该通信控制装置31接收按照当前的CAN基本格式的消息4或按照CAN EL格式的消息5。发送/接收装置22、32可以附加地或可替代地如传统的CAN FD收发器那样来实施。

利用两个用户站20、30可以实现具有CAN EL格式的消息5的构成和随后传输以及这样的消息的接收。

图2对于消息5示出如由发送/接收装置22或发送/接收装置32发送的CAN EL帧45。CAN-EL帧45为了在总线线路3上进行CAN通信被划分成不同的字段，即起始字段451、仲裁字段452、控制字段453、数据字段454、校验和字段455和结束字段456。

起始字段451例如具有也称为SOF位并且表明帧开始或帧起始（Start of Frame）的位。在仲裁字段452中包含用于标识消息的发送机的具有尤其是32位的标识符。在控制字段453中包含尤其是13位长的数据长度代码（Data-Length-Code（数据长度码）），其可以具有步长为1的高达4096的值。在数据字段454中包含CAN-EL帧或消息5的有用数据。根据数据长度代码的值，有用数据可以具有高达4096字节。在校验和字段455中包含关于包括填充位在内的数据字段454中的数据的校验和，所述填充位在分别10个相同的位之后由消息5的发送机作为反向位（inverses Bit）被插入。在结束字段456中包含至少一个应答位（Acknowledge-Bit）以及此外包含11个相同位的序列，所述相同位表明CAN EL帧45的结束。利用所述至少一个应答位通知：接收机是否已经在所接收的CAN EL帧45或消息5中发现了差错。

在用于发送仲裁字段452和结束字段456的阶段中，如在CAN和CAN-FD情况下那样使用物理层。在这些阶段期间重点是使用已知的CSMA/CR方法，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30同时访问总线线路3，而不破坏享有较高优先级的消息4、5。由此，可以相对简单地将其他总线用户站10、20、30添加到总线系统1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法导致，在总线线路3上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态可以由在总线线路3上具有显性状态的其他用户站10、20、30“超越”。在隐性状态下，在各个用户站10、20、30处高欧姆情况（Verhältnisse）占优势，这与总线布线的寄生物相组合地导致更长的时间常数。这导致在真实车辆使用中当今CAN FD物理层的最大位速率限制为当前的2Mbps。

只有当用户站20作为发送机赢得了仲裁并且用户站20作为发送机从而为了发送字段453到456而可以排他地访问总线系统1的总线线路3时，控制字段453和数据字段454才由消息5的发送机发送到总线线路3上。在仲裁时，借助于仲裁字段452中的标识符在用户站10、20、30之间逐位地商定：哪个用户站10、20、30想要发送具有最高优先级的消息4、5，并且因此在用于发送字段453到455的下一时间内可以排他地访问总线系统1的总线线路3。

只有当位时间明显大于总线系统1的任意两个用户站10、20、30之间的信号运行时间的两倍时，在帧45或消息4、5开头处的仲裁以及在帧45或消息4、5的结束处在结束字段456中的确认才是可能的。因此，在传输字段451、452、456时将仲裁阶段中的位速率选择得与在帧45的其余字段中相比更慢。

图3示出在本实施例情况下发送/接收装置22的发送级220的构型。接收级在图3中未示出，但是可以如用于CAN或CAN FD消息的传统接收级那样来实施。

在图3中，发送级220在其端子221、222处连接到并行总线线路3上、更确切地说对于CAN_H连接到其第一总线芯线41上和对于CAN_L连接到其第二总线芯线42上。在发送/接收装置12情况下设置端子223，用于为第一和第二总线芯线41、42进行电压供应。按照作为具有CAN FD的CAN协议规范的标准ISO11898-1：2015，尤其是可以利用例如大约2.5V的电压Vcc或CAN电源（CAN-Supply）来进行电压供应。但是，当然可以选择与电压Vcc不同的电压值。发送/接收装置22与地或CAN_GND的连接经由端子224实现。为了端接第一和第二总线芯线41、42，在所示示例情况下设置终端电阻或外部总线负载电阻43。

根据图3，发送级220具有用于第一总线芯线41的信号CAN_H的第一输出级225和用于第二总线芯线42的信号CAN_L的第二输出级226。此外，发送级220具有用于第一总线芯线41的第三输出级227和用于第二总线芯线42的第四输出级228。第一和第二输出级225和228分别具有二极管和PMOS晶体管（PMOS＝p导电或p沟道金属氧化物半导体）。第二和第三输出级226和227分别具有二极管和NMOS晶体管（NMOS＝n导电或n沟道金属氧化物半导体）。输出级225至228可以如用于CAN的传统输出级的相应输出级那样来设计。输出级225至228的晶体管可以在其栅极处分别直接地或经由开关229连接到端子211上。通信控制装置11的发送信号TxD从端子211被输入到发送级220中。两个开关229构成开关装置。两个开关229尤其可以共同地被切换。

在用于发送起始字段451、仲裁字段452和结束字段456的阶段中，发送/接收装置22在发送级220中仅激活用于第一总线芯线41的信号CAN_H的第一输出级225以及用于第二总线芯线42的信号CAN_L的第二输出级226，用以驱动显性总线状态。而第三和第四输出级227和228是非激活的，而且不仅对于隐性总线状态而且当发送级220必须驱动显性总线状态也是非激活的。例如，这可以通过将开关229切换到在图4中所示的断开位置来进行，或者如果输出级225至228的晶体管在其栅极处分别直接连接到端子211上，则仅经由端子211处的相应信号来进行。如果发送级220应该驱动隐性总线状态，则所有输出级225、226、227、228截止或是非激活的。因此，出现信号CAN_H、CAN_L，所述信号在图4中示出并且随后更加详尽地予以描述。

而在用于发送控制字段453、数据字段454和校验和字段455的阶段中，发送/接收装置22在发送级220中不仅激活用于第一总线芯线41上的信号411的第一和第三输出级225、227而且激活用于第二总线芯线42上的信号421的第二和第四输出级226、228，如随后更详尽地描述的那样。因此，所有输出级225至228在发送的该阶段中均是激活的，如随后更详尽地描述的那样。这可以例如通过将开关229切换到闭合位置来进行，在该闭合位置情况下，用于通信控制装置11的发送信号TxD的端子211连接到输出级227、228的各自晶体管的栅极上。可替代地，如先前提及的那样，也仅经由端子211处的相应信号对信号状态411、421进行切换是可能的。因此，出现信号411、421，如图5中所示的并且随后更加详尽地描述的那样。

在发送级220的在图4中所示的状态情况下，可以利用大约60欧姆的总线负载电阻43产生用于CAN_H、CAN_L的总线电平。而在其中图3中的开关229闭合的发送级220的状态情况下，可以利用大约90欧姆的总线负载电阻43产生总线电平。总线负载电阻43的转换尤其可以通过发送级220的相应的可选电阻230来进行，所述可选电阻可以与总线负载电阻43并联地连接。由此，可以引起有效总线负载电阻43或43、230的电阻值从在包括字段456、451、452的仲裁阶段中第一或较小电阻值改变为在包括字段453至455的数据阶段中第二或较大电阻值。如果不存在电阻230，则对于仲裁阶段和数据阶段，总线负载电阻43可以分别保持相同。尤其是，于是可以将总线负载电阻43选择为60和90欧姆之间的值、例如70欧姆或另一合适的值。

根据图4，利用发送级220仅不同地驱动差分信号CAN_H、CAN_L的显性状态。而对于隐性状态，在总线线路3上的总线电平等于例如大约2.5 V的电压Vcc或CAN电源。因此，对于电压VDIFF=CAN_H-CAN_L，对于隐性状态而言得出0V的值，而对于显性状态而言得出大约2.0V的值，如从图4可以看出的。

如果发送/接收装置22识别出仲裁阶段的结束，则将发送级220从图4中所示的状态转换到对于分别由发送级220产生的总线电平得出图5的信号变化过程的状态。

根据图5，在包括字段453至455的更快的数据阶段中，在从图4的状态转换之后对于信号411、421直接在切换之后达到空载状态idle_LP，在所述空载状态时在图5的特定示例情况下出现大约0V的总线电平。通常，在转换之后不应出现大约0V的总线电平的状态。然后达到空载状态idle，其中在图5的特定示例情况下，在达到与数据状态Data_0和Data_1相对应的总线状态之前，出现大约2.5V的总线电平。在此情况下，对于与数据状态Data_0相对应的总线状态，信号411经由第三输出级227的NMOS晶体管被拉至大约1.5V。而对于与数据状态Data_0相对应的总线状态，信号421经由第四输出级228的PMOS晶体管被拉至大约3.5V。通过经由第一输出级225的PMOS晶体管将信号411拉至大约3.5V并且经由第二输出级226的NMOS晶体管将信号421拉至大约1.5V的方式来实现Data_1。在所描述的状态情况下，在总线线路3上在状态Data_0时存在大约-0.6V和大约-2V之间的总线电平，并且在状态Data_1时存在大约0.6V和大约2V之间的总线电平。因此，在状态Data_0和Data_1时，信号421、411的电压差U_D通常具有大约1.4V的最大振幅。

换句话说，在根据图4的第一运行方式下，发送级220产生第一数据状态、例如Data_1作为对于总线线路的两个总线芯线41、42具有不同总线电平的总线状态，以及产生第二数据状态、例如Data_0作为对于总线线路3的两个总线芯线41、42具有相同总线电平的总线状态。

此外，如果第一数据状态、例如状态Data_1应该被驱动到总线线路3上，则发送级220在包括数据阶段的第二运行方式下对于根据图5的信号411、421的时间变化过程不仅将第一和第二输出级225、226切换为导通的，而且使输出级227、228截止。而如果第二数据状态、例如状态Data_0应该被驱动到总线线路3上，则发送级220将第三和第四输出级227和228切换为导通的，并且使输出级225、226截止。因此，在第二运行方式下，发送级220被设计用于产生第一和第二数据状态分别作为对于总线线路3的两个总线芯线41、42具有不同总线电平的总线状态。

通过所描述地转换发送级220可以在数据阶段中实现比利用CAN或CAN-FD远远更高的数据速率。此外，数据字段454中的数据长度可以被提高到高达4096字节。由此可以保留CAN在仲裁方面的优点，并且与迄今相比仍然可以在更短的时间内有效地传输更大数量的数据，也就是说不会由于差错而需要重复数据，如随后所阐述的那样。

另一优点在于，在传输消息5时，在总线系统1中不需要差错帧。由此，消息5不再被破坏，这消除双重传输消息的必要性的原因。由此，净数据速率升高。

此外，利用发送级220还可能的是，通过这里未更详细描述的交换机（Switches）根据需求将多个域或子总线系统1相互连接。由此可以明显地扩展在技术设备中、例如在车辆中的联网。

图6示出根据第二实施例的总线信号412、422和413、423的电压变化过程。如果图3的发送级220的开关229取消或被保持在闭合状态，使得输出级227、228的晶体管也直接与端子211连接，则得出总线信号412、422和413、423的电压变化过程。

图7示出第二实施例的从中得出的发送级220A。

因此，根据第二实施例，对于图2的整个帧45使用物理层，所述物理层针对字段451、452和456允许所提及的仲裁阶段以及针对字段453、454、455允许长且快速的数据阶段。将发送级220A切换到这种运行方式的优点是，发送级220A完全对称地构建并且在所有通信阶段中也对称地工作。因此，如先前关于图3和图4所描述的，总线负载电阻43的值不被转换。

在图6中示出在这种发送级220A情况下在所有四个可能的总线状态DF1、DF2、A1、A2中的所得到的总线信号。总线状态DF1、DF2的电压差U_D2具有比总线状态A1、A2的电压差U_D3更大的振幅。在此情况下，电压差U_D2的振幅具有是电压差U_D3的振幅的值的n倍的值，其中n是可以任意选择的自然数。然而，总线系统1中的用户站10、20、30的数量的上限被计算为n-1。因此，电压差U_D3的振幅也可以被称为振幅基本单位。

在仲裁结束之后，在数据阶段中、即在字段453至455中利用两个总线状态DF1和DF2进行通信。这类似于如先前关于图5描述的行为方式。总线状态DF1导致正电压差Vdiff=U_D2(V_Plus-V_Minus)。总线状态DF2导致负电压差Vdiff=-U_D2。总线状态A1导致正电压差Vdiff=U_D3(V_Plus-V_Minus)。总线状态A2导致负电压差Vdiff=-U_D3。

引入总线状态A1和A2，以便允许仲裁。总线状态A1，A2定性地与总线状态DF1和DF2相同，但是由发送级220A与总线状态DF1、DF2相比较弱地被驱动，如图7中所阐明的那样。因此，出于仲裁目的，总线状态A1，A2可以被其他用户站10、30重写。

在仲裁阶段期间，用户站10、20、30、尤其是发送级220A被设计用于将具有振幅基本单位、即U_D3=1单位的电压差Vdiff发送到总线线路3上，并且检验在总线线路3上存在哪种电压差Vdiff。如果存在电压差Vdiff＞1单位或振幅基本单位，则所涉及的用户站10、20、30退出，并且因此是仲裁的失败者。

因此，在本实施例情况下，如果可以从消息5中发送仲裁阶段或第一阶段456、451、452的数据，则发送级220A在第一运行方式下对于消息在两个不同的第一总线状态A1、A2之间切换。此外，如果可以从消息5中发送数据阶段或第二阶段453、454、455的数据，则发送级220A切换到对于消息5具有两个不同的第二总线状态DF1、DF2的第二运行方式中。发送级220A因此在多于两个的不同总线状态DF1，DF2、A1、A2之间切换，以便发送消息5或帧45。在此情况下，两个总线状态DF1、DF2分别彼此对称。此外，两个总线状态A1、A2彼此对称。当然，更多于所提及的四个的总线状态是可能的。

由此，在本实施例情况下，发送级220A的所有部件不仅在仲裁阶段中而且在数据阶段中总是激活的和参与的，这导致最大的对称性。因此，在消息5的位的时间特性或位时序（Bit-Timing）以及电磁兼容性（EMC）方面得出优点。

此外，在本实施例情况下利用发送级220A的该构型可以实现与先前关于第一实施例所描述的相同的优点。

根据第二实施例的修改，在仲裁时使用总线状态的以下组合之一来代替总线状态A1与A2：

-总线状态DF1与总线状态A2，

-总线状态DF2与总线状态A1。

根据第二实施例的另一修改，在另一实施情况下，所有四个总线状态DF1、DF2、A1、A2至少被使用用于发送数据字段454。此外在字段453、455中使用四个总线状态DF1、DF2、A1、A2是可能的。通过编码因此可以提高位速率。

根据第二实施例的又一修改，降低信号412、422、413、423的频率。由此可以实现EMC特性的改善。尽管较低的频率，通过在多于两个的总线状态下进行先前描述的编码仍可以使位速率保持恒定。

否则，如先前结合第一实施例所描述的相同情况适用。

图8和图9示出用于阐明根据第三实施例的总线系统1的特性的总线信号CAN_H、CAN_L的电压变化过程。

图8示出总线信号CAN_H和CAN_L的已知电压变化过程，所述总线信号根据本实施例对于帧45的仲裁阶段456、451、452被用于发送消息5或帧45。总线信号CAN_H和CAN_L的电压变化过程在从显性状态46过渡到隐性状态47时显示比在从隐性状态47过渡到显性状态46时显著更慢的状态变换。

然而与此不同地，在本实施例情况下，对于帧45的数据阶段453、454、455，产生根据图9的信号CAN_EL_H和CAN_EL_L，所述信号具有高状态461和低状态471。利用物理层产生根据图9的信号，其中高状态461与CAN或CAN FD的如图8中所示的显性状态46相同，并且具有针对CAN_H=3.5V以及CAN_L=1.5 V的电压值。此外，在根据图9在物理层情况下产生低状态471，所述低状态从其电平上与CAN或CAN FD的如图8中所示的隐性状态47相同，并且具有针对CAN_H=CAN_L=2.5V的值。

如图9中所示的，从高状态461到低状态471的过渡与从低状态471到高状态461的过渡几乎一样快地发生。

这通过低欧姆地驱动低状态471的方式来实现。（“低欧姆隐性（niederohmigesRezessiv）”）。由此，在图9的信号的情况下，使如图8中所示的从显性状态46到隐性状态47的较慢过渡加速。因此，对于帧45的数据阶段453、454、455可以实现明显高于2Mbps的位速率。

因此，在具有发送/接收装置22和/或发送/接收装置32的本实施例情况下，当识别到仲裁阶段的结束时，从CAN物理层被转换到另一物理层。由于可以放弃差错帧或出错帧（Error-Frame），因此在数据阶段中其他用户站10、20、30不必超越当前进行发送的用户站10、20、30。因此，在数据阶段中不需要隐性（高电阻）总线状态。

例如，可以利用根据图10的发送级2200来实现用于根据图9的信号变化过程的物理层。

如图10中所示的，与图3的发送级220不同地，根据本实施例的发送级2200因此具有与电压源232连接的第三输出级2270和与电压源233连接的第四输出级2280。第三输出级2270具有NMOS晶体管和二极管。第四输出级2280具有PMOS晶体管和二极管。第一和第二输出级225、226的晶体管经由驱动电路230利用发送信号TxD被操控。第三和第四输出级225、226的晶体管经由驱动电路231利用发送信号TxD被操控。

在帧45的数据阶段中、也即在高位速率情况下，映射高状态461，其方式是经由驱动电路230操控的输出级225、226变为导通的或被切换为激活的，并且经由驱动电路231操控的输出级227、228以及电压源232、233是高欧姆的或被关断。为了驱动低状态471（低欧姆驱动隐性），对于经由驱动电路230操控的输出级225、226尤其是强烈地降低驱动能力，并且经由驱动电路231操控的输出级227、228和电压源232、233变为导通的。降低驱动能力也包括将输出级225、226关断的情况，这意味着驱动能力的最强烈降低。因此，第三输出级2270的NMOS晶体管将用于CAN-EL_H的端子221拉至2.5V，并且第四输出级2280的PMOS晶体管将用于CAN-EL_L的端子221提升至2.5V，由此形成低总线状态471。

图10的电路尤其是在结隔离（Junction-Isolated）半导体技术中是有意义的。

由此，在本实施例情况下，在数据阶段中实现总线信号的非常好的对称性。因此，在消息5的位的时间特性或位时序以及电磁兼容性（EMC）方面得出优点。

此外，在本实施例情况下利用发送级2200的构型，可以获得与先前关于第一和第二实施例描述的相同的优点。

低状态471的低欧姆驱动的先前提及的原理（低欧姆驱动隐性）可替代地可以被用于其中存在隐性状态的所有其他串行总线系统。

否则，如先前结合第一实施例所描述的相同情况适用。

图11和图12示出用于阐明根据第四实施例的总线系统1的特性的总线信号CAN_EL_H1、CAN_EL_L1和CAN_EL_H2、CAN_EL_L2的电压变化过程。

图11的总线信号CAN_EL_H1、CAN_EL_L1的电压变化过程与图9的总线信号CAN_EL_H、CAN_EL_L的电压变化过程相同。然而，不同之处在于，图10的发送级2200在帧45的仲裁阶段中产生图11的总线信号CAN_EL_H1、CAN_EL_L1的电压变化过程。然而，可替代地，可以在帧45的仲裁阶段中使用图8的总线信号CAN_H、CAN_L的电压变化过程。

而在本实施例情况下，当识别出仲裁阶段的结束时，发送级2200转换到以下运行方式：即在所述方式情况下发送级2200针对帧45的数据阶段的数据产生图12的总线信号CAN_EL_H2、CAN_EL_L2的电压变化过程。图12的总线信号CAN_EL_H2在显性状态462中具有大约3.0V的电压电平。同样是显性状态的图11的高状态461对应于图12的显性状态462。图12的总线信号CAN_EL_L2在显性总线状态462中具有大约2.0V的电压电平。因此，显性总线状态462对于总线信号CAN_EL_H2、CAN_EL_L2具有与在仲裁阶段中对于总线信号CAN_EL_H1、CAN_EL_L1的显性总线状态461的电压电平相比减小的电压电平。由此，图12的信号的电压差Vdiff=CAN_EL_H2-CAN_EL_L2也仅处于1.0V处并且因此小于图11或图8的信号的电压差Vdiff、更准确地说仅是图11或图8的信号的电压差Vdiff的一半，前提是总线负载电阻43保持相同。而低状态471不变。

与根据前述实施例的图8和图9的总线信号相比，在本实施例情况下得出在Vdiff处更稳定的信号变化过程，这使得能够利用用户站20、30、更确切地说其发送/接收装置22、32接收较小的发送电平。

如先前已经描述的，利用图11和图12的所描述的信号，可以不仅在至少数据字段454中有>12 Mpbs的强烈地提高的位速率和至4096字节的数据量的结果（gefahren）。但是，即使每次比在CAN或CAN FD情况下发生多得多的切换过程，通过在数据阶段中将总线信号转换到总线信号CAN_EL_H2、CAN_EL_L2上，发送级2200的电流耗用和从而能量消耗相对于前述的实施例也可以明显地被降低。这通过至少在数据字段454中降低VDIFF的振幅或发送电平来实现。

为了在位速率升高情况下实现可用的信号完整性，将必须强烈地简化总线系统1的拓扑。因此这里得出以下优点：通过减小的发送电平也存在较少的辐射，并且由此改善EMC兼容性。

否则，如先前结合第三实施例所描述的相同情况适用。

在第三实施例的修改情况下，图10的发送级2200不具有输出级2270、2280。在这种情况下，图10的发送级2200如传统的CAN发送级那样来设计。为了获得图11和图12的前述信号变化过程，控制这种传统的CAN发送级，使得对于显性状态或高状态461在数据阶段之外、即根据图11的信号变化过程，驱动器或输出级225、226如在CAN情况下那样“正常地”被运行。而对于图12的显性状态462、即在数据阶段225和226中，驱动器或输出级225、226较高欧姆地被运行，由此与各自显性状态或高状态461的电平相比各自显性状态462的电平被减小。

图13示出发送/接收装置22利用总线线路的两个总线芯线41、42耦合到该总线线路3上的示例。可以在前述实施例的所有发送/接收装置22、32以及其发送级220、220A、2200情况下使用该耦合。

为了将发送/接收装置22耦合到总线线路3上，设置用于将发送/接收装置22耦合到第一总线芯线41上的第一耦合电容器251和用于将发送/接收装置22耦合到第二总线芯线42上的第二耦合电容器251。此外在用于为第一和第二总线芯线41、42进行电压供应的端子223和用于第一总线芯线41的端子221之间设置电阻255。此外，在用于第二总线芯线42的端子222和端子223之间设置电阻256。

电容或耦合电容器251、252设置在各自发送/接收装置22外部。与其他串行总线系统1、例如CAN或CAN-FD或Flexray等相比，耦合电容器251、252实现各自发送/接收装置22与总线芯线41、42的电流隔离连接。

在借助于耦合电容器251、252的AC耦合或交流电压耦合或交流电流耦合上有利的是，总线线路3上的共模干扰（共态（Common-Mode）干扰）不干扰前述实施例的或根据图13的分别存在的发送级220、220A、2200。另一优点在于，前述实施例的或根据图13的分别存在的发送级220、220A、2200由于电流隔离或隔断可以以低压CMOS技术来实施（CMOS=Complementary Metal-Oxide-Semiconductor（互补金属氧化物半导体）=半导体器件，其中在共同的衬底上不仅使用p沟道MOS晶体管而且使用n沟道MOS晶体管）。因此得出在输出级225、226的两个引脚驱动级之间的明显更高的精度以及更快的切换时间。

由此，可以进一步提高先前描述的实施例的总线系统1中的数据传输的快速性。

在图13的电路情况下，发送级被构建用于利用高或低电流将第一和第二耦合电容器（251、252）拉至显性或隐性总线状态或高总线状态（461；462）和低总线状态（471）的相应电平。

如图14中非常示意性地示出的，根据第五实施例的修改，代替在用于为第一和第二总线芯线41、42进行电压供应的端子223与用于第一总线芯线41的端子221之间设置的电阻255，设置晶体管257。此外，代替设置在用于第二总线芯线42的端子222和端子223之间的电阻256，设置晶体管258。以这种方式，也可以利用耦合电容器251、252来实施各自发送/接收装置22与总线芯线41、42的电流隔离连接。

总线系统1、用户站10、20、30以及由其实施的方法的所有先前描述的构型可以单独地或以所有可能的组合被使用。尤其是，先前描述的实施例的所有特征和/或其修改可以任意地被组合。附加地或可替代地，尤其是以下修改是可设想的。

根据基于CAN协议的总线系统描述根据实施例的先前描述的总线系统1。然而，根据实施例的总线系统1也可以是其他类型的通信网络，其中可以以两种不同的位速率串行地传输数据。有利的是、但不是强制性的前提条件，在总线系统1情况下至少在特定的时间间隔内保证用户站10、20、30对共同信道的排他、无冲突的访问。

实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数量和布置是任意的。尤其是，可以在总线系统1中取消用户站10。可能的是，在总线系统1中存在用户站20或30中的一个或多个。

Claims (9)

1.一种用于串行总线系统（1）的用户站（20; 30），所述用户站具有：

用于将消息（4; 5）发送到所述总线系统（1）的总线线路（3）上的发送级（2200），

其中所述发送级（2200）具有输出级（225、226、2270、2280），所述输出级用于对于消息（5）在高总线状态（461）和低总线状态（471）之间切换差分总线信号（CAN_EL_H; CAN_EL_L），以及

其中所述发送级（2200）被构建为使得对于用于传输所述消息（5）的数据的至少一个阶段，所述差分总线信号（CAN_EL_H; CAN_EL_L）对于低总线状态（471）具有相同的电平，并且低欧姆地驱动所述低总线状态（471）。

2.根据权利要求1所述的用户站（20；30），

其中所述发送级（2200）被设计用于当可以从所述消息（5）中发送第一阶段（456；451；452）的数据时，切换到对于消息（5）具有两个不同的第一总线状态（46、47）的第一运行方式，其中所述第一阶段的数据能够以第一位速率被发送，以及

当可以从所述消息（5）中发送第二阶段（453; 454; 455）的数据时，切换到对于消息（5）具有高总线状态（461）和低总线状态（471）的第二运行方式，所述第二阶段的数据能够以比所述第一位速率更快的第二位速率被发送。

3.根据权利要求2所述的用户站（20；30），其中所述发送级（2200）被设计用于仅当在预定时间内对于所述用户站（20；30）保证对所述总线系统（1）的总线线路（3）的排他、无冲突的访问时，才切换到所述第二运行方式用于发送数据。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），其中所述发送级（2200）具有：

第一输出级（225），其连接在用于电压供应的端子（223）和所述总线线路（3）的第一总线芯线（41）之间，

第二输出级（226），其连接在所述总线线路（3）的第二总线芯线（42）和用于接地的端子（224）之间，

第三输出级（2270），其连接在所述总线线路（3）的第一总线芯线（41）和作为用于所述低总线状态（471）的参考的第一电压源（232）之间，

第四输出级（2280），其连接在作为用于所述低总线状态（471）的参考的第二电压源（233）和所述总线线路（3）的第二总线芯线（42）之间。

5.根据权利要求4所述的用户站（20；30），

其中所述第一和第四输出级（225、2280）具有PMOS晶体管，以及

其中所述第二和第三输出级（226、2270）具有NMOS晶体管。

6.根据权利要求5或6所述的用户站（20；30），其中所述发送级（2200）被设计用于对于所述低总线状态（471）减小或关断所述第一和第二输出级（225、226）的驱动能力，并且将所述第三和第四输出级（2270、2280）切换为导通的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），其中所述消息（5）具有带有可变长度的数据字段（454），其中所述可变长度为在1字节至4096字节之间。

8.一种总线系统（1），所述总线系统具有

并行总线线路（3），以及

至少两个用户站（10; 20; 30），所述用户站经由所述总线线路（3）相互连接，使得所述用户站可以彼此通信，

其中所述至少两个用户站（10; 20; 30）中的至少一个用户站是根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30）。

9.一种用于在串行总线系统（1）中发送消息（5）的方法，其中所述方法包括以下步骤：

利用总线系统（1）的用户站（20; 30）的发送级（2200）将消息（4; 5）发送到所述总线系统（1）的总线线路（3）上，

其中具有输出级（225、226、2270、2280）的发送级（2200）对于消息（5）在高总线状态（461）和低总线状态（471）之间切换差分总线信号（CAN_EL_H; CAN_EL_H），以及

其中所述发送级（2200）被构建为使得对于用于传输所述消息（5）的数据的至少一个阶段，所述差分总线信号（CAN_EL_H；CAN_EL_H）对于低总线状态（471）具有相同的电平，并且低欧姆地驱动所述低总线状态（471）。

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