CN112838971A - 断缆情况下的can通信 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于为具有CANH端和CANL端的控制器局域网(CAN)总线中的终端电容器生成偏置电压的电路。所述电路包括可配置电压源、生成控制信号以操作所述可配置电压源的控制器、CANH误差检测器和CANL误差检测器。所述CANH误差检测器和所述CANL误差检测器被配置成向所述控制器提供输入。所述控制器被配置成基于所述CANH误差检测器和所述CANL误差检测器的输出生成所述控制信号。所述可配置电压源被配置成基于所述控制信号输出偏置电压。

Description

断缆情况下的CAN通信
背景技术
控制器局域网(CAN总线)是设计成允许微控制器和装置在没有主机的情况下与彼此的应用程序通信的车辆总线标准。控制器局域网是基于消息的协议，最初设计用于汽车内的多路电气布线以节省铜，但也可在许多其它情形中使用。对于每一装置，包中的数据依序传输，但以这样的方式进行：如果超过一个装置同时传输，最高优先级的装置能够继续，而其它装置则退出。包由所有装置接收，包括由传输装置接收。CAN总线使用双绞线，其中一个导线是CANH且另一导线是CANL。出于某种原因，这些导线可能没有进行特性焊接并且可能间歇性断开，这可能会导致误码且可能会使数据通信中断。
发明内容
提供本发明内容用于以简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
在一个实施例中，公开一种用于为具有CANH端和CANL端的控制器局域网(CAN)总线中的终端电容器生成偏置电压的电路。所述电路包括可配置电压源、生成控制信号以操作可配置电压源的控制器、CANH误差检测器和CANL误差检测器。CANH误差检测器和CANL误差检测器被配置成向控制器提供输入。控制器被配置成基于CANH误差检测器和CANL误差检测器的输出生成控制信号。可配置电压源被配置成基于控制信号输出偏置电压。
在一些例子中，所述用于生成偏置电压的电路包括在CANH误差检测器/CANL误差检测器与控制器之间的多个电平移位器电路，用于改变CANH误差检测器的输出的电压域。在一些例子中，CANH误差检测器包括第一比较器、第一电阻器和第二电阻器，其中比较器连接在第二电阻器两端且第一电阻器的端部连接到CANH端。类似地，CANL误差检测器包括第一比较器、第一电阻器和第二电阻器，其中比较器连接在第二电阻器两端且第一电阻器的端部连接到CANL端。
在一个实施例中，可配置电压源包括与第一开关耦合的第一组电阻器和与第二开关耦合的第二组电阻器。第一开关和第二开关可由控制器基于CANH误差检测器和CANL误差检测器的输出操作。
在不同实施例中，可配置电压源另外包括与基准电压源耦合的比较器和可由比较器的输出操作的开关。比较器连接到基准电压源。第一开关和第二开关被配置成基于来自控制器的控制信号绕过多个电阻器中的一个或多个。
可配置电压源被配置成与终端电容器的端耦合。
在另一实施例中，公开一种用于为具有CANH导线和CANL导线的控制器局域网(CAN)总线中的终端电容器生成偏置电压的方法。所述方法包括检测CAN总线中的误差条件、基于误差条件生成偏置电压以及向终端电容器的端施加偏置电压。误差条件包括CANH导线中或CANL导线中的间歇性断开。所述生成包括基于检测误差条件而从控制器接收控制信号。取决于误差条件，偏置电压为1V或4V。
附图说明
为了可以详细地理解本发明的上述特征的方式，可以通过参考实施例来作出上文简要概括的本发明的更特定描述，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可以准许其它同等有效的实施例。对于阅读结合附图的本描述的本领域的技术人员而言，所要求保护的主题的优点将变得显而易见，其中，相同的附图标记用于指代相同的元件，在附图中：
图1描绘根据本公开的一个或多个实施例的具有终端电容器的控制器局域网(CAN)总线；
图2描绘CAN总线通信协议，其示出基于CANH和CANL处的差分电压的表示“0”和“1”；
图3示出在断开的CANH导线然后是断开的CANL导线期间CANL和CANH的差分电压的曲线图；
图4示出根据本公开的一个或多个实施例用于调整CAN总线的终止电容器处的电压的电路示意图；
图5示出根据本公开的一个或多个实施例用于在CAN总线的终止电容器处生成可变电压以克服间歇性断开的CANH或CANL导线的电路示意图。
图6示出根据本公开的一个或多个实施例用于生成要施加在CANH或CANL处的可变电压以克服间歇性断开的CANH或CANL导线的电路示意图；
图7示出在调整电压以克服断开的CANH或CANL后，断开的CANH导线然后是断开的CANL导线期间CANL和CANH的差分电压的曲线图；
图8描绘根据本公开的一个或多个实施例的CAN总线的终止电容器处的电压曲线图；以及
图9示出根据本公开的一个或多个实施例的根据误差条件生成偏置电压的方法。
应注意，图不一定按比例绘制。没有示出芯片中的所有组件。省略的组件是本领域的技术人员已知的。
具体实施方式
已经省略或不在描述中详细描述许多熟知的制造步骤、组件和连接器，以免混淆本公开。
将容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以按各种各样不同的配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的更详细描述并非旨在限制本公开的范围，而是仅仅表示各种实施例。尽管在图式中呈现了实施例的各个方面，但是除非特别地指示，否则图式不一定按比例绘制。
在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，可以按其它具体形式体现本发明。所描述的实施例在所有方面均被视为仅是说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此具体实施方式指示。在权利要求书等同含义和范围内出现的所有变化均涵盖在权利要求书的范围内。
贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可通过本发明实现的所有特征和优点应在或在本发明的任何单一实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可能但不一定指代同一实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可用任何合适方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，本发明可以在无具体实施例的具体特征或优点中的一个或多个的情况下实践。在其它情况下，可在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”“一个例子”或类似语言的引用意指结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可能但不一定都指同一实施例。
图1描绘具有终端电容器108的控制器局域网(CAN)总线100。CAN总线100包括双绞线106。双绞线106包括CANH导线和CANL导线。CAN总线100可以包括一个或多个通信节点104-1..104-N。电容器108通常为4.7nF。电容器108的值可以增大到约100nF。通过增大电容器108的值，改善了在间歇性断开期间CANL或CANH处的信号电压。然而，信号电压的改善不足以在间歇性断开期间进行可靠的通信。与电容器108耦合的电阻器通常各为60欧姆。
如图所示，经由未遮蔽双绞线106连接通信节点(ECU)104-1...104-N。在CAN总线100的最左侧和最右侧实施端。有两种选择：通过使用如CAN总线100的左侧所示的单个电阻器，或经由如CAN总线100的右侧所示的被称作“分接端”的两个电阻器和电容器108。通常使用后一种方法，因为所述方法提供了额外的低通滤波以提高EMC性能。
如图2所示，在正常操作中(当不存在误差时)，CAN总线100用信号表示CANH和CANL被驱动，从而生成差分电压(以发送显性信号)或不生成差分信号(以发送隐性位)。对于显性位(“0”)，CANL处的电压为约1.5V且CANH处的电压为3.5V，且Vdiff表示CANH处的电压与CANL处的电压之间的差。
在一些例子中，以下误差条件可能会导致CAN总线100上的通信中断。
1.CANH或CANL上断开的导线
2.CANH或CANL上间歇性断开的导线
3.CANH或CANL处断开的连接接触
4.CANH或CANL处间歇性断开的连接接触
5.CANH或CANL处断开的焊接点接触
6.CANH或CANL处间歇性断开的焊接点接触
7.微控制器处的TXDL或RXDL处断开的焊接点接触
8.微控制器处的TXDL或RXDL处间歇性断开的焊接点接触
9.收发器处的TXDL或RXDL处断开的焊接点接触
10.收发器处的TXDL或RXDL处间歇性断开的焊接点接触
11.当使用共模扼流圈时，也可能存在与之相关联的(例如，与焊接点相关的)误差。
图3示出曲线图300以展示断线或掉线的影响。模拟结果显示在10μs与15μs之间CANH连接中断开的连接以及在20μs与25μs之间CANL连接中断开的连接的影响。迹线302示出节点104-1处的差分信号，而迹线304示出节点104-N处的差分总线信号。曲线区域306示出在某一时间段期间存在断开的连接时的信号传输条件。如图所示，节点104-N处的信号不再允许在发生任何电缆中断时进行适当的通信，这些信号也不符合ISO11898-2标准。
使用较大电容器108的典型解决方案有缺点。位率限于125kbit/s。所述解决方案在终端处需要外部511Ω(连接在CAN收发器的RtL引脚与CANL之间，以及CAN收发器的RtH引脚与CANH之间)。这种解决方案不允许“标准化”CAN收发器引脚分配。RtH和RtL引脚上的内部开关需要用高压晶体管实现，使得典型的解决方案将需要用于CAN收发器的更大硅圆片面积。应注意，CAN收发器是节点104-1...104-N的部分。CAN收发器(未示出)连接在CAN协议控制器(未示出)与CAN总线100的物理导线106之间。CAN收发器和CAN协议控制器在本领域中是熟知的。
图4示出用于生成电容器108的偏置电压以克服CANH或CANL上的误差条件的电压调整电路400的样例实施方案。电压调整电路400包括耦合到CANH的电阻器R1a，以及电阻器R1b。电阻器R1a和电阻器R1b与比较器A1耦合。可以包括任选的电平移位器404以改变比较器A1的输出处电压的电压域。电压调整电路400另外包括与比较器A2耦合的电阻器R2b和R2a。可以包括任选的电平移位器406以改变比较器A2的输出处电压的电压域。包括可配置电压源402以调整电容器108的端处的电压。
在一些实施方案中，电阻器R1a、R1b、R2a、R2b可能已经是CAN收发器的部分(节点104-1和节点104-N的部分)。电阻器R2b和电阻器R1b分别允许在CANL分支和CANH分支中进行电流感测。感测电流经由差分放大器A1和A2转换成电压。当CANH分支中的感测电流(经由比较器A1检测到的)为零而CANL分支中的感测电流(经由比较器A2检测到的)不为零时，检测到断开的CANH连接，且可配置电压源402被配置成产生4V。类似地，当CANL分支中的感测电流(经由比较器A2检测到的)为零而CANH分支中的感测电流(经由比较器A1检测到的)不为零时，检测到断开的CANL连接，且可配置电压源402被配置成产生1V。在其它情况下，可配置电压源402被偏置到2.5V(Vcc/2等于电源电压的一半)。包括控制器408以基于如上文所描述的CANH分支和CANL分支中的感测电流向可配置电压源402发送控制信号。
对于可配置电压源402，各种实施方案是可能的。图5和图6示出两个此类示例实施方案。图5示出使用电阻分压器的可配置电压源402。当开关S1和开关S2均断开时，分离电压VSplit(其被施加到电容器108的端102)设置为2.5V(Vcc除以二)。当开关S1闭合(且开关S2断开)时，分离电压VSplit设置为4V，并且当开关S2闭合(且开关S1断开)时，分离电压VSplit设置为1V。开关S1和S2基于来自控制器408的控制信号而断开或闭合。
图6示出另一实施例402A中的可配置电压源402。在此实施例中，可配置电压源402A包括与基准电压Vref耦合的比较器410，且比较器410被配置成驱动晶体管M1。开关S1和S2由来自控制器408的控制信号控制。
仍参考图6，可配置电压源402的实施方案402A是基于线性电压调节器的，其中电压反馈梯根据所需的标称输出电压而不同地配置。当开关S1和S2均断开时，分离电压(VSplit)设置为1V。当开关S1闭合且开关S2断开时，VSplit设置为4V。当开关S2闭合且开关S1断开时，Vsplit也可以设置为2.5V。应注意，基准电压(Vref，在示例实施例中等于0.6V)是熟知的带隙电压基准，但替代地可以通过连接到Vcc的电阻分压器实现，使得输出电压也将跟踪电源电压Vcc。
图7示出曲线图500，其包括节点104-1处的CANH和CANL处的差分电压的迹线502和节点104-N处的CANH和CANL处的差分电压的迹线504。如图3所示，在10μs与15μs之间在CANH上存在断开的连接，然后在20μs与25μs之间在CANL上存在断开的连接。曲线图300与曲线图500的比较显示，电压调整电路400能够调整曲线图部分506中表示存在断开的导线的持续时间的差分电压。
图8示出用于电容器108的偏置电压VSplit。偏置电压VSplit是根据检测到的断开的导线而生成的。如上文所论述，当检测到CANH上(间歇性)断开的连接时，VSplit增大到4V，而当检测到CANL上(间歇性)断开的连接时，VSplit减小到1V。
图9示出根据具有CANH导线和CANL导线的CAN总线中的误差条件生成偏置电压的方法700。相应地，在步骤702，由误差检测器检测误差，所述误差检测器监测CANH和CANL导线的误差条件，例如间歇性断开。在步骤704，基于检测到的误差条件，由可配置电压源生成偏置电压。偏置电压的值取决于来自接收误差检测的输出的控制器的控制信号。在步骤706，向CAN总线中的终端电容器的端施加生成的偏置电压。
这些实施例中的一些或全部可组合，一些可被完全省略，并且可添加额外过程步骤，同时仍达成本文中所描述的产品。因此，本文中所描述的主题可以按许多不同变化体现，且希望所有此类变化在权利要求书的范围内。
尽管已借助于例子和根据具体实施例描述一个或多个实施方案，但应理解，一个或多个实施方案不限于所公开的实施例。相反地，希望涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范围应被赋予最广义的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。
除非本文中另外指示或明显与内容相矛盾，否则在描述主题的情况下(尤其在所附权利要求书的情况下)，使用术语“一”、“一个”和“所述”以及类似指示物应理解为涵盖单数和复数两者。除非在本文中另外指示，否则对本文中值范围的叙述仅旨在充当个别提及属于所述范围的每一单独值的速记方法，且每一单独值并入本说明书中，如同在本文中个别地叙述一般。此外，前述描述是仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范围由下文阐述的权利要求及其任何等效物来限定。除非另外要求，否则本文中所提供的对任何和所有例子或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅旨在更好地说明主题，而不是对主题的范围造成限制。使用术语“基于”和其它类似短语指示在附属权利要求和书面描述中产生结果的条件，并不旨在排除产生所述结果的其它条件。本说明书中的任何语言都不应理解为指示任何未要求保护的元素对于实践所要求保护的本发明是必不可少的。
本文中描述发明人已知的用于执行所要求保护的主题的优选实施例。当然，在阅读前述描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。发明人期望本领域的技术人员适时采用此类变化，并且发明人意图以不同于本文中特定描述的其它方式来实践所要求保护的主题。因此，所要求保护的主题包括可适用法律所准许的在附属权利要求中叙述的主题的所有变化和等效物。此外，除非本文中另外指示或以其它方式明显与内容相矛盾，否则涵盖上文所描述的元素以其所有可能的变化形式的任何组合。

Claims (10)

1.一种用于为具有CANH导线和CANL导线的控制器局域网(CAN)总线中的终端电容器生成偏置电压的电路，其特征在于，所述电路包括：
可配置电压源；
控制器，所述控制器生成控制信号以操作所述可配置电压源；
与所述控制器耦合的CANH误差检测器；以及
与所述控制器耦合的CANL误差检测器；
其中所述控制器被配置成基于所述CANH误差检测器和所述CANL误差检测器的输出生成所述控制信号，其中所述可配置电压源被配置成基于所述控制信号输出偏置电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，另外包括在所述CANH误差检测器与所述控制器之间的电平移位器电路，用于改变所述CANH误差检测器的所述输出的电压域。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述CANH误差检测器包括第一比较器、第一电阻器和第二电阻器，其中所述比较器连接在所述第二电阻器两端且所述第一电阻器的端部连接到CANH端。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述CANL误差检测器包括第一比较器、第一电阻器和第二电阻器，其中所述比较器连接在所述第二电阻器两端且所述第一电阻器的端部连接到CANL端。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，另外包括在所述CANL误差检测器与所述控制器之间的电平移位器电路，用于改变所述CANL误差检测器的所述输出的电压域。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可配置电压源包括与第一开关耦合的第一组电阻器。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述可配置电压源包括与第二开关耦合的第二组电阻器。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一开关能由所述控制器基于所述CANH误差检测器的输出操作。
9.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第二开关能由所述控制器基于所述CANL误差检测器的输出操作。
10.一种用于为具有CANH导线和CANL导线的控制器局域网(CAN)总线中的终端电容器生成偏置电压的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测所述CAN总线中的误差条件；
基于所述误差条件生成偏置电压；以及
向所述终端电容器的端施加所述偏置电压。
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