CN113169916A - 用于串行总线系统的用户站和用于串行总线系统中的通信的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；30）和一种用于串行总线系统中的通信的方法。该用户站（10；30）具有：接收器（122），用于从总线系统（1）的总线（40）接收信号，在该总线系统（1）中，为了在总线系统（1）的用户站（10、20、30；100）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453）；和用于分析由接收器（122）输出的接收信号（RX）的装置（15；35），其中该接收器（122）被设计为：根据从总线（40）接收到的信号来产生数字接收信号（RxD）并且将该数字接收信号在连接端处输出给所述装置（15；35），其中所述装置（15；35）被设计为：关于预先确定的通信协议方面来对数字接收信号（RxD）进行分析，该预先确定的通信协议规定了预先确定的通信阶段（452）何时开始以及何时结束，该预先确定的通信阶段表明了随后在消息（45）中对有效数据的传输，而且其中所述装置（15；35）被设计为：如果所述装置（15；35）的分析得出目前在该预先确定的通信阶段（452）从总线（40）接收数据，则在该连接端处使数字接收信号（RxD）的数据流在至少一位的时长内反转到该接收器（122）。

Description

用于串行总线系统的用户站和用于串行总线系统中的通信的 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串行总线系统中的通信的方法，该串行总线系统以高数据率和高容错能力来进行工作。

背景技术

为了在传感器与控制设备之间、例如在车辆中的传感器与控制设备之间的通信，常常使用总线系统，在该总线系统中，数据在作为具有CAN FD的CAN协议规范的ISO11898-1:2015标准下作为消息来被传输。这些消息在总线系统的用户站、如传感器、控制设备、发生器等等之间被传输。

随着技术设备或车辆的功能的数目增加，在总线系统中的数据传输也增加。为此，还常常需要能比到目前为止将数据更快地从发送方传输到接收方。结果，总线系统的所需要的带宽将进一步增加。

为了能够以比在CAN的情况下更高的比特率来传输数据，以CAN FD消息格式提供了一种用于在消息之内切换到更高的比特率的选项。在这种技术的情况下，通过在数据字段的范围内使用更高的时控来将可能的最大数据率提高得超过为1 MBit/s的值。这种消息随后也被称作CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD的情况下，将有效数据长度从8字节扩展到多达64个字节，而且数据传输率远高于在CAN的情况下。

尽管基于CAN或CAN FD的通信网络关于例如其鲁棒性方面提供了很多优点，但是与在例如100 Base-T1 以太网（Ethernet）中的数据传输相比速度低得多。此外，到目前为止在CAN FD的情况下达到的多达64个字节的有效数据长度对于一些应用来说太少。

发明内容

因而，本发明的任务是提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于串行总线系统中的通信的方法，该用户站和该方法解决了之前提到的问题。尤其应该提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于串行总线系统中的通信的方法，其中在高容错能力的情况下可以实现高数据率和对每个帧的有效数据量的提高。

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被解决。该用户站具有：接收器，用于从总线系统的总线接收信号，在该总线系统中，为了在该总线系统的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段；和用于分析由接收器输出的接收信号的装置，其中该接收器被设计为：根据从总线接收到的信号来产生数字接收信号并且将该数字接收信号在连接端处输出给所述装置，其中所述装置被设计为：关于预先确定的通信协议方面来对该数字接收信号进行分析，该预先确定的通信协议规定了预先确定的通信阶段何时开始以及何时结束，该预先确定的通信阶段表明了随后在消息中对有效数据的传输，而且其中所述装置被设计为：如果所述装置的分析得出目前在该预先确定的通信阶段从总线接收数据，则在该连接端处使该数字接收信号的数据流在至少一位的时长内反转到该接收器。

利用该用户站，尤其能够在第一通信阶段维持CAN已知的仲裁并且仍然相对于CAN或CAN FD而言再次显著提高传输率。这可以通过如下方式来被实现：使用具有不同比特率的两个通信阶段，而且使发送/接收装置能可靠地辨别其中有效数据以比仲裁中更高的比特率来被传输的第二通信阶段的开始。因而，发送/接收装置可以可靠地从第一通信阶段切换到第二通信阶段。结果是，能实现比特率以及借此从发送方到接收方的传输速度的显著提高。在这种情况下，然而同时确保了高容错能力。这一并有助于实现至少10 Mbps的净数据率。为此，有效数据的大小还可以为每个帧有多达4096个字节。

如果在总线系统中也存在根据CAN协议和/或CAN FD协议来发送消息的至少一个CAN用户站和/或至少一个CAN FD用户站，则也可以使用由该用户站来执行的方法。

该用户站的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

按照一个选项，该用户站还具有：发送/接收装置，该发送/接收装置具有该接收器和用于将消息发送到总线上的发送器；和通信控制装置，用于控制该用户站与总线系统的至少一个其它用户站的通信，其中该通信控制装置具有所述装置。

该用户站可能还具有：发送/接收装置，该发送/接收装置具有该接收器和用于将消息发送到总线系统的总线上的发送器；和通信控制装置，用于控制该用户站与总线系统的至少一个其它用户站的通信，其中该通信控制装置具有所述装置。

在这种情况下，所述装置可以被设计为：促使该通信控制装置在其中所述装置使数字接收信号的数据流反转的预先确定的通信阶段在针对该数字接收信号的连接端处将具有预先确定的值的标志符发送给该接收器。

例如，该标志符是具有预先确定的值的位，或者该标志符是预先确定的位模式。

在这种情况下，该通信控制装置可以被设计为：将发送信号发送给该发送/接收装置，该发送/接收装置将该发送信号用作针对总线芯线的信号的基础，而且其中所述装置被设计为将接收信号与由该通信控制装置创建的发送信号进行比较，以便确定是否要发送该标志符。

按照一个选项，在第一通信阶段中从总线接收到的信号的总线状态利用与在第二通信阶段中接收到的信号的总线状态不同的物理层（Physical Layer）来被产生。

在第一通信阶段中，信号的位可能具有如下比特时间，该比特时间是在第二通信阶段中被驱动的位的比特时间的至少10倍。

可设想的是，在第一通信阶段协商：总线系统的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段获得对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问。

之前描述的用户站可以是总线系统的一部分，该总线系统还包括总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站通过该总线彼此连接，使得它们可以彼此进行串行通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是之前描述的用户站。

上述任务还通过根据权利要求11所述的用于串行总线系统中的通信的方法来被解决。利用用于总线系统的用户站来实施该方法，在该总线系统中，为了在该总线系统的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段，其中该用户站具有接收器和装置，而且其中该方法具有如下步骤：

利用该接收器来从总线系统的总线接收信号；

利用该接收器，根据从总线接收到的信号来产生数字接收信号并且在连接端处输出该数字接收信号；

利用所述装置，关于预先确定的通信协议方面来对该数字接收信号进行分析，该预先确定的通信协议规定了预先确定的通信阶段何时开始以及何时结束，该预先确定的通信阶段表明了随后在消息中对有效数据的传输；而且

如果所述装置的分析得出目前在该预先确定的通信阶段从总线接收数据，则利用所述装置在该数字接收信号的数据流的连接端处在至少一位的时长内反转到该接收器。

该方法提供了与之前关于该用户站所提到的优点相同的优点。

本发明的其它可能的实现方案也包括之前或者在下文关于实施例所描述的特征或者实施方式的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将把单个方面作为改善方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明参考随附的附图并且依据实施例更详细地予以描述。其中：

图1示出了按照第一实施例的总线系统的简化框图；

图2示出了用于阐明可由按照第一实施例的总线系统的用户站发送的消息的构造的简图；

图3示出了按照第一实施例的总线系统的用户站在第一运行模式中的简化示意性框图；

图4示出了按照第一实施例的总线系统的用户站在第二运行模式中的框图；

图5A示出了在按照第一实施例的用户站的情况下发送信号TxD的随时间的变化过程以及图5B示出了在常规用户站的情况下发送信号TxD的随时间的变化过程；

图6A示出了在按照第一实施例的用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的随时间的变化过程以及图6B示出了在常规用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的随时间的变化过程；

图7A示出了在按照第一实施例的用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的差分电压VDIFF的随时间的变化过程以及图7B示出了在常规用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的差分电压VDIFF的随时间的变化过程；以及

图8A示出了在按照第一实施例的用户站的情况下接收信号RxD的随时间的变化过程以及图8B示出了在常规用户站的情况下接收信号RxD的随时间的变化过程。

在这些附图中，只要不另作说明，相同或者功能相同的要素就配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了总线系统1作为示例，该总线系统尤其基本上被设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN EL总线系统和/或它们的变型方案，如随后所描述的那样。总线系统1可以在车辆、尤其是机动车、飞机等等中或者在医院等等中得以应用。

在图1中，总线系统1具有多个用户站10、20、30，这些用户站分别连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线芯线41、42也可以被称作CAN_H和CAN_L，并且用于在发送状态下针对信号耦合输入显性电平或生成隐性电平之后的电信号传输。通过总线40，消息45、46能以信号为形式在各个用户站10、20、30之间被串行传输。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示装置等等。

如在图1中所示，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和用于使接收信号RxD回转的装置15。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、发送/接收装置32和用于使接收信号RxD回转的装置35。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40上，即使这在图1中未阐明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30通过总线40与连接到该总线40上的用户站10、20、30中的至少一个其它用户站的通信。

通信控制装置11创建和读取第一消息45，所述第一消息例如是修改后的CAN消息45。在这种情况下，修改后的CAN消息45基于CAN EL格式来构造，该CAN FE格式关于图2更详细地予以描述。

通信控制装置21可以像常规的CAN控制器那样来实施。通信控制装置21创建和读取第二消息46、例如Classical CAN消息46。Classical CAN消息46按照Classical基本格式来构造，其中在消息46中可以包括数目多达8个数据字节。替选地，Classical CAN消息46被构造为CAN FD消息，其中可以包括数目多达64个数据字节，这些数据字节为此还可以比在Classical CAN消息46的情况下明显更快的数据率来被传输。在后者的情况下，通信控制装置21像常规的CAN FD控制器那样来实施。

通信控制装置31可以被实施为：根据需要，为发送/接收装置32提供CAN EL消息45或Classical CAN消息46或者从该发送/接收装置接收CAN EL消息或Classical CAN消息。即，通信控制装置31创建和读取第一消息45或第二消息46，其中第一和第二消息44、46通过它们的数据传输标准、即在这种情况下是CAN EL或CAN来区别。替选地，Classical CAN消息46被构造成CAN FD消息。在后者的情况下，通信控制装置31像常规的CAN FD控制器那样来实施。

除了随后还更详细地描述的区别之外，发送/接收装置12可以被实施为CAN EL收发器。发送/接收装置22可以像常规的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。发送/接收装置32可以被实施为：根据需要，为通信控制装置31提供按照CAN EL格式的消息45或按照目前的CAN基本格式的消息46或者从该通信控制装置接收按照CAN FE格式的消息或按照目前的CAN基本格式的消息。附加地或替选地，发送/接收装置12、32能像常规的CAN FD收发器那样来实施。

利用两个用户站10、30，能实现对具有CAN EL格式的消息45的形成和然后传输以及对这种消息45的接收。

图2针对消息45示出了由发送/接收装置12或发送/接收装置32所发送的CAN EL帧450。CAN EL帧450对于在总线40上的CAN通信来说被划分成不同的通信阶段451至454，即仲裁阶段451、SoD阶段452、数据阶段453和帧结束阶段454。

在仲裁阶段451，例如在开始时发送一位，该位也被称作SOF位并且表明了帧的开始或Start of Frame。在仲裁阶段451，还发送具有例如32位的识别码，用于标识消息45的发送方。在仲裁的情况下，借助于识别码在用户站10、20、30之间逐位地协商：哪个用户站10、20、30想要发送优先级更高的消息45、46而且因而在接下来的时间内为了在SoD阶段452以及随后的数据阶段453中发送而获得对总线系统1的总线40的独占的访问。

在当前实施例中，在SoD阶段452中，发送包含在一位中的协议格式信息，该协议格式信息适合于使CAN EL帧相对于CAN帧或CAN FD帧而言区分开，该协议格式信息随后也被称作标志符457。附加地，可以发送例如13位长的数据长度码（Data-Length-Code），接着该数据长度码例如可以步长为1地取从1直至4096的值，或者替选地可以取从0至4095的值。数据长度码也可以包括更多或更少的位，而且值域和步长可以取其它值。

在数据阶段453发送CAN-EL帧或消息45的有效数据。与数据长度码的值域相对应地，有效数据例如可具有多达4096个字节或者更大的值。

在帧结束阶段454，例如可以在校验和字段中包含关于数据阶段453的包括填充位在内的数据的校验和，该校验和由消息45的发送方分别在预先确定的数目的相同的位、尤其是10个相同的位之后作为相反的位来被嵌入。在帧结束阶段454，还可以在结束字段中包含至少一个确认位。还可以存在11个相同的位的序列，这11个相同的位表明CAN EL帧450的结束。利用至少一个确认位可以报告：接收方是否已经在所接收到的CAN EL帧450或消息45中发现了错误。

至少在仲裁阶段451和帧结束阶段454，使用像在CAN和CAN-FD中那样的物理层。附加地，在SoD阶段452，可以至少部分地、即在开始时使用像在CAN和CAN-FD的情况下那样的物理层。物理层对应于比特传输层或公知的OSI模型（开放系统互连模型（Open SystemsInterconnection Modell））的第1层。

在这些阶段451、454期间的重点是：公知的CSMA/CR方法得以使用，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30对总线40的同时访问，而不破坏更高优先级的消息45、46。由此，可以相对简单地将其它总线用户站10、20、30添加给总线系统1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法导致：在总线40上必须存在所谓的隐性状态，这些隐性状态可以由其它用户站10、20、30利用在总线40上的显性状态来覆盖。在隐性状态下，在各个用户站10、20、30上存在高阻抗比，这与总线接线的寄生相结合地导致更长的时间常数。这导致在真实的车辆使用中将如今的CAN-FD物理层的最大比特率限制到目前约每秒2兆比特（Megabit）。

只有当比特时间显著超过在总线系统1的两个任意的用户站10、20、30之间的信号渡越时间的两倍长时，在帧450或消息45、46的开头处的仲裁和在帧450或消息45、46的帧结束阶段454中的确认才可能。因而，在仲裁阶段451、帧结束阶段454以及至少部分地在SoD阶段352中的比特率被选择得比在帧450的数据阶段453中更缓慢。尤其是，在阶段451、452、454中的比特率被选择为500 kbit/s，由此得出约为2μs的比特时间，而在数据阶段453中的比特率被选择为5至8 Mbit/s，由此得出约为0.2μs以及更短的比特时间。因此，在其它通信阶段451、452、454中的信号的比特时间是在数据阶段453中的信号的比特时间的至少10倍。

当作为发送方的用户站10已经赢得了仲裁并且作为发送方的用户站10借此为了进行发送而独占地访问总线系统1的总线40时，消息45的发送方才开始将SoD阶段452以及随后的数据阶段453的位发送到总线40上。发送器要么可以在SoD阶段452的部分之后变换到更快的比特率和/或其它物理层，要么可以在随后的数据阶段453的第一位的情况下、即在随后的数据阶段的开始的情况下才变换到更快的比特率和/或其它物理层。

十分普遍地，与CAN或CAN FD相比，在具有CAN EL的总线系统中可以实现如下差异特性：

a) 采用并且必要时适配经过考验的特性、尤其是具有根据CSMA/CR方法的识别码和仲裁的帧结构，所述特性对CAN和CAN FD的鲁棒性和使用者友好性负责；

b) 将净数据传输率提到到每秒约10兆比特；

c) 将每个帧的有效数据的大小提高到约4千字节（kbyte）；

d) 可选地：在识别出错误时完全或部分地省去对错误帧（Error Frames）的发送。然而，利用发送/接收装置12、32可能的是：可以继续使用错误帧（Error Frames），因为在数据阶段中的总线状态转变在时间上只是非常短暂地被影响。由此，错误帧（Error Frames）能够通过当前的总线流量来占主导（连续6x次占主导），如所需的那样。这一点从应用者角度来说是优点。

图3示出了用户站10的基本构造，该用户站具有通信控制装置11、发送/接收装置12和装置15。用户站30以与图3中示出的情况相似的方式来构造，不同之处在于：装置35不是集成到通信控制装置31中，而是独立于通信控制装置31和发送/接收装置32地来设置。因而，用户站30和装置35不单独被描述。随后描述的装置15的功能在装置35的情况下同样存在。

按照图3，除了通信控制装置11、发送/接收装置12和装置15之外，用户站10还具有：微控制器13，将通信控制装置11分配给该微控制器；和系统ASIC 16（ASIC = 专用集成电路），该系统ASIC替选地可以是系统基础芯片（SBC），在该系统基础芯片上组合有多个对于用户站10的电子组件来说所需的功能。在系统ASIC 16中，除了发送/接收装置12之外还安装有能量供应装置17，该能量供应装置给发送/接收装置12供应电能。能量供应装置17通常提供为5 V的电压CAN_Supply。然而，根据需要，能量供应装置17可以提供具有不同值的不同电压和/或可以被设计成电流源。

发送/接收装置12还具有发送器121、接收器122和分析单元125。分析单元125可以被设计成切换块，该切换块尤其具有至少一个晶体管。随后还更详细地描述这一点。

即使随后总是谈及发送/接收装置12，也替选地能够在发送器121外部的单独的装置中设置接收器122。发送器121和接收器122可以像在常规的发送/接收装置22的情况下那样来构造。发送器121尤其可具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收器122尤其可具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

发送/接收装置12连接到总线40上，更准确地说连接到该总线的用于CAN_H的第一总线芯线41和该总线的用于CAN_L的第二总线芯线42上。经由至少一个连接端43来实现能量供应装置17的电压供应，用来给第一和第二总线芯线41、42供应电能、尤其是供应电压CAN-Supply。通过连接端44来实现与接地或CAN_GND的连接。第一和第二总线芯线41、42以终端电阻49来结束。

在发送/接收装置12中，第一和第二总线芯线41、42与也被称作Transmitter的发送器121连接而且与也被称作Receiver的接收器122连接，尽管在图3中为了简化而并未示出该连接。

在总线系统1运行时，发送器121将通信控制装置11的发送信号TxD转化成针对总线芯线41、42的相对应的信号CAN_H和CAN_L并且将这些信号CAN_H和CAN_L发送到总线40上。即使这里对于发送/接收装置12来说提到信号CAN_H和CAN_L，这些信号就消息45而言也能被理解成信号CAN-EL_H和CAN-EL_L，所述信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在数据阶段453中与常规信号CAN_H和CAN_L的不同之处在于至少一个特征，尤其是关于针对信号TxD的不同数据状态的总线状态的形成方面和/或关于电压或物理层和/或比特率方面不同。

在总线40上形成差分信号VDIFF = CAN_H - CAN_L。接收器122根据从总线40接收到的信号CAN_H和CAN_L来形成接收信号RxD，并且将该接收信号转交给通信控制装置11，如图3中所示。除了空闲或待机状态（Idle或Standby）之外，具有接收器122的发送/接收装置12在正常运行时总是监听在总线40上对数据或消息45、46的传输，更确切地说与发送/接收装置12是不是消息45的发送方无关。

所述装置15被设计为：在从总线40接收到的消息45中识别SoD阶段452。为此，所述装置15可以至少部分地解读在总线系统1中使用的用于消息45、更准确地说用于图2的帧450的通信协议。

如果所述装置15识别出SoD阶段452，则所述装置15使在针对接收信号RxD的连接端处的数据流反转，如图4中所阐明的那样。在针对信号RxD的连接端处的数据流的反转尤其是能够利用具有至少一个晶体管的开关或切换块来被实施。

在图4中阐明的运行模式中，通信控制装置11接着借助于所述装置15在接收信号RxD的连接端处向发送/接收装置12、尤其是该发送/接收装置的分析单元125发送标志符457。在当前实施例中，标志符457是一位，该位向发送/接收装置12报告数据阶段453的开始。对于标志符457的该位来说，要么可以使用逻辑'1'要么可以使用逻辑'0'。

如果该分析得出目前没有接收到SoD阶段452，则所述装置15结束在针对接收信号RxD的连接端处的数据流的反转，使得图3的运行模式重新存在。

因此，所述装置15在所有其它通信阶段451、452、454都不改变在针对接收信号RxD的连接端处的数据流。因而，接着照常在针对接收信号RxD的连接端处，将数据从发送/接收装置12、更准确地说该发送/接收装置的接收器122传导到通信控制装置11。

为了识别SoD阶段452，所述装置15可以可选地附加地使用已经由通信控制装置11执行的分析。由此，可以对所述装置15的分析结果进行合理性检查。必要时，这些分析中的一个分析这里可以比其它分析被评价得更高，使得该分析可以实现用于识别SoD阶段452的不同的安全级别。

以这种方式，所述装置15使从仲裁阶段451和SoD阶段452到具有更高比特率的数据阶段453的切换可辨别。借此，对于发送/接收装置12来说存在关于该时间点的信息，以便可以切换到快速的数据阶段453。

结果，不需要通过在通信控制装置11和与之连接的发送/接收装置12处的分别一个附加的连接端来进行的电流连接以便通信控制装置11将比特率切换的时间点传输给发送/装置12。也就是说，所述装置15有利地并不需要在标准外壳上并不可用的附加的连接端。因此，通过所述装置15，并不需要变换到另一更大且昂贵的外壳以便提供附加的连接端。

所述装置15还能够实现：在发送/接收装置12中不需要集成协议控制器功能性。这种协议控制器主要可能会识别消息45的SoD部分并且根据此来引入数据阶段453。然而，由于这种附加的协议控制器会需要发送/接收装置12或ASIC 16中的相当大的空间，所以所述装置15引起资源需求的显著降低，所述装置可以附加地或替选地使用通信控制装置11的已经存在的功能性。

由此，所述装置15和分析单元125提供了一种非常简单且成本低廉的解决方案，以便使发送/接收装置12可辨别从仲裁阶段451和SoD阶段452到具有更高比特率的数据阶段453的切换。

在总线系统1运行时在按照图3和图4的发送/接收装置12处的信号随后依据图5A至图8B的信号变化过程来更详细地被阐述。

图5A至图8A分别示出了在按照当前实施例的发送/接收装置12的情况下信号随时间t的随时间的变化过程。在这种情况下，作为在图5A中示出的发送信号TxD的结果，出现按照图6A至图8A的信号随时间t的变化过程。在发送并接收消息45的发送/接收装置32的情况下随时间t出现按照图5A至图8A的相同的信号。

在图5A的发送信号TxD的情况下，随着时间t的推移，在三个连续的位的情况下进行从第一总线状态401到第二总线状态402并且接着又回到第一总线状态401的状态变换。第一总线状态401也可以被称作隐性状态或高电平，并且对应于发送信号TxD的逻辑'0'。第二总线状态402也可以被称作显性状态或低电平，并且对应于发送信号TxD的逻辑'1'。作为图5A的发送信号TxD的结果，出现：按照图6A的信号CAN_H和CAN_L的电压V；按照图7A的差分电压VDIFF = CAN_H - CAN_L；和按照图8A的接收信号RxD。在第一总线状态401或隐性状态下，信号CAN_H和CAN_L的电压V对应于总线偏压电位的一半。

相比于此，在图5B至图8B中，分别阐明了在按照常规的发送/接收装置的发送/接收装置、诸如用户站20的发送/接收装置22的情况下信号的随时间的变化过程。在发送并接收消息46的发送/接收装置的情况下出现按照图5B至图8B的相同的信号。

根据对图6A和图6B的信号的比较，非常明显地得出：按照当前实施例的发送/接收装置12对于消息45来说在相同的发送信号TxD的情况下比对于消息46来说引起信号CAN-H和CAN_L或据此计算出的差分电压VDIFF在从状态401到状态402或从显性向隐性的状态变换之后的明显更快的振荡。如果发送/接收装置12的接收器的阈值电压被调节到常见的为0.7V的值，如在图7A和图7B中阐明的那样，则即使在从状态401到状态402或从显性向隐性的状态变换的情况下，发送/接收装置142的接收器也不识别所谓的从状态402到状态401或从隐性向显性的状态变换。因此，在目前常见的采样点AP对接收信号RxD的采样可以可靠地引起所希望的结果，如在图8A中示出的那样。这在状态401或显性位的比特时间tdom的长度相对于常规的发送/接收装置或用户站20的发送/接收装置12稍微延长时也适用，如从图8A和图8B的比较中可见的那样。

因此，按照当前实施例的发送/接收装置12被设计为使得发送/接收装置12具有比常规的发送/接收装置或例如发送/接收装置22更小的振荡趋势。

通过一个或多个发送/接收装置12、32的所描述的设计方案，在数据阶段中可以实现比就CAN或CAN-FD而言高得多的数据率。在数据字段454中的数据长度还可以被增加到多达4096个字节。由此，CAN的关于仲裁方面的优点可以维持并且仍然可以在比以往更短的时间内有效传输数量更多的数据，也就是说不需要由于错误而对数据的重复，如随后所阐述的那样。

另一优点在于：在总线系统1中在传输消息45时不需要错误帧，然而可选地可以使用这些错误帧。如果没有使用错误帧，则消息45不再被破坏，这消除了需要对消息进行双重传输的原因。由此提高了净数据率。

按照第二实施例，所述装置15对于比在第一实施例中更长的阶段来说引起：在SoD阶段使在针对接收信号RxD的连接端处的数据流反转。在这种情况下，通信控制装置11接着发送位模式作为标志符457，该位模式向发送/接收装置12报告数据阶段453的开始。标志符457的该位模式具有预先确定的位序列，例如'101'或'010'或'01'或'10'或'1001'等等。

在这种情况下，切换单元125例如可以被设计成逻辑电路，尤其是被设计成触发器（Flipflop）。

在所有其它通信阶段451、452、454，在针对接收信号RxD的连接端处照常将数据从发送/接收装置12传导到通信控制装置11。

在其它情况下，在第二实施例中的总线系统1以与先前关于第一实施例所描述的相同的方式来构造。

总线系统1的装置15、35、用户站10、20、30和其中实施的方法的所有之前描述的设计方案都可以单独地或者以所有可能的组合来得到应用。尤其是，之前描述的实施例和/或它们的变型方案的所有特征都可以任意地组合。附加地或替选地，尤其可设想如下变型方案。

即使本发明之前以CAN总线系统为例来被描述，本发明也可以被用于任何通信网络和/或通信方法，在所述通信网络和/或通信方法的情况下使用两个不同的通信阶段，在所述两个不同的通信阶段中，针对这些不同的通信阶段所产生的总线状态有所不同。尤其是，本发明能用于开发其它串行通信网络，如以太网（Ethernet）和/或100 Base-T1以太网、现场总线系统等等。

之前描述的按照这些实施例的总线系统1依据基于CAN协议的总线系统来描述。然而，按照这些实施例的总线系统1也可以是其它类型的通信网络，其中数据能用两个不同的比特率来被串行传输。有利的、然而不是强制性的前提的是，在总线系统1中至少在确定的时间区间内确保用户站10、20、30对共同的信道的独占的、无冲突的访问。

这些实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数目和布局是任意的。尤其可以取消总线系统1中的用户站20。可能的是：在总线系统1中存在用户站10或30中的一个或多个用户站。可设想的是：总线系统1中的所有用户站都被设计得相同，即只存在用户站10或只存在用户站30或只存在用户站100。

Claims (11)

1.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；30），所述用户站具有：

接收器（122），用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号，在所述总线系统（1）中，为了在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30；100）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453）；和

用于分析由所述接收器（122）输出的接收信号（RX）的装置（15；35），

其中所述接收器（122）被设计为：根据从所述总线（40）接收到的信号来产生数字接收信号（RxD）并且将所述数字接收信号在连接端处输出给所述装置（15；35），

其中所述装置（15；35）被设计为：关于预先确定的通信协议方面来对所述数字接收信号（RxD）进行分析，所述预先确定的通信协议规定了预先确定的通信阶段（452）何时开始以及何时结束，所述预先确定的通信阶段表明了随后在消息（45）中对有效数据的传输，而且

其中所述装置（15；35）被设计为：如果所述装置（15；35）的分析得出目前在所述预先确定的通信阶段（452）从所述总线（40）接收数据，则在所述连接端处使所述数字接收信号（RxD）的数据流在至少一位的时长内反转到所述接收器（122）。

2.根据权利要求1所述的用户站（10；30），所述用户站还具有：

发送/接收装置（12；32），所述发送/接收装置具有所述接收器（122）和用于将消息（45）发送到所述总线（40）上的发送器（121）；和

通信控制装置（11；31），用于控制所述用户站（10；30）与所述总线系统（1）的至少一个其它用户站（10；20；30）的通信，

其中所述通信控制装置（11；31）具有所述装置（15；35）。

3.根据权利要求2所述的用户站（10；30），其中所述装置（15；35）被设计为：促使所述通信控制装置（11；31）在其中所述装置（15；35）使所述数字接收信号（RxD）的数据流反转的预先确定的通信阶段（452）在针对所述数字接收信号（RxD）的连接端处将具有预先确定的值的标志符（457）发送给所述接收器（122）。

4.根据权利要求3所述的用户站（10；30），其中所述标志符（457）是具有预先确定的值的位。

5.根据权利要求3所述的用户站（10；30），其中所述标志符（457）是预先确定的位模式。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的用户站（100），

其中所述通信控制装置（11；31）被设计为：将发送信号（TxD）发送给所述发送/接收装置（12；35），所述发送/接收装置（12；32）将所述发送信号用作针对总线芯线（41、42）的信号（CAN_H、CAN_L）的基础，而且

其中所述装置（15；35）被设计为将所述接收信号（RxD）与由所述通信控制装置（11；31）创建的发送信号（TxD）进行比较，以便确定是否要发送所述标志符（457）。

7.根据上述权利要求中任一项所述的用户站（10；30），其中在所述第一通信阶段（451、452、454）中从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）利用与在所述第二通信阶段（453）中接收到的信号的总线状态不同的物理层来被产生。

8.根据上述权利要求中任一项所述的用户站（10；30），其中在所述第一通信阶段（451）中，信号的位具有如下比特时间，所述比特时间是在所述第二通信阶段（453）中被驱动的位的比特时间的至少10倍。

9.根据上述权利要求中任一项所述的用户站（10；30），其中在所述第一通信阶段（451、452、454）协商：所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）中的哪个用户站在随后的第二通信阶段（453）获得对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问。

10.一种总线系统（1），所述总线系统具有：

总线（40）；和

至少两个用户站（10；20；30），所述至少两个用户站经由所述总线（40）来彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此进行串行通信，而且所述至少两个用户站中的至少一个用户站（10；30）是根据上述权利要求中任一项所述的用户站（10；30）。

11.一种用于串行总线系统（1）中的通信的方法，其中所述方法利用用于总线系统（1）的用户站（10；30）来被实施，在所述总线系统中，为了在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453），其中所述用户站（10；30）具有接收器（122）和装置（15；35），而且其中所述方法具有如下步骤：

利用所述接收器（122）来从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号；

利用所述接收器（122），根据从所述总线（40）接收到的信号来产生数字接收信号（RxD）并且在连接端处输出所述数字接收信号（RxD）；

利用所述装置（15；35），关于预先确定的通信协议方面来对所述数字接收信号（RxD）进行分析，所述预先确定的通信协议规定了预先确定的通信阶段（452）何时开始以及何时结束，所述预先确定的通信阶段表明了随后在消息（45）中对有效数据的传输；而且

如果所述装置（15；35）的分析得出目前在所述预先确定的通信阶段（452）从所述总线（40）接收数据，则利用所述装置（15；35）在所述数字接收信号（RxD）的数据流的连接端处在至少一位的时长内反转到所述接收器（122）。

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