CN113196711A - 用于串行总线系统的用户站的装置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）的装置（12；16；32）和一种用于串行总线系统（1）中的通信的方法。所述装置（12；16；32）具有接收器（122），用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号，在所述总线系统中对于在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间交换的消息（45）来说，在第一通信阶段（451；453、451）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）不同于在第二通信阶段（452）接收到的信号的总线状态（U_D0、U_D1），其中所述接收器（122）被设计为基于从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RXD；S1）并且将所述信号（RXD；S1）输出给通信控制装置（11）用以分析包含在所述数字信号（RXD；S1）中的数据，其中所述接收器（122）还被设计为在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RXD；S1）而使用至少一个第一接收阈（T_d；Td1）和至少一个第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3；T_p3；T_d2），而且其中所述第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3）具有负电压值或者所述第二接收阈（T_p3；T_d2）具有比最大电压值更大的电压值，所述最大电压值由所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）针对所述第二通信阶段（452）中的总线状态来驱动。

Description

用于串行总线系统的用户站的装置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的装置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CAN协议规范的ISO11898-1:2015标准下作为消息以CAN FD来传输。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。

随着技术设施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更快地将数据从发送方传输到接收方。其后果是，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，在CAN FD消息格式中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1MBit/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 以太网下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的装置和一种用于串行总线系统中的通信的方法，该装置和该方法解决了上述问题。尤其应该提供一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于串行总线系统中的通信的方法，其中在使用该总线系统用于通信的技术设施运行时的灵活性高的情况下并且在该通信的容错能力强的情况下可以实现高数据率和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的装置来解决。该装置具有接收器，用于从总线系统的总线接收信号，在该总线系统中对于在总线系统的用户站之间交换的消息来说，在第一通信阶段从总线接收到的信号的总线状态不同于在第二通信阶段接收到的信号的总线状态，其中该接收器被设计为基于从总线接收到的信号来产生数字信号并且将该信号输出给通信控制装置用以分析包含在该数字信号中的数据，其中该接收器还被设计为在第二通信阶段为了产生该数字信号而使用至少一个第一接收阈和至少一个第二接收阈，而且其中第二接收阈具有负电压值或者第二接收阈具有比最大电压值更大的电压值，该最大电压值由总线系统的用户站针对第二通信阶段中的总线状态来驱动。

由于该装置的设计，即使在数据阶段中在一个帧中有效驱动两个总线状态的情况下，也能够识别发送冲突。这一点在总线上发生所驱动的信号叠加时也适用，由此在总线上出现“模拟”电平。因而，可以省去经由在该装置中的微控制器和/或通信控制装置进行的分析，该微控制器/该通信控制装置在这种情况下通过发送信号TXD和接收信号RXD的比较不再能够可靠地识别出发送冲突，因为所得到的接收信号RXD不再能准确预测。

因而，总线系统的每个用户站由于该装置的设计而能够以错误帧来干扰或中断任意其它用户站的发送。从用户的角度，这非常有利，因为由此在有错误的情况下可以节省时间，其方式是将当前发送的消息中断并且然后可以在总线上传输其它信息。这尤其是在比在数据阶段具有64字节的CAN FD帧更长的帧的情况下、尤其是在应该包含2-4kbyte（千字节）或者更多的帧的情况下非常有用。

结果，利用该装置，即使在每个帧的有效数据量提高的情况下也可以在就总线系统运行时的当前事件而言灵活性高的情况下并且在错误率低的情况下确保帧的接收，其中该装置尤其是接收器或者发送/接收装置。因此，在串行总线系统中，即使数据率高且每个帧的有效数据量提高，也可以以高容错能力来进行通信。

因而，利用该装置，在总线系统中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。

这一并有助于实现至少10 Mbps的净数据率。还有，有效数据的大小可以为每个帧有多达4096个字节。

如果在总线系统中也存在按照ISO 11898-1:2015标准来设计的至少一个CAN FD兼容的CAN用户站和/或根据CAN协议和/或CAN FD协议来发送消息的至少一个CAN FD用户站，则也可以使用由该装置来执行的方法。

该装置的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

按照一个特殊的实施变型方案，该接收器被设计为在所限定的时间窗内至少关于以下来检查第二接收阈：从总线接收到的信号是否不再低于或超过该第二接收阈。

按照一个实施例，该接收器被设计为：在第二通信阶段为了产生数字信号（RxD）而使用两个接收阈，这两个接收阈的电压值在数值上相同。

按照一个实施例，该接收器被设计为：在第二通信阶段为了产生数字信号，除了第一接收阈之外还使用第二接收阈和第三接收阈，该第二接收阈和该第三接收阈的电压值在数值上相同。

还有，该接收器可以被设计为：在第二通信阶段为了产生数字信号而附加地使用第四接收阈，该第四接收阈具有比最大电压值更大的电压值，该最大电压值由总线系统的用户站针对在第二通信阶段中的总线状态来驱动，其中对于该接收器来说利用第三接收阈相比利用第四接收阈能识别不同的发送冲突。按照这些实施例，该接收器被设计为：在第一通信阶段使用如下接收阈，该接收阈的电压值不同于在第二通信阶段中的接收阈的电压值。

按照一个特殊的实施变型方案，在第一通信阶段中从总线接收到的信号的总线状态相比在第二通信阶段中接收到的信号的总线状态利用不同的物理层（Physical Layer）来产生。

有可能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得到对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问。

该装置可能还具有接收阈适配装置，用于关于当前存在的通信阶段来分析从总线接收到的信号并且用于基于该分析的结果来切换所使用的一个或多个接收阈的电压值和数目。

可设想的是：如果在不确保用户站对总线系统的总线的独占的、无冲突的访问的第一通信阶段之后切换到具有对总线的独占的、无冲突的访问的通信阶段，则该接收阈适配装置将第一接收阈切换到另一接收阈。

该装置还可具有发送器，用于将消息发送到总线系统的总线上，其中该发送器在发送消息的不同通信阶段时被设计为在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换。在这种情况下，该发送器可能在第一运行模式中被设计为：作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说不同的总线电平的总线状态来产生第一数据状态；并且作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说相同的总线电平的总线状态来产生第二数据状态，而且其中该发送器在第二运行模式中被设计为：分别作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说不同的总线电平的总线状态来产生第一数据状态和第二数据状态。

上述装置可以是串行总线系统的用户站的一部分，该用户站还具有通信控制装置，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。

在这种情况下存在如下选项：该装置被设计为：如果对接收阈的分析以及可选地对在发送信号与接收信号之间的时间相关的分析得出在总线上存在发送冲突，则利用接收信号或者利用经由独立线路的信号来向该通信控制装置报告，而且其中该通信控制装置被设计为基于该信号来产生或者中断发送信号和/或向总线系统的其它用户站报告该发送冲突。

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16所述的用于串行总线系统中的通信的方法来解决。该方法利用一种用于从总线系统的总线接收信号的接收器来实施，其中该接收器实施如下步骤：从总线系统的总线接收信号，在该总线系统中对于在总线系统的用户站之间交换的消息来说，在第一通信阶段从总线接收到的信号的总线状态不同于在第二通信阶段接收到的信号的总线状态；基于从总线接收到的信号来产生数字信号；并且将所产生的数字信号输出给通信控制装置用以分析包含在该数字信号中的数据，其中该接收器在第二通信阶段为了产生该数字信号而使用至少一个第一接收阈和至少一个第二接收阈，而且其中第二接收阈具有负电压值或者第二接收阈具有比最大电压值更大的电压值，该最大电压值由总线系统的用户站针对第二通信阶段中的总线状态来驱动。

该方法提供了与之前关于该装置和/或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的发送/接收装置来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的简化示意性框图；

图4示出了在正常运行时在按照第一实施例的总线系统的总线上出现的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的随时间的变化过程；

图5示出了根据图4的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L所得到的差分电压VDIFF的随时间的变化过程；

图6和图7示出了在由按照第一实施例的总线系统的第一用户站发送的消息的数据阶段中的发送信号TxD1的随时间的变化过程和由另一用户站为了中断该发送信号TxD1所发送的发送信号TxD2的随时间的变化过程；

图8示出了由于图6和图7的发送信号TxD1、TxD2而在总线上出现的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的随时间的变化过程；

图9示出了根据图8的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L所得到的并且利用按照第一实施例的接收器的接收阈来分析的差分电压VDIFF的随时间的变化过程；以及

图10至图13分别示出了图9的利用按照第二至第五实施例的接收器的接收阈来分析的差分电压VDIFF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元件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或者CAN-EL_H和CAN-EL_L，并且用于在发送状态下针对信号耦合输入差分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能以信号形式在各个用户站10、20、30之间串行传输。如果在总线40上通信时发生错误，如通过图1中的锯齿状黑色方块箭头所示，则可以发送错误帧47（Error Flag）。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和接收阈适配装置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和接收阈适配装置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可以像根据ISO 11898-1:2015的常规的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，还有这些数据字节可以比在Classical CAN消息46的情况下快得多的数据率来传输。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创建并且读取第一消息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453，即仲裁阶段451、数据阶段452和帧结束阶段453。

在仲裁阶段451，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想要以最高优先级发送消息45、46而且因而在接下来的时间内为了在接下来的数据阶段452中发送而获得对总线系统1的总线40的独占的访问。

在数据阶段452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453，例如可以在校验和字段中包含关于数据阶段452的包括填充位在内的数据的校验和，该填充位由消息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嵌入。在帧结束阶段453，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。

在仲裁阶段451和帧结束阶段453，使用像在CAN和CAN-FD中那样的物理层（Physical Layer）。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（OpenSystems Interconnection Modell））的第1层。

在这些阶段451、453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，该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）。

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的发送方才开始将数据阶段452的比特发送到总线40上。

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的鲁棒性和用户友好性负责；

b) 将净数据传输率提高到每秒约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。

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和接收阈适配装置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：接收阈适配装置35不是集成到发送/接收装置32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和接收阈适配装置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。附加地或替选地，能量供应装置17可以设计为电流源。接收阈适配装置15具有分析单元151和适配单元152。

可选地，在通信控制装置11与发送/接收装置12之间存在独立线路，经由该独立线路来发送附加信号S1，利用该附加信号可以向通信控制装置11通知在数据阶段452在总线40上有发送冲突，如随后还更详细地描述的那样。

发送/接收装置12还具有发送器121和接收器122。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或CAN-EL_H的第一总线芯线41和该总线的用于CAN_L或CAN-EL_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不仅与也被称作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。第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中也与装置15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或TxD转化成针对总线芯线41、42的相对应的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L并且将这些信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在用于CAN_H和CAN_L的连接端上发送到总线40上，如图4中所示。

接收器122根据按照图4的从总线40接收到的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L来形成接收信号RXD或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总线40上数据或消息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。

按照图4的示例，在之前提到的通信阶段451、453中的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L具有如从CAN公知的显性和隐性总线电平401、402。而在数据阶段452中的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L不同于常规信号CAN_H和CAN_L，如随后还更详细地描述的那样。在总线40上形成在图5中示出的差分信号VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L。

如从图4的左侧部分可看出的那样，发送器121只在之前提到的通信阶段451、453中对差分信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的显性状态402不一样地进行驱动。而在总线线路3上针对隐性状态401的总线电平在之前提到的通信阶段451、453中等于例如约为2.5 V的电压Vcc或CAN-Supply。因此，对于隐性状态401（发送信号TxD的逻辑'0'）的电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L来说得出为0V的值而对于显性状态402（发送信号TxD的逻辑'1'）的电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L来说得出约为2.0 V的值。

如果发送/接收装置12、尤其是其装置15识别出仲裁阶段451的结束，则发送器121从在图4的左侧部分中示出的针对数据阶段452的状态被切换到在图4的右侧部分示出的状态。因此，发送器121从第一运行模式被切换到第二运行模式。

按照图4的右侧部分，在更快的数据阶段452中，对于信号CAN-EL_H、CAN-EL_L来说，总线状态U_D0、U_D1与发送信号TXD的数据状态Data_0和Data_1相对应地出现。

数据状态Data_0和Data_1以及因此由此得到的针对图4中的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的总线状态U_D0、U_D1的序列和由此得到的图5的电压VDIFF的变化过程只是用于阐明发送/接收装置10的功能。数据状态Data_0和Data_1以及因此总线状态U_D0、U_D1的序列能根据需要来选择。

在图4中示出的且之前描述的状态的情况下，在总线40的总线线路上，在状态Data_0的情况下存在约-0.6 V与约-2 V之间的总线电平而在状态Data_1的情况下存在约0.6 V与约2 V之间的总线电平，如图5中所阐明的那样。即，在状态Data_0和Data_1的情况下，差分电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L尤其具有约为1.4 V的最大幅度，尽管图5在一个特殊示例中将VDIFF的幅度示出为2 V。

换言之，发送器121在按照图4的第一运行模式中产生：第一数据状态、例如Data_0，作为具有对于总线线路的两条总线芯线41、42来说不同的总线电平的总线状态402；和第二数据状态、例如Data_1，作为具有对于总线40的总线线路的两条总线芯线41、42来说相同的总线电平的总线状态401。

此外，发送器121针对在包括数据阶段452的第二运行模式中的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的随时间的变化过程将第一和第二数据状态Data_0、Data_1分别形成为具有对于总线40的总线线路的两条总线芯线41、42来说不同的总线电平的总线状态U_D0、U_D1。

如图5中所示，接收器122在通信阶段451、453中使用从CAN/CAN-FD公知的具有按照IS011898-2:2016为0.7 V的典型水平的第一接收阈T_a，以便可以在第一运行模式中可靠地识别出总线状态401、402。而接收器122在数据阶段452中使用约为0 V的接收阈T_d。为此，接收阈适配装置15将接收器122的接收阈T_a适配到接收阈T_d或将接收阈T_a切换到接收阈T_d。

此外，接收器122的接收阈适配装置15在数据阶段452中附加地设定接收阈T_p1，如关于图6至图9所描述的那样。

图6至图9针对数据阶段452示出了信号TxD1、TxD2、CAN-EL_H和CAN-EL_L及其差分电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L的信号变化过程。在图6至图9中示出的情况下，例如发送器121发送帧450的发送信号TxD1，其中例如在数据阶段452中实际上只是帧450的接收方的用户站30想要实现对帧450的中断。

应该将帧450中断的原因有多种：

- 作为RX用户站的用户站30要发送具有更高优先级的消息45、46；和/或

- 作为RX用户站的用户站30已查明在CAN EL消息45的报头校验和（CRC = CyclicRedundancy Check（循环冗余校验））中有错误，而且想要报告这一点；和/或

- 是CAN FD用户站的用户站20可能由于位错误而没有识别出切换到帧450的格式，并且在帧450的数据阶段452期间发送错误帧47。

如果例如用户站30想要中断发送器121以图6的信号TxD1来发送的帧450，则用户站30将按照图7的发送信号TxD2发送到总线40。因此出现CAN-EL_H和CAN-EL_L及其差分电压VDIFF的信号变化过程。因而，在发送错误帧47的以发送信号TxD2的下降沿开始的阶段455中，在总线40上得出如下电压状态，所述电压状态不同于在数据阶段452正常运行时在总线40上的电压状态。

通常适用：发送发送信号TxD1的发送用户站在数据阶段452切换到其中驱动具有不同差分电压的两个逻辑电平的运行，而对于所有进行接收的用户站、如用户站30来说接通不同的在图9中示出的接收阈Td、T_p1，如随后描述的那样。然而，在这种情况下，进行接收的用户站30的总线驱动器保持在接收状态（CAN-recessive-state）下，直至进行接收的用户站30可能发送错误帧47为止，如图7中针对发送信号TxD2示出且之前提及的那样。按照图7的右侧部分的错误帧47接着可以作为“显性”或者作为针对逻辑'0'的差分电压来发送。由于两种替选方案都有可能，所以图7中的针对发送信号TxD2的两个状态被表示为对于被动（Passive）来说是P而对于主动（Active）来说是A。

如果在上述情况下由用户站30来发送错误帧47，同时发送信号TxD1 = H，则差分电压VDIFF升高。因而，利用数据阶段452的第二接收阈T_p1不再能够识别出差分电压VDIFF的电压状态。

即，如果用户站10的接收器122检测到差分电压VDIFF不再低于接收阈T_p1，则接收器122识别出存在到总线40上的发送冲突。即，在数据阶段452，发送器121不再独占地、无冲突地访问总线40。无论数据阶段452的第一接收阈T_d是否仍被触发，接收器122都识别出到总线40上的该发送冲突。

在所描述的对是否存在发送冲突的评估的情况下，接收器122或发送/接收装置12考虑在总线系统1中的信号渡越时间，通过所述信号渡越时间来得出发送信号TXD与信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在总线40上直至接收器122的在其上输出接收信号RXD的输出端的时间偏差。这些渡越时间针对所描述的评估予以补偿。尤其是，信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在总线40上的渡越时间针对所描述的评估予以补偿。

对数据阶段452中的冲突的报告通过接收器122或发送/接收装置12到通信控制装置11的信号来实现。该信号可以是接收信号RXD，接收器122或发送/接收装置12用预先确定的位模式来更改该接收信号，以便报告冲突。替选地或附加地，接收器122或发送/接收装置12可以产生独立信号S1，该独立信号经由独立信号线路被发送给通信控制装置11并且尤其是具有至少一个切换脉冲或预先确定的位模式用于报告冲突。由于在数据阶段452中将发送冲突报告给通信控制装置11，所以在经典CAN中常规的通过发送信号TXD与接收信号RXD的比较的位错误检查可以由对冲突报告信号的检查所替代。冲突报告信号尤其具有预先确定的位模式，该位模式报告该发送冲突。冲突报告信号尤其可以发送'1'作为“OK信号”而发送'0'作为“冲突报告”。

在数据阶段452，通信控制装置11利用对数据阶段452的中断并且必要时附加地利用对位模式的发送来对所报告的发送冲突做出反应，该位模式向其它用户站20、30报告数据阶段452的结束。

按照对上述评估的修改，在另一变型方案中，接收阈T_p1在按照图9的所限定的时间窗t_P关于以下被检查：差分电压VDIFF是否不再低于接收阈T_p1。在此，时间窗T_p尤其被选择为使得在数据阶段452中进行数据传输时必须至少两次低于接收阈T_p1。如果情况不是如此，则接收器122或发送/接收装置12识别出存在发送冲突。

所提到的修改或第二变型方案的优点在于：不需要考虑发送信号TxD1及其渡越时间补偿。

可选地，时间窗t_P能选择性地被配置。借此，接收器122或发送/接收装置12能非常有利地与总线系统1的相应的现实情况适配。

在评估的上述变型方案方面特别有利的是：接收器122或发送/接收装置12的设计方案不仅能用于只发送CAN EL消息45而不发送CAN FD消息46的同类的CAN-EL总线系统而且能用于要么发送CAN EL消息45要么发送CAN FD消息46的混合型总线系统。因而，接收器122或发送/接收装置12能普遍使用。

图10阐明了按照第二实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计方案。按照当前实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12除了随后描述的区别之外像按照上述实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样来实施。

按照图10，接收阈适配装置15在数据阶段附加地接通第三接收阈T_p2。

当例如用户站30未曾识别出它相对于用户站10已经输掉了仲裁时，利用接收阈T_p2能识别出：相对于其它用户站的发送信号TxD2所引起的总线状态U_D1而言，由于在总线40上的发送信号TxD1而驱动总线状态U_D0。因而，T_p2只被设置成第三阈。

因此，接收器122除了阈T_d、T_p1之外可以将接收阈T_p2用于评估，以便在TxD1 =H的情况下识别在总线40上的VDIFF电平，如上所述。

由此，还可以进一步对在总线40上存在发送冲突进行合理性检查，而且可以在发送错误帧47（Error Flag（错误标志））的冲突情况与由于未识别出输掉仲裁而进行发送的冲突情况之间进行区分。

结果，可以在接收信号RXD或信号S1中向通信控制装置11报告发生了哪种发送冲突。因此，通信控制装置11不仅仅可以进行对数据阶段452的中断，而且必要时附加地利用对位模式的发送来向其它用户站20、30报告数据阶段452的结束并且可选地通知关于发送冲突的类型的说明。

图11阐明了按照第三实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计方案。按照当前实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12除了随后描述的区别之外像按照上述实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样来实施。

按照图11，接收阈适配装置15在数据阶段附加地接通第四接收阈T_p3。因此，接收器122除了阈T_d、T_p1、T_p2之外可以将接收阈T_p3用于评估，以便在发送信号TxD1 = H的情况下识别差分电压VDIFF的电平，如上所述。如果这里在TxD1 = 0和发送信号TxD2的错误帧47（Error Flag）的情况下存在对接收阈T_p3的超出，则这表明：多个用户站10、20、30试图例如利用错误帧47（Error Flag）来驱动总线40。

接收阈T_p3具有比最大电压值更大的值，该最大电压值由总线系统1的用户站10、20、30针对第二通信阶段452中的总线状态来驱动。利用接收阈T_p3能识别出当由发送/接收装置12基于发送信号TxD1而在总线40上产生的总线状态U_D0被错误帧47增强时出现的发送冲突，其中错误帧47作为显性或者也作为U_D0来驱动。

因此，还可以更好地对在总线40上存在发送冲突、尤其是发送错误帧47（ErrorFlag）的冲突情况进行合理性检查。

结果，可以在接收信号RXD或信号S1中向通信控制装置11报告发生了哪种发送冲突。因此，通信控制装置11不仅仅可以进行对数据阶段452的中断，而且必要时附加地利用对位模式的发送来向其它用户站20、30报告数据阶段452的结束并且可选地通知关于发送冲突的类型的说明。

图12阐明了按照第四实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计方案。按照当前实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12除了随后描述的区别之外像按照第一实施例的变型方案中的至少一个变型方案的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样来实施。

按照图12，接收阈适配装置15在数据阶段中除了接收阈T_d之外只接通接收阈T_p3作为在数据阶段452中的第二接收阈。因此，接收器122除了阈T_d之外还可以将接收阈T_p3用于评估，以便在发送信号TxD1 = H的情况下识别差分电压VDIFF的电平，如上所述。如果这里在TxD1 = 0和发送信号TxD2的错误帧47（Error Flag）的情况下存在对接收阈T_p3的超出，则这表明：多个用户站10、20、30试图例如利用错误帧47（Error Flag）来驱动总线40。

因此，以这种方式也可以识别出在总线40上存在发送冲突、尤其是发送错误帧47（Error Flag）的冲突情况。

图13阐明了按照第五实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计方案。按照当前实施例的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12除了随后描述的区别之外像按照第一实施例的变型方案中的至少一个变型方案的接收阈适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样来实施。

按照图13，接收阈适配装置15在数据阶段接通第一接收阈T_d1和第二接收阈T_d2。

对于阈T_d1的水平来说适用：0V < T_data1 < VDIFF0_min。在这种情况下，VDIFF0_min是对于状态U_D0的差分电压VDIFF来说出现的最小电压。

对于阈T_d2的水平来说适用：VDIFF1_max < T_data2 < 0V。在这种情况下，VDIFF0_max是对于状态U_D1的差分电压VDIFF来说出现的最大电压。

在无冲突地发送数据时，在逻辑状态0或状态U_D0下超过两个阈T_d1、T_d2，同样，在逻辑状态1或状态U_D1下低于两个阈T_d1, T_d2。如果现在另一用户站、例如用户站30发送错误帧47（Error-Flag），如利用图7的发送信号TxD2所示出的那样，则由于差分电压VDIFF升高，根据总线状态，只还低于或超过阈T_d1。而不再低于阈T_d2。在这种情况下，接收器122或发送/接收装置12识别出冲突。

接收阈T_d1和T_d2的组合具有如下优点：在数据阶段452中的接收阈T_d1可等于在仲裁阶段451、452、453中的接收阈T_a。因而，在该设计方案中，不必对阈T_a、T_d1进行切换，而是仅须接通或切断接收阈T_d2。这简化了在用户站10、30中的电路。

如果发送/接收装置12只使用接收阈T_d1和T_d2，则可以将在总线40上相对于'0'而言驱动'1'识别为唯一的发送冲突。然而，通过两个相同电平的增强未被识别。

因此，以这种方式也可以识别出在总线40上存在发送冲突、尤其是发送错误帧47（Error Flag）的冲突情况。

按照第六实施例，按照上述实施例之一的接收器122或发送/接收装置12附加地被设计为：进行对相应存在的接收阈T_d、T_d1、T_d2、T_p1、T_p2、T_p3的评估和对在相应的用户站10、30的发送信号TXD或TxD1与所接收到的信号RXD之间的时间相关的评估。

按照第七实施例，按照上述实施例之一的接收阈适配装置15和/或接收器122或发送/接收装置12被设计为：对错误帧47（Error-Flag）做出反应，对于该错误帧来说，差分电压VDIFF为负。如果在总线系统1中使用这样的错误帧47（Error-Flag），则接收阈适配装置15和/或接收器122或发送/接收装置12否定相应存在的接收阈T_d1、T_d2、T_p1、T_p2、T_p3。

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/或它们的修改方案的所有特征都可以任意地组合。附加地或替选地，尤其可设想如下修改方案。

在这些附图中示出的接收阈T_d1、T_d2、T_p1、T_p2、T_p3基于如下假设：在总线系统1中，总线状态U_D0、U_D1以数值上相同的VDIFF电平彼此相反地被驱动。然而，替选地可能的是：即使在总线状态U_D0和U_D1利用例如两个不同的正VDIFF电平来驱动的情况下也使用接收阈T_d1、T_d2、T_p1、T_p2、T_p3。在这种情况下，接收阈T_d1、T_d2、T_p1、T_p2、T_p3能与这些VDIFF电平适配。例如，接着接收阈T_d1和T_d2会对称地高于和低于这两个VDIFF电平的平均值。

即使本发明之前以CAN总线系统为例来描述，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。

按照这些实施例的总线系统1尤其可以是能用两个不同的比特率来串行传输数据的通信网络。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。

在数据阶段452中被接到第一接收阈T_u的或者在数据阶段452将接收阈T_a切换到的接收阈T_p1、T_p2、Tp3的数目也还可以比之前所描述的情况进一步被增加。由此，还可以进一步改善对检测发送冲突的合理性检查。然而，分析阈的花费随着所使用的接收阈T_d、T_p1、T_p2、Tp3、T_d1、T_d2的数目增加而升高。

用于识别发送冲突的所有之前描述的变型方案都可以经受随时间的滤波，以便提高关于电磁兼容性（EMV）方面并且相对于抗静电放电（ESD）、脉冲和其它干扰而言的鲁棒性。

还可能的是：使在数据阶段452中的比特时长t_bt与在仲裁阶段451和帧结束阶段453中的比特时长t_bt相比缩短。在这种情况下，在数据阶段452以比在仲裁阶段451和帧结束阶段453中更高的比特率来进行发送。以这种方式，还可以进一步提高总线系统1中的传输速度。

Claims (16)

1.一种用于串行总线系统（1）的装置（12；16；32），所述装置具有：

接收器（122），用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号，在所述总线系统中对于在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间交换的消息（45）来说，在第一通信阶段（451；453、451）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）不同于在第二通信阶段（452）接收到的信号的总线状态（U_D0、U_D1），

其中所述接收器（122）被设计为基于从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RXD；S1）并且将所述信号（RXD；S1）输出给通信控制装置（11）用以分析包含在所述数字信号（RXD；S1）中的数据，

其中所述接收器（122）还被设计为在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RXD；S1）而使用至少一个第一接收阈（T_d；Td1）和至少一个第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3；T_p3；T_d2），而且

其中所述第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3）具有负电压值或者所述第二接收阈（T_p3；T_d2）具有比最大电压值更大的电压值，所述最大电压值由所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）针对所述第二通信阶段（452）中的总线状态来驱动。

2.根据权利要求1所述的装置（12；16；32），其中所述接收器（122）被设计为在所限定的时间窗（t_P）内至少关于以下来检查所述第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3）：从所述总线（40）接收到的信号（VDIFF）是否不再低于或超过所述第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3）。

3.根据权利要求1或2所述的装置（12；16；32），其中所述接收器（122）被设计为：在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RxD）而使用两个接收阈（T_p1、T_p2；T_d1、T_d2），所述两个接收阈的电压值在数值上相同。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），其中所述接收器（122）被设计为：在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RxD），除了所述第一接收阈（T_d；T_d1）之外还使用第二接收阈（T_p1）和第三接收阈（T_p2），所述第二接收阈和所述第三接收阈的电压值在数值上相同。

5.根据权利要求4所述的装置（12；16；32），

其中所述接收器（122）被设计为：在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RxD）而附加地使用第四接收阈（T_p3），所述第四接收阈具有比最大电压值更大的电压值，所述最大电压值由所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）针对在所述第二通信阶段（452）中的总线状态来驱动，

其中对于所述接收器（122）来说利用所述第三接收阈（T_p2）相比利用所述第四接收阈（T_p3）能识别不同的发送冲突。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），其中所述接收器（122）被设计为：在所述第一通信阶段（451；453、451）使用如下接收阈（T_a），所述接收阈的电压值不同于在所述第二通信阶段（452）中的接收阈（Td；Td1；T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3；T_p3；T_d2）的电压值。

7.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），其中在所述第一通信阶段（451；453、451）中从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）相比在所述第二通信阶段（452）中接收到的信号的总线状态（U_D0、U_D1）利用不同的物理层来产生。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），其中在所述第一通信阶段（451；453、451）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（452）得到对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），所述装置还具有接收阈适配装置（15），用于关于当前存在的通信阶段（451至453）来分析从所述总线（40）接收到的信号并且用于基于所述分析的结果来切换所使用的一个或多个接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3；T_p3；T_d2）的电压值和数目。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），其中如果在不确保用户站（10、20、30）对所述总线系统（1）的总线（40）的独占的、无冲突的访问的第一通信阶段（451；453、451）之后切换到具有对所述总线（40）的独占的、无冲突的访问的通信阶段（452），则接收阈适配装置（15）将所述第一接收阈（T_a）切换到另一接收阈（T_d；Td1）。

11.根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），

所述装置还具有发送器（121），用于将消息（45）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，

其中所述发送器（121）在发送消息（45；46）的不同通信阶段（451至453）时被设计为在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换。

12. 根据权利要求11所述的装置（12；16；32），

其中所述发送器（121）在所述第一运行模式中被设计为：作为具有对于总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说不同的总线电平的总线状态（402）来产生第一数据状态；并且作为具有对于所述总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说相同的总线电平的总线状态（401）来产生第二数据状态，而且

其中所述发送器（121）在所述第二运行模式中被设计为：分别作为具有对于所述总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说不同的总线电平的总线状态（U_D0、U_D1）来产生所述第一数据状态和所述第二数据状态。

13.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；30），所述用户站具有：

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；和根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32）。

14. 根据权利要求13所述的用户站（10；30），

其中所述装置（12；16；32）被设计为：如果对所述接收阈（T_d、T_p1；T_d、T_p1、T_p2；T_d、T_p1、T_p2、T_p3；T_d、T_p3；T_d1、T_d2）的分析以及可选地对在所述发送信号（TXD；TxD1）与所述接收信号（RXD）之间的时间相关的分析得出在所述总线（40）上存在发送冲突，则利用所述接收信号（RXD）或者利用经由独立线路的信号（S1）来向所述通信控制装置（11；31）报告，而且

其中所述通信控制装置（11；31）被设计为基于所述信号（RXD；S1）来产生或者中断所述发送信号（TXD；TxD1）和/或向所述总线系统（1）的其它用户站（20；30）报告所述发送冲突。

15. 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）是根据权利要求13或14所述的用户站（10；30）。

16.一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从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号的接收器（122）来实施，而且其中所述接收器（122）实施如下步骤：

从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号，在所述总线系统中对于在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间交换的消息（45）来说，在第一通信阶段（451；453、451）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）不同于在第二通信阶段（452）接收到的信号的总线状态（U_D0、U_D1）；

基于从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RXD；S1）；而且

将所产生的数字信号（RXD；S1）输出给通信控制装置（11）用以分析包含在所述数字信号（RXD；S1）中的数据，

其中所述接收器（122）在所述第二通信阶段（452）为了产生所述数字信号（RxD）而使用至少一个第一接收阈（T_d；Td1）和至少一个第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3；T_p3；T_d2），而且

其中所述第二接收阈（T_p1；T_p1、T_p2；T_p1、T_p2、T_p3）具有负电压值或者所述第二接收阈（T_p3；T_d2）具有比最大电压值更大的电压值，所述最大电压值由所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）针对所述第二通信阶段（452）中的总线状态来驱动。

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