CN113225066A - 连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器 - Google Patents

连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器 Download PDF

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Abstract

公开了一种收发器装置和一种方法，用于在至少两个不同的电压域，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域与具有较低第二电源电压的第二电源电压域之间进行介接。收发器装置具有：第一接口，由第一电源电压供电并适用于与在第一电源电压域中操作的至少一个外部第一数字装置介接；第二接口，由所述第二电源电压供电并适用于与在第二电源电压域中操作的外部通信总线介接；第一内部通信链路，适用于将可由在第一电源电压域中操作的外部第一数字装置生成的传输数据从第一接口传送到第二接口；以及第二内部通信链路，适用于将可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应的传输数据从第二接口传送到第一接口。

Description

连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器
技术领域
本发明涉及用于在至少两个不同的电压域之间进行介接的收发器装置，并且涉及在至少两个不同的电压域之间进行介接的方法。
背景技术
在汽车工业中，除努力减少CO2排放之外，已引入了轻度混合动力车辆(MHEV)，其具有两个板网电压域，具体地说，一方面为12V或24V的板网电压域，另一方面为48V的板网电压域。在这样的MHEV中，包括车辆电动机(例如电起动发电机)的电力大功率应用连接到48V的板网，其通常在1至15kW的范围内工作。
控制器局域网(CAN)总线通常用于汽车和工业自动化应用中。CAN总线系统由博世(Bosch)公司于1983年开发，并于1986年与英特尔(Intel)公司一起公开发布。CAN总线已经发展成为汽车和工业自动化应用中的总线标准，并在ISO 11898中进行了描述。在扩展CANFD的情况下，如果正确终止网络拓扑，CAN总线可支持高达8Mbps的比特率，该扩展CAN FD由博世公司在2011年开发，并在2012年发布。
在MHEV中，12V的板网电子控制单元(ECU)和48V的板网单元连接到同一控制器局域网(CAN)总线网络。为了实现这种12V/48V的混合CAN网络，运行在48V的ECU的CAN收发器必须容许共模差，并具有限制CAN总线线路上的最大潜在电压和限制进入CAN总线线路的反向电流的规定。
在12V/48V的混合CAN网络中，运行在48V的ECU通常具有四个电源连接器引脚：
VBN48：48V的板网连接器(例如K1.40)，
GND48：48V的板网接地连接器(例如K1.41)，
VBN12/24：12V或24V的板网连接器(例如K1.30)，以及
GND12/24：12V或24V的板网接地连接器(例如K1.31)。
48V的CAN收发器通常连接在12V/24V的电压电源域与48V的电压电源域之间，如图1所示和下文进一步描述的。
在MHEV中，两个板网域(电源电压域)的接地在某处连接。这种共用接地连接的位置取决于汽车制造商。尽管接地是在某处连接的，但是与(长的)线束结合的汽车瞬变过程会导致ECU接地引脚，即GND12/24与GND48之间的接地偏移和共模瞬变。这样可能会导致通信干扰。此外，可能会出现接地失效的情形，从而导致GND12/24与GND48之间的高电压差。
为了克服目前48V的ECU中存在的这些问题，使用具有高压电隔离的CAN收发器来处理或连接到两个板网域。作为电隔离屏障，可使用以下方法：(电压)变压器、电容器或光耦合器。所有这些已知的电隔离屏障都是昂贵的解决方案，因为这样的CAN收发器由一个封装(多芯片模块封装)中的多个集成电路管芯组成。甚至更糟的是，可应用包括单独的CAN收发器装置和一个或多个单独的电隔离装置的分立解决方案。
尽管本发明的背景技术的上述描述涉及在48V、48V的CAN收发器和12V/48V或24V/48V的混合CAN网络上运行的现有技术的ECU，这些ECU已在汽车工业中针对MHEV进行了开发，如将在下文公开的，本发明已经在该技术领域中进行了初步开发，但本发明可推广应用于与其它总线系统的介接，诸如局域互连网络(LIN)总线(如ISO 17987中所述)和FlexRay总线(如ISO 17458-1至17458-5中所述)，或者更一般地涉及包括例如以太网的通信介质，在具有不同于12/24V和48V(如在汽车工业中使用的)的电源电压的不同电源电压域之间介接。
发明内容
本发明涉及用于在至少两个不同的电压域之间进行介接的收发器装置，并且涉及在至少两个不同的电压域之间进行介接的方法。
本发明的总体目的是提供一种用于在高电压电源域与低电压电源域之间进行数字介接的装置和一种用于在高电压电源域与低电压电源域之间进行数字介接的方法，以在没有电隔离的情况下减小或消除接地偏移、共模瞬变和接地失效情形的影响，从而实现具有单个集成电路管芯的解决方案。本发明的进一步目的包括提供共模容限，并采取措施防止从一个域到另一个域的高电压和电流通过。
该目的是通过具有根据独立权利要求的特征的标的物来实现的。在从属权利要求中描述了优选的和有利的实施例。具体地说，该目的是通过根据所附独立权利要求1的收发器装置和根据所附独立权利要求19的方法来实现的。在从属权利要求中描述了本发明的其它实施例。
根据本发明的第一示例性实施例，提供了一种收发器装置，用于在至少两个不同的电压域，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域与具有较低第二电源电压的第二电源电压域之间进行介接，其中该收发器装置具有：
第一接口，其由第一电源电压供电并适用于与在第一电源电压域中操作的至少一个外部第一数字装置介接；
第二接口，其由第二电源电压供电并适用于与在第二电源电压域中操作的外部通信总线介接；
第一内部通信链路，其适用于将可由在第一电源电压域中操作的外部第一数字装置生成(或可生成)的传输数据从第一接口传送到第二接口，以及
第二内部通信链路，其适用于将可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应(或可供应，或可提供)的传输数据从第二接口传送到第一接口。这里，具体地说，接收数据可源自在第二电源电压域中操作并连接到通信总线的装置。
通过提供用于传输传输数据和接收数据的第一内部通信和第二内部通信，对于双工传输，可在不提供电隔离的情况下解决接地偏移、共模瞬变和接地失效情形的影响。这又实现了以下有利的实施例。
根据本发明的第一示例性实施例的收发器装置可具有多于一个的第一内部通信链路和第二内部通信链路，例如，用于传输装置模式指示信号的另一第一内部通信链路和第二内部通信链路，以及用于传输装置状态信息信号的又一第一内部通信链路和第二内部通信链路。
在本发明的有利实施例中，包括第一接口、第二接口、第一内部通信链路和第二内部通信链路，特别是另外的第一内部通信链路和第二内部通信链路的收发器装置可实现为单片集成电路。在其特定的有利实施例中，单片集成电路以绝缘体上硅(SOI)技术实施。
在本发明的实施例中，收发器装置还可具有至少两个接地引脚，包括适用于连接到第一电源电压域的接地电势的第一接地引脚和适用于连接到第二电源电压域的接地电势的第二接地引脚。
在本发明的实施例中，收发器装置还可具有共模和接地偏移范围，其在从大于约±3V开始但不超过约±70V的范围内。
在本发明的实施例中，第一电源电压基本上为标称48V或更高。在本发明的实施例中，第二电源电压基本上为标称12V或基本上为标称24V。
在本发明的实施例中，第一接口可具有：传输数据输入端，其适用于例如从在第一电源电压域中操作的第一数字装置接收传输数据；接收数据输出端，其适用于例如向在第一电源电压域中操作的第二数字装置传输接收数据。
在该实施例的进一步发展中，在第一电源电压域中操作的第一数字装置和第二数字装置可为同一数字装置，和/或在第一电源电压域中操作的第一数字装置和第二数字装置可共同形成微控制器单元。
在本发明的实施例中，第二接口可具有：至少一个通信总线引脚，其适用于向在第二电源电压域中操作的外部通信总线传输传输数据和/或从所述外部通信总线接收接收数据。
在该实施例的进一步发展中，在第二电源电压域中操作的外部通信总线可从由CAN总线、Flexray总线、LIN总线和以太网组成的组中选择。
在本发明的第一特定实施例中，分别关于传输数据和接收数据的传输，第一内部通信链路和第二内部通信链路可基于差动电压传输。
在本发明的第二特定实施例中，其是对如上所述的本发明的第一特定实施例的替换，分别关于传输数据和接收数据的传输，第一内部通信链路和第二内部通信链路是基于数字电流环路传输。
通过将第一内部通信链路和第二内部通信链路实现为基于差动电压传输或基于数字电流环路传输，内部通信链路提供对接地偏移、共模瞬变的容限，并在接地失效情形最小化进入第二(较低)电源电压域的线路的反向电流。
在本发明的第一特定实施例的进一步发展中，第一内部通信链路可包括第一差动电压发送器和第一差动电压接收器。第一差动电压发送器可参考，特别是可由第一电源电压域供电进行操作，并可适用于经由第一接口接收由在第一电源电压域中操作的第一数字装置生成的传输数据，适用于生成并输出用于传输传输数据的第一差动电压信号。第一差动电压接收器可参考，特别是由第二电源电压域供电进行操作，并可适用于接收由第一差动电压发送器传输的差动电压信号，适用于经由第二接口向在第二电源电压域中操作的外部通信总线传输用于传输传输数据的第一单端数字信号。
在本发明的第一特定实施例的相应的进一步发展中，第二内部通信链路可包括第二差动电压发送器和第二差动电压接收器。第二差动电压发送器可参考，特别是可由第二电源电压域供电进行操作，并可适用于经由第二接口接收可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应的接收数据，适用于生成并输出用于传输接收数据的第二差动电压信号。第二差动电压接收器可参考，特别是可由第一电源电压域供电进行操作，并可适用于接收由第二差动电压发送器传输的差动电压信号，适用于经由第一接口向在第一电源电压域中操作的第二数字装置传输用于传输接收数据的第二单端数字信号。
在本发明的第一特定实施例的相应的进一步发展中，第一差动电压发送器可具有第一基于开关的H桥，所述H桥可参考，特别是可由第一电源电压域供电进行操作，第一差动电压接收器可具有第一分压器电阻梯和第一比较器，其参考，特别是由第二电源电压域供电进行操作。第一分压器电阻梯可具有串联连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，第一电阻器基本上具有第二电阻值，第二电阻器基本上具有第一电阻值，第三电阻器基本上具有第一电阻值，第四电阻器基本上具有第二电阻值。第一电阻值与第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值，V1为第一电源电压的标称值，V2为第二电源电压的标称值。
从第一基于开关的H桥输出的第一差动电压信号可施加在由第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上。第一分压器电阻梯可从连接在第一电阻器和第二电阻器之间的第一连接点与连接在第三电阻器和第四电阻器之间的第二连接点之间输出第一辅助差动电压信号。连接在第二电阻器与第三电阻器之间的第三连接点可连接到第二域接地。第一比较器具有输入端、反相输入端和输出端，并可接收施加到其输入端和其反相输入端的第一辅助差动电压信号，可从其输出端输出第一单端数字信号。
在本发明的第一特定实施例的相应的进一步发展中，第二差动电压发送器可具有第二基于开关的H桥，所述H桥可参考，特别是由第二电源电压域供电进行操作，第二差动电压接收器可具有第二分压器电阻梯和第二比较器，并可参考，特别是由第一电源电压域供电进行操作。第二分压器电阻梯可具有串联连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，第一电阻器基本上具有第二电阻值，第二电阻器基本上具有第一电阻值，第三电阻器基本上具有第一电阻值，第四电阻器基本上具有第二电阻值。第一电阻值与第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值，V1为第一电源电压的标称值，V2为第二电源电压的标称值。
从第二基于开关的H桥输出的第二差动电压信号可施加在由第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上。第二分压器电阻梯可从连接在第一电阻器和第二电阻器之间的第一连接点与连接在第三电阻器和第四电阻器之间的第二连接点之间输出第二辅助差动电压信号。连接在第二电阻器与第三电阻器之间的第三连接点可连接到第一域接地。第二比较器具有输入端、反相输入端和输出端，并可接收施加到其输入端和其反相输入端的第二辅助差动电压信号，可从其输出端输出第二单端数字信号。
如上所述，在本发明的第二特定实施例中，其是对如上所述的第一特定实施例的替换，分别关于传输数据和接收数据的传输，第一内部通信链路和第二内部通信链路是基于数字电流环路传输。
在本发明的第二特定实施例的进一步发展中，第一内部通信链路可包括第一跨导发送器和第一数字差动电流环路接收器。第一跨导发送器可参考，特别是可由第一电源电压域供电进行操作，并可适用于经由第一接口接收第一输入电压，用于承载由在第一电源电压域中操作的第一数字装置生成的传输数据，适用于将第一输入电压转换为用于传输传输数据的第一差动电流输出并将其输出。第一数字差动电流环路接收器可参考，特别是可由第二电源电压域供电进行操作，并可适用于接收第一差动电流输出，适用于将所述第一差动电流输出转换为用于传输传输数据的第一单端数字信号并经由第二接口输出到在第二电源电压域中操作的外部通信总线。
在本发明的第二特定实施例的相应的进一步发展中，第二内部通信链路可包括第二跨导发送器和第二数字差动电流环路接收器。第二跨导发送器可参考，特别是可由第二电源电压域供电进行操作，并可适用于经由第二接口接收用于承载可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应的接收数据的第二输入电压，适用于将第二输入电压转换为用于传输接收数据的第二差动电流输出并将其输出。第二数字差动电流环路接收器可参考，特别是可由第一电源电压域供电进行操作，并可适用于接收第二差动电流输出，适用于将其转换为用于传输接收数据的第二单端数字信号并经由第一接口输出到在第一电源电压域中操作的第二数字装置。
在本发明的第二特定实施例的相应的进一步发展中，第一跨导发送器具有第一支路和第二支路，第一支路具有串联连接的第一电流源和第一开关，该第一电流源适用于生成第一电流，第二支路具有串联连接的第二电流源和第二开关，该第二电流源适用于生成第二电流。第一支路和第二支路在第一连接点与第二连接点之间并联连接。第二电流与第一电流方向相反。第一连接点表示连接到第一内部通信链路的第一线的第一输出，第二连接点表示连接到第一内部通信链路的第二线的第二输出。
第一数字差动电流环路接收器具有第一分压器电阻梯和第一差动电流环路电压比较器，其参考，特别是由第二电源电压域供电进行操作。第一分压器电阻梯具有串联连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，第一电阻器基本上具有第二电阻值，第二电阻器基本上具有第一电阻值，第三电阻器基本上具有第一电阻值，第四电阻器基本上具有第二电阻值。
从第一跨导发送器输出的第一差动电流I1_loop信号施加在由第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上。第一分压器电阻梯从连接在第一电阻器和第二电阻器之间的第一连接点与连接在第三电阻器和第四电阻器之间的第二连接点之间输出第一辅助差动电压V1_aux信号。连接在第二电阻器与第三电阻器之间的第三连接点可连接到第二域接地。第一差动电流环路电压比较器具有输入端、反相输入端和输出端，并接收施加到其输入端和其反相输入端的第一辅助差动电压信号，从其输出端输出第一单端数字信号。
由在第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上流过的第一差动电流I1_loop生成的第一电压V1和第一辅助电压V1_aux可从以下等式确定：
V1＝2*(R1+R2)*I1_loop，以及
V1_aux＝2*R1*I1_loop，
其中，R1为第一电阻值，并且R2为第二电阻值。
第一跨导发送器具有第一支路和第二支路，第一支路具有串联连接的第一电流源和第一开关，该第一电流源适用于生成第一电流，第二支路具有串联连接的第二电流源和第二开关，该第二电流源适用于生成第二电流。第一支路和第二支路在第一连接点与第二连接点之间并联连接。第二电流与第一电流方向相反。第一连接点表示连接到第二内部通信链路的第一线的第一输出，第二连接点表示连接到第二内部通信链路的第二线的第二输出。
第二数字差动电流环路接收器具有第二分压器电阻梯和第二差动电流环路电压比较器，其参考，特别是由第二电源电压域供电进行操作。第二分压器电阻梯具有串联连接的第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，第一电阻器基本上具有第二电阻值，第二电阻器基本上具有第一电阻值，第三电阻器基本上具有第一电阻值，第四电阻器基本上具有第二电阻值。
从第二跨导发送器输出的第二差动电流I2_loop信号施加在由第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上。第二分压器电阻梯从连接在第一电阻器和第二电阻器之间的第一连接点与连接在第三电阻器和第四电阻器之间的第二连接点之间输出第二辅助差动电压V2_aux信号。连接在第二电阻器与第三电阻器之间的第三连接点可连接到第一域接地。第二差动电流环路电压比较器具有输入端、反相输入端和输出端，并接收施加到其输入端和其反相输入端的第一辅助差动电压信号，从其输出端输出第一单端数字信号。
由第一电阻器至第四电阻器组成的串联连接上流过的第二差动电流I2_loop生成的第二电压V2和第二辅助电压V2_aux可从以下等式确定：
V2＝2*(R1+R2)*I2_loop，以及
V2_aux＝2*R1*I2_loop，
其中，R1为第一电阻值，并且R2为第二电阻值。
根据本发明的第二示例性实施例，提供了一种具有较高的第一电源电压域和较低的第二电源电压域的电网络系统，特别是电子控制单元(ECU)，以及如上所述的根据本发明的第一示例性实施例的收发器装置，用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接。
根据本发明的第三示例性实施例，提供了一种具有根据本发明的第二示例性实施例的电网络系统，特别是电子控制单元(ECU)的车辆。
根据本发明的第四示例性实施例，提供了一种在至少两个不同电压域，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域与具有较低第二电源电压的第二电源电压域之间进行介接的方法，其中该方法使用具有第一接口、第二接口、第一内部通信链路和第二内部通信链路的收发器装置。该方法具有以下步骤：
通过第一电源电压向第一接口供电，并通过第一接口与在第一电源电压域中操作的至少一个外部第一数字装置进行介接；
通过第二电源电压向第二接口供电，并通过第二接口与在第二电源电压域中操作的外部通信总线进行介接；
通过第一接口，经由第一内部通信链路将由在第一电源电压域中操作的外部第一数字装置生成的传输数据传送到第二接口，具体地说，进一步传送到在第二电源电压域中操作的外部通信总线；且
通过第二接口，经由第二内部通信链路将从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应的接收数据传送到第一接口，具体地说，进一步传送到在第一电源电压域中操作的外部第二数字装置。这里，具体地说，接收数据可源自在第二电源电压域中操作并连接到通信总线的装置。
在本发明的第一特定实施例中，该方法还可包括在差动电压传输模式中操作第一内部通信链路和第二内部通信链路。
在本发明的第二特定实施例中，其是对本发明的第一特定实施例的替换，该方法还可包括在数字电流环路传输模式中操作第一内部通信链路和第二内部通信链路。
在本发明的实施例中，包括第一接口、第二接口、第一内部通信链路和第二内部通信链路的收发器装置可实现为单片集成电路。在其有利的实施例中，单片集成电路以绝缘体上硅(SOI)技术实施。
在本发明的实施例中，收发器装置还可具有至少两个接地引脚，包括适用于连接到第一电源电压域的接地电势的第一接地引脚和适用于连接到第二电源电压域的接地电势的第二接地引脚。
在本发明的实施例中，收发器装置还可具有共模和接地偏移范围，其在从大于约±3V开始但不超过约±70V的范围内。
在本发明的实施例中，第一电源电压基本上为标称48V或更高。在本发明的实施例中，第二电源电压基本上为标称12V或基本上为标称24V。
附图说明
在下文中，参考以下附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1示出了例如电子控制单元(ECU)的电网络系统的示意性框图，该电网络系统具有第一电源电压域、第二电源电压域和收发器装置，该收发器装置以传统方式具有电隔离屏障，用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接。
图2示出了根据本发明的例如电子控制单元(ECU)的电网络系统的示意性框图，其中该系统具有第一电源电压域、第二电源电压域，以及根据本发明的用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接的收发器装置。
图3示出了根据本发明第一实施例的用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接的收发器装置的示意性框图，并示出了其核心功能。
图4示出了根据本发明第二实施例的用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接的收发器装置的示意性框图，并示出了其核心功能。
图5示出了根据本发明第三实施例的用于在第一电源电压域与第二电源电压域之间进行介接的收发器装置的示意性框图，并示出了其核心功能。
图6示出了图5所示的根据本发明第三实施例的收发器装置的示意框图，并示出了其核心功能，其中示出了第一跨导发送器和第二跨导发送器的细节。
为了简洁，如果将针对特定附图描述的特征在另一附图中同样或类似地出现，则可不再描述这些特征。不同附图中的相似或相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了例如电子控制单元(ECU)的电网络系统10的示意性框图，该电网络系统10具有第一电源电压域12、第二电源电压域14和收发器装置96，该收发器装置96以传统方式具有电隔离屏障98，用于在第一电源电压域12与第二电源电压域14之间进行介接。
例如，电网络系统10是MHEV(未示出)中的12V/48V或24V/48V的混合CAN网络，收发器装置96是MHEV的48V的CAN收发器，在MHEV中，第一电源电压基本上为标称48V，第二电源电压基本上为标称12V或24V。48V的CAN收发器96以传统方式具有电隔离屏障98，其可根据以下方法中的一个实现：(电压)变压器、电容器或光耦合器。
第一电源电压域(或高压电源域)12经由一对引脚54、56，即高压/第一域电源54(例如，标称48V的汽车板网电源，通常称为VBN48)和高压/第一域接地(例如48V的汽车板网的接地连接器，通常称为GND48)，由第一(或高)电源电压供电。
第二电源电压域(或低压电源域)14经由一对引脚72、74，即低压/第二域电源72(例如，标称12V或24V的汽车板网电源，通常称为VBN12/24)和低压/第二域接地74(例如12V或24V的汽车板网的接地连接器/GND12/24)，由第二(或低)电源电压供电。
MHEV的电网络系统10在第一(高)电源电压域12中包括电动机，诸如电起动发电机50、第一电压转换器52(即48V/12V)、第二电压转换器(即12V/VDD1)、用于经由包括栅极驱动器单元(GDU)42的驱动线控制电动机50的操作的微控制器单元32、用于驱动电动机50的功率级46，以及电动机50。
第一电压转换器52的48V的输入端连接到高压/第一域电源54(VBN48)。第一电压转换器52的12V的输出端连接到第一连接点59，其也连接到第二电压转换器60的12V的输入端。第二电压转换器60的VDD1(例如，5V)输出端连接到微控制器32的电压电源输入端。其中，微控制器32经由第一控制信号线40向GDU 42的控制输入端输出控制信号。GDU 42经由第二控制信号线44向功率级46的控制输入端输出控制信号。功率级46经由驱动信号线48输出用于驱动MHEV的电动机50的高功率驱动电压和驱动电流。
第二电源电压域(或低压电源域)14经由一对引脚72、74，即低压/第二域电源72(例如，标称12V或24V的汽车板网电源，通常称为VBN12/24)和低压/第二域接地74(例如12V或24V的汽车板网的接地连接器/GND12/24)，由第二(或低)电源电压供电。
MHEV的电网络系统10在第二(低)电源电压域14中包括CAN总线24，其包括CAN总线高压线26和CAN总线低压线28，用于连接到各种ECU和连接到第二(低)电源电压域14的装置。
在图1中实现为传统48V的CAN收发器的收发器装置96本身在第一(高)电压域12中包括以下引脚：VDD1、TXD、RXD和GND48。此外，传统48V的CAN收发器在第二(低)电压域14中包括以下引脚：VDD2、CANH、CANL和GND12。这些引脚在功能上类似，并且对应于图2中所示的48V的CAN收发器的引脚，其例示了根据本发明的收发器装置100，这将在下文参考图2进一步描述。
传统48V的CAN收发器96在第一(高)电压域12中的引脚与第二(低)电压域14中的引脚之间具有电隔离。电隔离屏障可实施为包括电隔离变压器、电隔离电容器或电隔离光耦合器中的一个。
图2示出了根据本发明的例如电子控制单元(ECU)的电网络系统10的示意性框图，其中电网络系统10具有第一电源电压域12、第二电源电压域14，以及根据本发明的用于在第一电源电压域12与第二电源电压域14之间进行介接的收发器装置100。
图2中所示的电网络系统10对应于图1中所示的电网络系统10，但第一例外是根据本发明的收发器装置100代替了在图1中实现为48V的CAN收发器的传统收发器装置96，然而根据本发明其在图2中同样实现为48V的CAN收发器，第二例外是收发器装置100在第一电源电压域和第二电源电压域中均具有一些附加功能引脚，第三例外是电网络系统10具有如下所述的一些附加元件。
与图1所示的收发器(即48V的CAN收发器)96相反，代替具有电隔离屏障98，图2所示的根据本发明的收发器装置100具有第一接口110、第二接口120、第一内部通信链路130和第二内部通信链路170，其中内部通信链路130和170桥接在第一接口110与第二接口120之间。
可以存在多于一个的第一内部通信链路和第二内部通信链路，例如，用于将模式信号(或装置模式指示信号)例如从第二电压电源域传输到第一电压电源域的另一第一内部通信链路和第二内部通信链路、用于将唤醒信号例如从第一电压电源域传输到第二电压电源域的又一第一内部通信链路和第二内部通信链路，以及用于传输装置状态信息信号的又一第一内部通信链路和第二内部通信链路。
第一(高)电源电压域12和第二(低)电源电压域14独立地在收发器装置100外部通过电隔离逆向变换器70进行介接。电隔离逆向变换器70的第二(低)电源电压端经由第四二极管80由低压/第二域电源72供电(或连接到低压/第二域电源72)。电隔离逆向变换器70的第一(高)电源电压端经由第二二极管76连接到第一连接点59，因此连接到第二电压变换器60的12V输入端。第一连接点59经由第三电容器78缓冲到高压/第一域接地56。
如图2所示，收发器装置100用于在至少两个不同的电压域12和14之间进行介接，这两个电压域包括具有较高第一电源电压的第一电源电压域12和具有较低第二电源电压的第二电源电压域14。收发器装置100具有第一接口110，其由第一电源电压供电并适用于与在第一电源电压域12中操作的至少一个外部第一数字装置20介接；以及第二接口120，其由第二电源电压供电并适用于与在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24介接。
如图2中所示，收发器装置100另外具有第一内部通信链路130，其适用于将可由在第一电源电压域12中操作的外部第一数字装置20生成的传输数据从第一接口110传送到第二接口120；以及第二内部通信链路170，其适用于将可从在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24供应的接收数据从第二接口120传送到第一接口110。接收数据可源自在第二电源电压域14中操作并连接到通信总线24的装置。
第一内部通信链路130和第二内部通信链路170共同使得能够在第一(高)电源电压域12中操作的数字装置30(例如微控制器单元(MCU)32)与在第二(低)电源电压域14中操作的通信总线24(例如CAN总线)之间双向传输传输数据和接收数据。
内部通信链路130、170可容忍第一电源电压域12(其可实现为MHEV的12V/24V域)与第二电源电压域14(其可实现为MHEV的48V域)之间的接地偏移、共模瞬变，并在接地失效情形时最小化进入CAN总线线路的反向电流。
根据本发明的收发器装置100不具有也不需要电隔离屏障(例如参见图1中的98)，对于该电隔离屏障，以下方法中的一个是传统上已知的：变压器、电容器或光耦合器。所有这些电隔离屏障都是昂贵的解决方案，因为根据图1所示的收发器装置96(例如CAN收发器)由一个封装(多芯片模块封装)中的多个集成电路管芯组成，或者甚至更糟和更昂贵的是收发器装置之外的单独装置，并且可能必须应用一个或多个电隔离装置。
相反，根据本发明的收发器装置100具有第一内部通信链路130和第二内部通信链路170，并可具有如上所述的一个以上的第一内部通信链路和第二内部通信链路。这样，即具有所有这些组件，收发器装置100可实现为单片集成电路。
有利地，单片集成电路，特别是包括第一内部通信链路130和第二内部通信链路170的单片集成电路以绝缘体上硅(SOI)技术，特别是高压SOI技术来实施。这已经由发明人进行的内部可行性研究表明，而在例如CMOS技术实施这一点即使不是不可能的，也是非常困难的。
注意，收发器装置100具有至少两个接地引脚114、124，其包括适用于连接到第一电源电压域12的接地电势56的第一电源电压(或第一域接地，GND48)114的接地引脚，以及适用于连接到第二电压电源域14的接地电势74的第二电源电压(或第二域接地，GND12/24)124。这样，收发器装置100可具有从约±3V到约±70V的共模和接地偏移范围。
第一电源电压可基本上为标称48V或更高。第二电源电压可基本上为标称12V或基本上为标称24V。这使得收发器装置100能够应用于汽车应用中，例如轻型混合电动车辆(MEHV)中。
如图2中进一步所示，第一接口110具有：传输数据输入端116，其适用于例如从在第一电源电压域12中操作的第一数字装置20接收传输数据；接收数据输出端118，其适用于例如向在第一电源电压域12中操作的第二数字装置22传输接收数据。这里，在第一电源电压域12中操作的第一数字装置20和第二数字装置22可为同一数字装置30。另外或可替换的是，在第一电源电压域12中操作的第一数字装置20和第二数字装置22可共同形成微控制器单元32。
如图2进一步所示，第二接口120具有CAN高引脚126和CAN低引脚128，它们共同适用于向CAN总线传输传输数据和/或从CAN总线接收接收数据，该CAN总线作为在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24。通信总线24可从由CAN总线、Flexray总线、LIN总线和以太网组成的组中选择。
在根据本发明的收发器装置100中，分别关于传输数据和接收数据的传输，第一内部通信链路130和第二内部通信链路170可基于差动电压传输，如将在下文参考图4进一步解释。
可替换的是，在根据本发明的收发器装置100中，分别关于传输数据和接收数据的传输，第一内部通信链路130和第二内部通信链路170可基于数字电流环路传输，如将在下文参考图5和6进一步解释。
收发器装置100可实现为48V的CAN收发器。这样，如图2所示，收发器装置或48V的CAN收发器100在第一(高)电压域12中包括以下引脚：用于第一电源电压(对应于图1中的VIO)的电源输入引脚112、第一电源电压(或第一域接地，对应于图1中的GND48)的接地引脚114、传输数据输入端116(对应于图1中的TXD)、接收数据输出端118(对应于图1中的RXD)，以及经由模式控制信号线38连接到微控制器的模式端口(未参考)。
此外，收发器装置100本身在第二(低)电压域14中包括以下引脚：用于第二电源电压(对应于图1中的BAT12)的电源输入引脚122，其连接到低压/第二域电源72(对应于图1中的VBN12/24)；第二电源电压(或第二域接地，对应于图1中的GND12)的接地引脚124，其连接到低压/第二域接地74(对应于图1中的GND12/24)；至少一个通信总线引脚，其在此(其中通信总线24是CAN总线)实现为CAN高引脚126和CAN低引脚128；以及连接到唤醒电压的唤醒端口(未参考)。
低压/第二域电源72(VBN12/24)经由第五二极管82连接到用于第二电源电压(BAT12)的电源输入引脚122。第五二极管82和/或到电源输入引脚122的用于第二电源电压(BAT12)的输出端经由第三电容器84和第四电容器86缓冲到第二域接地124。
48V的CAN收发器在第二(低)电压域14中还包括引脚VBUF(未参考)和INHN(未参考)。VBUF连接到外部缓冲电容器(或第五电容器)94，其用于稳定48V的CAN收发器装置内的CAN收发器IP的内部电压电源。INHN输出端通常是开路漏极输出端，其用于根据48V的CAN收发器模式来接通和断开向微控制器单元32供电的外部电源电路或装置。在图2所示的实施例中，INHN接通和断开电隔离逆向变换器70。
在图2所示的实施例中，唤醒电压经由包括第一电阻器88的唤醒电压线92连接到唤醒端口，并经由第二电阻器90连接到第二域接地124。当48V的CAN收发器处于低功率模式时，WAKE引脚可用于检测唤醒事件，例如VWAKE的上升沿。在检测到唤醒事件之后，48V的CAN收发器将经由INHN输出端接通微控制器单元32的电源。根据唤醒源，即VWAKE的源，连接到WAKE引脚的收发器装置100内部和外部的电路可以变化很大。
图3示出了根据本发明第一实施例的用于在第一电源电压域12与第二电源电压域14之间进行介接的收发器装置100的示意性框图，并示出了其核心功能。
收发器装置100具有第一内部通信链路130，该第一内部通信链路130包括第一链路发送器132和第一链路接收器134，并且能够在从第一接口110到第二接口120的方向上传送传输数据。收发器装置100还具有第二内部通信链路170，该第二内部通信链路170包括第二链路发送器172和第二链路接收器174，并且能够在从第二接口120到第一接口110的相反方向上传送接收数据。
图4示出了根据本发明第二实施例的用于在第一电源电压域12与第二电源电压域14之间进行介接的收发器装置100的示意性框图，并示出了其核心功能，其中第一内部通信链路130和第二内部通信链路170使用差动电压传输的原理分别用于传输传输数据和接收数据。
在图4所示的实施例中，收发器装置100在分别传输数据和接收数据的传输方面，第一内部通信链路130和第二内部通信链路170指示为基于差动电压传输。
在图4所示的实施例中，第一内部通信链路130实现为第一差动电压传输链路140。在使用差动电压传输的实施例中，第一链路发送器132实现为第一差动电压发送器141，其参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作。第一差动电压发送器141适用于经由第一接口110接收由在第一电源电压域12中操作的第一数字装置20生成的传输数据，还适用于生成并输出用于传输传输数据的第一差动电压信号。第一链路接收器134实现为第一差动电压接收器144，其参考，特别是由第二电源电压域14供电进行操作。第一差动电压接收器144适用于接收由第一差动电压发送器141传输的差动电压信号，还适用于经由第二接口120向外部通信总线24传输用于传输传输数据的第一单端数字信号，该外部通信总线24在第二电源电压域14中操作并实现为具有CAN高压线26和CAN低压线28的CAN总线。
在第一差动电压传输链路140中，第一差动电压发送器141具有第一基于开关的H桥142，所述H桥142参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作，第一差动电压接收器144具有第一分压器电阻梯145和第一比较器146，其参考，特别是由第二电源电压域14供电进行操作。
如图4所示，第一基于开关的H桥142包括第一开关142-1、第二开关142-2、第三开关142-3和第四开关142-4。第二开关142-2和第一开关142-1串联连接，串联连接的第二开关142-2和第一开关142-1连接在第一电源电压VIO与第一域接地GND48之间，该第一电源电压VIO经由电源输入引脚112供电，该第一域接地GND48经由第一电源电压的接地引脚114供电。同样，第四开关142-4和第三开关142-3串联连接，串联连接的第四开关142-4和第三开关142-3连接在第一电源电压VIO与第一域接地GND48之间，该第一电源电压VIO经由电源输入引脚112供电，该第一域接地GND48经由第一电源电压的接地引脚114供电。这样，串联连接的第二开关142-2和第一开关142-1在第一电源电压VIO与第一域接地GND48之间与串联连接的第四开关142-4和第三开关142-3并联连接。第一差动通信链路140的第一线140-1或第一基于开关的H桥142的第一输出端连接到第三开关142-3与第四开关142-4之间的连接点。第一通信链路140的第二线140-2或第一基于开关的H桥142的第二输出端连接到第一开关142-1与第二开关142-2之间的连接点。
如图4进一步所示，第一开关142-1和第三开关142-3在它们同时切换，即断开和闭合的意义上进行耦合。类似地，第二开关142-2和第四开关142-4在它们同时切换，即断开和闭合的意义上进行耦合。当转换到高状态(或低状态)时，到第一基于开关的H桥142的输入信号将相互耦合的第一开关142-1和第三开关142-3同时接通，而将相互耦合的第二开关142-2和第四开关142-4断开。相反，当转换到低状态(或高状态)时，到第一基于开关的H桥142的输入信号将相互耦合的第一开关142-1和第三开关142-3同时断开，而将相互耦合的第二开关142-2和第四开关142-4接通。
在操作中，在承载传输数据的输入信号转换到高状态(或低状态)时，第一差动通信链路140的第一输出线140-1呈现第一域接地(GND48)114的电势，而第一差动通信链路140的第二输出线140-2呈现第一电源电压(VIO)112的电势。相反，当输入信号转换到低状态(或高状态)时，第一差动通信链路140的第一输出线140-1呈现第一电源电压(VIO)112的电势，而第一差动通信链路140的第二输出线140-2呈现第一域接地(GND48)114的电势。因此，第一差动通信链路140的第一线140-1和第一差动通信链路140的第二线140-2总是具有彼此相对的“相反电势”，因此，第一差动通信链路140传输承载传输数据的差动电压。
如图4进一步所示，第一分压器电阻梯145具有串联连接的第一电阻器145-1、第二电阻器145-2、第三电阻器145-3和第四电阻器145-4，第一电阻器145-1基本上具有第二电阻值R2，第二电阻器145-2基本上具有第一电阻值R1，第三电阻器145-3基本上具有第一电阻值R1，第四电阻器145-4基本上具有第二电阻值R2。第一电阻值与第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值，V1为第一电源电压的标称值，V2为第二电源电压的标称值。
从第一基于开关的H桥142经由第一差动通信链路140的第一线140-1和第二线140-2输出的第一差动电压信号施加在由第一电阻器145-1至第四电阻器145-4组成的串联连接上。然后，第一分压器电阻梯145从连接在第一电阻器145-1和第二电阻器145-2之间的第一连接点145-5与连接在第三电阻器145-3和第四电阻器145-4之间的第二连接点145-6之间输出第一辅助差动电压信号。连接在第二电阻器145-2与第三电阻器145-3之间的第三连接点145-7连接到第二域接地(GND12/24)124。
第一比较器146具有输入端146-1、反相输入端146-2和输出端146-3，并接收施加到其输入端146-1和其反相输入端146-2的第一辅助差动电压信号。第一比较器146从其输出端146-3输出承载传输数据的第一单端数字信号。
相应地，在图4所示的实施例中，第二内部通信链路170实现为第二差动电压传输链路180。在使用差动电压传输的实施例中，第二链路发送器172实现为第二差动电压发送器181，其参考，特别是由第二电源电压域14供电进行操作。第二差动电压发送器181适用于经由第二接口120接收从在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24供应的接收数据，还适用于生成并输出用于传输接收数据的第二差动电压信号。第二链路接收器174实现为第二差动电压接收器184，其参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作。第二差动电压接收器184适用于接收由第二差动电压发送器181传输的差动电压信号，还适用于经由第一接口110向在第一电源电压域12中操作的第二数字装置22传输用于传输接收数据的第二单端数字信号。
在第二差动电压传输链路180中，第二差动电压发送器181具有第二基于开关的H桥182，所述H桥参考，特别是由第二电源电压域14供电进行操作，第二差动电压接收器184具有第一分压器电阻梯185和第一比较器186，其参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作。
如图4所示，第二基于开关的H桥182包括第一开关182-1、第二开关182-2、第三开关182-3和第四开关182-4。第一开关182-1和第二开关182-2串联连接，串联连接的第一开关182-1和第二开关182-2连接在第二电源电压VBUF与第二域接地GND12/24之间，该第二电源电压VBUF经由电源输入引脚122供电，该第二域接地GND12/24经由第二电源电压的接地引脚124供电。同样，第三开关182-3和第四开关182-4串联连接，串联连接的第三开关182-3和第四开关182-4连接在第二电源电压VBUF与第二域接地GND12/24之间，该第二电源电压VBUF经由电源输入引脚122供电，该第二域接地GND12/24经由第二电源电压的接地引脚124供电。这样，串联连接的第一开关182-1和第二开关182-2在第二第一电源电压VBUF与第二域接地GND12/24之间与串联连接的第三开关182-3和第四开关182-4并联连接。第二差动通信链路180的第一线180-1或第二基于开关的H桥182的第一输出端连接到第三开关182-3与第四开关182-4之间的连接点。第二差动通信链路180的第二线180-2或第二基于开关的H桥182的第二输出端连接到第一开关182-1与第二开关182-2之间的连接点。
如图4进一步所示，第一开关182-1和第三开关182-3在它们同时切换，即断开和闭合的意义上进行耦合。类似地，第二开关182-2和第四开关182-4在它们同时切换，即断开和闭合的意义上进行耦合。当转换到高状态(或低状态)时，到第一基于开关的H桥182的输入信号将相互耦合的第一开关182-1和第三开关182-3同时接通，而将相互耦合的第二开关182-2和第四开关182-4断开。相反，当转换到低状态(或高状态)时，到第一基于开关的H桥182的输入信号将相互耦合的第一开关182-1和第三开关182-3同时断开，而将相互耦合的第二开关142-2和第四开关182-4接通。
在操作中，在承载接收数据的输入信号转换到高状态(或低状态)时，第二差动通信链路180的第一输出线180-1呈现第二域接地(GND12/24)124的电势，而第二差动通信链路180的第二输出线180-2呈现第一电源电压(VBUF)122的电势。相反，当输入信号转换到低状态(或高状态)时，第二差动通信链路180的第一输出线180-1呈现第二电源电压(VBUF)122的电势，而第二差动通信链路180的第二输出线180-2呈现第二域接地(GND12/24)124的电势。因此，第二差动通信链路180的第一线180-1和第二差动通信链路180的第二线180-2总是具有彼此相对的“相反电势”，因此，第二差动通信链路180传输承载接收数据的差动电压。
如图4中进一步所示，第二分压器电阻梯185具有串联连接的第一电阻器185-1、第二电阻器185-2、第三电阻器185-3和第四电阻器185-4，第一电阻器185-1基本上具有第二电阻值R2，第二电阻器185-2基本上具有第一电阻值R1，第三电阻器185-3基本上具有第一电阻值，第四电阻器185-4基本上具有第二电阻值。第一电阻值与第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值，V1为第一电源电压的标称值，V2为第二电源电压的标称值。
从第二基于开关的H桥182输出的第二差动电压信号施加在由第一电阻器185-1至第四电阻器185-4组成的串联连接上。然后，第二分压器电阻梯185从连接在第一电阻器185-1和第二电阻器185-2之间的第一连接点185-5与连接在第三电阻器185-3和第四电阻器185-4之间的第二连接点185-6之间输出第二辅助差动电压信号。连接在第二电阻器185-2与第三电阻器185-3之间的第三连接点185-7连接到第一域接地(GND48)114。
第二比较器186具有输入端186-1、反相输入端186-2和输出端186-3，并接收施加到其输入端186-1和其反相输入端186-2的第二辅助差动电压信号。第二比较器186从其输出端186-3输出承载接收数据的第二单端数字信号。
图5示出了根据本发明第三实施例的用于在第一电源电压域12与第二电源电压域14之间进行介接的收发器装置100的示意性框图，并示出了其核心功能，其中第一内部通信链路130和第二内部通信链路170使用数字电流环路传输的原理分别传输传输数据和接收数据。
在图5所示的实施例中，第一内部通信链路130实现为第一数字电流环路传输链路150，其具有实现为第一跨导发送器151的第一链路发送器132。第一跨导发送器151参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作。第一跨导发送器151适用于经由第一接口110接收第一输入电压，用于承载由在第一电源电压域12中操作的第一数字装置20生成的传输数据，还适用于将第一输入电压转换为用于传输传输数据的第一差动电流并将其输出。第一差动电流特别是双向电流，其由第一数字电流环路传输链路150的第一线150-1和第二线150-2承载，从而形成能够表示传输数据流的显性和隐性电平的双向电流环路。第一跨导发送器151可基于有源H桥驱动器电路。
在第一数字电流环路传输链路150中，第一链路接收器134实现为第一数字差动电路环路接收器154，其参考，特别是由第二电源电压域14供电进行工作。第一数字差动电流环路接收器154适用于接收第一差动电流输出，还适用于将所述第一差动电流输出转换为用于传输传输数据的第一单端数字信号并经由第二接口120输出到在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24。
第一数字差动电流环路接收器154具有第一分压器电阻梯155和第一差动电流环路电压比较器156，其参考，特别是由第二电源电压域14供电进行操作。
第一分压器电阻梯155具有串联连接的第一电阻器155-1、第二电阻器155-2、第三电阻器155-3和第四电阻器155-4，第一电阻器155-1基本上具有第二电阻值R2，第二电阻器155-2基本上具有第一电阻值R1，第三电阻器155-3基本上具有第一电阻值R1，第四电阻器155-4基本上具有第二电阻值R2。
从第一跨导发送器151输出的第一差动电流信号施加在由第一电阻器155-1至第四电阻器155-4组成的串联连接上。然后，第一分压器电阻梯155从连接在第一电阻器155-1和第二电阻器155-2之间的第一连接点155-5与连接在第三电阻器155-3和第四电阻器155-4之间的第二连接点155-6之间输出第一辅助差动电压信号。第二电阻器155-2与第三电阻器155-3之间的第三连接点155-7可连接到第二域接地(GND12/24)124。
第一差动电流环路电压比较器156具有输入端156-1、反相输入端156-2和输出端156-3，并接收施加到其输入端156-1和其反相输入端156-2的第一辅助差动电压信号。第一差动电流环路电压比较器156从其输出端156-3输出承载传输数据的第一单端数字信号。然后，传输数据还通过第二接口120传输到在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24。
由在第一电阻器155-1至第四电阻器155-4组成的串联连接上流过的第一差动电流11_loop生成的第一电压V1和第一辅助电压V1_aux可从以下等式确定：
V1＝2*(R1+R2)*I1_loop，以及
V1_aux＝2*R1*I1_loop，
其中，R1为第一电阻值，并且R2为第二电阻值。
相应地，在图5所示的实施例中，第二内部通信链路170实现为第二数字电流环路传输链路190，其具有实现为第二跨导发送器191的第二链路发送器172。第二跨导发送器191参考，特别是由第二电源电压域12供电进行操作。第二跨导发送器191还适用于经由第二接口120接收用于承载从在第二电源电压域14中操作的外部通信总线24供应的接收数据的第二输入电压，还适用于将第二输入电压转换为用于传输接收数据的第二差动电流输出，特别是双向电流输出，并将其输出。而且，第二差动电流特别是双向电流，其由第二数字电流环路传输链路190的第一线190-1和第二线190-2承载，从而形成能够表示接收数据流的显性和隐性电平的双向电流环路。第二跨导发送器191可基于有源H桥驱动器电路。
进一步相应地，在图5所示的实施例中，第二数字电流环路传输链路190具有第二链路接收器174，其实现为第二数字差动电流环路接收器194。
第二数字差动电流环路接收器194适用于接收第二差动电流输出，还适用于将其转换为用于传输接收数据的第二单端数字信号并经由第一接口110输出到在第一电源电压域12中操作的第二数字装置22。
第二数字差动电流环路接收器194具有第二分压器电阻梯195和第二差动电流环路电压比较器196，其参考，特别是由第一电源电压域12供电进行操作。
第二分压器电阻梯195具有串联连接的第一电阻器195-1、第二电阻器195-2、第三电阻器195-3和第四电阻器195-4，第一电阻器195-1基本上具有第二电阻值R2，第二电阻器195-2基本上具有第一电阻值R1，第三电阻器195-3基本上具有第一电阻值，第四电阻器195-4基本上具有第二电阻值。
从第二跨导发送器191输出的第二差动电流信号施加在由第一电阻器195-1至第四电阻器195-4组成的串联连接上。然后，第二分压器电阻梯195从连接在第一电阻器195-1和第二电阻器195-2之间的第一连接点195-5与连接在第三电阻器195-3和第四电阻器195-4之间的第二连接点195-6之间输出第二辅助差动电压信号。第二电阻器195-2与第三电阻器195-3之间的第三连接点195-7可连接到第一域接地(GND48)114。
由在第一电阻器至第四电阻器(195-1，...，195-4)组成的串联连接上流过的第二差动电流I2_loop生成的第二电压V2和第二辅助电压V2_aux可从以下等式确定：
V2＝2*(R1+R2)*I2_loop，以及
V2_aux＝2*R1*I2_loop，
其中，R1为第一电阻值，并且R2为第二电阻值。
第二差动电流环路电压比较器196具有输入端196-1、反相输入端196-2和输出端196-3，并接收施加到其输入端196-1和其反相输入端196-2的第一辅助差动电压信号。第二差动电流环路电压比较器196从其输出端196-3输出承载接收数据的第二单端数字信号。然后，接收数据还通过第一接口110传输到在第一电源电压域12中操作的第二数字装置22。
图6示出了图5所示的根据本发明第三实施例的收发器装置100的示意性框图，并示出了其核心功能，其中示出了第一跨导发送器151和第二跨导发送器191的细节。
第一跨导发送器151具有第一支路和第二支路，第一支路具有串联连接的第一电流源151-1和第一开关151-2，第一电流源151-1适用于生成第一电流，第二支路具有串联连接的第二电流源151-3和第二开关151-4，第二电流源151-3适用于生成第二电流。第一支路和第二支路在第一连接点152-1与第二连接点152-2之间并联连接。第二电流与第一电流方向相反。第一连接点152-1表示连接到第一数字电流环路通信链路150的第一输出线150-1的第一输出，第二连接点152-2表示连接到第一数字电流环路通信链路150的第二输出线150-2的第二输出，其将传输数据从第一接口110传送到第二接口120。
第二跨导发送器191具有第一支路和第二支路，第一支路具有串联连接的第一电流源191-1和第一开关191-2，第一电流源191-1适用于生成第一电流，第二支路具有串联连接的第二电流源191-3和第二开关191-4，第二电流源191-3适用于生成第二电流。第一支路和第二支路在第一连接点192-1与第二连接点192-2之间并联连接。第二电流与第一电流方向相反。第一连接点192-1表示连接到第二数字电流环路通信链路190的第一输出线190-1的第一输出，第二连接点192-2表示连接到第二数字电流环路通信链路190的第二输出线190-2的第二输出，其将接收数据从第二接口120传送到第一接口110。
在本说明书中，已经根据所选的一组细节呈现了示例性实施例。然而，本领域普通技术人员将理解，可实施包括不同于所选的这些细节的许多其它示例性实施例。所附权利要求旨在覆盖所有可能的示例性实施例。
补充地，应当注意，“具有”或“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，应当注意，上文参考上述实施例中的一个描述的特征或步骤也可与上文描述的其它实施例的其它特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制。
附图标记列表
10 电网络系统，例如电子控制单元
12 第一电源电压域
14 第二电源电压域
20 在第一电源电压域中操作的第一数字装置
22 在第一电源电压域中操作的第二数字装置
24 通信总线，例如CAN总线
26 CAN总线高压线
28 CAN总线低压线
30 在第一电源电压域中操作的同一数字装置
32 微控制器单元(MCU)
34 传输数据线
36 接收数据线
38 模式控制信号线
40 第一控制信号线
42 栅极驱动器单元(GDU)
44 第二控制信号线
46 功率级
48 驱动信号线
50 电驱动电机
52 第一电压转换器，例如48V/12V
54 高压/第一域电源
例如标称48V的汽车板网电源/VBN48(Kl.40)
56 高压/第一域接地
例如48V的汽车板网的接地器/GND48(Kl.41)
58 第一二极管
60 第二电压转换器，例如12V/VDD1
62 第一电容器
64 第二电容器
70 电隔离逆向变换器
72 低压/第二域电源
例如标称12V或24V的汽车板网电源/VBN12/24(Kl.30)
74 低压/第二域接地
例如12V或24V的汽车板网的接地器/GND12/24(Kl.31)
76 第二二极管
78 第三电容器
80 第四二极管
82 第五二极管
84 第三电容器
86 第四电容器
87 第三电压转换器，例如12V/VDD2或24V/VDD2
88 第一电阻器
90 第二电阻器
92 唤醒电压线
94 第五电容器/缓冲电容器
96 收发器装置(现有技术)
98 电隔离屏障
100 收发器装置
110 第一(数字)接口
112 第一电源电压/VIO的电源输入引脚
114 第一电源电压/第一域接地/GND48的接地引脚
116 传输数据输入(引脚)
118 接收数据输出(引脚)
120 第二接口/例如CAN总线接口
122 第二电源电压/VBUF的电源输入引脚
124 第二电源电压/第二域接地/GND12/24的接地引脚
126 CAN高引脚
128 CAN低引脚
130 第一内部通信链路
130-1 第一链路的第一线
130-2 第一链路的第二线
132 第一链路发送器
134 第一链路接收器
140 第一差动电压通信链路
140-1 第一链路的第一线
140-2 第一链路的第二线
141 第一差动电压发送器
142 第一基于开关的H桥
142-1 第一开关
142-2 第二开关
142-3 第三开关
142-4 第四开关
144 第一差动电压接收器
145 第一分压器电阻梯
145-1 第一电阻器
145-2 第二电阻器
145-3 第三电阻器
145-4 第四电阻器
145-5 第一连接点
145-6 第二连接点
145-7 中心连接点
146 第一比较器
146-1 输入端
146-2 反相输入端
146-3 输出端
150 第一数字电流环路通信链路
150-1 第一链路的第一线
150-2 第一链路的第二线
151 第一跨导发送器
151-1 第一电流源
151-2 第一开关
151-3 第二电流源
151-4 第二开关
152-1 第一连接点
152-2 第二连接点
154 第一数字差动电流环路接收器
155 第一(差动电流环路电压)分压器电阻梯
155-1 第一电阻器
155-2 第二电阻器
155-3 第三电阻器
155-4 第四电阻器
155-5 第一连接点
155-6 第二连接点
155-7 中心连接点
156 第一(差动电流环路电压)比较器
156-1 输入端
156-2 反相输入端
156-3 输出端
170 第二内部通信链路
170-1 第二链路的第一线
170-2 第二链路的第二线
172 第二链路发送器
174 第二链路接收器
180 第二差动电压通信链路
180-1 第二链路的第一线
180-2 第二链路的第二线
181 第二差动电压发送器
182 第二基于开关的H桥
182-1 第一开关
182-2 第二开关
182-3 第三开关
182-4 第四开关
184 第二差动电压接收器
185 第二分压器电阻梯
185-1 第一电阻器
185-2 第二电阻器
185-3 第三电阻器
185-4 第四电阻器
185-5 第一连接点
185-6 第二连接点
185-7 中心连接点
186 第二比较器
186-1 输入端
186-2 反相输入端
186-3 输出端
190 第二数字电流环路通信链路
190-1 第二链路的第一线
190-2 第二链路的第二线
191 第二跨导发送器
191-1 第一电流源
191-2 第一开关
191-3 第二电流源
191-4 第二开关
192-1 第一连接点
192-2 第二连接点
194 第二数字差动电流环路接收器
195 第二(差动电流环路电压)分压器电阻梯
195-1 第一电阻器
195-2 第二电阻器
195-3 第三电阻器
195-4 第四电阻器
195-5 第一连接点
195-6 第二连接点
195-7 中心连接点
196 第二(差动电流环路电压)比较器
196-1 输入端
196-2 反相输入端
196-3 输出端。

Claims (10)

1.一种收发器装置(100)，用于在至少两个不同的电压域(12，14)，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域(12)与具有较低第二电源电压的第二电源电压域(14)之间进行介接，其特征在于，所述收发器装置(100)具有：
第一接口(110)，其由所述第一电源电压供电并适用于与在所述第一电源电压域(12)中操作的至少一个外部第一数字装置(20)介接；
第二接口(120)，其由所述第二电源电压供电并适用于与在所述第二电源电压域(14)中操作的外部通信总线(24)介接；
第一内部通信链路(130)，其适用于将可由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述外部第一数字装置(20)生成的传输数据从所述第一接口(110)传送到所述第二接口(120)，以及
第二内部通信链路(170)，其适用于将可从在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)供应的接收数据从所述第二接口(120)传送到所述第一接口(110)。
2.根据权利要求1所述的收发器装置(100)，其特征在于，具有以下特征中的至少一个：
i)所述收发器装置(100)实现为单片集成电路，
具体地说，其中，所述单片集成电路以绝缘体上硅SOI技术实施；
ii)所述收发器装置(100)具有至少两个接地引脚(114，124)，包括适用于连接到所述第一电压电源域(12)的接地电势的第一接地引脚(114)和适用于连接到所述第二电压电源域(14)的接地电势的第二接地引脚(124)；
iii)所述收发器装置(100)具有共模和接地偏移范围，所述共模和接地偏移范围在从大于约±3V开始但不超过约±70V的范围内；
iv)所述第一电源电压基本上为标称48V或更高；
v)所述第二电源电压基本上为标称12V或基本上为标称24V。
3.根据权利要求1或2所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第一接口(110)具有：
传输数据输入端(116)，其适用于例如从在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置(20)接收所述传输数据，以及
接收数据输出端(118)，其适用于例如向在所述第一电源电压域(12)中操作的第二数字装置(22)传输所述接收数据，
具体地说：
其中，在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置和所述第二数字装置(20，22)为同一数字装置(30)，和/或
其中，在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置和所述第二数字装置(20，22)共同形成微控制器单元(32)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第二接口(170)具有：
至少一个通信总线引脚(126，128)，其适用于向在所述第二电源电压域(14)中操作的所述通信总线(24)传输所述传输数据和/或从所述通信总线(24)接收所述接收数据，
具体地说：
其中，在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)从由CAN总线、Flexray总线、LIN总线和以太网组成的组中选择。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的收发器装置(100)，其特征在于，分别关于传输数据和接收数据的所述传输，所述第一内部通信链路和所述第二内部通信链路(130，170)基于差动电压传输(140，180)。
6.根据权利要求5所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第一内部通信链路(130)包括：
第一差动电压发送器(141)，其参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，所述第一差动电压发送器(141)适用于经由所述第一接口(110)接收由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置(20)生成的所述传输数据，并且适用于生成并输出用于传输所述传输数据的第一差动电压信号，以及
第一差动电压接收器(144)，其参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，所述第一差动电压接收器(144)适用于接收由所述第一差动电压发送器(141)传输的所述差动电压信号，并且适用于经由所述第二接口(120)向在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)第二数字装置(26)传输用于传输所述传输数据的第一单端数字信号，
具体地说，其中，所述第二内部通信链路(170)包括：
第二差动电压发送器(181)，其参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，所述第二差动电压发送器(181)适用于经由所述第二接口(120)接收可从在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)供应的所述接收数据，并且适用于生成并输出用于传输所述接收数据的第二差动电压信号，以及
第二差动电压接收器(184)，其参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，所述第二差动电压接收器(184)适用于接收由所述第二差动电压发送器(171)传输的所述差动电压信号，并且适用于经由所述第一接口(110)向在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第二数字装置(22)传输用于传输所述接收数据的第二单端数字信号。
7.根据权利要求6所述的收发器装置(100)，其特征在于：
所述第一差动电压发送器(131，141)具有第一基于开关的H桥(142)，所述H桥(142)参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，以及
所述第一差动电压接收器(134，144)具有第一分压器电阻梯(145)和第一比较器(146)，其参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，
其中，所述第一分压器电阻梯(145)具有串联连接的第一电阻器(145-1)、第二电阻器(145-2)、第三电阻器(145-3)和第四电阻器(145-4)，所述第一电阻器(145-1)基本上具有第二电阻值(R2)，所述第二电阻器(145-2)基本上具有第一电阻值(R1)，所述第三电阻器(145-3)基本上具有所述第一电阻值(R1)，所述第四电阻器(145-4)基本上具有所述第二电阻值(R2)，
其中，从所述第一基于开关的H桥(142)输出的所述第一差动电压信号施加在由所述第一电阻器至所述第四电阻器(145-1，...，145-5)组成的所述串联连接上，其中，所述第一分压器电阻梯(145)从连接在所述第一电阻器和所述第二电阻器(145-1，145-2)之间的第一连接点(145-5)与连接在所述第三电阻器和所述第四电阻器(145-3，145-4)之间的第二连接点(145-6)之间输出第一辅助差动电压信号，以及
其中，所述第一比较器(146)具有输入端(146-1)、反相输入端(146-2)和输出端(146-3)，并接收施加到其输入端(146-1)和其反相输入端(146-2)的所述第一辅助差动电压信号，并从其输出端(146-3)输出所述第一单端数字信号，
具体地说，其中，所述第一电阻值与所述第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为所述第一电阻值，R2为所述第二电阻值，V1为所述第一电源电压的标称值，并且V2为所述第二电源电压的标称值；
具体地说，其中：
所述第二差动电压发送器(181)具有第二基于开关的H桥(182)，所述H桥(182)参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，以及
所述第二差动电压接收器(184)具有第二分压器电阻梯(185)和第二比较器(186)，其参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，
其中，所述第二分压器电阻梯(185)具有串联连接的第一电阻器(185-1)、第二电阻器(185-2)、第三电阻器(185-3)和第四电阻器(185-4)，所述第一电阻器(185-1)基本上具有第二电阻值(R2)，所述第二电阻器(185-2)基本上具有第一电阻值(R1)，所述第三电阻器(185-3)基本上具有所述第一电阻值(R1)，所述第四电阻器(185-4)基本上具有所述第二电阻值(R2)，
其中，从所述第二基于开关的H桥(182)输出的所述第二差动电压信号施加在由所述第一电阻器至所述第四电阻器(185-1，...，185-4)组成的所述串联连接上，其中所述第二分压器电阻梯(185)从连接在所述第一电阻器和所述第二电阻器(185-1，185-2)之间的第一连接点(185-5)与连接在所述第三电阻器和所述第四电阻器(185-3，185-4)之间的第二连接点(185-6)之间输出第二辅助差动电压信号，以及
其中，所述第二比较器(186)具有输入端(186-1)、反相输入端(186-2)和输出端(186-3)，并接收施加到其输入端(186-1)和其反相输入端(186-2)的所述第二辅助差动电压信号，并从其输出端(186-3)输出所述第二单端数字信号；
具体地说，其中，所述第一电阻值与所述第二电阻值之间的比率可从以下等式确定：
(R2/R1)＝(V1/V2)-1，
其中，R1为所述第一电阻值，R2为所述第二电阻值，V1为所述第一电源电压的标称值，并且V2为所述第二电源电压的标称值。
8.一种电网络系统(10)，特别是电子控制单元，其特征在于，具有较高的第一电源电压域(12)和较低的第二电源电压域(14)，以及根据权利要求1至10中任一项所述的用于在所述第一电源电压域与所述第二电源电压域(12，14)之间进行介接的收发器装置(100)。
9.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据权利要求11所述的电网络系统(10)，特别是电子控制单元。
10.一种在至少两个不同的电压域(12，14)，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域(12)与具有较低第二电源电压的第二电源电压域(14)之间进行介接的方法，其特征在于，所述方法使用具有第一接口(110)、第二接口(120)、第一内部通信信道(130)和第二内部通信信道(170)的收发器装置(100)，其中，所述方法具有以下步骤：
通过所述第一电源电压向所述第一接口(110)供电，并通过所述第一接口(110)与在所述第一电源电压域(12)中操作的至少一个外部第一数字装置(20)进行介接；
通过所述第二电源电压向所述第二接口(120)供电，并通过所述第二接口(120)与在所述第二电源电压域(14)中操作的外部通信总线(24)进行介接；
通过所述第一接口(110)，经由所述第一内部通信链路(130)将由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述外部第一数字装置(20)生成的传输数据传送到所述第二接口(120)，具体地说，进一步传送到在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)；且
通过所述第二接口(120)，经由所述第二内部通信链路(170)将从在所述第二电源电压域(24)中操作的所述外部通信总线(14)供应的接收数据传送到所述第一接口(110)，具体地说，进一步传送到在所述第一电源电压域(12)中操作的外部第二数字装置(22)。
CN202110114717.9A 2020-02-06 2021-01-27 连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器 Pending CN113225066A (zh)

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