CN113454952A - 用于串行总线系统的用户站的装置及在串行总线系统中通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于串行总线系统（1）的装置（12；16；32）和用于在串行总线系统（1）中通信的方法。所述装置（12；16；32）具有用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号的接收器（122），其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）而言，隐性总线状态（401，U_D1）能够被显性总线状态（402，U_D0）覆盖并且在第一通信阶段（451；453、451）中产生所述隐性总线状态（401）的方式与在第二通信阶段（452）中产生所述隐性总线状态（U_D1）的方式不同，其中所述接收器（122）被设计为基于从所述总线（40）接收的信号产生数字信号（RXD；S1），并将所述信号（RXD；S1）输出到通信控制装置（11）以评估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）使用至少一个第一接收阈值（T_u）和第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）来产生所述数字信号（RXD；S1），并且其中所述第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）的电压值小于所述第一接收阈值（T_u）的电压值或大于在正常运行中在所述总线（40）上针对所述第二通信阶段（452）中的显性总线状态（U_D0）出现的最高电压值。

Description

用于串行总线系统的用户站的装置及在串行总线系统中通信 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，和一种用于在串行总线系统中通信的方法，所述串行总线系统以高数据速率和高抗错能力工作。

背景技术

为了在传感器和控制设备（例如在车辆中）之间进行通信，通常使用总线系统，在所述总线系统中数据作为ISO11898-1：2015标准中的消息进行传输，所述标准是使用CANFD的CAN协议规范。这些消息在总线系统的总线用户之间传输，所述总线用户例如是传感器、控制设备、发送器等。

随着技术设施或车辆的功能数量增加，总线系统中的数据业务也在增加。此外，通常要求数据可以比迄今为止更快地从发送方传输到接收方。其结果是总线系统所需的带宽进一步增加。

为了以比CAN中更高的比特率传输数据，在CAN FD消息格式中创建了用于在消息内切换到更高比特率的选项。在这样的技术中，通过在数据字段区域中使用更高的时钟速率将最大可能的数据速率提高到超过1兆比特/秒（MBit/s）的值。这样的消息在下面也称为CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD的情况下，有用数据长度从8个字节扩展到多达64个字节，并且数据传输速率明显高于CAN的情况。

即使基于CAN或CAN FD的通信网络在例如其鲁棒性方面提供了许多优点，但与例如100 Base-Tl以太网情况下的数据传输相比仍具有明显更低的速度。此外，迄今为止使用CAN FD实现的高达64字节的有用数据长度对于一些应用来说太短了。

发明内容

因此，本发明的任务是提供解决上述问题的一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于在串行总线系统中通信的方法。特别地，应当提供一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于在串行总线系统中通信的方法，其中在使用所述总线系统进行通信的技术设施的运行中具有大的灵活性并且具有很强的通信抗错能力的同时，可以实现高数据率并且增加每帧的有用数据量。

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实现。所述装置具有用于从所述总线系统的总线接收信号的接收器，其中对于在所述总线系统的用户站之间交换的消息而言，隐性总线状态可以被显性总线状态覆盖并且在第一通信阶段中产生所述隐性总线状态的方式与在第二通信阶段中产生所述隐性总线状态的方式不同，其中所述接收器被设计为基于从所述总线接收的信号产生数字信号，并将该信号输出到通信控制装置以评估包含在所述数字信号中的数据，其中所述接收器还被设计为在所述第二通信阶段使用至少一个第一接收阈值和第二接收阈值来产生所述数字信号，并且其中所述第二接收阈值的电压值小于所述第一接收阈值的电压值或大于在正常运行中在所述总线上针对第二通信阶段中的显性总线状态出现的最高电压值。

由于所述装置的设计，即使在数据阶段中一个帧中的两个总线状态都得到主动驱动的情况下也可以识别出发送冲突。这也适用于总线上出现受驱动信号的叠加的情况，由此在总线上出现“模拟”电平。因此可以去掉由所述装置中的微控制器和/或由所述通信控制装置进行的评估，所述微控制器/所述通信控制装置在这种情况下不再能够通过发送信号TXD和接收信号RXD的比较来可靠地识别发送冲突，因为不能再精确地预测所导致的接收信号RXD。

因此，基于所述装置的设计，所述总线系统的每个用户站都能够使用错误帧来干扰或中断任何其他用户站的发送。从使用者的角度来看这是非常有利的，因为由此在错误情况下可以节省时间，其方式是中止目前发送的消息，然后可以在总线上传输其他信息。这对于比数据阶段中具有64字节的CAN FD帧更长的帧而言特别有用，特别是对于应包含2到4k字节或更多的帧而言。

因此，使用特别是接收器或发送/接收装置的所述装置，即使每帧的有用数据量增加，也在总线系统运行中的当前事件方面具有很大灵活性地并且以低错误率来保证帧的接收。由此，如果存在高数据速率和每帧有用数据量的增加，则在所述串行总线系统中也能以很强的抗错能力进行通信。

因此，利用总线系统中的所述装置特别是可以在第一通信阶段保持从CAN已知的仲裁，并且与CAN或CAN FD相比仍然显著提高传输速率。

这有助于实现至少5Mbit/s到大约8Mbit/s或10Mbit/s的净数据速率。在这种情况下，一比特的长度小于100ns。此外，有用数据的大小可以多达每帧4096字节。

如果在所述总线系统中还存在至少一个CAN FD容错的CAN用户站（根据ISO11898-1:2015标准设计）和/或至少一个CAN FD用户站，这些用户站按照CAN协议和/或CAN FD协议发送消息，则也可以使用由所述装置执行的方法。

在从属权利要求中说明了所述装置的另外的有利设计。

此外，所述接收器可以被设计为在第二通信阶段附加地使用第三接收阈值来产生所述数字信号，所述第三接收阈值的电压值大于由所述总线系统的用户站针对第二通信阶段中的总线状态驱动的最高电压值，其中所述接收器使用所述第二接收阈值能够识别与使用所述第三接收阈值不同类型的发送冲突。

根据特定的实施变型，所述接收器被设计为在定义的时间窗口中至少检验所述第二接收阈值以确定从总线接收的信号是否不再低于或超过所述第二接收阈值。

根据特定的实施变型，在所述第一通信阶段从所述总线接收的信号的总线状态是用与在所述第二通信阶段接收的信号的总线状态不同的物理层产生的。

根据另一特定的实施变型，在所述第一通信阶段从所述总线接收的信号的总线状态比在所述第二通信阶段接收的信号的总线状态具有更长的比特时间。

可能的是，在所述第一通信阶段协商所述总线系统的哪个用户站将在随后的第二通信阶段中获得对所述总线的至少暂时独占的、无冲突的访问。

可能的是，所述装置还具有接收阈值适配装置，用于评估从所述总线接收的与目前存在的通信阶段相关的信号，并基于所述评估的结果切换电压值和使用的接收阈值的数量。

可以想到，如果在不保证用户站对所述总线系统的总线的独占、无冲突的访问的所述第一通信阶段之后切换到能够独占、无冲突地访问所述总线的通信阶段，则所述接收阈值适配装置除了所述第一接收阈值之外还接通至少一个第二接收阈值。

所述装置还可以具有用于将消息发送到所述总线系统的总线上的发送器，其中所述发送器被设计为在发送消息的不同通信阶段时在第一运行类型和第二运行类型之间切换。在此，所述发送器可能在第一运行类型中被设计为产生第一数据状态作为对总线线路的两条总线芯线具有不同总线电平的总线状态，并且产生第二数据状态作为对总线线路的两条总线芯线具有相同总线电平的总线状态，并且其中所述发送器在第二运行类型中被设计为以与在第一运行类型中相同的方式为所述第一数据状态产生总线状态，并且以与所述第一运行类型中针对所述第二数据状态的总线状态不同的方式为所述第二数据状态产生总线状态。

上述装置可以是串行总线系统的用户站的一部分，该用户站还具有用于控制该用户站与所述总线系统的至少一个其他用户站的通信的通信控制装置。

在此存在以下选项：所述装置被设计为使用所述接收信号或者使用经由单独线路的信号来通知所述通信控制装置，所述接收阈值的评估和可选的在所述发送信号与所述接收信号之间的时间相关性表明在所述总线上存在发送冲突，并且其中所述通信控制装置被设计为基于所述信号产生或中止所述发送信号和/或将发送冲突通知给所述总线系统的其他用户站。

上述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，这些用户站经由所述总线相互连接，使得这些用户站可以彼此串行通信。在此，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。

上述任务还通过根据权利要求13的一种用于在串行总线系统中通信的方法解决。该方法使用用于从所述总线系统的总线接收信号的接收器执行，其中所述接收器执行以下步骤：从所述总线系统的总线接收信号，其中对于在所述总线系统的用户站之间交换的消息，隐性总线状态可以被显性总线状态覆盖，并且在第一通信阶段中产生所述隐性总线状态的方式与在第二通信阶段中产生所述隐性总线状态的方式不同，基于从所述总线接收的信号产生数字信号，并且将所产生的数字信号输出到通信控制装置以评估包含在所述数字信号中的数据，其中所述接收器在所述第二通信阶段使用至少一个第一接收阈值和第二接收阈值来产生所述数字信号，并且其中所述第二接收阈值的电压值小于所述第一接收阈值的电压值或大于在正常运行中在所述总线上针对第二通信阶段中的显性总线状态出现的最高电压值。

该方法提供与上述关于所述装置和/或所述用户站提到的相同的优点。

本发明另外的可能实现方式还包括上面或下面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，本领域技术人员还向本发明的相应基本形式添加各个方面作为改进或补充。

附图说明

下面参考附图并基于实施例更详细地描述本发明。

图1示出了根据第一实施例的总线系统的简化框图；

图2示出了用于说明可以由根据第一实施例的总线系统的用户站的发送/接收装置发送的消息的结构的图；

图3示出了根据第一实施例的总线系统的用户站的简化示意框图；

图4示出了在根据第一实施例的总线系统的总线上正常运行时出现的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的时间变化过程；

图5示出差分电压VDIFF的时间变化过程，该差分电压由图4的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L导致；

图6和图7示出了在由根据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发送信号TxD1的时间变化过程和由其他用户站发送的用于中止发送信号TxD1的发送信号TxD2的时间变化过程；

图8示出了总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的时间变化过程，这些总线信号是由于图6和图7的发送信号TxD1、TxD2而在总线上出现的；

图9示出了差分电压VDIFF的时间变化过程，所述差分电压由图8的总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L导致并且用根据第一实施例的接收器的接收阈值进行评估；以及

图10和图11分别示出了图9的差分电压VDIFF的时间变化过程，所述差分电压用根据第二和第三实施例的接收器的接收阈值进行评估。

在图中，除非另有说明，否则相同或具有相同功能的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

作为示例，图1示出了总线系统1，该总线系统1特别是基本上被设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN EL总线系统和/或它们的变型，如下面描述的。总线系统1可以用在车辆（特别是机动车辆）、飞机等中，或者用在医院等中。

在图1中，总线系统1具有大量用户站10、20、30，每个用户站连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40。总线芯线41、42也可以称为CAN_H和CAN_L或CAN-EL_H和CAN-EL_L，并且用于在耦合输入了差分电平或显性电平后或在为发送状态下的信号产生了隐性电平后进行电信号传输。经由总线40可以将信号形式的消息45、46在各个用户站10、20、30之间串行传输。如果在总线40上的通信期间出现错误，如图1中由锯齿状的黑色块箭头所示，则可以发送错误帧47（错误标志）。用户站10、20、30例如是机动车辆的控制设备、传感器、显示设备等。

如图1所示，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和接收阈值适配装置15。相对应地，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和接收阈值适配装置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，即使这在图1中没有示出。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30经由总线40与连接到总线40的用户站10、20、30中的至少一个其他用户站的通信。

通信控制装置11创建并读取第一消息45，该第一消息例如是经过修改的CAN消息45。在此，经过修改的CAN消息45是基于CAN EL格式构建的，将参照图2更详细地描述CAN EL格式。

通信控制装置21可以像按照ISO11898-1:2015的传统CAN控制器那样实施。通信控制装置21创建并读取第二消息46，例如经典CAN消息46。经典CAN消息46根据经典基本格式构建，在该经典基本格式中在消息46中可以包含多达8个数据字节。替代地，经典CAN消息46被构建为CAN FD消息，其中可以包括多达64个数据字节，这些数据字节此外以比在经典CAN消息46情况下显著更快的数据速率传输。在经典CAN消息的情况下，通信控制装置21像传统的CAN FD控制器那样实施。

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或经典CAN消息46或者从发送/接收装置32接收这些消息。通信控制装置31因此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由于其数据传输标准（即在这种情况下是CAN EL或CAN）而彼此不同。替代地，经典CAN消息46被构建为CAN FD消息。在CAN FD消息的情况下，通信控制装置31像传统的CAN FD控制器那样实施。

除了下面还要更详细描述的差异外，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可以像传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样实施。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提供根据CAN EL格式的消息45或根据目前CAN基本格式的消息46或从通信控制装置31接收这些消息。发送/接收装置12、32可以附加或者替代地像传统CAN FD收发器那样实施。

通过两个用户站10、30，可以形成并且然后传输具有CAN EL格式的消息45以及接收这样的消息45。

图2针对消息45示出了CAN EL帧450，该帧由发送/接收装置12或发送/接收装置32发送。CAN EL帧450为了总线40上的CAN通信而被细分为不同的通信阶段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中，借助于标识符在用户站10、20、30之间逐比特地协商哪个用户站10、20、30希望以最高优先级发送消息45、46，并且因此在下一个用于在随后的数据阶段452中发送的时间内获得对总线系统1的总线40的独占访问。

在数据阶段452中，发送CAN-EL帧或消息45的有用数据。根据数据长度代码的值范围，所述有用数据可以具有例如多达4096个字节或更大的值。

例如，在帧结束阶段453中，例如在校验和字段中可以包含关于数据阶段452的数据的校验和，所述数据包括填充比特，所述填充比特由消息45的发送方分别在预定数量的相同比特、特别是10个相同比特之后作为相反比特插入。此外，在帧结束阶段453的结束字段中可以包含至少一个确认比特。此外，可能存在11个相同比特的序列，这些相同比特表明CAN EL帧450的结束。使用至少一个确认比特可以告知接收方是否在接收到的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中，如在CAN和CAN-FD中那样使用物理层。物理层对应于已知OSI模型（开放系统互连模型）的比特传输层或第1层。

在阶段451、453期间的重要一点是使用已知的CSMA/CR方法，其允许用户站10、20、30同时访问总线40而不会破坏更高优先级的消息45、46。由此可以相对容易地将另外的总线用户站10、20、30添加到总线系统1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法的结果是总线40上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态可以由其他用户站10、20、30用总线40上的显性状态覆盖。在隐性状态中，在各个用户站10、20、30上高欧姆关系占主导，这与总线电路的寄生相组合而导致更长的时间常数。这导致当今CAN-FD物理层的最大比特率在真实车辆使用中被限制为目前大约每秒2兆比特。

当作为发送方的用户站10赢得仲裁并且作为发送方的用户站10由此获得对总线系统1的总线40的独占访问时，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。

一般而言，与CAN或CAN FD相比，在使用CAN EL的总线系统中可以实现以下不同的特性：

a）采用并在必要时适配经过验证的特性，这些特性负责CAN和CAN FD的鲁棒性和用户友好性，特别是根据CSMA/CR方法的具有标识符和仲裁的帧结构，

b）将净数据传输速率提高到每秒大约10兆比特，

c）将每帧有用数据的大小增加到大约4k字节。

图3示出了具有通信控制装置11、发送/接收装置12和接收阈值适配装置15的用户站10的基本结构。用户站30以与图3中示出的类似的方式构建，除了接收阈值适配装置35没有集成到发送/接收装置32中，而是与通信控制装置31和发送/接收装置32分开设置。因此不对用户站30和接收阈值适配装置35单独描述。装置15的下述功能在装置35中相同地存在。

根据图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还具有分配有通信控制装置11的微控制器13和系统ASIC 16（ASIC＝专用集成电路），所述系统ASIC可以替代地是系统基础芯片（SBC），在该系统基础芯片上组合了用户站10的电子模块所需的多个功能。除了发送/接收装置12之外，在系统ASIC16中还安装了能量供应装置17，其为发送/接收装置12供应电能。能量供应装置17通常提供5伏的电压CAN_Supply。然而，根据需要，能量供应装置17可以提供具有其他值的其他电压。附加地或替代地，能量供应装置17可以被设计为电流源。接收阈值适配装置15具有评估单元151和适配单元152。

可选地，在通信控制装置11和发送/接收装置12之间存在单独的线路，经由该线路发送附加信号S1，使用该附加信号可以向通信控制装置11通知数据阶段452中总线40上的发送冲突，如下文将更详细描述的。

发送/接收装置12还具有发送器121和接收器122。即使下文总是提到发送/接收装置12，替代地也可以在发送器121外部的单独装置中设置接收器122。发送器121和接收器122可以像在传统的发送/接收装置22中那样构建。发送器121特别是可以具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收器122特别是可以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，更准确地说是其用于CAN_H或CAN-EL_H的第一总线芯线41和其用于CAN_L或CAN-EL_L的第二总线芯线42。用于为第一和第二总线芯线41、42供应电能、特别是电压CAN_Supply的能量供应装置17的电压供应经由至少一个连接端43进行。接地或与CAN_GND的连接是通过连接端44实现的。第一和第二总线芯线41、42用终端电阻器49终止。

第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中不仅连接到也称为transmitter的发送器121，而且连接到也称为receiver的接收器122，即使为了简单起见未示出图3中的连接。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的运行期间，发送器121将通信控制装置11的发送信号TXD或TxD转换为用于总线芯线41、42的对应信号CAN-EL_H和CAN-EL_L，并在用于CAN_H和CAN_L的连接端处将这些信号CAN-EL_H和CAN-EL_L发送到总线40上，如图4所示。

接收器122从根据图4从总线40接收的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L中形成接收信号RXD或RxD，并将该接收信号转发到通信控制装置11，如图3所示。除了空闲或待机状态（空闲或待机），发送/接收装置12使用接收器122在正常运行中总是监听数据或消息45、46在总线40上的传输，而且与发送//接收装置12是否是消息45的发送方无关。

根据图4的示例，信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在前述通信阶段451、453中具有显性和隐性总线电平401、402，如从CAN已知的。相反，数据阶段452中的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L不同于传统的信号CAN_H和CAN_L，如下文将更详细描述的。在总线40上形成图5中所示的差分信号VDIFF=CAN-EL_H-CAN-EL_L。

从图4的左侧部分可以看出，发送器121仅在前述通信阶段451、453中不同地驱动差分信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的显性状态402。相反，在前述通信阶段451、453中总线线路3上用于隐性状态401的总线电平等于例如大约2.5V的电压Vcc或CAN_Supply。因此，对于电压VDIFF=CAN-EL_H-CAN-EL_L而言，隐性状态401（发送信号TxD的逻辑“0”）得到0V的值，而显性状态402（发送信号TxD的逻辑“1”）得到大约2.0V的值。

如果发送/接收装置12，特别是其装置15，识别出仲裁阶段451的结束，则发送器121从图4的左侧部分所示的针对数据阶段452的状态切换到如图4的右侧部分所示的状态。发送器121因此从第一运行类型切换到第二运行类型。

根据图4的右侧部分，在更快的数据阶段452中为信号CAN-EL_H、CAN-EL_L产生对应于发送信号TXD的数据状态Data_0和Data_l的总线状态U_D0、U_D1。为此，发送器121再次以不同方式驱动差分信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的显性状态402，如在上述通信阶段451、453中那样。相反，隐性状态401部分地直到完全地由发送器121或发送/接收装置12驱动。为此，发送器121或发送/接收装置12在从显性到隐性的转变期间在短时间内主动地将两条总线芯线41、42组合，并由此抑制总线芯线41、42的衰减。由此，上述通信阶段451、453中的隐性状态U_D1以不同于数据阶段452中的隐性状态U_D1的方式产生。换言之，通信阶段451、453中隐性状态401的产生不同于数据阶段452中隐性状态U_D1的产生。

图4中信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的数据状态Data_0和Data_l以及由此导致的总线状态U_D0、U_D1和由此导致的图5的电压VDIFF的变化过程的序列仅用于说明发送/接收装置10的功能。可以根据需要选择数据状态Data_0和Data_l以及因此总线状态U_D0、U_D1的序列。

在图4中示出和上述的状态中，在总线40的总线线路上在状态Data_0时总线电平在所有通信阶段451至453中都相同并且约为2.5V，如图5所示。

换句话说，在根据图4的第一运行类型中，发送器121产生第一数据状态（例如Data_0）作为针对总线40的总线线路的两条总线芯线41、42具有不同总线电平的总线状态402，并且产生第二数据状态（例如Data_l）作为针对所述总线线路的两条总线芯线41、42具有相同总线电平的总线状态401。

另外，针对信号CAN-EL_H、CAN-EL_L在包括数据阶段452的第二运行类型中的时间变化过程，发送器121分别至少部分地驱动第一和第二数据状态Data_0、Data_l，使得为总线40的总线线路的两条总线芯线41、42形成图4和5的总线状态U_D0、U_D1。通信阶段453、451中的CAN物理层与前面描述的数据阶段452中的CAN FD SIC物理层之间的区别在于，数据阶段452中的隐性状态U_D1部分地直至完全地由发送器121或发送/接收装置12驱动。在数据阶段452中的比特率为10Mbit/s时，比特时间为100ns。真实总线系统1中的振荡通常持续多达数百纳秒，也就是说，CAN-FD-SIC的衰减电路在整个隐性比特时间t_b2（=100ns）内都处于活动状态。

因此，在图4和图5所示的示例中，数据阶段452中的比特持续时间t_bt2明显短于在仲裁阶段451和帧结束阶段453中使用的比特持续时间t_bt1。因此，在数据阶段452中以比仲裁阶段451和帧结束阶段453中更高的比特率进行发送。通过这种方式，可以比在CANFD的情况下进一步提高总线系统1中的传输速度。

如图5所示，在通信阶段451、453中，接收器122根据IS011898-2:2016使用从CAN/CAN-FD已知的具有0.7V的典型位置的第一接收阈值T_u，以便能可靠地识别出第一运行类型下的总线状态401、402。

如参考图6至图9所描述的，在数据阶段452中，接收器122附加地使用大约为0.3V的接收阈值T_p1，如图9所示。为此，接收阈值适配装置15将迄今为止仅用于接收器122的一个接收阈值T_u适配为两个接收阈值T_u、T_p1或者将接收阈值T_p1切换到接收阈值T_u。

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的信号变化过程以及它们的差分电压VDIFF＝CAN-EL_H-CAN-EL_L的信号变化过程。在图6至图9所示的情况下，发送器121例如发送帧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想要实现帧450的中止。

存在各种应当中止帧450的原因：

-作为RX用户站的用户站30必须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在CAN EL消息45的报头校验和（CRC=CyclicRedundancy Check，循环冗余校验）中确定了错误并且想要通知这一点，和/或

-作为CAN FD用户站的用户站20可能由于比特错误而没有识别出切换到帧450的格式，并在帧450的数据阶段452期间发送错误帧47。

例如，如果用户站30想要中止发送器121用图6的信号TxD1发送的帧450，则用户站30将根据图7的发送信号TxD2发送到总线40。其结果是出现CAN-EL_H和CAN-EL_L及其差分电压VDIFF的信号变化过程。因此在发送错误帧47的阶段455中——该阶段开始于发送信号TxD2的下降沿，在总线40上产生的电压状态与数据阶段452的正常运行中总线40上的电压状态不同。

一般而言，发送发送信号TxD1的发送用户站在数据阶段452中为了驱动总线线路而切换到一种运行模式，相反，对于诸如用户站30的所有接收用户站，接通图9中所示的不同接收阈值Td、T_p1，如下所述。然而，在此接收用户站30的总线驱动器保持在被动的接收状态（CAN隐性状态），直到接收用户站30可能发送错误帧47为止，如图7中针对发送信号TxD2所示和前面提到的。然后将根据图7的右侧部分的错误帧47作为“显性”主动发送。

如果在上述情况下由用户站30发送错误帧47，则随后从所有用户站10、20、30的角度来看具有正差分电压VDIFF的比特（即总线状态U_D0）增强或正差分电压VDIFF增大。相反，在总线40上形成为总线状态U_D1的隐性比特从差分电压VDIFF=0V增加到大约2V/2的差分电压VDIFF。所形成的总线状态U_D1的电压值强烈取决于驱动发送/接收装置12、22、32或发送器121的参数。现在，使用典型为0.7V的传统接收阈值T_u无法识别是否由于错误帧47（错误标志）而存在冲突。

因此，数据阶段452的第二接收阈值T_p1被设置为使得差分电压VDIFF虽然低于第一接收阈值T_u，但不低于第二接收阈值T_p1。因此，如果应当发送隐性比特，即打算的是总线状态U_D1，并且该总线状态由错误帧47叠加，则可以识别出冲突。

因此，如果用户站10的接收器122检测到差分电压VDIFF不再低于接收阈值T_p1，则接收器122识别出总线40上存在发送冲突。即，发送器121在数据阶段452中不再具有对总线40的独占、无冲突的访问。如果TxD1＝H（高）且不低于T_p1 （在经过渡越时间补偿的比特时间t_bt2内），则接收器122识别出总线40上的发送冲突。

在所描述的是否存在发送冲突的评估中，接收器122或发送/接收装置12考虑总线系统1中的信号渡越时间，通过所述信号渡越时间产生发送信号TXD与信号CAN-EL_H和CAN-EL_L之间在总线40上直到接收器122的输出端的时间偏移，在该输出端处输出接收信号RXD。为所描述的评估补偿所述渡越时间。特别地，为所描述的评估补偿信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在总线40上的渡越时间。

数据阶段452中的冲突通过来自接收器122或发送/接收装置12的信号通知到通信控制装置11。该信号可以是接收信号RXD，接收器122或发送/接收装置12用预定的比特模式来修改该接收信号以通知所述冲突。替代地或附加地，接收器122或发送/接收装置12可以产生单独的信号S1，该信号S1经由单独的信号线路发送到通信控制装置11并且特别是具有至少一个切换脉冲或预定的比特模式以通知所述冲突。因为在数据阶段452中将发送冲突通知给通信控制装置11，所以可以通过检查冲突信令信号来代替经典CAN中通过比较发送信号TXD和接收信号RXD的传统比特错误检查。特别地，所述冲突信令信号具有预定的比特模式，该比特模式通知所述发送冲突。特别地，所述冲突信令信号可以发送“1”作为“OK信号”并且发送“0”作为“冲突消息”。

通信控制装置11在数据阶段452中通过中止数据阶段452并且必要时附加地通过发送向其他用户站20、30通知数据阶段452结束的比特模式来对所通知的发送冲突作出反应。

根据上述评估的修改，在另一变型中，在根据图9的定义的时间窗口t_P中检查接收阈值T_p1，以确定差分电压VDIFF是否不再低于接收阈值T_p1。在此，时间窗口t_P特别是被选择为使得在数据阶段452中的数据传输情况下必须至少两次低于接收阈值T_p1。如果不是这种情况，则接收器122或发送/接收装置12识别出存在发送冲突并对应地产生接收信号和/或信号S1。

所提到的修改或第二变型的优点是不需要考虑发送信号TxD1及其渡越时间补偿。

可选地，时间窗口t_P是可选择性配置的。接收器122或发送/接收装置12因此可以非常有利地与总线系统1的相应条件适配。

关于上述评估的变型的特别有利之处在于，接收器122或发送/接收装置12的设计既可用于均质CAN-EL总线系统——其中仅发送CAN EL消息45且不发送CAN FD消息46，也可用于混合的总线系统——其中发送CAN EL消息45或CAN FD消息46。因此可以普遍使用接收器122或发送/接收装置12。

图10说明了根据第二实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计。除了下面描述的差异之外，根据本实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12像根据上述实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样实施。

根据图10，接收阈值适配装置15在数据阶段接通第三接收阈值T_p2而不是第二接收阈值T_p1。因此，接收器122除了接收阈值T_u之外还可以使用接收阈值T_p2进行评估，以识别TxD1＝H时的差分电压VDIFF的电压电平，如上所述。

如果在发送显性总线状态U_D0的情况下超过接收阈值T_p2，则存在冲突。接收阈值T_p2高于单个发送/接收装置12的最大差分电压VDIFF_max，使得T_p2>VDIFF_max。ISO11898-2:2016中设定了最大差分电压VDIFF。

通过收发器在以下条件下识别所述冲突：TxD1=L（低）并且超过T_p2（在经过渡越时间补偿的比特时间t_bt2内）。

在上述实施例的修改中，接收阈值T_p2没有被永久设置为上述值。取而代之的是，在发送器121或发送/接收装置12发送时以自适应方法确定在无冲突状态下显性比特的典型差分电压VDIFF，并且因此将接收阈值T_p2设置在高于所确定的值的电压偏移中。该实施方式可以应用于所有使用接收阈值T_p2的变型。

图11说明了根据第三实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12的设计。除了下面描述的差异之外，根据本实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12像根据上述实施例的接收阈值适配装置15和接收器122或发送/接收装置12那样实施。

根据图11，接收阈值适配装置15在数据阶段452中接通第二接收阈值T_p1和第三接收阈值T_p2两者。结果，接收器122除了阈值T_u、T_p1之外还可以使用接收阈值T_p2进行评估，以识别TxD1＝H时的差分电压VDIFF的电压电平，如上所述。

接收阈值T_p2的值大于由总线系统1的用户站10、20、30针对第二通信阶段452中的总线状态驱动的最高电压值。可以使用接收阈值T_p2来识别发送冲突，当由发送/接收装置12基于总线40上的发送信号TxD1产生的总线状态U_D0被错误帧47加强时，出现所述发送冲突，其中作为显性或U_D0来驱动错误帧47。

因此可以检查总线40上存在发送冲突的合理性，特别是发送错误帧47（错误标志）的冲突情况。

结果，在接收信号RXD或信号S1中可以向通信控制装置11通知出现了发送冲突。因此，通信控制装置11不仅可以中止数据阶段452，而且必要时还可以附加地通过发送比特模式向其他用户站20、30通知数据阶段452的结束并且可选地提供关于发送冲突类型的说明。

根据第四实施例，根据前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，对各个现有的接收阈值T_u、T_p1、T_p2进行评估以及对发送信号TXD或TxD1和相应用户站10、30的接收信号RXD之间的时间相关性进行评估。

装置15、35、用户站10、20、30、总线系统1和在其中执行的方法的所有上述设计可以单独使用或以所有可能的组合使用。特别地，上述实施例的所有特征和/或其修改可以任意组合。附加地或替代地，特别是可以想到以下修改。

即使以上以CAN总线系统为例描述了本发明，本发明也可以用于任何使用两个不同通信阶段的通信网络和/或通信方法中，在这两个不同通信阶段中为不同通信阶段产生的总线状态彼此不同。特别地，本发明可用于其他串行通信网络的开发，如以太网和/或100Base-T1以太网、现场总线系统等。

特别地，根据实施例的总线系统1可以是其中能以两种不同的比特率串行传输数据的通信网络。有利的但不是强制性的前提是，在总线系统1中至少在特定的时间段内保证一个用户站10、20、30对公共信道的独占、无冲突的访问。

在实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数量和布置是任意的。特别是可以取消总线系统1中的用户站20。在总线系统1中可以存在用户站10或30中的一个或多个。可以想到，总线系统1中的所有用户站都被相同地设计，即仅存在用户站10或仅存在用户站30。

除了第一接收阈值T_u之外还接通的接收阈值T_p1、T_p2的数量也可以比上面描述的进一步增加。由此可以进一步改进检测到发送冲突的合理性检查。然而，评估阈值的复杂性随着接通的接收阈值T_p1、T_p2的数量增加而增大。

用于识别发送冲突的所有上述变型都可以进行时间过滤，以提高关于电磁兼容性（EMC）和抗静电电荷（ESD）、脉冲和其他干扰的鲁棒性。

Claims (14)

1.用于串行总线系统（1）的装置（12；16；32），所述装置具有

用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号的接收器（122），其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）而言，隐性总线状态（401，U_D1）能够被显性总线状态（402，U_D0）覆盖并且在第一通信阶段（451；453、451）中产生所述隐性总线状态（401）的方式不同于在第二通信阶段（452）中产生所述隐性总线状态（U_D1）的方式，

其中所述接收器（122）被设计为基于从所述总线（40）接收的信号产生数字信号（RXD；S1），并将所述信号（RXD；S1）输出到通信控制装置（11）以评估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）使用至少一个第一接收阈值（T_u）和第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）来产生所述数字信号（RXD；S1），并且

其中所述第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）的电压值小于所述第一接收阈值（T_u）的电压值或大于在正常运行中在所述总线（40）上针对所述第二通信阶段（452）中的显性总线状态（U_D0）出现的最高电压值。

2.根据权利要求1所述的装置（12；16；32），

其中所述接收器（122）被设计为在所述第二通信阶段（452）附加地使用第三接收阈值（T_p2）来产生所述数字信号（RxD），所述第三接收阈值的电压值大于由所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）针对所述第二通信阶段（452）中的总线状态驱动的最高电压值，

其中所述接收器（122）使用所述第二接收阈值（T_p1）能够识别与使用所述第三接收阈值（T_p2）不同的发送冲突。

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）被设计为在定义的时间窗口（t_P）中至少检验所述第二接收阈值（T_p1；T_p2；T_p1，T_p2）以确定从所述总线（40）接收的信号（VDIFF）是否不再低于或超过所述第二接收阈值（T_p1；T_p2；T_p1，T_p2）。

4.根据前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）从所述总线（40）接收的信号的总线状态（401、402）是用与在所述第二通信阶段（452）接收的信号的总线状态（U_D0，U_D1）不同的物理层产生的。

5.根据前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）从所述总线（40）接收的信号的总线状态（401、402）比在所述第二通信阶段（452）接收的信号的总线状态（U_D0，U_D1）具有更长的比特时间（t_b1）。

6.根据前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）的哪个用户站（10、20、30）将在随后的第二通信阶段（452）中获得对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），还具有接收阈值适配装置（15），用于评估从所述总线（40）接收的与目前存在的通信阶段（451-453）相关的信号，并基于所述评估的结果切换电压值和使用的接收阈值（T_p1；T_p2；T_p1，T_p2）的数量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32），

其中如果在不保证用户站（10、20、30）对所述总线系统（1）的总线（40）的独占、无冲突的访问的所述第一通信阶段（451；453、451）之后切换到能够独占、无冲突地访问所述总线（40）的通信阶段（452），则所述接收阈值适配装置（15）除了所述第一接收阈值（T_u）之外还接通至少一个第二接收阈值（T_p1；Tp2；T_p1，T_p2）。

9.根据前述权利要求之一所述的装置（12；16；32），

还具有用于将消息（45）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上的发送器（121），

其中所述发送器（121）被设计为在发送消息（45；46）的不同通信阶段（451-453）时在第一运行类型和第二运行类型之间切换。

10.根据权利要求9所述的装置（12；16；32），

其中所述发送器（121）在所述第一运行类型中被设计为产生第一数据状态作为对总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）具有不同总线电平的总线状态（402），并且产生第二数据状态作为对所述总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）具有相同总线电平的总线状态（401），并且

其中所述发送器（121）在所述第二运行类型中被设计为以与在所述第一运行类型中相同的方式为所述第一数据状态产生总线状态（U_D0），并且以与所述第一运行类型中针对所述第二数据状态（U_D1）的总线状态（401）不同的方式为所述第二数据状态（U_D1）产生总线状态（U_D1）。

11.用于串行总线系统（1）的用户站（10；30），具有

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

根据前述权利要求中任一项所述的装置（12；16；32）。

12.根据权利要求11所述的用户站（10；30），

其中所述装置（12；16；32）被设计为使用所述接收信号（RXD）或者使用经由单独线路的信号（S1）来通知所述通信控制装置（11；31），所述接收阈值（T_u，T_p1；T_u，T_p2；T_u，T_p1，T_p2）的评估和可选的在所述发送信号（TXD；TxD1）与所述接收信号（RXD）之间的时间相关性表明在所述总线（40）上存在发送冲突，并且

其中所述通信控制装置（11；31）被设计为基于所述信号（RXD；S1）产生或中止所述发送信号（TXD；TxD1）和/或将发送冲突通知给所述总线系统（1）的其他用户站（20；30）。

13.总线系统（1），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通过所述总线（40）相互连接，使得所述至少两个用户站能够彼此串行通信，并且其中至少一个用户站（10；30）是根据权利要求11或12所述的用户站（10；30）。

14.用于在串行总线系统（1）中通信的方法，其中所述方法使用用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号的接收器（122）执行，以及其中所述接收器（122）执行以下步骤：

从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号，其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），隐性总线状态（401，U_D1）能够被显性总线状态（402，U_D0）覆盖并且在第一通信阶段（451；453、451）中产生所述隐性总线状态（401）的方式与在第二通信阶段（452）中产生所述隐性总线状态（U_D1）的方式不同，

基于从所述总线（40）接收的信号产生数字信号（RXD；S1），并且

将所产生的数字信号（RXD；S1）输出到通信控制装置（11）以评估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）使用至少一个第一接收阈值（T_u）和第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）来产生所述数字信号（RXD；S1），并且

其中所述第二接收阈值（T_p1；T_2；T_p1，T_p2）的电压值小于所述第一接收阈值（T_u）的电压值或大于在正常运行中在所述总线（40）上针对所述第二通信阶段（452）中的显性总线状态（U_D0）出现的最高电压值。

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