CN114726670A - 用于串行总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行总线系统中通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于串行总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行总线系统中通信的方法。通信控制装置设计用于控制总线系统的用户站与至少一个其它用户站的通信以及用于产生用以发送到总线系统的总线上的发送信号和/或用于由总线接收信号，其中，通信控制装置设计用于，根据帧产生发送信号，并且其中，通信控制装置设计用于，这样来产生发送信号，使得在发送信号中，根据边沿高度调整至少一个位的位时间，所述边沿高度设置在信号中至少一个位和先前的位之间，在所述信号中通过总线传输位。

Description

用于串行总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行总 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通信控制装置和一种用于在串行总线系统中通信的方法，串行总线系统以高数据速率和高容错度工作。

背景技术

用于例如在车辆中在传感器和控制器之间通信的总线系统，应当视技术设备或车辆的功能的数量而定实现大数据量的传输。在许多应用中要求能以尽可能高的数据传输速率将数据从发送器传输给接收器。

在车辆中，总线系统目前处在引入阶段，在总线系统中，数据作为在作为具有CANFD的CAN协议规范的标准ISO 11898-1:2015中的报文（Nachricht）加以传输。所述报文在总线系统的总线用户，如传感器、控制器、发送器等之间传输。为此，报文以帧的形式发送到总线上，在该帧中在两个通信阶段之间进行转换。在第一通信阶段中（仲裁）协定，总线系统的用户站中的哪个用户站在接下来的第二通信阶段（数据阶段或有效数据的发送）中应当将它的帧发送给总线。CAN FD由大多数制造商在第一个步骤中以500kbit/s的仲裁位速率和2Mbit/s的数据位速率使用在车辆中。因此在总线上传输时可以在慢的运行方式和快的运行方式之间来回切换。

为了在第二通信阶段中实现还要更大的数据速率，目前研发了一种用于CAN FD的后继总线系统，其称为CAN XL并且目前在CAN自动化协会（CiA）中标准化。CAN XL除了通过CAN总线的纯粹的数据传输外，也支持其它功能，如功能安全（Safety）、数据安全（Security）和服务质量（QoS = Quality of Service）。这是在自动行驶车辆中所需的基本属性。

为了提高能通过总线传输的数据速率，可以提高输入耦合到总线上的信号的边沿陡度。边沿陡度越高，电磁辐射就越大。不过这种辐射不应超过涉及到用户站的电磁兼容性的极限值。边沿陡度因此不能任意升高。若应当安全地区分总线信号的电压差（所述电压差针对数字信号的不同的位发送到总线上），那么可以考虑的是，将电压差选择得尽可能大。但电压差越大，在不同的电压差之间的瞬态效应就持续越长。因此必须设置预先确定的位时间或位的时间长度以在总线上传输，因此能由接收器正确地扫描总线接收到的信号。时间长度随在不同的总线状态之间的电压差的大小而上升。

此外，在通过通道（CAN Bus）以帧的形式传输数据时可能出现错误。例如可以通过外部的影响，特别是在总线端部处的入射或反射，伪造位或者在位之间移动边沿。此外，可能基于非理想的时钟源在用户站中出现了阶段错误，其在当前在总线上的通信中不是报文的发送器，而仅是报文的接收器（接收节点）。

这些帧条件有助于降低每单位时间数据的能有效传输的量，即净数据速率。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种用于串行总线系统的用户站的通信控制装置和一种用于在串行总线系统中通信的方法，它们解决了之前提到的问题。尤其应当提供用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中通信的方法，其中，在高数据速率下，并且必要时在每帧的有效数据量提升时，也能实现通信的高容错度。

该任务通过一种带有权利要求1的特征的、用于串行总线系统的用户站的通信控制装置解决。该通信控制装置设计用于控制用户站与总线系统的至少一个其它用户站的通信并且用于产生用于发送到总线系统的总线上的发送信号和/或用于从总线接收信号，其中，通信控制装置设计用于，根据帧来产生发送信号，并且其中，通信控制装置设计用于，这样来产生发送信号，使得在发送信号中，根据边沿高度来调整至少一个位的位时间，该边沿高度设置在信号中至少一个位和先前的位之间，在所述信号中，通过总线来传输该位。

术语“位（Bit）”代表以2为基数或以诸如-3或小于-3、3或大于3的其它数字为基数的进制系统中或数字系统中的数字。通过通信控制装置的设计方案，每单位时间通过总线可以传输比迄今为止更多的数据，而不会由此降低总线系统中通信的容错度。总体上可以用用户站使数据速率提高了特别是超过2.5倍。

用通信控制装置可以由此在串行总线系统中，特别是在CAN或CAN FD或CAN XL中，在数据速率进一步提高的情况下仍实现了稳健的通信。

在此，用通信控制装置能在总线系统中实现的是，在第一通信阶段中保持由CAN已知的仲裁并且相比CAN或CAN FD或CAN XL还再次明显提升了传输速率。

当在总线系统中也存在按照CAN协议和/或CAN FD协议发送报文的至少一个CAN用户站和/或至少一个CAN FD用户站时，也可以使用由该通信控制装置执行的方法。

通信控制装置的和用户站的有利的另外的设计方案在从属权利要求中说明。

通过总线传输的信号的边沿的边沿陡度可以与边沿的边沿高度无关基本上是相同的。

此外，通信控制装置可能具有：换算块，该换算块用于将来自二进制数字系统的发送信号的至少两个位的逻辑值换算成在基于大于2的数的数字系统中的逻辑值，并且用于为发送信号产生至少一个位；和位时间调整块，其用于根据发送信号的至少一个位的逻辑值调整发送信号的至少一个位的位时间。

在一种设计方案中，通信控制装置设计用于，在该帧内将布置在有同一逻辑值的至少两个位的位序列中的至少一个位相比位序列的另一个位缩短。

发送信号的每个位可以在没有缩短的情况下在一段时间内分成四个段，其中，在第一和第二段之间设有用于在通过总线传输后扫描信号的第一扫描点，并且其中，在第三和第四段之间设有用于在通过总线传输之后扫描信号的第二扫描点。

按照一种实施例，通信控制装置设计用于，将至少一个预先确定的位嵌入到发送信号中，该至少一个预先确定的位向总线系统中的接收节点表明，目前由总线接收的信号至少部分被这样修正，使得根据边沿高度来调整至少一个位。在此，通信控制装置还设计用于，将至少一个预先确定的位嵌入到帧的控制域中和/或帧的数据域中。

可以考虑的是，通信控制装置具有用于对由总线接收的错误帧进行计数的错误帧计数块，其中，通信控制装置设计用于，当错误帧计数块的计数值超过了预先确定的数目时，在发送信号中不调整位时间。

通信控制装置可以设计用于，这样来产生发送信号，使得针对在总线系统的用户站之间交换的报文而言，在第一通信阶段中发送到总线上的信号的位时间可以不同于在第二通信阶段中发送的信号的位时间，其中，在第一通信阶段中协定，总线系统的用户站中的哪个用户站在接下来的第二通信阶段中获得了对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问，并且其中，通信控制装置设计用于，在位时间中在第一和/或第二通信阶段中调整至少一个位。

为该报文所形成的帧可以与CAN FD和/或CAN XL兼容地构建。

之前所说明的通信控制装置可能是用户站的一部分，用户站此外还具有用于将第一电压值或第二电压值分配给发送信号的针对有待通过总线传输的信号的位的逻辑值的电压分配模块，其中，电压分配模块设计用于，将逻辑值分配给总线上针对该信号的至少一个位，在总线上信号中的至少一个位伴随该逻辑值在其开端处具有最小的边沿高度。

在一种设计方案中，将第一电压值分配给发送信号的位序列中的第一位的第一逻辑值，其中，将第二电压值分配给该位序列的第二位的第二逻辑值，其中，第一逻辑值小于第二逻辑值，并且其中，第一电压值小于第二电压值。

此外，之前所说明的用户站可以具有用于将发送信号发送到总线系统的总线上的发送/接收装置，其中，发送/接收装置设计用于，将整个帧在用于发送和接收帧的运行方式下在第一通信阶段中发送到总线上。

之前所说明的用户站可以是总线系统的一部分，其还包括总线和至少两个用户站，该用户站通过总线这样相互连接，使得用户站能串行地相互通信。在此，至少两个用户站中的至少一个用户站是之前所说明的用户站。

此外，之前所说明的任务还通过一种按照权利要求15所述的用于在串行总线系统中通信的方法解决。该方法用总线系统的用户站实施，该用户站具有通信控制装置，其中，该方法具有步骤：用通信控制装置控制总线系统的一个用户站与至少一个其它的用户站的通信并且用于产生用于发送到总线系统的总线上的发送信号和/或用于从总线接收信号，其中，通信控制装置根据帧产生了发送信号，其中，通信控制装置这样来产生发送信号，使得在发送信号中根据边沿高度来调整至少一个位的位时间，边沿高度设置在一个信号中的至少一个位和先前的位之间，在该信号中通过总线来传输位。

该方法提供了和之前关于通信控制装置和用户站提到的一样的优点。

本发明的另外的可能的实现方案也包括未明确提到的之前或接下来关于实施例所说明的特征或实施方式的组合。在此，本领域技术人员也可以将单个方面作为改进方案或补充方案添加给本发明的相应的基本形式。

附图说明

接下来参考附图并且借助实施例更为详细地说明本发明。

图1是按照第一种实施例的总线系统的简化的方块图；

图2是用于阐明可以由按照第一种实施例的总线系统的用户站发送的报文的结构的简图；

图3是按照第一种实施例的总线系统的用户站的简化的示意性方块图；

图4是在按照第一种实施例的用户站中总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的时间变化曲线；

图5是在按照第一种实施例的用户站中总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的差分电压VDIFF的时间变化曲线；

图6是信号的一部分的时间变化曲线，该信号在发送帧时在按照第一种实施例的用户站的接头处出现；

图7是信号的一部分的时间变化曲线，该信号在发送帧时在按照第二种实施例的用户站的接头处出现；

图8是信号的一部分的时间变化曲线，该信号在发送帧时在按照第三种实施例的用户站的接头处出现；

图9是用于阐明可以由按照第四种实施例的总线系统的用户站发送的报文的结构的简图；并且

图10是用于阐明可以由按照第五种实施例的总线系统的用户站发送的报文的结构的简图。

在附图中，倘若没有另行说明的话，为相同的或功能相同的元件配设同一附图标记。

具体实施方式

图1作为示例示出了总线系统1，该总线系统尤其基于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN XL总线系统和/或它们的修改方案加以设计，如接下来所要说明的那样。总线系统1可以使用在车辆，特别是机动车、飞机等中，或者使用在医院等中。

在图1中，总线系统1具有多个用户站10、20、30，它们分别连接在带有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线芯线41、42也可以称为CAN_H和CAN_L或者CAN-XL_H和CAN-XL_H并且用于针对在发送状态下的信号在耦合输入显性电平或产生隐性电平或其它电平后进行电气的信号传输。通过总线40能在各个用户站10、20、30之间串行地传输形式为信号的报文45、46。若在通信时在总线40上出现了错误，如通过图1中锯齿形的黑色的方块箭头所示那样，那么可选可以发送错误帧47（Error Flag，错误标志）。用户站10、20、30例如是机动车的控制器、传感器、显示装置等。

如在图1中所示的那样，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12、位时间-修正模块15和电压分配模块16。用户站20具有通信控制装置21、发送/接收装置22以及可选具有位时间-修正模块25和电压分配模块26。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32、位时间-修正模块35和电压分配模块36。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，即使这一点在图1中并未示出。

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

通信控制装置11、31编制和读取第一报文45，该第一报文例如是经修正的CAN报文45。在此，经修正的CAN报文45基于CAN XL格式构建，CAN XL格式参考图2更为详细地说明，并且在该CAN XL格式中使用相应的位时间修正模块15、35。通信控制装置11、31此外还可以设计用于，视需求而定将CAN XL报文45或CAN FD报文46提供给发送/接收装置32或者被这个发送/接收装置接收。在此也可以使用相应的位时间修正模块15、35。通信控制装置11、31因此编制和读取第一报文45或第二报文46，其中，第一和第二报文45、46的区别在于它们的数据传输标准，即在这种情况下是CAN XL或CAN FD，它们如接下来所要说明的那样被进一步修正。

通信控制装置21可以如按照ISO 11898-1:2015的传统的CAN控制器那样设计，这就是说，如CAN FD 容错的传统CAN控制器或CAN FD控制器。除此之外，可选存在位时间修正模块25，其具有和位时间修正模块15、25一样的功能。通信控制装置21编制和读取第二报文46，例如CAN FD报文46。在CAN FD报文46中，可以包括数目为0直至64的数据字节，它们还为此用比在传统CAN报文中明显更快的数据速率进行传输。通信控制装置21尤其如传统的CANFD控制器那样设计。

发送/接收装置22可以如按照ISO 11898-1:2015的传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样设计。除此之外，存在电压分配模块26，其具有和电压分配模块16、36一样的功能。

发送/接收装置12、32可以设计用于，视需求而定将根据CAN XL格式的报文45或者根据目前的CAN FD格式的报文46提供给相关的通信控制装置11、31或者被这个通信控制装置接收。除此之外，还存在电压分配模块16、36。

用两个用户站10、30能够实现用CAN XL 格式形成并且然后传输报文45以及接收这种报文45。报文45能被进一步修正，如下文中说明的那样。

图2针对报文45示出了帧450，该帧尤其是CAN XL帧，其由通信控制装置11提供给发送/接收装置12以发送到总线40上。在此，通信控制装置11在当前实施例中将帧450编制成与CAN FD兼容。同样的说明也适用于用户站30的通信控制装置31和发送/接收装置32。

根据图2，用于总线40上的CAN通信的帧450分成了不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451和数据阶段452。帧450，在起始位SOF之后具有仲裁域453、控制域454、数据域455、校验和域456和帧结束域457。

在仲裁阶段451中，借助有例如位ID28至ID18的标识符（ID）在仲裁域453中逐位地在用户站10、20、30之间协定，哪个用户站10、20、30想要以最高的优先级发送报文45、46并且因此在用于发送的下一段时间内在紧接着的数据阶段452中获得对总线40的独占的访问。在仲裁阶段451中，使用如在CAN和CAN FD中那样的物理层。物理层对应公知的OSI模型（开放式系统互连模型）的位传输层或层1。

在阶段451期间的一个重要的点是，使用已知的CSMA/CR方法，其允许了用户站10、20、30对总线40的同时的访问，而不会破坏优先级更高的报文45、46。由此能较为简单地将另外的总线用户站10、20、30添加给总线系统1，这极为有利。

CSMA/CR方法导致，在总线40上必然给出所谓的隐性的状态，该隐性的状态可以由总线40上具有显性状态的其它用户站10、20、30改写。在隐性的状态中，在各个用户站10、20、30处具有高阻的情况，这结合总线布线的寄生造成了较长的时间常数。这导致了在真实的车辆使用中将当前的CAN-FD物理层的最大的位速率限制到目前的约2兆位/秒。

在数据阶段452中，除了控制域454的一部分外，也发送来自数据域455的CAN-XL帧或报文45的有效数据以及校验和域456。在校验和域456中，可以包含有关数据阶段452的数据连同填充位在内的校验和，其由报文45的发送器在各预先确定数目的相同的位之后、特别是10个相同的位之后，作为反向的位插入。在数据阶段452结束时，又退回到仲裁阶段451中。

在帧结束阶段457中在结束域中，可以包含至少一个确认位。此外，存在11个相同的位的序列，它们表明了CAN XL帧450的结束。用至少一个确认位可以通知，接收器在所接收到的CAN XL帧450或报文45中有否发现错误。

报文45的发送器仅当用户站10作为发送器获得仲裁并且用户站10作为发送器因此为了发送而具有对总线系统1的总线40的独占访问时，才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。

在有CAN XL的总线系统中，采用负责CAN和CAN FD的稳健性和用户友好性的经过验证的属性，特别是按照CSMA/CR方法的带有标识符和仲裁的帧结构。因此用户站10在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中部分、特别是直至FDF位（含），使用根据ISO 11898-1:2015的由CAN/CAN-FD已知的格式。但与CAN或CAN FD相比，在作为第二通信阶段的数据阶段452中可以提升净数据传输率，特别是提高到约10 兆位/秒。此外，可以提升每帧的有效数据的大小，特别是提高到约2千字节或任意其它值。

图3示出了用户站10的基本结构，该用户站带有通信控制装置11、发送/接收装置12、是通信控制装置11的一部分的位时间修正模块15和是发送/接收装置12的一部分的电压分配模块16。用户站20除了之前所述的区别外，就基本结构而言以同一方式构建，如在图3中所示那样。用户站30以类似的方式构建，如在图3中所示那样，但位时间修正模块35则根据图1与通信控制装置31和发送/接收装置32分开布置。同样的说明也适用于电压分配模块36、因此没有单独说明用户站30。

按照图3，用户站10除了通信控制装置11和发送/接收装置12外还具有：微控制器13，通信控制装置11配属于该微控制器；和系统ASIC 17（ASIC = 专用集成电路），其备选可以是系统基础芯片（SBC），在该系统基础芯片上集中了多个用户站10的电子组件所需的功能。在系统ASIC 17中，除了发送/接收装置12外还安装了供能装置18，该供能装置向发送/接收装置12供应电能。供能装置18通常提供5 V的电压CAN_Supply。但供能装置18可以视需求而定提供有其它值的其它电压。供能装置18附加或备选地设计成电源。

位时间修正模块15具有换算块151，换算块在使用换算规则1511的情况下将发送信号TxD从二进制的位序列换算到这样一个位序列，在该位序列中，为位设置多于两个的电压状态。此外，位时间修正模块15还具有用于根据预先确定的位时间确定规则1521来调整位长度或位时间的位时间调整块152并且可选具有错误帧计数块153。块151、152、153在接下来还将更为准确地说明。

此外，发送/接收装置12具有发送模块121和接收模块122。即使接下来始终指的是发送/接收装置12，备选也可以将接收模块122设置在发送模块121外的单独的装置中。发送模块121和接收模块122可以如在传统的发送/接收装置12中那样构建。发送模块121可以尤其具有运算放大器和/或晶体管。接收模块122可以尤其具有至少一个运算放大器和/或晶体管。此外，电压分配模块16设置带有发送块161和接受块162，如接下来更为准确地说明的那样。

发送/接收装置连接到了总线40上，更准确地说连接到了其用于CAN_H或CAN-XL_H的第一总线芯线41上和其用于CAN_L或CAN-XL_L的第二总线芯线42上。通过至少一个接头43完成了针对用电能、特别是用电压CAN-Supply供应第一和第二总线芯线41、42的供能装置17的电压供应。与地线或CAN_GND的连接通过接头44实现。第一和第二总线芯线41、42用终端电阻49结束。

第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中不仅与也称为发射机的发送模块121连接，而且也与也称为接收器的接收模块122连接，即使该连接在图3中为简化起见并未示出。此外，第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中与电压分配模块16、特别是与发送块161和接受块162连接。

在总线系统1运行中，发送模块121将通信控制装置11的发送信号TXD或TxD_TC转换成用于总线芯线41、42的相应的信号CAN-XL_H和CAN-XL_L并且将这些信号CAN-XL_H和CAN-XL_L发送给总线40上用于CAN_H和CAN_L的接头，如在图4中示出那样。至少在数据阶段452中，将特别是带有发送块161的电压分配模块16的发送信号TXD或TxD_TC转换成用于第一和第二总线芯线41、42的信号并且发送给总线40上用于CAN_H和CAN_L的接头。为此，发送块161具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

接收模块122由根据图4被总线40接收的信号CAN-XL_H和CAN-XL_L形成了接收信号RXD或RxD并且将这个接收信号传递给通信控制装置11，如在图3中所示那样。至少在数据阶段452中，电压分配模块16的接收块162形成了接收信号RXD或RxD并且将这个接收信号传递给通信控制装置11。为此，接受块162具有至少一个运算放大器和/或晶体管。除了空转状态或准备状态（空闲或休眠）外，带有接收模块122和/或接收模块162的发送/接收模块12在紧急运行中总是停止总线40上数据或报文45、46的传输，更确切地说，与发送/接收模块12是否是报文45的发送器无关。

按照图4的例子，信号CAN-XL_H和CAN-XL_L至少在仲裁阶段451中具有显性的和隐性的总线电平401、402，如由CAN已知的那样。在总线40上形成了差分信号VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L，这在图5中针对仲裁阶段451示出。信号VDIFF的带有位时间t_bt1的各个位可以在仲裁阶段451中用例如0.7 V的接收阈值T_a识别。在数据阶段452中，信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的位比在仲裁阶段451中更快地，即用更短的位时间t_bt2发送。因此信号CAN-XL_H和CAN-XL_L在数据阶段452中至少在其更快的位速率上不同于传统的信号CAN_H和CAN_L。

图4中针对信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的状态401、402的顺序和图5中由此产生的电压VDIFF的变化曲线仅用于阐明用户站10的供能。针对总线状态401、402的数据状态的顺序能视需求加以选择。

换句话说，当发送模块接入第一运行方式B_451（慢）时，发送模块121根据图4产生了第一数据状态作为有针对总线线路的两个总线芯线41、42的不同的总线电平的总线状态402并且产生了第二数据状态作为有针对总线40的总线线路的两个总线芯线41、42的同一电平的总线状态401。

此外，发送模块121或发送模块162针对在包括数据阶段452的第二运行方式B_452_TX（FAST_TX）中的信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的时间变化曲线将有更高位速率的位发送到总线40上。CAN-XL_H和CAN-XL_L信号在数据阶段452中还可以用不同于CAN FD中的物理层产生。位速率在数据阶段452中与在CAN FD中相比由此可以进一步提高。在数据阶段452中不是帧450的发送器的用户站，在其发送/接收装置中设定了第三种运行方式B_452_RX（FAST_RX）。

当用户站10作为帧450的发送器和/或接收器行动时，图3的位时间修正模块15是主动的。位时间修正模块15、特别是其换算块151，在通信控制装置11将TxD信号作为TxD_TC信号在接头TXD处传递给发送/接收装置12以发送到总线40上之前，将帧450的位序列从二进制数字系统换算成其数字基数大于2的另外的数字系统。

换算块151例如将16位的二进制位序列

在使用换算规则1511的情况下换算成有基数3或4或5的数字系统。在图6的例子中，经换算的位序列在五进制数字系统（基数5）中具有逻辑值或数字

并且因此仅还具有七个位。

此外，位时间修正模块15、特别是其位时间调整块152，可以针对TxD_TC信号调整TxD信号的位。电压分配模块16、特别是发送块161，在使用分配规则1521的情况下为五进制数字系统中的上述位序列

的每个位分配一个预先确定的电压值。这在下文中借助图6更为准确地说明。

由位时间修正模块15和电压分配模块16实施的方法特别适用于数据阶段452，在那里，用户站10、20、30中的其中一个用户站具有对总线40的独占访问，以便将报文45、46中的其中一个报文特别是作为帧450发送。模块15、16可以至少部分、但备选或附加地在仲裁阶段451中使用该方法。

图6在时间t内示出了针对差分信号VDIFF的一个例子，该差分信号由于总线40上的数字的发送信号TxD或TxD-TC构成。发送信号TxD可以要么根据帧450产生，要么根据CANFD协议产生。

所示的位序列起初具有带逻辑值0的位1，紧随该位的是按照五进制数字系统具有逻辑值或数字

的七个位B2至B8。

电压分配模块16为信号TxD_TC中在位序列

中的每个逻辑值或数字分配一个预先确定的针对信号VDIFF的电压值。发送模块162将位序列

相应地发送到总线40上，因而在总线40上构成了图6的信号。电压值+2V配属于数字0。为此，发送模块162可以具有带至少一个运算放大器和/或带至少一个晶体管的电路。电压值+1V配属于数字1。电压值+1V配属于数字2。电压值-1V配属于数字3。电压值-2V配属于数字4。

在接收信号RxD中，电压分配模块16、特别是其接收模块162，在无错接收时将对应位序列

的数字值分配给差分信号VDIFF的对应的电压。为此，电压分配模块16、特别是其接收模块162，使用接收阈值U_TH1、U_TH2、U_TH3、U_TH4。这些接收阈值可以在带有至少一个运算放大器和/或带有至少一个晶体管的电路中实现。

图6中的位B1至B8分别划分成了多个时间量子。至少1个时间量子分配给了多个段SY、PP、P1、P2中的其中一个段。图6中的每个位B1至B8至少具有段SY、P1、P2。因此图6中的每个位B1至B8具有至少三个段。

在位B1至B8的开端处设有同步段SY，其视位而定具有数目为1至4的时间量子TQ。紧接着的是传播段PP，其具有多个时间量子TQ。在段SY和段PP之间布置着用于扫描位的第一扫描点TP。在段PP之后是在用于扫描位的第二扫描点TP之前的第一阶段P1。在第二扫描点TP之后接着的是第二阶段P2。若在发送信号TxD或被总线接收的信号RxD中的两个不同的逻辑值之间，即在1和0之间或者在0和1之间存在过渡，那么帧450的接收节点或接收器检查，在预期的时间上有否存在过渡。倘若在处于位的开端处的预期的时间上不存在过渡，那么帧450的接收器可以计算时间差并且视结果而定调整阶段P1的时间长度或阶段P2的时间长度。接收器由此可以连续地与帧450的发送节点或发送器的定时同步化。这减少了基于在总线40上的辐射而出现的错误（物理层效应）

通信控制装置11设计用于，在被总线40接收的信号RxD中在第一扫描点TP处和在第二扫描点TP处扫描位B1至B8。扫描点分别布置在段SY、PP、P1、P2中的其中两个段之间。

图6中的位B1至B8分别具有相同的边沿陡度，但具有不同的边沿高度。边沿陡度通常基本上是相同的。发送-接收装置12尤其将有相同的边沿陡度的边沿的信号VDIFF驱动到总线40上。在各个位之间的边沿高度对应直接连续相继的位的电压值的差VDIFF，在所述直接连续相继的位之间布置着边沿。边沿高度越大，位时间调整模块152就将段SY、PP、P1、P2在时间t期间的持续时间选择得更长。在此，位时间调整模块152根据边沿高度来选择段SY、PP的时间长度。与此不同的是，位时间调整模块152与相关的位的边沿高度无关地选择段P1和P2的长度。段P1、P2能用于总线系统1的各个用户站的时钟的同步化。

位B1具有逻辑值0和带有4伏特的边沿高度的上升的边沿，边沿高度布置在电压值-2V和+2V之间。位B1的段SY因此延伸经过4个时间量子TQ。位B1的段PP延伸经过16个时间量子TQ。位B1具有位长度或位时间T1。

位B2具有逻辑值3和带有3伏特的边沿高度的下降的边沿，边沿高度布置在电压值+2V和-1V之间。位B2的段SY因此延伸经过3个时间量子TQ。位B2的段PP延伸经过12个时间量子TQ。位B2具有位长度或位时间T2。

位B3具有逻辑值2和带有2伏特的边沿高度的上升的边沿，边沿高度布置在电压值-1V和+1V之间。位B3的段SY因此延伸经过2个时间量子TQ。位B3的段PP延伸经过8个时间量子TQ。位B3具有位长度或位时间T3。

位B4具有逻辑值1和带有1伏特的边沿高度的下降的边沿，边沿高度布置在电压值+1V和0V之间。位B4的段SY因此延伸经过1个时间量子TQ。位B4的段PP延伸经过4个时间量子TQ。位B4具有位长度或位时间T4。

位B5具有逻辑值1并且因此由于之前的带有同样的逻辑值的位B4而具有0伏特的边沿高度。位B5的段SY因此延伸经过1个时间量子TQ。位B5此外不具有段PP。位B5具有位长度或位时间T5。

位B6具有逻辑值4和带有2伏特的边沿高度的下降的边沿，边沿高度布置在电压值0V和-2V之间。位B6的段SY因此延伸经过2个时间量子TQ。位B6的段PP延伸经过8个时间量子TQ。位B6具有位长度或位时间T3。

位B7具有逻辑值4并且因此由于之前的带有同样的逻辑值的位B6而具有0伏特的边沿高度。位B7的段SY因此延伸经过1个时间量子TQ。位B7此外不具有段PP。位B7具有位长度或位时间T5。

位B8具有逻辑值3和带有1伏特的边沿高度的上升的边沿，边沿高度布置在电压值-2V和-1V之间。位B8的段SY因此延伸经过1个时间量子TQ。位B8的段PP延伸经过4个时间量子TQ。位B8具有位长度或位时间T4。

因此在五进制数字系统中的位序列中，如图6所示那样，在总线40上存在不同的电压状态。电压分配模块16因此将五个不同的电压值，即+2V、+1V、0V、-1V、-2V分配给总线40上的对应的电压状态。此外，位时间调整模块152使发送信号TxD_TC的位与五个不同的位长度或位时间，即位时间T1至T5相适应。位时间调整模块152根据考虑到了在数字0至4之间切换的对应的规则1521确定了该调整。位时间调整模块152这样调整位的时间长度或位时间，使得信号VDIFF具有差分电压，该差分电压的持续时间取决于差分电压变化的之前的高度。在图6的例子中，所选择的差分电压VDIFF在+2V到-2V的范围内视位序列而定具有0V至4V的边沿跃变。这可能导致较长的位时间，如位时间T1，或者导致较短的位时间，如位时间T5。但图6的数字序列

仅具有99个时间量子TQ。

在当前的实施例中，数据速率可以相比现有技术明显提高。数据速率尤其可以相比现有技术明显提高了21%，此时例如使用1V的最大的差分电压，如在LVCAN和附加的位时间压缩中那样。

位B1至B8当然可以缩短了不同于之前所说明那样的时间长度。尤其可能缩短了段P1的时间长度或处在段PP、P1的长度之间的任意其它长度。位B1至B8中的至少一个位可以备选缩短了小于段P1的时间长度。

若用户站10是总线系统1的接收的用户站，其在目前不是帧450的发送器，而是仅接收帧450（接收阶段），那么用户站10用其位时间调整模块152通过在接收信号RxD的扫描点TP处的扫描识别到了显性位B1的缩短的位长度。通信控制装置尤其在每个时间量子TQ之后扫描接收信号RxD。因此接收节点可以正确地扫描根据图6的信号VDIFF的位，接收节点在总线40的其接头CAN_H、CAN_L处接收信号。位时间调整模块152可选可以将接收信号RxD的识别为已缩短的位B1再次延长到二进制数字系统中的正常的长度。通信控制装置11备选评估有不一样长的位的接收信号RxD。

通过总线系统1的用户站10、20、30的这种设计方案，可以在相同的时间内通过总线40传输更多的位。因此总线系统1中的数据速率提高。

若在总线40处应当是不理解位时间缩短的用户站10、20、30，那么当位时间修正模块15、25、35中的其中一个位时修正模块对发送信号TxD而言是主动的时，这些用户站10、20、30通过错误帧47破坏总线系统1中的通信。在这种情况下，错误帧计数块153对被总线40接收的错误帧47计数。从特定数目的错误帧47起，位时间修正模块15判定，该方法不再用于缩短位或位序列。取而代之的是，通信控制装置11然后仅还使用传统的协议，在传统的协议中不使用位或位序列的缩短。因此禁用用户站10、20、30的相关的位时间修正模块15、25、35。

由此实现了总线系统1中的通信的稳健的应急运行。当总线系统1使用在车辆中时，这尤为有利。然后例如在车辆行驶期间保证了应急运行。

通信控制装置11、特别是其位时间修正模块15，可以在成功发送具有缩短的位或位序列的报文45后减少错误帧计数块153的计数值。不是通过总线40处用户站10、20、30的通信协议的不兼容性引起的偶尔的错误，因此不会导致总线系统1中可能的能传输的波特率的降低。

与此不同的是，在车间中在进行车辆的软件更新时，可能期望用尽可能高的数据速率工作。当总线40处的各个用户站仅对新软件的数据感兴趣时，可能就是这样的情况。针对这种情况可能的是，车间测试者有针对性地这样长时间地使用之前所说明的用于在总线40中发送报文45、46时缩短位或位序列的方法，直至（多个）不兼容的用户站中断错误帧47的发送并且进入错误异常状态。从这个时间点起，通信控制装置11非破坏性地使用之前所说明的根据图6用于在发送报文45、46时缩短位或位序列的方法。因此能用比用有正常长的位的传统的报文45、46更短的时间来传输软件更新。

图7参照关于时间t的第二种实施例示出了针对差分信号VDIFF的一个例子，差分信号接着数字的发送信号TxD或TxD_TC在总线40上形成。发送信号TxD可以要么根据帧450产生，要么根据CAN FD协议产生。

所示的位序列具有10个位，即位B1至B10。位在三进制数字系统中具有逻辑值或数字

。这个数字序列对应二进制数字系统中的数字序列

和按五进制数字系统的图6的数字序列或位序列

。

电压分配模块16为位序列

中的每个逻辑值或数字分配针对总线40上的信号VDIFF的多达2个的预先确定的电压值。两个电压值+2V和-1V配属于数字2。两个电压值+1V和-2V配属于数字1。电压值0V配属于数字0。在此，这样进行分配，使得分别在两个连续相继的位之间产生了尽可能小的边沿高度。

在接收信号RxD中，电压分配模块16、特别是其接收模块162，将对应位序列

的数字值在无错误地接收时分配给差分信号VDIFF的对应的电压。为此，电压分配模块16、特别是其接收模块162，使用接收阈值U_TH1、U_TH2、U_TH3、U_TH4。

因此仅数字0、1、2可以包含在发送信号TxD-TC中并且通过总线40传输。位时间调整模块152因此可以在时间t期间这样来调整段SY、PP、P1、P2的持续时间，使得在图7的例子中仅存在有较短的位长度或位时间T3至T5的位。

因此在三进制数字系统的位序列中，如在图7中所示那样，进一步在总线40上存在五个不同的电压状态。电压分配模块16因此将五个不同的电压值，即+2V、+1V、0V、-1V、-2V分配给总线40上的对应的电压状态。但位时间调整模块152使发送信号TxD_TC的位仅与三个不同的位长度或位时间，即位时间T3至T5相适应。位时间调整模块152根据考虑到了在数字0至2之间切换的对应的规则1521确定了该调整。

在图7的例子中，所选择的差分电压VDIFF在+2V到-2V的范围内视位序列而定具有0V至2V的边沿跃变。所产生的较短的位时间T3至T5导致了，图7的数字序列

或

仅还持续了88个时间量子TQ。由此相比图6的例子为在总线40上的传输节省了持续时间T_E。

数据速率在当前的实施例中相比图6的例子可以再次明显提高。数据速率尤其可以相比现有技术明显提高了36%，此时例如使用1V的最大的差分电压，如在LVCAN和附加的位时间压缩中那样。

图8参照关于时间t的第三种实施例示出了针对差分信号VDIFF的一个例子，差分信号接着数字的发送信号TxD或TxD_TC在总线40上形成。发送信号TxD可以要么根据帧450产生，要么根据CAN FD协议产生。

为图8的位序列分配和在图7中一样的逻辑值。位B1至B10因此在三进制数字系统中具有逻辑值或数字

，如之前所说明的那样。

电压分配模块16为位序列

中的每个逻辑值或数字分配针对总线40上的信号VDIFF的多达2个的预先确定的电压值。两个电压值+2V和-1V配属于数字2。电压值+1V配属于数字1。电压值0V配属于数字0。因此不需要-2V的附加的差分电压。

在接收信号RxD中，电压分配模块16、特别是其接收模块162，将对应位序列

的数字值在无错误地接收时分配给差分信号VDIFF的对应的电压。为此，电压分配模块16、特别是其接收模块162，使用接收阈值U_TH1、U_TH2、U_TH3。但不需要接收阈值U_TH4。

因此仅数字0、1、2可以包含在发送信号TxD-TC中并且通过总线40传输。位时间调整模块152因此可以在时间t期间这样来调整段SY、PP、P1、P2的持续时间，使得在图8的例子中仅存在有较短的位长度或位时间T3至T5的位。

因此在三进制数字系统的位序列中，如在图8中所示那样，在总线40上仅还存在四个不同的电压状态。电压分配模块16因此将四个不同的电压值，即+2V、+1V、0V、-1V分配给总线40上的对应的电压状态。但位时间调整模块152使发送信号TxD_TC的位仅与三个不同的位长度或位时间，即位时间T3至T5相适应。位时间调整模块152根据考虑到了在数字0至2之间切换的对应的规则1521确定了该调整。

在图7的例子中，所选择的差分电压VDIFF在+2V到-2V的范围内视位序列而定具有0V至2V的边沿跃变。所产生的较短的位时间T3至T5导致了，图8的数字序列

或

更确切地说具有和在图7的例子中一样的持续时间，即88个时间量子TQ。

但在报文45、46中，低的数字，特别是0，在统计学上比高的数字，例如2，出现得更为频繁。因此在图8的实施方案中，将低的绝对的差分电压分配给低的数字，如0和1。例如因此将电压0V分配给数字0。因此图8的信号可以特别省电并且由此可以节能地通过总线40传输。

因此数据速率在当前的实施例中相比图7的例子可以更为节能地得到提高。

图9示出了根据第四种实施例的帧450A。帧450A可以被通信控制装置11用于编制发送信号TxD和/或评估接收信号RxD，如之前所说明的那样。

在帧450A中，在控制域454中包含有至少一个位B_V。包含的位B_V越少，那么在总线系统1中能传输的净数据速率下降得就越少。

至少一个位B_V说明，位或位序列在目前被总线40接收的接收信号RxD中有否被缩短地发送。

因此发送节点可以通知总线40处带有至少一个位B_V的接收节点，如何来评估目前所接收到的接收信号RxD。接收节点因此可以在评估目前所接收到的接收信号RxD时正确地考虑到了预先确定的规则1521、1511。

换句话说，根据图6或图7或图8的缩短位或位序列的之前所说明的方法使用，可以通过报文45的头部（Header）中所保留的位来通知。

由此确保了与已知的通信协议、特别是基于CAN的协议的向下兼容性。

至少一个位B_V备选包含在数据域455中。

图9示出了根据第三种实施例的帧450B。帧450B可以被通信控制装置11用于编制发送信号TxD和/或评估接收信号RxD，如之前所说明的那样。

在帧450B中，在数据域455中包含有至少一个位B_V。该至少一个位B_V说明，在马上通过总线40发送的报文45中，经缩短后发送位或位序列。因此接收节点知道，在接下来的接收信号RxD中缩短位或位序列，如在图7中所示那样。

若包含有多于一个的位B_V，那么可以通知，接下来的报文中的哪个报文45、46在总线40处被这样修正，使得缩短了位或位序列。例如可以在至少两个位B_V的位序列中将用于这个报文45、46的特殊的标识符编码。

因此发送节点可以通知有位B_V的接收节点，如何来评估下一个被总线40接收的报文45、46的接收信号RxD。接收节点因此可以在评估这个接收信号RxD时正确地考虑到了预先确定的规则1521、1511。

换句话说，缩短位或位序列的之前所说明的方法使用，如在图6或图7或图8中所示那样，为了目前的接收信号RxD而可以在之前的报文中进行通知。

可能的是，在基于帧450B编制的报文中，也使用至少部分缩短后的位或位序列。

由此确保了与已知的通信协议、特别是基于CAN的协议的向下兼容性。

用户站10、20、30、总线系统1和在总线系统1中实施的方法的所有之前所说明的设计方案，可以单独使用或以所有可能的组合使用。之前所说明的实施例的特征和/或它们的修正方案尤其可以任意组合。尤其可以附加或备选地考虑下列修正方案。

用户站10、20、30中的至少一个用户站当然可以有另外的设计，以便产生用于总线的信号VDIFF，如之前所说明的那样。模块15、25、35中的至少一个模块例如至少部分布置在相关的发送/接收装置12、22、32中。

即使本发明之前以CAN总线系统为例进行说明，但本发明可以使用在使用两个不同的通信阶段的每一种通信网络和/或通信方法中，在该通信阶段中，为不同的通信阶段所产生的总线状态不同。

总线系统1按照该实施例尤其可以是一种通信网络，在该通信网络中，数据能串行地用两种不同的位速率传输。有利的，但并非强制性前提的是，在总线系统1中，至少针对特定的时间段确保用户站10、20、30对共同的通道的独占的、无冲突的访问。

在实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数量和布置都是任意的。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。可以考虑的是，在总线系统1中的所有的用户站都设计成相同的，即仅存在用户站10或仅存在用户站30。

Claims (15)

1.用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30）的通信控制装置（11；21；31），

其中，通信控制装置（11；21；31）设计用于控制总线系统（1）的用户站（10；20；30）与至少一个其它用户站（10；20；30）的通信并且用于产生用于发送到总线系统（1）的总线（40）上的发送信号（TxD）和/或用于由总线（40）接收信号（VDIFF），

其中，通信控制装置（11；21；31）设计用于，根据帧（450；450A；450B）产生发送信号（TxD、TxD_TC），并且

其中，通信控制装置（11；21；31）设计用于，这样来产生发送信号（TxD、TxD_TC），使得在发送信号（TxD、TxD_TC）中，根据边沿高度调整至少一个位（B1至B8；B1至B10）的位时间（T1至T5），所述边沿高度设置在信号（VDIFF）中至少一个位（B1至B8；B1至B10）和先前的位之间，在所述信号中通过总线（40）传输位。

2.按照权利要求1所述的通信控制装置（11；21；31），其中，通过所述总线（40）传输的信号（VDIFF）的边沿的边沿陡度与边沿的边沿高度无关基本上是相同的。

3.按照权利要求1或2所述的通信控制装置（11；21；31），还带有：

换算块（151），其用于将来自二进制数字系统的所述发送信号（TxD）的至少两个位的逻辑值换算成在基于大于2的数的数字系统中的逻辑值，并且用于为所述发送信号（TxD；TxD_TC）产生至少一个位；和

位时间调整块（152），其用于根据所述发送信号（TxD；TxD_TC）的至少一个位的逻辑值调整所述发送信号（TxD；TxD_TC）的至少一个位的位时间。

4.按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，在所述帧（450；450A；450B）内，相比位序列的另一个位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在有同一逻辑值的至少两个位的位序列（B4、B5）中。

5.按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），

其中，所述发送信号（TxD）的每个位（B1、B2）在没有缩短的情况下在时间（t）内分成四个段（SY、PP、P1、P2），

其中，在第一和第二段（SY、PP）之间设有用于在通过所述总线（40）传输后扫描信号的第一扫描点（TP），并且

其中，在第三和第四段（P1、P2）之间设有用于在通过所述总线（40）传输后扫描信号的第二扫描点（TP）。

6.按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，将至少一个预先确定的位（B_V）嵌入到所述发送信号（TxD）中，所述至少一个预先确定的位向所述总线系统（1）中的接收节点表明，目前由所述总线（40）接收的信号（VDIFF）至少部分被这样修正，使得根据边沿高度调整所述至少一个位。

7.按照权利要求6所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，将所述至少一个预先确定的位（B_V）嵌入到所述帧（450A；450B）的控制域（454）中和/或所述帧（450A；450B）的数据域（455）中。

8.按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），所述通信控制装置（11；21；31）具有用于对由所述总线（40）接收的错误帧（47）计数的错误帧计数块（153），并且

其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，当错误帧计数块（154）的计数值超过了预先确定的数目时，在所述发送信号（TxD）中不调整位时间。

9.按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，这样来产生所述发送信号（TxD），使得对在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间交换的报文（45）而言，在第一通信阶段（451）中发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt1）可以不同于在第二通信阶段（452）中发送的信号的位时间（T1至T5），并且

其中，在第一通信阶段（451）中协定，所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）中的哪个用户站在接下来的第二通信阶段（452）中获得了对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问，并且

其中，所述通信控制装置（11；21；31）设计用于，在位时间（T1至T5）中在第一和/或第二通信阶段（451、452）中调整至少一个位（B1）。

10.用户站（10；20；30），带有

按照前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），和

电压分配模块（16；26；36），其用于将第一电压值或第二电压值分配给发送信号（TxD；TxD_TC）的针对有待通过总线（40）传输的信号（VDIFF）的位的逻辑值，

其中，电压分配模块（16；26；36）设计用于，为总线（40）上的针对信号（VDIFF）的至少一个位分配逻辑值，至少一个位伴随所述逻辑值在总线（40）上的信号（VDIFF）中在其开端处具有最小的边沿高度。

11.按照权利要求10所述的用户站（10；20；30），

其中，将第一电压值分配给所述发送信号（TxD）的位序列中的第一位的第一逻辑值，

其中，将第二电压值分配给所述位序列的第二位的第二逻辑值，

其中，第一逻辑值小于第二逻辑值，并且

其中，第一电压值小于第二电压值。

12.按照权利要求10或11所述的用户站（10；20；30），其中，为所述报文（45）所形成的帧（450）构建成与CAN FD和/或CAN XL兼容。

13.按照权利要求10至12中任一项所述的用户站（10；20；30），

此外还带有用于发送所述发送信号（TxD）或经修正的发送信号（TxD_TC）到所述总线系统（1）的总线（40）上的发送/接收装置（22），

其中，发送/接收装置（22）设计用于，将整个帧（450）以用于在第一通信阶段（451）中发送和接收所述帧（450）的运行方式（B_452_TX）发送到所述总线（40）上。

14.总线系统（1），带有：

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总线（40）这样相互连接，使得它们能彼此串行地通信并且所述至少两个用户站中的至少一个用户站（10；20；30）是按照前述权利要求10至13中任一项所述的用户站（10；20；30）。

15.用于在串行总线系统（1）中通信的方法，其中，所述方法用总线系统（1）的用户站（10；20；30）实施，所述用户站具有通信控制装置（11；21；31），其中，所述方法具有步骤：

用通信控制装置（11；21；31）控制总线系统（1）的用户站（10；20；30）与至少一个其它用户站（10；20；30）的通信并且用于产生用于发送到总线系统（1）的总线（40）上的发送信号（TxD）和/或用于由总线（40）接收信号（VDIFF），

其中，通信控制装置（11；21；31）根据帧（450；450A；450B）产生发送信号（TxD;TxD_TC），并且

其中，通信控制装置（11；21；31）这样来产生发送信号（TxD;TxD_TC），使得在发送信号（TxD;TxD_TC）中，根据边沿高度来调整至少一个位（B1至B8；B1至B10）的位时间（T1至T5），所述边沿高度设置在信号（VDIFF）中至少一个位（B1至B8；B1至B10）和先前的位之间，在所述信号中通过总线（40）传输位。

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