CN116418622A - 控制器局域网终端方案 - Google Patents

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Abstract

一种控制器局域网(CAN)系统、方法和电路具有双模总线终端电路，所述双模总线终端电路连接在串行总线的信号线之间并且针对所述串行总线上的差分通信模式和单端通信模式两者进行优化，其中所述双模总线终端电路包括并联连接在所述串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与所述串行总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述串行总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。

Description

控制器局域网终端方案
技术领域
本公开大体涉及数据通信领域。在一个方面中，本公开涉及一种网络节点收发器，例如控制器局域网(CAN)收发器，以及相关联的计算机程序、系统和用于保护联网电子控制单元之间的数据通信完整性的操作方法。
背景技术
汽车越来越多地包括集成电路计算机系统——例如电子控制单元(ECU)、微控制器(MCU)、动力系控制模块(PCM)、芯片上系统(SoC)和系统级封装(SiP)，它们通过网络或系统总线连接在一起以形成汽车网络。车载网络(IVN)总线的例子包括但不限于控制器局域网(CAN)、具有灵活数据速率的CAN(CAN FD)、CAN数据链路层协议(CAN XL)、局部互连网络(LIN)、FlexRay、基于以太网的网络总线以及其它类型的总线。例如，控制器局域网(CAN)总线是一种基于消息的通信总线协议，通常在汽车内用以实现执行各种控制应用程序的各种电子控制单元(ECU)之间的通信，例如用于安全气囊、防抱死制动、巡航控制、电动助力转向、音频系统、车窗、车门、后视镜调节、用于混合动力/电动汽车的电池和充电系统等。CAN总线协议用于实现各种总线装置之间的通信。如应了解，不同的应用程序具有不同级别的数据安全要求，这可能会对运行应用程序的计算机系统提出数据完整性挑战。例如，微控制器单元可用于控制处理具有最高汽车安全完整性级别(ASIL)级(例如，ASIL D)的数据的自动制动应用程序，使得能够确保数据完整性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种控制器局域网(CAN)系统，包括：网络总线，所述网络总线包括在第一终端与第二终端之间延伸的第一总线导线和第二总线导线；连接到所述网络总线的多个CAN收发器装置；在所述第一终端处连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一双模总线终端电路；以及在所述第二终端处连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第二双模总线终端电路，其中所述网络总线以及第一双模总线终端电路和第二双模总线终端电路共同地被配置成支持差分通信模式和单端通信模式两者。
根据本发明的一个或多个实施例，网络总线包括双绞线电缆。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一双模总线终端电路和所述第二双模总线终端电路各自包括并联连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，由此提供与所述网络总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述网络总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一电阻终端路径包括连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第二电阻终端路径包括：连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及连接在接地参考电压与所述一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一双模总线终端电路和所述第二双模总线终端电路各自包括：串联连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一电阻器和第二电阻器，其中所述第一电阻器和所述第二电阻器中的每一者具有与所述网络总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的第一电阻值；连接在参考电压端与所述第一电阻器和所述第二电阻器的共享节点之间的分离电容器；以及连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第三电阻器，其中所述第一电阻器、所述第二电阻器和所述第三电阻器共同地被配置成使得，所述第三电阻器在与所述第一电阻器和所述第二电阻器组合时具有与所述网络总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的电阻值。
根据本发明的一个或多个实施例，每个CAN收发器装置被配置成通过使用所述差分通信模式与所述网络总线进行通信、检测所述网络总线上的错误，并且响应于检测到所述网络总线上的所述错误而改变为所述单端通信模式。
根据本发明的第二方面，提供一种用于串行总线的线路终端的电路布置，包括：双模总线终端电路，所述双模总线终端电路连接在所述串行总线的信号线之间，并且被配置成支持所述串行总线上的差分通信模式和单端通信模式两者。
根据本发明的一个或多个实施例，所述串行总线包括控制器局域网(CAN)双绞线电缆。
根据本发明的一个或多个实施例，所述双模总线终端电路包括并联连接在所述串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与所述串行总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述串行总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一电阻终端路径包括连接在所述串行总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第二电阻终端路径包括：连接在所述串行总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及连接在参考电压端与所述一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。
根据本发明的一个或多个实施例，所述双模总线终端电路包括：串联连接在所述串行总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一电阻器和第二电阻器，其中所述第一电阻器和所述第二电阻器中的每一者具有与所述串行总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的第一电阻值；连接在接地参考电压与所述第一电阻器和所述第二电阻器的共享节点之间的分离电容器；以及连接在所述串行总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第三电阻器，其中所述第三电阻器在与所述第一电阻器和所述第二电阻器组合时具有与所述串行总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的电阻值。
根据本发明的一个或多个实施例，电路布置另外包括连接到所述串行总线的多个CAN收发器装置，每个CAN收发器装置被配置成用于在不存在由所述CAN收发器检测到的串行总线错误条件时通过使用差分通信模式与所述串行总线进行通信，并且在存在由所述收发器CAN检测到的串行总线错误条件时通过使用单端通信模式与所述串行总线进行通信。
根据本发明的一个或多个实施例，每个CAN收发器装置被配置成检测所述串行总线上的串行总线错误条件，并且响应于检测到所述串行总线错误条件而使用所述单端通信模式进行通信。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在电子控制单元(ECU)与连接到双模总线终端电路的网络总线之间进行通信的方法，所述双模总线终端电路被配置成支持所述网络总线上的第一物理层协议和第二物理层协议两者，其特征在于，所述方法包括：由所述ECU处的收发器装置使用所述第一物理层协议或所述第二物理层协议在所述网络总线上发射或接收数据；其中所述双模总线终端电路包括并联连接在所述网络总线的第一导线与第二导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与所述网络总线用所述第一物理层协议操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述网络总线用所述第二物理层协议操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一物理层协议用于使用差分通信模式在控制器局域网(CAN)总线上发射或接收数据。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第二物理层协议用于使用单端通信模式在控制器局域网(CAN)总线上发射或接收数据。
根据本发明的一个或多个实施例，所述第一电阻终端路径包括连接在所述网络总线的所述第一导线与所述第二导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器，并且其中所述第二电阻终端路径包括：连接在所述网络总线的所述第一导线与所述第二导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及连接在接地参考电压与所述一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。
根据本发明的一个或多个实施例，另外包括：由所述ECU处的所述收发器装置检测所述网络总线上的错误条件；以及响应于检测到所述错误条件，将所述收发器装置重新配置成使用所述第二物理层协议在所述网络总线上发射和接收数据。
附图说明
当结合以下图式考虑优选实施例的以下详细描述时，可以理解本发明及其获得的许多目标、特征和优点。
图1描绘了具有常规电阻终端电路的多个CAN节点连接到双绞线电缆的CAN网络的简化框图。
图2是被驱动以不产生传送隐性信号的差分信号或以产生传送显性信号的差分信号的CANH信号和CANL信号的正常操作的定时波形描绘。
图3示出了包括主CAN信道和用以防止主CAN信道中的通信错误的冗余CAN信道的通信系统。
图4描绘了具有常规电阻终端电路的多节点CAN网络在以单端通信模式操作时的计算机模拟操作。
图5描绘了根据本公开的所选择实施例的用于实施CAN网络操作的差分模式和单端模式两者的双模终端电阻器电路的电路示意图。
图6描绘了根据本公开的所选择实施例的具有用于实施CAN网络操作的差分模式和单端模式两者的双模终端电阻器电路的多个CAN节点连接到双绞线电缆的CAN网络的简化框图。
图7描绘了根据本公开的所选择实施例的采用双模终端电阻器电路的多节点CAN网络在以单端通信模式操作时的计算机模拟操作。
图8描绘了根据国际电工委员会(IEC)62228-3测试规范测得的RF干扰的发射和采用常规电阻终端电路的CAN网络的规范限值的相关联例子。
图9描绘了根据本公开的所选择实施例的根据IEC 62228-3测试规范测得的RF干扰的发射和采用双模终端电阻器电路的CAN网络的规范限值的相关联例子。
图10描绘了根据IEC 62228-3测试规范测得的RF干扰抗扰性和采用常规电阻终端电路的CAN网络的规范限值的相关联例子。
图11描绘了根据本公开的所选择实施例的根据IEC 62228-3测得的RF干扰抗扰性和采用双模终端电阻器电路的CAN网络的规范限值的相关联例子。
图12示出了根据本公开的所选择实施例的示出用于在具有双模式终端电路的网络总线中操作收发器的过程的简化流程图。
图13描绘了适于根据本公开的所选择实施例使用的电子控制单元的示例示意性框图。
具体实施方式
描述了一种双模总线终端电路、设备、系统和方法以对针对差分通信模式和单端通信模式两者优化的双导线网络总线提供一种改进的终端方案，由此提供一种成本减少、向后兼容的解决方案，使得当在单端通信模式下操作双导线网络总线时性能改进且当在差分通信模式下操作双导线网络总线时没有性能损失。在所选择实施例中，针对包括并联连接在CAN总线的双绞线对之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径的控制器局域网(CAN)总线提供一种双模总线终端方案，以便提供与在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的特性阻抗(例如，120Ω)匹配的奇模终端阻抗(RODD)并且还提供与在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的特性阻抗(例如，300Ω)匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。这可通过将第一150Ω电阻器连接在CAN总线的双绞线对之间以形成第一电阻终端路径以及通过将一对第二300Ω电阻器连接到CAN总线的双绞线对之间的分离终端电路中以形成第二电阻终端路径来实现。通过提供可与在单端通信模式和差分通信模式下操作的CAN总线电缆的奇模阻抗和偶模阻抗两者匹配的双模总线终端电路，修改后的CAN收发器可用于通过当一条导线上存在故障时，在不损失通信速度(位速率)方面的性能的情况下对另一条导线进行操作来模拟冗余CAN系统。以此方式，通过使用带修改后的CAN收发器的双模总线终端电路消除对额外冗余CAN信道和收发器的要求，可显著节省系统成本。另外，在当双导线网络总线上不存在故障时以奇模进行操作的情况下，所公开的双模总线终端电路不会对EMC性能产生不利影响。尽管参考示例CAN总线进行了描述，但所公开的总线终端电路、设备、系统和方法可与其它双导线网络总线网络一起使用。
如下文所描述，所公开的实施例可以多种多样的不同配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的详细描述并非旨在限制本公开的范围，而是仅仅表示各种实施例。尽管在图式中呈现了实施例的各个方面，但是除非具体指示，否则图式不一定按比例绘制。此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以用任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。鉴于本文中的描述，相关领域的技术人员应认识到，可在没有具体实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实践实施例。在其它情况下，可在某些实施例中识别出可能不存在于所有实施例中的额外特征和优点。另外，应了解，本文中所描述的技术可应用于任何类型的计算机网络系统，包括但不限于在车载网络中连接的计算机系统，所述车载网络例如CAN、CAN FD、CAN XL、LIN、FlexRay、基于以太网的网络等。尽管在一些实施例中描述特定类型的CAN，但应注意，实施例不限于特定类型的CAN。
虽然有保护车辆网络部分的数据完整性的解决方案，但此类解决方案不能为数据通信提供高效且有成本效益的端对端保护，尤其是对于需要高安全级别的应用程序(例如，ASIL D)。为了提供端对端数据保护，现有的数据完整性解决方案可能会在生成、修改和/或存储消息的所有硬件元件的设计中包括冗余。例如，当在第一CAN信道和/或第一组CAN节点中检测到错误时，可通过实施具另外一组CAN节点的冗余CAN信道来保护第一组CAN节点之间的第一CAN信道上通信的数据完整性。当然，这种冗余解决方案会给设计增加大量开销，增大芯片大小，并增加较大的功耗。在其它解决方案中，可通过使用修改后的CAN收发器来模仿冗余CAN系统，所述修改后的CAN收发器能够在双绞线总线的一条导线上存在故障时对现有CAN总线的另一条导线进行操作。虽然这种方法可显著节省系统成本(即使当修改后的CAN收发器更昂贵时也如此)，因为只需要一对导线，但存在与在单端通信模式下操作相关联的显著的性能和/或功能性损失。如从前文可见，现有的保护数据通信的完整性的解决方案在实际层面上极其困难，这是因为在整个汽车网络内提供数据保护时，要满足功能性和/或性能要求以及成本限制都面临挑战。
为了提供更多细节以便更好地理解本公开的上下文，现在参考图1，图1描绘了包括常规电阻终端电路2、6的多个CAN节点3、5(例如，CAN节点1-CAN节点N)连接到CAN总线或双绞线电缆4的CAN网络10的简化框图。如所公开，CAN总线或双绞线电缆4包括经由短截线7、8在多个CAN节点3、5之间传送差分信号的CANH导线和CANL导线。CAN总线导线CANH、CANL在CAN节点3、5之间携带模拟差分信号，并且可根据ISO 11898-2协议进行操作以用于对数据链路层的正常操作。CAN总线4的终端通常在网络的端点处利用“分离终端”电路2、6来实施，所述“分离终端”电路2、6为非所要的共模信号提供低通滤波以改进电磁兼容性(EMC)性能。具体地说，第一分离终端电阻器电路2和第二分离终端电阻器电路6中的每一者包括连接在CAN总线的双绞线对之间的一对串联连接的60Ω电阻器以形成电阻终端路径，其中串联连接的电阻器之间的共享节点处的分离电压VSPLIT通过具有预定电容(例如，CSPLIT＝4.7nF)的分离电容器连接。
如应了解，耦合到CAN总线4的每个CAN节点或装置(例如，3、5)可包括CAN控制器和收发器(未示出)。在所选择实施例中，CAN控制器可由被配置成在CAN总线网络10内实施CAN操作协议的处理器(例如，微处理器)实施。每个CAN控制器可含有一个或多个主机内核并且被配置成支持实施CAN传信协议的应用程序软件。另外，每个CAN控制器通常连接到至少一个装置(未示出)，例如传感器、致动器或某一其它控制装置，并且被编程以确定所接收消息的含义并产生适当的传出消息。为此，CAN控制器可包括硬件逻辑和存储器缓冲器用于实施如所属领域中已知的数据链路层发射和接收操作。例如，在接收操作中，CAN控制器存储从收发器接收到的串行位，直到全部消息可供通过微控制器提取为止。CAN控制器还可根据CAN协议的标准化帧格式对CAN消息进行解码。在发射操作中，CAN控制器接收消息并将消息作为CAN数据帧格式的串行位发射到CAN收发器。
在操作中，CAN收发器进行连接以提供通信接口，实施CAN控制器与CAN总线4之间的物理层操作。例如，在接收操作中，CAN收发器将来自CAN总线4的模拟差分信号转换成CAN控制器可解译的串行数字信号。CAN收发器还可保护CAN控制器免受CAN总线4上例如电浪涌等极端电气条件影响。在发射操作中，CAN收发器将从CAN控制器接收到的串行数字位转换成在CAN总线4上发送的模拟差分信号。
为了更好地理解本公开的上下文，现在参考图2，图2描绘了当不存在错误时CAN总线4的正常操作期间CANH信号21和CANL信号22的正常操作的定时波形20。如所描绘，将总线信号CANH、CANL驱动到共享电压值(例如，2.5V)，使得当传送隐性或“1”信号时，CANH信号21与CANL信号22之间不存在电压差分。另外，将总线信号CANH、CANL驱动到不同电压值(例如，3.5V和1.5V)，使得当传送显性或“0”信号时，CANH信号21与CANL信号22之间存在电压差分VDIFF。
如应了解，当错误条件削弱或减弱隐性值和显性值的正确传信时，可能会出现通信问题。对于某些自主系统，例如具有显著功能安全要求的高级驾驶员辅助系统(ADAS)系统，此类通信问题可能会造成破坏，甚至是危险的。例如，在CAN网络中结合传感器、致动器、通信元件和线路、计算元件和决策实例的自主驾驶(AD)车辆系统必须符合功能安全要求及其对使用ISO 26262中引入的汽车安全完整性级别(ASIL)的车辆系统或子系统的要求。更具体地说，关键通信系统或子系统(可包括CAN总线网络和节点，如图1所示)需要确保冗余(高可用性)，以满足扩展的功能安全要求。这是相关的成本因素，增加了车辆系统的总体成本水平。通过提供针对差分通信模式(在正常操作期间)和单端通信模式(在错误操作模式期间)两者优化的改进的CAN总线终端方案，本公开涉及减少CAN节点的通信故障之后的功能性损失，同时提供所需的安全基础设施。
对于自主车辆应用程序，故障操作行为所需的CAN信道冗余益处可能源自各种错误条件，包括但不限于收发器错误、线束错误、收发器与微控制器连接错误和/或收发器与线束连接错误。“收发器错误”的例子可能源自收发器内部电源错误、收发器内部偏置电流错误、发射器错误、接收器错误或微控制器输入/输出单元错误。另外，“线束错误”可能源自断开的CANH导线或CANL导线，或间歇性断开的CANH导线或CANL导线，或CANH导线和CANL导线处的断开的连接触点，或CANH导线或CANL导线处的间歇性断开的连接触点，CANH导线或CANL导线处的任何断开的焊接点触点，或CANH导线或CANL导线处的间歇性断开的焊接点触点，或CAN控制器的TXDL或RXDL处的断开的焊接点触点，或CAN控制器的TXDL或RXDL处的间歇性断开的焊接点触点，或CAN收发器的TXDL或RXDL处的断开的焊接点触点，或者CAN收发器的TXDL和RXDL处的间歇性断开的焊接点触点。如应了解，这些说明性错误列举仅作为例子提供，并且可能会有另外的错误削弱或减弱CAN总线在差分通信模式下进行恰当操作的能力，从而导致通信处于故障降级或不处于故障后可操作。
为了解决出现此类错误的情况，CAN信道通信系统可包括用以防止主CAN信道中的通信错误的冗余CAN信道。例如，现在参考图3，图3示出了包括主CAN信道31-33和用以防止主CAN信道中的通信错误的冗余CAN信道34-36的CAN通信系统30。在主信道中，双绞线线束32进行连接以在经由共模扼流器31A、33A连接到线束32的CAN收发器节点31、33之间传送差分信号。类似地，冗余CAN信道包括双绞线线束35，其进行连接以在经由短截线34A、36A连接到线束35的CAN收发器节点34、36之间传送差分信号。在此解决方案中，实施了两个CAN信道，但在其它解决方案中可用以太网信道代替冗余CAN信道。在任一情况下，都存在与使用冗余信道相关联的主要缺点。首先，系统成本显著增加，特别是由于额外的线束和收发器。另外，车辆重量增加，这在最坏情况下会导致额外的排放，从而导致OEM支付罚款。
在其它解决方案中，可通过使用修改后的CAN收发器来模仿或模拟冗余CAN系统，所述修改后的CAN收发器能够在双绞线总线的一条导线上存在故障时对现有CAN总线的另一条导线进行操作。在修改后的CAN收发器中，可监测CAN总线，以检测CAN网络中的单个错误(例如，收发器错误、线束错误、收发器与微控制器连接错误、收发器与线束连接错误)，接着从使用两条导线的默认差分通信模式(例如图2所示)切换到对一条导线的操作的单端通信模式。具体地说，当检测到CANH导线或CANL导线处的故障时，修改后的CAN收发器将CANH导线和CANL导线上的默认差分通信模式分别更改为CANL导线或CANH导线上的单端通信模式。因此，由于第一CAN信道可利用修改后的CAN收发器实施，因此系统成本显著减少，从而消除了对冗余CAN信道(包括其线束和收发器对以及共模扼流器)的需要。然而，当使用未针对差分通信模式和单端通信模式两者优化的常规“分离终端”电路时，存在与在单端通信模式下操作相关联的显著的性能和/或功能性损失。
具体地说且返回参考图1，所描绘的常规电阻终端电路2、6仅覆盖差分通信模式所需的适当“奇模”终端(RODD)，其阻抗为120Ω，与非屏蔽双绞线4的阻抗匹配。由于不存在单端通信模式所需的恰当“偶模”终端电路，因此常规电阻终端电路的偶模阻抗(REVEN)等于60Ω。该阻抗不与非屏蔽双绞线4的阻抗匹配，所述阻抗分别具有120Ω和300Ω的“奇模”阻抗和“偶模”阻抗。
为了说明使用常规终端方案(例如图1所描绘的CAN总线网络10所示)的性能限制，现在参考图4，图4描绘了计算机模拟波形40，其示出了采用常规电阻终端电路的多节点CAN网络在单端通信模式下操作时的操作，其中CANL导线上存在故障(例如，对接地短路)，使得CANH导线上发生单端通信模式下的通信。在所描绘的模拟结果中，六个CAN节点连接在使用常规终端方案(如图1所示)的CAN网络中，其中第一CAN节点(CANH_NODE_1)是用于以单端通信模式向其余节点(CANH_NODE_2、CANH_NODE_3、...、CANH_NODE_6)发送消息的起始节点。信号定时波形(41-1、42-1、...、46-1)分别示出CAN节点1-6在CANH导线(CANH_NODE_1、CANH_NODE_2、...、CANH_NODE_6)上发射的线束信号。另外，信号定时波形(41-2、42-2、...、46-2)分别示出CAN节点1-6向其对应微控制器输出的所接收数据RXD信号(RXD_CANHSW_NODE_1、RXD_CANHSW_2、...、RXD_CANHSW_6)。
如计算机模拟波形40中所示，常规终端方案不足以确保单端通信。具体地说并且如虚线47所示，用于第五CAN节点的信号定时波形45-1示出了在CANH导线(CANH_NODE_5)上发射的线束信号具有不规则或“倾斜”的电压脉冲曲线，其电压幅度降低或“按比例缩小”(例如，不会返回到3.0V值)。信号幅度的减小为接地噪声留下较小的容限。结果，并且如虚线48所示，用于第五CAN节点的信号定时波形45-2示出所接收数据RXD信号(RXD_CANHSW_5)具有也不规则(例如，过窄)的接收位宽度定时值，这可能导致违反脉冲宽度要求(例如，最小或最大脉冲宽度要求)。例如，所属领域的技术人员应了解，用于第五CAN节点的信号定时波形45-2违反了信号改进能力(SIC)收发器的CiA601-4v2.0.0规范。
为了用常规方法和所属领域的技术人员已知的其它方法解决这些缺陷，本文中公开了一种用于使用针对差分通信模式和单端通信模式两者优化的CAN总线终端方案的方法和设备，由此提供一种成本减少、向后兼容的解决方案，使得当在单端通信模式下操作CAN网络时性能改进且当在差分通信模式下操作CAN网络时没有性能损失。具体地说并且参考图5，示出了根据本公开的所选择实施例的用于实施CAN网络操作的差分模式和单端模式两者的双模终端电阻器电路50的电路示意图。在所描绘的双模终端电阻器电路50中，第一电阻终端路径51和第二电阻终端路径52并联连接在CAN总线的双绞线对之间，以提供与在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗(例如，120Ω)匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗(300Ω)匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
所属领域的技术人员应了解，阻抗匹配是指使发射信号的电路的输出阻抗与接收信号的电路的输入阻抗匹配。在一个或多个实施例中，当奇模终端阻抗(RODD)处于在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗的至少5-10％内时，实现阻抗匹配。在一个或多个实施例中，当偶模终端阻抗(REVEN)处于在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗的至少5-10％内时，实现阻抗匹配。为此，第一电阻终端路径51包括连接在CAN总线的双绞线对之间的第一电阻器R1＝150Ω。另外，第二电阻终端路径52包括连接在CAN总线的双绞线对之间的分离终端电路中的一对串联连接的第二电阻器R2＝300Ω，使得串联连接的电阻器之间的共享节点处的分离电压VSPLIT通过具有预定电容(例如，CSPLIT＝4.7nF)的分离电容器连接。如应了解，可选择第一电阻器R1和第二电阻器R2的值，使得奇模终端阻抗(RODD)值为120Ω，但也可选择与在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗匹配的其它阻抗值。类似地，偶模终端阻抗(REVEN)值可为300Ω，但也可选择其它阻抗值以与在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗匹配。
如本文中所公开，在CAN网络总线应用程序中使用的电阻器R1和R2的特定电阻值通常被选择为处于所标识电阻器值(例如，148.5Ω＜R1＜151.5Ω)的指定容差值(例如，+/-1％)内。类似地，CAN网络总线应用程序中的分离电容器的典型电容值通常为CSPLIT＝4.7nF，但其比电容值可介于例如1nF与100nF之间的范围内。如应了解，可调整电阻器R1和R2以及分离电容器CSPLIT的值以满足不同网络总线应用程序的双模要求，其中第二电阻器R2具有指定值以与网络总线应用程序中的电缆在单端通信模式下操作时的偶模阻抗匹配，并且与一对串联连接的第二电阻器R2组合的第一电阻器R1具有指定值以与网络总线应用程序中的在差分通信模式下操作的电缆的奇模阻抗匹配。
在操作中，双模终端电阻器电路50提供(单端通信所需的)“偶模”终端和(差分通信所需的)“奇模”终端两者。具体地说，“偶模”阻抗(REVEN)等于双模终端电阻器电路50的300Ω，这引起对于R2需要300Ω的典型电阻器值。可通过以下等式计算R1用以与双模终端电阻器电路50的“奇模”终端阻抗(RODD)匹配的典型值：
Figure BDA0003985831370000141
如从前文可见，由双模终端电阻器电路50提供的偶模阻抗REVEN和奇模阻抗RODD与分别具有120Ω和300Ω的奇模阻抗和偶模阻抗的非屏蔽双绞线的特性阻抗匹配。
为了进一步理解本公开的所选择实施例，现在参考图6，图6描绘了具有用于实施CAN网络操作的差分模式和单端模式两者的双模终端电阻器电路61、67的多个CAN节点62、63(例如，CAN节点1-CAN节点N)连接到CAN总线或双绞线电缆64的CAN网络60的简化框图。如所公开，双绞线电缆64包括可用于在多个CAN节点62、63之间经由短截线65、66传送差分信号或单端信号的CANH导线和CANL导线。CAN总线64的终端通常在网络的端点处利用终端电路61、67来实施，所述终端电路61、67与在单端通信模式和差分通信模式下操作的CAN总线64的偶模阻抗和奇模阻抗两者匹配。具体地说，第一终端电路61和第二终端电路67中的每一者包括第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，它们并联连接在CAN总线64的双绞线对之间，以提供与在差分通信模式下操作的CAN总线64的第一阻抗(例如，120Ω)匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与在单端通信模式下操作的CAN总线64的第二阻抗(例如，300Ω)匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
如所公开，耦合到CAN总线64的每个CAN节点或装置(例如，62、63)可包括CAN微控制器(MCU)(例如，62C)以及被配置成使用多个物理层协议在CAN总线64上发射和接收数据的多个CAN收发器(例如，62A-B)。在所选择实施例中，CAN MCU(例如，62C)可由被配置成在CAN总线网络60内实施多个物理层操作协议的处理器(例如，微处理器)实施。每个CAN MCU可含有一个或多个主机内核并且被配置成支持实施CAN传信协议的应用程序软件。另外，每个CANMCU通常连接到至少一个装置(未示出)，例如传感器、致动器或某一其它控制装置，并且被编程以确定所接收消息的含义并产生适当的传出消息。另外，多个CAN收发器(例如，62A-B)可包括被配置成使用单端传信协议发射/接收数据的第一1导线CAN收发器62A，以及被配置成使用差分传信协议发射/接收数据的第二2导线CAN收发器62B。每个CAN节点或装置62、63还可包括位于CAN MCU或CAN收发器中的监测电路系统，所述监测电路系统进行连接并且被配置成确定CAN总线64的指示错误条件的测得性质。响应于检测到错误条件，CAN节点或装置(例如，62、67)将收发器电路系统重新配置成从用于使用2导线CAN收发器62B发射和接收数据的默认差分传信模式切换为替代地使用用于使用1导线CAN收发器62A发射和接收数据的单端传信模式。
通过使得每个CAN节点或装置(例如，62、63)能够重新配置物理层协议用于发射和接收数据以当一条导线上存在故障时对另一条导线进行操作，每个CAN节点可模拟冗余CAN系统，由于仅需要一对导线来实现备用通信，而不需要提供冗余CAN节点和双绞线电缆的显著系统成本(即使当所提议的CAN节点或装置更昂贵时也是如此)。并且通过提供具有实施CAN网络操作的差分模式和单端模式两者的双模终端电阻器电路61、67的CAN总线64，所公开的CAN网络60提供一种成本减少、向后兼容的解决方案，使得当在单端通信模式下操作CAN网络时性能改进且当在差分通信模式下操作CAN网络时没有性能损失。
为了说明使用双模终端电阻器电路(例如图6所描绘的CAN总线网络60所示)的性能益处，现在参考图7，图7描绘了计算机模拟波形70，其示出了采用双模终端电阻器电路的多节点CAN网络在单端通信模式下操作时的操作，其中CANL导线上存在故障(例如，对接地短路)，使得CANH导线上发生单端通信模式下的通信。在所描绘的模拟结果中，六个CAN节点连接在使用双模终端方案的CAN网络中，其中第一CAN节点(CANH_NODE_1)是用于以单端通信模式向其余节点(CANH_NODE_2、CANH_NODE_3、...、CANH_NODE_6)发送消息的起始节点。信号定时波形(71-1、72-1、...、76-1)分别示出CAN节点1-6在CANH导线(CANH_NODE_1、CANH_NODE_2、...、CANH_NODE_6)上发射的线束信号。另外，信号定时波形(71-2、72-2、...、76-2)分别示出CAN节点1-6向其对应微控制器输出的所接收数据RXD信号(RXD_CANHSW_NODE_1、RXD_CANHSW_2、...、RXD_CANHSW_6)。
如计算机模拟波形70中所示，双模终端方案不足以确保单端通信。具体地说，信号定时波形71-1、72-1、...、76-1中的每一者示出在CANH导线(CANH_NODE_1-CANH_NODE_6)上发射的线束信号具有常规电压脉冲曲线，其未“按比例缩小”而是替代地完全返回到3.0V值。因此，用于CAN节点的信号定时波形71-2、72-2、...、76-2示出所接收数据RXD信号(RXD_CANHSW_1-RXD_CANHSW_6)具有不会违反位定时要求的接收位宽度定时值，例如用于信号改进能力(SIC)收发器的CiA601-4v2.0.0规范中阐述的那些信号定时波形。
除提供一种改进CAN网络的性能以支持差分通信模式和单端通信模式两者的有效方式外，所公开的双模总线终端电路、设备、系统和方法符合电磁兼容性要求，以在其预期电磁环境中以无错误方式操作。为了证明这一点，现在参考图8，图8是电压-频率曲线图80，描绘根据IEC 62228-3：2019测得的RF干扰的轨迹发射测量结果81和采用常规电阻终端电路的CAN网络的最大规范限值线82的相关联例子。如所属领域的技术人员所理解，EMC要求非常难以在CAN网络中满足。在电压频率曲线图80中，根据规定用于CAN收发器的EMC评估的测试和测量方法、测试条件、测试设置、测试程序、故障准则和测试信号的IEC 62228-3标准示出示例最大规范限制线82。最后，轨迹发射测量结果81示出了采用在差分通信模式下操作的常规电阻终端电路的CAN网络的测量结果。如从轨迹发射测量结果81所见，常规电阻终端电路在差分通信模式下操作时的CAN网络不会违反最大规范限值线82。
出于比较目的，现在参考图9，图9是根据本公开的所选择实施例的电压-频率曲线图90，示出根据IEC 62228-3：2019测得的RF干扰的发射和采用双模终端电阻器电路的CAN网络中产生的RF干扰的发射的限值92的相关联例子。在电压-频率曲线图90中，根据规定用于CAN收发器的EMC评估的测试和测量方法、测试条件、测试设置、测试程序、故障准则和测试信号的IEC 62228-3标准示出最大规范限制线92的例子。最后，轨迹发射测量结果91示出了采用在差分通信模式下操作的双模终端电阻器电路的CAN网络的测量结果。如从轨迹测量结果91所见，双模终端电阻器电路在差分通信模式下操作的CAN网络未违反EMC限值92。因此，在CAN网络中不存在CAN导线故障或错误的情况下，连接到双模终端电阻器电路的CAN网络当在差分通信模式或2导线通信模式下操作时不会不利地影响EMC性能。
除当在差分通信模式或2导线通信模式下操作时满足EMC性能要求外，所公开的双模总线终端电路、设备、系统和方法还符合RF干扰抗扰性的要求。为了证明这一点，现在参考图10，图10是峰值功率-频率曲线图100，示出抗扰性测量结果101和根据采用常规电阻终端电路的CAN网络的IEC 62228-3：2019的相关联最小规范限值103的例子。如所属领域的技术人员所理解，EMI要求非常难以在CAN网络中满足。
在峰值功率-频率曲线图100中，示出了用于测量结果的最小规范限值线103的例子。另外，最大规范限值线102示出了用于测量结果的最大测试限值。最后，抗扰性测量结果101示出了采用在差分通信模式下操作的常规电阻终端电路的CAN网络的测量结果。如从抗扰性测量结果101所见，常规电阻终端电路在差分通信模式下操作时的CAN网络未违反限值103。
出于比较目的，现在参考图11，图11是峰值功率-频率曲线图110，示出根据本公开的所选择实施例的RF干扰测量结果111和根据采用双模终端电阻器电路的CAN网络的IEC62228-3：2019的相关联最小规范限值113的例子。在峰值功率-频率曲线图110中，示出了用于测量结果的最小规范限值线113。另外，第二最大规范限值线112示出了用于测量结果的最大测试限值。最后，轨迹抗扰性测量结果111示出了采用在差分通信模式下操作的双模终端电阻器电路的CAN网络的测量结果。如从轨迹抗扰性测量结果111所见，双模终端电阻器电路在差分通信模式下操作时的CAN网络未违反抗扰性限值113。因此，在CAN网络中不存在CAN导线故障或错误的情况下，连接到双模终端电阻器电路的CAN网络当在差分通信模式或2导线通信模式下操作时不会不利地影响EMI性能。
为了进一步说明本公开的所选择实施例，现在参考图12，图12是根据本公开的所选择实施例的示出用于在具有双模终端电路的网络总线中操作收发器的示例过程的简化流程图120。在描述方法时，所述描述仅旨在促进对各种实施例的理解而非进行限制。除非另有指示，否则可以任何所要次序提供步骤。由于图12中示出和下文所描述的步骤仅作为例子提供，应了解，可根据本公开的替代性实施例修改、减少或扩增所示步骤的序列，使得所述方法可包括额外步骤，省略某些步骤，替换或更改某些步骤，或以与图12所示的次序不同的次序执行某些步骤。因此，应了解，本发明的方法可被视为按照所描述的次序执行所标识的步骤序列，但这些步骤也可并行地、以不同的次序或作为组合的独立操作来执行。
一旦方法开始(步骤121)，收发器装置就使用双导线通信模式协议在具有双模终端电路的网络总线上发射和接收数据(步骤122)。在所选择实施例中，收发器装置是连接到CAN网络中的CAN总线电缆的CAN收发器装置，其中第一总线导线和第二总线导线连接在双模总线终端电路之间，所述双模总线终端电路通过以下方式针对差分通信模式和单端通信模式两者进行优化：提供与在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的特性阻抗(例如，120Ω)匹配的奇模终端阻抗(RODD)，以及还提供与在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的特性阻抗(例如，300Ω)匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。在所选择实施例中，双模总线终端方案具有连接在CAN总线的双绞线对之间的第一150Ω电阻器，这形成第一电阻终端路径，并且具有串联连接在CAN总线的双绞线对之间的一对第二300Ω电阻器，其中共享节点通过分离电容器连接到接地以形成第二电阻终端路径。在此类实施例中，收发器装置被配置成使用第一物理层协议来操作双导线通信模式协议。
在步骤123处，所述方法确定网络总线的测得性质。在所选择实施例中，收发器装置可包括被配置成测量网络总线的一个或多个性质的监测电路系统。在使用收发器期间，可以周期性地或以其它方式重复地获得所述测得性质。
在步骤124处，所述方法根据测得性质检测网络总线上的错误条件。在所选择实施例中，收发器装置可包括被配置成接收网络总线的测得性质并且将测得性质与存储于查找表中的一个或多个通信错误条目进行比较的电路系统。诊断电路系统可将测得性质与存储于查找表中的一个或多个通信错误条目进行比较，并且可在测得性质不处于由第一物理层协议限定的可容许范围之内时指示错误条件。
在步骤125处，响应于错误条件将收发器装置重新配置成使用单导线通信模式协议在具有双模终端电路的网络总线上发射和接收数据。在收发器装置是连接到CAN网络中的CAN总线电缆的CAN收发器装置的实施例中，第一总线导线和第二总线导线连接在双模总线终端电路之间，所述双模总线终端电路通过以下方式针对差分通信模式和单端通信模式两者进行优化：提供与在差分通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗(例如，120Ω)匹配的奇模终端阻抗(RODD)，以及还提供与在单端通信模式下操作的CAN总线电缆的阻抗(例如，300Ω)匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。在所选择实施例中，双模总线终端方案具有连接在CAN总线的双绞线对之间的第一150Ω电阻器，这形成第一电阻终端路径，并且具有串联连接在CAN总线的双绞线对之间的一对第二300Ω电阻器，其中共享节点通过分离电容器连接到接地以形成第二电阻终端路径。在此类实施例中，收发器装置被配置成使用第二物理层协议来操作单导线通信模式协议。
现在转而参看图13，描绘适用于本公开的所选择实施例的电子控制单元(ECU)131的示例示意框图130。如所描绘，ECU 131包括微控制器132和收发器133。微控制器可提供程序代码和软件指令执行功能性以控制ECU 131的操作。收发器133包括数个功能模块134-140，如下文所描述。
监测模块136可持续地评估CAN、CANFD或任何下一代CAN总线系统的性能，动态地确定总线参数和特性，和/或检测一个或多个故障(安全现象)，例如以下列表中的例子：(a)信号不稳定性或EMC干扰的增强；(b)单个总线断路或对接地或电源的短路(CANH、CANL)；(c)超出范围的隐性电压；(d)超出范围的位信号对称性；(e)总线终端故障；以及(f)CANH与CANL之间的短接。
可以提供收发器的发射器和基于信号改进能力(SIC)的发射器的重新配置模块139。此功能可在监测136用信号表示的事件上触发，并且可使用但不限于以下机制，根据存储安全现象的控制参数的(模式)表控制CAN发射器。动态更新或重新配置周期的频率可取决于所连接网络节点执行的车辆系统功能。重新配置模块139的功能可包括但不限于：(a)在动态模式下和/或在非预配置(静态)模式下激活和控制SIC CAN信号改进功能137，和(b)基于CAN总线系统上检测到的短路或开路或另一故障(例如，上文结合监测模块136列出的一个故障)控制SIC CAN信号改进功能137。发射器可被配置成使得对CANFD或可不同于如ISO11898：2016中所描述的CAN标准的任何下一代CAN总线系统应用不同阻抗方案。
如图所示，总线终端平衡模块140可以作为SIC CAN发射器的配套功能提供，合并或单独保存，并且在CAN网络的故障的总线终端导致总线系统性能下降的情况下丰富发射器功能。当观察CAN、CANFD或任何下一代CAN总线性能和线CANH和CANL的正确终端时，此功能性可通过监测模块136或通过总线终端平衡模块140自身触发。例如，总线终端平衡模块可在专用测试模式下检测总线终端的变化或损失。如果终端电阻过低，则总线终端平衡模块140可调整(增加)输出电流驱动，使得再次实现可容许的输出电压摆动。如果终端电阻过高，则总线终端平衡模块140可调整(减小)输出电流，使得再次实现可容许的输出电压摆动。对总线终端的监测和控制可基于CANFD网络操作期间的动态方法；不一定强制需要固定/静态的电压电平，如从采用CAN部分联网技术的系统中已知的。
安全诊断模块138可存储关于CAN、CANFD或任何下一代CAN总线系统的(从监测模块136获得的)性能、CAN发射器(例如，CAN发射器137)和总线终端平衡模块140的状态和模式的最新信息。安全诊断模块138使得此信息可存取，和/或在CAN、CANFD或任何下一代CAN总线系统上发送此信息和/或将此信息发送到本地主机(微控制器132)。对于此通信，CAN帧可由安全诊断模块138启动以在CAN总线上发送或经由标准Rx/Tx通信信道之外的专用通信信道传送到微控制器132。另外，安全诊断模块138可创建并更新指示装置在操作期间的正确功能的装置相关数据。
所示收发器还包括用于将数据发射134到微控制器132并从微控制器132接收135数据的通信电路系统。
如本文中所公开，双模终端电路可应用于许多应用程序中，包括例如高级驾驶员辅助系统(ADAS)以及防抱死制动系统(BS)和电子动力转向(EPS)。另外，双模终端电路可应用于域或分区控制器中。不排除其它汽车应用程序，也不排除非汽车应用程序。
现在应了解，已提供一种用于控制器局域网(CAN)总线网络中的双模总线终端电路、方法和系统。在所公开的实施例中，CAN系统包括网络总线，其具有在第一终端与第二终端之间延伸的第一总线导线和第二总线导线。在所选择实施例中，所述网络总线是双绞线电缆。所公开的CAN系统还包括连接到网络总线的多个CAN收发器装置，其中每个CAN收发器装置被配置成通过使用差分通信模式与网络总线通信、检测网络总线上的错误，并且响应于检测到网络总线上的错误而改变为单端通信模式。在一个或多个实施例中，当在差分模式下操作以及在单端模式下操作时，系统符合电磁兼容性标准(例如，IEC 62228-3或另一相关标准)。另外，所公开的CAN系统包括分别在网络总线的第一终端和第二终端处连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一双模总线终端电路和第二双模总线终端电路。在CAN系统中，第一双模总线终端电路和第二双模总线终端电路中的每一者被配置成支持差分通信模式和单端通信模式两者。在所选择实施例中，第一双模总线终端电路和第二双模总线终端电路中的每一者包括并联连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，由此提供与网络总线在差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与网络总线在单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。在此类实施例中，第一电阻终端路径可包括连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。另外，第二电阻终端路径可包括连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器，并且还可包括连接在接地参考电压与一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。在其它实施例中，每个双模总线终端电路可包括：串联连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻器和第二电阻器，其中第一电阻器和第二电阻器中的每一者具有与网络总线在差分通信模式下操作时的阻抗匹配的第一电阻值；连接在接地参考电压与第一电阻器和第二电阻器的共享节点之间的分离电容器；以及连接在网络总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第三电阻器，其中第三电阻器在与第一电阻器和第二电阻器组合时具有与网络总线在单端通信模式下操作时的阻抗匹配的电阻值。
在另一形式中，提供一种用于串行总线的线路终端电路的方法、系统和电路布置，其中双模总线终端电路连接在串行总线的信号线之间，并且被配置成支持串行总线上的差分通信模式和单端通信模式两者。在所公开的实施例中，串行总线可实施为控制器局域网(CAN)双绞线电缆。另外，双模总线终端电路可包括并联连接在串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与串行总线在差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与串行总线在单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。在所选择实施例中，第一电阻终端路径可包括连接在串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。另外，第二电阻终端路径可包括连接在串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及连接在接地参考电压与一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。在其它实施例中，双模总线终端电路可包括串联连接在串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第一电阻器和第二电阻器，其中第一电阻器和第二电阻器中的每一者具有与串行总线在差分通信模式下操作时的阻抗匹配的第一电阻值。另外，双模总线终端电路可包括连接在接地参考电压与第一电阻器和第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。另外，双模总线终端电路可包括连接在串行总线的第一总线导线与第二总线导线之间的第三电阻器，其中第三电阻器在与第一电阻器和第二电阻器组合时具有与串行总线在单端通信模式下操作时的阻抗匹配的电阻值。在所选择实施例中，CAN收发器装置连接在串行总线的信号线之间，以在以差分通信模式操作时按照国际电工委员会(IEC)62228-3规范在串行总线上发射和接收数据。所公开的电路布置还可包括连接到串行总线的多个CAN收发器装置，其中每个CAN收发器装置被配置成用于在不存在由CAN收发器检测到的串行总线错误条件时通过使用差分通信模式与串行总线进行通信，并且在存在由收发器CAN检测到的串行总线错误条件时通过使用单端通信模式与串行总线进行通信。在此类实施例中，响应于检测到串行总线上的串行总线错误条件，每个CAN收发器装置可被重新配置成使用单端通信模式进行通信。
在又一形式中，提供一种用于在电子控制单元(ECU)与连接到双模总线终端电路的网络总线之间进行通信的方法、系统和电路布置，所述双模总线终端电路被配置成支持网络总线上的第一物理层协议和第二物理层协议两者。在所公开的方法中，ECU处的CAN收发器装置被配置成使用第一物理层协议或第二物理层协议在网络总线上发射或接收数据。另外，ECU处的收发器装置可被配置成检测网络总线上的错误条件，并且收发器装置可响应于检测到错误条件而被重新配置成使用第二物理层协议在网络总线上发射和接收数据。在所选择实施例中，第一物理层协议可用于使用差分通信模式在控制器局域网(CAN)总线上发射或接收数据，并且第二物理层协议可用于使用单端通信模式在控制器局域网(CAN)总线上发射或接收数据。为了支持用于第一物理层协议和第二物理层协议两者的数据发射或接收操作，双模总线终端电路包括并联连接在网络总线的第一导线与第二导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与网络总线用第一物理层协议操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与网络总线用第二物理层协议操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。在所选择实施例中，第一电阻终端路径可包括连接在网络总线的第一导线与第二导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。另外，第二电阻终端路径可包括连接在网络总线的第一导线与第二导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及连接在接地参考电压与一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。在所公开的方法中，双模总线终端电路使得收发器装置能够在以差分通信模式操作时，以不违反国际电工委员会(IEC)62228-3测试规范中所指定的电磁兼容性要求的方式在网络上发射和接收数据。
本文中所描述的技术可应用于任何类型的车载网络(IVN)，包括CAN、LIN、以太网网络、
Figure BDA0003985831370000241
兼容网络和其它类型的IVN。尽管在一些实施例中描述了CAN装置，但应注意，本公开不限于CAN装置。例如，上文所描述的技术可适用于CAN、CAN-FD和CAN-XL兼容网络。上文所描述的技术还可在例如CAN收发器IC装置、微控制器IC装置或包括CAN收发器和微控制器这两者的IC装置等CAN装置中实施。
还应注意，可以使用软件指令来实施本文中所描述的方法的至少一些操作，所述软件指令存储在计算机可用存储介质上以供计算机执行。例如，计算机程序产品的实施例包括用以存储计算机可读程序的计算机可用存储介质。所述计算机可用或计算机可读存储介质可以为电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)。非暂时性计算机可用和计算机可读存储介质的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可拆卸计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前例子包括具有只读存储器的高密度磁盘(CD-ROM)、具有读取/写入的高密度磁盘(CD-R/W)和数字视频光盘(DVD)。可替换的是，本公开的实施例可以完全实施于硬件中或实施于包含硬件和软件元件两者的实施方案中。在使用软件的实施例中，所述软件可包括但不限于固件、常驻软件、微码等。
尽管本文中所描述的实施例可侧重于对CAN通信协议的修改以及使用所述协议的方法，但本发明不一定受限于本文中所说明的示例实施例，并且可应用于任何多模系统，所述多模系统包括可在单导线模式和双导线模式两者下操作的双导线网络总线。因此，上述公开的具体实施例仅为示意性且不应被视为对本发明的限制，因为本发明可以不同但是等效的方式来修改和实践，所述方式对于得益于本文中教示的所属领域的技术人员来说是显而易见的。因此，前述描述并不意在将本发明限制于阐述的特定形式，而是相反地，意在涵盖如可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的此类替代方案、修改和等效物，使得所属领域的技术人员应理解他们可在不脱离本发明的精神和范围的情况下以其最广泛形式作出各种改变、替代和变化。

Claims (10)

1.一种控制器局域网(CAN)系统，其特征在于，包括：
网络总线，所述网络总线包括在第一终端与第二终端之间延伸的第一总线导线和第二总线导线；
连接到所述网络总线的多个CAN收发器装置；
在所述第一终端处连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一双模总线终端电路；以及
在所述第二终端处连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第二双模总线终端电路，
其中所述网络总线以及第一双模总线终端电路和第二双模总线终端电路共同地被配置成支持差分通信模式和单端通信模式两者。
2.根据权利要求1所述的CAN系统，其特征在于，网络总线包括双绞线电缆。
3.根据权利要求1所述的CAN系统，其特征在于，所述第一双模总线终端电路和所述第二双模总线终端电路各自包括并联连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，由此提供与所述网络总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述网络总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
4.根据权利要求3所述的CAN系统，其特征在于，所述第一电阻终端路径包括连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间且具有150Ω的电阻值的第一电阻器。
5.根据权利要求4所述的CAN系统，其特征在于，所述第二电阻终端路径包括：
连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间、各自具有300Ω的电阻值的一对串联连接的第二电阻器；以及
连接在接地参考电压与所述一对串联连接的第二电阻器的共享节点之间的分离电容器。
6.根据权利要求1所述的CAN系统，其特征在于，所述第一双模总线终端电路和所述第二双模总线终端电路各自包括：
串联连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第一电阻器和第二电阻器，其中所述第一电阻器和所述第二电阻器中的每一者具有与所述网络总线在所述差分通信模式下操作时的阻抗匹配的第一电阻值；
连接在参考电压端与所述第一电阻器和所述第二电阻器的共享节点之间的分离电容器；以及
连接在所述网络总线的所述第一总线导线与所述第二总线导线之间的第三电阻器，其中所述第一电阻器、所述第二电阻器和所述第三电阻器共同地被配置成使得，所述第三电阻器在与所述第一电阻器和所述第二电阻器组合时具有与所述网络总线在所述单端通信模式下操作时的阻抗匹配的电阻值。
7.根据权利要求1所述的CAN系统，其特征在于，每个CAN收发器装置被配置成通过使用所述差分通信模式与所述网络总线进行通信、检测所述网络总线上的错误，并且响应于检测到所述网络总线上的所述错误而改变为所述单端通信模式。
8.一种用于串行总线的线路终端的电路布置，其特征在于，包括：
双模总线终端电路，所述双模总线终端电路连接在所述串行总线的信号线之间，并且被配置成支持所述串行总线上的差分通信模式和单端通信模式两者。
9.根据权利要求8所述的电路布置，其特征在于，所述串行总线包括控制器局域网(CAN)双绞线电缆。
10.一种用于在电子控制单元(ECU)与连接到双模总线终端电路的网络总线之间进行通信的方法，所述双模总线终端电路被配置成支持所述网络总线上的第一物理层协议和第二物理层协议两者，其特征在于，所述方法包括：
由所述ECU处的收发器装置使用所述第一物理层协议或所述第二物理层协议在所述网络总线上发射或接收数据；其中所述双模总线终端电路包括并联连接在所述网络总线的第一导线与第二导线之间的第一电阻终端路径和第二电阻终端路径，以提供与所述网络总线用所述第一物理层协议操作时的阻抗匹配的奇模终端阻抗(RODD)，并且还提供与所述网络总线用所述第二物理层协议操作时的阻抗匹配的偶模终端阻抗(REVEN)。
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