CN1666478B - 包括用于将开关信号应用于具有受控旋转速率的通信线路的驱动装置的通信设备 - Google Patents

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Abstract

通信节点包括将开关信号以受控的旋转速率用于比如CAN总线或LIN总线的通信线路(3，4)的驱动器(5，6)。驱动器(5，6)包含一系列转移元件(18，20)和用于累积建立转移元件与通信线路的操作连接的一系列延迟元件(17，19)，由此逐渐地应用开关信号于通信线路。反馈回路(25，26)响应于驱动器(5，6)为控制延迟元件(23，24)的延迟而应用至通信线路(3，4)的信号，以控制延迟，通过该延迟建立转移元件(18，20)与通信线路的操作连接。

Description

包括用于将开关信号应用于具有受控旋转速率的通信线路的驱动装置的通信设备
技术领域
本发明涉及包括用于将开关信号应用于具有受控旋转速率的通信线路的驱动装置的通信设备。
背景技术
本地网络经常利用比如通信总线的通信线路，一组节点在其上通信。主节点(master node)的驱动模块为线路提供能量，切换该驱动模块以在线路中的能量中产生阶跃变化，以传送信号至整条线路的远程从节点(slave node)中的接收器。切换的能量信号激活连接至线路的多元远程节点并且线路也从远程节点选择性地回送信号至中央处理器。
这样的总线用于机动车中，例如，该总线包含单线或通常包含其中流过电流的双绞线，导线对之间的强耦合减少它们对电磁干扰(“EMI”)的敏感度，也就是说在总线线路中引起的噪声的接收，并且改进它们的电磁兼容性(“EMC”)，也就是说总线线路中的电流附近的寄生场的辐射；两者都是关键参数，尤其是在汽车应用中。
从历史上看，在汽车应用中，比如门锁、座椅位置、电镜和窗操作等功能已经直接由电线和开关传递的电控直流电控制。这样的功能如今可以由ECU(电子控制单元)与复合控制器区域网络(CAN)中的传感器和激励器一起控制。控制器区域网络(CAN)标准(ISO 11898)允许将数据通过切换电压(例如以250k波特至1M波特的频率)传送至双绞电缆的复合接收器模块。接收器模块可能是执行某功能的激励器，例如产生必需的机械能量，或通过测量和在总线上回传结果至ECU而响应激活的传感器。
最初设计CAN总线作为交通工具串行数据总线使用，并且满足实时处理要求，在交通工具的EMI环境中的可靠操作，是有成本效益的，并且提供合理的数据带宽。CAN标准的不同是LIN(本地互联网络)子总线标准(见ISO 7498)，其以更低的速度并且在单线总线上作为CAN总线的扩展，提供至本地网络簇的连接。
通信总线的电线通常长并且对连接于其上的发射机呈现实质的分布电抗性负载，并且具体地说，它们的电容性负载可以是单独地可变的。重要的是，例如为会议可接受的EMI和EMC性能水平，控制开关信号的旋转速率(也就是说它们的幅度的上升和下降速率)以能够使信号传送的某些元件精确定时。具体地说，在总线包含导线对的情况中，两根导线之间旋转速率的匹配很重要。
发明内容
本发明提供如权利要求书中所描述的通信设备。
附图说明
图1是包含连接至CAN总线线路对的驱动器和接收器的控制器区域网络节点的简化的一般性示意图，
图2是出现在图1的CAN节点的操作中的信号的波形图，
图3是图1中示出类型的CAN节点中的已知驱动器的示意图，
图4是以实例的方式给出的，根据本发明的一个实施例的图1中示出类型的CAN节点的示意图，
图5是图4的CAN节点中延迟元件的简化的电路图，
图6是图5的延迟元件中的延迟子元件的简化的电路图，和
图7是图4的CAN总线的驱动器转移模块的简化电路图。
具体实施方式
图1以实例的方式示出CAN总线系统的一般原理，CAN系统包含许多节点，图1示出包含驱动器1和接收器2的节点之一，这些节点在一对总线线路3和4上通信，总线线路3是CANH线路并且线路4是CANL线路。根据CAN规范，任何一个节点可以是主节点并且任何节点可以是从节点，根据待发送的通信而定。
更具体地说，驱动器1包含用于在总线线路3和4上传输、连接以接收输入信号Tx的第一和第二驱动器元件5和6，信号Tx的判断(assertion)切换驱动器5以连接CANH线路3和电压VCC处的电压源7，切换驱动器6以连接CANL线路4和接地端8。
接收器2包含对应于CANH线路3和CANL线路4之间的电压差的差分输入9，以在终端10处产生数字输出信号Rx。将意识到，当节点是主节点时，驱动器1主动通过总线线路3和4传送信号至远程节点，并且，当节点是从节点时，接收器2主动接收来自总线线路3和4上的其它节点的信号。
图2示出出现在图1系统的操作中完全理想情况中的信号。用于驱动器5和6的输入的输入信号Tx是阶跃信号。但是，总线线路3和4呈现实质的包括电抗部件的分布式阻抗，使得CANH总线线路3上传输的信号11和CANL总线线路4上传输的信号12不是阶跃信号而展现出上升沿和下降沿旋转相位13和14，其中信号值逐渐改变。当用于其输入的CANH信号11和CANL信号12之间的差在上升沿和下降沿上达到某阈值时，远程节点的接收器作出反应，因而，输出信号Rx对应于输入信号Tx中的阶跃变化展现其具有延迟时间15和16的阶跃变化。
在图2所示的理想情况中，在上升和下降旋转相位13和14期间的旋转速率是相同的，使得在输出接收器信号Rx中的相应的阶跃变化的延迟时间15和16是相同的。而且，理想地，CANH线路3和CANL线路4中流动的信号在相同的定时和变化速率方面总是相等和相反的，使得呈现至外部的组合信号CANH+CANL总是零，理论上地将电磁辐射减少至零。但是，实际上，线路3和4的分布式阻抗是各自改变的并且难以实现高侧驱动器5和低侧驱动器6之间的良好匹配。因此，尤其是在旋转相位13和14期间，共模信号CANH加CAHL不是恒定的并且甚至无法保证上升沿和下降沿的旋转速率之间的相等。
系统性能中最初的改进可能由驱动器的使用实现，该驱动器包含转移元件与延迟元件的各自序列，用于与总线线路3和4累积建立转移元件的操作连接，以使在旋转相位13和14期间将输入信号Tx阶跃变化逐渐地用于总线线路3和4。如图3中所示，将N个开关元件17的序列通过N个电阻元件18序列连接在VCC端7和CAHN线路3之间。将相应的(N-1)个延迟元件21的序列串行连接，以通过延迟元件21的累积效果定义的时间的延迟来触发各自的开关元件17。类似地，将(N-1)个延迟元件21的序列串行连接，以触发开关元件19。开关元件17和19具有快速切换时间。
在操作中，旋转相位13和14期间，电阻元件18和20的并行累积连接在线路3和4上逐渐地判定(assert)和非判定(de-assert)输入信号Tx中的阶跃变化。在图3示出的实例中，开关元件和电阻元件的数目N等于10，使得信号Tx中的阶跃变化以十步实现至总线线路3和4，但是将意识到，可以按照需要使用更大或更小数目的开关元件和电阻元件。电阻元件18和20的值各自是N倍于分别将全部Tx信号应用至总线线路3和4所需的单独的电阻元件的值。
本系统提出旋转相位13和14期间的旋转速率现在主要由序列21和22的延迟元件的累积延迟时间控制的优点。但是，序列21和22的延迟元件的延迟时间是固定的，并且，即使现在较好地匹配CANH线路3和CANL线路4的旋转速率，旋转速率是温度以及CANH线路3和CANL线路4的电容性负载的函数，使得仍然难以控制旋转速率。
图4以实例的形式示出根据本发明的一个实施例的CAN系统。驱动器1包含切换两个电阻元件序列18和20以将Tx信号通过电阻元件18和20逐渐应用于总线线路3和4的两个开关元件的序列17和19。但是，延迟元件序列21和22分别被延迟元件序列23和24替换，序列23和24的每个延迟元件各自的延迟时间由反馈回路控制。更为具体地说，该反馈回路包含延迟选择电路25，其作为驱动器5和6通过电阻元件18和20应用于总线线路3和4的信号的函数增加或减少延迟元件的延迟时间。
更具体地说，反馈回路具有包含恒流源27和校准电容器28的参考信号发生器26，参考信号发生器26还包含由输入信号Tx中的阶跃变化触发的开关29以触发电容28的充电。由参考接收器31比较电容28上的电压和终端30上的电压，类似信号接收器2，当电容28上的电压超过或降至终端30上的参考电压时参考接收器31的输出32处的信号显示出阶跃变化。
信号接收器2和参考接收器31的输出应用于相位比较器33，相位比较器33产生的输出是两个接收器的输出上的信号中的阶跃变化之间的相对时间延迟的函数。相位比较器33的输出通过去除寄生信号的数字滤波器34提供给延迟选择电路25。延迟选择电路25响应于相对参考接收器31的输出的信号接收器2的输出的提前或滞后，以单位量减少或增加序列23和24的延迟元件的延迟。
在操作中，在输入信号Tx中最初的阶跃变化中，响应于信号接收器2和参考接收器31的输出的阶跃变化之间的任何时间差，延迟选择电路25将增加或减少序列23和24的延迟元件的延迟时间，在输入信号Tx中的任何随后的阶跃变化处重复该操作，以使在较少数目的周期之后同步信号接收器2和参考接收器31的阶跃变化。这样就在旋转相位13和14期间控制用于总线线路3和4的信号的旋转速率，使得旋转速率和信号的定时两者都受控。信号的旋转时间实质上独立于总线线路3和4上的负载和电路元件上的温度效应。
图5示出序列23和24的每个(N-1)个延迟元件的结构。每个延迟元件自身包含一系列串行连接以接连互相触发的延迟子元件36。将系列36的每个延迟子元件的输出通过各自的复合开关元件系列37连接至输出端38。来自延迟选择电路25的信号通过连接35用于选择开关序列37中的一个。
在操作中，当阶跃变化用于延迟元件的输入时，阶跃变化通过延迟子元件系列36传播直到当在输出端38上经过某延时(该延时是所选开关位置的函数)判定阶跃变化时，其到达所选的开关系列37。在本发明的优选实施例中，尽管也可以使用更多或更少的数目，子元件的数目M等于10。
图6示出系列36中的延迟子元件的优选实施例并且包含接收来自前级延迟元件或(在序列的第一延迟元件的情况下)信号Tx的信号的反相器39。连接反相器39的输出以给连接至地的电容40充电并且电容40上的电压提供给进一步的反相器41，反相器41的输出连接至相应的开关元件系列37，并且，除系列中最后一个延迟子元件外，连接至后续的延迟子元件。将意识到，使用简单基本的延迟子元件和多路安排，这个结构为可控延迟元件提供了简便实现。
尽管图4中示出的驱动器具有用于CANH和CANL侧的单独的延迟元件序列23和24，也可能使用单独的序列控制开关元件的序列17和19以及它们的电阻元件18和20。如图7中所示，除序列的第一个的情况外(此情况中连接其以接收输入信号Tx)，每个模块包含连接至相应的延迟元件的输出端的输入端42。通过反相器43将输入端42连接至开关元件44，开关元件44在VCC终端7和连接至CANH总线线路3的序列18中的电阻元件45之间串行连接。还将输入终端42连接至开关元件46，开关元件46串行连接在作为序列20的一部分的电阻元件47和CANL总线线路4之间。

Claims (6)

1.一种通信设备，其包括用于将开关信号应用到具有受控旋转速率的通信线路(3，4)作为输入信号的函数的驱动装置(5，6)，所述的驱动装置(5，6)包含一系列转移元件(17，18，19，20)和延迟装置，该延迟装置包含一系列延迟元件(23，24)，由此逐渐应用所述开关信号至所述通信线路，
其特征在于，所述的延迟装置包含反馈装置(25，26，31，33)，反馈装置(25，26，31，33)响应于所述驱动装置(5，6)应用至所述的通信线路(3，4)以控制分别由所述延迟元件(23，24)引入的各个的延迟，从而控制累积的延迟，通过该延迟建立所述的转移元件(17，18，19，20)与所述通信线路的所述操作连接；所述反馈装置(25，26，31，33)包括用于产生具有参考变化速率的参考速率信号的参考装置(27，28，29)，布置所述的参考装置以在所述开关信号的旋转相位开始处开始产生所述参考速率信号，以及比较器装置(33)，响应于所述通信线路(3，4)上的所述开关信号和所述参考速率信号的相对时间延迟，所述反馈装置控制由所述延迟元件(23，24)引入的各个的延迟作为所述比较器装置(33)的输出的函数。
2.如权利要求1所述的通信设备，并且其包含连接以接收来自所述的通信线路(3，4)的信号的信号接收器(2)，其中，所述的反馈装置(25，26，31，33)包含：参考接收装置(31)，响应于关于参考信号的所述参考速率信号值，并且所述比较器装置(33)响应于所述信号接收器(2)和所述参考接收器装置(31)的响应的相对时间。
3.如权利要求2所述的通信设备，其中，布置所述驱动装置(5，6)以将各自的第一和第二开关信号应用到一对所述的通信线路(3，4)，所述的比较器装置(33)响应所述信号接收器对所述第一和第二开关信号的响应与所述参考接收器装置(31)对所述参考速率信号的响应的相对时间。 
4.如权利要求1至3中的任何一项所述的通信设备，其中，每个所述的延迟元件(23，24)包含一系列连接以互相连续触发的延迟子元件(36)，并且所述的反馈装置设置成选择所述序列(36)中的哪个所述延迟子元件触发所述转移元件(17，18，19，20)中的相应的一个与所述通信线路(3，4)的操作连接的建立的装置(25，37)。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的通信装置，其中所述参考装置(27，28，29)包括恒流源(27)，用于给电容(28)充电；以及触发开关(29)，该触发开关(29)由输入信号中的阶跃变化触发以触发所述电容(28)的充电以及所述参考速率信号的产生。
6.如权利要求1至5中的任何一项所述的通信装置，其符合控制器区域网络‘CAN’标准。 
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