CN1751299A - 用于在数据总线系统中补偿接地偏移的装置 - Google Patents

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Abstract

用于在数据总线系统中补偿接地偏移的装置的说明被给出，所述数据总线系统包括多个通信设备(2，10)，每个通信设备由电压源(4；14)提供工作电压(U0)、接地(G1；G2)并且具有数据总线连接器(6；12)，所述通信设备通过数据总线连接器被连接至数据总线线路(8)。有关本发明的特殊之处就在于在工作电压(U0)与接地端(G2)之间连接有至少一个分压设备(R3，R6)，该分压设备的输出被耦合至至少一个通信设备(10)的数据总线连接器(12)，且其分压比被选择以使得所述通信设备(10)的接地端(G2)的偏移相比于另一个通信设备(2)的接地端(G1)来说实际上得到补偿，所述通信设备(10)的数据总线连接器(12)被耦合至所述分压设备(R3，R6)。

Description

用于在数据总线系统中补偿接地偏移的装置
本发明涉及一种用于在数据总线系统中补偿接地偏移(groundoffset)的装置，所述数据总线系统包括多个通信设备，其中每个通信设备由电压源提供工作电压、接地并具有数据总线连接器，通过该数据总线连接器(connection)所述通信设备被连接至数据总线。
接地偏移被认为是指不同接地点之间的电位差，其中这些接地点可以被分配给相同的电气用户，或者也可以分配给不同的电气用户。如果接地点之间的电连接存在欧姆电阻，则就会存在接地偏移。通常离得相对较远的接地点就是这种情况，其中因为大的距离而存在明显的欧姆电阻。但是在不利的条件下，对于相对较小的距离也可能存在接地偏移。不利的条件通常会在车辆中发现，其中接地点存在于车身上。由金属制成的车身是导电的，这是正确的，但是经验告诉我们，在许多地方存在着过渡电阻器，而该电阻器则会导致接地偏移的发生。
接地偏移会引发电位的偏移，这会显著地影响电气系统的运行。当发送信号的电压电平被改变如此之多，以至于它们不再被识别的时候，尤其灵敏的就是数据总线系统。特别是在单线数据总线系统中，对于其中接地偏移超过某一量值的情况下，因为接收机不再看到在数据总线线路上用于接收所需的电压电平，所以接地偏移相对较快地导致通信故障。
在DE 36 14 208 C2中，公开了一种用于将功率输出电路连接至总线耦合设备的装置，其中具有施密特触发器特性和阻塞输入的中间电路被插入到总线耦合设备与功率输出电路之间的数据线路中，以及此外，高阻的阻挡层电阻(barrier resistance)被包含在所述数据线路中，该数据线路从总线耦合设备延伸至中间电路。由于高阻的阻挡层电阻器，在总线耦合逻辑与包括功率放大器的输出电路之间实现了电位的准分离。这提供了整个电路的大的EMC稳定性。
WO 95/34152公开了一种用在车辆中的通信网络收发器。该收发器的发送器包括电子接地偏移电路，该电路被连接至独立的DC接地返回线(return line)，并相对于在此接地返回线上的地电位相应地调节将要发送的信号的电压电位。与数据线一起，该独立的DC电压接地返回线通向接收器，其中存在互补的接地偏移电路，以便相对于实际存在于此的接地比(ground ratio)来相应地转换回所接收信号的电压电位。该装置适合于二线总线系统，但不适合于单线总线系统。
GB 2 284 954A示出了一种产生偏置电压的数据总线驱动器，在通信网络的中心节点中的该驱动器通过数据总线线路将偏置电平信号切换至每个外围节点，以便抵消不同的地电位。
US 5,513,218 A描述了一种接地偏移补偿电路，该电路包括所谓的积分器，其用于模拟线路的地电压，并将此电压施加到发送器的接地端。该积分器包括一个小的电流源和一个非常大的电流吸收器(sink)，以能够跟随线路的地电位。
本发明的目的是提出一种用于补偿接地偏移的装置，该装置具有简单的结构，并且还特别适合于单线数据总线系统。
该目的的实现在于在开头段落中所提到的类型的装置中的至少一个分压设备，该分压设备的输出被耦合至至少一个通信设备的数据总线连接器，以及其分压比被选择，从而使得所述通信设备的接地偏移相对于另一个通信设备的接地端来说实际上(in essence)得到补偿，所述通信设备的数据总线连接器被耦合至所述分压设备。
本发明利用了由于接地偏移而存在流经通信设备间的数据总线线路的均衡电流的认识。该均衡电流通过分压设备的根据本发明的装置而减少，以及相应选择的分压比至少使得接地偏移实际上被补偿。
有利的是，本发明特别适合于单线总线系统，但是也推荐用于具有分离终端的二线总线系统。
有利的是所述分压比可以进行调节。
如果所述分压设备包括在工作电压与数据总线连接器之间连接的至少第一电阻器以及在数据总线连接器与接地端之间的至少第二电阻器，则第一和/或第二电阻器的电阻值应当是可以改变的。
可选择的是，另外的电阻器可以与第一和/第二电阻器串联连接，这些另外的电阻器可选地可以通过另外的开关装置进行桥接。
在另一个可选择的实施例中，可选地可以是连接的或断开的另外的电阻器可以与第一和/或第二电阻器并联联接。
还可以想得到的是将电流源与第一和/或第二电阻器并联连接。
有利的是提供用于调节所述分压比的调节设备。该调节设备可以相应地控制第一和/或第二电阻器的电阻值或者控制所述开关装置，所述开关装置用于桥接并联电阻器，或者打开和关闭串联电阻器。该调节设备还可以相应地控制上述电流源。
优选地，可以设置所述分压设备的分压比，从而使得在相关通信设备的总线连接器上的空载电压大约等于工作电压的一半。
特别是为了限制电流，可以在数据总线连接器与数据总线线路之间插入端接电阻器。
本发明的这些及其他方面从以下描述的实施例将是显而易见的，并且将参照所述实施例对其进行说明。
在附图中：
附图1示出了包括两个通信终端的单线总线系统的电路图；
附图2示出了除了附加有表示接地偏移的替代电压源之外与附图1相同的电路图；
附图3示出了与附图1相同的总线系统，其中所述通信终端还附加有简单的分压器，以增加其数据总线连接器上的空载电压；以及
附图4示出了根据本发明的第一优选实施例的通信终端的一部分的电路图，该通信终端具有其分压比可以进行调节的扩展分压器；以及
附图5示出了根据本发明的第二优选实施例的通信终端的一部分的电路图，该通信终端具有用于调整分压比的可控电流源。
附图1示出了一个典型的单线总线系统，该系统包括例如两个通信终端。单线总线系统以前非常适用，因为连接通信终端的数据总线线路仅具有一根导线，并因此仅包括单根“线”，以及各个通信终端还接地。这种总线概念用在例如车辆中，其中通过由金属制成的车身形成接地端。
附图1中所示的第一通信终端2包括电源或变压器4，其被提供有外部电压UBAT，并产生通信节点2的模块所需的内部工作电压U0。特别是在车辆中，通常由电池提供可用的外部电压UBAT。所述电源或变压器4还分别连接到接地端G1。此外还示意性地示出了发送晶体管T1，其集电极被施加工作电压U0，以及其基极被连接至发送信号所存在的连接器T×D。发送晶体管T1的发射极通过第一电阻器R1转接到接地端G1。此外，发送晶体管T1的发射极通过端接电阻器R2连接至数据总线连接器6，由发送晶体管T1放大的发送信号被施加至该端接电阻器的终端。发送晶体管T1构成发送级的一部分，这里没有进一步示出，其中产生早期提到的发送信号。此外耦合至数据总线连接器6的是连接器R×D0，从该连接器R×D0接收信号被分接，所述信号被施加至图1中没有示出的接收级。
第一通信终端2通过数据总线连接器6连接至数据总线线路8，该数据总线线路8分别包括单个导线或单个“线”。
该数据总线线路8通过对应的数据总线连接器12连接至第二通信终端10。第二通信终端10具有类似于图1中表示的第一通信终端2的结构。第二通信终端10也分别包括电源或变压器14，其通常被提供与第一通信终端2相同的外部电压URAT。所述电源或变压器14分别转接至接地端G2并产生内部工作电压U0，该内部工作电压U0被施加到发送晶体管T2的集电极，该发送晶体管T2的基极耦合至连接器T×D，发送信号被施加至该连接器T×D。发送晶体管T2的发射极通过第三电阻器R3转接至接地端G2。此外，端接电阻器R4连接发送晶体管T2的发射极至数据总线连接器12。对于第二通信终端10同样，附图1中表示的发送晶体管T2构成发送级的一部分(没有进一步示出)，其中产生所述发送信号。不仅由发送晶体管T2放大的发送信号通过数据总线连接器12发送，而且通过连接器R×D0获得被馈给接收级(也没有示出)的接收信号。
如果在两个通信终端2、10之间存在接地偏移，从而在接地端G1与接地端G2之间存在电位差，则该偏移可由正如在附图2中示意性示出的替代电压源V1表示。在图2所示的情况下，由于接地偏移，在第一通信终端2与接地端G1之间产生电压。因此，均衡电流I0从第一通信终端2经数据总线线路8流到第二通信终端10，并且通过电阻器R3和R4产生偏置电压，该电压破坏了连接器R×D0上的输入信号。以这种方式，电压可以被施加到接收级(未示出)的输入上，其超出了用于识别有效数据信号的接收阈值，因而两个通信终端2、10之间的通信受到干扰或者甚至完全被防止。
附图3示出了其中空载电压通过简单分压器被增加至工作电压的一半U0/2的装置。这是通过分别将第一通信终端2中的第五电阻器R5连接在电源或变压器4与端接电阻器R2之间以及分别将第二通信终端10中的第六电阻器R6连接在电源或变压器14与端按电阻器R4之间来实现的。因此，在第一通信终端2中的电阻器R1和R5以及在第二通信终端10中的电阻器R3和R6构成一个简单的分压器。从接收级(未示出)被分接的电压现在在R×D0与接地端之间不再存在，正如图1中所示的装置，而是存在于R×D0与另一个连接器R×D1之间，该另一个连接器R×D1一方面被耦合至电阻器R1与R5或R3与R6之间的节点，另一方面被耦合至接收级(附图3中未示出)，并且因此被分别耦合至端接电阻器R2或R4。接地偏移的问题还是可以感觉得到，这是事实，但是现在要考虑的第二通信终端10中的附加电压URIAS通过端接电阻器R4而降低。
附图4图解示出了用于补偿接地偏移的简单概念。
为此，在所示的装置中通信终端10的接地端G2与第一通信终端2的接地端G1相比，其接地端G2位于较低的电位，因此偏移是“向下”的，该通信终端10包括附加的第七、第八和第九电阻器R7、R8和R9，这些电阻器与第六电阻器R6并联连接，并且可以通过相关的第一、第二和第三开关S1、S2和S3被接通。以这种方式在第二通信终端中构成可以微调的分压器，该分压器可以通过选择性地接通和断开附加电阻器R7、R8和R9来进行调节，从而均衡电流I0以及由接地偏移引起的UBIAS可以减少或者甚至完全被消除。根据施加到“向下”第三电阻器R3的电压U3来实施附加电阻器R7-R9的接通。通常，为此电压U3确定一个最小阈值。然后连接附加电阻器R7-R9，以使电压U3至少稍微高于此阈值。这样，用于第二通信终端的接地端G2被升高到与第一通信终端2的“向上”偏移接地端G1相同的电位，并且因此而匹配。在这点上，为了完整起见，应当注意到代替三级附加电阻器的实现方案，也可以根据需要提供较少量或较大量的附加电阻器，或者甚至可以仅提供单个附加电阻器。
附图4还示意性地示出了接收级作为工作放大器并且由附图标记16表征，其一个输入被耦合至R×D0，另一个输入被耦合至R×D1。
在所示实施例的例子中，第二通信终端10中的分压比通过选择性地打开和关闭开关S1-S3来微调。为此，控制设备20被提供，其例如通过测量点22测量第三电阻器R3上的电压U3，并且根据事先设置的阈值，相应地打开和关闭开关S1-S3。这在接地偏移波动的情况下是特别有利的。
其他还可以想得到的措施是设置分压比，从而补偿接地偏移。例如，代替附加电阻器R7-R9，可以插入电流源24，如图5所示该电流源相应地由控制设备20进行控制。
此外，应当观察到在这点上，例如如在附图4和5中所示的调节分压比的可能性不必仅在第二通信终端10中发生，而是优选地也可以另外以相应的方式在第一通信终端2中进行。通常，事先并不知道在工作时哪个通信终端具有接地“偏移”，就此而言，也可以在操作时进行改变。
最后应当指出的是，上文描述的概念也可以用于补偿例如具有所谓的分离终端的二线总线系统的接地偏移。

Claims (13)

1.一种用于在数据总线系统中补偿接地偏移的装置，该数据总线系统包括多个通信设备(2，10)，每个通信设备由电压源(4；14)提供工作电压(U0)、接地(G1；G2)并且具有数据总线连接器(6；12)，所述通信设备通过数据总线连接器被连接至数据总线线路(8)，其特征在于至少一个分压设备(R3，R6，R7，R8，R9)，该分压设备的输出被耦合至至少一个通信设备(10)的数据总线连接器(12)，且其分压比被选择以使得该通信设备(10)的接地端(G2)的偏移相对于另一个通信设备(2)的接地端(G1)来说实际上得到补偿，该通信设备(10)的数据总线连接器(12)被耦合至所述分压设备(R3，R6，R7，R8，R9)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述分压比可以进行调节。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述分压设备包括在工作电压(U0)与数据总线连接器(12)之间连接的至少第一电阻器(R6)以及在数据总线连接器(12)与接地端(G2)之间连接的至少第二电阻器(R3)，其特征在于第一和/或第二电阻器(R6，R3)的电阻值可以改变。
4.如权利要求2所述的装置，其中所述分压设备包括在工作电压与数据总线连接器之间连接的至少第一电阻器以及在数据总线连接器与接地端之间连接的至少第二电阻器，其特征在于另外的电阻器与第一和/或第二电阻器串联连接，所述另外的电阻器根据需要可以通过开关装置进行桥接。
5.如权利要求2所述的装置，其中所述分压设备包括在工作电压(U0)与数据总线连接器(12)之间连接的至少第一电阻器(R6)以及在数据总线连接器(12)与接地端(G2)之间连接的至少第二电阻器(R3)，其特征在于另外的电阻器(R7，R8，R9)与第一和/或第二电阻器(R6)并联连接，所述另外的电阻器(R7，R8，R9)根据需要可以通过开关装置(S1，S2，S3)接通或断开。
6.如权利要求2所述的装置，其中所述分压设备包括在数据总线连接器(12)与接地端(G2)之间连接的至少第二电阻器(R3)，其特征在于电流源(24)与第一和/或第二电阻器(R6)并联连接。
7.如权利要求2-6中的至少一个所述的装置，其特征在于用于调节分压比的调节设备(20)，从而使得所述通信设备(10)的接地偏移(G2)相比于另一个通信设备(2)的接地端(G1)来说得到补偿，所述通信设备(10)的数据总线连接器(12)被耦合至所述分压设备(R3，R6，R7，R8，R9)。
8.如权利要求3和7之一所述的装置，其特征在于所述调节设备(20)控制第一和/或第二电阻器的电阻值。
9.如权利要求4或5以及权利要求7所述的装置，其特征在于所述调节设备(20)控制所述开关装置(S1，S2，S3)。
10.如权利要求6和7所述的装置，其特征在于所述调节设备(20)控制所述电流源(24)。
11.如前述权利要求中的至少一个所述的装置，其特征在于设置所述分压设备的分压比，以使得在数据总线连接器(12)上的空载电压大约等于工作电压(U0)的一半。
12.如前述权利要求中的至少一个所述的装置，其特征在于端接电阻器(R2；R4)被连接在数据总线连接器(6；12)与数据总线线路(8)之间。
13.一种包括多个通信设备(2，10)的数据总线系统，每个通信设备由电压源(4；14)提供工作电压(U0)、接地(G1；G2)并且具有数据总线连接器(6；12)，所述通信设备通过数据总线连接器被连接至数据总线线路(8)，其特征在于如前述权利要求的至少一个中所述的装置。
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