DE10133441C2 - Schaltungsanordnung zur Spannungssymmetrierung von Datenbussen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Spannungssymmetrierung von DatenbussenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur Spannungssymmetrierung von Datenbussen gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Druckschrift
L. Claus, B. Körber: CAN (High Speed) in Kraftfahrzeugen-
EMV-Eigenschaften künftiger Bus-Topologien und -Betriebs
arten, EMV 2000 Vortrag S. 1-8, Zwickau, 3. November 1999
bekannt. Dort soll ein Datenbus unter dem Gesichtspunkt
der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) dadurch verbes
sert werden, daß jedem Busteilnehmer eine Symmetrierschaltung
zugeordnet ist, welche die Spannung zwischen einzelnen
Busleitungen, an die der Busteilnehmer angeschlossen ist,
auf einem für den Datenbus vorgegebenen nominellen Mitten
spannungspegel hält. Hierzu sind zwei Busleitungen über
zwei in Reihe geschaltete CAN-Abschlußwiderstände miteinander
verbunden, die einen ersten Spannungsteiler mit einem ersten
Knotenpunkt bilden. Weiter ist ein durch zwei Widerstände
gebildeter Symmetrierspannungsteiler vorgesehen, der einen
zweiten Knotenpunkt bildet. Der Symmetrierspannungsteiler
ist mit seinem ersten Widerstand an einem Versorgungsspan
nungsanschluß und seinem zweiten Widerstand mit Masse verbun
den. Die beiden Knotenpunkte der Spannungsteiler sind durch
einen elektronischen Schalter miteinander verbindbar. Die
Versorgungsspannung liegt nur dann am Symmetrierspannungstei
ler an, wenn das Steuergerät eingeschaltet ist. Bei abge
schaltetem Steuergerät kann die hohe Spannung im ersten
Knotenpunkt über den Symmetrierspannungsteiler nach Masse
gezogen werden.
Die DE 195 25 350 A1 beschreibt einen Leitungsabschluß
einer zwei Drähte aufweisenden Leitung, bei der die zwei
Drähte durch einen Spannungsteiler miteinander verbunden
sind, deren Knotenpunkt gegen ein festes Spannungspotential,
insbesondere Masse, geschaltet ist.
Die DE 43 27 035 A1 beschreibt ein Zweidraht-BUS-System
mit Mitteln zur Auftrennung von Sendestufen- und/oder Last
stromkreisen nach Maßgabe ermittelter Störungen, wobei
diese Mittel durch bipolare Transistoren gebildet sind.
Bei der eingangs genannten Druckschrift L. Claus, B. Körber
tritt im Fehlerfalle einer Überspannung an einer Busleitung
das Problem auf, daß bei durchgeschaltetem Transistor zwi
schen den beiden Knotenpunkten die Überspannung auch zum
Symmetrierspannungsteiler gelangt und dessen Widerstände
zerstören kann. Zur Vermeidung dieses Problemes müßten
diese Widerstände für entsprechend hohen Strom dimensioniert
sein, was zu Leistungsverlusten und Störungen führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Schaltungsanord
nung dahingehend zu verbessern, daß auch bei Überspannungen
ein sicherer Schutz gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die beiden Knotenpunk
te durch einen Feldeffekttransistor zu verbinden, der bei
einer Überspannung abschaltet, so daß sich der Transistor
selbst schützt und auch die Symmetrierschaltung.
Die Versorgungsspannung und die Spannungsteilerwiderstände
der Symmetrierschaltung sind so gewählt, daß am Knotenpunkt
der Symmetrierschaltung die nominelle Mittenspannung des
Datenbusses anliegt. Bei eingeschaltetem Steuergerät schaltet
das Schalterelement durch. Die beiden Knotenpunkte sind
dann elektrisch miteinander verbunden und liegen auf dem
nominellen Mittenspannungspotential des Datenbusses. Beim
Abschalten des Steuergerätes hingegen öffnet das Schalterele
ment automatisch, wodurch ein "Verziehen" des Potentials
am Knotenpunkt des ersten Spannungsteilers über die Symme
trierschaltung, d. h. eine unerwünschte Beeinflussung des
gesamten CAN-Verbundes verhindert wird.
Das Schalterelement ist ein Feldeffekttransistor, wie z. B.
ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) oder ein Feld
effekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGFET),
insbesondere ein MOSFET. Ein MOSFET ist besonders geeignet,
da er statisch praktisch keine Steuerleistung benötigt.
Der Gate-Anschluß des MOSFET liegt hierbei am Versorgungs
spannungsanschluß an. Der Source-Anschluß sowie der Bulk-An
schluß sind mit dem Knotenpunkt des Symmetrierspannungstei
lers verbunden, und der Drain-Anschluß ist mit dem zwischen
den Busabschlußwiderständen liegenden Knotenpunkt des ersten
Spannungsteilers verbunden.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der
Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die einzige Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung.
Fig. 1 zeigt zwei CAN-Busleitungsanschlüsse, nämlich einen
Busanschluß CAN_H (CAN_High) und einen Busanschluß CAN_L
(CAN_Low). Die beiden Busleitungsanschlüsse CAN_H, CAN_L
sind über einen ersten Spannungsteiler 1 in Form zweier
gleich großer Busabschlußwiderstände R3, R4 miteinander
verbunden. Ferner ist eine Symmetrierschaltung 2 vorgesehen,
die einen zweiten Spannungsteiler aufweist, der aus Wider
ständen R1 und R2 besteht. Der zweite Spannungsteiler liegt
mit dem Widerstand R1 an einem Versorgungsspannungsanschluß
an, der hier ein Potential von +5 V hat, und mit dem Wider
stand R2 an einem Masseanschluß 3.
Die Widerstände R1 und R2 sind hier gleich groß. Folglich
ist der zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 liegende
Knotenpunkt 4 der Spannungsmittelpunkt, d. h. der Knoten
punkt 4 hat ein Potential von 2,5 V.
Die Versorgungsspannung und die Widerstandswerte R1 und
R2 können auch anders gewählt sein. Wichtig ist aber, daß
am Knotenpunkt 4 der Symmetrierschaltung 2 die nominelle
Mittenspannung der Busleitungsanschlüsse CAN_H und CAN_L
anliegt. Hat beispielsweise CAN_H ein nominelles Potential
von +5 V und CAN_L ein nominelles Potential von 0 V, so ist
die nominelle Mittenspannung des Datenbusses +2,5 V.
Die Symmetrierschaltung 2 weist hier zusätzlich einen Konden
sator C1 auf, der parallel zum Widerstand R2 geschaltet
ist und der hochfrequente Störsignale, die z. B. durch EMV-
Störungen entstehen, gegen Masse ableiten soll.
Der Spannungsmittelpunkt 4 des Symmetrierspannungsteilers
ist hier über einen Feldeffekttransistor (MOSFET) T1 mit
einem Knotenpunkt 5 des ersten Spannungsteilers 1 verbunden.
Der Knotenpunkt 5 liegt zwischen zwei CAN-Busabschlußwider
ständen R3 und R4, die hier gleich groß sind, wobei der
Widerstand R3 mit dem Busleitungsanschluß CAN_H und der
Widerstand R4 mit dem Busleitungsanschluß CAN_L verbunden
ist.
Der Transistor T1 weist einen Gate-Anschluß G auf, der
mit dem Versorgungsspannungsanschluß der Symmetrierschal
tung 2 verbunden ist. Der Source-Anschluß 5 und der Bulk-An
schluß B des Transistors T1 sind mit dem Knotenpunkt 4
der Symmetrierschaltung 2 und der Drain-Anschluß D mit
dem Knotenpunkt 5 verbunden. Der Drain-Anschluß D bzw.
der Knotenpunkt 5 sind zusätzlich über einen Kondensator C2
mit Masse verbunden. Analog zum Kondensator C1 hat der
Kondensator C2 den Zweck, hochfrequente Störsignale abzulei
ten.
Die beiden Busleitungsanschlüsse CAN_H, CAN_L sind jeweils
über eine CAN-Gleichtakt-Drossel L1 und einen Treiberbaustein
6 mit einem Sende-/Empfangsleitungspaar Tx, Rx eines Bau
steins 7 verbunden, der Teil eines Steuergeräts 8 ist.
Im folgenden wird die Funktionsweise in der in Fig. 1 gezeig
ten Schaltung erläutert.
Wenn das an den Bus angeschlossene Steuergerät β abgeschaltet
wird, ist auch die 5 V-Versorgungsspannung abgeschaltet,
was "automatisch" dazu führt, daß der Transistor T1 sperrt.
Die niederohmige Verbindung über den "RDS" (Drain-Source-Wi
derstand des Transistors T1) zwischen dem Knotenpunkt 4
der Symmetrierschaltung 2 und dem Knotenpunkt 5 ist also
getrennt. Mit anderen Worten, wenn das Steuergerät nicht
mit Spannung versorgt ist, dann erfolgt eine Abschaltung
des Symmetriernetzwerkes R1, R2, C1 vom restlichen CAN-
Knoten.
Im Normalbetrieb, d. h. wenn das Steuergerät eingeschaltet
und die 5 V-Versorgungsspannung vorhanden ist, dann schaltet
der Transistor T1 durch. Die beiden Knotenpunkte 4 und
5 sind also miteinander verbunden.
Der Transistor T1 verhindert zusätzlich eine Beaufschlagung
des "2,5 V-Mittelpunktes" 4 durch Überspannung vom Kommunika
tionsbus (CAN-Bus). Eine solche Überspannung kann beispiels
weise bei einem Kurzschluß einer Datenleitung bzw. eines
Busleitungsanschlusses CAN_H oder CAN_L durch ein durchge
scheuertes Kabel entstehen, wobei dann eine Batterie- bzw.
Bordnetzspannung von z. B. 24 V an den Busleitungen anliegt.
In diesem Fall steht zwischen den Widerständen R3 und R4
und damit auch am Drain-Anschluß des Transistors T1 eine
Spannung an, die größer als 5 V ist.
Dadurch, daß der Transistor T1 mit seinem Gate-Anschluß G
an 5 V und der Source-Anschluß 5 an dem relativ hochohmigen
"2,5 V-Mittelpunkt" 4 anliegt, würde das Potential am "2,5 V-
Mittelpunkt" 4 im Fehlerfall nur bis auf eine Spannung
angehoben, die die minimale Gate-Source-Spannung des Transi
stors T1 unterschreitet. Damit schützt sich T1 selbst und
die beiden Spannungsteiler 1 und 2, indem er sperrt. Eine
am Bus anliegende Fehlerspannung wird also auf maximal
ca. 4 V am "2,5 V-Mittelpunkt" begrenzt, wodurch eine Zerstö
rung der Widerstände R1 und R2 verhindert wird.
Bei einer Schaltung ohne den Transistor T1 hingegen, bei
der die beiden Knotenpunkte 4 und 5 unmittelbar verbunden
wären, müßten die beiden Widerstände R1 und R2 auf die
im Fehlerfall am Knotenpunkt 4 auftretende Maximalspannung
ausgelegt sein. Bei üblichen Bordnetzen von Nutzfahrzeugen
mit einer Spannung von ca. 24 V, würde somit in den dann
erforderlichen "größeren" Widerständen R1 und R2 eine relativ
große Verlustleistung entstehen. Durch den Transistor T1
hingegen wird dieses Problem vermieden, d. h. es können
kleinere Widerstände R1, R2 verwendet werden, und es entsteht
eine geringere Verlustleistung.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß der
Feldeffekttransistor T1 leistungslos gesteuert werden kann.
Im durchgeschalteten Fall fließt kein Strom vom Gate G
über die Source S in den Spannungsteiler R1/R2, wodurch
eine "Verschiebung" des 2,5 V-Mittelpunktes vermieden wird.
Im Unterschied dazu würde sich der 2,5 V-Mittelpunkt bei
Verwendung eines Bipolartransistors "verschieben", da dann
über den Widerstand R2 der Basisstrom abfließen würde.
Die Kondensatoren C1 und C2 sind für die Funktionsweise
der Spannungssymmetrierschaltung nicht unbedingt erforderlich.
Sie fungieren als Hochfrequenz-Ableit-Kondensator
und verbessern daher die EMV-Verträglichkeit der Schaltungs
anordnung.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zur Spannungssymmetrierungen von
Datenbussen mit:
zwei Busleitungsanschlüssen (CAN_H, CAN_L), die durch einen ersten Spannungsteiler (1) miteinander verbunden sind, welcher einen ersten Knotenpunkt (5) aufweist, dessen Potential zwischen den beiden Busleitungspoten tialen liegt,
einer Symmetrierschaltung (2) zur Erzeugung eines vordefinierten elektrischen Potentials an einem zweiten Knotenpunkt (4), und
einem Schalterelement (T1), über das die beiden Knoten punkte (4, 5) elektrisch verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schalterelement ein Feldeffekttransistor (T1) ist, dessen Gate-Anschluß (G) mit einem Versorgungs spannungsanschluß der Symmetrierschaltung (2), dessen Source-Anschluß (S) mit dem zweiten Knotenpunkt (4) und dessen Drain-Anschluß (D) mit dem ersten Knoten punkt (5) verbunden ist, so dass bei eingeschaltetem Feldeffekttransistor (T1) im Fehlerfalle einer Über spannung am ersten Knotenpunkt (5) die Spannung am zweiten Knotenpunkt (4) nur auf die minimale Gate- Source-Spannung des Feldeffekttransistors (T1) an steigt, worauf der Feldeffekttransistor sperrt.
zwei Busleitungsanschlüssen (CAN_H, CAN_L), die durch einen ersten Spannungsteiler (1) miteinander verbunden sind, welcher einen ersten Knotenpunkt (5) aufweist, dessen Potential zwischen den beiden Busleitungspoten tialen liegt,
einer Symmetrierschaltung (2) zur Erzeugung eines vordefinierten elektrischen Potentials an einem zweiten Knotenpunkt (4), und
einem Schalterelement (T1), über das die beiden Knoten punkte (4, 5) elektrisch verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schalterelement ein Feldeffekttransistor (T1) ist, dessen Gate-Anschluß (G) mit einem Versorgungs spannungsanschluß der Symmetrierschaltung (2), dessen Source-Anschluß (S) mit dem zweiten Knotenpunkt (4) und dessen Drain-Anschluß (D) mit dem ersten Knoten punkt (5) verbunden ist, so dass bei eingeschaltetem Feldeffekttransistor (T1) im Fehlerfalle einer Über spannung am ersten Knotenpunkt (5) die Spannung am zweiten Knotenpunkt (4) nur auf die minimale Gate- Source-Spannung des Feldeffekttransistors (T1) an steigt, worauf der Feldeffekttransistor sperrt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
dass an dem zweiten Knotenpunkt (4) bei eingeschalteter
Symmetrierschaltung (2) eine für den Datenbus vorgege
bene nominelle Mittenspannung (+2,5 V) anliegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
dass, an den Bus (CAN_H, CAN_L) ein Busteilnehmer (8)
angeschlossen ist, wobei bei eingeschaltetem Busteil
nehmer (8) eine elektrische Spannung (+5 V) zur Versor
gung der Symmetrierschaltung (2) und zur Ansteuerung
des Feldeffekttransistors (T1) vorhanden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Symmetrierschaltung (2) einen Spannungsteiler
mit zwei Widerständen (R1, R2) aufweist, die über
den zweiten Knotenpunkt (4) miteinander verbunden
sind, wobei der erste Widerstand (R1) an Versorgungs
spannung (5 V) und der zweite Widerstand (R2) an Masse
anliegt, und daß parallel zum zweiten Widerstand (R2)
ein Kondensator (C1) geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet,
dass ein zweiter Kondensator (C2) vorgesehen ist, über
den der erste Knotenpunkt (5) mit Masse verbunden
ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis
6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Widerstände (R1, R2) der Symmetrierschal
tung (2) gleich groß sind, und daß die Versorgungsspan
nung (+5 V) doppelt so groß ist, wie die nominelle
Mittenspannung der Busleitungen (CAN_H, CAN_L).
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis
6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Widerstände (R3, R4) des ersten Spannungstei
lers (1) gleich groß sind.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet,
dass sie in einen Busteilnehmer (8) integriert ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis
8, dadurch gekennzeichnet,
dass der Busteilnehmer (8) ein Steuergerät ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE2001133441 DE10133441C2 (de) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | Schaltungsanordnung zur Spannungssymmetrierung von Datenbussen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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DE10133441A1 DE10133441A1 (de) | 2003-01-30 |
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Family
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE10133441C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100565230C (zh) * | 2007-07-20 | 2009-12-02 | 山东省科学院自动化研究所 | Can总线断路检测电路及其方法 |
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---|---|---|---|---|
CN103507657B (zh) * | 2012-06-21 | 2016-05-25 | 广东高标电子科技有限公司 | 电动车及其总线控制系统 |
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DE4327035A1 (de) * | 1993-08-12 | 1995-02-16 | Daimler Benz Ag | Anordnung zur bidirektionalen Datenübertragung |
DE19525350A1 (de) * | 1995-07-12 | 1997-01-16 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung für einen Leitungsabschluß einer zwei Drähte aufweisenden Leitung |
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- 2001-07-10 DE DE2001133441 patent/DE10133441C2/de not_active Expired - Lifetime
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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