DE102004056305A1 - System zur Übertragung von Daten auf einem Bus - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem Empfänger auf einem mehrere Komponenten verbindenden Kommunikationsweg (Bus), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei hinter einem jeden Sender ein sog. CAN-Transceiver (1) angeordnet ist, welcher Logiksignale (TxD, RxD) in Busdatensignale (CAN_H, CAN_L) umwandelt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist hinter dem CAN-Bus-Transceiver (1) ein nicht-induktiv aufgebautes symmetrisches CAN-Filter (2) angeordnet, welches wenigstens zwei Impedanzen (Zy1, Zy2) umfasst und erfindungsgemäß bevorzugt als sog. X2Y-Kondensator (2) bzw. X2Y-Kapazität (2) realisiert ist. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung stellt erstmals eine Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Filtermethoden mit stromkompensierten Drosseln bereit. Neben den bereits genannten Vorteilen weist sie insbesondere einen verbesserten ESD-Schutz des CAN-Transceiver-Schaltkreises (ICs) auf, d. h. Varistoren oder EMV-Kondenstoren an den Steckerpins (CAN_H, CAN_L) werden überflüssig. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für das Bus-System eines Kraftfahrzeugs.
Description
- Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem Empfänger auf einem mehrere Komponenten verbindenden Kommunikationsweg (Bus), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei hinter einem jeden Sender ein sog. CAN-Transceiver angeordnet ist, welcher Logiksignale (TxD, RxD) in Busdatensignale (CAN_H, CAN_L) umwandelt.
- Kraftfahrzeuge weisen oftmals verteilte Steuer- oder Recheneinheiten auf. Unter solchen verteilten Steuer- oder Recheneinheiten versteht man gewöhnlich Einheiten, welche an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Diese Steuer- und Recheneinheiten sind aufgrund ihrer Notwendigkeit, Daten auszutauschen, über einen Übertragungskanal – berührungslos oder leitungsgebunden – miteinander verbunden. Dabei tauschen beispielsweise im Motorraum, im Getriebe, in den Türen, in Reifen etc. angeordnete Steuergeräte bzw. Sensoren Daten untereinander aus und/oder übertragen diese zu zentralen Recheneinheiten, welche die empfangenen Daten algorithmisch verwerten und entsprechende Aktuatoren betätigen.
- Die leitungsgebundene Vernetzung von Steuer- oder Recheneinheiten mit Sensoreinheiten und/oder umgekehrt wird üblicherweise mittels eines Bussystems realisiert. Ein derartiges Bussystem ist beispielsweise der bekannte CAN-Bus (CAN = Controller Area Network). Als Zugang zu dem Bus-Übertragungskanal sind spezielle Sende- und Empfangseinrichtungen bzw. Treiberbausteine, insb. sog. Transceiver, vorgesehen. Je nach Einsatz unterscheidet man zwischen einem High-Speed CAN mit Datenraten grösser 125 kBit/s bis 1 Mbit/s, z.B. für den An triebsstrang im Kraftfahrzeug und den sog. Low-Speed CAN mit Datenraten bis zu 125 kBit/s, beispielsweise 83 kBit/s, für den Bereich Carbody.
- Wie in
1 dargestellt, ordnen gegenwärtige Bus-Systeme im Automobilbau hinter einem jeden Sender einen sog. CAN-Transceiver1 an. Der CAN-Transceiver1 setzt Logiksignale (TX) z.B. von einem Mikrocontroller auf die Buspegel um und wandelt umgekehrt empfangene CAN-Bussignale (CAN_H, CAN_L) in Logiksignale (RX) zur Auswertung z.B. im Mikrocontroller um. Damit gehen folgende Phänomene einher:
Aufgrund unterschiedlicher Technologien und dem damit verbundenen unterschiedlichen Schaltverhalten der Schalttransistoren (n-Kanal und p-Kanal MOS FETS) im CAN-Transceiver1 (siehe2 : N-Kanal FET schaltet CAN_H Signal nach Versorgungsspannung Vcc; P-Kanal FET schaltet CAN_L Signal nach Masse (GND)) werden Gleichtaktstörungen (sog. Common Mode Noise) auf CAN_H und CAN_L verursacht (siehe z.B. Ausschnitt „X" in3 ). - Derartige Gleichtaktstörungen am CAN-Bus, verursacht letztlich durch Schaltvorgänge im CAN-Transceiver
1 beim Schalten von dominant nach rezessiv (vgl. im Einzelnen ISO 11898 CAN Spezifikation, Physical Layer), werden über die angeschlossenen Busleitungen abgestrahlt und können zur Nichteinhaltung von Vorgaben zur sog. Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) führen, insb. zur Emission/Abstrahlung elektromagnetischer Felder. - Zur Minimierung der Auswirkungen dieser Gleichtaktstörungen werden gegenwärtig stromkompensierte Drosseln
2 (sog. common mode chokes) eingesetzt, insbesondere für die Anwendung High Speed CAN, also bei CAN-Busgeschwindigkeiten > 125 kbit/s. Das in1 dargestellte CAN-Interface zeigt eine übliche Gleichtaktdrossel2 , welche ein Filter2 darstellt, das die Abstrahlung elektromagnetischer Felder über angeschlossene CAN-Busleitungen (CAN_H und CAN_L) in einem Kabelbaum reduziert. - Darüber hinaus ist durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass das CAN-Modul eine ausreichende Störfestigkeit gegenüber leitungsgeführten und eingestrahlten (feldgebundenen) Störungen sowie ausreichenden ESD- (Entladung statischer Elektrizität) Schutz, auf weißt. Gegenwärtig werden dazu – je nach geforderter Störfestigkeit – Schutzelemente (insb. sog. Varistoren oder zusätzliche EMV Kondensatoren an den Steckerpins) eingesetzt.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, die vorgenannten Nachteile vermeidendes Übertragungssystem zur Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem Empfänger auf einem mehrere Komponenten verbindenden Kommunikationsweg (Bus) in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere sollen Gleichtaktstörungen ebenso vermieden wie eine ausreichende Störfestigkeit gewährleistbar sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Übertragungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Das erfindungsgemäße System zur Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem Empfänger auf einem mehrere Kom ponenten verbindenden Kommunikationsweg (Bus), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei hinter einem jeden Sender ein CAN-Transceiver angeordnet ist, welcher Logiksignale (TxD, RxD) in Busdatensignale (CAN_H, CAN_L) umwandelt, zeichnet sich dadurch aus, dass hinter dem CAN-Bus Transceiver ein nicht-induktiv aufgebautes symmetrisches CAN-Filter angeordnet ist, welches wenigstens zwei Impedanzen (Zy1, Zy2) umfasst.
- Die Nicht-Induktivität des Filters hat eine Unempfindlichkeit gegenüber den Auswirkungen sog. Offset Spannungen (Masse-Versatz) zwischen verschiedenen CAN Teilnehmern im Netz während der CAN Bus Arbitrierung zum Vorteil.
- Die Symmetrie der Impedanzen (Zy1, Zy2) von CAN_H nach Masse und CAN_L nach Masse ist gleichermaßen entscheidend wie vorteilhaft für die Filterwirkung zur Unterdrückung der Gleichtaktstörungen auf dem Bus.
- Vorzugsweise schließt die erste Impedanz (Zy1) die CAN-H-Leitung und die zweite Impedanz (Zy2) die CAN-L-Leitung oder umgekehrt jeweils nach Masse (GND).
- Zwecks Realisierung eines hoch-symmetrischen Systems sind erste (Zy1) und zweite (Zy2) Impedanz hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften im Wesentlichen identisch aufgebaut.
- Zur Vermeidung von Gleichströmen zwischen CAN_H und CAN_L sind die CAN-H-Leitung und die CAN-L-Leitung vorzugsweise über eine dritte Impedanz (Zx) verbunden.
- Bewährt haben sich insbesondere durch kapazitive Bauelemente (Kondensatoren) realisierte Impedanzen (Zy1, Zy2; Zx).
- Erfindungsgemäß bevorzugt wird eine hohe Symmetrie schließlich dadurch erreicht, dass die Impedanzen (Zy1, Zy2; Zx) im gleichen Bauteil (als integrierte Baugruppe, d.h. im selben Package), insbesondere durch einen sog. X2Y-Kondensator realisiert sind. Der Einsatz einer X2Y-Kapazität ist nicht nur kleiner und damit kostengünstiger als alternative Bauteile. Sie verbraucht vorteilhaft auch weniger Platzbedarf auf einer Leiterplatte, was die Kosten weiter mindert.
- Die vorliegende Erfindung stellt erstmals eine Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Filtermethoden mit stromkompensierten Drosseln bereit. Neben den bereits genannten Vorteilen weist sie insb. einen verbesserten ESD-Schutz des CAN-Transceiver-Schaltkreises (ICs) auf, d.h. Varistoren oder EMV-Kondensatoren an den Steckerpins (CAN_H, CAN_L) werden überflüssig. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für das Bus-System eines Kraftfahrzeugs.
- Zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
- Darin zeigen beispielhaft:
-
1 schematisch ein Bus-System mit einem aus dem Stand des Technik benannten CAN-Transceiver, welchem ein ebenfalls bekanntes CAN-Filter nachgeordnet ist; -
2 den CAN-Transceiver aus1 in einer vergrößerten Darstellung; -
3 vom dem in2 dargestellten CAN-Transceiver verursachte Gleichtaktstörungen am CAN-Bus; -
4 das Block-Diagramm eines nicht induktiv aufgebauten symmetrischen CAN-Filters; -
5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines nicht induktiv aufgebauten symmetrischen CAN-Filters; und -
6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines nicht induktiv aufgebauten symmetrischen CAN-Filters. - Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
- Wie bereits in der Beschreibungseinleitung detaillierter beschriebenen zeigt
1 schematisch ein Bus-System mit einem aus dem Stand des Technik benannten CAN-Transceiver 1, welchem ein ebenfalls bekanntes CAN-Filter2 nachgeordnet ist. -
2 zeigt den CAN-Transceiver aus1 in einer vergrößerten Darstellung;3 vorn dem in2 dargestellten CAN-Transceiver verursachte Gleichtaktstörungen am CAN-Bus. -
4 zeigt zunächst als Block-Diagramm ein nicht induktiv aufgebautes symmetrisches CAN-Filter2 . Die Nicht-Induktivität des Filters2 hat eine Unempfindlichkeit gegen über den Auswirkungen sog. Offset Spannungen (Masse-Versatz) zwischen verschiedenen CAN Teilnehmern im Netz während der CAN Bus Arbitrierung zum Vorteil. Darüber hinaus ist die Symmetrie der Impedanzen von CAN_H nach Masse und CAN_L nach Masse gleichermaßen entscheidend wie vorteilhaft für die Filterwirkung zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen auf dem Bus. - Diesbezüglich zeigt
5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines nicht induktiv aufgebauten symmetrischen CAN-Filters2 . Vorzugsweise schließt die erste Impedanz (Zy1) die CAN-H-Leitung und die zweite Impedanz (Zy2) die CRN-L-Leitung oder umgekehrt jeweils nach Masse (GND). - Des Weiteren sind zwecks Realisierung eines hoch-symmetrischen Systems die erste (Zy1) und zweite (Zy2) Impedanz hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften im Wesentlichen identisch aufgebaut.
- Deutlich erkennbar ist, wie zur Vermeidung von Gleichströmen zwischen CAN_H und CAN_L die CAN_H-Leitung und die CAN_L-Leitung vorzugsweise über eine dritte Impedanz (Zx) verbunden sind.
- Bewährt haben sich insbesondere durch kapazitive Bauelemente (Kondensatoren) realisierte Impedanzen (Zy1, Zy2; Zx).
- Wie in
6 anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels eines nicht induktiv aufgebauten symmetrischen CAN-Filters2 gezeigt, wird erfindungsgemäß bevorzugt eine hohe Symmetrie dadurch erreicht, dass die Impedanzen (Zy1, Zy2; Zx) im gleichen Bauteil als integrierte Baugruppe, d.h. im selben Package, insbesondere durch einen sog. X2Y-Kondensator2 reali siert sind. Der Einsatz einer X2Y-Kapazität2 ist nicht nur kleiner und damit kostengünstiger als alternative Bauteile. Sie verbraucht vorteilhaft auch weniger Platzbedarf auf einer Leiterplatte, was die Kosten weiter mindert. - Die beschriebene Erfindung stellt erstmals eine Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Filtermethoden mit stromkompensierten Drosseln
2 dar. Neben den bereits genannten Vorteilen weist sie insb. einen verbesserten ESD-Schutz des CAN-Transceiver-Schaltkreises (ICs) auf, d.h. Varistoren oder EMV-Kondensatoren an den Steckerpins (CAN_H, CAN_L) werden überflüssig. - Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für das Bus-System eines Kraftfahrzeugs.
Claims (6)
- System zur Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem Empfänger auf einem mehrere Komponenten verbindenden Kommunikationsweg (Bus), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei hinter einem jeden Sender ein CAN-Transceiver (
1 ) angeordnet ist, welcher Logiksignale (TxD, RxD) in Busdatensignale (CAN_H, CAN_L) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem CAN-Bus Transceiver (1 ) ein nicht induktiv aufgebautes symmetrisches CAN-Filter (2 ) angeordnet ist, welches wenigstens zwei Impedanzen (Zy1, Zy2) umfasst. - Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (Zy1) die CAN-H-Leitung und die zweite Impedanz (Zy2) die CAN-L-Leitung oder umgekehrt jeweils nach Masse (GND) schließt.
- Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste (Zy1) und zweite (Zy2) Impedanz hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften identisch aufgebaut sind.
- Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CAN_H-Leitung und die CAN_L-Leitung über eine dritte Impedanz (Zx) verbunden sind.
- Übertragungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Impedanzen (Zy1, Zy2; Zx) durch kapazitive Bauelemente (Kondensatoren) realisiert sind.
- Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das symmetrische CAN-Filter (
2 ) durch einen X2Y-Kondensator realisiert ist.
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