DE102008030222B4 - Control unit and method for operating the control unit and the vehicle with such a control unit - Google Patents

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Abstract

Steuergerät (101, 102) zur Kommunikation mit einem differentiellen, galvanisch getrennten Bus-System, umfassend – einen Busanschluss für eine ein Adernpaar umfassende Leitung (103) des differentiellen, galvanisch getrennten Bus-Systems, – einen Masseanschluss, – einen Versorgungsspannungsanschluss und – eine Koppeleinheit, welche eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung – zwischen dem Busanschluss und dem Versorgungsspannungsanschluss zur Erzeugung eines Wakeup-Signals über das differentielle Bus-System und/oder – zwischen dem Busanschluss und dem Masseanschluss zum Empfang eines Wakeup-Signals (111) über das differentielle, galvanisch getrennte Bus-System herzustellen.Control unit (101, 102) for communication with a differential, galvanically isolated bus system, comprising - a bus connection for a wire pair (103) of the differential, galvanically isolated bus system, - a ground connection, - a supply voltage connection and - a Coupling unit, which is set up, an electrical connection - between the bus terminal and the supply voltage terminal for generating a wakeup signal via the differential bus system and / or - between the bus terminal and the ground terminal for receiving a wakeup signal (111) via the differential to make galvanically isolated bus system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zum Betrieb des Steuergeräts sowie ein KFZ mit einem derartigen Steuergerät.The invention relates to a control device and a method for operating the control device and a motor vehicle with such a control device.

Bei heutigen Bus-Systemen wie LIN, CAN oder FlexRay kann über das Bussignal selbst ein Steuergerät ”aufgeweckt”, d. h. aktiviert werden. Daher kann eine separate Leitung zur Aktivierung (”Weckleitung”) entfallen.In today's bus systems such as LIN, CAN or FlexRay can on the bus signal itself a controller "woken up", d. H. to be activated. Therefore, a separate line for activation ("wake-up") can be omitted.

Bei Systemen mit optischem Übertragungsmedium (Physical Layer) wie MOST oder Byteflight kann mittels eines Signals ”Licht EIN” das Steuergerät aufgeweckt werden.In systems with an optical transmission medium (physical layer) such as MOST or byteflight, the control unit can be woken up by means of a signal "light ON".

Bei den genannten LIN, CAN und FlexRay Bus-Systemen kann die Weckleitung nur entfallen, wenn die entsprechenden Steuergeräte weiterhin mit einer elektrischen Versorgung verbunden sind und zumindest ein geringer Strom für die Wecklogik bereitgestellt wird.In the mentioned LIN, CAN and FlexRay bus systems, the wake-up line can be omitted only if the corresponding control devices continue to be connected to an electrical supply and at least a small current is provided for the wake-up logic.

Der Ethernet-Standard ermöglicht eine Weckfunktionalität (Wake-On-LAN, WOL) einer Ethernetkomponente sowie eine Versorgung derselben mit elektrischer Energie (Power over Ethernet, PoE) gemäß IEEE-802.3af.The Ethernet standard enables wake-on-LAN (WOL) functionality of an Ethernet component as well as supplying it with Power over Ethernet (PoE) in accordance with IEEE 802.3af.

Der Standard IEEE-802.3.af berücksichtigt Randbedingung, bei denen die Ethernetkomponente bzw. das Steuergerät vollständig über das Ethernet mit elektrischer Leistung versorgt werden soll. Eine weitere Randbedingung besteht darin, dass eine Spannung von 44 V bzw. eine maximale Leistung ca. 15 W vorgegeben ist.The IEEE-802.3.af standard takes into account boundary conditions in which the Ethernet component or the control unit is to be completely supplied with electrical power via the Ethernet. Another boundary condition is that a voltage of 44 V or a maximum power of about 15 W is specified.

Diese Randbedingungen stellen in der Praxis eine deutliche Einschränkung dar. Beispielsweise ist in einem Kraftfahrzeug der in IEEE-802.3af verwendete Spannungsbereich nicht üblich und nur mit zusätzlichen Aufwand zu erreichen. Auch sind 15 W keine übliche Leistungsklasse für KFZ-Anwendung.These boundary conditions represent a significant limitation in practice. For example, in a motor vehicle the voltage range used in IEEE 802.3af is not customary and can only be achieved with additional effort. Also, 15 W are not a common performance class for automotive application.

Weiterhin ist das WOL-Konzept gemäß Standard IEEE-802.3 nachteilig für den Einsatz im KFZ, da eine Steuerung über Bus-Protokolle erfolgt und daher ein verhältnismäßig hoher Strombedarf in der Größenordnung von einigen Milliampere besteht. Im KFZ bestehen höhere Anforderungen an den Ruhestrom eines Steuergeräts, der beispielsweise 100 μA pro Steuergerät nicht überschreiten sollte. Auch gibt es in KFZ-Anwendungen die Randbedingung, dass das Steuergerät aufgeweckt wird und anschließend die benötigte Energie aus dem Bordnetz entnommen wird.Furthermore, the WOL concept according to standard IEEE-802.3 is disadvantageous for use in the motor vehicle, since a control is carried out via bus protocols and therefore there is a relatively high power requirement of the order of a few milliamperes. In the car there are higher requirements for the quiescent current of a control unit, which should not exceed 100 μA per control unit, for example. Also in automotive applications there is the boundary condition that the control unit is woken up and then the required energy is taken from the electrical system.

Als weiterer relevanter Stand der Technik wird auf die folgenden Offenbarungen verwiesen:
ISO 11898: 1993 „Straßenfahrzeuge, Austausch digitaler Informationen, Steuergerätenetz (CAN) für schnellen Datenaustausch, deutsche Norm (DIN), August 1995,
Philips Semiconductors, DATA SHEET, PCA82C250, CAN controller interface, Product specification Supersedes data of 1997 Oct 21, 13.01.2000,
ISO 11898-5, First edition, 15.06.2007, ”Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 5: High-speed medium access unit with low-power modeAs a further relevant prior art reference is made to the following disclosures:
ISO 11898: 1993 "Road vehicles, exchange of digital information, control unit network (CAN) for fast data exchange, German standard (DIN), August 1995,
Philips Semiconductors, DATA SHEET, PCA82C250, CAN controller interface, Product specification Supersedes data of 1997 Oct 21, 13.01.2000,
ISO 11898-5, First edition, 15.06.2007, "Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 5: High-speed medium access unit with low-power mode

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Aufweckfunktionalität bereitzustellen, die einen niedrigen Ruhestrom erlaubt und beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft und effizient nutzbar ist.The object of the invention is to avoid the abovementioned disadvantages and in particular to provide a wake-up functionality which allows a low quiescent current and is advantageously and efficiently usable, for example, in a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Steuergerät angegeben

  • – zur Kommunikation mit einem differentiellen, galvanisch getrennten Bus-System,
  • – mit einer Koppeleinheit zur Einspeisung und/oder zur Detektion eines Signals,
  • – wobei die Koppeleinheit ein gemeinsames Potential mit einer weiteren an das Bus-System angeschlossenen Einheit nutzt.
To solve the problem, a controller is specified
  • For communication with a differential, galvanically isolated bus system,
  • With a coupling unit for feeding in and / or for detecting a signal,
  • - Where the coupling unit uses a common potential with another unit connected to the bus system.

Hierbei ergeben sich insbesondere die Vorteile einer symmetrischen Auslegung der Koppeleinheit an beispielsweise einer Ethernetleitung. Dadurch lassen sich eine Signalintegrität sowie eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) deutlich verbessern.This results in particular in the advantages of a symmetrical design of the coupling unit to, for example, an Ethernet line. This significantly improves signal integrity and electromagnetic compatibility (EMC).

Der hier vorgestellte Ansatz erlaubt darüber hinaus eine kurze Startzeit bzw. eine geringe Ansprechzeit auf das Signal. The approach presented here also allows a short start time or a low response time to the signal.

Eine Weiterbildung ist es, dass das gemeinsame Potential eine gemeinsame Masse, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist.A further development is that the common potential is a common mass, in particular of a motor vehicle.

Gerade in KFZ-Anwendungen kann die an vielen Orten innerhalb des KFZs verfügbare Masse auch als gemeinsames Potential für das Bus-System verwendet werden.Especially in automotive applications, the mass available in many locations within the vehicle can also be used as a common potential for the bus system.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass das Signal mittels mindestens einer Diode auf das differentielle, galvanisch getrennte Bus-System eingekoppelt wird und/oder mittels mindestens einer Diode von dem differentiellen Bussystem detektiert wird.Another development is that the signal is coupled by means of at least one diode to the differential, galvanically isolated bus system and / or detected by at least one diode of the differential bus system.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Signal an jede Ader des Bus-Systems eingespeist wird über je eine Diode oder über je eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden.In particular, it is a development that the signal is fed to each wire of the bus system via a respective diode or via a series circuit of at least two diodes.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Signal detektiert wird mittels der Koppeleinheit

  • – bei der je eine Diode mit jeder Ader des Bus-Systems verbunden ist oder
  • – bei der je eine Reihenschaltung umfassend mindestens zwei Dioden mit jeder Ader des Bus-Systems verbunden ist,
  • – wobei die Dioden oder die Reihenschaltungen über einen Detektor mit Masse verbunden sind.
It is also a development that the signal is detected by means of the coupling unit
  • - in which one diode is connected to each wire of the bus system or
  • In which each one series circuit comprising at least two diodes is connected to each wire of the bus system,
  • - The diodes or the series circuits are connected via a detector to ground.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der Detektor einen Lastwiderstand umfasst.Furthermore, it is a development that the detector comprises a load resistor.

Insbesondere kann ein Spannungsabfall über den Lastwiderstand ermittelt und dadurch das Steuergerät aufgeweckt und/oder mit elektrischer Energie versorgt werden.In particular, a voltage drop across the load resistance can be determined and thereby the controller woken up and / or supplied with electrical energy.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die Koppeleinheit mittels eines Schalters von dem Bus-System trennbar.In the context of an additional development, the coupling unit is separable from the bus system by means of a switch.

Es kann/können insbesondere sowohl ein Schalter für die Koppeleinheit zur Einspeisung des Signals und/oder ein Schalter für die Koppeleinheit zur Detektion des Signals vorgesehen sein.In particular, both a switch for the coupling unit for supplying the signal and / or a switch for the coupling unit for detecting the signal can be provided.

Entsprechend können jeweils mehrere Schalter vorgesehen sein. Bei dem Schalter kann es sich um einen elektronischen Schalter (z. B. Halbleiterschalter: Transistor, FET, IGBT, etc.) oder um einen mechanischen Schalter oder Taster handeln.Accordingly, a plurality of switches can be provided in each case. The switch can be an electronic switch (eg semiconductor switch: transistor, FET, IGBT, etc.) or a mechanical switch or pushbutton.

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass das Bus-System ein zweiadriges Bus-System ist.A next development is that the bus system is a two-wire bus system.

Insbesondere kann jede Leitung des Bus-Systems (z. B. in Form je einer Empfangsleitung und einer Sendeleitung) zwei Adern aufweisen.In particular, each line of the bus system (eg in the form of a respective receive line and a transmit line) can have two wires.

Auch ist es möglich, dass mehrere Leitungen eines Bus-Systems als zwei- oder mehradriges Bus-System eingesetzt werden.It is also possible that several lines of a bus system are used as a two-or multi-core bus system.

Eine Ausgestaltung ist es, dass das Signal mittels eines Abgriffs eines Übertragers auf das differentielle Bus-System eingekoppelt wird und/oder mittels eines Abgriffs eines Übertragers von dem differentiellen Bussystem detektiert wird.An embodiment is that the signal is coupled by means of a tap of a transformer to the differential bus system and / or detected by means of a tap of a transformer of the differential bus system.

Bei einem derartigen Abgriff kann es sich um einen Mittenabgriff eines Übertragers oder Transformators handeln.Such a tap may be a center tap of a transformer or transformer.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass das differentielle Bus-System ein galvanisch getrenntes Bus-System ist.An alternative embodiment is that the differential bus system is a galvanically isolated bus system.

Insbesondere kann die galvanische Trennung durch den Einsatz von (Signal-)Übertragern erreicht werden, wobei ein Übertrager induktiv mit einer Übertragungseinheit des Steuergeräts gekoppelt ist. Hierdurch lassen sich Gleichtakt-Störungen wirkungsvoll unterdrücken. Weiterhin kann die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden.In particular, the galvanic isolation can be achieved by the use of (signal) transformers, wherein a transformer is inductively coupled to a transmission unit of the control unit. This can effectively suppress common-mode noise. Furthermore, the electromagnetic compatibility can be improved.

Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass das Signal ein Aufwecksignal und/oder eine Versorgungsspannung umfasst. A next embodiment is that the signal comprises a wake-up signal and / or a supply voltage.

Auch ist es eine Ausgestaltung, dass das Bus-System ein Ethernet-System (oder diesbezügliche Komponenten) umfasst.It is also an embodiment that the bus system comprises an Ethernet system (or related components).

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Aufwecken und/oder zur Versorgung eines Steuergeräts wie hierin beschrieben.The above object is also achieved by a method for waking and / or supplying a control device as described herein.

Insbesondere wird ein Verfahren angegeben zur Kommunikation eines Steuergeräts mit einem weiteren Steuergerät, wobei das jeweilige Steuergerät insbesondere teilweise die hier beschriebenen Merkmale aufweist.In particular, a method is specified for communicating a control device with a further control device, wherein the respective control device in particular partially has the features described here.

Auch wird zur Lösung der obigen Aufgabe ein Kraftfahrzeug angegeben umfassend mindestens ein Steuergerät gemäß der vorliegenden Beschreibung.Also, to achieve the above object, a motor vehicle is specified comprising at least one control device according to the present description.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.Embodiments of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schaltung zur Übertragung eines Aufwecksignals von einem Steuergerät zu einem anderen Steuergerät über ein galvanisch getrenntes differentielles Bus-System, wobei das Aufwecksignal mittels Dioden auf den Bus eingespeist und mittels Dioden von dem Bus ausgekoppelt wird; 1 a circuit for transmitting a wake-up signal from one controller to another controller via a galvanically isolated differential bus system, wherein the wake-up signal is applied to the bus by means of diodes and coupled by diodes from the bus;

2 zeigt ein Steuergerät, das über eine zweiadrige Leitung mit einem weiteren Steuergerät verbunden ist, wobei ein Signal auf den Bus über einen Mittenabgriff eines Übertragers eingespeist bzw. abgegriffen werden kann; 2 shows a control unit which is connected via a two-wire line to another control unit, wherein a signal can be fed or tapped onto the bus via a center tap of a transformer;

3 eine Erweiterung der in 1 gezeigten Schaltung zur Versorgung eines Steuergeräts durch eine Verkabelung mittels zweier getrennter Adernpaare einmal für den Sendezweig und einmal für den Empfangszweig. 3 an extension of in 1 shown circuit for supplying a control device by a wiring by means of two separate wire pairs once for the transmitting branch and once for the receiving branch.

In einem Kraftfahrzeug kann ein allgemein verfügbarer Masseanschluss für eine Bus-Infrastruktur genutzt werden. Weiterhin besteht in einem Kraftfahrzeug die Möglichkeit, dass sich ein Steuergerät nach einem Aufweckvorgang an eine bestehende Bordnetzversorgung (z. B. an eine 12 V-Bordnetzspannung) schaltet. Ferner kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass möglicherweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzte oder einsetzbare Bus-Systeme aufgrund von Anforderungen an eine Signalintegrität und eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) auf ein differentielles, symmetrisches und/oder gleichstromfreies Übertragungsmedium setzen. Dies kann vorteilhaft bei dem Aufwecken des Steuergeräts bzw. bei dessen Spannungsversorgung berücksichtigt werden.In a motor vehicle, a generally available ground connection can be used for a bus infrastructure. Furthermore, in a motor vehicle it is possible for a control unit to switch to an existing onboard power supply (eg to a 12 V vehicle electrical system voltage) after a wake-up operation. Furthermore, it may be advantageously utilized that bus systems which may or may not be used in a motor vehicle are based on requirements for signal integrity and electromagnetic compatibility (EMC) on a differential, symmetrical and / or DC-free transmission medium. This can be taken into account advantageously in waking up the control device or in its power supply.

Eine galvanische Trennung der Signalleitung von dem Bordnetz kann anhand von Signalübertragern realisiert sein, anhand derer die jeweiligen Busse eine differentielle Übertragung von Signalen gewährleisten. Hierdurch werden Gleichtakt-Störungen eliminiert bzw. wird die EMV verbessert, da sich die Abstrahlung bei differentieller Übertragung durch gegenläufige Signale auf der Leitung reduzieren bzw. eliminieren sollte.A galvanic separation of the signal line from the vehicle electrical system can be realized by means of signal transducers, by means of which the respective buses ensure a differential transmission of signals. This eliminates or improves the common mode noise because the transmission should be reduced or eliminated by differential transmission through opposing signals on the line.

Die hierin vorgeschlagene Lösung erlaubt vorzugsweise eine Aufhebung einer derartigen galvanischen Trennung von dem Bordnetz zur Energieversorgung des Steuergeräts bzw. zur Übertragung eines Aufweck-Signals an das Steuergerät.The solution proposed herein preferably allows a cancellation of such a galvanic isolation from the electrical system for powering the controller or for transmitting a wake-up signal to the controller.

Im Gegensatz zu dem Standard IEEE-802.3af kann hierbei ein (z. B. in dem Kraftfahrzeug) vorhandener Masseanschluss genutzt werden, so dass die Übertragung der Energie auf nur einem Adernpaar ausreicht.In contrast to the IEEE 802.3af standard, in this case a ground connection (eg in the motor vehicle) can be used, so that the transmission of energy to only one pair of wires is sufficient.

Vorzugsweise wird das Adernpaar eingesetzt, um Symmetrievorgaben für differentielle Signalübertragung nicht zu verletzen und somit die Signalintegrität und das EMV Verhalten nicht zu beeinträchtigen.Preferably, the pair of wires is used in order not to violate symmetry requirements for differential signal transmission and thus not to impair the signal integrity and the EMC behavior.

1 zeigt eine Schaltung zur Übertragung eines Aufwecksignals von einem Steuergerät 101 zu einem Steuergerät 102 über ein galvanisch getrenntes differentielles Bus-System, wobei das Aufwecksignal mittels Dioden auf den Bus eingespeist und mittels Dioden von dem Bus ausgekoppelt wird. 1 shows a circuit for transmitting a wake-up signal from a controller 101 to a control unit 102 via a galvanically isolated differential bus system, wherein the wake-up signal is fed by means of diodes on the bus and coupled by means of diodes of the bus.

Eine Übertragungseinheit 109 des Steuergeräts 101 ist mittels eines Übertragers 105 mit einer zweiadrigen RX-Leitung gekoppelt, die über ein Kabel 103 mit dem Steuergerät 102 verbunden ist. In dem Steuergerät 102 ist eine Übertragungseinheit 110 über einen Übertrager 106 mit der zweiadrigen RX-Leitung gekoppelt. A transmission unit 109 of the control unit 101 is by means of a transformer 105 Coupled with a two-wire RX line, via a cable 103 with the control unit 102 connected is. In the control unit 102 is a transmission unit 110 over a transformer 106 coupled with the two-wire RX line.

Das Kabel 103 umfasst weiterhin eine TX-Leitung, die mittels eines Übertragers 107 mit der Übertragungseinheit 109 und mittels eines Übertragers 108 mit der Übertragungseinheit 110 gekoppelt ist.The cable 103 further comprises a TX line, which by means of a transformer 107 with the transmission unit 109 and by means of a transformer 108 with the transmission unit 110 is coupled.

Hierbei sei angemerkt, dass jede Übertragungseinheit 109, 110 über eine Einheit zum Empfangen und zum Senden von Daten verfügen kann. Insbesondere handelt es sich bei der Übertragungseinheit 109, 110 um eine Einheit, die zumindest teilweise eine physikalische Schicht eines Ethernet-Protokolls (”ETH PHY”) umfasst.It should be noted that each transmission unit 109 . 110 have a unit for receiving and sending data. In particular, it is the transfer unit 109 . 110 a unit that at least partially comprises a physical layer of an Ethernet protocol ("ETH PHY").

Das Kabel 103 umfassend die RX-Leitung und die TX-Leitung weist ferner eine Abschirmung 104 auf, die vorzugsweise mit Masse verbunden ist.The cable 103 comprising the RX line and the TX line further comprises a shield 104 on, which is preferably connected to ground.

In dem Steuergerät 101 wird ein Signal 111 über einen Schalter S1 und von dort über je zwei in Reihe geschaltete Dioden an jede der beiden Adern der RX-Leitung gelegt, wobei jeweils die Kathode jeder Diode in Richtung der RX-Leitung zeigt.In the control unit 101 becomes a signal 111 via a switch S1 and from there via two diodes connected in series to each of the two wires of the RX line, the cathode of each diode pointing in the direction of the RX line.

In dem Steuergerät 102 ist jede der zwei Adern der RX-Leitung vor dem Übertrager 106 jeweils mittels zweier in Reihe geschalteter Dioden mit einem Schalter S2 verbunden, der weiter über einen Widerstand RLast mit Masse verbunden ist.In the control unit 102 is each of the two wires of the RX line in front of the transformer 106 each connected by means of two series-connected diodes with a switch S2, which is further connected via a resistor R load to ground.

Die Schaltung gemäß 1 hat den Vorteil, dass die mittels des Signals 111 übertragene Leistung nicht als ein Gleichstromanteil über die Übertrager 105, 106 geführt wird und somit keinen Beitrag zu einer Signalveränderung bzw. zu Sättigungseffekten liefert. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Spulen der Übertrager 105, 106 somit nicht für den über das Signal 111 eingespeisten Strom ausgelegt sein müssen.The circuit according to 1 has the advantage that the means of the signal 111 transmitted power not as a DC component through the transformers 105 . 106 is guided and thus does not contribute to a signal change or saturation effects. Furthermore, it is advantageous that the coils of the transformer 105 . 106 thus not for the over the signal 111 fed electricity must be designed.

Beispielhaft umfasst die Reihenschaltung aus Dioden in 1 je zwei Dioden. Dies ist von Vorteil, da ein Signalpegel bei einer Übertragung mittels Ethernet 100 MB +/– 1 V beträgt und mit zwei Dioden das Signal von der Energieübertragung entkoppelt werden kann.By way of example, the series arrangement of diodes in FIG 1 two diodes each. This is advantageous, since a signal level for Ethernet transmission is 100 MB +/- 1 V and with two diodes the signal can be decoupled from the energy transmission.

Über die Anzahl der Dioden bzw. den Typ der Dioden kann ein zu entkoppelnder Spannungspegel bestimmt werden. Bei einer Silizium-Diode beträgt die typische Durchflussspannung 0,7 V, bei einer Schottky-Diode beträgt die Durchflussspannung 0,3 V. Die Reihenschaltung der Dioden hat auch den Vorteil, dass sich parasitäre Kapazitäten entsprechend verringern.By means of the number of diodes or the type of diodes, a voltage level to be decoupled can be determined. For a silicon diode, the typical forward voltage is 0.7 V, for a Schottky diode, the forward voltage is 0.3 V. The series connection of the diodes also has the advantage that parasitic capacitances reduce accordingly.

Sollte eine andere Spannung auf dem Bus anliegen, kann über die Auswahl der Dioden bzw. deren Anzahl die erforderliche Pegelgrenze eingestellt werden: Beispielsweise können vier Silizium-Dioden vorgesehen sein um einen zu entkoppelnden Spannungspegel von 2,8 V einzustellen bei Ethernet 10 MB TX mit einem Signalpegel von +/–2,5 V.If another voltage is present on the bus, the required level limit can be set by selecting the diodes or their number. For example, four silicon diodes can be provided to set a 2.8 V voltage level to be decoupled for Ethernet 10 MB TX with a signal level of +/- 2.5 V.

Anstelle von Dioden können auch andere Halbleiterelemente eingesetzt werden, z. B. Z-Dioden, Transistoren, Diacs, o. ä.Instead of diodes and other semiconductor elements can be used, for. B. Z-diodes, transistors, diacs, o. Ä.

Die Schaltung gemäß 1 weist zwei Schalter S1 und S2 auf, die folgende Zustände einnehmen können (0: Schalter offen; 1: Schalter geschlossen): S1 S2 Betriebszustand Beschreibung 0 0 Kommunikation zwischen Steuergeräten 101 und 102 Die RX-Busleitung ist ohne Gleichspannungsanteil; es erfolgt lediglich eine geringfügige Beeinflussung der Signale durch die zusätzliche Beschaltung. 0 1 Ruhezustand Das Steuergerät 102 ist in einem ”Power Down”-Zustand und wartet auf ein Aufwecksignal. 1 1 Aufwecksignal bzw. Energieversorgung mittels Signal 111 Der Lastwiderstand RLast wird bestromt, das Steuergerät 102 wird aufgeweckt und/oder mit elektrischer Energie versorgt. 1 0 -/- Übergangszustand; ohne Einfluss. The circuit according to 1 has two switches S1 and S2 which can assume the following states (0: switch open, 1: switch closed): S1 S2 operating condition description 0 0 Communication between ECUs 101 and 102 The RX bus line is without DC voltage component; there is only a slight influence on the signals due to the additional circuitry. 0 1 hibernation The control unit 102 is in a "power down" state waiting for a wake-up signal. 1 1 Wake-up signal or energy supply by means of signal 111 The load resistor R load is energized, the control unit 102 is woken up and / or supplied with electrical energy. 1 0 - / - Transition state; without influence.

Die Schalter S1 und S2 können auch als beliebige elektronische Schalter, insbesondere in Form von Halbleiterbauelementen, ausgeführt sein.The switches S1 and S2 can also be embodied as any electronic switches, in particular in the form of semiconductor components.

Mittels der vorgestellten Schaltung ist es auch möglich, den gewünschten Schaltzustand in einem spannungslosen Zustand zu erreichen. Insbesondere können hierzu vorteilhaft Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, da einerseits die Steuerspannung am Gate nicht direkten Einfluss auf den leitenden Kanal hat und es insbesondere eine typische Eigenschaft eines Feldeffekttransistors ist, selbstleitend oder selbstsperrend zu sein.By means of the presented circuit, it is also possible to achieve the desired switching state in a de-energized state. In particular, field effect transistors can advantageously be used for this purpose, since, on the one hand, the control voltage at the gate does not have direct influence on the conductive channel and, in particular, it is a typical property of a field effect transistor to be self-conducting or self-blocking.

2 zeigt ein Steuergerät 201, das über eine zweiadrige Leitung (Bus) 203 mit einem Steuergerät 202 verbunden ist. 2 shows a control unit 201 connected via a two-wire cable (bus) 203 with a control unit 202 connected is.

Die beiden Steuergerät 201, 202 sind beispielhaft hinsichtlich ihrer Aufweck- bzw. Energieversorgungsfunktionalität symmetrisch bzw. ähnlich aufgebaut.The two control unit 201 . 202 are symmetrical or similar in terms of their wake-up or power supply functionality.

So ist der Bus 203 in dem Steuergerät 201 mittels eines Übertragers UE1 mit einer Übertragungseinheit (nicht gezeigt) des Steuergeräts 201 gekoppelt. Der Übertrager UE1 weist einen Mittenabgriff auf, der einerseits mit einem Schalter S1 und andererseits über einen Widerstand RL1 mit Masse verbunden ist.That's the bus 203 in the control unit 201 by means of a transmitter UE1 with a transmission unit (not shown) of the control unit 201 coupled. The transmitter UE1 has a center tap, which is connected on the one hand to a switch S1 and on the other hand via a resistor R L1 to ground.

Entsprechend ist der Bus 203 in dem Steuergerät 202 mittels eines Übertragers UE2 mit einer Übertragungseinheit (nicht gezeigt) des Steuergeräts 202 gekoppelt. Der Übertrager UE2 weist einen Mittenabgriff auf, der einerseits mit einem Schalter S2 und andererseits über einen Widerstand RL2 mit Masse verbunden ist.Corresponding is the bus 203 in the control unit 202 by means of a transmitter UE2 with a transmission unit (not shown) of the control unit 202 coupled. The transmitter UE2 has a center tap, which is connected on the one hand with a switch S2 and on the other hand via a resistor R L2 to ground.

Anstelle der Dioden gemäß 1 sind in 2 Transformatoren eingesetzt. Der Rückleiter für die Signalisierungsleitung (zum Übertragen des Aufwecksignals und/oder der elektrischen Versorgung) ist die in dem KFZ vorhandene Masse oder GND-Leitung.Instead of the diodes according to 1 are in 2 Transformers used. The return conductor for the signaling line (for transmitting the wake-up signal and / or the electrical supply) is the ground or GND line present in the vehicle.

2 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform, bei der beide Steuergeräte 201 und 202 ein Aufwecksignal US1, US2 übermitteln können. Eine derartige wechselseitige Übermittlung ist entsprechend auch bei einer Ausführungsform in Anlehnung an 1 möglich. 2 shows an example of an embodiment in which both control devices 201 and 202 a wake-up signal U S1 , U S2 can transmit. Such a mutual transmission is accordingly also in one embodiment based on 1 possible.

Weiterhin verzichtet 2 beispielhaft auf die Option, dass durch einen Schalter die Aufweck- bzw. Versorgungsschaltung im Betrieb von dem Bus 203 getrennt werden kann. Prinzipiell ist dies entsprechend der Darstellung gemäß 1 aber auch möglich.Further omitted 2 exemplifies the option that by a switch, the wake-up or supply circuit in operation from the bus 203 can be separated. In principle, this is according to the illustration according to 1 but also possible.

3 zeigt eine Erweiterung der in 1 gezeigten Schaltung zur Versorgung eines Steuergeräts durch eine Verkabelung mittels zweier getrennter Adernpaare einmal für den Sendezweig und einmal für den Empfangszweig. 3 shows an extension of in 1 shown circuit for supplying a control device by a wiring by means of two separate wire pairs once for the transmitting branch and once for the receiving branch.

In 3 ist eine erste Parallelschaltung aus einer Reihenschaltung umfassend eine Diode 303 und eine Diode 309 sowie einer Reihenschaltung umfassend eine Diode 304 und eine Diode 310 mit einem Widerstand 313 verbunden. Der verbleibende Anschluss des Widerstands 313 ist mit einer zweiten Parallelschaltung aus einer Reihenschaltung umfassend eine Diode 311 und eine Diode 305 sowie einer Reihenschaltung umfassend eine Diode 312 und eine Diode 306 verbunden.In 3 is a first parallel connection of a series circuit comprising a diode 303 and a diode 309 and a series circuit comprising a diode 304 and a diode 310 with a resistance 313 connected. The remaining connection of the resistor 313 is connected to a second parallel connection of a series circuit comprising a diode 311 and a diode 305 and a series circuit comprising a diode 312 and a diode 306 connected.

Die Dioden 304 bis 306 und 309 bis 312 zeigen mit ihren Kathoden jeweils in Richtung von der ersten zu der zweiten Parallelschaltung.The diodes 304 to 306 and 309 to 312 show with their cathodes respectively in the direction from the first to the second parallel connection.

Ein Mittenabgriff der Reihenschaltung aus den Dioden 303 und 309 ist mit einer Ader der (zweiadrigen) Leitung 307 und ein Mittenabgriff der Reihenschaltung aus den Dioden 304 und 310 ist mit der anderen Ader der Leitung 307 verbunden.A center tap of the series connection of the diodes 303 and 309 is with one wire of the (two-wire) wire 307 and a center tap of the series connection of the diodes 304 and 310 is with the other vein of the line 307 connected.

Ein Mittenabgriff der Reihenschaltung aus den Dioden 311 und 305 ist mit einer Ader der (zweiadrigen) Leitung 308 und ein Mittenabgriff der Reihenschaltung aus den Dioden 312 und 306 ist mit der anderen Ader der Leitung 308 verbunden.A center tap of the series connection of the diodes 311 and 305 is with one wire of the (two-wire) wire 308 and a center tap of the series connection of the diodes 312 and 306 is with the other vein of the line 308 connected.

Ein Signal 301 (Aufwecksignal und/oder Versorgungssignal) wird an die Anoden der Dioden 303 und 304 der ersten Parallelschaltung gelegt und ein Signal 302 wird an den Kathoden der Dioden 305 und 306 der zweiten Parallelschaltung abgegriffen.A signal 301 (Wake-up signal and / or supply signal) is applied to the anodes of the diodes 303 and 304 the first parallel circuit and a signal 302 is at the cathodes of the diodes 305 and 306 the second parallel circuit tapped.

Die Schaltung gemäß 3 ermöglicht die Einsparung des Massepotentials.The circuit according to 3 enables the saving of the ground potential.

Die hierin vorgestellten Ansätze weisen insbesondere die folgenden Vorteile auf:

  • (a) Eine separate Weckleitung ist nicht notwendig, diese kann vielmehr vollständig entfallen.
  • (b) Es wird keine oder nur eine sehr geringe elektrische Versorgung (Ruhestrom) in dem zu weckenden Steuergerät benötigt.
  • (c) Es kann ein in weiten Grenzen frei wählbarer Strom an einen Verbraucher, insbesondere an ein zu weckendes Steuergerät, geliefert werden.
  • (d) Auf dem Bus selbst muss für den Weckvorgang und/oder die Energieversorgung des Steuergeräts keine Nachrichtenübertragung stattfinden.
  • (e) Ein einzelnes Adernpaar reicht aus, um die vorgestellte Funktionalität des Aufweckens und/oder der Energieversorgung des Steuergeräts bereitzustellen.
  • (f) Anhand einer symmetrischen Anbindung an das Adernpaar wird erreicht, dass in erster Näherung eine Signalsymmetrie nur durch Toleranzen der Bauteile (Diode oder Transformator) beeinflusst wird.
  • (g) Vorzugsweise können bestehende Ethernetkomponenten weiterbenutzt werden. Insbesondere ist die Lösung konform zu bestehenden Standards.
  • (h) Die Anzahl verwendeter Bauelemente ist gering.
  • (i) Insbesondere können mit dem vorgestellten Ansatz eine KFZ-spezifische Infrastruktur sowie besondere Gegebenheiten einer Anwendung in einem KFZ geeignet berücksichtigt werden.
The approaches presented herein have the following advantages in particular:
  • (a) A separate wake-up line is not necessary, but can be completely eliminated.
  • (b) No or only a very small electrical supply (quiescent current) is required in the control unit to be awakened.
  • (c) A power which can be freely selected within wide limits can be supplied to a consumer, in particular to a control unit to be awakened.
  • (d) On the bus itself no message transmission must take place for the wake-up process and / or the power supply of the control unit.
  • (e) A single wire pair is sufficient to provide the presented functionality of waking up and / or powering the controller.
  • (f) By means of a symmetrical connection to the wire pair it is achieved that, to a first approximation, signal symmetry is only influenced by tolerances of the components (diode or transformer).
  • (g) Preferably, existing Ethernet components can continue to be used. In particular, the solution is compliant with existing standards.
  • (h) The number of components used is low.
  • (i) In particular, the proposed approach can be used to properly take account of a vehicle-specific infrastructure and special circumstances of an application in a motor vehicle.

Claims (12)

Steuergerät (101, 102) zur Kommunikation mit einem differentiellen, galvanisch getrennten Bus-System, umfassend – einen Busanschluss für eine ein Adernpaar umfassende Leitung (103) des differentiellen, galvanisch getrennten Bus-Systems, – einen Masseanschluss, – einen Versorgungsspannungsanschluss und – eine Koppeleinheit, welche eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung – zwischen dem Busanschluss und dem Versorgungsspannungsanschluss zur Erzeugung eines Wakeup-Signals über das differentielle Bus-System und/oder – zwischen dem Busanschluss und dem Masseanschluss zum Empfang eines Wakeup-Signals (111) über das differentielle, galvanisch getrennte Bus-System herzustellen.Control unit ( 101 . 102 ) for communication with a differential, galvanically isolated bus system, comprising - a bus connection for a line comprising a pair of wires ( 103 ) of the differential, galvanically isolated bus system, - a ground terminal, - a supply voltage terminal and - a coupling unit, which is set up, an electrical connection - between the bus terminal and the supply voltage terminal for generating a wakeup signal via the differential bus system and / or - between the bus connection and the ground connection for receiving a wake-up signal ( 111 ) via the differential, galvanically isolated bus system. Steuergerät nach Anspruch 1, bei dem das Wakeup-Signal (111) mittels mindestens einer Diode auf das differentielle Bus-System eingekoppelt wird und/oder mittels mindestens einer Diode von dem differentiellen, galvanisch getrennten Bussystem detektiert wird.Control unit according to Claim 1, in which the wakeup signal ( 111 ) is coupled by means of at least one diode to the differential bus system and / or is detected by means of at least one diode of the differential, galvanically isolated bus system. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem das Wakeup-Signal (111) an jede Ader des Bus-Systems eingespeist wird über je eine Diode oder – bei dem das Wakeup-Signal (111) an jede Ader des Bus-Systems eingespeist wird über je eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden.Control unit according to one of the preceding claims, - in which the wakeup signal ( 111 ) is fed to each wire of the bus system via a respective diode or - in which the wakeup signal ( 111 ) is fed to each wire of the bus system via a series connection of at least two diodes. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wakeup-Signal (111) detektiert wird mittels der Koppeleinheit, – bei der je eine Diode mit jeder Ader des Bus-Systems verbunden ist oder – bei der je eine Reihenschaltung umfassend mindestens zwei Dioden mit jeder Ader des Bus-Systems verbunden ist, – wobei die Dioden oder die Reihenschaltungen über einen Detektor mit dem Masseanschluss verbunden sind.Control unit according to one of the preceding claims, in which the wakeup signal ( 111 ) is detected by means of the coupling unit, - in each of which a diode is connected to each wire of the bus system or - in which each a series circuit comprising at least two diodes connected to each wire of the bus system, - wherein the diodes or the series circuits connected via a detector to the ground terminal. Steuergerät nach Anspruch 4, bei dem der Detektor einen Lastwiderstand (RLast) umfasst.A controller according to claim 4, wherein the detector comprises a load resistor (R load ). Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Koppeleinheit eingerichtet ist, mittels eines Schalters (S1, S2) von dem Bus-System getrennt zu werden. Control unit according to one of the preceding claims, in which the coupling unit is set up to be disconnected from the bus system by means of a switch (S1, S2). Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bus-System ein zweiadriges Bus-System ist.Control unit according to one of the preceding claims, in which the bus system is a two-wire bus system. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eingerichtet ist, das Wakeup-Signal (111) mittels eines Abgriffs eines Übertragers (UE1, UE2) auf das differentielle, galvanisch getrennte Bus-System einzukoppeln und/oder das Wakeup-Signal (111) mittels eines Abgriffs eines Übertragers (UE1, UE2) von dem differentiellen, galvanisch getrennten Bussystem zu detektieren.Control device according to one of the preceding claims, which is set up, the wakeup signal ( 111 ) by means of a tap of a transformer (UE1, UE2) to couple the differential, galvanically isolated bus system and / or the wakeup signal ( 111 ) by means of a tap of a transformer (UE1, UE2) from the differential, galvanically isolated bus system. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das differentielle Bus-System abgesehen von der über die Koppeleinheit bzw. Koppeleinheiten herstellbaren elektrischen Verbindung ein galvanisch getrenntes Bus-System ist.Control unit according to one of the preceding claims, in which the differential bus system, apart from the electrical connection which can be produced via the coupling unit or coupling units, is a galvanically separated bus system. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bus-System ein Ethernet-System umfasst.Control unit according to one of the preceding claims, in which the bus system comprises an Ethernet system. Anordnung umfassend – zwei Steuergeräte (101, 102) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und – eine ein Adernpaar umfassende Leitung (103) eines differentiellen, galvanisch getrennten Bus-Systems, welche die Busanschlüsse der zwei Steuergeräte (101, 102) informationstechnisch miteinander verbindet.Arrangement comprising - two control devices ( 101 . 102 ) according to one of the preceding claims and - a line comprising a wire pair ( 103 ) of a differential, galvanically isolated bus system, which the bus terminals of the two control units ( 101 . 102 ) connects information technology with each other. Kraftfahrzeug umfassend mindestens ein Steuergerät (101, 102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eine Anordnung gemäß Anspruch 11.Motor vehicle comprising at least one control unit ( 101 . 102 ) according to one of claims 1 to 10 or an arrangement according to claim 11.
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