DE102009045126A1

DE102009045126A1 - Verfahren und Anordnung zur automatischen Terminierung von Bussystemen

Info

Publication number: DE102009045126A1
Application number: DE102009045126A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rozek
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: DE102009045126B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Terminierung von Bussystemen, die eine fehlerfreie Terminierung und somit eine Verschlechterung der Bussignaleigenschaften ausschließen. Jede in einem Kommunikationsverbund integrierte Einheit besitzt eine Lage erkennende Einheit, die anhand von empfangenen und gesendeten Lage erkennenden Signalen über Randlage oder Innenlage entscheidet und bei Randlage eine Terminierung ausführt. Die Terminierung wird vorzugsweise nur in der Initialisierungsphase aktiviert und bleibt über die Betriebsphase ohne das Vorhandensein von Lage erkennenden Signalen bestehen. Das hat den Vorteil, dass diese Art der automatischen Terminierung auch in störanfälliger Umwelt fehlerfrei ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Terminierung von Bussystemen.
Leitungen, die eine kritische Leitungslänge überschreiten, erfordern aufgrund von Leitungsreflexionen bei Fehlanpassung an den Enden einer Leitung je einen Leitungsabschluss. Bei bekannten technischen Lösungen werden die Leitungsabschlüsse entweder als Leitungsendstücke direkt auf den Enden der Leitungen angebracht oder sind Bestandteil der an den Leitungsenden angeordneten Einheiten. Einheiten, die bei einem Bussystem an einem Leitungsende angeschlossen sind, besitzen dann einen anderen Aufbau als die Einheiten, die in dem Bussystems in der Mitte angeordnet sind, oder die Leitungsabschlüsse sind manuell an- und abschaltbar oder abtrennbar.
Der Nachteil dieser Lösungen liegt darin, dass durch verlorene oder vergessene Abschlusswiderstände oder durch eine vergessene An- oder Abschaltung die technische Zuverlässigkeit reduziert wird. Des Weiteren kann bei zukünftigen Erweiterungen eine notwendige Neuordnung der Leitungsabschlüsse erforderlich sein, was wiederum fehlerbehaftet sein kann.
In EP 0 698 977 A1 ist ein Leitungsabschluss für abschnittsweise verlängerbare Leitungen von Bussystemen offenbart. Die Aufgabe der dort beschriebenen Lösung besteht darin, für abschnittsweise verlängerbare Leitungen Leitungsabschlüsse zu schaffen, die sich automatisch bei einer Verlängerung zuschalten. Gelöst wird dieses gemäß der dort offenbarten Lösung dadurch, dass jeder Komponente eingangs- und ausgangsseitig je ein Verbindungselement, ein Leitungsenddetektor und ein anschaltbarer Leitungsabschluss zugeordnet sind, wobei die Ausgangs- und Eingangsseite über eine interne Innenleitung miteinander verbunden sind. Der sich am Leitungsende befindende Leitungsdetektor detektiert das Leitungsende anhand seiner Nichtbeschaltung. Mit dem Detektieren des Leitungsendes bleibt der Transistorschalter geschlossen, so dass der Leitungsabschluss an der Busleitung angeschaltet ist. Der Nachteil dieser Lösung liegt in der Ausführung der Detektierung des Leitungsendes. Der Leitungsdetektor ist ein Basis-Spannungsteiler des Transistorschalters. Er besteht aus einem Basis-Pull-up Widerstand und einem Verlängerungsleitungswiderstand. Mit länger werdender Verlängerungsleitung nimmt deren Leitungswiderstand zu, so dass der Transistorschalter trotz Besthaltung den Leitungsabschluss nicht abschaltet. Das hat zur Folge, dass die Bussignaleigenschaften durch falsche Terminierung ungünstig beeinflusst sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Terminierung von Bussystemen zuschaffen, die eine fehlerhafte Terminierung und somit eine Verschlechterung der Bussignaleigenschaften ausschließt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung hat jede in einem Kommunikationsverbund integrierte Einheit genau eine Lage erkennende Einheit, die anhand von empfangenen und gesendeten Lage erkennenden Signalen über Randlage oder Innenlage entscheidet und bei Randlage eine Terminierung ausführt. Die Terminierung wird vorzugsweise nur in einer Initialisierungsphase aktiviert und bleibt über die Betriebsphase ohne das Vorhandensein von Lage erkennenden Signalen bestehen. Das hat den Vorteil, dass diese Art der automatischen Terminierung auch in störanfälliger Umwelt fehlerfrei ist.
Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvarianten erläutert. Darin zeigen
1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsvariante der automatischen Terminierung,
2 ein Blockschaltbild einer Vollduplex-Ausführungsvariante der automatischen Terminierung, und
3 ein Blockschaltbild einer Halbduplex-Ausführungsvariante der automatischen Terminierung.
In der 1 sind drei in einem Kommunikationsverbund integrierte Einheiten E11, E12 und E13 dargestellt. Jede dieser Einheiten enthält als Teil ihres CAN-High Speed-Businterfaces die D-Subbuchse 11 und den D-Substecker 12, einen zur automatischen Terminierung an- und abschaltbaren Leitungsabschlusswiderstand R_LA und eine Lage erkennende Einheit 13.
Die Eingänge I1, I2 der Lage erkennenden Einheit sind je mit dem Mittenabgriff eines Widerstandsteilers R1/R2 verbunden. Die Einheit 13 ist nicht nur eine Lage erkennende Einheit sondern auch eine einen Leitungsabschluss steuernde An- und Abschalt-Einheit, so dass ihr Steuerausgang A1 über den Schalter S je nach erkannter Innen- oder Randlage den Leitungsabschluss R_LA abschaltet oder anschaltet.
Die anderen Pole der Widerstände R1, R2 des Widerstandsteilers R1/R2 sind zum einen an die D-Subbuchse 11 zur Erfassung eines Lage erkennenden Signals der im Kommunikationsverbund vorangehenden Einheit LESH und zum anderen an den D-Substecker 12 zur Erfassung eines Lage erkennenden Signals der im Kommunikationsverbund nachfolgenden Einheit LESR geführt. Die Busleitungen des CAN-High Speed-Bussystems werden über die zwei D-Subbuchsen jeder im Kommunikationsverbund integrierten Einheit E11, E12 und E13 geführt. Nicht dargestellte CAN-Buscontroller der Einheiten E11, E12, E13 stehen über ihre CAN-Busschnittstellen mit den Busleitungen zwischen der D-Subbuchse 11 und dem D-Substecker 12 einer Einheit in Verbindung. Die Einheiten E11, E12 und E13 können direkt über die D-Subbuchsen und D-Substecker oder, wie in 1 dargestellt, über erweiterte, geschirmte CAN-Kabel 14 verbunden sein. Busseitig bildet der Kommunikationsverbund eine Buslinientopologie. Der Schirm jedes CAN-Kabels wird über die Buchsen- oder Steckerstifte des CAN's geführt und somit über die Buslinie geschlossen gehalten. Die Erweiterungen des CAN-Kabels betreffen zwei Leitungen zur Vollduplex-Übertragung der Lage erkennenden Signale LESH und LESR. Die D-Subbuchse 11 der Einheit E11 ist mit V1 und GND1 beschaltet.
Vorzugsweise ist die Lage erkennende Einheit 13 im CAN-Buscontroller implementiert.
Jede im Kommunikationsverbund integrierte nachfolgende Einheit E12 und E13 sendet das Lage erkennende Signal LESR über die D-Subbuchse 11 an die vorangehende Einheit und das Lage erkennende Signal LESR über den D-Substecker 12 an die nachfolgende Einheit des Kommunikationsverbundes. In der ersten Ausführungsvariante sind die Lage erkennenden Signale Betriebsspannungspegel, die durch die Widerstandsteiler an den Empfangspegel der Lage erkennenden Einheit 13 angepasst sind. Jede Lage erkennende Einheit 13 prüft, ob an den Eingängen I1 und I2 High anliegt. Sind beide Eingänge High, so erkennt sich die Einheit 13 als innen liegende Einheit. Sie belässt ihren Ausgang A1 im inaktiven Zustand, so dass der Schalter S geöffnet bleibt. Ist einer der beiden Eingänge I1 oder I2 Low, so erkennt sich die Einheit 13 als eine in Randlage liegende Einheit. Sie setzt den Ausgang A1 aktiv, so dass der Schalter S den Leitungsabschluss R_LA zur Terminierung an die Busleitungen CANH und CANL schaltet.
2 zeigt ebenfalls drei in einem Kommunikationsverbund integrierte Einheiten E21, E22 und E23. Die Einheiten E21, E22 und E23 sind zum einen über je einen Bussteckverbinder an die CAN-High-Speed-Buslinie B2 geschaltet. In unmittelbarer Nähe der Bussteckverbinder ist auf jeder Einheit E21, E22, E23 ein Leitungsabschluss R_LA zur Terminierung der Buslinie angeordnet. Zur automatischen Terminierung des jeweiligen Leitungsabschlusses wird R_LA über einen Schalter S an die Busleitungen CANH und CANL geschaltet oder von den Busleitungen getrennt. Jede an der Buslinie angeschaltete Einheit, d. h. jede im Kommunikationsverbund integrierte Einheit E21, E22, E23 enthält eine Lage erkennende Einheit 23 und einen nicht-dargestellten CAN-Controller. Alle Lage erkennenden Einheiten 23 sind über die Transmitter/Receiver-Module 21, 22 und Vollduplex-Verbindungen 24 in Serie geschaltet.
In sehr störanfälligen Umgebungen ist es von Vorteil, dass die Transmitter der Transmitter/Receiver-Module 21, 22 elektrisch/optische und die Receiver der Transmitter/Receiver-Module 21, 22 optisch/elektrische sind.
Die Vollduplex-LWL-Verbindungen 24 sind in einen vom Busanfang zum Busende hinlaufenden Kanal 24_H und in einen zurücklaufenden Kanal 24_R aufgeteilt.
Jede Lage erkennende Einheit 23 setzt als erstes an ihren Ausgängen A1 und A2 als Lage erkennende Signale LESH_A und LESR_A je eine Kennung, die über die Transmitter der Transmitter/Receiver-Module 21, 22 zur vorangehenden und nachfolgenden Einheit E21, E22, E23 ausgesandt werden. Jede Lage erkennende Einheit 23 prüft, ob an den Eingängen I1 und I2 die Lage erkennenden Signale LESH_I und LESR_I die Kennung besitzt. Liegt an beiden Eingängen die jeweiligen Kennungen vor, so erkennt sich die Lage erkennende Einheit 23 als innen liegende Einheit. Sie belässt ihren Ausgang A3 im inaktiven Zustand, so dass der Schalter S geöffnet bleibt. Ist eine Kennung auf LESH_I und LESR_I nicht vorhanden, so erkennt sich die Lage erkennende Einheit 23 als eine in Randlage liegende Einheit. Sie setzt den Ausgang A3 aktiv und schaltet über den Schalter S den Leitungsabschluss R_LA zur Terminierung an die Busleitungen CANH und CANL.
In einer weiteren Ausführungsvariante setzt in einem ersten Zeitabschnitt jede Lage erkennende Einheit 23 ihre Ausgänge A1 und A2 als Lage erkennendes Signal LESH_A und LESR_A aktiv, so dass auf den LWL 24_H und LWL 24_R Licht ausgesandt wird (Lichtsendung = aktive Lagekennung). Jede Lage erkennende Einheit 23 prüft, ob: nur eines der Lage erkennenden Signale LESH_I und LESR_I an den Eingängen I1, I2 inaktiv ist (Kein Lichtempfang = Inaktivzustand). Liegt an einem Eingang I1, I2 der inaktive Zustand vor, so sendet sie in einem zweiten Zeitabschnitt als Kennung den Zählwert = 1 an den zum inaktiven Eingang zugeordneten Ausgang aus. Dieser Zählwert wird von der nachfolgenden Einheit E22 empfangen, um eins erhöht und zur nachfolgenden Einheit gesendet. Nach Abschluss des zweiten Zeitabschnitts besitzen die Einheiten E21 die Zählwerte (1,3), E22 die Zählwerte (2,2) und E23 die Zählwerte (3,1). Jede Lage erkennende Einheit 23, deren Zählwerte ungleich dem Anfangszählwert 1 sind, ist innen liegende Einheit und jede Einheit 23, die einen Zählwert gleich 1 besitzt, ist eine Einheit in der Randlage. Die Stellung des Zählwertes (1,3) (3,1) gibt damit Auskunft über die Anfangs- oder Ende-Randlage. Beide Randlageneinheiten schalten den Busabschluss R_LA an die Busleitungen und bei allen in Innenlage liegenden Einheiten sind die Leitungsabschlüsse von den Busleitungen getrennt. Eine Anschaltung eines innen liegenden Leitungsabschluss ist ausgeschlossen, da bei fehlendem Zählwert die Lage erkennenden Einheiten ihren Leitungsabschluss deaktivieren.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Halbduplex-Ausführungsvariante. Dargestellt sind die drei in einem Kommunikationsverbund integrierten Einheiten E31, E32 und E33. Die Einheiten E31, E32 und E33 sind zum einen über je einen Bussteckverbinder an die CAN-High-Speed-Buslinie B3 geschaltet. In unmittelbarer Nähe der Bussteckverbinder ist auf jeder Einheit E31, E32, E33 ein Leitungsabschluss R_LA zur Terminierung der Buslinie angeordnet. Zur automatischen Terminierung des jeweiligen Leitungsabschlusses wird R_LA über den Schalter S an die Busleitungen CANH und CANL geschaltet oder von den Busleitungen getrennt. Jede an der Buslinie angeschaltete Einheit, d. h. jede im Kommunikationsverbund integrierte Einheit E31, E32, E33 enthält eine Lage erkennende Einheit 33 und einen nicht-dargestellten CAN-Cntroller. Alle Lage erkennenden Einheiten 33 sind über die Eingangs- und Ausgangskombination I1/A2 und I2/A1 an das Interface 31 (LESH_R) und das Interface 32 (LESH_R) geschalten. Die Lage erkennenden Einheiten 33 der im Kommunikationsverbund integrierten Einheiten E31, E32 und E33 sind über einen bidirektionalen Kanal 34 in Serie geschaltet.
Alle Lage erkennende Einheiten 33 senden in einem ersten Zeitabschnitt an ihre Ausgänge A1 eine Kennung als Lage erkennendes Signal. Jede Einheit 33 erfasst in einem zweiten Zeitabschnitt an den Eingängen die Kennung. Liegt keine Kennung am Eingang, so liegt die Einheit 33 in der Randlage. Nach Wegnahme der Kennung an den Ausgängen A1 wird in einem weiteren Zeitabschnitt eine Kennung an die Ausgängen A2 als Lage erkennendes Signal ausgesandt. Jede Lage erkennende Einheit 33 prüft am Eingang I2, ob eine Kennung vorliegt. Liegt keine Kennung vor, so liegt die Einheit 33 in der Randlage. Jede in der Randlage liegende Einheit schaltet ihren Steuerausgang A3 aktiv und schaltet den Abschlusswiderstand an die Busleitungen.
Mit der Erfindung ist eine automatische Terminierung realisiert, die fehlerhafte Terminierungen und somit eine Verschlechterung der Bussignaleigenschaften ausschließt. Ein Vorteil der erfinderischen Lösung besteht darin, dass jede an ein Bussystem angeschaltete Einheit nur eine Lage erkennende Einheit besitzt, die anhand von empfangenen und gesendeten Lage erkennenden Signalen über Randlage oder Innenlage entscheidet und bei Randlage eine Terminierung ausführt. Die Terminierung wird vorzugsweise nur in der Initialisierungsphase aktiviert und bleibt über die Betriebsphase ohne das Vorhandensein von Lage erkennenden Signalen bestehen. Das hat gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf eine automatische Terminierung den Vorteil, dass diese Art der automatischen Terminierung auch in störanfälliger Betriebumgebung fehlerfrei ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0698977 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur automatischen Terminierung von Bussystemen, dadurch gekennzeichnet, – dass die Lage einer in einem Kommunikationsverbund integrierten Einheit von einer Lage erkennenden Einheit anhand von mindestens einem Lage erkennenden Signal ermittelt wird, – dass die Innenlage einer in einem Kommunikationsverbund integrierten Einheit von ihrer Lage erkennenden Einheit anhand von mindestens einem, von der im Kommunikationsverbund nachfolgenden Einheit ausgesandten Lage erkennenden Signal und einem von der im Kommunikationsverbund vorangehenden Einheit ausgesandten Lage erkennenden Signal erkannt wird, und bei aktiven Lage erkennenden Signalen alle auf der Einheit angeschalteten Leitungsabschlüsse abgeschaltet werden, und – dass die Randlage einer in einem Kommunikationsverbund integrierten Einheit von ihrer Lage erkennenden Einheit anhand von mindestens einem von einer im Kommunikationsverbund integrierten Einheit ausgesandten Lage erkennenden Signal und dem Nichtvorhandensein eines weiteren Lage erkennenden Signals festgestellt wird, und bei aktivem Lage erkennenden Signal und Nichtvorhandensein des weiteren Lage erkennenden Signals seine abgeschalteten Leitungsabschlüsse anschaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede im Kommunikationsverbund integrierte nachfolgende Einheit ein von der vorangehenden Einheit bereitgestelltes Signal als Lage erkennendes Signal an die vorangehende Einheit oder jede im Kommunikationsverbund integrierte vorangehende Einheit ein von der nachfolgenden Einheit bereitgestelltes Signal als Lage erkennendes Signal an die nachfolgende Einheit zurücksendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lage erkennende Signal oder die Lage erkennenden Signale von einem Spannungsversorgungssignal der im Kommunikationsverbund integrierten Einheit abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lage erkennende Signal für die nachfolgende Lage erkennende Einheit oder die vorangehende Lage erkennende Einheit von der Randlage erkennenden Einheit oder dass die Lage erkennenden Signale für die nachfolgende Lage erkennende Einheit und für die vorangehende Lage erkennende Einheit von der dazwischen liegenden Lage erkennenden Einheit bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lage erkennende Einheit in Richtung der vorangehenden Einheit und in Richtung der nachfolgenden Einheit mindestens ein Lage erkennendes Signal aussendet und anhand der erwarteten Lage erkennenden Signalantworten auf seine Lage im Kommunikationsverbund schließt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Randlagen erkennenden Einheiten je eine Kennung als Lage erkennende Signale an die Innenlage erkennenden Einheiten senden, die die Kennungen unverändert oder verändert zur jeweils anderen Randlage erkennenden Einheit übertragen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kennung ein Zählwert ist, wobei der Zählwert von jeder Lage erkennenden Einheit um ein vorgegebenes Inkrement erhöht wird.
Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede in einem Kommunikationsverbund integrierte Einheit nur eine Lage erkennende Einheit, mindestens ein Businterface, einen an- und abschaltbaren Leitungsabschluss oder je Busleitung einen an- und abschaltbaren Leitungsabschluss enthält, wobei die in einem Kommunikationsverbund integrierten Einheiten in Bezug auf die Lageerkennung in Serie geschaltet sind.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage erkennende Einheit und die den Leitungsabschluss steuernde An- und Abschalt-Einheit ein Mikrokontroller ist.
Anordnung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass Vollduplex- oder Halbduplex-Verbindungen vorhanden sind, über die die Lage erkennenden Signale zwischen den Lage erkennenden Einheiten übertragen werden.