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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten über eine differentielle Datenleitung, die mit einem Gleichspannungsanteil behaftet ist, insbesondere im Rahmen einer Fahrzeugkommunikation, zwischen einem Sendekoppler und einem Empfangskoppler.
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Sende- bzw. Empfangskoppler sind Bestandteil jeweiliger Sende- und/oder Empfangseinheiten. Derartige Einheiten werden auch als Transceiver bezeichnet. Eingangsanschlüsse des Sendekopplers und Ausgangsanschlüsse des Empfangskopplers sind über eine Übertragungsleitung mit zwei Leitern miteinander verbunden, über die ein Signal zwischen einem Sendekoppler und dem Empfangskoppler übertragbar ist, wobei die beiden Leitungen jeweils im Sendekoppler und Empfangskoppler über eine Abschluss-Widerstandsanordnung miteinander gekoppelt sind.
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Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in Kraftfahrzeugen in gemäß dem CAN-, Flexray- oder RS-485-Standard ausgebildeten Bussen eingesetzt. Die Anordnung kann ebenso in Flugzeugen, im Anlagenbau, in der Automatisierungstechnik oder in der Medizintechnik zum Einsatz kommen. Sendekoppler und Empfangskoppler bzw. deren Transceiver werden über separate Leitungen mit Spannung versorgt. Dabei werden die Spannungsversorgungsleitungen als auch die Datenleitungen parallel zueinander verlegt. Die hieraus gebildeten Kabelstränge in einem Fahrzeug können eine erhebliche Dicke erreichen, so dass die Verlegung an manchen Stellen des Kraftfahrzeugs mit Problemen verbunden ist. Solche Stellen sind beispielsweise Steuergeräte im Dach eines Fahrzeugs, wobei der Kabelstrang z. B. entlang der A-Säule geführt wird. Ebenso problematisch sind an den empfangenden Transceiver angeschlossene Steuergeräte in Türen oder Klappen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit zwei kommunikativ miteinander gekoppelten Geräten funktional und/oder baulich verbessert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung werden Daten im Rahmen einer Buskommunikation, insbesondere einer Fahrzeugkommunikation; zwischen einem Sendekoppler und einem Empfangskoppler übertragen. Sendekoppler und Empfangskoppler können Teil jeweiliger Sende- und/oder Empfangseinheiten (sog. Transceiver) sein. Der Sende- und der Empfangskoppler können jedoch auch eine von dem jeweiligen Transceiver eigenständige Einheit darstellen.
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Eingangsanschlüsse des Sendekopplers und Ausgangsanschlüsse des Empfangskopplers sind über eine Übertragungsleitung mit zwei Leitern miteinander verbunden. Die zwei Leiter der Übertragungsleitung können beispielsweise miteinander verdrillt sein. Derartige Leitungen werden als Twisted-Pair-Leitungen bezeichnet.
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Über die zwei Leiter der Übertragungsleitung ist ein Differenzsignal mit einem Gleichspannungsanteil zwischen dem Sendekoppler und dem Empfangskoppler übertragbar. Hierbei erfolgt eine dem Fachmann bekannte symmetrische Signalübertragung, bei der komplementäre Signale auf die beiden Leiter der Übertragungsleitungen gelegt werden. Eine Information wird durch die Polarität einer Differenzspannung und nicht durch den absoluten Wert des Pegels charakterisiert. Ein Störimpuls bewirkt lediglich eine Gleichtaktaussteuerung, welche sich jedoch nicht störend bemerkbar macht.
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Die beiden Leitungen sind jeweils im Sendekoppler und im Empfangskoppler über eine Abschluss-Widerstandsanordnung miteinander gekoppelt. Eine solche Abschluss-Widerstandsanordnung wird als Terminierung bezeichnet und ist im einfachsten Fall durch einen singulären Widerstand gebildet.
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Es ist dabei vorgesehen, dass eine erste der beiden Leitungen über einen jeweiligen Kondensator mit der Abschluss-Widerstandsanordnung des Sendekopplers und des Empfangskopplers kapazitiv gekoppelt ist. Hierdurch wird die erste Leitung an beiden Seiten (d. h. auf Seiten des Sende- und des Empfangskopplers) jeweils mit einem Kondensator gleichstrommässig abgetrennt.
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Weiter ist die erste kapazitiv gekoppelte Leitung auf Seiten des Sendekopplers und des Empfangskopplers über eine jeweilige erste Induktivität mit einem der ersten kapazitiv gekoppelten Leitung zugeordneten Leistungsanschluss gekoppelt. Dadurch wird die über die Kondensatoren abgetrennte erste Leitung beidseitig über eine Induktivität angebunden.
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Hierdurch ist es möglich, über die Übertragungsleitung nicht nur Datensignale, sondern auch die für den Empfangskoppler und die an diesen angeschlossenen weiteren Komponenten erforderliche Stromversorgung bereitzustellen. Damit ist es möglich, die ursprünglich zwischen der sendenden und der empfangenden Einheit zusätzlichen Stromversorgungsleitungen einzusparen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil einer einfacheren Montage sowie einer Gewichtsreduzierung durch den Entfall der für die Stromübertragung bislang erforderlichen Kabel.
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Bei der oben beschriebenen Vorrichtung kann ein Wechselstrom-Kommunikationssignal über die mit dem ersten Kondensator gekoppelte Leitung übertragen werden. Über den anderen Leiter der Übertragungsleiter wird hingegen in bekannter Weise ein Gleichstrom-Kommunikationssignal übertragen. Der Kondensator, welcher jeweils im Sendekoppler und im Empfangskoppler vorgesehen ist, dient der Gleichstrom-Entkopplung. Die erste Induktivität, welche ebenfalls im Sendekoppler und im Empfangskoppler vorgesehen ist, ermöglicht die Wechselstromsignalübertragung sowie die Einspeisung eines Stroms in den Sendekoppler, welcher über die dort ebenfalls vorgesehene erste Induktivität zur Versorgung des Empfangskopplers und der daran angeschlossenen Einheiten entnommen werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist eine zweite der beiden Leitungen über einen jeweiligen zweiten Kondensator mit der Abschluss-Widerstandsanordnung des Sendekopplers und des Empfangskopplers kapazitiv gekoppelt. Die zweite kapazitiv gekoppelte Leitung ist auf Seiten des Sendekopplers und des Empfangskopplers über eine jeweilige zweite Induktivität mit einem, der zweiten kapazitiv gekoppelten Leitung zugeordneten zweiten Leistungsanschluss gekoppelt. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt auch über den zweiten Leiter der Übertragungsleitung eine gleichzeitige Übertragung eines Wechselstrom-Kommunikationssignals und einer Stromversorgung. Dabei können die über die beiden Leiter übertragenen Versorgungsspannungen eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn auf Seiten des Empfängers (welcher neben dem Empfangskoppler einen Transceiver und eine daran weiter angeschlossene Komponente, wie z. B. ein Steuergerät, umfasst) Komponenten mit unterschiedlichen Spannungen zu versorgen sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Induktivität an ihrem, mit dem ersten Leistungsanschluss gekoppelten Ende über einen ersten Entkoppelkondensator mit einem Bezugspotential gekoppelt. Der Entkoppelkondensator dient als Energiereservoir, falls auf Seiten des Empfängers bestimmte Betriebszustände einen zu hohen Impuls-Stromverbrauch nach sich ziehen. Hierdurch kann eine Dynamik des Empfängers zumindest teilweise durch den Entkoppelkondensator kompensiert werden.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die zweite Induktivität an ihrem, mit dem zweiten Leistungsanschluss gekoppelten, Ende über einen zweiten Entkoppelkondensator mit dem Bezugspotential gekoppelt ist. In einem Kraftfahrzeug wird als Bezugspotential das Potential der Karosserie des Fahrzeugs typischerweise verwendet.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Abschluss-Widerstandsanordnung Mittel zur Einstellung des Gleichspannungsanteils. Im einfachsten Fall umfasst die Abschluss-Widerstandsanordnung einen einzigen Widerstand.
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In einer ersten Alternative, bei der die Vorrichtung insbesondere in einem gemäß dem Standard Flexray ausgebildeten Datenübertragungssystem zum Einsatz kommen kann, umfasst die Abschluss-Widerstandsanordnung einen Spannungsteiler und eine, mit ihrem ersten Anschluss mit dem Knotenpunkt des Spannungsteilers gekoppelte, Spannungsquelle, welche mit ihrem zweiten Anschluss mit dem Bezugspotential verbunden ist.
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In einer Vorrichtung, die in einer Datenübertragungseinrichtung gemäß dem Standard CAN zum Einsatz kommt, umfasst die Abschluss-Widerstandsanordnung demgegenüber einen Spannungsteiler, dessen Knotenpunkt mit einem gegen Bezugspotential geschalteten Kondensator gekoppelt ist. Der Kondensator kann auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen sein und dient zur Spannungsstabilisierung. Eine solche Abschluss-Widerstandsanordnung wird typischerweise als Terminierung eines CAN-Busses verwendet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein erster Hauptanschluss des Spannungsteilers mit dem Eingangsanschluss des ersten Leiters und über ein erstes Spannungsstabilisationsmittel mit dem Bezugspotential gekoppelt. Weiter ist ein zweiter Hauptanschluss des Spannungsteilers mit dem Eingangsanschluss des zweiten Leiters gekoppelt. Alternativ kann der zweite Hauptanschluss des Spannungsteilers über ein zweites Spannungsstabilisationsmittel mit dem Bezugspotential gekoppelt sein. Das erste und/oder das zweite Spannungsstabilisationsmittel können eine erste bzw. zweite Spannungsquelle und eine erste bzw. zweite Diode umfassen, welche seriell miteinander verschaltet sind. Durch das bzw. die Spannungsstabilisationsmittel kann sichergestellt werden, dass eine Spannungsvariation aufgrund der Aufladung des mit dem betreffenden Leiter der Übertragungsleitung gekoppelten ersten Kondensators definiert eliminiert werden kann. Die Diode sorgt dafür, dass die Spannung nicht über die durch den mit dem Knotenpunkt des Spannungsteilers gekoppelte Kondensatorspannung geht. Stattdessen wird ein entsprechender Strom über die Spannungsquelle abgeleitet.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist in dem Empfangskoppler eine Induktivität vorgesehen, welche zwischen einer der zugeordneten Leitungen und dem nicht mit dem Knotenpunkt des Spannungsteilers verbundenen Ende der Spannungsquelle oder des Kondensators verbunden ist. Hierdurch kann eine Verfälschung des Gleichspannungsanteils durch die Induktivitäten, die für die Leistungsübertragung benötigt werden, eliminiert werden.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist in dem Empfangskoppler ein Kondensator vorgesehen, welcher zwischen dem nicht mit dem Knotenpunkt des Spannungsteilers verbundenen Ende der Spannungsquelle oder des Kondensators und einem Knotenpunkt eines Bezugspotentialanschlusses und der für die Leistungsübertragung in dem Empfangskoppler vorgesehene Induktivität verbunden ist. Dies bewirkt die Elimination von Störungen, die durch eine pulsierende Stromaufnahme einer mit dem Empfangskoppler gekoppelten Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät, hervorgerufen sein können.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die Übertragungsleitung als Bus ausgebildet sein, an den eine vorgegebene Anzahl an Sendern und/oder Empfängern angeschlossen ist. Sind in den jeweiligen Sendern und/oder Empfängern (allg. Knoten) die oben beschriebenen Komponenten vorgesehen, so ist mit einer Einspeisung für die Stromversorgung die Versorgung mehrerer Knoten möglich. Die Einspeisung kann wahlweise bei einem Empfänger oder einem Sender erfolgen. Grundsätzlich können alle Knoten Sender und Empfänger sein, wodurch eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 einen beispielhaften Signalverlauf eines über zwei Leiter einer Übertragungsleitung übertragenen Gleichspannungssignals mit einem jeweiligen Gleichspannungsanteil, wie dies über einen Bus gemäß Flexray übertragen wird,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der über einen Leiter der Übertragungsleitung eine Gleichspannung zur Stromversorgung daran angeschlossener Komponenten übertragen werden kann,
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3 ein Bussystem mit beispielhaft drei gemäß 2 ausgebildeten Vorrichtungen, wobei über eine der Vorrichtung Strom in die Übertragungsleitung eingespeist wird, über den die anderen Vorrichtungen versorgt werden,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2, bei der eine modifizierte Abschluss-Widerstandsanordnung vorgesehen ist,
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der über beide Leiter der Übertragungsleitung eine Versorgungsspannung übertragbar ist,
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6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der einer der beiden Leiter der Übertragungsleitung als Rückleiter verwendet werden kann,
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7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der in einem Empfangskoppler Mittel zur Elimination von Störungen aufgrund eines Stromverbrauchers vorgesehen sind,
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8 den beispielhaften Signalverlauf eines über einen CAN-Bus übertragenen Differenzsignals,
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9 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer weiter modifizierten Abschluss-Widerstandsanordnung,
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10 ein siebtes Ausführungsbeispiel, bei der über beide Leiter der Übertragungsleitung eine Versorgungsspannung übertragbar ist,
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11 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der einer der beiden Leiter der Übertragungsleitung als Rückleiter der Versorgung verwendbar ist, und
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12 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der in einem Empfangskoppler ein Mittel zur Elimination von Störungen des Stromverbrauchers vorgesehen ist.
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Die Datenübertragung mittels eines Differenzsignals mit einem Gleichspannungsanteil ist beispielsweise bei den Datenübertragungsstandards RS-485, CAN (Controller Area Network) oder Flexray vorgesehen. Diese Art der Datenübertragung erlaubt eine gute Performanz bei gleichzeitig einfacher und kostengünstiger Realisierung der für die Übertragung benötigten Komponenten. Auf Seiten eines Senders ist ein Sendekoppler, auf Seiten eines Empfängers ein Empfangskoppler vorzusehen, welche über eine Übertragungsleitung mit zwei Leitern miteinander verbunden sind. Der Sendekoppler kann Teil einer Sende-/Empfangseinheit des Senders, der Empfangskoppler Teil einer entsprechenden Sende-/Empfangseinheit des Empfängers sein. Derartige Sende-/Empfangseinheiten werden als Transceiver bezeichnet. Eine derartige Architektur wird aufgrund ihrer hohen Robustheit gegenüber Störungen beispielsweise für lokal an unterschiedlichen Orten angeordnete Sensoren bzw. Steuergeräte eines Fahrzeugs eingesetzt.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zum Übertragen von Daten im Rahmen einer Buskommunikation zwischen einem jeweiligen Sendekoppler und einem Empfangskoppler ermöglichen die gleichzeitige Übertragung von Leistung und Daten über das gleiche Paar an Leitern der Übertragungsleitung. Insbesondere kann hierdurch die Notwendigkeit separater Versorgungsleitungen eliminiert werden.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele könnten in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, im Anlagenbau, in der Automatisierungstechnik oder in der Medizintechnik zum Einsatz kommen. Lediglich zum Zwecke der Illustration beziehen sich die nachfolgend beschriebenen Beispiele auf eine Anwendung in Fahrzeugen.
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Prinzipiell ist die Übertragung von Leistung über Datenkabel aus dem Umfeld von Fernsehanwendungen und Computern bekannt. Bei diesen Anwendungen wird jedoch kein Differenzsignal mit einem Gleichspannungsanteil zwischen einem Sendekoppler und einem Empfangskoppler übertragen, so dass sich die entsprechenden Koppler in ihrem Aufbau grundsätzlich unterscheiden und die von den bekannten Anwendungen bekannten Schaltungen nicht ohne weiteres auf den oben beschriebenen Anwendungsfall übertragen lassen. Dies liegt insbesondere daran, dass der Gleichspannungsanteil aufgrund der Verwendung von Kondensatoren oder Transformatoren in den jeweiligen Kopplern verloren gehen würde, wodurch die Datenübertragungsprotokolle der oben genannten Bussysteme nicht mehr arbeiten könnten.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf den Datenübertragungsstandard gemäß Flexray (1 bis 7) sowie den Datenübertragungsstandard eines CAN-Busses (8 bis 12).
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Ein dem Fachmann bekanntes Beispiel eines über einen Flexray-Bus übertragenen Differenzsignals ist exemplarisch in 1 dargestellt. Dabei „pendeln” die an Eingangsanschlüssen BN und BP des Sendekopplers angelegten Signale um einen Gleichspannungsanteil von beispielhaft 2,5 V. Da dem Fachmann der Verlauf und die Auswertung des in 1 gezeigten Differenzsignals hinreichend bekannt ist, wird an dieser Stelle auf eine eingehendere Beschreibung verzichtet.
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Die in den 2 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele sind in der Lage, zusätzlich zu dem in 1 dargestellten Differenzsignal mit einem Gleichspannungsanteil gleichzeitig über wenigstens einen Leiter der Übertragungsleitung eine Versorgungsspannung zu übertragen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel dargestellt sind ein Sendekoppler TxC und ein Empfangskoppler RxC. Diese sind über eine Übertragungsleitung TL zum Austausch von Daten miteinander verbunden. Die Übertragungsleitung TL besteht aus zwei Leitern TL1, TL2. Diese sind üblicherweise entgegen der zeichnerischen Darstellung miteinander verdrillt. Die Leiter bzw. Kabel TL1, TL2 sind im Sendekoppler TxC und im Empfangskoppler RxC über eine jeweilige Abschluss-Widerstandsanordnung miteinander gekoppelt. Hierzu ist im Sendekoppler TxC ein Widerstand R1, im Empfangskoppler RxC ein Widerstand R2 vorgesehen. Mit den Klemmen des Widerstands R1 bzw. der Abschluss-Widerstandsanordnung der Übertragungsleitung TL sind Eingangsanschlüsse BP und BN verbunden. Ausgangsanschlüsse BP1, BN1 sind mit den Klemmen des Widerstands R2 bzw. der Abschluss-Widerstandsanordnung des Empfangskopplers RxC verbunden.
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Die Abschluss-Widerstandsanordnungen des Sende- und Empfangskopplers sind derart dimensioniert, dass diese an die Impedanz der Übertragungsleitung TL angepasst sind und die Transceiver, welche an die Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse BP, BN bzw. BP1, BN1 angeschlossen sind, eine gleichzeitige hohe Impedanz bezüglich des Bezugspotentials aufweisen, so dass der hierdurch bedingte DC-Offset (Gleichspannungsanteil) aufgrund eines Spannungsabfalls über der Abschluss-Widerstandanordnung klein ist.
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An die Eingangsanschlüsse BP, BN wird das in 1 dargestellte Signal angelegt.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Leiter TL1 über einen Kondensator C1 kapazitiv mit dem Eingangsanschluss BN gekoppelt. Korrespondierend hierzu koppelt der Kondensator C2 den Leiter TL1 mit dem Ausgangsanschluss BN1. Eine Leistung kann über die kapazitiv gekoppelte Leitung der Übertragungsleitung TL übertragen werden. Dabei wird über die kapazitiv gekoppelte Leitung TL1 ein Wechselstrom-Kommunikatinossignal übertragen, da aufgrund der Kondensatoren C1 und C2, welche Gleichspannungsentkopplungselemente darstellen, ein Gleichstrom-Kommunikationssignal blockiert wird. Die Einspeisung einer Versorgungsspannung (DC Power) erfolgt über den Anschluss P_I. Dieser ist im Sendekoppler TxC über eine Induktivität L1 mit dem Knotenpunkt zwischen dem Kondensator C1 und dem Leiter TL1 verbunden. Korrespondierend hierzu ist eine Induktivität L2 zwischen einem Knotenpunkt des Leiters TL1 und dem Kondensator C2 und einem Versorgungsspannungsanschluss P_O verschaltet. Das in 2 dargestellte Bezugspotential, das an den Klemmen GND_C1 und GND_C2 anliegt, wird z. B. durch die Karosserie eines Fahrzeugs gebildet. Zwischen dem Leistungsanschluss P_I und dem Bezugspotentialanschluss GND_C1 ist ein weiterer Kondensator C3 verschaltet. Ein Kondensator C4 ist korrespondierend zwischen dem Leistungsanschluss P_O und dem Bezugspotentialanschluss GND_C2 auf Seiten des Empfängers verschaltet. Diese stellen Entkoppelkondensatoren dar, deren Energiereservoir bei kurzfristigen hohen Stromentnahmen auf Seiten des Empfängers eine zu große Schwankung der Versorgungsspannung verhindert.
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Vorzugsweise repräsentieren die Anschlüsse BP, BN, BP1 und BN1 hohe Impedanzen in Bezug auf das Bezugspotential, da die Gleichströme durch die Widerstände R1 und R2 die Symmetrie des zu übertragenden Differenzsignals beeinflussen. In diesem Fall kann das Gleichspannungspotential der Anschlüsse BP, BP1, BN und BN1 gleichgesetzt werden mit dem Gleichspannungsanteil des Signals.
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Auf Seiten des Senders bilden die Induktivität L1 und der Kondensator C3 einen Tiefpassfilter. Ein entsprechender Tiefpassfilter wird durch die Induktivität L2 und den Kondensator C4 auf Seiten des Empfängers gebildet. Diese weisen eine Cut-Off-Frequenz auf, die kleiner ist als die kleinste Frequenz im Signalspektrum, um Signalverluste durch die Gleichspannungsquelle und die Belastungen durch den Empfänger zu blockieren.
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Die in 2 dargestellte Topologie kann auch als Bus-Topologie realisiert werden, wie dies schematisch in 3 dargestellt ist. Beispielhaft sind hier drei Knoten K1, K2, K3 dargestellt, welche jeweils die Funktionalität als Sender und/oder Empfänger der in 2 beschriebenen Art aufweisen können.
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Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel weist die Einschränkung der hohen Impedanz an den Anschlüssen BP, BN, BP1, BN1 nicht auf, da der Gleichspannungsanteil durch eine Gleichspannungsquelle SRC1 auf Seiten des Senders und SRC2 auf Seiten des Empfängers erzeugt ist. Die Spannungsquelle SRC1 bzw. SRC2 ist hierbei zwischen einem Bezugspotential und dem Knotenpunkt eines Spannungsteilers aus den Widerständen R1, R3 bzw. R2, R4 verschaltet. Der Spannungsteiler bildet zusammen mit der zugeordneten Spannungsquelle die Abschluss-Widerstandsanordnung des Sendekopplers TxC bzw. des Empfangskopplers RxC. Der Wert der durch die Spannungsquelle SRC1, SRC2 festgelegten Referenzspannung und die Werte der Widerstände R1, R2, R3, R4 sind derart dimensioniert, dass bei bekanntem Leckstrom der Lasten, beispielsweise der Transceiver, zum Bezugspotential eine entsprechende Spannung an den Anschlüssen BP, BN, BP1 und BN1 erreicht ist.
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Im nächsten Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist auch der zweite Leiter TL2 über einen Kondensator C5 mit dem Eingangsanschluss BP bzw. einem Kondensator C6 mit dem Ausgangsanschluss BP1 verbunden. Zudem ist der Knotenpunkt zwischen dem Leiter TL2 und dem Kondensator C5 mit einem ersten Anschluss einer Induktivität L3 verbunden, welche mit ihrem anderen Anschluss mit einem zweiten Leistungsanschluss P_I1 verbunden ist. Korrespondierend hierzu ist eine Induktivität L4 mit dem Knotenpunkt des Kondensators C6 im Leiter TL2 und einem weiteren Ausgangs-Leistungsanschluss P_O1 verbunden. Zwischen den Leistungsanschlüssen P_I1 und P_O1 und den Bezugspotentialanschlüssen GND_C1 bzw. GND_C2 ist jeweils ein weiterer Kondensator C7 bzw. C8 verschaltet.
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Mit der in 5 gezeigten Verschaltung und den beiden zusätzlichen Tiefpassfiltern L3-C7 und L4-C8 kann auch über den Leiter TL2 eine Gleichspannung zur Spannungsversorgung von Komponenten auf Seiten des Empfängers übertragen werden. Dabei ist es möglich, dass über die Leitungen TL1, TL2 unterschiedliche Versorgungsspannungen übertragen werden. Dies kann im Umfeld einer Fahrzeugapplikation beispielsweise dazu verwendet werden, dass bei geschaltener Klemme 15 eine Versorgungsspannung über den ersten Leiter TL1 und eine dauerhafte Versorungsspannung (Klemme 30) über die Leitung TL2 zur Verfügung gestellt wird.
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Eine Abwandlung der in 5 dargestellten Ausführung ist in 6 gezeigt. Hier wird der Leiter TL2 als Rückleiter der Versorgung verwendet, so dass der mit der Spule L3 bzw. der mit der Spule 14 gekoppelte Anschluss mit einem Bezugspotential beaufschlagt ist. Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel gemäß 5 können hierbei die Kondensatoren C7 und C8 entfallen.
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Da die Induktivitäten, insbesondere L3 und L4 einen Ohm'schen Widerstand aufweisen, addiert sich eine Spannung, verursacht durch den Laststrom zur Referenzspannung auf der Empfängerseite. Um diesen Effekt zu minimieren, ist in dem Empfangskoppler RxC gemäß 7 eine zusätzliche Induktivität L5 vorgesehen. Die Induktivität L5 ist mit dem nicht mit dem Knotenpunkt des Spannungsteilers R2, R4 verbundenen Anschluss der Spannungsquelle SRC2 verbunden. Mit ihrem anderen Anschluss ist die Induktivität L5 mit dem Leiter TL2 verbunden. Ein weiterer Kondensator C7 ist zwischen der Spannungsquelle SRC2 und dem Bezugspotentialanschluss GND_C2 verschaltet. Dieser wird zur Unterdrückung von Störungen genutzt, die aufgrund eines Hochpasseffekts von C2, C6 und den Induktivitäten L4 und L5 entstehen. Alternativ können die Induktivitäten L4 und L5 magnetisch gekoppelte Induktivitäten oder durch einen Transformator ausgebildet sein, wodurch eine geringe Induktivität für Ströme, die durch die Spannungsquelle SRC zum Bezugspotentialanschluss fließen, gegeben ist.
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Auch die in den 4 bis 7 dargestellten Ausführungsvarianten können in der in 3 schematisch dargestellten Bus-Konfiguration ausgebildet sein. Dabei können die in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele in einer gemeinsamen Bus-Anordnung ausgebildet sein.
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In 8 ist das typische, über einen CAN-Bus übertragene Differenzsignal dargestellt. Dabei sind die an den Eingangsanschlüssen BN, BP eingespeisten Signalpegel dargestellt. Da die Art der Datenübertragung der Ausgestaltung des Datensignals über einen CAN-Bus für einen Fachmann geläufig ist, wird auf eine eingehendere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.
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Das Datensignal kann einen dominanten Zustand repräsentieren, wenn am Eingangsanschluss BP das Signal zu seinem höchsten Spannungsniveau und am Eingangsanschluss BN zur gleichen Zeit zu seinem geringsten Spannungsniveau gezogen ist. Ein rezessiver Zustand liegt vor, wenn beide Signale an den Eingangsanschlüssen BP und BN in etwa einer Referenzspannung entsprechen. Dies ist in dem in 8 gezeigten Beispiel bei etwa 2,5 V der Fall.
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In der in 9 dargestellten Ausführungsform wird der Gleichspannungsanteil des am Eingangsanschluss BP anliegenden Signals direkt übertragen. Der Gleichspannungsanteil des am Eingangsanschluss BN übertragenen Signals wird zurückgeführt durch die Serienschaltung der Diode D1 mit der Spannungsquelle SRC1 auf Senderseite bzw. der Diode D2 und der seriell mit dieser verschalteten Spannungsquelle SRC2 auf Empfängerseite. Dabei sind die Anodenanschlüsse der Dioden D1, D2 mit dem Eingangsanschluss BN bzw. dem Ausgangsanschluss BN1 verbunden. Der nicht mit der Diode verbundene Anschluss der Spannungsquelle SRC1 bzw. SRC2 ist mit dem Bezugspotentialanschluss GND_C1 bzw. GND_C2 verbunden. Die Abschluss-Widerstandsanordnung, die die Leiter TL1, TL2 der Übertragungsleitung TL miteinander verbindet, ist aus einem Spannungsteiler R1, R3 bzw. R2, R4 und einem mit dem Knotenpunkt verbundenen Kondensator C5 bzw. C6 gebildet. Der andere Anschluss des Kondensators C5, C6 ist mit dem Bezugspotentialanschluss GND_C1 bzw. GND_C2 verbunden. Die Serienschaltung aus Diode und Spannungsquelle sorgt dafür, dass der Gleichspannungsanteil, unabhängig von der Aufladung des Kondensators C1 bzw. C2, konstant bleibt. Ein eventuell von dem Kondensator C1 bzw. C2 abfließender Strom fließt über die Diode und die Spannungsquelle in Richtung des Bezugspotentials ab.
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Der Kondensator C5 bzw. C6 der Abschluss-Widerstandsanordnung dient zur Stabilisierung des Gleichspannungsanteils. Der Kondensator C5, C6 ist in etwa auf eine Spannung von 2,5 V aufgeladen. Diese Topologie entspricht einer Standardterminierung bei CAN-Bussen.
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Anstelle der Diodenklemmung kann auch eine andere Art an Rückführ-Schaltung vorgesehen sein.
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Während im Ausführungsbeispiel gemäß 9 lediglich über die Leitung TL1 ein Versorgungsspannungssignal übertragen werden kann, sind bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel die entsprechenden Tiefpässe bzw. Spannungsstabilisationsmittel (bestehend aus Diode D3 und Spannungsquelle SRC3 bzw. Diode D4 und Spannungsquelle SRC4) auch bezüglich der Leitung TL2 vorgesehen. Hiermit ist es möglich, über den ebenfalls vorgesehen Eingangsleistungsanschluss P_I1 über die Leitung TL2 eine Versorgungsgleichspannung an dem Leistungs-Ausgangsanschluss P_O1 bereitzustellen.
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11 zeigt eine spezielle Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 10. Dabei wird der Leiter TL2 für die Übertragung eines Bezugspotentials verwendet, während über den Leiter TL1 die Versorgungsspannung übertragen wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 12 ist zusätzlich auf Seiten des Empfangskopplers RxC ein zusätzlicher Kondensator C11 zwischen der Spannungsquelle SRC4 und dem Bezugspotentialanschluss C_G1 verschaltet. Eine Induktivität L5 ist zwischen dem Leiter TL2 und dem Anschluss der Spannungsquelle SRC4 verschaltet, der nicht mit der Diode D4 verbunden ist. Hierdurch können wiederum Störungen eliminiert werden, die durch ein an den Empfangskoppler RxC angeschlossenes Steuergerät aufgrund des Laststroms erzeugt werden. Anstelle des Kondensators C11 zur Vermeidung von Signalstörungen können die Induktivitäten L4 und L5 auch magnetisch nach Art eines Transformators miteinander gekoppelt sein. Die Induktivität L5 verbessert die Anfälligkeit gegenüber Störungen, kann jedoch auch bei relativ konstanten Versorgungsströmen entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- BN
- Eingangsanschluss
- BP
- Eingangsanschluss
- BN1
- Ausgangsanschluss
- BP1
- Ausgangsanschluss
- t
- Zeit
- TxC
- Sendekoppler
- RxC
- Empfangskoppler
- TL
- Übertragungsleitung
- TL1
- erster Leiter
- TL2
- zweiter Leiter
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
- R4
- Widerstand
- C1
- Kondensator
- C2
- Kondensator
- C3
- Kondensator
- C4
- Kondensator
- C5
- Kondensator
- C6
- Kondensator
- C7
- Kondensator
- C8
- Kondensator
- L1
- Induktivität
- L2
- Induktivität
- L3
- Induktivität
- L4
- Induktivität
- L5
- Induktivität
- L6
- Induktivität
- P_I
- Eingangs-Leistungsanschluss
- P_O
- Eingangs-Leistungsanschluss
- P_1
- Ausgangs-Leistungsanschluss
- P_O1
- Ausgangs-Leistungsanschluss
- GND_C1
- Bezugspotentialanschluss
- GND_C2
- Bezugspotentialanschluss
- C_G1
- Bezugspotentialanschluss
- C_G2
- Bezugspotentialanschluss
- SRC1
- Spannungsquelle
- SRC2
- Spannungsquelle
- SRC3
- Spannungsquelle
- SRC4
- Spannungsquelle
- D1
- Diode
- D2
- Diode
- D3
- Diode
- D4
- Diode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- RS-485-Standard [0003]
- RS-485 [0037]
