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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit einem Hauptteilnehmergerät und mehreren Nebenteilnehmergeräten, die ausgehend von dem Hauptteilnehmergerät in einer Kette mittels wenigstens einer Ader einer Stromversorgungsleitung verbunden sind.
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Die Erfindung befasst sich mit Kommunikationssystemen, bei denen mehrere Teilnehmergeräte zur Stromversorgung (und üblicherweise auch Kommunikation) in einer Kette miteinander verbunden sind (sog. Daisy Chain). Wenngleich die Erfindung nachfolgend im Wesentlichen unter Bezugnahme auf die PSI5-Schnittstelle beschrieben wird, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern bei allen Kommunikationssystemen einsetzbar, bei denen wenigstens eine Stromversorgungsleitung von einem Teilnehmergerät zum nächsten als Kette weitergeführt wird.
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Stand der Technik
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PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) ist eine digitale Schnittstelle für Sensoren, die auf einer Zweidrahtleitung basiert und insbesondere in der Automobilelektronik zum Anschluss ausgelagerter Sensoren (hier als Nebenteilnehmergeräte bezeichnet) an elektronische Steuergeräte (hier als Hauptteilnehmergeräte bezeichnet) eingesetzt wird. Unterstützt wird neben einer einfachen Punkt-zu-Punkt-Konfiguration auch eine Daisy-Chain-Konfiguration, bei der an einem Hauptteilnehmergerät mehrere Nebenteilnehmergeräte in einer Kette angeschlossen sind. Da es sich um eine Zweidrahtleitung handelt, umfasst jedes Nebenteilnehmergerät vier Anschlüsse für die Stromversorgung (jeweils 2 Eingänge und 2 Ausgänge), über die auch die Kommunikation stattfindet. PSI5 arbeitet nach dem Prinzip der Stromschnittstelle mit Modulation eines Sendestroms zur Datenübertragung auf der Versorgungsleitung. Durch einen relativ hohen Signalstrom und eine Bitkodierung wird eine hohe Störsicherheit erreicht, wodurch der Einsatz einer kostengünstigen, verdrillten Zweidrahtleitung zur Verkabelung ausreichend ist.
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Bei solchen Daisy-Chain-Verbindungen kann, insbesondere im rauen Umfeld Automobil, das Problem eines Kurzschlusses in der Stromversorgungsleitung (z.B. Shortcut to Ground, Shortcut to Power) entstehen. Dies führt dazu, dass der gesamte Bus abgeschaltet werden muss.
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Es ist wünschenswert, auch bei Kurzschlüssen möglichst viele Teilnehmergeräte an dem Bus weiter betreiben zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Auch ein Hauptteilnehmergerät und ein Nebenteilnehmergerät eines solchen Kommunikationssystems sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung beschreibt ein Kommunikationssystem, welches ein Hauptteilnehmergerät und mehrere Nebenteilnehmergeräte aufweist, die ausgehend von dem Hauptteilnehmergerät in einer Kette mittels wenigstens einer Ader einer Stromversorgungsleitung verbunden sind. Das Hauptteilnehmergerät hat jeweils einen Ausgang für die wenigstens eine Ader der Stromversorgungsleitung und jedes der mehreren Nebenteilnehmergeräte hat jeweils einen Eingang und einen Ausgang für die wenigstens eine Ader der Stromversorgungsleitung und ein Schaltmittel zum Verbinden des Eingangs mit dem Ausgang. Der Eingang eines ersten der mehreren Nebenteilnehmergeräte ist mit dem Ausgang des Hauptteilnehmergeräts verbunden und der Eingang eines (n + 1)-ten der mehreren Nebenteilnehmergeräte ist mit dem Ausgang eines n-ten Nebenteilnehmergeräts verbunden, wobei n ≥ 1.
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Das Hauptteilnehmergerät ist dazu eingerichtet, die wenigstens eine Ader der Stromversorgungsleitung auf einen Kurzschluss zu überwachen. Beispielsweise sind entsprechende PSI5-Treiberbausteine erhältlich. Das Hauptteilnehmergerät ist weiterhin vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einem erkannten Kurzschluss (insbesondere während des Betriebs) die Stromversorgung der Nebenteilnehmergeräte zu beenden. Anschließend kann eine erfindungsgemäße (Wieder-)Inbetriebnahme bzw. Initialisierung der Nebenteilnehmergeräte stattfinden.
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Das Hauptteilnehmergerät ist dazu eingerichtet, zu Beginn der Kommunikation (z.B. beim Herstellen einer Stromversorgung des Hauptteilnehmergeräts) die mehreren Nebenteilnehmergeräte für die Kommunikation der Reihe nach zu initialisieren. Jedes Nebenteilnehmergerät ist grundsätzlich dazu eingerichtet, am Ende der Initialisierung das Schaltmittel zu schließen, um den Eingang mit dem Ausgang zu verbinden. Auf diese Weise wird das nachfolgende Nebenteilnehmergerät der Kette zugeschaltet und dieses kann initialisiert werden.
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Das Hauptteilnehmergerät ist weiterhin dazu eingerichtet, bei einem erkannten Kurzschluss während der Initialisierung das Nebenteilnehmergerät vor dem Kurzschluss so anzusteuern, dass es das Schaltmittel öffnet und/oder am Ende einer neuen bzw. zukünftigen Initialisierung nicht schließt. So endet die Kette an dieser Stelle und die Nebenteilnehmergeräte vor dem Kurzschluss können trotz Kurzschluss betrieben werden. Da während der Initialisierung bekannt ist, welches Nebenteilnehmergerät vor der Detektion des Kurzschlusses das Schaltmittel geschlossen hat, ist auch die Position des Kurzschlusses bestimmbar.
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Vorzugsweise ist das Hauptteilnehmergerät dabei so eingerichtet, dass es bei einem erkannten Kurzschluss zunächst die Stromversorgung aller Nebenteilnehmergeräte beendet, so dass diese wieder neu initialisiert werden können. Bei dieser neuen Initialisierung kann dann das betreffende Nebenteilnehmergerät vor dem Kurzschluss so angesteuert werden, dass es am Ende der Initialisierung das Schaltmittel nicht schließt.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, die automatische Weiterschaltung der Versorgungsspannung im Falle eines Kurzschlusses zu unterbinden. Dadurch wird eine Kommunikation bis zu dem letzten fehlerfrei verbundenen Nebenteilnehmergerät aufrechterhalten. Die Erfindung deckt sowohl initial vorliegende als auch im Betrieb auftretende Kurzschlüsse ab. Ist der Fehler schon beim Einschalten des Kommunikationssystems vorhanden, erkennt das Hauptteilnehmergerät den Kurzschluss, sobald das zuletzt initialisierte Nebenteilnehmergerät die Versorgungsspannung auf das kurzgeschlossene Leitungsstück freigibt, und schaltet die Stromversorgung ab. Bei dem erneuten Start des Kommunikationssystems wird nun das letzte korrekt arbeitende Nebenteilnehmergerät so programmiert, dass es die Versorgungsspannung nicht mehr weiterschaltet und damit der Rest der Kette zusammen mit dem Kurzschluss unversorgt bleibt. Kommt es im Betrieb zu einem Kurzschluss auf der Kette, wird auch hier die Versorgungsspannung ausgeschaltet und eine neue Initialisierung gestartet. Hierbei wird dann verfahren wie bei einem von Anfang an bestehendem Kurzschluss.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, bei dem die masseführende Ader der Stromverbindungsleitung geschaltet wird.
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2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, bei dem die stromführende Ader der Stromverbindungsleitung geschaltet wird.
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3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, bei dem die stromführende sowie die masseführende Ader der Stromverbindungsleitung geschaltet werden.
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4 zeigt eine Detailansicht eines Schaltmittels eines Nebenteilnehmers aus 3.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 bis 4 werden im Folgenden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, wobei gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen und gleich wirkende Elemente mit einem um 100 inkrementierten Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen schaltplanartig die 1 bis 3 unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems und 4 eine bevorzugte Ausführung der Schaltmittel eines Nebenteilnehmergeräts.
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Ein Kommunikationssystem 100, 200, 300 ist hier als PSI5-Kommunikationssystem ausgebildet und weist ein hier als Steuergerät 110, 210 bzw. 310 ausgebildetes Hauptteilnehmergerät und hier als Sensoren 111, 112, 113, ..., 211, 212, 213, ..., 311, 312, 313, ... ausgebildete Nebenteilnehmergeräte auf. Es kann sich dabei beispielsweise um Drucksensoren, Beschleunigungssensoren oder Kontaktsensoren handeln. Das Steuergerät 110, 210 bzw. 310 weist einen PSI5-Schnittstellentreiberbaustein 110a, 210a bzw. 310a auf, der gleichzeitig die Stromversorgung und die Datenkommunikation der angeschlossenen Sensoren bereitstellt und der programmtechnisch dazu eingerichtet ist, die hauptteilnehmerspezifischen Schritte der Erfindung durchzuführen.
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Jeder Sensor weist einen PSI5-Schnittstellentreiberbaustein 111a, 112a, 113a usw. auf, der programmtechnisch dazu eingerichtet ist, die nebenteilnehmerspezifischen Schritte der Erfindung durchzuführen, insbesondere, so angesteuert zu werden, das Schaltmittel nicht zu schließen oder sogar zu öffnen.
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Die Sensoren sind über jeweils eine Ader 11, 12, der Stromversorgungsleitung 10 miteinander in einer Kette verbunden. Die Sensoren werden während einer Initialisierungsphase auf einen bestimmten Zeitschlitz im Übertragungszeitraum programmiert. Dadurch sind die übertragenen Daten für das Interface identifizierbar und können dem entsprechenden Sensor zugeordnet werden. Somit können auch an allen Positionen der Kette Sensoren gleichen Typs verbaut werden.
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Diese Initialisierung erfolgt durch den Schnittstellentreiberbaustein 110a, 210a, bzw. 310a des Steuergeräts. Die Sensoren werden der Reihe nach initialisiert. So wird zuerst der erste Sensor 111 bzw. 211 bzw. 311 nach dem Interface initialisiert, danach der zweite 112 bzw. 212 bzw. 312 usw. Nach Beendigung der Initialisierung schaltet der Schnittstellentreiberbaustein 111a bzw. 211a bzw. 311a, ... des jeweiligen Sensors automatisch die Versorgung auf den nachfolgenden Sensor weiter, welcher dann initialisiert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum letzten Sensor in der Kette.
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Der Schnittstellentreiberbaustein 110a, ... des Steuergeräts 110, ... ist dazu eingerichtet, die Stromversorgungsleitung 10 auf einen Kurzschluss wenigstens einer Ader 11, 12 mit Masse GND oder Spannung + zu überwachen. Tritt der Kurzschluss während des Normalbetriebs auf, schaltet der Schnittstellentreiberbaustein 110a, ... die Stromversorgung der angeschlossenen Sensoren ab und führt eine Re-Initialisierung durch. Diese läuft wie eine Erst-Initialisierung ab und wird nachfolgend erläutert.
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Im Ausgangszustand sind die Schaltmittel (siehe 311b, 311c in 4) der Sensoren geöffnet, so dass keine Verbindung zwischen einem Eingang und einem zugehörigen Ausgang für die Adern 11, 12 der Stromversorgungsleitung 10 besteht. Das Steuergerät beginnt die Initialisierung, indem es Strom auf die Stromversorgungsleitung 10 schaltet. In der Folge wird der jeweils erste Sensor 111, 211 bzw. 311 in der Kette versorgt und wird bekanntermaßen initialisiert. Am Ende der Initialisierung schließt der jeweilige Schnittstellentreiberbaustein 111a, ... des Sensors das Schaltmittel und schaltet so den nächsten Sensor 112, 212 bzw. 312 in der Kette zu. Nun wird dieser initialisiert usw.
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Detektiert der Schnittstellentreiberbaustein 110a, ... des Steuergeräts 110, ... einen Kurzschluss, nachdem ein Schaltmittel geschlossen worden ist, kann er die Position des Kurzschlusses in der Kette bestimmen, schaltet die Stromversorgung der angeschlossenen Sensoren ab und führt eine weitere Initialisierung durch. Bei dieser weiteren Initialisierung werden alle Sensoren vor dem Sensor, der unmittelbar vor dem Kurzschluss in der Kette liegt, auf herkömmliche Weise initialisiert. Der Sensor, der unmittelbar vor dem Kurzschluss in der Kette liegt, wird jedoch bei der Initialisierung so angesteuert, dass er am Ende der Initialisierung das Schaltmittel nicht schließt. Das Kommunikationssystem bleibt teilweise funktionsfähig.
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Da in einem Fahrzeug der Kurschluss nach Masse bedeutend häufiger zu erwarten ist als ein Kurzschluss zur Betriebsspannung, ist es zweckmäßig, die Weiterschaltung der Versorgungsspannung durch einen Schalter im hohen Pegel der Versorgungsspannung, wie in 2 gezeigt, durchzuführen.
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Die für alle möglichen Kurzschlüsse optimale Auslegung der Sensoren ist eine Abschaltung sowohl des hohen als auch des niederen Versorgungspegels, wie in 3 gezeigt.
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Werden als Schaltmittel Feldeffekttransistoren verwendet, die wegen der parasitären Diode immer in eine Stromrichtung leitend sind, können zur weiteren Erhöhung der Robustheit die Schalttransistoren in einer "Back to Back" Struktur (Antiseriellschaltung) angeordnet werden, wie in 4 gezeigt. So wird sichergestellt, dass unabhängig vom Kurzschlusspotential das Kommunikationssystem so weit als möglich in Betrieb gehalten werden kann.
