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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchführung einer Kommunikation über eine Eindraht-Schnittstelle zwischen zwei Teilnehmern dieser Anordnung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Kommunikation mit einer solchen Anordnung.
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Stand der Technik
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Im Rahmen einer Kommunikation werden Daten und Informationen zwischen Teilnehmern, die in einem Netzwerk miteinander verbunden sind, ausgetauscht. Hierzu weisen die Teilnehmer Sende- und Empfangseinheiten auf. Eine Einrichtung, die sowohl eine Sende- als auch eine Empfangseinheit umfasst, wird als Transceiver bezeichnet.
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Für den Austausch der Daten sind zwischen den Teilnehmern Schnittstellen bzw. Transceiver vorgesehen. Als Schnittstelle wird allgemein eine Verbindungsstelle zwischen zwei Teilsystemen bezeichnet, über die der Austausch von Daten und Signalen erfolgen kann. Man unterscheidet zwischen Hardware- und Software-Schnittstellen sowie zwischen seriellen und parallelen Schnittstellen.
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Eine Eindraht-Schnittstelle ist eine serielle Schnittstelle, die über eine Signalleitung verfügt. Diese kann eine Stromversorgung enthalten. Ein Beispiel für eine solche Eindraht-Schnittstelle ist die LIN-Schnittstelle.
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Die Kommunikationsschnittstelle LIN (Local Interconnect Network) ist eine Eindraht-Schnittstelle, die sich auf Massepotential bezieht. Zu beachten ist, dass dieses Merkmal problematisch sein kann, wenn zwischen Sender und Empfänger ein unterschiedliches Massepotential bestehen kann. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn weite Strecken überwunden werden müssen, weil darüber das Massepotential des anderen Teilnehmers, bspw. über der Definition der Pegel (0,4 × U_Versorgung/0,6 × U_Versorgung) beeinflusst, also verschoben werden kann.
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In Kraftfahrzeugen kann gegeben sein, dass z. B. der Motorblock und die Karosserie ein unterschiedliches Potential haben können. Wird nun von einer Einheit der Motorblock und von einer anderen Einheit die Karosserie als Bezugspunkt gewählt, kann es durch das unterschiedliche Massepotential zu Kommunikationsproblemen kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Mit der im Folgenden dargestellten systematischen Beschaltung wird das eingangs genannte Problem behoben. Bei der vorgestellten Anordnung umfasst zumindest einer der Teilnehmer einen Transceiver und eine Recheneinheit, bspw. einen Mikrocontroller. Der Transceiver, bspw. ein LIN-Transceiver, erhält einen zweiten Steuergeräte-Pin bzw. -Anschluss. Dieser wird dazu verwendet, auf die externe Masse zu referenzieren.
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Innerhalb des Teilnehmer, bspw. eines Steuergeräts, muss jetzt die Kommunikation zwischen Transceiver und dem Mikrocontroller bzw. der CPU masseunabhängig erfolgen. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Entweder man misst die Pegel von der einen zur anderen Seite "differentiell" oder aber man geht über eine Spannung die deutlich höher liegt, als der mögliche Masseversatz sein kann, z. B. Ubatt.
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Wird bspw. eine LIN-Schnittstelle verwendet, kann das LIN-Übertragungsprotokoll mittels Standard-Transceiver aufgrund der Zertifizierung weiterhin verwendet werden. Trotzdem bestehen Masseversätze zwischen LIN-Master, z. B. Steuergerät, zu LIN-Slave, z. B. externer Teilnehmer, welche nun in einem der beiden Komponenten, bspw. dem LIN-Master, der Masseversatz per Pegeladaption zwischen dem Schnittstellen-Transceiver und z. B. der CPU vorgenommen wird.
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Die Pegeladaption kann bspw. per Optokoppler vorgenommen werden. Diese sind jedoch nur bedingt automotivtauglich und finden daher im Motor-Steuergeräte-Bereich nur selten Anwendung.
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Die vorgestellte Erfindung ist grundsätzlich bei allen Steuergeräten bzw. Teilnehmern im Fahrzeug denkbar, die mit Masseversätzen arbeiten müssen und die eine Eindraht-Schnittstellen-Kommunikation, wie bspw. eine LIN-Kommunikation, verwenden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend 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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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik
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2 zeigt eine Ausführung der vorgestellten Anordnung.
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3 zeigt in einem Blockschaltbild einen Teilnehmer der Anordnung nach 2.
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4 zeigt eine Ausführung einer Schaltungsanordnung zur Pegeladaption.
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5 zeigt noch eine Ausführung einer Schaltungsanordnung zur Pegeladaption.
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6 zeigt eine weitere Ausführung einer Schaltungsanordnung zur Pegeladaption.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt einen ersten Teilnehmer 12 und einen zweiten Teilnehmer 14. Der zweite Teilnehmer 14 umfasst einen Transceiver 16 und eine Recheneinheit 18. Die beiden Teilnehmer 12 und 14 sind über eine Eindraht-Schnittstelle 20 miteinander verbunden. Zu erkennen ist, dass der erste Teilnehmer einen ersten Massebezugspunkt 22 hat, dem zweiten Teilnehmer 14 ist ein zweiter Massebezugspunkt 24 zugeordnet. Weichen diese beiden Massebezugspunkte 22 und 24 voneinander ab, kann dies bei der Kommunikation zwischen den beiden Teilnehmer 12 und 14 zu Problemen führen. Weiterhin zeigt die Darstellung eine Verbindung 21 für eine steuergeräte-interne Kommunikation.
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2 zeigt eine Ausführung der vorgestellten Anordnung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 30 versehen ist. Die Darstellung zeigt einen ersten Teilnehmer 32 und einen zweiten Teilnehmer 34. Dieser zweite Teilnehmer 34 umfasst einen Transceiver 36 und eine Recheneinheit 38. Die beiden Teilnehmer 32 und 34, die bspw. als Steuergeräte ausgebildet sind, sind über eine Eindraht-Schnittstelle 40, bspw. eine LIN-Schnittstelle, miteinander verbunden.
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Zu erkennen ist, dass dem ersten Teilnehmer 32 ein erster Massebezugspunkt 42 zugeordnet ist. Über eine Leitung 44 und einen weiteren Anschluss 46 wird der erste Massebezugspunkt 42 auch dem Transceiver 36 des zweiten Teilnehmers 34 zur Verfügung gestellt. Somit ist den beiden Teilnehmern 32 und 34 bzw. 36 ein gemeinsamer Masseanschluss bereitgestellt.
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Die Recheneinheit 38 des zweiten Teilnehmers (34) ist jedoch mit einem zweiten Massebezugspunkt 48 verbunden. Ein gemeinsamer Masseanschluss auch für die Recheneinheit 38 ist aus Gründen der Bemessung der Leitung 44 nicht möglich. Daher ist es erforderlich, zwischen dem Transceiver 36 und der Recheneinheit 38 des zweiten Teilnehmers 34 eine Pegeladaption steuergeräte-intern, also innerhalb des zweiten Teilnehmers 34, vorzunehmen, wozu eine Schaltungsanordnung 50 dient.
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3 zeigt den zweiten Teilnehmer 34 der Anordnung 30 gemäß 2 in einem Blockschaltbild. Die Darstellung zeigt den Transceiver 36, der als LIN-Transceiver ausgebildet ist, die Recheneinheit 38, in diesem Fall einen Mikrocontroller, und die Schaltungsanordnung 50 zur Pegeladaption. Weiterhin zeigt die Darstellung einen Anschluss 60 für einen ersten Massebezugspunkt, einen Anschluss 62 für die Kommunikation, bspw. die LIN-Kommunikation, einen weiteren Anschluss 64 für die ggf. externe Versorgungsspannung Ubatt, noch einen weiteren Anschluss 66 für die ggf. interne Versorgungsspannung Ubatt und einen zweiten Massebezugspunkt 68. Ein erster Block 70 verdeutlicht eine Kapselung für den ersten Massebezugspunkt, ein gestrichelt umrandeter Block 72 zeigt die Kapselung für den zweiten Massebezugspunkt 68.
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4 zeigt eine Schaltungsanordnung 78 zur Pegeladaption per Optokoppler zwischen dem Transceiver und dem Mikrocontroller. Die Darstellung zeigt einen Optokoppler 80 mit einer Licht emittierenden Diode 82 und einem photosensitiven Transistor 84. Weiterhin zeigt die Darstellung eine erste Z-Diode 86, eine zweite Z-Diode 88 einen ersten Widerstand 90, einen zweiten Widerstand 92, einen dritten Widerstand 94 und eine Kapazität 96. Außerdem sind ein erster Massebezugspunkt 100, ein zweiter Massebezugspunkt 102, ein Anschluss 104 für eine Transceiver oder Mikrocontroller-Ausgabe und ein Anschluss 106 für einen Transceiver- oder Recheneinheiteingang vorgesehen.
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Der Optokoppler 80 dient der Trennung des Massebezugs von Massebezugspunkt 100 zu Massebezugspunkt 102 bei gleichzeitiger Informationsübertragung mittels Lichtquelle durch die Diode 82 und der Empfangseinheit mittels photosensitiven Transistors 84 sowie der Potentialtrennung. Die Diode 82 dient der Übertragung der Zustands-Information von Anschluss 104 in Form von Licht an Transistor 84. Der Transistor 84 dient dem Empfang der Zustands-Informationen von Anschluss 104 über die Diode 82.
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Die erste Z-Diode 86 dient der Spannungsbegrenzung für die Diode 82 sowie der Spannungsbegrenzung von Anschluss 104. Die zweite Z-Diode 88 dient der Spannungsbegrenzung für den Transistor 84 sowie der Spannungsbegrenzung für Ausgang 106. Der erste Widerstand 90 dient als Strombegrenzung für den Zustand "EIN" der Diode 82 sowie als Pullup-Widerstand. Der zweite Widerstand 92 dient als Strombegrenzung für den Transistor 84 sowie als Pullup-Widerstand. Der dritte Widerstand 94 dient der Filterung des Signals von Transistor 84 bzw. Widerstand 92 zusammen mit der Kapazität 96 für den Anschluss 106. Die Kapazität 96 dient der Filterung des Signals des Transistors 84 bzw. Widerstand 92 zusammen mit Widerstand 94 für den Anschluss 106.
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Zu beachten ist, dass die Z-Dioden 86 und 88 nur bei Bedarf verwendet werden. Dies ist abhängig von der Versorgungsspannung und der Spannungsfestigkeit des Transceiver-Ausgangs oder Recheneinheit-Ausgangs bzw. -Eingangs. Zum Empfangen und Senden kann jeweils die gleiche Schaltungsanordnung 78 verwendet werden. Diese müsste dann nur entsprechend gespiegelt werden. Die verwendete Richtung der Schaltungsanordnung 78 ist in 4 von links nach rechts dargestellt.
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5 zeigt die Pegeladaption mittels Operationsverstärker. Hierzu dient eine Schaltungsanordnung 120 mit einem Operationsverstärker bzw. Komparator 122. Weiterhin zeigt die Darstellung einen ersten Widerstand 124 und einen zweiten Widerstand 126, die einen Spannungsteiler bilden, einen dritten Widerstand 128, einen vierten Widerstand 130, einen fünften Widerstand 132 und einen sechsten Widerstand 134 sowie eine erste Z-Diode 140, eine zweite Z-Diode 142 und weitere Dioden 144, die einen Schutz vor zu großen Spannungen bieten können. Weiterhin sind eine erste Kapazität 150, eine zweite Kapazität 152, eine dritte Kapazität 154 und eine vierte Kapazität 156 gezeigt, welche zu Stabilisierungszwecken oder Filterungen verwendet werden. Außerdem sind ein Anschluss 160 für einen ersten Massebezugspunkt und ein zweiter Anschluss 162 für einen zweiten Massebezugspunkt sowie Anschlüsse 164 und 165 für Versorgungsspannungen, die unterschiedlich sein können, wiedergegeben.
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Zu beachten ist, dass anstelle des Operationsverstärkers 120 auch ein Komparator verwendet werden kann.
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Die Widerstände 124 und 126 dienen der Spannungsteilung. Diese Spannung stellt die Schaltschwelle für den Operationsverstärker bzw. Komparator 122 bereit und somit die Schaltschwelle für eine Eingabe 133 über die Eingabe 131. Der dritte Widerstand 128 dient als Strombegrenzung für die Z-Diode 140 sowie als Pullup-Widerstand für eine Eingabe 133. Der vierte Widerstand 130 dient der Filterung des Signals von der Eingabe 133 zusammen mit der zweiten Kapazität 152. Der fünfte Widerstand 132 dient als Strombegrenzung für die zweite Z-Diode 142 sowie als Pullup-Widerstand für den Operationsverstärker bzw. Komparator 122. Der sechste Widerstand 134 dient der Filterung des Signals des Operationsverstärkers bzw. Komparators 122 zusammen mit der vierten Kapazität 156 für eine Ausgabe 135. Die erste Z-Diode 140 dient der Spannungsbegrenzung für die Eingabe 133. Die zweite Z-Diode 142 dient der Spannungsbegrenzung für den Operationsverstärker bzw. Komparator 122 sowie für die Ausgabe 135. Die Dioden 144 dienen dem Überspannungsschutz für den Operationsverstärker bzw. Komparator 122. Die erste Kapazität 150 dient der optionalen allgemeinen Stabilisierung der Eingangsspannungen von plus und minus des Operationsverstärkers bzw. Komparator 122. Die zweite Kapazität 152 dient der Filterung des Signals von der Eingabe 133 zusammen mit dem vierten Widerstand 130. Die dritte Kapazität 154 dient der Spannungsstabilisierung für die Spannungsteilung von Widerstand 124 und Widerstand 126. Die vierte Kapazität 156 dient der Filterung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers bzw. Komparators 122 zusammen mit dem sechsten Widerstand 134. Der fünfte Widerstand 132 als Pullup-Widerstand dient auch zusammen mit dem sechsten Widerstand 134 für die Ausgabe 135.
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6 zeigt eine Schaltungsanordnung 200 für die Pegeladaption mit Transistoren. Die Darstellung zeigt einen ersten Transistor 202, einen zweiten Transistor 204, einen ersten Widerstand 206, einen zweiten Widerstand 208, einen dritten Widerstand 210, einen vierten Widerstand 212, einen fünften Widerstand 214, einen sechsten Widerstand 216, einen siebten Widerstand 218, einen achten Widerstand 220, einen neunten Widerstand, eine erste Kapazität 222, eine zweite Kapazität 224, eine erste Z-Diode 226 und eine zweite Z-Diode 228. Weiterhin sind ein erster Anschluss 230 für einen ersten Massebezugspunkt und ein zweiter Anschluss 232 für einen zweiten Massebezugspunkt, ein Anschluss 234 für die Versorgungsspannung und ein Anschluss 236 für die Ausgabe des Transceivers oder der Recheneinheit vorgesehen.
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Der Transistor 202 dient der Umsetzung der Information der Eingabe 236 über den zweiten Transistor 204 auf die höhere Spannung, bspw. Ubatt. Dies ist die signaltechnische Umsetzung bzw. Ermöglichung der Übertragung der Information trotz Unterschiede in der Masse des ersten Anschlusses 230 gegenüber der Masse des zweiten Anschlusses 232. Der zweite Transistor 204 dient der Umsetzung der Information der Eingabe 236 auf eine hohe Spannungsfestigkeit, die üblicherweise der Anschluss 236 nicht darstellen kann. Dies ist die signaltechnische Vorbereitung für die Übertragung der Information über bspw. Ubatt durch den ersten Transistor 202.
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Der erste Widerstand 206 dient als Strombegrenzung für die zweite Z-Diode 228 sowie als Pullup-Widerstand für den Anschluss 236, je nachdem auch unbestückt, wenn der zweite Widerstand 208 bestückt ist.
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An der Versorgungsspannung 234 muss eine höhere Spannung anliegen als maximal an Anschluss 236 anliegen kann. Wenn z. B. die maximale Spannung am Anschluss 236 die steuergeräte-typische Signalspannung von 5 V anliegen kann, so würde man bspw. Ubatt am Anschluss 234 anschließen. Diese höhere Spannung ist dort notwendig, um die möglicherweise schwankenden Potentiale am Anschluss 236 zusammen mit Anschluss 230 nach einer Ausgabe 237 übertragen zu können.
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Der zweite Widerstand 208 dient als Pulldown-Widerstand, je nachdem auch unbestückt, auch wenn der erste Widerstand 206 bestückt ist. Der neunte Widerstand 209 dient als Basis- oder Gatewiderstand für den zweiten Transistor 204.
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Der dritte Widerstand 210 dient als Basis-Emitter-Widerstand oder Gate-Source-Widerstand für den zweiten Transistor 204 zum zügigen Abschalten.
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Der vierte Widerstand 212 dient der Strombegrenzung im Zustand "EIN" von und für den zweiten Transistor 204 sowie als Basis oder Gatewiderstand für den ersten Transistor 202.
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Der fünfte Widerstand 214 dient als Basis-Emitter oder Gate-Source-Widerstand für den ersten Transistor 202 zum zügigen Abschalten.
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Der sechste Widerstand 216 dient der weiteren Strombegrenzung im Zusammenspiel mit dem siebten Widerstand 218. Der siebte Widerstand 218 dient als Pulldown-Widerstand für den ersten Transistor 202 sowie der Ausgabe 235.
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Der achte Widerstand 220 dient der Filterung des Signals vom ersten Transistor 202 über den sechsten Widerstand 216 und den siebten Widerstand 218 zusammen mit der zweiten Kapazität 224 für die Ausgabe 237.
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Die erste Kapazität 222 dient der Dynamisierung des Signals vom ersten Transistor 202 über den sechsten Widerstand 216 und den siebten Widerstand 218, also der Ausgabe 235, für die Ausgabe 237. Die zweite Kapazität 224 dient der Filterung des Signals des Transistors 202 über den sechsten Widerstand 216 und den siebten Widerstand 218 zusammen mit dem achten Widerstand 220, also der Ausgabe 235, für die Ausgabe 237.
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Die erste Z-Diode 226 dient der Spannungsbegrenzung für die Ausgabe 237, je nachdem, wie die Dimensionierung des sechsten Widerstands 216 und des siebten Widerstands 218 sowie des achten Widerstands 220 ausfällt.
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Die zweite Z-Diode 228 dient der Spannungsbegrenzung für den Anschluss 236.
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Eine weitere Möglichkeit zur Pegeladaption ist durch einen induktiven Übertrager gegeben. Alternativ dazu kann auch ein kapazitiver Übertrager verwendet werden.
