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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Treiberschaltung für einen digitalen Übertragungsbus, insbesondere auf eine Treiberschaltung zur Reduzierung elektromagnetischer Emissionen während Schaltoperationen eines Digitalsignal-Übertragungsbusses.
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HINTERGRUND
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In vielen Anwendungen aus unterschiedlichen Bereichen, zum Beispiel im Automotiv- oder Industriebereich, werden elektronische Steuereinheiten (ECUs, Electronic Control Units) verwendet, um viele unterschiedliche Funktionen zu implementieren. Häufig müssen unterschiedliche ECUs in einer Anwendung Daten austauschen. Zusätzlich zur Kommunikation innerhalb eines internen Systems ist für viele Anwendungen auch die Kommunikation mit externen Komponenten erforderlich.
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Um zu kommunizieren, sollten ECUs zusammengeschaltet sein. Auf diese Weise bilden sie Netzwerke. Innerhalb dieser Netzwerke werden hauptsächlich serielle Bussysteme zur Kommunikation verwendet. Heutzutage sind unterschiedliche Bussysteme bekannt, wie zum Beispiel CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), FlexRay oder MOST (Media Oriented Systems Transport).
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Die ECUs, die über das Bussystem kommunizieren, enthalten im Allgemeinen einen Transceiver zum Senden und Empfangen von Daten. Schaltoperationen, die innerhalb der Transceiver ausgeführt werden, können allerdings elektromagnetische Emissionen verursachen. Solche störenden Einflussfaktoren sollten so gering wie möglich gehalten werden, da sie unerwünschte Effekte in Anwendungen induzieren können, speziell in Kraftfahrzeuganwendungen, die im Allgemeinen hochintegrierte Module enthalten.
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Diese Emissionen werden, wie bekannt ist, durch die Verwendung von Induktivitäten gedämpft. Häufig werden in diesem Kontext solche Induktivitäten als Drosselspulen oder als Gleichtakt-Drosselspulen bezeichnet. Allerdings müssen diese Induktivitäten eine gewisse Induktivität und demzufolge Größe aufweisen, um den gewünschten Filtereffekt zu erreichen. Dadurch werden die Induktivitäten zu groß, um in die Transceiver integriert zu werden. Sie müssen daher als externe Komponenten bereitgestellt werden, was zu zusätzlichen Kosten für die ECU-Hersteller führt. Die Publikation
US 2006 / 0 152 261 A1 offenbart ein CAN System mit einem Treiber, der zwei Reihen Schaltelemente umfasst, die jeweils zwei Reihen Widerstandelemente schalten, um ein Stufensignal nach und nach an die Buslinien anzulegen.
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Daher wird eine Lösung benötigt, die die elektromagnetischen Emissionen innerhalb von Bus-Netzwerken bei reduzierten Kosten reduziert.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Treiberschaltung wird offenbart. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Treiberschaltung einen Hauptschalter. Der Hauptschalter ist mit dem Bus verbunden, er ist durch das zu übertragende Digitalsignal steuerbar, und er weist einen Einschaltzustand auf, in dem er maximale elektrische Leitfähigkeit aufweist, er weist einen Ausschaltzustand auf, in dem er minimale elektrische Leitfähigkeit aufweist, und wenigstens einen Zwischen-Schaltzustand mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der minimalen und der maximalen Leitfähigkeit. Das Digitalsignal weist einen ersten logischen Zustand und einen zweiten logischen Zustand auf. Der erste logische Zustand steuert den Hauptschalter an, so dass er sich im Einschaltzustand befindet, und der zweite logische Zustand steuert den Hauptschalter an, so dass er sich im Ausschaltzustand befindet. Der Hauptschalter befindet sich während des Schaltens vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und/oder umgekehrt im wenigstens einen Zwischen-Schaltzustand. Der Hauptschalter umfasst mehrere Unterschalter und mehrere Widerstandselemente, wobei jedes Widerstandselement in Reihe mit einem der Unterschalter verschaltet ist, wobei die Reihenverbindungen, die aus einem Unterschalter und einem Widerstandselement gebildet werden, parallel verschaltet sind. Die Unterschalter sind Niederspannungstransistoren. Die Treiberschaltung umfasst weiterhin einen Hochspannungstransistor, der zwischen dem Digitalsignal-Übertragungsbus und dem Hauptschalter verschaltet.
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Diese und andere Aspekte werden mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen und der folgenden ausführliche Beschreibung besser verstanden werden.
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Figurenliste
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Die unten bezeichneten Figuren sind veranschaulichend für einige Ausführungsformen der Erfindung. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Figuren die in den beigefügten Ansprüchen vorgetragene Erfindung einschränken. Sowohl in Bezug auf ihre Anordnung als auch auf die Art und Weise ihres Betriebs können die Ausführungsformen zusammen mit weiteren ihrer Ziele und Vorteile am besten mit Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verständlich werden, für die Folgendes gilt:
- 1 zeigt einen Schaltplan eines Bussystems mit zwei Busleitungen und mehreren ECUs mit elektromagnetischen Emissionen;
- 2 zeigt einen Schaltplan eines Bussystems mit zwei Busleitungen und mehreren ECUs mit reduzierten elektromagnetischen Emissionen;
- 3 zeigt einen Schaltplan eines Bussystems mit zwei Busleitungen und einer Treiberschaltung, die mit jeder Busleitung verschaltet ist;
- 4 zeigt einen Schaltplan einer High-Side-Treiberschaltung für ein Bussystem;
- 5 zeigt einen Schaltplan einer Low-Side-Treiberschaltung für ein Bussystem;
- 6 veranschaulicht ein Beispiel eines Steuersignals zum Steuern einer Treiberschaltung für ein Bussystem;
- 7 zeigt einen Schaltplan eines Bussystems mit zwei Busleitungen und Treiberschaltungen, die mit jeder Busleitung verschaltet sind;
- 8 zeigt einen anderen Schaltplan einer High-Side-Treiberschaltung für ein Bussystem;
- 9 zeigt einen anderen Schaltplan einer Low-Side-Treiberschaltung für ein Bussystem;
- 10 zeigt einen Schaltplan eines LIN-Bussystems;
- 11 zeigt einen Schaltplan eines LIN-Bussystems, das eine Treiberschaltung enthält;
- 12 zeigt einen Schaltplan eines FlexRay-Bussystems;
- 13 zeigt einen Schaltplan eines FlexRay-Bussystems, das Treiberschaltungen enthält;
- 14 zeigt einen Schaltplan eines CAN-Bussystems; und
- 15 zeigt einen Schaltplan eines CAN-Bussystems, das von Treiberschaltungen angesteuert wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die davon einen Teil bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Erfindung angewandt werden kann. In dieser Hinsicht wird richtungsbezeichnende Begrifflichkeit, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „führend“, „folgend“ usw. hinsichtlich der Ausrichtung der Figuren, die beschrieben werden, verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in mehreren unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert sein können, wird die richtungsbezeichnende Begrifflichkeit zum Zweck der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es soll verstanden werden, dass andere Ausführungsformen genutzt werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne aufgenommen werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Es soll verstanden werden, dass die Merkmale der verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein Bussystem mit einer ersten und zweiten Busleitung BUS_P, BUS_M. Mehrere ECUs ECU_1, ECU_2, ECU_n sind mit den beiden Busleitungen BUS_P, BUS_M verbunden. Die Anzahl N der mit den Busleitungen verbundenen ECUs ist von der Anwendung abhängig. Die maximal mögliche Anzahl N der mit den Busleitungen verbundenen ECUs hängt im Allgemeinen von der Art des Busses ab, der verwendet wird. Zum Beispiel ist die Anzahl N der möglichen, mit einem CAN (Controller Area Network) Bus verbundenen ECUs 32. Jede ECU enthält einen Transceiver 11, 12, 1N. Jeder Transceiver 11, 12, 1N ist mit der ersten Busleitung BUS_P mit einer ersten Stichleitung verschaltet und ist mit der zweiten Busleitung BUS_M mit einer zweiten Stichleitung verschaltet. In einigen Bussystemen sind einige ECUs nur mit einer Busleitung verbunden. Der Transceiver 11, 12, 1N sendet und empfängt Daten über die Busleitungen BUS_P, BUS_M.
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Um Signalreflexion auf den Leitungen zu vermeiden, ist ein Widerstand R1, R2, RN parallel mit jedem Transceiver 11, 12, 1N verschaltet. In bekannten Bussystemen werden Daten durch Ändern der Spannungspegel auf den Busleitungen BUS_P, BUS_M übertragen. Aus diesem Grund führen die Transceiver 11, 12, 1N Schaltoperationen auf den Busleitungen BUS_P, BUS_M aus. Diese Schaltoperationen innerhalb der Transceiver 11, 12, 1N verursachen allerdings elektromagnetische Emissionen, die in 1 angezeigt werden und die als EM bezeichnet werden.
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Um solche elektromagnetischen Emissionen zu reduzieren, können die Induktivitäten L111, L112, L121, L122, L1N1, L1N2 zwischen jeder Busleitung BUS_P, BUS_M und den Transceivern 11, 12, 1N eingesetzt werden, wie in 2 gezeigt wird. Um die elektromagnetischen Emissionen effektiv zu reduzieren, müssen die Induktivitäten L111, L112, L121, L122, L1N1, L1N2 allerdings eine gewisse Induktivität aufweisen. Aus diesem Grund sind die Induktivitäten L111, L112, L121, L122, L1N1, L1N2 ziemlich groß und demzufolge teuer. Somit ist es wünschenswert, einen Bus ohne die Induktivitäten L111, L112, L121, L122, L1N1, L1N2 bereitzustellen.
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3 zeigt das grundlegende Prinzip eines Bussystems, das die mit den Busleitungen BUS_P, BUS_M verschalteten Treiberschaltungen DC1, DC2 aufweist. Eine erste Treiberschaltung DC1 ist mit der ersten Busleitung BUS_P verschaltet, und eine zweite Treiberschaltung DC2 ist mit der zweiten Busleitung BUS_M verschaltet. Die Treiberschaltungen DC1, DC2 können Teil eines Transceivers 11, 12, 1N sein. Jede Treiberschaltung DC1, DC2 enthält einen Hauptschalter SDC1 , SDC2 . Der Hauptschalter SDC2 ist durch ein zu übertragendes Signal EN steuerbar, der Hauptschalter SDC1 ist durch das zu übertragende negierte Signal EN steuerbar. Das im Allgemeinen zu übertragende Signal EN ist ein Digitalsignal. Demzufolge umfasst es zwei Zustände, die auf jeder Busleitung BUS_P, BUS_M auftreten. Die Hauptschalter SDC1 , SDC2 können eine Busleitung BUS_P, BUS_M zum Beispiel mit einer Energiequelle oder einem Referenzpotential (in 3 nicht dargestellt) verschalten.
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Jeder Hauptschalter SDC1 , SDC2 kann sich in einem ersten Schaltzustand, wobei er eine minimale elektrische Leitfähigkeit aufweist, und in einem zweiten Schaltzustand, wobei er eine maximale elektrische Leitfähigkeit aufweist, befinden. Der erste Schaltzustand kann einen Aus-Zustand darstellen, der zweite Schaltzustand kann einen Ein-Zustand darstellen. Falls die Hauptschalter SDC1 , SDC2 schnell (= hart) zwischen Aus- und Ein-Zuständen geschaltet würden, würde dies zu steilen Flanken und scharfen Kanten des Signals führen. Dies würde das Leistungsspektrum erheblich erhöhen, was ein unerwünschter Effekt ist. Demzufolge weisen die Hauptschalter SDC1 , SDC2 mehr als nur zwei Schaltzustände auf. Zusätzlich zum ersten und zweiten Schaltzustand weisen die Hauptschalter SDC1 , SDC2 wenigstens einen Zwischen-Schaltzustand mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der minimalen und der maximalen Leitfähigkeit auf. Jeder der Zwischen-Schaltzustände weist eine elektrische Leitfähigkeit zwischen der minimalen und der maximalen Leitfähigkeit auf, die sich von den anderen Zwischen-Schaltzuständen unterscheidet. Indem die elektrische Leitfähigkeit der Hauptschalter SDC1 , SDC2 sukzessive erhöht wird, wenn vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand geschaltet wird, oder die elektrische Leitfähigkeit der Hauptschalter SDC1 , SDC2 sukzessive verringert wird, wenn vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird, kann das Leistungsspektrum wesentlich verringert werden.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung DC1, DC2. In diesem Beispiel wird die Treiberschaltung DCHS als eine High-Side-Treiberschaltung verwendet und ist demzufolge zwischen einer Busleitung BUS und einer Energiequelle Vs verschaltet. Die High-Side-Treiberschaltung DCHS enthält einen Hauptschalter SDCHS und eine reverse Schutzdiode D1, die in Reihe verschaltet sind. Der Hauptschalter SDCHS enthält weiterhin n Unterschalter S11, S12, S1N, die parallel verschaltet sind. Ein Widerstand R11, R12, R1N ist in Reihe mit jedem Unterschalter S11, S12, S1N verschaltet. Die Unterschalter S11, S12, S1N sind durch die Signale EN_h1, EN_h2, EN_hn steuerbar. Die Signale EN_h1, EN_h2, EN_hn sind vom zu übertragenden Signal EN abhängig. Im Aus-Zustand des Hauptschalters SDCHS können alle Unterschalter S11, S12, S1N geöffnet sein, so dass der Hauptschalter SDCHS minimale Leitfähigkeit aufweist. Im Ein-Zustand des Hauptschalters SDCHS können alle Unterschalter S11, S12, S1N geschlossen sein, so dass der Hauptschalter SDCHS maximale Leitfähigkeit aufweist. Wenn die Busleitung BUS vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand oder umgekehrt geschaltet wird, werden die Unterschalter S11, S12, S1N sukzessive geschlossen oder geöffnet, mit einer gewissen Zeitverzögerung zwischen jedem Öffnen oder Schließen und mit einer Erhöhung der Anzahl der geschlossenen oder geöffneten Schalter für jeden Zwischen-Schaltzustand. Auf diese Weise werden die Widerstände R11, R12, R1N sukzessive verbunden oder abgekoppelt, wobei sich die elektrische Leitfähigkeit erhöht oder verringert, indem sich der Gesamtwiderstand des Hauptschalters SDCHS verringert oder erhöht.
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Allerdings ist es ebenso zum Beispiel möglich, dass ein oder mehrere Unterschalter S11, S12, S1N im Aus-Zustand des Hauptschalters SDCHS geschlossen sind, wodurch ein Widerstand mit hohem Widerstandswert R11, R12, R1N verbunden wird, wodurch der Hauptschalter SDCHS minimale Leitfähigkeit aufweist. Wenigstens ein Unterschalter S11, S12, S1N kann im Ein-Zustand des Hauptschalters SDCHS geschlossen werden, wodurch ein Widerstand R11, R12, R1N mit geringem Widerstandswert verbunden wird, wodurch der Hauptschalter SDCHS maximale Leitfähigkeit aufweist. Mit jedem Zwischen-Schaltzustand können unterschiedliche Schalter geschlossen werden, wodurch unterschiedliche Widerstände mit sich erhöhendem oder sich verringerndem Widerstandswert R11, R12, R1N verbunden werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit sukzessive erhöht oder verringert wird, indem sich der Gesamtwiderstand des Hauptschalters SDCHS verringert oder erhöht.
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5 zeigt eine beispielhafte Treiberschaltung DCLS, die ähnlich der High-Side-Treiberschaltung DCHS ist und die als eine Low-Side-Treiberschaltung anstatt als eine High-Side-Treiberschaltung verwendet wird, wobei die Low-Side-Treiberschaltung DCLS zwischen der Busleitung BUS und einem Referenzpotential GND verschaltet ist. Die Unterschalter S21, S22, S2N sind durch die Signale EN_11, EN_12, EN_ln steuerbar, die auch vom zu übertragenden Digitalsignal EN abhängig sind. Wenn eine High-Side-Treiberschaltung DCHS und eine Low-Side-Treiberschaltung DCLS im gleichen Bussystem verwendet werden, können die Signale EN_h1, EN_h2, EN_hn und EN_11, EN_12, EN_ln synchron sein.
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Um die Widerstände R11, R12, R1N oder R21, R22, R2N einen nach dem anderen zu verbinden und demzufolge die elektrische Leitfähigkeit des Schalters DCHS oder DCLS sukzessive zu erhöhen, weisen die Steuersignale EN_h1, EN_h2, EN_hn und EN_11, EN_12, EN_ln eine gewisse Zeitverzögerung zueinander auf. Das gleiche gilt für das Abkoppeln der Widerstände. Die Steuersignale EN_11, EN_12, EN_ln zur Steuerung der Schalter in einer Low-Side-Treiberschaltung DCLS werden beispielhaft in 6 gezeigt. Das erste Signal EN_11 zum Schalten des ersten Unterschalters S21 wird an den Unterschalter S21 ohne eine Zeitverzögerung angelegt. Das zweite Signal EN_12 zum Schalten des zweiten Unterschalters S22 wird an den zweiten Unterschalter S22 mit einer gewissen Zeitverzögerung td2 gegenüber dem ersten Signal EN_l1 angelegt. Ein drittes Signal zum Schalten eines dritten Unterschalters S23 (in 5 nicht dargestellt) wird an den dritten Unterschalter S23 mit einer Zeitverzögerung td3 gegenüber dem zweiten Signal EN_l2 angelegt. Ein n-tes Signal EN_ln schaltet den n-ten Unterschalter S2n und ist eine gewisse Zeit tdn gegenüber einem vorhergehenden Signal verzögert. Die Anzahl der Signale hängt von der Anzahl der Unterschalter ab, die im Hauptschalter SDCLS enthalten sind. Die Signale innerhalb einer High-Side-Treiberschaltung DCHS werden auf die gleiche Art und Weise, mit einer gewissen Zeitverzögerung zwischen jedem Signal, bereitgestellt. Um ein Energiespektrum bei der gleichen Frequenz zu vermeiden, können die Zeitverzögerungen td1 , td2 , ..., tdn als nicht einheitlich gewählt werden, sondern so, dass sie sich voneinander unterscheiden.
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7 zeigt ein Beispiel für ein Bussystem mit zwei Busleitungen BUS_P, BUS_M. Jede Busleitung BUS_P, BUS_M weist eine High-Side-Treiberschaltung DCHS und eine Low-Side-Treiberschaltung DCLS auf, die mit ihr verbunden ist. Dadurch kann jede Busleitung BUS_P, BUS_M mit einer Energiequelle Vs und mit einem Referenzpotential GND (nicht dargestellt) verbunden werden, zum Beispiel durch Schalten, d. h. durch Aktivieren, der entsprechenden Treiberschaltung DCHS1, DCHS2, DCLS1, DCLS2. Die High-Side-Treiberschaltungen DCHS1, DCHS2 sind durch das invertierte, zu übertragende Steuersignal EN steuerbar, und die Low-Side-Treiberschaltungen DCLS1, DCLS2 sind durch das zu übertragende Steuersignal EN steuerbar. Weil das zu übertragende Steuersignal EN mit einer Zeitverzögerung für jeden Schaltzustand bereitgestellt wird, wird das Steuersignal EN über n separate Leitungen übertragen, die mit den zu schließenden oder zu öffnenden Unterschaltern S21, S22, S2N (in 7 nicht dargestellt) verschaltet sind, und das invertierte Steuersignal EN wird über n separate Leitungen übertragen, die mit den zu schließenden oder zu öffnenden Unterschaltern S11, S12, S1N (in 7 nicht dargestellt) verschaltet sind.
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Im Vergleich zur in 3 gezeigten beispielhaften Treiberschaltung wird eine zusätzliche Treiberschaltung DCHS2, DCLS2 in 7 mit jeder Busleitung BUS_P, BUS_M verschaltet. Dies wird zum Beispiel gemacht, um eine noch größere Robustheit gegen unerwünschte elektromagnetische Einstrahlung zu erreichen. Andererseits werden auf diese Weise die Impedanzen der High-Side DCHS1, DCHS2 und der Low-Side DCLS1, DCLS2 Treiberschaltungen im Aus-Zustand aneinander angepasst. Dadurch wird eine Impedanzanpassung über die gesamte Spannungsbandbreite erreicht. Die zusätzlichen Treiberschaltungen DCHS2, DCLS2 können einen größeren Reihenwiderstand als die ersten Treiberschaltungen DCHS1, DCLS1 aufweisen, um die Funktion des Systems wegen ihrer Leitfähigkeit nicht zu beeinträchtigen. Die Treiberschaltungen DCLS2, DCHS2 können jeweils von einem oder mehreren Steuersignalen EN gesteuert werden.
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8 zeigt die Treiberschaltung aus 4, jedoch mit einem zusätzlichen Transistor T1, der zwischen der Diode D1 und dem Hauptschalter SDCHS verschaltet ist. Die Unterschalter S11, S12, S1N können zum Beispiel unter Verwendung von Niederspannungstransistoren implementiert werden, während der zusätzliche Transistor T1 zum Beispiel unter Verwendung eines Hochspannungstransistors implmentiert werden kann. Auf diese Weise schützt der Transistor T1 die Unterschalter S11, S12, S1N. Durch Verwendung nur eines Hochspannungstransistors T1 wird weniger Platz benötigt als im Vergleich zu einer Schaltung, in der jeder Unterschalter S11, S12, S1N selbst als ein Hochspannungstransistor implementiert ist. Der zusätzliche Transistor T1 ist durch ein invertiertes Steuersignal ACTIVE steuerbar, wobei der Transistor T1 sich in einem leitfähigen oder nicht leitfähigen Zustand befindet, gemäß dem Zustand des Steuersignals ACTIVE. Der zusätzliche Transistor T1 und die Diode D1 können ausgetauscht werden, falls eine Technologie verwendet wird, bei der die Diode D1 nicht ohne unerwünschte Störeffekte implementiert werden kann.
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9 zeigt die gleiche Treiberschaltung DCLS wie 5 mit einem zusätzlichen Transistor T2, der zwischen der Diode D2 und dem Hauptschalter SDCLS verschaltet ist. Wie oben beschrieben wird, kann der zusätzliche Transistor T2 unter Verwendung eines Hochspannungstransistors implementiert werden, wohingegen die Unterschalter S21, S22, S2N unter Verwendung von Niederspannungstransistoren implementiert werden kann. Der zusätzliche Transistor T2 ist durch ein Steuersignal ACTIVE steuerbar, wobei der Transistor T2 sich gemäß dem Zustand des Steuersignals ACTIVE in einem leitfähigen oder nicht leitfähigen Zustand befindet.
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10 zeigt ein Beispiel eines Signalübertragungs-Busses mit nur einer Busleitung BUS. Solch ein Bus kann ein LIN- (Local Interconnect Network) Bus oder irgendein anderer geeigneter Bus sein. In einem LIN-Bus ist die Busleitung BUS, die zur Übertragung von Signalen verwendet wird, im Allgemeinen eine einfache nicht abgeschirmte Eindrahtleitung. Die Busleitung BUS ist mit einer Energiequelle Vcc verschaltet, die eine Batteriespannung sein kann, zum Beispiel über einen Abschlusswiderstand R3. Ein Transistor T3 ist zwischen der Busleitung BUS und einem Referenzpotential GND verschaltet. Dieser Transistor T3 ist Teil eines Transmitters 20, der zur Übertragung von Signalen auf der Busleitung verwendet wird. Der Transmitter 20 enthält weiterhin eine Steuerung 30, die mit dem Transistor T3 verschaltet ist.
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Ein LIN-Bus wird mit zwei komplementären Logikpegeln betrieben. Ein dominanter Pegel mit einer Spannung nahe am Referenzpotential GND stellt eine logische ‚0‘ dar. Ein rezessiver Pegel mit einer elektrischen Spannung nahe an der Batteriespannung Vcc stellt eine logische ‚1‘ dar. Die Spezifikation der LIN-Bitübertragungsschicht fordert, dass das Schalten des Transceivers nicht die Leistung anderer elektronischer Komponenten beeinträchtigt. Entwickler haben sicherzustellen, dass der Transceiver die EMV- (elektromagnetischen Verträglichkeits-) Anforderungen zum Beispiel der Automobilhersteller erfüllt. In einem rezessiven Zustand ist der Transmitter 20 passiv und der Pull-up-Widerstand R3 zieht die Busleitung BUS nahe an die Versorgungsspannung der Batterie Vcc. Der dominante Zustand tritt auf, wenn der Transmitter 20 die Busleitung BUS aktiv zum Referenzpotential GND herunterzieht. Eine Induktivität L3 wird zwischen der Busleitung BUS und dem Transmitter 20 verschaltet, um elektromagnetische Emissionen zu reduzieren und die EMV-Anforderungen zu erfüllen.
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11 zeigt das Bussystem aus 10, jedoch mit einer Low-Side-Treiberschaltung DCLS3, die mit der Busleitung BUS anstatt dem Transistor T3 verschaltet ist. Die Treiberschaltung DCLS3 erhöht sukzessive die elektrische Leitfähigkeit und verringert demzufolge während des Schaltens vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand das Leistungsspektrum. Die Treiberschaltung DCLS3 verringert sukzessive die elektrische Leitfähigkeit und verringert demzufolge das Leistungsspektrum während des Schaltens vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand. Es ist keine zusätzliche Induktivität L3 erforderlich, weil die Treiberschaltung DCLS3 die Steilheit der Flanken reduziert, z. B. die Kanten abrundet. Abhängig von der Anzahl der Unterschalter S21, S22, S2n, die in der Treiberschaltung DCLS3 enthalten sind, wird eine Anzahl n Leitungen zwischen der Steuerung 30 und der Treiberschaltung DCLS3 bereitgestellt, um das Signal EN bereitzustellen, das mit einer Zeitverzögerung auf jeder Leitung übertragen werden soll.
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12 zeigt eine beispielhafte Treiberschaltung eines FlexRay-Kommunikationsbusses mit zwei Leitungen. Ein FlexRay-Kommunikationsbus ist ein deterministisches, fehlertolerantes Hochgeschwindigkeits-Bussystem. FlexRay verwendet meist zwei verdrillte Adern BUS_P, BUS_M, um Knoten zu verbinden und Signaldaten zu übertragen, unterstützt jedoch auch Ein-Kanal-Konfigurationen, die aus einem Adernpaar bestehen. Allerdings bieten Zwei-Kanal-Konfigurationen verbesserte Fehlertoleranz und vergrößerte Bandbreite. FlexRay-Busse erfordern einen Abschluss in Form eines Widerstands R6, der zwischen dem verdrillten Adernpaar BUS_P, BUS_M verbunden ist. Zur Übertragung werden Differenzspannungspegel verwendet. Ein Übertragungspegel ergibt sich aus einer Spannungsdifferenz zwischen den zwei Busleitungen BUS_P, BUS_M. Ein FlexRay-Bus weist bis zu vier unterschiedliche Zustände auf.
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Die Pegel der beiden Busleitungen BUS_P, BUS_M können mit den Transistoren T4, T5, T6, T7 gesteuert werden. Die erste Busleitung BUS_P ist mit einer Batteriespannung Vcc und mit einem Referenzpotential GND über die Transistoren T5 und T7 verschaltet. Die zweite Busleitung BUS_M ist mit der Batteriespannung Vcc und dem Referenzpotential GND über die Transistoren T4 und T6 verschaltet. Abhängig von den Spannungspegeln, die auf den Busleitungen BUS_P, BUS_M zur Übertragung benötigt werden, sind die Busleitungen BUS_P, BUS_M mit der Batteriespannung Vcc und dem Referenzpotential GND verbunden oder davon abgekoppelt. Die Busleitungen BUS_P, BUS_M sind mit der Batteriespannung Vcc oder dem Referenzpotential GND verschaltet, wenn der entsprechende Transistor T4, T5, T6, T7 leitfähig ist, und sie sind von der Batteriespannung Vcc oder dem Referenzpotential GND abgekoppelt, wenn der entsprechende Transistor T4, T5, T6, T7 nicht leitfähig ist. Die Transistoren T4, T5, T6, T7 werden durch das Steuersignal EN gesteuert, das von einer Steuerung 31 bereitgestellt wird.
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Ein invertierender Schmitt-Trigger 40 wird als ein Empfänger verwendet. Die Hysterese des Schmitt-Triggers 40 wird gemäß den Schaltpunkten der Differenzsignale definiert, die auf den Busleitungen BUS_P, BUS_M empfangen werden. Die Verhältnisse zwischen den Widerständen R4, R5 und dem Wert der Referenzspannungsquelle V1 sind dementsprechend dimensioniert. Eine Induktivität L4, L5 ist zwischen jeder Busleitung BUS_P, BUS_M und dem Transmitter 21 verschaltet, um elektromagnetische Emissionen zu reduzieren und die EMV-(elektromagnetischen Verträglichkeits-) Anforderungen zu erfüllen. Allerdings ist diese Ausführungsform eines Empfängers nur ein mögliches Beispiel. Ein Empfänger kann in irgendeiner anderen geeigneten Weise implementiert werden.
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13 zeigt das FlexRay-Bussystem aus 12, wobei die Transistoren T4, T5, T6, T7 durch die Treiberschaltungen DCHS4, DCHS5, DCLS4, DCLS5 ersetzt worden sind. Weil die Treiberschaltungen DCHS4, DCHS5, DCLS4, DCLS5 beim Schalten die Steilheit der Flanken reduzieren und die Kanten abrunden, sind die Induktivitäten L4, L5 in dieser Konfiguration nicht erforderlich.
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Die High-Side-Treiberschaltungen DCHS4, DCHS5 empfangen das negierte Steuersignal EN von der Steuerung 31. Das invertierte Steuersignal EN wird über n Kanäle bereitgestellt, wobei die Anzahl der Kanäle von der Anzahl der Schaltzustände der Treiberschaltungen DCHS4, DCHS5 abhängig ist. Das auf jedem Kanal bereitgestellte Steuersignal EN ist in Bezug auf das vorhergehende Steuersignal EN auf einem anderen Kanal zeitverzögert. Die High-Side-Treiberschaltungen DCHS4, DCHS5 empfangen ebenfalls das invertierte Steuersignal ACTIVE von der Steuerung 31, die die Hochspannungstransistoren T1 steuert. Das invertierte Steuersignal ACTIVE und die Hochspannungstransistoren T1 (nicht dargestellt) sind allerdings nicht erforderlich. Das Steuersignal EN, das der High-Side-Treiberschaltung DCHS5 bereitgestellt wird, die mit der ersten Busleitung BUS_P verschaltet ist, wird invertiert.
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Die Low-Side-Treiberschaltungen DCLS4, DCLS5 empfangen das Steuersignal EN von der Steuerung 31. Das Steuersignal EN wird über n Kanäle bereitgestellt, wobei die Anzahl der Kanäle von der Anzahl der Schaltzustände der Treiberschaltungen DCLS4, DCLS5 abhängig ist. Das auf jedem Kanal bereitgestellte Steuersignal EN ist in Bezug auf das vorhergehende Steuersignal EN auf einem anderen Kanal zeitverzögert. Die Low-Side-Treiberschaltungen DCLS4, DCLS5 empfangen ebenfalls das Steuersignal ACTIVE von der Steuerung 32, die die Hochspannungstransistoren T2 steuert. Das Steuersignal ACTIVE und die Hochspannungstransistoren T2 (nicht dargestellt) sind allerdings nicht erforderlich. Das Signal EN, das der Treiberschaltung DCLS5 bereitgestellt wird, die mit der ersten Busleitung BUS_P verschaltet ist, wird invertiert.
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14 zeigt ein CAN-Bussystem mit zwei Busleitungen CAN_H, CAN_L. Ein CAN-Bus weist im Allgemeinen zwei Zustände auf, einen dominanten und einen rezessiven Zustand. Wenn Daten übertragen werden, analysiert der Empfänger 41, der im gezeigten Beispiel wiederum ein invertierender Schmitt-Trigger ist, die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Busleitungen CAN_H, CAN_L. Die Hysterese des Schmitt-Triggers wird wiederum gemäß den Schaltpunkten des empfangenen Differenzsignals definiert. Die Verhältnisse zwischen den Widerständen R7, R8 und dem Wert der Referenzspannungsquelle V2 sind dementsprechend dimensioniert. Wiederum ist diese Ausführungsform eines Empfängers nur ein mögliches Beispiel. Ein Empfänger kann wiederum in irgendeiner anderen geeigneten Weise implementiert werden.
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Ein Abschlusswiderstand R9 ist zwischen der ersten und der zweiten Busleitung CAN_H, CAN_L verschaltet. Die erste Busleitung CAN_H ist mit einer Batteriespannung Vcc über einen Transistor T8 verschaltet. Die zweite Busleitung CAN_L ist mit einem Referenzpotential GND über einen Transistor T9 verschaltet. Der Transistor T8, der verwendet wird, um die erste Busleitung CAN_H mit der Batteriespannung Vcc zu verbinden oder die erste Busleitung CAN_H von der Batteriespannung Vcc abzukoppeln, ist durch das zu übertragende, invertierte Steuersignal EN steuerbar. Der Transistor T9, der verwendet wird, um die zweite Busleitung CAN_L mit dem Referenzpotential GND zu verbinden oder die zweite Busleitung CAN_L vom Referenzpotential GND abzukoppeln, ist durch das Steuersignal EN steuerbar. Eine Induktivität L6, L7 ist zwischen jeder Busleitung CAN_H, CAN_L und dem Transmitter 22 verschaltet, um elektromagnetische Emissionen zu reduzieren und die EMV- (elektromagnetischen Verträglichkeits-) Anforderungen zu erfüllen.
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15 zeigt das CAN-Bussystem aus 14, wobei die Transistoren T8, T9 durch die Treiberschaltungen DCHS6, DCHS7, DCLS6, DCLS7 ersetzt worden sind. Weil die Treiberschaltungen DCHS6, DCHS7, DCLS6, DCLS7 die Steilheit der Flanken reduzieren, z. B. die Kanten beim Schalten abrunden, sind die Induktivitäten L6, L7 in dieser Konfiguration nicht erforderlich.
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Die High-Side-Treiberschaltungen DCHS6, DCHS7 empfangen das Steuersignal EN von der Steuerung 31. Das Steuersignal EN wird über n Kanäle bereitgestellt, wobei die Anzahl der Kanäle von der Anzahl der Schaltzustände der High-Side-Treiberschaltungen DCHS6, DCHS7 abhängig ist. Das auf jedem Kanal bereitgestellte Steuersignal EN ist in Bezug auf das vorhergehende Steuersignal EN auf einem anderen Kanal zeitverzögert. Die High-Side-Treiberschaltungen DCHS6, DCHS7 empfangen ebenfalls ein invertiertes Steuersignal ACTIVE von der Steuerung 32, um die Hochspannungstransistoren T1 (nicht dargestellt) zu steuern. Das invertierte Steuersignal ACTIVE und die Hochspannungstransistoren T1 sind allerdings nicht erforderlich.
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Die Low-Side-Treiberschaltungen DCLS6, DCLS7 empfangen ebenfalls das Steuersignal EN von der Steuerung 32. Das Steuersignal EN wird über n Kanäle bereitgestellt, wobei die Anzahl der Kanäle von der Anzahl der Schaltzustände der Low-Side-Treiberschaltungen DCLS6, DCLS7 abhängig ist. Das zu übertragende, auf jedem Kanal bereitgestellte Steuersignal EN ist in Bezug auf das vorhergehende Steuersignal EN auf einem anderen Kanal zeitverzögert. Die Low-Side-Treiberschaltungen DCLS6, DCLS7 empfangen das Steuersignal ACTIVE von der Steuerung 32, die die Hochspannungstransistoren T2 (nicht dargestellt) steuert. Das Steuersignal ACTIVE und die Hochspannungstransistoren T2 sind allerdings nicht erforderlich.
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Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen und ihre Vorteile detailliert beschrieben worden sind, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert werden, abzuweichen. Unter Berücksichtigung der obigen Variations- und Anwendungsbandbreite sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung weder auf die vorhergehende Beschreibung beschränkt ist, noch durch die zugehörigen Zeichnungen beschränkt ist. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente beschränkt.
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Begriffe wie zum Beispiel „erster“, „zweiter“ und ähnliche werden verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben und sollen ebenfalls nicht beschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der Beschreibung durchweg auf gleiche Elemente.
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Die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „umfassend“ und ähnliche sind, wie sie hierin verwendet werden, offene Begriffe, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale anzeigen, jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein“ und „der“, „die“, „das“ sollen sowohl den Plural als auch den Singular enthalten, es sei denn, der Kontext zeigt eindeutig etwas anderes.
