DE102014209694A1

DE102014209694A1 - Teilnehmerstation für ein Bussystem und Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit für eine Teilnehmerstation

Info

Publication number: DE102014209694A1
Application number: DE102014209694.4A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Axel Pannwitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US10318465B2; RU2016150147A; US20170199837A1; KR102366501B1; WO2015176942A1; CN106464558B; KR20170013228A; RU2708510C9; RU2708510C2; RU2016150147A3; EP3146677A1; CN106464558A

Abstract

Es sind eine Teilnehmerstation (10; 30) für ein Bussystem (1) und ein Verfahren zur Reduzierung von leitungsgebundenen Emissionen in einem Bussystem (1) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (10; 30) umfasst eine Sendeeinrichtung (12) zum Senden einer Nachricht (45, 47) an eine weitere Teilnehmerstation (20, 30; 10, 20) des Bussystems (1) über das Bussystem (1), wobei zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und eine Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) zum Ausschalten einer Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung (12), wenn eine HF-Signalkomponente (5) auf der von der Sendeeinrichtung (12) gesendeten Nachricht (45, 47) erfasst und für die Sendeeinrichtung (12) ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit für eine Teilnehmerstation, um die Anforderungen des Bussystems an die Signalsymmetrierung zu erfüllen.
Stand der Technik
Das CAN-Bussystem kommt bei der Vernetzung von Geräten zur Kommunikation beispielsweise in einem Fahrzeug zum Einsatz und ist aufgrund seiner parallelen Topologie für viele weitere Kommunikationsanwendungen sehr gut geeignet. Beim CAN-Bussystem werden Nachrichten mit dem CAN-Protokoll übertragen, wie es in der CAN-Spezifikation in der ISO 11898 beschrieben ist.
Derzeit wird immer häufiger der Einsatz von CAN-Bussystemen gefordert, in welchen eine höhere Taktung und damit eine höhere Datenübertragungsrate als bei CAN möglich ist, wie beispielsweise CAN-HS, CAN-FD, usw. Bei einem CAN-HS-Bussystem (HS = Hochgeschwindigkeit = Highspeed) ist eine Datenübertragungsrate von bis zu 500 kBit pro Sekunde (500 kbps) möglich. Bei einem CAN FD-Bussystem ist eine Datenübertragungsrate von größer 1 MBit pro Sekunde (1Mbps), 2Mbps, 4Mbps und gegebenenfalls höher möglich. Bei CAN-FD werden Nachrichten entsprechend der Spezifikation „CAN with Flexible Data-Rate, Specification Version 1.0“ (Quelle http://www.semiconductors.bosch.de) übertragen.
Auch wenn durch die Einführung von CAN-HS und CAN-FD die Migration existierender Steuergeräte und Fahrzeug-Plattformen zu höheren Datenraten ermöglicht wird, so existiert doch ein Problem, wenn mit einem CAN-Transceiver sowohl ein konventioneller CAN-HS-Betrieb als auch ein CAN-FD-Betrieb ausgeführt werden soll.
Derzeit werden nämlich alle Parameter eines CAN-Transceivers fix ausgelegt. Ein CAN-Transceiver wird auch als CAN-Sende-/Empfangseinrichtung bezeichnet. Mit der dann gewählten Auslegung oder Dimensionierung des CAN-Transceivers muss allen vereinbarten Anforderungen standgehalten werden. Solche Anforderungen sind, abgesehen von einer Einhaltung der funktionalen Parameter, beispielsweise die Erfüllung der Anforderungen in Bezug auf:

– Emission,
– Direct Power Injection (DPI), was ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist, und
– Elektrostatische Entladung (ESD = Electrostatic Discharge).

Bei CAN-Bussystemen umfasst das Signal auf dem Bus die beiden Signale CAN_H und CAN_L, welche sich idealerweise gegenphasig bewegen, so dass sich die elektrischen und magnetischen Felder beider Signalleitungen aufheben. Bei einem Test, bei welchem geprüft wird, ob die Anforderungen in Bezug auf: Direct Power Injection (DPI) erfüllt sind, dem sogenannten DPI-Test, darf ein auf dem CAN-Bus übertragenes Signal nur um 200 ns verschoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitgestellt werden, bei welchen eine große Störfestigkeit des übertragenen Signals gegeben ist und insbesondere nur maximal eine Signalverschiebung von zwei gegenphasigen Bussignalen in den vorgegebenen Grenzen des DPI-Tests auftritt.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein Bussystem nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Sendeeinrichtung zum Senden einer Nachricht an eine weitere Teilnehmerstation des Bussystems über das Bussystem, wobei zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf einen Bus des Bussystems gewährleistet ist, und eine Schalteinrichtung zum Ausschalten einer Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung, wenn eine HF-Signalkomponente auf der von der Sendeeinrichtung gesendeten Nachricht erfasst und für die Sendeeinrichtung ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgeführt wird.
Mit der Teilnehmerstation kann sowohl ein konventioneller CAN-HS-Betrieb als auch ein CAN-FD-Betrieb ausgeführt werden, auch wenn alle Parameter eines CAN-Transceivers der Teilnehmerstation fix ausgelegt sind. Es wird verhindert, dass es zu einer Verschiebung der Mittelwerte der Spannungen auf CAN_L und CAN_H und damit zu einer Störung der Kommunikation kommt, so dass die Anforderungen insbesondere des DPI-Tests für die Teilnehmerstation eingehalten werden können.
Darüber hinaus ist mit der Teilnehmerstation eine sehr gute Kontrolle der Ströme in CAN_H und CAN_L des Bussystems statisch und während der Schaltflanken bei einem Umschalten vom dominanten zum rezessiven Zustand und umgekehrt möglich.
Somit hat die Teilnehmerstation eine hohe Immunität bei eingestrahlten Störungen, was sich durch einen DPI-Test (DPI = Direct Power Injection = Direkte Energieeinstrahlung) oder einen BCI-Test (BCI = Bulk Current Injection = Stromeinprägung in den Kabelbaum) nachweisen lässt.
Ein weiterer Vorteil der Teilnehmerstation besteht darin, dass ein Betrieb ohne Gleichtaktdrossel möglich ist.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Beispielsweise kann die Schalteinrichtung aufweisen: einen ersten Transistor, der parallel zu einem Ausgangsstromspiegel für ein Signal CAN_L des Bussystems geschaltet ist und keine Strombegrenzungsfunktion hat, und einen zweiten Transistor, der parallel zu einem Ausgangsstromspiegel für ein Signal CAN_H des Bussystems geschaltet ist und keine Strombegrenzungsfunktion hat.
Möglicherweise ist die Schalteinrichtung ausgestaltet, den ersten und zweiten Transistor nach Ablauf einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H einzuschalten und vor Beginn einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H auszuschalten, oder die Schalteinrichtung ist ausgestaltet, den ersten und zweiten Transistor bei einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H einzuschalten und bei einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H auszuschalten.
Es ist auch möglich, dass die Schalteinrichtung zum Ausschalten der Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung derart ausgestaltet, dass sich die Flankenzeit der Signale CAN_L, CAN_H nicht verändert.
Die Sendeeinrichtung kann eine Flankensteuerung zur Symmetrierung von Schaltflanken im Bussystem aufweisen, wobei die Flankensteuerung aufweist ein Element zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs auf einem Bus des Bussystems, und einen Stromspiegel zum Übertragen des erzeugten Sollspannungsverlaufs an den Bus, wobei das Element zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs einen Millerkondensator umfasst, der auf der einen Seite an einen PMOS-Transistor und auf der anderen Seite an einen Widerstand angeschlossen ist, und/ oder wobei das Element zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs zwei Stromquellen umfasst, die an einen PMOS-Transistor angeschlossen sind.
Es ist möglich, dass die Flankensteuerung zwei Stromquellen, einen Millerkondensator, einen PMOS-Transistor und einen Widerstand umfasst, und wobei die zwei Stromquellen und der Millerkondensator an dem Gate des PMOS-Transistors angeschlossen sind.
Der Stromspiegel kann mit dem Bus über MOS-Hochspannungs-Transistoren verbunden sein.
Die Sendeeinrichtung kann zudem eine Verpolschutzdiode zum Schutz der Schaltung gegen ein Potential des dominanten Pegels im Bussystem und einer Verpolschutzdiode gegen ein Signal CAN-L aufweisen.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das einen Bus, und mindestens zwei Teilnehmerstationen aufweist, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können, wobei mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine der zuvor beschriebenen Teilnehmerstation ist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit für eine Teilnehmerstation nach Patentanspruch 10 gelöst. Bei dem Verfahren sendet eine Sendeeinrichtung eine Nachricht an eine weitere Teilnehmerstation des Bussystems über das Bussystem, wobei zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf einen Bus des Bussystems gewährleistet ist, und wobei eine Schalteinrichtung eine Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung ausschaltet, wenn eine HF-Signalkomponente auf der von der Sendeeinrichtung gesendeten Nachricht erfasst und für die Sendeeinrichtung ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgeführt wird,.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Zeichnungen
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen Sollspannungsverlauf eines Bussignals über der Zeit im Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
3 ein elektrisches Schaltbild einer Signalsymmetrierungseinrichtung einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise ein CAN-Bussystem, ein CAN-FD-Bussystem, usw., sein kann. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L genannt werden und dienen zur Einkopplung der dominanten Pegel im Sendezustand. Über den Bus 40 können Nachrichten 45, 46, 47 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 übertragen werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 können beispielsweise Steuergeräte oder Anzeigevorrichtungen eines Kraftfahrzeugs sein.
Wie in 1 gezeigt, haben die Teilnehmerstationen 10, 30 jeweils eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sendeeinrichtung 12, eine Empfangseinrichtung 13, und eine Erfassungseinrichtung 14. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 1, eine Erfassungseinrichtung 14, und eine Sende-/Empfangseinrichtung 15. Die Sendeeinrichtungen 12, die Empfangseinrichtungen 13 der Teilnehmerstationen 10, 30 und die Sende-/Empfangseinrichtung 15 der Teilnehmerstation 20 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 dient zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit einer anderen Teilnehmerstation der an den Bus 40 angeschlossenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30. Die Sendeeinrichtung 12 dient zum Senden der Nachrichten 45, 47 in Form von Signalen, wobei leitungsgebundene Emissionen im Bussystem 1 so reduziert sind, dass die Anforderungen des Bussystems 1 an die Signalsymmetrierung erfüllt werden, wie später noch ausführlicher beschrieben. Die Erfassungseinrichtung 14 dient zum Erfassen einer sehr schematisch dargestellten Hochfrequenzkomponente oder HF-Komponente 5 auf den Signalen der Nachrichten 45, 46, 47, welche niederfrequent sind. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller ausgeführt sein. Die Empfangseinrichtung 13 kann in Bezug auf ihre Empfangsfunktionalität wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 15 kann wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein.
2 zeigt einen Spannungsverlauf U über der Zeit t mit Schaltflanken 51, 52, wie er von der Sendeeinrichtung 12 erzeugt wird, die in 3 genauer dargestellt ist. Die Schaltflanke 51 entspricht einem Übergang des Signals vom dominanten Zustand 53 zum rezessiven Zustand 54. Die Schaltflanke 52 entspricht einem Übergang des Signals vom rezessiven Zustand 54 zum dominanten Zustand 53. Der dargestellte Spannungsverlauf hat Schaltflanken 51, 52, wie ein von der Sendeeinrichtung 12 zu erzeugender Sollspannungsverlauf.
Somit wird gemäß 2 bei der Übertragung der Nachrichten 45, 46, 47 (1) in Form von Signalen auf dem Bus 40 (1) je nach zu übertragenden Daten zwischen einem hohen und einem niedrigen Signalzustand oder umgekehrt geschaltet, wobei der hohe Signalzustand auch als Dominantzustand und der niedrige Signalzustand auch als Rezessivzustand bezeichnet wird.
Wie aus 2 ersichtlich, ist der CAN-Bus ein differentielles Bussystem mit zwei gegenphasigen Signalen CAN_H und CAN_L, an welche hohe Anforderungen in Bezug auf die Signalsymmetrierung gestellt werden. Hierbei gilt, je besser die Signalsymmetrierung desto geringer die Störabstrahlung und die Störungen bei einer Teilnehmerstation, wie beispielsweise einem Autoradio. Die gegenphasigen Signale CAN_H und CAN_L werden daher derart gesteuert, dass ihr Mittelwert möglichst wenig von der Mittenspannung VCC5/2 = 2.5V abweicht.
Bei dem DPI-Test (DPI = Direct Power Injection = direkte Energieeinstrahlung) wird ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ausgeführt. Sind die Signale CAN_L und CAN_H um mehr als 200 ns verschoben, ergibt der DPI-Test, dass ein Fehler vorliegt. Der Fehler kann durch eine größere Flankensteilheit der Signale CAN_L und CAN_H bzw. eine schnellere Schaltflanke von rezessiv nach dominant oder umgekehrt der Signale CAN_L und CAN_H nicht behoben werden. Daher ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Sendeeinrichtung 12 ausgeführt, wie in 3 gezeigt.
Gemäß 3 umfasst die Sendeeinrichtung 12 eine Flankensteuerung 120 mittels einer Nachbildung eines Millerkondensators 121 und Stromquellen 122, einen nahezu verzögerungsfreien Stromspiegel 130, einen Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 und einen Ausgangsstromspiegel CAN_L 145.
Die Flankensteuerung 120 umfasst zusätzlich zum Millerkondensator 121 und den Stromquellen 122 noch Schaltelemente 123 und einen PMOS-Transistor 124. An dem Gate des PMOS-Transistors 124 ist der Millerkondensator 121 angeschlossen. Zudem sind an dem Gate des PMOS-Transistors 124 die Stromquellen 122 über die Schaltelemente 123 angeschlossen. Der Miller-Kondensator 121 ist an seiner anderen Seite mit dem Drain des PMOS-Transistors 124 verbunden. Ein Widerstand 125 wandelt die erzeugte Spannungsrampe am Drain des PMOS-Transistors 124 in ein Stromsignal für den Eingang eines Stromspiegels 131. Dabei gibt der Widerstand 124 den maximalen Kurzschlussstrom in der Busader 41 (CAN_H) und der Busader 42 (CAN_L.) vor.
Der Stromspiegel 130 umfasst zusätzlich zu der NMOS-Strombank 131 zudem eine NMOS-Hochspannungs-Kaskode 132, die nachfolgend auch NMOS-HV-Kaskode 132 genannt ist, und einen PMOS-Stromspiegel 133 für Niederspannung (low voltage). Die NMOS-HV-Kaskode 132 ist mit dem Ausgangsstromspiegel 140 verbunden. Der PMOS-Stromspiegel 133 ist mit dem Ausgangsstromspiegel 145 verbunden. Der Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 ist ein PMOS-Stromspiegel für Niederspannung (low voltage) zur CAN_H Ausgangstromerzeugung. Der Ausgangsstromspiegel CAN_L 145 ist ein NMOS-Stromspiegel für Niederspannung (low voltage) zur CAN_L Ausgangstromerzeugung.
An den Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 ist eine PMOS-Hochspannungs-Kaskode 141, die nachfolgend auch PMOS-HV-Kaskode 141 genannt ist, angeschlossen. Die PMOS-HV-Kaskode 141 wird für einen Fehlerfall „Kurzschluss von CAN_H gegen –27 V“ benötigt. Darüber hinaus ist an den Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 eine Verpolschutzdiode 142 zum Schutz der Schaltung gegen positive Überspannung von CAN_H angeschlossen. An die PMOS-HV-Kaskode 141 wird ein negatives Potential φch_n bezogen zu der positiven Spannungsversorgung hinter der Verpolschutzdiode 142 angelegt.
An den Ausgangsstromspiegel CAN_L 145 ist eine NMOS-Hochspannungs-Kaskode 146, die nachfolgend auch NMOS-HV-Kaskode 146 genannt ist, angeschlossen. Die NMOS-HV-Kaskode 146 wird für einen Fehlerfall „Kurzschluss CAN_L gegen 40 V benötigt. Darüber hinaus ist an den Ausgangsstromspiegel CAN_L 145 eine Verpolschutzdiode 147 angeschlossen. Die Verpolschutzdiode 147 wird im Fehlerfall „Kurzschluss CAN_L gegen –27 V“ benötigt. An die NMOS-HV-Kaskode 146 wird ein positives Potential φch_p bezogen auf Masse angelegt.
Zwischen der PMOS-HV_Kaskode 141 und der Verpolschutzdiode 147 ist der Bus 40 mit den Busadern 41, 42 geschaltet, welche mit dem Widerstand 143 abgeschlossen sind. Somit hat der Widerstand 143 den gleichen Widerstand wie der Wellenwiderstand des Busses 40, weshalb es zu keinen Reflexionen auf dem Bus 40 kommt. Hierbei steht die Busader 41 für die Übertragung des Signals CAN_H und die Busader 42 für die Übertragung des Signals CAN_L.
Die zuvor beschriebene Schaltung ist in Bezug auf den Widerstand 143 stark vereinfacht. In der Realität sind an jedem Leitungsende der Busadern 41, 42 je zwei in Serie geschaltete 60 Ω Widerstände zum Abschluss vorhanden. Der jeweilige Mittelpunkt wird auf 2,5 V festgelegt.
Bei der Sendeeinrichtung 12 von 3 wird der Sollspannungsverlauf auf dem Bus 40 intern mittels eines Replikaelements, das den Millerkondensator 121, die Stromquellen 122, den PMOS-Transistor 124 und den Widerstand 125 umfasst, erzeugt und dann über die Stromspiegel 140, 145, zum Bus 40 übertragen. Die Flankensteuerung wird mit dem Millerkondensator 121, den Stromquellen 122, dem PMOS-Transistor 124 und dem Widerstand 125 erzielt. Die Stromspiegel 133, 140, 145 sind mit im Layout identisch aufgebauten MOS-Niederspannungs-Transistoren gebildet, um gleiche Signalverzögerungen sowie gleiches Sättigungsverhalten im CAN_H- und CAN_L-Zweig der in 3 gezeigten Schaltung zu erhalten.
Mit der Flankensteuerung 120 wird also ein Verfahren zur Reduzierung von leitungsgebundenen Emissionen in dem Bussystem 1 ausgeführt. Hierbei erzeugt die Flankensteuerung 120 zur Symmetrierung von Schaltflanken im Bussystem 1 einen Sollspannungsverlauf auf dem Bus 40 mit einem Element zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs und überträgt diesen über den Stromspiegel 130 zum Bus 40.
Die benötigte Spannungsfestigkeit wird mittels Kaskodestufen erreicht, die aus MOS-Hochspannungs-Transistoren gebildet sind, nämlich den Kaskoden 132, 141, 146.
Wie aus 3 ersichtlich, ist die Schaltung der Flankensteuerung 120 weitgehend vom Bus 40 getrennt, der durch die Busadern 41, 42 und den Widerstand 143 repräsentiert wird. Dieser Vorteil wird durch die kaskoden Transistoren erzielt, nämlich die Kaskoden 132, 141, 146. Damit werden eingestrahlte Störungen, wie durch DPI, BCI, etc., von empfindlichen Blöcken, wie der Flankensteuerung 120 ferngehalten. Die bekannten Gleichricht- und Speichereffekte gehören der Vergangenheit an.
Somit sind durch die Flankensteuerung 120 während der Schaltvorgänge auf dem Bus 40, also von rezessiv nach dominant oder umgekehrt, gleiche Ströme an CAN_H und CAN_L vorhanden. Dadurch hat man ideale oder nahezu ideale Schaltvorgänge bei gleichem Innenwiderstand an CAN_H, der Busader 41, und CAN_L, der Busader 42. Die Stromquellen 122, der Millerkondensator 121 über dem PMOS-Transistor 124 und der Widerstand 125 sind so auf das Schaltverhalten in Kombination mit dem Bus 40 abgestimmt, dass nur geringe Gleichtaktstörungen entstehen.
Zudem ist in 3 parallel zu dem Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 ein Ausgangstransistor oder erster Transistor 1400 geschaltet. Parallel zu dem Ausgangsstromspiegel CAN_L 145 ist ein Ausgangstransistor oder zweiter Transistor 1450 geschaltet. Der erste und zweite Transistor 1400, 1450 hat jeweils keine Strombegrenzungsfunktion, wobei in der Praxis die maximalen Ströme des ersten und zweiten Transistors 1400, 1450 ein Vielfaches einer Spezifikation „(OEM) Hardware Requirements for LIN CAN and FlexRay Interfaces in Automotive Applications“, Version 1.3 von 2012-05-04, herausgegeben und beziehbar von den deutschen Fahrzeugherstellern Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen, in welcher Hardware Anforderungen für OEMs LIN-, CAN- und FlexRay-Schnittstellen in Automobilanwendungen angegeben sind (OEM = Original Equipment Manufacturer = Originalausrüstungshersteller oder Erstausrüster). Die ersten und zweiten Transistoren 1400, 1450 werden von einer vereinfacht dargestellten Ansteuerschaltung 150 mit mehreren Transistoren zur Erfüllung der Anforderungen des DPI-Tests angesteuert, wie nachfolgend beschrieben. Die Transistoren der Ansteuerschaltung 150 sind Schalter ohne Strombegrenzung. Die Transistoren 1400, 1450 und die Ansteuerschaltung 150 bilden eine Schalteinrichtung zum Schalten der Strombegrenzungen der Ausgangsstromspiegel CAN_H 140 und CAN_L 145.
Beim CAN-Bus hat die Flankensteilheit oder Flankenzeit der Signale CAN_L und CAN_H einen Wert von ca. < 100 ns. Die Hochfrequenzeinstrahlung bleibt gering, da durch die gegenphasigen Signale CAN_L und CAN_H ein symmetrisches System vorliegt. Erfasst die Erfassungseinrichtung 14 von 1 der Teilnehmerstationen 10, 30 während eines DPI-Tests jedoch eine hochfrequente Störstrahlung, so wird folgendermaßen vorgegangen.
Das Toleranzfenster für gesendete Pulse der Signale CAN_L und CAN_H beträgt 200 ns und ist somit doppelt so lang wie die Flankenzeit der Signale CAN_L und CAN_H. Dies wird ausgenutzt, um die mit den Transistoren 1400, 1450 (2) realisierten Schalter am Ende einer Sollflanke der Signale CAN_L und CAN_H zu schließen bzw. die mit den Ausgangstransistoren 1400, 1450 realisierten Schalter vor der Sollflanke der Signale CAN_L und CAN_H zu öffnen.
Auf diese Weise wird mit dem ersten und zweiten Transistor 1400, 1450 und der Ansteuerschaltung 150 verhindert, dass bei der Sendeeinrichtung 12 während des DPI-Tests durch eine parasitäre Diode der Kaskoden 141, 146 mehr Strom in negativer Richtung fließt als die Strombegrenzung in positiver Richtung erlaubt. Dies wird dadurch erzielt, dass in der Sendeeinrichtung 12 die durch die Kaskoden 141, 146 bewirkte Strombegrenzung in positiver Richtung während des DPI-Tests abgeschaltet wird, so dass es nicht zu einer Verschiebung der Mittelwerte der Spannungen auf CAN_L und CAN_H und damit zu einer Störung der Kommunikation kommt.
Somit werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Ablauf einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke des CAN-Signals, also von CAN_L bzw. CAN_H, die Transistoren 1400, 1450 eingeschaltet. Vor Beginn einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke des CAN-Signals, also von CAN_L bzw. CAN_H, werden die Transistoren 1400, 1450 ausgeschaltet.
Bei einem solchen Schalten der Transistoren 1400, 1450 ergibt sich ein gegen eingekoppelte Störungen unempfindliches System ohne dass die Flankensteilheit oder Flankenzeit der Signale CAN_L und CAN_H verändert wird.
Bei einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden der erste und zweite Transistor 1400, 1450 während eines DPI-Test und bei Erfassen einer hochfrequenten Störstrahlung mit der Erfassungseinrichtung 14 von 1 folgendermaßen geschaltet. Die Transistoren 1400, 1450 werden bei einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke des CAN-Signals eingeschaltet und bei einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke des CAN-Signals ausgeschaltet. Insbesondere werden die Transistoren 1400, 1450 gleichzeitig mit der Sollflanke der Signale CAN_L und CAN_H geschaltet. Auch ein solches Schalten ergibt ein gegen eingekoppelte Störungen unempfindliches System. Jedoch wird bei der vorliegenden Modifikation die Flankensteilheit oder Flankenzeit der Signale CAN_L und CAN_H verändert, insbesondere die Flankensteilheit versteilert und die Flankenzeit verkürzt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der dominante Buszustand symmetriert, welcher dem dominanten Zustand 53 entspricht. Genauer gesagt, wird das Verhältnis der Ströme in Richtung des Ausgangsstromspiegels CAN_H 140 und des Ausgangsstromspiegels CAN_L 145 abgeglichen Damit können Stromfehler in unterschiedlichen Signalpfaden vermieden werden, die aufgrund von Bauelemente-Fehlanpassung (Bauelemente-Mismatch) auftreten können. Vorteilhafterweise bildet man die NMOS-Strombank 131 abgleichbar aus. Ansonsten ist das Bussystem 1 aufgebaut, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1, der Teilnehmerstationen 10, 30, der Sendeeinrichtung 12 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere ist eine beliebige Kombination der Merkmale der Ausführungsbeispiele möglich. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist insbesondere ein CAN-Netzwerk oder ein CAN FD-Netzwerk oder ein FlexRay-Netzwerk.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere können auch nur Teilnehmerstationen 10 oder nur Teilnehmerstationen 30 oder nur Teilnehmerstationen 10, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele vorhanden sein.
Die Teilnehmerstationen 10, 30 stellen besonders für CAN-FD eine Möglichkeit dar, die Sendegüte von CAN-FD in den Bereich von üblichen CAN Übertragungen bei Nutzung einer deutlich höheren Datenrate anzuheben.
Die Erfassungseinrichtung 14 zur Erfassung einer HF-Signalkomponente 5 auf der von der Sendeeinrichtung 12 gesendeten Nachricht 45, 47 kann auch extern von einer der oder allen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 angeordnet sein.
Die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele lässt sich auch in einem Transceiver bzw. einer Sende-/Empfangseinrichtung 13 oder in einer Kommunikationssteuereinrichtung 11 usw. umsetzen. Zusätzlich oder alternativ kann die Sendeeinrichtung 12 in existierende Produkte integriert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 11898 [0002]
http://www.semiconductors.bosch.de [0003]

Claims

Teilnehmerstation (10; 30) für ein Bussystem (1), mit einer Sendeeinrichtung (12) zum Senden einer Nachricht (45, 47) an eine weitere Teilnehmerstation (20, 30; 10, 20) des Bussystems (1) über das Bussystem (1), wobei zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und einer Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) zum Ausschalten einer Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung (12), wenn eine HF-Signalkomponente auf der von der Sendeeinrichtung (12) gesendeten Nachricht erfasst und für die Sendeeinrichtung (12) ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgeführt wird.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung aufweist einen ersten Transistor (1400), der parallel zu einem Ausgangsstromspiegel (140) für ein Signal CAN_L des Bussystems (1) geschaltet ist und keine Strombegrenzungsfunktion hat, und einen zweiten Transistor (1450), der parallel zu einem Ausgangsstromspiegel (145) für ein Signal CAN_H des Bussystems (1) geschaltet ist und keine Strombegrenzungsfunktion hat.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 2, wobei die Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) ausgestaltet ist, den ersten und zweiten Transistor (1400, 1450) nach Ablauf einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H einzuschalten und vor Beginn einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H auszuschalten, oder wobei die Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) ausgestaltet ist, den ersten und zweiten Transistor (1400, 1450) bei einer rezessiv-nach-dominant-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H einzuschalten und bei einer dominant-nach-rezessiv-Schaltflanke der Signale CAN_L, CAN_H auszuschalten.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) zum Ausschalten der Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung (12) derart ausgestaltet, dass sich die Flankenzeit der Signale CAN_L, CAN_H nicht verändert.
Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sendeeinrichtung (12) eine Flankensteuerung (120) zur Symmetrierung von Schaltflanken im Bussystem (1) aufweist, wobei die Flankensteuerung (120) aufweist ein Element (121, 122, 124, 125) zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs auf einem Bus (40) des Bussystems (1), und einen Stromspiegel (130) zum Übertragen des erzeugten Sollspannungsverlaufs an den Bus (40) wobei das Element (121, 122, 124, 125) zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs einen Millerkondensator (121) umfasst, der auf der einen Seite an einen PMOS-Transistor (124) und auf der anderen Seite an einen Widerstand (125) angeschlossen ist, und/ oder wobei das Element (121, 122, 124, 125) zur Erzeugung des Sollspannungsverlaufs zwei Stromquellen (122) umfasst, die an einen PMOS-Transistor (124) angeschlossen sind.
Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Flankensteuerung (120) zwei Stromquellen (122), einen Millerkondensator (121), einen PMOS-Transistor (124) und einen Widerstand (125) umfasst, und wobei die zwei Stromquellen (122) und der Millerkondensator (121) an dem Gate des PMOS-Transistors (124) angeschlossen sind.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 5, wobei der Stromspiegel (130) mit dem Bus (40) über MOS-Hochspannungs-Transistoren (141, 146) verbunden ist.
Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sendeeinrichtung (12) zudem eine Verpolschutzdiode (142) zum Schutz der Schaltung gegen ein Potential des dominanten Pegels im Bussystem (1) und einer Verpolschutzdiode (147) gegen ein Signal CAN-L aufweist.
Bussystem (1), mit einem Bus (40), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (10, 20, 30), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können, wobei mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen (10, 20, 30) eine Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit für eine Teilnehmerstation (10, 30) eines Bussystems (1), wobei eine Sendeeinrichtung (12) eine Nachricht (45, 47) an eine weitere Teilnehmerstation (20, 30; 10, 20) des Bussystems (1) über das Bussystem (1) sendet, wobei zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und wobei eine Schalteinrichtung (150, 1400, 1450) eine Strombegrenzungsfunktion der Sendeeinrichtung (12) ausschaltet, wenn eine HF-Signalkomponente (5) auf der von der Sendeeinrichtung (12) gesendeten Nachricht (45, 47) erfasst und für die Sendeeinrichtung (12) ein Verfahren zur Störfestigkeitsmessung im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgeführt wird.