DE102016224963A1 - Control device for a bus system and method for data transmission in a bus system - Google Patents
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Abstract
Es sind eine Steuereinrichtung (11) für ein Bussystem (1) und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem (1) bereitgestellt. Die Steuereinrichtung (11) umfasst eine Platine (111), die an Hardware (112) angeschlossen ist oder aufweist zur Steuerung einer Kommunikation der Steuereinrichtung (11) im Bussystem (1), bei welcher eine Teilnehmerstation (10) mit mindestens einer weiteren Teilnehmerstation (20, 30) des Bussystems (1) mindestens eine Nachricht (45; 46; 47) über einen Bus (40) des Bussystems (1) austauscht, und mindestens vier Anschlüssen (x, y, y, x) die für einen Anschluss an elektrische Leitungen 411, 412, 421, 422) konfiguriert sind, mit welchen die Hardware (112) an eine Buskomponente (43, 430) des Bussystems (1) elektrisch anschließbar ist, wobei jeweils zwei Anschlüsse der mindestens vier Anschlüsse (x, y, y, x) elektrisch miteinander verbunden sind, so dass mindestens ein erstes Leitungspaar (411, 421) an zwei erste Anschlüsse oder zwei zweite Anschlüsse der mindestens vier Anschlüsse (x, y, y, x) elektrisch anschließbar ist, wobei die mindestens vier Anschlüsse (x, y, y, x) derart angeordnet sind, dass die zwei elektrisch miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse (y) zwischen den zwei elektrisch miteinander verbundenen ersten Anschlüssen (x) angeordnet sind, und/oder dass die vier Anschlüsse (x, y, y, x) in mindestens zwei nebeneinander angeordneten Reihen derart angeordnet sind, dass die elektrisch miteinander verbundenen ersten Anschlüsse (x) diagonal zueinander angeordnet sind und die elektrisch miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse (y) diagonal zueinander angeordnet sind.A control device (11) for a bus system (1) and a method for data transmission in a bus system (1) are provided. The control device (11) comprises a circuit board (111) which is connected to hardware (112) or has for controlling a communication of the control device (11) in the bus system (1), in which a subscriber station (10) with at least one further subscriber station (11). 20, 30) of the bus system (1) exchanges at least one message (45; 46; 47) via a bus (40) of the bus system (1) and at least four terminals (x, y, y, x) for a connection electrical lines 411, 412, 421, 422) are configured, with which the hardware (112) to a bus component (43, 430) of the bus system (1) is electrically connectable, wherein in each case two terminals of the at least four terminals (x, y, y, x) are electrically connected to one another such that at least one first line pair (411, 421) can be electrically connected to two first connections or two second connections of the at least four connections (x, y, y, x), wherein the at least four connections (x, y, y, x) such a are arranged, that the two electrically interconnected second terminals (y) between the two electrically interconnected first terminals (x) are arranged, and / or that the four terminals (x, y, y, x) in at least two juxtaposed rows are arranged such that the electrically interconnected first terminals (x) are arranged diagonally to each other and the electrically interconnected second terminals (y) are arranged diagonally to each other.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem, bei welchem eine ortssymmetrische Signalübertragung mit vier Leitungen zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ausgeführt ist.The present invention relates to a control device for a bus system and a method for data transmission in a bus system, in which a location-symmetrical signal transmission with four lines for improving the electromagnetic compatibility (EMC) is performed.
Stand der TechnikState of the art
Im Fahrzeug kommt für die Datenübertragung zwischen den Steuergeräten oder Steuereinrichtungen immer häufiger Ethernet und/oder LVDS (Low Voltage Digital System) zum Einsatz. Bei LVDS wird eine niedrigere Spannung (low voltage) als sonst bei digitalen Systemen übliche hohe Spannung (high voltage) von 5V oder 3,3 V verwendet.In the vehicle, Ethernet and / or LVDS (Low Voltage Digital System) are increasingly being used for data transmission between the control devices or control devices. LVDS uses a lower voltage than usual high voltage of 5V or 3.3V used in digital systems.
Sowohl Ethernet als auch LVDS übertragen die Daten über ein Aderpaar oder Leitungspaar, das verdrillt oder als Koax-Kabel ausgeführt sein kann. Diese Übertragungstechniken haben entweder sehr große Probleme mit den standardmäßig eingesetzten Steckverbindern, oder müssen ganz auf sie verzichten, weil die gewöhnlichen Schutzmaßnahmen gegen elektromagnetische Einstrahlung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) dort nicht eingesetzt werden (können).Both Ethernet and LVDS transmit the data over a wire pair or pair of wires that may be twisted or coaxed. These transmission techniques either have very large problems with the standard connectors used, or have to do without them, because the usual protective measures against electromagnetic radiation to improve the electromagnetic compatibility (EMC) can not be used there (can).
In CAN-Netzwerken, in welchen die Nachrichten mittels des CAN- und/oder CAN FD Protokolls übertragen werden, wie es in der derzeitigen ISO-CD-11898-1 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD beschrieben ist, verbinden die Leitungen gewöhnlich mehr als zwei Steuergeräte oder Steuereinrichtungen. Die Steuereinrichtungen sind außerdem häufig über Stichleitungen mit dem Bus verbunden. Je länger die Stichleitungen, umso größer werden störende Reflexionen, welche die Signalqualität verschlechtern und dadurch die maximal mögliche Datenübertragungsgeschwindigkeit im Netzwerk herabsetzen. Um die Stichleitung möglichst klein zu halten, werden im Extremfall die CAN_H- und CAN_L-Leitungen in die Steuereinrichtung hinein und wieder hinausgeführt. Dadurch verdoppelt sich allerdings auch für gewöhnlich die Angriffsfläche für elektromagnetische Einstrahlungen.In CAN networks in which the messages are transmitted by means of the CAN and / or CAN FD protocol, as described in the current ISO-CD-11898-1 as CAN protocol specification with CAN FD, the lines usually connect more as two controllers or controllers. The controllers are also often connected via stub lines to the bus. The longer the stub lines, the greater annoying reflections which degrade the signal quality and thereby reduce the maximum possible data transmission speed in the network. In order to keep the stub line as small as possible, in extreme cases the CAN_H and CAN_L lines are led into and out of the control device. However, this usually doubles the area of attack for electromagnetic radiation.
Generell gibt es einen Trend, dass die Steuereinrichtungen mit mehr aber dafür kleineren und dichter beieinander liegenden Steckkontakten ausgestattet sind.In general, there is a trend that the control devices are equipped with more but smaller and closer together plug contacts.
Vorteilhaft wäre, wenn die bereits in den Steuereinrichtungen verbauten Steckverbinder auch für höhere Datenübertragungsraten genutzt werden können, um bereits vorhandene Infrastruktur weiter verwenden zu können und um den stetig steigenden Anforderungen an die Übertragungsraten gerecht zu werden.It would be advantageous if the connectors already installed in the control devices can also be used for higher data transmission rates in order to be able to continue to use existing infrastructure and to meet the ever increasing demands on the transmission rates.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Steuereinrichtung für ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen auch bereits in Teilnehmerstationen des Bussystems vorhandene Steckverbinder auch für höhere Datenübertragungsraten verwendbar sind als bisher mit den vorhandenen Steckverbindern möglich.It is therefore an object of the present invention to provide a control device for a bus system and a method for data transmission in a bus system, which solve the aforementioned problems. In particular, a control device for a bus system and a method for data transmission are to be provided in a bus system, in which even existing in subscriber stations of the bus system connectors are also suitable for higher data rates than previously possible with the existing connectors.
Die Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Steuereinrichtung umfasst eine Platine, die an Hardware angeschlossen ist oder aufweist zur Steuerung einer Kommunikation der Steuereinrichtung im Bussystem, bei welcher eine Teilnehmerstation mit mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems mindestens eine Nachricht über einen Bus des Bussystems austauscht, und mindestens vier Anschlüssen die für einen Anschluss an elektrische Leitungen konfiguriert sind, mit welchen die Hardware an eine Buskomponente des Bussystems elektrisch anschließbar ist, wobei jeweils zwei Anschlüsse der mindestens vier Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind, so dass mindestens ein erstes Leitungspaar an zwei erste Anschlüsse oder zwei zweite Anschlüsse der mindestens vier Anschlüsse elektrisch anschließbar ist, wobei die mindestens vier Anschlüsse derart angeordnet sind, dass die zwei elektrisch miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse zwischen den zwei elektrisch miteinander verbundenen ersten Anschlüssen angeordnet sind, und/oder dass die vier Anschlüsse in mindestens zwei nebeneinander angeordneten Reihen derart angeordnet sind, dass die elektrisch miteinander verbundenen ersten Anschlüsse diagonal zueinander angeordnet sind und die elektrisch miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse diagonal zueinander angeordnet sind.The object is achieved by a control device for a bus system with the features of
Mit der Steuereinrichtung kann die Datenübertragungsrate aufgrund des besseren Signal-Rausch-Abstandes eines Signals für Nachrichten im Bussystem erhöht werden. Hierbei ist für die Datenleitungen kein gesonderter Stecker einzusetzen, der nicht nur die Bauteilkosten erhöhen würde sondern auch den Aufwand beim Verkabeln des Fahrzeugs erhöht.With the control device, the data transmission rate can be increased due to the better signal-to-noise ratio of a signal for messages in the bus system. In this case, no separate plug should be used for the data lines, which would not only increase the component costs but also increases the complexity of wiring the vehicle.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit der beschriebenen Steuereinrichtung beim Einsatz von vier anstatt zwei Leitungen für ein Signalleitungspaar zusätzlich die Robustheit des Systems gegenüber Kabelbrüchen und Wackelkontakten gesteigert werden kann. Der Grund dafür liegt darin, dass wichtige Nachrichten immer noch mit reduzierter Datenrate gesendet werden können, auch wenn ein Kabelbruch vorliegt. Im Fall eines Kabelbruchs verschlechtert sich der Signal-Rausch-Abstand.Another advantage is that with the described control device when using four instead of two lines for a signal line pair additionally the robustness of the system can be increased compared to cable breaks and loose contacts. The reason for this is that important messages can still be sent at a reduced data rate, even if there is a cable break. In the case of a cable break, the signal-to-noise ratio deteriorates.
Das mit der Steuereinrichtung umgesetzte Verfahren zur Anordnung der Anschlüsse für Leitungen kann bevorzugt bei der Datenübertragung über Steuergeräte hinweg eingesetzt werden und löst eines der großen Probleme von Automotive-Ethernet und Weiterentwicklungen von CAN, kann aber auch steuergeräteintern Vorteile bringen.The method implemented with the control device for arranging the connections for lines can preferably be used in data transmission via control units and solves one of the major problems of automotive Ethernet and further developments of CAN, but can also bring benefits within the control unit.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the subscriber station are specified in the dependent claims.
Möglicherweise sind die mindestens vier Anschlüsse als Steckkontakt oder Steckverbinder ausgeführt. Es ist außerdem möglich, dass die mindestens vier Anschlüsse in mindestens einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Abstände der mindestens vier Anschlüsse gleich groß zueinander. Es ist möglich, dass die Platine derart gestaltet ist, dass mindestens eine elektrische Verbindung der vier Anschlüsse durch Minderbestückung der Platine bei der Produktion und/oder durch Betätigung mindestens eines Schalters nach der Produktion erfolgen kann.Possibly, the at least four connections are designed as plug-in contact or plug connector. It is also possible that the at least four terminals are arranged in at least one row next to each other. Preferably, the distances of the at least four ports are equal to each other. It is possible that the circuit board is designed such that at least one electrical connection of the four connections can be made by minimizing the insertion of the board during production and / or by actuation of at least one switch after production.
Gemäß einer Ausführungsvariante sind die Anschlüsse auf der Platine elektrisch miteinander verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das mindestens eine Leitungspaar im Halbleitermaterial der Hardware elektrisch miteinander verbunden sind. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante ist mindestens ein Leitungspaar in einem kabelbaumseitigen Stecker elektrisch verbunden. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante ist an den beiden ersten Anschlüssen oder den beiden zweiten Anschlüssen ein Leitungspaar elektrisch angeschlossen und an den jeweils anderen beiden Anschlüssen mindestens eine Reflexionsreduktionseinheit elektrisch angeschlossen.According to one embodiment variant, the connections on the circuit board are electrically connected to one another. According to a further embodiment variant, the at least one line pair in the semiconductor material of the hardware are electrically connected to one another. According to yet another embodiment variant, at least one line pair is electrically connected in a harness-side connector. According to yet another embodiment variant, a line pair is electrically connected to the two first terminals or the two second terminals and electrically connected to the respective other two terminals, at least one reflection reduction unit.
In dem Bussystem können an die mindestens vier Anschlüsse mindestens ein erstes und ein zweites Leitungspaar elektrisch angeschlossen sein. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante sind mindestens zwei Leitungspaare aus der Steuereinrichtung geführt und ist jeweils ein Leitungspaar an einem Anschluss einer Sende-/Empfangseinrichtung elektrisch verbunden, welche zum Senden oder Empfangen einer Nachricht über den Bus des Bussystems ausgestaltet ist.In the bus system, at least a first and a second line pair may be electrically connected to the at least four terminals. According to yet another embodiment variant, at least two line pairs are guided out of the control device and in each case one line pair is electrically connected to one connection of a transmitting / receiving device, which is designed to transmit or receive a message via the bus of the bus system.
Denkbar ist, dass eine erste Leitung des ersten Leitungspaars mit der daneben angeordneten Leitung des zweiten Leitungspaars verdrillt ist. Alternativ ist denkbar, dass das erste Leitungspaar mit dem zweiten Leitungspaar verdrillt ist. It is conceivable that a first line of the first line pair is twisted with the adjacent line of the second line pair. Alternatively, it is conceivable that the first line pair is twisted with the second line pair.
Gemäß noch einer weiteren Alternative ist auch denkbar, dass das erste Leitungspaar als Koaxialleitung ausgeführt ist und das zweite Leitungspaar als Koaxialleitung ausgeführt ist. Weiter alternativ ist denkbar, dass das erste Leitungspaar und das zweite Leitungspaar unverdrillt als Flachbandkabel ausgeführt sind. In noch weiteren Alternative sind das erste Leitungspaar und das zweite Leitungspaar paarweise ummantelt und/oder geschirmt.According to yet another alternative is also conceivable that the first line pair is designed as a coaxial line and the second line pair is designed as a coaxial line. Further alternatively, it is conceivable that the first line pair and the second line pair are designed untwisted as a ribbon cable. In yet another alternative, the first pair of wires and the second pair of wires are sheathed and / or shielded in pairs.
Die Buskomponente kann eine Teilnehmerstation des Bussystems oder ein Steckverbinder für die zwei Busleitungen oder eine Verzweigung der zwei Busleitungen sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bussystem ein CAN-Bussystem oder ein CAN FD-Bussystem sein, bei dem CAN-H auf die beiden ersten Anschlüsse und CAN-L auf die beiden zweiten Anschlüsse oder CAN-H auf die beiden zweiten Anschlüsse und CAN-L auf die beiden ersten Anschlüsse geschaltet ist.The bus component may be a subscriber station of the bus system or a connector for the two bus lines or a branch of the two bus lines. Additionally or alternatively, the bus system may be a CAN bus system or a CAN FD bus system in which CAN-H to the two first ports and CAN-L to the two second ports or CAN-H to the two second ports and CAN-L is connected to the two first connections.
Es ist darüber hinaus möglich, dass ein drittes Leitungspaar durch das Steuergerät durchgeführt ist, indem eine erste Leitung des dritten Leitungspaars mit beiden ersten Leitungen des ersten und zweiten Leitungspaars verbunden ist und eine zweite Leitung des dritten Leitungspaars mit beiden zweiten Leitungen des zweiten Leitungspaars verbunden ist. It is also possible that a third line pair is performed by the controller by connecting a first line of the third line pair to both first lines of the first and second line pairs and connecting a second line of the third line pair to both second lines of the second line pair ,
Die zuvor beschriebene Steuereinrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein Bussystem sein, die zudem eine Sende-/Empfangseinrichtung aufweist zum Senden einer von der Steuereinrichtung erstellten Nachricht über den Bus an mindestens eine weitere Teilnehmerstation des Bussystems oder zum Empfangen einer Nachricht von einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems und zum Weiterleiten der empfangenen Nachricht an die Steuereinrichtung.The control device described above may be part of a subscriber station for a bus system, which additionally has a transmitting / receiving device for transmitting a message generated by the control device via the bus to at least one further subscriber station of the bus system or for receiving a message from another subscriber station of the bus system and for forwarding the received message to the controller.
Die zuvor beschriebene Steuereinrichtung und mindestens eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus umfasst, über welche mindestens zwei Teilnehmerstationen derart miteinander verbindbar sind, dass sie miteinander kommunizieren können.The control device described above and at least one subscriber station described above can be part of a bus system, which also comprises a bus, via which at least two subscriber stations can be connected to one another such that they can communicate with one another.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Datenübertragung nach Anspruch 10 in einem zuvor beschriebenen Bussystem gelöst. Bei dem Verfahren wird mit einer Sende-/Empfangseinrichtung einer Teilnehmerstation eine von einer weiteren Teilnehmerstation über den Bus des Bussystems übertragene Nachricht empfangen oder mit der Sende-/Empfangseinrichtung der Teilnehmerstation eine Nachricht auf den Bus an mindestens eine weitere Teilnehmerstation gesendet.The aforementioned object is also achieved by a method for data transmission according to
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Steuereinrichtung genannt sind.The method offers the same advantages as previously mentioned with respect to the controller.
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.Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Figurenlistelist of figures
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 eine vereinfachte Darstellung einer Platine einer Steuereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
3 eine vereinfachte Darstellung eines kabelseitigen Steckers für eine Steuereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
4 eine vereinfachte Darstellung einer Platine einer Steuereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; -
5 eine vereinfachte Darstellung einer Platine einer Steuereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; -
6 eine vereinfachte Darstellung einer Platine einer Steuereinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und -
7 eine vereinfachte Darstellung von Steuereinrichtungen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
-
1 a simplified block diagram of a bus system according to a first embodiment; -
2 a simplified representation of a board of a control device according to the first embodiment; -
3 a simplified representation of a cable-side connector for a control device according to the first embodiment; -
4 a simplified representation of a circuit board of a control device according to a second embodiment; -
5 a simplified representation of a board of a control device according to a third embodiment; -
6 a simplified representation of a board of a control device according to a fourth embodiment; and -
7 a simplified representation of control devices according to a fifth embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In
Die Busleitungen
Wie in
Die Kommunikationssteuereinrichtungen
Die Teilnehmerstationen
Gemäß
Daher fließt in der ersten und zweiten Leitung
Anschaulich verhält sich der Verbund aus den vier Leitungen
Der steuergeräteinterne Zusammenschluss der beiden äußeren und inneren Leitungen
Generell werden die zwei Leitungspaare aus den Leitungen
Steuergeräteintern kann das Verfahren zum Anschluss der Leitungen
Alternativ können die vier Leitungen
Die Ausführung der vier Leitungen
Der Anschlussblock von
Demzufolge können die vier Leitungen
Gegebenenfalls können die aus den vier Leitungen
Außerdem ist die Platine
Werden die Schalter
Dadurch können wahlweise entweder zwei der vier Anschlüsse x, y, y, x zur Übertragung anderer Signale genutzt werden oder, bei Vorhandensein der elektrischen Verbindungen
Sind mehr als zwei Leitungspaare anzuschließen, können die dafür vorgesehenen Anschlüsse x, y in zwei Blöcken nebeneinander angeordnet sein. Hierfür ergeben sich die folgenden beiden Varianten, nämlich in zwei horizontalen Reihen, bei welchen die beiden Blöcke von vier Anschlüssen x, y einer Reihe nebeneinander angeordnet sind:
Die Anschlussblöcke lassen sich beliebig erweitern, woraus sich beispielsweise die folgende Kombination von vier Anschlüssen pro horizontaler und vertikaler Reihe ergibt:
Gemäß
Von der Steuereinrichtung
Mit den Reflexionenreduktionseinheiten
Auf diese Weise können einerseits die EMV-Einstrahlungen und andererseits die Reflexionen durch die offenen Leitungsenden am Steckverbinder
Für alle Ausführungsbeispiele ist es weitergehend auch denkbar, weitere Steckkontakte für die Signalübertragung zu nutzen, um den Unterschied des Wellenwiderstandes zwischen Stecker oder Steckverbinder und Leitung zu reduzieren. Je geringer der Unterschied des Wellenwiderstandes ist, umso geringer sind die Reflexionen durch den Stecker.For all embodiments, it is also possible to use further plug contacts for signal transmission in order to reduce the difference of the characteristic impedance between the plug or connector and line. The smaller the difference of the characteristic impedance, the lower are the reflections through the plug.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems
Das zuvor beschriebene Bussystem
Das Bussystem
Es ist jedoch auch denkbar, dass eine der zwei Busleitungen
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen
Die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele lässt sich nicht nur bei einer Kommunikationssteuereinrichtung
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |