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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emissionsreduktionsvorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion der Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein serielles Bussystem. Die Sende-/Empfangseinrichtung ist insbesondere in einem CAN und/oder CAN FD Bussystem einsetzbar.
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Stand der Technik
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Bei einigen technischen Anwendungen kommt zur Nachrichten- oder Datenübertragung ein CAN-Bussystem zum Einsatz. Beispiele für solche technische Anwendungen sind eine Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten in einem Fahrzeug oder einer technischen Produktionsanlage, usw..
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Bei einem CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN- und/oder CAN FD Protokolls übertragen, wie es im Standard ISO-11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD beschrieben ist. Bei einem CAN FD-Bussystem ist eine Datenübertragungsrate von größer 1 MBit pro Sekunde (1 Mbps) möglich, beispielsweise von 2 Mbit/s, 5 Mbit/s, oder einer beliebigen anderen Datenübertragungsrate von größer 1 Mbit/s usw.. Zudem ist ein CAN-HS-Bussystem (HS = Hochgeschwindigkeit = Highspeed) bekannt, bei welchem eine Datenübertragungsrate von bis zu 500 kbit pro Sekunde (500 kbps) möglich ist.
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Das CAN-Bussystem ist ein Kommunikationssystem, bei welchen für ein Sendesignal TxD separat ein Signal für ein Bussignal CAN_H und idealerweise gleichzeitig ein Signal für ein Bussignal CAN_L auf einen Bus getrieben wird. Hierbei wird in den Bussignalen CAN_H, CAN_L ein Buszustand aktiv getrieben. Der andere Buszustand wird nicht getrieben und stellt sich aufgrund eines Abschlusswiderstands für Busleitungen bzw. Busadern des Busses ein. In Folge der unterschiedlich getriebenen Zustände können in einem realen Bussystem die Signalformen der Bussignale CAN_H, CAN_L von der idealen Signalform abweichen. Gründe hierfür liegen insbesondere in der Bussystemausgestaltung, wie Stichleitungen, Schaltverzögerungen der Schaltstufen für Bussignale CAN_H, CAN_L usw. Derartige Fehlanpassungen der beiden Bussignale CAN_H, CAN_L können zu Fehlern bei der Auswertung der vom Bus empfangenen Bussignale führen.
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Zum Senden und Empfangen der Bussignale werden in einem CAN-Bussystem für die einzelnen Kommunikationsteilnehmer üblicherweise Sende-/Empfangseinrichtungen eingesetzt, die auch als CAN-Transceiver oder CAN FD Transceiver usw. bezeichnet werden. Die CAN-Transceiver oder CAN FD Transceiver dürfen bezüglich der leitungsgebundenen Abstrahlung bzw. Emission die Grenzwerte für den Betrieb im Fahrzeug nicht überschreiten. Bewertet wird die Abstrahlung neben entwicklungsbegleitenden Fahrzeug-, Steuergeräte- und Komponenten-Messungen auch durch Zertifizierungsmessungen auf der Grundlage der Norm IEC62228, die von Herstellern von technischen Anlagen für eine qualitativ hochwertige Datenübertragung in einem CAN-Bussystem gefordert werden. Dabei wird die leitungsgebundene EMV-Abstrahlung (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) von CAN/CAN-FD-Transceivern oder Transceiver-Modulen, beispielsweise in ASICs (ASIC = Anwendungsspezifische integrierte Schaltung), gemäß der Norm IEC61967-4 gemäß der 150 Ohm-Methode gemessen und mit einem Messempfänger ein Frequenzspektrum ermittelt. Die Sende-/Empfangseinrichtungen (Transceiver) sind dabei derart zu konfigurieren, dass die Einhüllende des ermittelten Frequenzspektrums einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet.
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Problematisch ist, dass die Höhe der Abstrahlung bzw. Emission je nach Variation von beispielsweise den Eigenschaften des sendenden Transceivers und/oder den Eigenschaften der empfangenden Transceiver und/oder den Eigenschaften einer Gleichtaktdrossel variiert, die bei der Messung verwendet wird und die auch Common-Mode-Choke (CMC) genannt wird. Dadurch gestaltet sich die beschriebene Konfiguration der Sende-/Empfangseinrichtungen (Transceiver) sehr zeitaufwändig und daher kostenintensiv.
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Offenbarung der Erfindung
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Emissionsreduktionsvorrichtung zur Reduktion der Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein Bussystem und ein Verfahren zur Reduktion von Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen.
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Die Aufgabe wird durch eine Emissionsreduktionsvorrichtung zur Reduktion der Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Emissionsreduktionsvorrichtung hat einen Auswerteblock zum Auswerten von Signalen, die auf zwei Busleitungen des Bussystems differentiell übertragen werden, wobei der Auswerteblock ausgestaltet ist, die Summenspannung der differentiell übertragenen Signale zu bilden, und einen Abgleichblock zum Abgleichen der von dem Auswerteblock gebildeten Summenspannung derart, dass die Differenz der Summenspannung für einen dominanten Buszustand und der Summenspannung für einen rezessiven Buszustand einen vorbestimmten minimalen Wert hat, wobei der rezessive Buszustand durch einen dominanten Buszustand überschreibbar ist, wobei der Abgleichblock ausgestaltet ist, für den Abgleich mindestens eine Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung durch eine Einstellung in einem Block der Sende-/Empfangseinrichtung solange zu ändern, bis die Differenz der Summenspannung für einen dominanten Buszustand und der Summenspannung für einen rezessiven Buszustand den vorbestimmten minimalen Wert hat.
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Mit der beschriebenen Emissionsreduktionsvorrichtung kann die Emission der Sende-/Empfangseinrichtung ohne Neuentwicklung der Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) deutlich reduziert und damit verbessert werden. Dadurch ist die Emission der Sende-/Empfangseinrichtung ohne zusätzlichen Silizium-Flächenbedarf für Komponenten der Sende-/Empfangseinrichtung deutlich reduzierbar bzw. deutlich verbesserbar. Somit ermöglicht die Emissionsreduktionsvorrichtung eine sehr kostengünstige Herstellung einer Sende-/Empfangseinrichtung mit deutlich geringerer Emission als bisher.
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Ein zusätzlicher Vorteil der beschriebenen Emissionsreduktionsvorrichtung besteht darin, dass unabhängig von unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Sende-/Empfangseinrichtungen geringere Emissionswerte der Sende-/Empfangseinrichtungen erzielbar sind als bisher. Damit kann die Emissionsreduktionsvorrichtung Fertigungsschwankungen in den Komponenten der Sende-/Empfangseinrichtung ausgleichen.
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Noch dazu bietet die Emissionsreduktionsvorrichtung den Vorteil, dass bisherige Maßnahmen für eine Emissionsreduktion entfallen können. Als Folge davon wird der Halbleiter-Flächenbedarf bei Neuentwicklungen einer Sende-/Empfangseinrichtung reduziert. Darüber hinaus darf die Schaltung bzw. dürfen die Komponenten der Sende-/Empfangseinrichtung bei Verwendung des Abgleichs mit der Emissionsreduktionsvorrichtung ungenauer sein. Dies ermöglicht wiederum eine Reduzierung des Halbleiter-Flächenbedarfs bei Neuentwicklungen der Sende-/Empfangseinrichtung.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass durch die Differenzbildung der Summenspannungen das von der beschriebenen Emissionsreduktionsvorrichtung durchgeführte Abgleichverfahren konzeptionell den zu berücksichtigenden Gleichspannungsanteil (DC-Offset) der Messtechnik eliminiert.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Emissionsreduktionsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Möglicherweise ist der Abgleichblock ausgestaltet, für den Abgleich als Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung eine Schaltverzögerung zwischen den differentiell übertragenen Signalen bei einer Schaltflanke von einem dominanten Zustand zu einem rezessiven Zustand der differentiell übertragenen Signale zu ändern.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Abgleichblock ausgestaltet sein, für den Abgleich als Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung eine Schaltverzögerung zwischen den differentiell übertragenen Signalen bei einer Schaltflanke von einem rezessiven Zustand zu einem dominanten Zustand der differentiell übertragenen Signale zu ändern.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Abgleichblock ausgestaltet sein, für den Abgleich als Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung die Steilheit einer Schaltflanke der Sende-/Empfangseinrichtung von einem dominanten Zustand zu einem rezessiven Zustand der differentiell übertragenen Signale zu ändern.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Abgleichblock ausgestaltet sein, für den Abgleich als Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung die Steilheit einer Schaltflanke von einem rezessiven Zustand zu einem dominanten Zustand der differentiell übertragenen Signale zu ändern.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Abgleichblock ausgestaltet sein, für den Abgleich als Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung einen Sendestrom der Signale für einen dominanten Zustand der differentiell übertragenen Signale zu ändern.
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Optional kann in dem Bussystem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf den Bus des Bussystems gewährleistet sein.
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Die zuvor beschriebene Emissionsreduktionsvorrichtung kann Teil eines Auskoppelnetzwerks für ein Bussystem sein, wobei das Auskoppelnetzwerk zudem einen Messwiderstand aufweist und einen Messempfänger, der zur Anzeige von leitungsgebundenen Emissionen im Spektralbereich ausgestaltet ist, wobei ein Ende des Messwiderstands mit den zwei Busleitungen des Bussystems und dem Messempfänger verbunden ist
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Denkbar ist, dass der Messwiderstand einen Widerstandswert hat, der in einem Bereich von einschließlich 500hm (Terminierung bei EMV-Messung) bis hin zu unendlich liegt.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Reduktion der Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Emissionsreduktionsvorrichtung und einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein Bussystem ausgeführt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Auswerten, mit einem Auswerteblock, von Signalen, die auf zwei Busleitungen des Bussystems differentiell übertragen werden, wobei der Auswerteblock die Summenspannung der differentiell übertragenen Signale bildet, und Abgleichen, mit einem Abgleichblock, der von dem Auswerteblock gebildeten Summenspannung derart, dass die Differenz der Summenspannung für einen dominanten Buszustand und der Summenspannung für einen rezessiven Buszustand einen vorbestimmten minimalen Wert hat, wobei der rezessive Buszustand durch einen dominanten Buszustand überschreibbar ist, wobei der Abgleichblock für den Abgleich mindestens eine Eigenschaft der Sende-/Empfangseinrichtung durch eine Einstellung in einem Block der Sende-/Empfangseinrichtung solange ändert, bis die Differenz der Summenspannung für einen dominanten Buszustand und der Summenspannung für einen rezessiven Buszustand den vorbestimmten minimalen Wert hat.
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Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Emissionsreduktionsvorrichtung und/oder die Sende-/Empfangseinrichtung genannt sind.
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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.
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Figurenliste
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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 ein Schaltbild eines Auskoppelnetzwerks zur Messung der leitungsgebundenen Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung in dem Bussystem, wobei eine Emissionsreduktionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist;
- 3 den idealen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN_H, CAN_L beim Wechsel zwischen einem rezessiven Buszustand zu einem dominanten Buszustand und zurück zu dem rezessiven Buszustand in dem Bussystem von 1;
- 4 den idealen zeitlichen Verlauf eines Emissionssignals, das aus dem zeitlichen Verlauf der Signale von 3 resultiert;
- 5 bis 10 für das Bussystem von 1 drei verschiedene zeitliche Verläufe von Bussignalen CAN_H, CAN_L beim Wechsel zwischen einem rezessiven Buszustand zu einem dominanten Buszustand und zurück zu dem rezessiven Buszustand und dem sich aufgrund dessen ausbildenden Emissionssignal, wobei in 5, 7 und 9 jeweils unterschiedliche Fehlanpassungen vorhanden sind, so dass die zeitlichen Verläufe der Bussignale CAN_H, CAN_L und des jeweils zugehörigen Emissionssignals von den idealen Verläufen von 3 und 4 abweichen.
- 11 den zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L beim Wechsel zwischen einem rezessiven Buszustand zu einem dominanten Buszustand und zurück zu dem rezessiven Buszustand, wobei die Schaltverzögerung der CAN_H-Stufe und der CAN_L-Stufe beim Zustandswechsel variiert wird;
- 12 den zeitlichen Verlauf einer Summenspannung V_SUM = CAN_H + CAN_L, der sich aufgrund der Variation der Signale von 11 einstellt;
- 13 den zeitlichen Verlauf von Signalen der Summenspannung V_SUM an dem Auskoppelnetzwerk von 2 bei Variation der Schaltverzögerung von CAN_L zu CAN_H bei 32 verschiedenen Einstellungen;
- 14 ein Beispiel eines Frequenzspektrums von Emissionen einer Sende-/Empfangseinrichtung, die mit Einsatz der Emissionsreduktionsvorrichtung reduziert wurden;
- 15 ein Beispiel eines Frequenzspektrums von Emissionen der Sende-/Empfangseinrichtung von 14 bei Messung ohne Einsatz der Emissionsreduktionsvorrichtung; und
- 16 ein Schaltbild eines Auskoppelnetzwerks zur Messung der leitungsgebundenen Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung in dem Bussystem, wobei eine Emissionsreduktionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise zumindest abschnittsweise 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.
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In 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busleitung 41 und einer zweiten Busleitung 42 angeschlossen sind. Die Busleitungen 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.
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Wie in 1 gezeigt, haben die Teilnehmerstationen 10, 30 jeweils eine Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 umfassen jeweils einen Emissionsreduktionsblock 15. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 umfasst ebenfalls einen Emissionsreduktionsblock 15. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 30 und die Sende-/Empfangseinrichtung 22 der Teilnehmerstation 20 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
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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 Sende-/Empfangseinrichtung 12 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 45, 47 in Form von Signalen und nutzt hierbei den Emissionsreduktionsblock 15, wie später noch ausführlicher beschrieben. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann insbesondere wie ein herkömmlicher CAN-FD-Controller und/oder CAN-Controller ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann insbesondere wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver und/oder CAN-FD-Transceiver ausgeführt sein.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 46 in Form von Signalen und nutzt hierbei den Emissionsreduktionsblock 15, wie später noch ausführlicher beschrieben. Ansonsten kann die Sende-/Empfangseinrichtung 22 wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein.
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2 zeigt den grundlegenden Aufbau einer Messanordnung mit einem Auskoppelnetzwerk 50 und einem Messempfänger 60 an dem Bus 40, an dem zwei Teilnehmerstationen 10, 20 angeschlossen sind. Zudem ist eine Emissionsreduktionsvorrichtung 70 vorgesehen, die ein Auswertemodul 71 und ein Abgleichmodul 72 hat.
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Die Sende-Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 10 hat zusätzlich zu dem Emissionsreduktionsblock 15 eine CAN_H-Sendestufe 121 für das CAN_H-Bussignal, eine CAN_L-Sendestufe 122 für das CAN_L-Bussignal und einen Empfangsblock 123. Die genaue Verschaltung ist von herkömmlichen Sende-Empfangseinrichtungen bekannt und daher in 2 nicht genauer dargestellt. Die Sende-Empfangseinrichtung 12 ist zudem an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 angeschlossen, um zum einen ein Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 mit den Sendestufen 121, 122 seriell auf die Busleitungen 41, 42 zu senden. Hierfür ist die Sende-Empfangseinrichtung 12 mit einem Anschluss 43 an eine Spannungsversorgung und mit einem Anschluss 44 an Masse angeschlossen. Zum anderen erzeugt der Empfangsblock 123 aus den von den Busleitungen 41, 42 empfangenen seriellen Signalen ein digitales Empfangssignal RxD und sendet dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11.
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Die Sende-Empfangseinrichtung 22 der Teilnehmerstation 20 hat zusätzlich zu dem Emissionsreduktionsblock 15 eine CAN_H-Sendestufe 221 für das CAN_H-Bussignal, eine CAN_L-Sendestufe 222 für das CAN_L-Bussignal und einen Empfangsblock 223. Die genaue Verschaltung ist von herkömmlichen Sende-Empfangseinrichtungen bekannt und daher in 2 nicht genauer dargestellt. Die Sende-Empfangseinrichtung 22 ist zudem an die Kommunikationssteuereinrichtung 21 angeschlossen, um zum einen ein Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 21 mit den Sendestufen 221, 222 auf die Busleitungen 41, 42 zu senden. Hierfür ist die Sende-Empfangseinrichtung 22 mit einem Anschluss 43 an eine Spannungsversorgung und mit einem Anschluss 44 an Masse angeschlossen. Zum anderen erzeugt der Empfangsblock 223 aus den von den Busleitungen 41, 42 empfangenen Signalen ein digitales Empfangssignal RxD und sendet dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 21.
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Jede Teilnehmerstation 10, 20 ist über eine Gleichtaktdrossel 48 und einen Abschlusswiderstand 49 an die Busleitungen 41, 42 angeschlossen. Die Gleichtaktdrossel 48 hat eine Induktivität von beispielsweise 100µH. Ein solcher Induktivitätswert ist für Fahrzeuganwendungen üblich.
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Der Abschlusswiderstand 49 dient zur Terminierung der ersten und zweiten Busleitungen 41, 42. Der Abschlusswiderstand 49 hat einen Widerstandswert von beispielsweise 120 Ohm.
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Bei dem Beispiel von 2 agiert die Teilnehmerstation 10 als sendende Teilnehmerstation und die Teilnehmerstation 20 agiert nur als empfangende Teilnehmerstation. Zudem hört auch die Teilnehmerstation 10 als sendende Teilnehmerstation mit ihrem Empfangsblock 123 immer auf die Kommunikation auf dem Bus 40.
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Das Auskoppelnetzwerk 50 hat einen ersten und zweiten Widerstand 51, 52, einen ersten und zweiten Kondensator 53, 54 und einen Messwiderstand 55. Der erste Widerstand 51 ist mit der Busleitung 41 verbunden und an seinem anderen Ende in Reihe zu dem ersten Kondensator 53 geschaltet. Der zweite Widerstand 52 ist mit der Busleitung 42 verbunden und an seinem anderen Ende in Reihe zu dem zweiten Kondensator 54 geschaltet. Die beiden Kondensatoren 53, 54 sind mit ihrem freien Ende mit dem Messwiderstand 55 verbunden. An die Verbindung zwischen den Kondensatoren 53, 54 und dem Messwiderstand 55 ist der Messempfänger 60 angeschlossen.
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Die Emissionsreduktionsvorrichtung 70 ist zur Konfiguration des Emissionsreduktionsblocks 15 der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 vorgesehen. Die Emissionsreduktionsvorrichtung 70 hat einen Auswerteblock 71 und einen Abgleichblock 72.
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Der Auswerteblock 71 wertet die differentiellen Bussignale CAN_H und CAN_L auf den Busleitungen 41, 42 aus. Der Abgleichblock 72 behandelt das Auswerteergebnis des Auswerteblock gemäß einer vorbestimmten Abgleichvorschrift, um die Auswirkungen der Eigenschaften der sendenden Teilnehmerstation 10 auf die leitungsgebundene Emission zu minimieren. Hierbei wird die Konfiguration des Emissionsreduktionsblocks 15 der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 jeweils variiert, um die Einstellung der sendenden Teilnehmerstation 10 zu finden, bei welcher der Messempfänger 60 die optimierte, insbesondere geringste, leitungsgebundene Emission misst.
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Bei der Variation der Eigenschaften der sendenden Teilnehmerstation 10 werden die Betriebszustände der sendenden Teilnehmerstation 10 gemäß 3 bis 10 berücksichtigt.
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Wie in 3 veranschaulicht, sendet jede der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 über der Zeit t die Bussignale CAN_H, CAN_L in dem Bussystem 1 idealerweise ohne Versatz zwischen den differentiellen Bussignalen CAN_H, CAN_L. Hierfür ist in 3 der Übergang oder Wechsel der Bussignale CAN_H, CAN_L von einem dominanten Zustand 401 zu einem rezessiven Zustand 402 und zurück zu einem dominanten Zustand 401 gezeigt.
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Der dominante Zustand 401 und der rezessiven Zustand 402 ermöglichen, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren verwendbar ist, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
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Das CSMA/CR-Verfahren fordert die rezessiven Zustände 402 auf dem Bus 40, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen 401 auf dem Bus 40 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug-Einsatz.
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Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat.
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Bei dem idealen Fall von 3 verursacht die sendende Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22 keine Emission über der Zeit t. Demzufolge ist das resultierende Emissionssignal S_E über der Zeit t Null, wie in 4 veranschaulicht.
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Dagegen veranschaulicht 5 den Fall, bei der abweichend von dem idealen zeitlichen Verlauf von 2 ein Versatz zwischen dem Sendestrom I_S1 der CAN_H-Sendestufe 121 und dem Sendestrom I_S2 der CAN_L-Sendestufe 122 vorhanden ist. Somit ist der Betrag des Sendestroms I_S1 der CAN_H-Stufe 121 und der Betrag des Sendestroms I_S2 der CAN_L-Stufe 122 unterschiedlich. Infolge dessen entstehen Emissionen, wie mit einem Emissionssignal S_E1 in 6 idealisiert gezeigt, das aus dem zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L von 5 resultiert.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass ein Versatz auftritt, wie in 7 gezeigt. Bei dem Fall von 7 sind abweichend von dem idealen zeitlichen Verlauf von 2 der Schaltzeitpunkt der CAN_H-Sendestufe 121 und der Schaltzeitpunkt der CAN_L-Sendestufe 122 bei den Zustandswechseln von dem dominanten Buszustand 401 zu dem rezessiven Buszustand 402 unterschiedlich. Außerdem sind der Schaltzeitpunkt der CAN_H-Sendestufe 121 und der Schaltzeitpunkt der CAN_L-Sendestufe 122 bei den Zustandswechseln von dem rezessiven Buszustand 402 zu dem dominanten Buszustand 401 unterschiedlich. Infolge dessen entstehen Emissionen, wie mit einem Emissionssignal S_E2 in 8 gezeigt, das aus dem zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L von 7 resultiert.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein Versatz auftreten, wie in 9 gezeigt. Bei dem Fall von 9 sind abweichend von dem idealen zeitlichen Verlauf von 2 die Flankensteilheit der CAN_H-Sendestufe 121 und die Flankensteilheit der CAN_L-Sendestufe 122 bei den Zustandswechseln von dem dominanten Buszustand 401 zu dem rezessiven Buszustand 402 unterschiedlich. Außerdem sind die Flankensteilheit der CAN_H-Sendestufe 121 und die Flankensteilheit der CAN_L-Sendestufe 122 bei den Zustandswechseln von dem rezessiven Buszustand 402 zu dem dominanten Buszustand 401 unterschiedlich. Infolge dessen entstehen Emissionen, wie mit einem Emissionssignal S_E3 in 10 gezeigt, das aus dem zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L von 9 resultiert.
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Um die leitungsgebundene Emission für die sendende Teilnehmerstation 10 zu optimieren, empfängt der Auswerteblock 71 von 2 die Signale CAN_H, CAN_L von dem Bus 40, wie in 11 als ein spezielles Beispiel für eine Variation der Schaltverzögerung gemäß 7 gezeigt. Die beiden Bussignale CAN_H, CAN_L, verhalten sich bei dem Beispiel von 11 beim Übergang von dominant 401 nach rezessiv 402 nicht deckungsgleich, wenn die Schaltverzögerung von CAN_L im Vergleich zu CAN_H variiert wird. Hierbei ist der Begriff „deckungsgleich“ bei Spiegelung eines der Bussignale CAN_H, CAN_L an der Horizontalen zu verstehen. Die Schaltverzögerung ist eine Konfigurationsmöglichkeit der Sende-/Empfangseinrichtung 22 mit dem Emissionsreduktionsblock 15.
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Der Auswerteblock
71 wertet die Signale
CAN_H,
CAN_L aus, indem er eine Summenspannung
V_SUM bildet, nämlich gemäß der Gleichung (1)
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12 zeigt die resultierende Summenspannung V_SUM der Signale CAN_H, CAN_L von 11. Je nach Variation der Eigenschaften der sendenden Teilnehmerstation 10, also hier der Schaltverzögerung gemäß 7, ergeben sich unterschiedliche Summenspannungen V_SUM, wie in 12 veranschaulicht.
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Der Abgleichblock
72 führt einen Abgleich des Auswerteergebnisses des Auswerteblocks
71, also des Ergebnisses von Gleichung (1), gemäß der folgenden Abgleichvorschrift durch, nämlich
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Hierbei ist V_SUM_401 die Summe der Busspannungen im dominanten Zustand 401 und V_SUM_402 die Summe der Busspannungen im rezessiven Zustand 402. Gemäß Gleichung (2) soll also der Betrag der Differenz der Summen V_SUM_401, V_SUM_402 minimal werden. Ein großer Schaltfehler gemäß 7 zeigt sich in einer großen Abweichung des Summensignals V_SUM zwischen den Werten für V_SUM_401 und V_SUM_402, also zwischen dominant und rezessiv.
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Der Messwiderstand 55 kann einen Widerstandswert haben, der in einem Bereich von einschließlich 50 Ohm bis unendlich liegt. Der Widerstandswert von 50 Ohm entspricht der Terminierung bei einer EMV-Messung nur mit dem Auskoppelnetzwerk 50. Ein unendlicher Widerstandswert liegt vor, wenn der Messwiderstand 55 abgetrennt ist.
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Optional ist es möglich, zusätzlich den Widerstandswert des Messwiderstands 55 möglichst groß zu wählen, beispielsweise in einem Bereich von 1,5 kOhm bis 1 MOhm. Dabei gilt, je größer der Widerstandswert des Messwiderstands 55 ist, desto größer ist die Signalamplitude von V_SUM. Je größer die Signalamplitude von V_SUM ist, desto sicherer kann die Vorrichtung 70, genauer gesagt der Abgleichblock 72, den besten Abgleichwert finden. Dies ist besonders hielfreich, wenn der Messempfänger 60 keine ausreichend hohe Bandbreite hat, um den Schaltvorgang, welcher ca. 50ns dauert, zu erfassen und bezüglich der Ungleichheit (Schaltfehler) zwischen den Signalen CAN_H, CAN_L zu bewerten.
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Der Abgleichblock 72 ändert somit die Konfiguration des Emissionsreduktionsblocks 15 der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 jeweils, um die Einstellung der sendenden Teilnehmerstation 10 zu finden, bei welcher der Messempfänger 60 die optimierte, insbesondere geringste, leitungsgebundene Emission misst. Das Ergebnis des Abgleichs ist für ein spezielles Beispiel in 13 veranschaulicht. Bei dem Beispiel von 13 ist die Variation der Schaltverzögerung von CAN_L zu CAN_H bei 32 verschiedenen Einstellungen dargestellt. In der Regel sind jedoch nicht alle der gezeigten 32 Einstellungen zu messen, sondern der Abgleich des Abgleichblocks 72 kann nach Erreichen eines vorbestimmten Grenzwerts beendet werden.. Der Grenzwert kann in dem Abgleichblock 72 oder einem separaten Speicherblock in der Vorrichtung 70 gespeichert sein. Beispielsweise ist der Grenzwert im Prüfprogramm eines Serientesters gespeichert.
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Ganz allgemein gilt, ist die Differenz von V_SUM_401 - V_SUM_402 minimal, beendet der Abgleichblock 72 den Abgleich und die gewünschte Konfiguration des Emissionsreduktionsblocks 15 ist ermittelt. Somit kann die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit der von der Vorrichtung 70 eingestellten Konfiguration des Emissionsreduktionsblocks 15 in einem Bussystem 1 zum Einsatz kommen.
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14 zeigt das Ergebnis der Emissionsreduktion mit der Emissionsreduktionsvorrichtung 70 als Frequenzspektrum der Frequenzen f für den Frequenzbereich von 750kHz bis 20MHz. Somit liegen die Emissionen bei allen Frequenzen im kritischen Bereich von 750kHz bis 20MHz unter dem Grenzwert G, der gemäß der Norm IEC62228. Noch dazu ergibt sich im Vergleich mit dem Messergebnis von 15, bei welchem die Emissionsreduktionsvorrichtung 70 nicht eingesetzt wurde, eine deutliche Reduktion der Emissionen. Bei dem Beispiel von 14 und 15 konnten die Emissionsergebnisse im kritischen Bereich von 750kHz bis 20MHz an drei Bauelementen bzw. drei unterschiedlichen Sende-/Empfangseinrichtungen 12 sehr stark reduziert werden, nämlich um 8,11 und 15dBµV. Dies entspricht einem Faktor 2 bis zu einem Faktor über 4. Somit ist eine deutliche Verbesserung der Signalsendeeigenschaften der Sende-/Empfangseinrichtung 12 erzielt worden.
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Noch dazu ist mit der Vorrichtung 70 eine Umrechnung der Zeitbereichswerte in den Spektralbereich nicht für jedes Bauteil bzw. Sende-Empfangseinrichtung 12, 22 erforderlich. Dies ist sehr vorteilhaft, da eine derartige Umrechnung für eine Auswertung gemäß 14 und 15 die Aufzeichnung einer langen Signalsequenz fordert, was zu einer langen Testzeit führt und dadurch die Kosten für die Emissionsreduktion erhöht. Zur Zertifizierung gemäß der Norm IEC62228 wird die Emissionsmessung bzw. Umrechnung der Zeitbereichswerte in den Spektralbereich nicht an jedem, sondern nur für wenige Bauteile bzw. Sende-Empfangseinrichtungen 12, 22, also exemplarisch an wenigen Bauteilen, durchgeführt. Dagegen wird die zuvor beschriebene Emissionsreduktion mit der Vorrichtung 70, der sogenannte „Abgleich mit VSUM-Verfahren in Serie“, an jedem produzierten Bauteil bzw. Sende-Empfangseinrichtung 12, 22 durchgeführt.
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Das mit der Vorrichtung 70 durchgeführte Verfahren, wie zuvor beschrieben, grenzt sowohl die Streuung als auch den Absolutwert der Emission ein und führt zu einer starken Verbesserung der Ergebnisse für die Emission.
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Gemäß einer Modifikation des vorangehenden Ausführungsbeispiels ist der Abgleichblock 72 ausgestaltet, den Abgleich für mindestens eine Konfigurationsgröße zur Kompensation der Signalabweichungen durchzuführen, die in Bezug auf 3 bis 10 beschrieben sind. Insbesondere ist der Abgleichblock 72 ausgestaltet, den Abgleich für mindestens eine der nachfolgend genannten Abgleichgrößen durchzuführen, nämlich insbesondere für
- - die Schaltverzögerung zwischen CAN_H u. CAN_L bei einer Schaltflanke von einem dominanten Zustand 401 zu einem rezessiven Zustand 402 zur Kompensation eines Versatzes gemäß 7, und/oder
- - die Schaltverzögerung zwischen CAN_H u. CAN_L bei einer Schaltflanke von einem rezessiven Zustand 402 zu einem dominanten Zustand 401, und/oder
- - die Steilheit (Slewrate) des Schaltvorgangs bzw. die Steilheit einer Schaltflanke von einem dominanten Zustand 401 zu einem rezessiven Zustand 402 zur Kompensation eines Versatzes gemäß 7, und/oder
- - die Steilheit (Slewrate) des Schaltvorgangs bzw. die Steilheit einer Schaltflanke von einem rezessiven Zustand 402 zu einem dominanten Zustand 401 zur Kompensation eines Versatzes gemäß 9, und/oder
- - den Sendestrom I_S1, I_S2 der Signale CAN_H, CAN_L für einen dominanten Zustand 401 zur Kompensation eines Versatzes gemäß 5.
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Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und allen seinen Modifikationen kann mit der Vorrichtung 70 an den Busleitungen 41, 42 die von der sendenden Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere CAN-Transceiver, verursachte Ungenauigkeit beim Senden mittels großer Signalamplitude und großen Zeitkonstanten sichtbar gemacht werden. Dadurch ist die Ungenauigkeit beim Senden, was die unerwünschte Emission bewirkt, in Serie messbar, wie beispielsweise in 13 gezeigt.
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Gemäß einer anderen Modifikation ist die Vorrichtung 70 direkt an die Busleitungen 41, 42 angeschlossen, also nicht an den Anschlussleitungen für das Auskoppelnetzwerk 50.
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16 zeigt eine Emissionsreduktionsvorrichtung 700 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Emissionsreduktionsvorrichtung 700 ist aufgebaut und hat dieselbe Funktion wie die Emissionsreduktionsvorrichtung 70 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Emissionsreduktionsvorrichtung 700 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch in dem Auskoppelnetzwerk 50 angeordnet. Genauer gesagt, die Emissionsreduktionsvorrichtung 700 ist zum einen an den Kondensator 53 der ersten Reihenschaltung aus Widerstand 51 und Kondensator 53 angeschlossen. Zum anderen ist die Emissionsreduktionsvorrichtung 700 an den Kondensator 54 der zweiten Reihenschaltung aus Widerstand 52 und Kondensator 54 angeschlossen.
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Die Emissionsreduktionsvorrichtung 700 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt die gleichen Vorteile, wie in Bezug auf die Emissionsreduktionsvorrichtung 70 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel genannt. Jedoch gleicht die Anordnung der Vorrichtung 700 in 6 dem Zertifizierungs-Messaufbau gemäß der Norm IEC62228. Die Vorrichtung 700 misst somit an derselben Stelle wie der Messempfänger 60 bei der Zertifizierung gemäß der Norm IEC62228. Daher „sieht“ die Vorrichtung 700 auch dasselbe wie der Messempfänger 60 nämlich sehr kleine Signalamplituden mit hoher Dynamik, wie in 4, 6, 8, 10 dargestellt. Um die Auflösung zu verbessern, ist zusätzlich eine spezielle Auswertevorrichtung vorzuhalten. Daher ist die Vorrichtung 700 der Vorrichtung 70 bezüglich der Bandbreite in Serienfertigung der Einrichtungen 12, 22 deutlich unterlegen.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Emissionsreduktionsvorrichtung 70, 700, des Emissionsreduktionsblocks 15, der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 13, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf den Bus 40 gewährleistet ist.
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Das Bussystem 1 gemäß dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen ist insbesondere ein CAN-Bussystem oder ein CAN-HS-Bussystem oder ein CAN-FD-SIC-Bussystem oder ein CAN XL-Bussystem. Das Bussystem oder ein CAN FD-Bussystem oder ein CAN-FD-SIC-Bussystem oder ein CAN XL-Bussystem. Das Bussystem 1 kann jedoch auch ein anderes serielles Kommunikationsnetzwerk sein.
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Somit ist die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beispielsweise bei Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 einsetzbar, die in einem CAN-Bussystem oder einem CAN-HS-Bussystem oder einem CAN-FD-SIC-Bussystem oder einem CAN XL-Bussystem betreibbar sind.
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Zudem ist die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele für andere differentielle Schnittstellen, wie z. B. LVDS, Flexray usw., einsetzbar.
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Es ist möglich, dass für die zwei Buszustände zumindest zeitweise kein dominanter und rezessiver Buszustand verwendet wird, sondern stattdessen ein erster Buszustand und ein zweiter Buszustand verwendet werden, die beide getrieben werden. Ein Beispiel für ein solches Bussystem ist ein CAN XL-Bussystem.
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Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen ist beliebig. Insbesondere können auch nur Teilnehmerstationen 10 oder Teilnehmerstationen 20 oder Teilnehmerstationen 30 in den Bussystemen 1 des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels vorhanden sein. Unabhängig davon können auch nur Diagnoseeinheiten 15 oder nur Diagnoseeinheiten 16 gemäß den verschiedenen zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten vorhanden sein.
