DE102021207210A1

DE102021207210A1 - Sendemodul und Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem

Info

Publication number: DE102021207210A1
Application number: DE102021207210.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Felix Lang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2023-01-12
Also published as: WO2023280488A1

Abstract

Es ist ein Sendemodul (121; 1210A) und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Das Sendemodul (121) eine erste Sendestufe (121A; 1210A) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, eine zweite Sendestufe (121B; 1210B) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, eine dritte Sendestufe (121C; 1210C) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), eine vierte Sendestufe (121D; 1210D) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), und Stromspiegeln für die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D; 1210A, 1210D) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B; 1210C, 1210B) in Reihe geschaltet sind, wobei jeder Stromspiegel an mindestens eine Referenzstromquelle (IrefA1..n; I refB1.. n; IrefC1..n; IrefD1..n; IrefAC; IrefDB) angeschlossen ist, und wobei jede Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgegebenen elektrischen Stroms (I1 bis In; I_A1 bis I_Aa) an einem der Stromspiegel einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sendemodul und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem, die insbesondere für CAN XL verwendbar sind.
Stand der Technik
Serielle Bussysteme werden zur Nachrichten- oder Datenübertragung in technischen Anlagen verwendet. Beispielsweise kann ein serielles Bussystem eine Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten in einem Fahrzeug oder einer technischen Produktionsanlage, usw. ermöglichen. Für die Datenübertragung gibt es verschiedene Standards oder Datenübertragungsprotokolle. Bekannt sind insbesondere ein CAN Bussystem, ein LVDS Bussystem (LVDS = Low Voltage Differential Signaling), ein MSC Bussystem (MSC = Micro-Second-Channel), ein 10BASE-T1S-Ethernet.
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 CAN FD wird bei der Übertragung auf dem Bus zwischen einer langsamen Betriebsart in einer ersten Kommunikationsphase (Arbitrationsphase) und einer schnellen Betriebsart in einer zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) hin und her geschaltet. Bei einem CAN FD-Bussystem ist eine Datenübertragungsrate von größer 1 MBit pro Sekunde (1 Mbps) in der zweiten Kommunikationsphase möglich. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 500kbit/s Arbitrationsbitrate und 2Mbit/s Datenbitrate im Fahrzeug eingesetzt.
Um noch größere Datenraten in der zweiten Kommunikationsphase zu ermöglichen, gibt es Nachfolgebussysteme für CAN FD, wie beispielsweise CAN-SIC und CAN XL. Bei CAN- SIC gemäß dem Standard CiA601-4 kann in der zweiten Kommunikationsphase eine Datenrate von etwa 5 bis 8 Mbit/s erreicht werden. Bei CAN XL ist eine Datenrate in der zweiten Kommunikationsphase von > 10 Mbit/s gefordert, wobei der Standard (CiA610-3) dafür derzeit bei der Organisation CAN in Automation (CiA) festgelegt wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.
Bei allen oben genannten CAN basierten Bussystemen wird für ein Sendesignal TxD separat ein Bussignal CAN_H und idealerweise gleichzeitig ein Bussignal CAN_L auf einen Bus getrieben. Hierbei wird zumindest in der ersten Kommunikationsphase 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.
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.
Tranceiver für CAN XL müssen hierzu noch strengere Grenzwerte einhalten, die die in der Norm IEC62228-3 festgelegt sind. Nur so ist ein Betrieb des Bussystems bei den vorgegebenen höheren Bitraten als bei CAN FD und CAN SIC möglich. Je nach verfügbarer Halbleitertechnologie stellt die Einhaltung dieser strengen Grenzwerte eine große Herausforderung dar.
Im Vergleich zu CAN FD muss bei Transceivern für CAN-SIC oder Transceivern für CAN-XL in der Arbitrationsphase, die auch SIC-Mode oder SIC-Betriebsart genannt wird, zusätzlich zu den Zuständen rezessiv (rec) und dominant (dom) ein dritter Zustand, der Zustand sic, erzeugt werden. Um die Emissionsanforderungen der Norm IEC62228-3 zu erfüllen, muss eine Common-Mode-Spannung der Busleitungen für die Signale CAN_H, CAN_L in drei Sendezuständen, nämlich rezessiv, dominant, sic, in engen Grenzen gehalten werden. Die Common-Mode-Spannung entsteht an einer Gleichtaktdrossel, die insbesondere bei einer Zertifizierungsmessung zur Prüfung der Einhaltung der Norm IEC62228-3 verwendet wird. Die Gleichtaktdrossel wird auch Common-Mode-Choke (CMC) genannt. Die Gleichtaktdrossel hat die Aufgabe, differentielle Signale (DM=differential mode) möglichst ohne Beeinflussung passieren zu lassen und Common-Mode-Signale (CM=common mode) möglichst komplett zu unterdrücken. Jedoch erzeugt die Gleichtaktdrossel im realen Betrieb aus einem differentiellen Signal ohne Common-Mode-Anteil am Eingang ein differentielles Signal mit einem diesen überlagerten unerwünschten Common-Mode-Signal am Ausgang. Dies ist ungünstig, da dies busseits so direkt in den CAN-Bus eingespeist wird und für andere CAN-Module sichtbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sendemodul und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen das Sendemodul und das Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem die Kompensation von Störgrößen ermöglichen, welche sich auf das Emissionsverhalten des Sendemoduls auswirken.
Die Aufgabe wird durch ein Sendemodul zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das Sendemodul hat eine erste Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für ein erstes Signal, das auf einen Bus des Bussystems zu senden ist, eine zweite Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für ein zweites Signal, das als ein zu dem ersten Signal differentielles Signal auf den Bus zu senden ist, eine dritte Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für das erste Signal, eine vierte Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für das zweite Signal, und Stromspiegel für die erste bis vierte Sendestufe, wobei die erste bis vierte Sendestufe in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe in Reihe geschaltet sind, wobei jeder Stromspiegel an mindestens eine Referenzstromquelle angeschlossen ist, und wobei jede Sendestufe ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls von der Sendestufe ausgegebenen elektrischen Stroms an einem der Stromspiegel einzustellen.
Das beschriebene Sendemodul ermöglicht, dass die geforderten Grenzwerte für die Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für CAN XL erreicht werden kann. Das Sendemodul erfüllt dabei insbesondere die Norm IEC62228-3, welche einzuhaltende Grenzwerte für die Buszustände dom, sic und rec auf dem Bus 40 festlegt, die aufgrund von Sendezuständen dom, sic und rec des Sendemoduls erzeugt wurden.
Beispielsweise kann das Sendemodul im Zustand sic die Impedanz zwischen den Busleitungen für die Signale CAN_H und CAN_L sehr gut dem charakteristischen Wellenwiderstand bzw. Impedanz der verwendeten Busleitung anpassen. Für die Impedanz Zw der verwendeten Busleitung gilt dabei Zw = 1000hm oder Zw = 1200hm. Dadurch verhindert das Sendemodul Reflexionen und lässt somit den Betrieb im Bussystem bei höheren Bitraten zu.
Das beschriebene Sendemodul erlaubt durch eine Aufteilung seiner vier Sendestufen in n Teile einen zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang. Dabei ist ein Einschalten gemäß Gauß-scher Error-Funktion realisierbar. Dies ermöglicht ein Einstellen eines weichen Verhaltens beim Einschaltvorgang.
Außerdem verhindert die mögliche Variation von Zeitstufen beim Einschalten das Auftreten einer schmalbandigen Frequenzlinie im Abstrahl-Frequenzspektrum.
Alternativ ist es möglich, mit dem beschriebenen Sendemodul einen gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang über fixe Zeitschritte und variierte Spannungsschritte auszuführen. Auch dadurch kann das Emissionsverhalten des Sendemoduls derart beeinflusst werden, dass die vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden.
Noch dazu kann das beschriebene Sendemodul Effekte aufgrund von unsymmetrischem Verhalten der Sendestufen verringern, die in den Sendezuständen dom, sic, rec auftreten können und die Emission verschlechtern. Das Sendemodul verhindert ein ungleiches Verhalten von Komponenten in Sendestufen A, B (Effekt 1) einer Vollbrücke, so dass im dom-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand minimiert oder verhindert wird. Zudem kann das Sendemodul ein ungleiches Verhalten von Komponenten in Sendestufen A/D und C/B der Vollbrücke verhindern (Effekt 2), so dass im sic-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand minimiert oder verhindert wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da nur wenn ausgehend vom Common-Mode-Pegel des rec-Zustands die Common-Pegel im dom-Zustand und im sic-Zustand zu denjenigen des rec-Zustands passen, ein ausreichendes Emissionsergebnis erzielt werden kann, jedoch die Ursachen, welche zu dem Verhalten von Effekt 1 führen, andere sein können als die zum Effekt 2 führen.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Sendemoduls sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann Sendestufe ausgestaltet sein, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls von der Sendestufe ausgegebenen elektrischen Stroms am Eingang des Stromspiegels einzustellen. Hierbei kann jede der ersten bis vierten Sendestufe einen Stromspiegel zum Anschluss an die mindestens eine Referenzstromquelle aufweisen, wobei der Wert des Stroms der Referenzstromquelle einer Sendestufe im Betrieb des Sendemoduls einstellbar ist.
Der Stromspiegel jeder Sendestufe kann zwei CMOS-Transistoren aufweisen, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der ersten Sendestufe PMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der zweiten Sendestufe NMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der dritten Sendestufe PMOS-Transistoren sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der vierten Sendestufe NMOS-Transistoren sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die Referenzstromquelle mindestens zwei Stromstufen, die parallel zueinander geschaltet sind.
Mindestens eine der mindestens zwei Stromstufen kann eine Stromsenke sein oder aufweisen.
Eine Anzahl n der mindestens zwei Stromstufen für jede der ersten bis vierten Sendestufe kann dieselbe sein, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Sendestufe ausgestaltet sein, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls von der Sendestufe ausgegebenen elektrischen Stroms am Eingang des Stromspiegels einzustellen. Hierbei kann ein Stromspiegel an die erste und dritte Sendestufe und ein Stromspiegel an die zweite und vierte Sendestufe angeschlossen sein, wobei jede Sendestufe mindestens zwei Schalter aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind und zum Einschalten oder Ausschalten von Stromstufen der Sendestufe vorgesehen sind, und wobei jeder der mindestens zwei Schalter einer Sendestufe an einen Auskoppeltransistor des zugehörigen Stromspiegels angeschlossen ist.
Möglicherweise weist jeder Stromspiegel zwei CMOS-Transistoren auf, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels, der an die erste und dritte Sendestufe angeschlossen ist, PMOS-Transistoren sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels, der an die zweiten und vierte Sendestufe angeschlossen ist, NMOS-Transistoren sind.
Die Ausgangsanschlüsse der Vollbrücke können zum Anschluss an einen Abschlusswiderstand des Busses vorgesehen sein.
Das Sendemodul kann zudem einen Widerstand aufweisen, dessen eines Ende an den Stromspiegel der ersten Sendestufe angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an den Stromspiegel der dritten Sendestufe angeschlossen ist, und einen Widerstand aufweisen, dessen eines Ende an den Stromspiegel der zweiten Sendestufe angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an den Stromspiegel der vierten Sendestufe angeschlossen ist.
Noch dazu kann jede der ersten bis vierten Sendestufe zudem eine Verpoldiode zum Schutz gegen eine positive Rückspeisung in einem Anschluss für die Busspannungsversorgung und eine negative Rückspeisung von einem Anschluss für Masse, und mindestens eine Kaskode zum Schutz der CMOS-Transistoren aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Kaskoden parallel zueinander geschaltet, wobei eine Anzahl y der Kaskoden für jede der ersten bis vierten Sendestufe dieselbe ist, wobei y eine natürliche Zahl größer 1 ist, und wobei der Einschaltwiderstand der mindestens zwei Kaskoden unterschiedlich ist.
Das Sendemodul kann zudem eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung von schaltbaren Komponenten der ersten bis vierten Sendestufe in Abhängigkeit von einem digitalen Sendesignal und von einer für das Sendemodul eingestellten Betriebsart aufweisen. Möglicherweise ist die Ansteuerschaltung zum zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schalten der Widerstandswerte der mindestens zwei Stromstufen ausgestaltet.
Das zuvor beschriebene Sendemodul kann Teil einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem ein Empfangsmodul zum Empfangen von Signalen von dem Bus aufweist.
Die Sende-/Empfangseinrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung aufweist zum Steuern der Kommunikation in dem Bussystem und zur Erzeugung eines digitalen Sendesignals zur Ansteuerung der ersten bis vierten Sendestufe.
Möglicherweise ist die Teilnehmerstation für die Kommunikation in einem Bussystem ausgestaltet, in dem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf den Bus des Bussystems gewährleistet ist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 20 gelöst. Das Verfahren wird mit einem Sendemodul ausgeführt, das Stromspiegel für eine erste bis vierte Sendestufe aufweist, wobei jeder Stromspiegel an mindestens eine Referenzstromquelle angeschlossen ist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit einer ersten Sendestufe, von Sendeströmen für ein erstes Signal, das auf einen Bus des Bussystems zu senden ist, Erzeugen, mit einer zweiten Sendestufe, von Sendeströmen für ein zweites Signal, das als ein zu dem ersten Signal differentielles Signal auf den Bus zu senden ist, Erzeugen, mit einer dritten Sendestufe, von Sendeströmen für das erste Signal, und Erzeugen, mit einer vierten Sendestufe von Sendeströmen für das zweite Signal, wobei die erste bis vierte Sendestufe in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe in Reihe geschaltet sind, und wobei jede Sendestufe den Wert des im Betrieb des Sendemoduls von der Sendestufe ausgegebenen elektrischen Stroms an einem der Stromspiegel einstellt.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Sendemodul 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.
Figurenliste
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 Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann;
3 ein Beispiel für den idealen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN_H, CAN_L in dem Bussystem von 1;
4 den zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF, die sich auf dem Bus des Bussystems infolge der Bussignale von 4 ausbildet;
5 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) in Bussignale CAN_H, CAN_L für einen Bus des Bussystems von 1 umgesetzt werden soll;
6 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, die in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) aufgrund des Sendesignals von 5 auf den Bus gesendet werden;
7 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches in der Datenphase in Bussignale CAN_H, CAN_L für den Bus des Bussystems von 1 umgesetzt werden soll;
8 den zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L, die in der Datenphase aufgrund des Sendesignals von 6 auf den Bus gesendet werden;
9 ein Blockdiagramm mit einer Gleichtaktdrossel (Common Mode Choke) in dem Bussystem von 1.
10 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
11 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Einschaltung verschiedener Stromstufen einer Sendestufe für ein erstes spezielles Beispiel des Sendemoduls von 10;
12 ein Detail einer Sendestufe für ein zweites spezielles Beispiel des Sendemoduls von 10; und
13 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten 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 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.
In 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 oder Busleitung mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L für die Signale auf dem Bus 40 genannt werden. 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 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122.
Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 hat ein Sendemodul 221 und ein Empfangsmodul 222.
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.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, 47, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45, 47 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45, 47 beispielsweise auf der Grundlage des CAN SIC-Formats oder des CAN XL-Formats aufgebaut. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 45, 47 von dem Bus. Das Sendemodul 121 empfängt ein von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für eine der Nachrichten 45, 47 erstelltes digitales Sendesignal TxD und setzt dieses in Signale auf den Bus 40 um. Das Empfangsmodul 121 empfängt auf dem Bus 40 gesendete Signale entsprechend den Nachrichten 45 bis 47 und erzeugt daraus ein digitales Empfangssignal RxD. Das Empfangsmodul 122 sendet das Empfangssignal RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise CAN FD-Nachrichten 46. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 46 von dem Bus 40. Das Sendemodul 221 empfängt ein von der Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstelltes digitales Sendesignal TxD und setzt dieses in Signale für eine Nachricht 46 auf den Bus 40 um. Das Empfangsmodul 221 empfängt auf dem Bus 40 gesendete Signale entsprechend den Nachrichten 45 bis 47 und erzeugt daraus ein digitales Empfangssignal RxD. Ansonsten kann die Sende-/Empfangseinrichtung 22 wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein.
Zum Senden der Nachrichten 45, 47 mit CAN XL oder CAN SIC werden bewährte Eigenschaften übernommen, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem bekannten CSMA/CR-Verfahren. Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Pegeln oder dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit verschiedenen CAN-Formaten, insbesondere dem CAN FD Format oder dem CAN SIC Format oder dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar, wie nachfolgend genauer beschrieben.
2 zeigt für die Nachricht 45 einen Rahmen 450, der insbesondere ein CAN XL Rahmen ist, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD. Alternativ ist der Rahmen 450 kompatibel zu CAN SIC.
Gemäß 2 ist der Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 (erste Kommunikationsphase) und eine Datenphase 452 (zweite Kommunikationsphase). Der Rahmen 450 hat, nach einem Startbit SOF, ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454, ein Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 und ein Rahmenabschlussfeld 457.
In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) mit beispielsweise Bits ID28 bis ID18 in dem Arbitrationsfeld 453 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
Ein wichtiger Punkt während der Phase 451 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, 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.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Pegeln oder dominanten Zuständen 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.
In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 gesendet. In dem Prüfsummenfeld 456 kann eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Am Ende der Datenphase 452 wird wieder in die Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet.
In einem Endefeld in der Rahmenabschlussphase 457 kann mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein. Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
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.
Somit verwenden die Teilnehmerstationen 10, 30 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der IS011898-1:2015. Jedoch ist im Vergleich zu CAN oder CAN FD in der Datenphase 452 als zweiter Kommunikationsphase eine Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf über 10 Megabit pro Sekunde möglich. Außerdem ist ein Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert möglich.
3 zeigt auf der linken Seite, dass die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in der Arbitrationsphase 451 Signale CAN_H, CAN_L auf den Bus 40 senden, die abwechselnd mindestens einen dominanten Zustand 401 oder mindestens einen rezessiven Zustand 402 haben. Nach der Arbitration in der Arbitrationsphase 451 steht eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 als Gewinner fest. Angenommen, die Teilnehmerstation 10 hat die Arbitration gewonnen. Dann schaltet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 10 ihren Physical Layer am Ende der Arbitrationsphase 451 von einer ersten Betriebsart (SLOW) in eine zweite Betriebsart (FAST_TX) um, da die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 Sender der Nachricht 45 ist. Das Sendemodul 121 erzeugt dann in der Datenphase 452 bzw. in der zweiten Betriebsart (FAST_TX) abhängig von einem Sendesignal TxD nacheinander und somit seriell die Zustände L0 oder L1 für die Signale CAN_H, CAN_L auf dem Bus 40. Die Frequenz der Signale CAN_H, CAN_L kann in der Datenphase 452 gesteigert sein, wie auf der rechten Seite in 3 gezeigt. Somit ist die Netto-Datenübertragungsrate in der Datenphase 452 im Vergleich zu der Arbitrationsphase 451 gesteigert. Dagegen schaltet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 30 ihren Physical Layer am Ende der Arbitrationsphase 451 von der ersten Betriebsart (SLOW) in eine dritte Betriebsart (FAST_RX) um, da die Teilnehmerstation 30 in der Datenphase 452 nur Empfänger, also kein Sender, des Rahmens 450 ist. Nach dem Ende der Arbitrationsphase 451 schalten alle Sende-/Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 30 ihre Betriebsart in die erste Betriebsart (SLOW) um. Somit schalten alle Sende-/Empfangseinrichtungen 12 auch ihren Physical Layer um.
Gemäß 4 bildet sich in der Arbitrationsphase 451 im idealen Fall auf dem Bus 40 ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN_L mit Werten von VDIFF = 2V für dominante Zustände 401 und VDIFF = 0V für rezessive Zustände 402. Dies ist auf der linken Seite in 4 gezeigt. Dagegen bildet sich in der Datenphase 452 auf dem Bus 40 ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN_L mit Zuständen L0, L1 aus, wie auf der rechten Seite in 4 gezeigt. Der Zustand L0 hat einen Wert VDIFF = 1V. Der Zustand L1 hat einen Wert VDIFF = -1V. Das Empfangsmodul 122 kann die Zustände 401, 402 und L0, L1 jeweils mit den Empfangsschwellen unterscheiden, die in den Bereichen TH_T1, TH_T2, TH_T3 liegen. Dabei verwendet das Empfangsmodul 122 zumindest die Empfangsschwelle T1 von beispielsweise 0,7 V in der Arbitrationsphase 451. Das Empfangsmodul 122 verwendet die Empfangsschwelle T2 von beispielsweise -0,35 V beispielsweise in der Arbitrationsphase 451, gegebenenfalls jedoch auch in der Datenphase 452. Die Empfangsschwelle T3 von beispielsweise 0,0 V wird in der Datenphase 452 verwendet. Bei der Umschaltung zwischen der ersten bis dritten Betriebsart (SLOW, FAST_TX, FAST_RX), die zuvor in Bezug auf 3 beschrieben sind, schaltet das Empfangsmodul 122 jeweils die Empfangsschwellen um.
5 zeigt ein Beispiel für einen Teil des digitalen Sendesignals TxD, welches das Sendemodul 121 in der Arbitrationsphase 451 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfängt, und daraus die Signale CAN_H, CAN_L für den Bus 40 erzeugt. In 5 wechselt das Sendesignal TxD von einem Zustand LW (Niedrig = Low) zu einem Zustand HI (Hoch = High) und wieder zurück zu dem Zustand LW (Niedrig = Low).
Wie in 6 genauer gezeigt, erzeugt das Sendemodul 121 für das Sendesignal TxD von 5 die Signale CAN_H, CAN_L für die Busadern 41, 42 derart, dass zusätzlich ein Zustand 403 (sic) vorhanden ist. Der Zustand 403 (sic) kann unterschiedlich lang sein, wie mit dem Zustand 403_0 (sic) beim Übergang von dem Zustand 402 (rec) zu dem Zustand 401 (dom) gezeigt und dem Zustand 403_1 (sic) beim Übergang von dem Zustand 401 (dom) zu dem Zustand 402 (rec) gezeigt. Der Zustand 403_0 (sic) ist zeitlich kürzer als der Zustand 403_1 (sic). Um Signale gemäß 6 zu erzeugen, wird das Sendemodul 121 in eine SIC-Betriebsart (SIC-Mode) geschaltet.
Das Durchlaufen des kurzen sic-Zustands 403_0 ist in der CiA610-3 nicht gefordert und der Zustand ist abhängig von der Art der Implementierung. Die zeitliche Dauer des „langen“ Zustands 403_1 (sic) ist für CAN-SIC als auch für die SIC-Betriebsart bei CAN-XL spezifiziert als t_sic < 530ns, beginnend mit der steigenden Flanke an dem Sendesignal TxD von 5.
Das Sendemodul 121 soll im „langen“ Zustand 403_1 (sic) die Impedanz zwischen den Busadern 41 (CANH) und 42 (CANL) möglichst gut an den charakteristischen Wellenwiderstand Zw der verwendeten Busleitung anpassen. Hierbei gilt Zw=1000hm oder 1200hm. Diese Anpassung verhindert Reflexionen und lässt somit den Betrieb bei höheren Bitraten zu. Zur Vereinfachung wird nachfolgend immer von dem Zustand 403 (sic) oder sic-Zustand 403 gesprochen.

Das Sendemodul 121 kann zur Erzeugung von Signalen für den Bus 40 für die folgenden CAN-Typen verwendet werden: CAN-FD, CAN-SIC und CAN-XL. Tabelle 1: CAN_Typen für Sendemodul 121

CAN-Typ	Kommunikationsphasen/Bitrate	Buszustände (Bus states)	Sendemodul-Zustände
CAN-FD	Arbitration	dom, rec	dom, sic, rec
CAN-SIC	Arbitration	dom, sic, rec	dom, sic, rec
CAN-XL	Arbitration oder Arbitration und Datenfeld für den Fall, dass keine Umschaltung in die Fast-Betriebsart stattfindet	dom, sic, rec	dom, sic, rec
CAN-XL	Datenphase	L0, L1	L0, L1

Somit kann der Sendemodul-Zustand sic nicht nur bei CAN-SIC oder CAN-XL (xl_sic) erzeugt werden. Der Sendemodul-Zustand sic kann zudem bei CAN-FD erzeugt werden. In CAN-FD kann die Zeit für den Sendemodul-Zustand sic jedoch kürzer sein als bei CAN-SIC oder CAN-XL.
7 zeigt ein Beispiel für einen anderen Teil des digitalen Sendesignals TxD, welches das Sendemodul 121 in der Datenphase 452 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfängt, und daraus die Signale CAN_H, CAN_L für den Bus 40 erzeugt. In 7 wechselt das Sendesignal TxD mehrmals von Zustand HI (Hoch = High) zu einem Zustand LW (Niedrig = Low) und wieder zu einem Zustand HI (Hoch = High) und so weiter.
Wie in 8 genauer gezeigt, erzeugt das Sendemodul 121 für das Sendesignal TxD von 7 die Signale CAN_H, CAN_L für die Busadern 41, 42 derart, dass sich der Zustand L0 für einen Zustand LW (Niedrig = Low) ausbildet. Zudem bildet sich der Zustand L1 für einen Zustand HI (Hoch = High) aus.
Gemäß 9 kann beispielsweise zwischen den Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 am Bus 40 eine Gleichtaktdrossel CMC geschaltet sein. Die Abkürzung „CMC“ steht für den englischen Begriff Common Mode Choke. Die Gleichtaktdrossel CMC hat die zwei Induktivitäten Lh und Ll. Die Induktivität Lh ist in die Busader 41 für das Signal CAN_H geschaltet. Die Induktivität Lh ist in die Busader 42 für das Signal CAN_L geschaltet. Zwischen den Induktivitäten Lh und Ll ist ein Kopplungsfaktor k wirksam.
9 zeigt den Fall, dass an dem Eingang der Gleichtaktdrossel CMC ein differentielles Signal CANH_TC, CAN_L_TC ankommt, das die Sende-/Empfangseinrichtung 12 auf den Bus 40 gesendet hat. An dem Ausgang der Gleichtaktdrossel CMC wird ein differentielles Signal CANH_B, CAN_L_B für den Bus 40 ausgegeben, das unter anderem an die Sende-/Empfangseinrichtung 22 gesendet wird, wie in 9 gezeigt. Im Idealfall sind die differentielle Signale CANH_TC, CAN_LB gleich und sind die differentielle Signale CANH_TC, CAN_LB gleich. Im Idealfall erzeugt die Gleichtaktdrossel CMC also kein Common-Mode-Signal und erfüllt damit ihre Aufgabe, differentielle Signale (DM=differential mode) möglichst ohne Beeinflussung passieren zu lassen und Common-Mode-Signale möglichst komplett zu unterdrücken.
Aufgrund des physikalischen Bauteilaufbaus der Gleichtaktdrossel CMC sind ihre beiden Induktivitäten Lh und Ll in der Regel nicht gleich. Beispielsweise ergibt sich eine Ablage von 0,1%. Das hat zur Folge, dass die Gleichtaktdrossel CMC dem differentiellen Signal CANH_TC, CAN_L_TC an ihrem Eingang, das keinen common-mode-Anteil aufweist, ein unerwünschtes Common-Mode-Signal CMC_H, CMC_L überlagert und an ihrem Ausgang ausgibt. Somit enthält das differentielle Signal CANH_B, CAN_L_B zusätzlich zu dem differentiellen Signal CANH_TC, CAN_L_TC ein Common-Mode-Signal CMC_H, CMC_L. Dies ist ungünstig da das Common-Mode-Signal CMC_H, CMC_L busseits so direkt in den Bus 40 eingespeist wird, wie in 9 gezeigt. Dies erhöht die Emission des Bussystems 1 bzw. insbesondere einer Teilnehmerstation 10, 20, 30.
Das nachfolgend beschriebene Sendemodul 121 kann den zuvor beschriebenen Effekt der Gleichtaktdrossel CMC reduzieren.
10 zeigt den grundlegenden Aufbau des Sendemoduls 121 für eine der Teilnehmerstationen 10, 30. Das Sendemodul 121 kann Signale CAN_H, CAN_L gemäß 5 mit den Zuständen 401, 402, 403 und Signale CAN_H, CAN_L gemäß 8 mit den Zuständen L0, L1 erzeugen.
Das Sendemodul 121 hat vier Sendestufen, nämlich eine erste Sendestufe 121A, eine zweite Sendestufe 121B, eine dritte Sendestufe 121C und eine vierte Sendestufe 121D. Wie in 10 gezeigt, sind die Sendestufen 121A bis 121D als Vollbrücke verschaltet. Die Ansteuerung von nachfolgend genauer bezeichneten Komponenten der Sendestufen 121A bis 121D erfolgt über mindestens eine Steuereinrichtung 124. Mindestens eine Steuereinrichtung 124 sendet mindestens ein Signal an Steueranschlüsse 125, an welchen die Komponenten der Sendestufen 121A bis 121D angeschlossen sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 10 nicht alle Leitungsverbindungen hierfür dargestellt.
Das Sendemodul 121 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Jede der Sendestufen 121A bis 121D ist an den Bus 40 angeschlossen.
Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply von üblicherweise 5V. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert. Der Abschlusswiderstand 49 ist in die Vollbrücke als externer Lastwiderstand geschaltet. Der Widerstand 49 ist in den Brückenzweig zwischen die Anschlüsse für die Busadern 41, 42 geschaltet.
Die erste Sendestufe 121A von 10 hat eine Verpoldiode D_A, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVP_A1 bis HVP_Ay, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 121A1. Dabei ist y eine natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 121A1 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom einer Stromquelle IrefA1..n, die eine erste bis n-te Stromquelle IrefA1 bis IrefAn entsprechend den Stromquellen IrefD1 bis IrefDn gemäß 11 hat, wobei n eine natürliche Zahl > 1 ist. Die Stromquelle IrefA1..n bildet eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 11 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_A vorhanden. Der Stromspiegel hat einen Referenztransistor P_Aref, der mit der Stromquelle IrefA1..n verbunden ist, und einen Auskoppeltransistor P_Ao. Die Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay können jeweils ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Die Transistoren P_Aref und P_Ao des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Die Abkürzung „CMOS“ bezeichnet ein Halbleiterelement, bei dem sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOSFETs auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden. Die Abkürzung CMOS steht für die englische Bezeichnung „Complementary metal-oxide-semiconductor“, was übersetzt bedeutet „komplementärer / sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter“. Die Abkürzung „MOSFET“ steht für Metall-Oxid-Feldeffekttransistor. Die Ansteuerschaltung T_A steuert die Stromquellen Iref_A1 bis Iref_An der ersten bis n-ten Stromstufe gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die zweite Sendestufe 121B von 10 hat eine Verpoldiode D_B, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVN_B1 bis HVN_By, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 121B1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 121B1 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom einer Stromquelle IrefB1..n, die eine erste bis n-te Stromquelle IrefB1 bis IrefBn entsprechend den Stromquellen IrefD1 bis IrefDn gemäß 11 hat, wobei n eine natürliche Zahl > 1 ist. Die Stromquelle IrefB1..n bildet eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 11 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_B vorhanden. Der Stromspiegel hat einen Referenztransistor N_Bref, der mit der ersten bis n-ten Stromquelle IrefB1 bis IrefBn verbunden ist, und einen Auskoppeltransistor N_Bo. Die Transistoren HVN_B1 bis HVN_By können jeweils ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Die Transistoren N_Bref und N_Bo des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Die Ansteuerschaltung T_B steuert die Stromquellen Iref_B1 bis Iref_Bn der ersten bis n-ten Stromstufe gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die dritte Sendestufe 121C von 10 hat eine Verpoldiode D_C, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVP_C1 bis HVP_Cy, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 121C1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 121C1 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom einer Stromquelle IrefC1..n, die eine erste bis n-te Stromquelle IrefC1 bis IrefCn entsprechend den Stromquellen IrefD1 bis IrefDn gemäß 11 hat, wobei n eine natürliche Zahl > 1 ist. Die Stromquelle IrefD1..n bildet eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 11 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_C vorhanden. Der Stromspiegel hat einen Referenztransistor P_Cref, der mit der ersten bis n-ten Stromquelle IrefC1 bis IrefCn verbunden ist, und einen Auskoppeltransistor P_Co. Die Transistoren HVP_C1 bis HVP_Cy können jeweils ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Die Transistoren P_Cref und P_Co des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Die Ansteuerschaltung T_C steuert die Stromquellen Iref_C1 bis Iref_Cn der ersten bis n-ten Stromstufe gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die vierte Sendestufe 121D von 10 hat eine Verpoldiode D_D, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVN_D1 bis HVN_Dy, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 121D1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 121D1 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom einer Stromquelle IrefD1..n, die eine erste bis n-te Stromquelle IrefD1 bis IrefDn gemäß 11 hat, wobei n eine natürliche Zahl > 1 ist. Die Stromquelle IrefD1..n bildet eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 11 dargestellt und beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_D vorhanden. Der Stromspiegel hat einen Referenztransistor N_Dref, der mit der ersten bis n-ten Stromquelle IrefD1 bis IrefDn verbunden ist, und einen Auskoppeltransistor N_Do. Die Transistoren HVN_D1 bis HVN_Dy können jeweils ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Die Transistoren N_Dref und N_Do des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Die Ansteuerschaltung T_D steuert die Stromquellen Iref_D1 bis Iref_Dn der ersten bis n-ten Stromstufe gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die Zahl y ist beliebig wählbar. Insbesondere kann die Zahl y und somit die Zahl der Hochvolttransistoren HVN_D1 bis HVN_Dy in einer Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D zwischen 1 bis 4 gewählt werden. Alternativ kann jedoch für y eine größere Zahl als 4 gewählt werden.
Die Zahl n ist beliebig wählbar. Insbesondere kann die Zahl n und somit die Stufenzahl bzw. Zahl der Stromstufen zwischen 1 bis 60 gewählt werden. Alternativ kann jedoch für n eine größere Zahl als 60 gewählt werden.
Zwischen den Sendestufen 121A, 121C ist ein Widerstand R_SIC_H geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_SIC_H ist mit der Anode der Verpoldiode D_A und dem Drain-Anschluss des Transistors P_Ao verbunden. Das andere Ende des Widerstands R_SIC_H ist mit der Anode der Verpoldiode D_C und dem Drain-Anschluss des Transistors P_Co verbunden.
Zwischen den Sendestufen 121D, 121B ist ein Widerstand R_SIC_L geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_SIC_L ist mit dem Source-Anschluss der Transistoren HVN_D1 bis HVN_Dy und mit dem Drain-Anschluss des Transistors N_Ao verbunden. Das andere Ende des Widerstands R_SIC_L ist mit dem Source-Anschluss der Transistoren HVN_B1 bis HVN_By und mit dem Drain-Anschluss des Transistors N_Bo verbunden.
Jede der Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D schützt die zugehörige Sendestufe gegen eine positive Rückspeisung auf den Anschluss 44 (CAN-Supply) und eine negative Rückspeisung auf den Anschluss 43 (CAN_GND). Jede der Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D kann auch als Blocking Diode bezeichnet werden.
Jede der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1, genauer gesagt die zugehörige Ansteuerschaltung T_A, T_B, T_C, T_D, stellt einen Sendestromwert für die zugehörige Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D in Abhängigkeit der Betriebsart für Arbitration oder Datenphase des Sendemoduls 121 und des Sendesignal TxD ein. Erläuterungen dazu sind auch in Tabelle 1 enthalten. Der Sendestromwert der einzelnen Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D ist somit je nach Betriebsart, wie Arbitration (SLOW oder SIC) oder Datenphase (FAST_TX oder FAST_RX) des Sendemoduls 121 und des Sendesignals TxD einstellbar. Damit ist jede Sendestufe 121A bis 121D ausgestaltet, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls 121 von der Sendestufe 121A bis 121D ausgegebenen elektrischen Stroms IA1 bis IAn usw. am Eingang des Stromspiegels einzustellen, der in den jeweiligen Sendestufen 121A bis 121D vorhanden ist. Die elektrischen Ströme IA1 bis IAn usw. können für die Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 auch kurz als I1 bis In bezeichnet werden. Die Einstellung der Sendestromwerte ist nachfolgend noch genauer anhand von 11 und 12 für die elektrischen Ströme I1 bis In der einzelnen Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 sowie Tabelle 2 beschrieben.
Jeder der Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B bis HVN_By, HVP_C bis HVP_Cy, HVN_D bis HVN_Dy ist eine HV-Kaskode und kann auch als HV-Standoff-Vorrichtung bezeichnet werden. Die Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay schützen die CMOS-Transistoren P_Ao, P_Aref des Stromspiegels, indem die Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay hohe Spannungsabfälle aufnehmen. Jeder der Transistoren HVN_B bis HVN_By, HVP_C bis HVP_Cy, HVN_D bis HVN_Dy hat dieselbe Funktion für die CMOS-Transistoren der jeweils zugeordneten Stufenschaltungen 121B1, 121C1, 121D1.
Bei dem Sendemodul 121 ist die Sendestufe 121A zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H geschaltet. Die Sendestufe 121C ist zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 42 (CANL) und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Die Sendestufe 121D ist zwischen den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Die Sendestufe 121B ist zwischen den Anschluss 42 (CANL) für das Signal CAN_L und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Somit ist bei dem Sendemodul 121 zum einen die Sendestufe 121A in den CANH-Pfad geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 121D in den CANH-Pfad geschaltet. In den CANL-Pfad ist zum einen die Sendestufe 121C geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 121B in den CANL-Pfad geschaltet.
Somit hat das Sendemodul 121 im CANH-Pfad und im CANL-Pfad jeweils Parallelschaltungen einer bestimmten Anzahl von Stromstufen in den Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1. Der Strom der Stromstufen wird durch die Stromquellen IrefA1..n, I refB1.. n, IrefC1..n, IrefD1..n bestimmt.
11 zeigt als Beispiel den Aufbau der ersten bis n-ten Stromquelle IrefD1..n. Demzufolge hat die erste Stromstufe S1 die Stromquelle IrefD1. Die zweite Stromstufe S2 hat die Stromquelle IrefD2. Die n-te Stromstufe Sn hat die Stromquelle IrefDn. Optional ist mindestens eine der Stromquellen IrefD1 bis IrefDn eine Stromsenke.
Die Stromquellen IrefA1..n, Stromquellen IrefB1..n, Stromquellen IrefC1..n der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1 sind auf dieselbe Weise aufgebaut.
Die Parallelschaltung aller Stromstufen ist im CANH-Pfad und im CANL-Pfad in Serie mit mindestens einer HV-Kaskode HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B1 bis HVN_By, HVP_C1 bis HVP_Cy, HVN_D1 bis HVN_Dy und einer Verpoldiode D_A, D_B, D_C, D_D geschaltet, wie zuvor beschrieben. Die HV-Kaskoden HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B1 bis HVN_By, HVP_C1 bis HVP_Cy, HVN_D1 bis HVN_Dy ermöglichen die Einhaltung von Grenzwerten (maximum rating Parametern), wie Spannung an CANH und CANL -27V bis +40V.
Die Funktionsweise der Schaltung von 10, welche Schaltungen gemäß 11 aufweist, in Abhängigkeit von der Betriebsart des Sendemoduls 121 und dem Buszustand 401 (dom), 403 (sic), 402 (rec) in der SIC-Betriebsart (Arbitrationsphase 451) und L0, L1 in der Datenphase 452 ist anhand der folgenden Tabelle 2 erläutert. Tabelle 2 gibt je nach Zustand des Sendemoduls 121 und der Betriebsart der Phasen 451, 452 die geforderte Impedanz sowie die Impedanz der Sendestufen 121A/121B und Impedanz der Sendestufen 121C /121D an. Außerdem ist je nach Zustand des Sendemoduls 121 und der Betriebsart der Phasen 451, 452 der Treiberstrom der Sendestufen 121A/121B und der Sendestufen 121C/121D angegeben. Der Treiberstrom der Sendestufen 121A/121B und der Sendestufen 121C/121D wird von den Stromstufen der zugehörigen Stufenschaltungen 121A1/121B1 und 121C1/121D1 geliefert.
Ist die Impedanz „unendlich“, ist das Sendemodul 121 oder die jeweilige Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D abgeschaltet oder nicht leitfähig geschaltet.
Bei der Sendestufe 121 werden, zur Einstellung des differentiellen Widerstands zwischen den Anschlüssen CANH, CANL während des Sendemodul-Zustands (SIC-Zustand), die Widerstände R_SIC_H und R_SIC_L verwendet. Die Widerstände R_SIC_H, R_SIC_L haben jeweils beispielsweise den Wert 240 Ohm. Ziel ist eine Impedanz von 120 Ohm gemäß dem Wellenwiderstand Zw der Busadern 41, 42 einzustellen. Dagegen kann die Impedanz der Stromspiegel aller vier Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D deutlich größer gewählt werden als 240 Ohm. Dies führt vereinfacht zu einer Parallelschaltung der beiden 240 Ohm Widerstände und somit zu einer angepassten Impedanz von 120 Ohm.
Zudem kann dadurch mit der Sendestufe 121 sogar im Zustand 401 (dom) ein differentieller Widerstand zwischen den Anschlüssen CANH, CANL eingestellt werden, welcher zum Wellenwiderstand der Busadern 41, 42 von jeweils typischerweise 120 Ohm passt. Damit werden Reflexionen im Zustand 401 (dom) vermieden.
Diese Ausgestaltung verhindert, dass eine Versorgungsspannung von > 5V notwendig wäre, was aufgrund von Systemvoraussetzungen bzw. Vorgaben der CAN-Spezifikationen nicht möglich ist. Dies wäre jedoch erforderlich, wenn das zuvor beschriebene vorteilhafte Verhalten bei einer Lösung mit Widerstandskonzept in den Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 erreicht werden sollte.
Ein zusätzlicher Vorteil der beschrieben Ausgestaltung der Sendestufe 121 liegt darin, dass der Strom, welcher während des Zustands 403 (sic) in den beiden Pfaden der Sendestufen 121A/D und 121B/C fließt, beliebig oder „frei“ eingestellt werden kann, wie in der Tabelle 1 angegeben.
Die Aufteilung jeder Stufenschaltung 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 von 10 in n-Teile bzw. die n Stromstufen erlaubt einen zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452. Hierfür sind die Stromwerte der n Stromstufen eingestellt, wie mit 12 in einem speziellen Beispiel veranschaulicht.
12 zeigt ein Beispiel für das Stromniveau pro Schaltstufe bzw. Stromstufe S1 bis S12. Somit sind bei dem gezeigten Beispiel zwölf Stromstufen S1, S2 bis S6 bis S12 für jeden der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 verwendet. Es gilt also n = 12.
Der Wert des Stroms I (vertikale Achse in 12) bzw. I1, I2, I6, I12 usw. wird durch die Wahl des Werts des elektrischen Stroms der jeweiligen Stromstufe S1 bis S12 eingestellt. Die einzelnen Stromstufen S1 bis S12 (horizontale Achse in 12) haben somit Stromquellen IrefD1, IrefD2 bis IrefDn, die einen elektrischen Strom mit unterschiedlichen Stromwerten liefern.
Zum Erzeugen der Buszustände 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 gemäß Tabelle 2 werden die einzelnen Stromstufen S1 bis S12 mit Hilfe der Ansteuerschaltungen T_A, T_B, T_C, T_D der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 zeitlich versetzt ein- oder ausgeschaltet. Dadurch fließt in dem CANH-Pfad oder CANL-Pfad, in den die übergeordnete Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D geschaltet ist, ein entsprechender elektrischer Strom I.
Das Sendemodul 121 (Transmitter) von 10 mit 11 gibt den Strom vor, welcher durch den DCMR-Effekt der Gleichtaktdrossel CMC von 9 transmitterseitig bzw. sendemodulseitig die anhand von 9 beschriebene CM-Störung verursacht. Die CM-Störung wird jedoch durch die Gleichtaktdrossel CMC von 9 bedämpft und am Bus 40 nicht oder kaum erfasst. Das Sendemodul 121 (Transmitter) von 10 mit 11 ist daher im Zusammenhang mit einer Gleichtaktdrossel CMC vorteilhafter als eine Sendestufe, bei der das Sendemodul (Transmitter) die Spannung (Differenzspannung) vorgibt, welche dann von der Gleichtaktdrossel CMC auf den Bus 40 übertragen wird, wie zuvor bei 9 beschrieben.
Ganz allgemein ist es vorteilhaft, die Staffelung (Staggerstufen) pro Schaltstufe bzw. Stromstufe S1 bis S12 derart auszulegen, dass die Form des Differenzsignals VDIFF der Gauß'schen Fehlerfunktion folgt. Damit wird analytisch die geringste Emission erzeugt.
Für den Übergang von einem Zustand 402 (rezessiv) zu einem Zustand 401 (dominant), was einer steigenden Flanke der Differenzspannung VDIFF von 4 entspricht, wird durch das zeitlich versetzte Hinzuschalten der Stromstufen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 der Strom im CANH-Pfad und im CANL-Pfad zur Erzeugung eines Dominant-Pegels am Bus 40 schrittweise erhöht. Der Übergang von einem Zustand 401 (dominant) zu einem Zustand 402 (rezessiv), was einer fallenden Flanke der Differenzspannung VDIFF von 4 entspricht, erfolgt entsprechend durch zeitlich versetztes Abschalten der Stromstufen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1, wodurch der Strom im CANH und CANL-Pfad schrittweise gesenkt wird. Der gesamte Strom, der durch die Summe der Ströme I1 bis 112 bzw. I1 bis In aller Stromstufen S1 bis Sn gegeben ist, fließt während des Zustands 401 (dominant). Hier sind alle Stromstufen S1 bis Sn der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 eingeschaltet und der Gesamtstrom zur Erzeugung des Dominant-Pegels von nominal VDIFF = 2V fließt durch den Buswiderstand oder Abschlusswiderstand 49.
Durch die zeitliche Einstellung und durch die Wahl der Stromniveaus der einzelnen Stromstufen S1 bis S12 ist es möglich, die Bussignale CAN_H, CAN_L beim Übergang zwischen den Zuständen 401, 402 einander anzugleichen, sodass der symmetrische Verlauf von CAN_H und CAN_L gemäß 6 realisiert wird. Die Struktur des Sendemoduls 121 ermöglicht ein zeitlich versetztes Einschalten der einzelnen Stromstufen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1. Durch diese zeitliche Steuerung ist es möglich, die Signalform von CAN_H und CAN_L so anzugleichen, wie gemäß 6 gefordert. Es ist ein gezieltes Formen (Shaping) der Signalverläufe für CAN_H und CAN_L möglich. Insgesamt können die Buszustände 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase 451 oder die Buszustände L0, L1 der Datenphase 452 je nach den Vorgaben geformt werden.
Die Ströme der einzelnen Stromstufen S1 bis Sn der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 und somit ihr jeweiliger Anteil am Gesamtstrom können auf unterschiedliche Weise gewählt werden, um eine möglichst niedrige Emission zu erreichen, insbesondere eine geringe Emission des Sendemoduls 121. Vorteilhaft für eine niedrige Emission ist es, zu Beginn und am Ende eines Schaltvorgangs zwischen Buszuständen 401, 402 wenig Strom hinzu- oder wegzuschalten und in der Mitte des Schaltvorganges viel Strom hinzu- oder wegzuschalten. Daher ist die in 12 gezeigte Einstellung der Ströme I1, I2 bis In der Stromstufen S1 bis S12 sehr vorteilhaft.
Im Gegensatz zu einer Realisierung mit identischen Stromquellen in den Stromstufen S1 bis Sn der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1, vermeidet die Konfiguration gemäß 10 bis 12 eine Stromerhöhung während des Ausschaltens, dem Übergang von dem Zustand 401 (Dominant) zu dem Zustand 402 (Rezessiv).
Die Granularität der zeitlichen Staffelung (Staggering) für das Ein- oder Ausschalten der einzelnen Stromstufen S1 bis S12 liegt in einem Bereich von etwa 2ns. Derartige kleine Stufen oder Schritte für die zeitliche Staffelung verursachen ein geringe Common-Mode-Störung und haben geringen negativen Einfluss auf die Emission. Dabei werden die Stromschritte, die über die Stromstufen S1, S2 bis S6 bis S12 eingestellt werden, fix gehalten und die zeitliche Staffelung variiert, so dass sich beim Einschaltvorgang ein möglichst weiches Verhalten einstellt (gemäß Gauß-scher Error-Funktion). Die Variation der Zeitschritte oder Zeitstufen verhindert außerdem das Auftreten einer schmalbandigen Frequenzlinie im Abstrahl-Frequenzspektrum.
Alternativ können die Staffelungsschritte (Staggering-Schritte) über fixe Zeitschritte und variierte Stromschritte ausgeführt werden.
Durch die gezeigte Struktur des Sendemoduls 121 wird ein symmetrisches Schalten der Bussignale CAN_H und CAN_L (6) bei steilen Schaltflanken zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 ermöglicht.
Zum einen werden durch die dargestellte Struktur des Sendemoduls 121 aufgrund der Verwendung schneller CMOS-Schalter oder CMOS-Transistoren weitaus steilere Schaltflanken zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 realisiert. Zum anderen wird während der Schaltvorgänge die zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte notwendige Symmetrie des zeitlichen Verlaufs der Bussignale CAN_H und CAN_L erreicht. Ein Abgleich (Matching) der Kennlinien wird durch die Wahl oder Verwendung der Stromquellen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 erreicht. Damit ist der Abgleich (Matching) der Kennlinien weniger abhängig von Parametern der verwendeten Transistoren der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1.
Der Dominantzustand 401 (dom) wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121B1. Hierbei und auch im Folgenden bedeutet der Begriff „Abgleich“ gemäß einer Möglichkeit einen aktiven Trimmschritt. Gemäß einer anderen Möglichkeit bedeutet „Abgleich“, dass die Werte der Stromquellen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1 möglichst gut zusammenpassen, was standardmäßig ohne Abgleichschritt oder Trimmschritt erfolgt.
Der Sic-Zustand (sic) wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121C1 und einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121D1 mit der Stufenschaltung 121B1.
In der Betriebsart XL-Fast wird der Zustand L0 bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121B1. Der Zustand L1 wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) Stufenschaltung 121C1 mit der Stufenschaltung 121D1.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Sendestufe von 10 ohne Staffelungsschritte (Staggering-Schritte) betrieben. Dabei sind die Ansteuerschaltungen T_A, T_B, T_C, T_D ausgestaltet, die elektrischen Ströme IA1..n, IA1..n, IA1...n, IA1...n, die zur Erzeugung der entsprechenden Zustände dom, sic, rec, L1, L2 mit den Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D erforderlich sind, über die Stromquellen IrefA1..n, IrefB1..n, IrefC1..n, IrefD1...n der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 direkt einzustellen.
Zusätzlich oder alternativ sind die Ansteuerschaltungen T_A, T_B, T_C, T_D ausgestaltet, die elektrischen Ströme IA1..n, IA1..n, IA1..n, IA1..n, die zur Erzeugung der entsprechenden Zustände dom, sic, rec, L1, L2 mit den Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D erforderlich sind, über Stromniveau und/oder zeitlichen Versatz und/oder Flankensteilheit (Slewrate) der elektrischen Ströme IA1..n, IA1..n, IA1..n, IA1..n einzustellen.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel hat das Sendemodul 121 zusätzlich zu den Funktionen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel die folgenden Funktionen.
Die Ansteuerschaltungen T_A, T_B, T_C, T_D sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgestaltet, durch verschiedene Strompegel der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1, die abhängig vom Zustand des Sendemoduls 121 eingestellt werden, den nachfolgend beschriebenen Effekt 1 und Effekt 2 unabhängig voneinander zu kompensieren.
Bei dem Effekt 1 tritt ein ungleiches Verhalten von Komponenten in den Sendestufen 121A, 121B der Vollbrücke von 10 auf, so dass im dom-Zustand 401 eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand 402 minimiert oder verhindert wird. Zudem kann das Sendemodul 121 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein ungleiches Verhalten von Komponenten in Sendestufen 121A/121D und 121C/ 121B der Vollbrücke verhindern (Effekt 2), so dass im sic-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand 402 minimiert oder verhindert wird.
Das Sendemodul 121 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgrund seiner Ausgestaltung in der Lage, Effekte aufgrund von unsymmetrischem Verhalten der Sendestufen zu verringern, die in den Sendezuständen dom (401), sic (403), rec (402) auftreten können und das Überschwingen erhöhen und daher die Emission verschlechtern.
Zusätzlich dazu kann der Effekt 1 durch die Kaskoden der Sendestufen 121A, 121B bedämpft werden. Hierfür ist der Widerstand Ron (Einschaltwiderstand) der Kaskoden in den Sendestufen 121A, 121B veränderbar, insbesondere durch Ansteuerung mit der jeweils zugehörigen Ansteuerschaltung T_A, T_B. Dies erfolgt über eine Änderung der bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay und/oder die bis zu y parallel geschalteten Transistor HVN_B1 bis HVN_By. Um die Symmetrie der beiden Serienschaltungen der Sendestufen 121A, 121D und der Sendestufen 121C, 121B im sic-Zustand 403 nicht zu verändern, müssen auch die Kaskoden von der Sendestufen 121D, 121C die gleiche Veränderung erfahren. Daher werden auch die bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVN_D1 bis HVP_Dy und/oder die bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVP_C1 bis HVP_Cy entsprechend geändert,. Hierfür ist jeder der Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B1 bis HVN_By, HVP_C1 bis HVP_Cy, HVN_D1 bis HVP_Dy an seinem Steueranschluss (Gate-Anschluss) an einen Anschluss 125 angeschlossen. Somit ist jeder dieser Transistoren von der mindestens einen Steuereinrichtung 124 steuerbar. Der Eingriff zur Korrektur des Common-Mode-Pegels im dom-Zustand 401 erfolgt über eine gleichsame oder dieselbe Veränderung von HVP_A1 bis HVP_Ay und HVP_C1 bis HVP_Cy oder über eine gleichsame oder dieselbe Veränderung von HVP_D1 bis HVN_Dy und HVP_B1 bis HVN_By.
Durch die Ausgestaltung des Sendemoduls 121 kann verhindert werden, dass insbesondere Substratstromverluste in den Verpoldioden D_A und D_B dazu führen, dass der Common-Mode-Pegel im dom-Zustand 401 nicht mehr stimmt.
Im sic-Zustand sind die Verpoldioden D_A und D_B weniger stark bestromt und des Weiteren sind alle Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D der vier Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D aktiv. Das Sendemodul 1210 kann verhindern, dass unterschiedliche Common-Mode-Pegel im dom-Zustand und im sic-Zustand vorhanden sind. Zudem kann verhindert werden, dass qualitativ gleiche Effekte durch ungleiches Verhalten in den Kaskoden erzeugt werden.
Damit kann das Sendemodul 121 die Effekte auf die Emissionswerte der Sende-/Empfangseinrichtung 12 positiv beeinflussen, die maßgeblich durch das Sendemodul 121 beeinflusst werden.
13 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Sendemoduls 1210 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel für eine der Teilnehmerstationen 10, 30. Das Sendemodul 1210 kann Signale CAN_H, CAN_L gemäß 5 mit den Zuständen 401, 402, 403 und Signale CAN_H, CAN_L gemäß 8 mit den Zuständen L0, L1 erzeugen. Das Sendemodul 1210 kann, wie auch das Sendemodul 121, zur Erzeugung von Signalen für den Bus 40 für die folgenden CAN-Typen verwendet werden: CAN-FD, CAN-SIC und CAN-XL. Dabei können die Zustände für den Bus 40 erzeugt werden, wie zuvor in Tabelle 1 angegeben.
Das Sendemodul 1210 hat vier Sendestufen, nämlich eine erste Sendestufe 1210A, eine zweite Sendestufe 1210B, eine dritte Sendestufe 1210C und eine vierte Sendestufe 1210D. Wie in 13 gezeigt, sind die Sendestufen 1210A bis 1210D als Vollbrücke verschaltet. Die Ansteuerung von nachfolgend genauer bezeichneten Komponenten der Sendestufen 1210A bis 1210D erfolgt über mindestens eine Steuereinrichtung 124. Mindestens eine Steuereinrichtung 124 sendet mindestens ein Signal an Steueranschlüsse 125, an welchen die Komponenten der Sendestufen 1210A bis 1210D angeschlossen sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 13 nicht alle Leitungsverbindungen hierfür dargestellt.
Zudem hat das Sendemodul 1210 eine erste Versorgungsschaltung 1211 und eine zweite Versorgungsschaltung 1212. Die erste Versorgungsschaltung 1211 kann mit einem Anschlussmodul 1210A0 mit der ersten Sendestufe 1210A verbunden sein. Außerdem kann die erste Versorgungsschaltung 1211 mit einem Anschlussmodul 1210C0 mit der dritten Sendestufe 1210C verbunden sein. Die zweite Versorgungsschaltung 1212 kann mit einem Anschlussmodul 1210B0 mit der zweiten Sendestufe 1210B verbunden sein. Außerdem kann die zweite Versorgungsschaltung 1212 mit einem Anschlussmodul 1210D0 mit der vierten Sendestufe 1210D verbunden sein. Jedes Anschlussmodul 1210A0, 1210C0 führt eine Vielzahl von elektrischen Leitungen zwischen der ersten Versorgungsschaltung 1211 und der zugehörigen Sendestufe 1210A, 1210C, wie nachfolgend genauer beschrieben. Jedes Anschlussmodul 1210B0, 1210D0 führt eine Vielzahl von elektrischen Leitungen zwischen der zweiten Versorgungsschaltung 1212 und der zugehörigen Sendestufe 1210B, 1210D, wie nachfolgend genauer beschrieben. Die Anschlussmodule 1210A0, 1210B0, 1210C0, 1210D0 können insbesondere mindestens eine der Leitungen zwischen der zweiten Versorgungsschaltung 1212 und der zugehörigen Sendestufe 1210A, 1210C, 1210B, 1210D ohne Unterbrechung durchleiten. Die Anschlussmodule 1210A0, 1210B0, 1210C0, 1210D0 sind optional.
Das Sendemodul 1210 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Jede der Sendestufen 1210A bis 1210D ist an den Bus 40 angeschlossen. Die Sendestufen 1210A, 1210C sind zwischen die erste Versorgungsschaltung 1211 und den Bus 40 angeschlossen. Die Sendestufen 1210D, 1210B sind zwischen die zweite Versorgungsschaltung 1212 und den Bus 40 angeschlossen.
Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit dem Abschlusswiderstand 49 terminiert. Der Abschlusswiderstand 49 ist in die Vollbrücke als externer Lastwiderstand geschaltet. Der Widerstand 49 ist in den Brückenzweig zwischen die Anschlüsse für die Busadern 41, 42 geschaltet.
Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply von üblicherweise 5V. Der mindestens eine Anschluss 43 ist an die erste Versorgungsschaltung 1211 angeschlossen. Zudem ist mindestens ein Anschluss 43 an die zweite Versorgungsschaltung 1212 angeschlossen.
Die erste Versorgungsschaltung 1211 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom mindestens einer Stromquelle IrefAC. Der Stromspiegel der ersten Versorgungsschaltung 1211 hat einen Referenztransistor P_ACref, der mit der mindestens einen Stromquelle IrefAC verbunden ist. Die mindestens eine Stromquelle IrefAC ist mit dem Source-Anschluss des Referenztransistors P_ACref verbunden. An ihrem anderen Ende ist die mindestens eine Stromquelle IrefAC an Masse bzw. CAN_GND über mindestens einen Anschluss 44 angeschlossen.
Zudem hat der Stromspiegel eine Anzahl von z Auskoppeltransistoren, nämlich einen Auskoppeltransistor P_ACo_1 bis P_ACo_z. Dabei ist z eine natürliche Zahl > 1. Der Gate-Anschluss jedes Auskoppeltransistors P_ACo_1 bis P_ACo_z ist mit dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Referenztransistors P_ACref verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors P_ACref und die Drain-Anschlüsse der Transistoren P_ACo_1 bis P_ACo_sind an den mindestens einen Anschluss 43 angeschlossen. Der Transistor P_ACref und die Transistoren P_ACo_1 bis P_ACo_z des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Jeder der 1 bis z Auskoppeltransistoren P_ACo_1 bis P_ACo_z ist mit einer separaten Leitung mit einer der Stromstufen der Sendestufe 1210A und/oder mit einer der Stromstufen der Sendestufe 1210C verbunden. Dies ist in 13 mit der Kennzeichnung 1..z und dem zugehörigen Anschlussmodul 1210A0, 1210C0 veranschaulicht.
Die mindestens eine Stromquelle IrefAC liefert einen elektrischen Strom 10_AC für eine erste bis a-te Stromstufe S1 bis Sa der ersten Sendestufe 1210A. Hierbei ist a eine natürliche Zahl > 1. Die erste bis a-te Stromstufe S1 bis Sa liefern analog zu der Beschreibung von 11 die elektrischen Ströme I_A1 bis I_Aa der Sendestufe 1210A. Außerdem bildet die mindestens eine Stromquelle IrefAC die Stromversorgung für die erste bis c-te Stromstufe S1 bis Sc der dritten Sendestufe 1210C. Hierbei ist c eine natürliche Zahl > 1. Die erste bis c-te Stromstufe S1 bis Sc liefern analog zu der Beschreibung von 11 die elektrischen Ströme I_C1 bis I_Cc der Sendestufe 1210C.
Die erste Sendestufe 1210A von 13 hat eine Verpoldiode D_A, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVP_A1 bis HVP_Ay, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 1210A1. Dabei ist y eine natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 1210A1 hat einen ersten bis a-ten Transistor P_Ao_1 bis P_Ao_a, welche die erste bis a-te Stromstufe S1 bis Sa bilden und welche die elektrischen Ströme I_A1 bis I_Aa liefern, wie zuvor erwähnt. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_A vorhanden. Jeder der Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Die Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a sind miteinander verbunden. Die Verbindung der Drain-Anschlüsse der Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a ist mit einem Ende des Widerstands R_SIC_H und mit der Anode der Verpoldiode D_A verbunden. Die Ansteuerschaltung T_A steuert die Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a der ersten bis a-ten Stromstufe S1 bis Sa gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 1210 an, wie zuvor in Bezug auf insbesondere 11 beschrieben.
Die dritte Sendestufe 1210C von 13 hat eine Verpoldiode D_C, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVP_C1 bis HVP_Cy, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 1210C1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 1210C1 hat einen ersten bis c-ten Transistor P_Co_1 bis P_Co_c, welche die erste bis c-te Stromstufe S1 bis Sc bilden und welche die elektrischen Ströme I_C1 bis I_Cc liefern, wie zuvor erwähnt. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_C vorhanden. Jeder der Transistoren HVP_C1 bis HVP_Cy kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Die Transistoren P_Co_1 bis P_Co_c können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren P_Co_1 bis P_Co_c sind miteinander verbunden. Die Verbindung der Drain-Anschlüsse der Transistoren P_Co_1 bis P_Co_c ist mit einem Ende des Widerstands R_SIC_H und mit der Anode der Verpoldiode D_C verbunden. Die Ansteuerschaltung T_C steuert die Transistoren P_Co_1 bis P_Co_c der ersten bis c-ten Stromstufe S1 bis Sc gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 1210 an, wie zuvor in Bezug auf insbesondere 11 beschrieben.
Die zweite Versorgungsschaltung 1212 hat einen Stromspiegel mit Referenzstrom mindestens einer Stromquelle IrefDB. Der Stromspiegel der zweiten Versorgungsschaltung 1212 hat einen Referenztransistor N_DBref, der mit der mindestens einen Stromquelle IrefDB verbunden ist. Die mindestens eine Stromquelle IrefDB ist mit dem Source-Anschluss des Referenztransistors N_DBref verbunden. An ihrem anderen Ende ist die mindestens eine Stromquelle IrefDB an den mindestens einen Anschluss 43 angeschlossen.
Zudem hat der Stromspiegel der zweiten Versorgungsschaltung 1212 eine Anzahl von z Auskoppeltransistoren, nämlich einen Auskoppeltransistor N_DBo_1 bis N_DBCo_z. Dabei ist z die natürliche Zahl > 1. Der Gate-Anschluss jedes Auskoppeltransistors N_DBo_1 bis N_DBo_z ist mit dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Referenztransistors P ACref verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors N_DBref und die Drain-Anschlüsse der Transistoren N_DBCo_1 bis N_DBo_sind an den mindestens einen Anschluss 44 für Masse bzw. CAN_GND angeschlossen. Der Transistor N_DBref und die Transistoren N_DBo_1 bis N_DBo_z des Stromspiegels können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Jeder der 1 bis z Auskoppeltransistoren N_DBo_1 bis N_DBo_z ist mit einer separaten Leitung mit einer der Stromstufen der Sendestufe 1210D und/oder mit einer der Stromstufen der Sendestufe 1210B verbunden. Dies ist in 13 mit der Kennzeichnung 1..z und dem zugehörigen Anschlussmodul 1210D0, 1210B0 veranschaulicht.
Die mindestens eine Stromquelle IrefDB liefert einen elektrischen Strom I0_DB für eine erste bis b-te Stromstufe S1 bis Sb der zweiten Sendestufe 1210B. Hierbei ist b eine natürliche Zahl > 1. Die erste bis b-te Stromstufe S1 bis Sb liefern analog zu der Beschreibung von 11 die elektrischen Ströme I_B1 bis I_Bb der Sendestufe 1210B. Außerdem bildet die mindestens eine Stromquelle IrefDB die Stromversorgung für die erste bis d-te Stromstufe S1 bis Sd der vierten Sendestufe 1210D. Hierbei ist d eine natürliche Zahl > 1. Die erste bis d-te Stromstufe S1 bis Sd liefern analog zu der Beschreibung von 11 die elektrischen Ströme I D1 bis I_Dd der Sendestufe 1210D.
Die zweite Sendestufe 1210B von 13 hat eine Verpoldiode D_B, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVN_B1 bis HVN_By, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 1210B1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 1210B1 hat einen ersten bis b-ten Transistor N_Bo_1 bis N_Bo_b, welche die erste bis b-te Stromstufe S1 bis Sb bilden und welche die elektrischen Ströme I_B1 bis I_Bb liefern, wie zuvor erwähnt. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_B vorhanden. Jeder der Transistoren HVN_B1 bis HVN_By kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Die Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_b können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_b sind miteinander verbunden. Die Verbindung der Drain-Anschlüsse der Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_b ist mit einem Ende des Widerstands R_SIC_L und mit den Source-Anschlüssen des ersten bis y-ten Transistors HVN_B1 bis HVN_By verbunden. Die Ansteuerschaltung T_B steuert die Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_b der ersten bis b-ten Stromstufe S1 bis Sb gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 1210 an, wie zuvor in Bezug auf insbesondere 11 beschrieben.
Die vierte Sendestufe 1210D von 13 hat eine Verpoldiode D_D, mindestens einen ersten bis y-ten Transistor HVN_D1 bis HVN_Dy, die einander parallelgeschaltet sind, und eine Stufenschaltung 1210D1. Dabei ist y die natürliche Zahl > 1. Die Stufenschaltung 1210D1 hat einen ersten bis d-ten Transistor N_Do_1 bis N_Do_d, welche die erste bis d-te Stromstufe S1 bis Sd bilden und welche die elektrischen Ströme I_D1 bis I_Dd liefern, wie zuvor erwähnt. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_D vorhanden. Jeder der Transistoren HVN_D1 bis HVN_Dy kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Die Transistoren N_Do_1 bis N_Do_d können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren N_Do_1 bis N_Do_d sind miteinander verbunden. Die Verbindung der Drain-Anschlüsse der Transistoren N_Do_1 bis N_Do_d ist mit einem Ende des Widerstands R_SIC_L und mit den Source-Anschlüssen des ersten bis y-ten Transistors HVN_D1 bis HVN_Dy verbunden. Die Ansteuerschaltung T_D steuert die Transistoren N_Do_1 bis N_Do_d der ersten bis d-ten Stromstufe S1 bis Sd gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 1210 an, wie zuvor in Bezug auf insbesondere 11 beschrieben.
Die Zahl y ist beliebig wählbar. Insbesondere kann die Zahl y und somit die Zahl der Hochvolttransistoren HVN_D1 bis HVN_Dy in einer Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D zwischen 1 bis 4 gewählt werden. Alternativ kann jedoch für y eine größere Zahl als 4 gewählt werden.
Die Zahlen a, b, c, d sind beliebig wählbar, wie anhand der nachfolgenden Tabelle 3 noch genauer angegeben. Insbesondere kann jede der Zahlen a, b, c, d und somit die Stufenzahl bzw. Zahl der Stromstufen zwischen 1 bis 60 gewählt werden. Alternativ kann jedoch für die Zahlen a, b, c, d eine größere Zahl als 60 gewählt werden.
Zwischen die Sendestufen 1210A, 1210C ist der Widerstand R_SIC_H geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_SIC_H ist mit der Anode der Verpoldiode D_A und den Drain-Anschlüssen der a Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a verbunden. Das andere Ende des Widerstands R_SIC_H ist mit der Anode der Verpoldiode D_C und den Drain-Anschlüssen der a Transistoren P_Co_1 bis P_Co_a verbunden.
Zwischen die Sendestufen 1210D, 1210B ist der Widerstand R_SIC_L geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_SIC_L ist mit dem Source-Anschluss der Transistoren HVN_D1 bis HVN_Dy und mit dem Drain-Anschluss der d Transistoren N_Do_1 bis N_Do_d verbunden. Das andere Ende des Widerstands R_SIC_L ist mit dem Source-Anschluss der Transistoren HVN_B1 bis HVN_By und mit dem Drain-Anschluss der b Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_b verbunden.
Jede der Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D schützt die zugehörige Sendestufe gegen eine positive Rückspeisung auf den Anschluss 44 (CAN-Supply) und eine negative Rückspeisung auf den Anschluss 43 (CAN_GND). Jede der Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D kann auch als Blocking Diode bezeichnet werden.
Jede der Stufenschaltungen 1210A1, 1210B1, 1210C1, 1210D1, genauer gesagt die zugehörige Ansteuerschaltung T_A, T_B, T_C, T_D, stellt einen Sendestromwert für die zugehörige Sendestufe 1210A, 1210B, 1210C, 1210D in Abhängigkeit der Betriebsart für Arbitration oder Datenphase des Sendemoduls 1210 und des Sendesignals TxD ein. Erläuterungen dazu sind auch in der vorangehenden Tabelle 2 enthalten. Hierbei sind die in Tabelle 2 angegebenen Werte für die Impedanzen des Sendemoduls 121 und für den Treiberstrom für die Sendestufen 121A/121B gleich den Werten für die Impedanzen des Sendemoduls 1210 und für den Treiberstrom für die Sendestufen 1210A/1210B. Zudem ist der Treiberstrom für die Sendestufen 121C /121D gleich den Werten für die Impedanzen des Sendemoduls 1210 und für den Treiberstrom für die Sendestufen 1210C /1210D. Die Funktionsweise der Schaltung von 13, welche Schaltungen gemäß 11 aufweist, ist in der zuvor dargestellten Tabelle 2 angegeben, nämlich in Abhängigkeit von der Betriebsart des Sendemoduls 121 und dem Buszustand 401 (dom), 403 (sic), 402 (rec) in der SIC-Betriebsart (Arbitrationsphase 451) und L0, L1 in der Datenphase 452. Daher wird im Übrigen auf die vorangehende Beschreibung von Tabelle 2 verwiesen.
Die Anzahl z der Auskoppelstufen, insbesondere Auskoppeltransistoren P_ACo_1 ...z, der Stromversorgungsschaltung 1211 und der Auskoppelstufen, insbesondere Auskoppeltransistoren N_DBo_1 ...z, der Stromversorgungsschaltung 1212 ist grundsätzlich frei wählbar. Die Verhältnisse zwischen z und a, b, c, d sind dagegen fix.

Die folgende Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für die Werte a, b, c, d, z, die für das Sendemodul 1212 von 13 gewählt werden können. Somit zeigt Tabelle 3 ein Beispiel, wieviel parallel geschaltete Schalttransistoren von jeder Sendestufe 1210A, 1210B, 1210C, 1210D jeweils leitfähig sind, um die entsprechenden Zustände des Sendemoduls 1210 (Transmitter-States) einzustellen. Wie aus Tabelle 3 beispielsweise ablesbar, sind in der Arbitrationsphase zum Treiben eines Zustands 401 (dom) eine Anzahl von 60 Auskoppeltransistoren, nämlich Auskoppeltransistoren P_ACo_1 ...60, sowie eine Anzahl von 60 Transistoren der ersten Sendestufe 1210A, nämlich Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_60, und eine Anzahl von 60 Transistoren der zweiten Sendestufe 1210B, nämlich Transistoren N_Bo_1 bis N_Bo_60, leitfähig geschaltet. Tabelle 3: Geforderte Anzahl von parallel geschalteten Schalttransistoren für die Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D je nach Zustand des Sendemoduls 1210 (Transmitter-State).

Betriebsart des Sendemoduls 1210	Sendemodul-Zustand	VDIFF-Sendepegel (V)	z	a	b	c	d
Betriebsart Arbitrationsphase (SIC, xl_sic)	dom	2	60	60	60	0	0
	sic	0	60	30	30	30	30
	Rec	0	60	0	0	0	0
Betriebsart Datenphase (Fast-TX, xl_fasttx)	level0	1	60	30	30	0	0
Betriebsart Datenphase (Fast-TX, xl_fasttx)	level1	-1	60	0	0	30	30

Zur Gestaltung der Schaltvorgänge an den Busadern 41, 42 von einem in den anderen Zustand des Sendemoduls 1210 (Sendemodulzustand = Transmitter-State) werden die Übergänge zwischen den einzelnen Spalten a bis d in Tabelle 3 schrittweise, insbesondere etwa 2ns pro Schritt, gestaffelt geschaltet. Ganz allgemein ergibt sich die Zahl z aus der Anzahl von Stromstufen, die benötigt werden, um einen dominanten Zustand dom herzustellen. Dabei gilt, z = a = b. Für die Zahlen c, d gilt dagegen: z = c/2 = d/2. Somit ist es ausreichend, dass für die Sendestufe 1210C nur eine Anzahl von z/2-Leitungsverbindungen zu der ersten Versorgungsschaltung 1211 führen. Außerdem ist es ausreichend, dass für die Sendestufe 1210D nur eine Anzahl von z/2-Leitungsverbindungen zu der zweiten Versorgungsschaltung 1212 führen. Somit wird nur ein Teil der z Auskoppeltransistoren P_ACo_1 bis P_ACo_z von beiden Sendestufen 1210A, 1210C verwendet. Der andere Teil der z Auskoppeltransistoren P_ACo_1 bis P_ACo_z wird nur von der Sendestufe 1210A verwendet. Außerdem wird nur ein Teil der z Auskoppeltransistoren N_DBo_1 bis N_DBo_z von beiden Sendestufen 1210B, 1210D verwendet. Der andere Teil der z Auskoppeltransistoren N_DBo_1 bis N_DBo_z wird nur von der Sendestufe 1210B verwendet.
Der Sendestromwert der einzelnen Sendestufe 1210A, 1210B, 1210C, 1210D ist somit je nach Betriebsart (SLOW oder SIC, FAST_TX) des Sendemoduls 1210 und des Sendesignal TxD einstellbar. Dabei ist jede Sendestufe 121A bis 121D ausgestaltet, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls 1210 von der Sendestufe 1210A bis 1210D ausgegebenen elektrischen Stroms I_A1 bis I_Aa usw. am Ausgang des Stromspiegels einzustellen, der in den jeweiligen Versorgungsschaltungen 1211, 1212 vorhanden ist. Die elektrischen Ströme I_A1 bis I_Aa usw. können für die Stufenschaltungen 1210A1, 1210B1, 1210C1, 1210D1 auch kurz als I1 bis In bezeichnet werden, wie auch zuvor mit 11 und 12 und wie nachfolgend erläutert.
Jeder der Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B bis HVN_By, HVP_C bis HVP_Cy, HVN_D bis HVN_Dy ist eine HV-Kaskode und kann auch als HV-Standoff-Vorrichtung bezeichnet werden. Die Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay schützen die CMOS-Transistoren P_Ao_1 bis P_Ao_a der Sendestufe 1210A1, indem die Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay hohe Spannungsabfälle aufnehmen. Jeder der Transistoren HVN_B bis HVN_By, HVP_C bis HVP_Cy, HVN_D bis HVN_Dy hat dieselbe Funktion für die CMOS-Transistoren der jeweils zugeordneten Stufenschaltungen 1210B1, 1210C1, 1210D1.
Bei dem Sendemodul 1210 ist die Sendestufe 1210A zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H geschaltet. Die Sendestufe 1210C ist zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 42 (CANL) und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Die Sendestufe 1210D ist zwischen den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Die Sendestufe 1210B ist zwischen den Anschluss 42 (CANL) für das Signal CAN_L und den Anschluss 43 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Somit ist bei dem Sendemodul 1210 zum einen die Sendestufe 1210A in den CANH-Pfad geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 1210D in den CANH-Pfad geschaltet. In den CANL-Pfad ist zum einen die Sendestufe 1210C geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 1210B in den CANL-Pfad geschaltet.
Somit hat das Sendemodul 121 im CANH-Pfad und im CANL-Pfad jeweils Parallelschaltungen einer bestimmten Anzahl von Stromstufen in den Stufenschaltungen 1210A1, 1210B1, 1210C1, 1210D1. Der Strom der Stromstufen wird durch die Stromquellen IrefAC, IrefDB und die als Transistoren ausgestalteten Schalter der Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D bestimmt.
Das Sendemodul 1210 von 13 hat somit die vier Teile bzw. Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D sowie die Widerstände R_SIC_H, R_SIC_L und ist an den externen Buslast-Widerstand RL angeschlossen.
Im Unterschied zu der Sendemodul 121 von 10 ist bei dem Sendemodul 1210 von 13 die Stromreferenz mit den Stromquellen IrefAC und IrefBD fest eingestellt. Außerdem haben die beiden Stromspiegel der Schaltungen 1211, 1212 jeweils z parallel geschaltete Auskoppeltransistoren Auskoppeltransistoren P_ACo_1..z und N_DBo_1...z.
Zur Einstellung der unterschiedlichen Zustände des Sendemoduls 1210 (Transmitter-States) werden nicht die Stromreferenzquellen IrefDB bzw. IrefAC zeitlich gestaffelt geschaltet, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, sondern die Schalttransistoren der Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D werden geschaltet, wie zuvor beschrieben.
Die Ausgestaltung des Sendemoduls 1210 gemäß 13 ermöglicht ein schrittweises, zeitlich gestaffeltes Hinzuschalten der Stromstufen der Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D. Diese Ausgestaltung des Sendemoduls 1210 hat deutlich störungsfreiere Schaltvorgänge zur Folge als bei der Schaltung des Sendemoduls 121 der vorangehenden Ausführungsbeispiele. Die deutlich störungsfreieren Schaltvorgänge des Sendemoduls 1210 führen zu deutlich geringer Störaussendung und damit deutlich geringerer Emission. Grund hierfür ist, dass das Sendemodul 1210 nicht an der empfindlichen Referenz der Stromspiegel-Gate-Leitung mit hoher Dynamik arbeitet, wie das Sendemodul 121 der vorangehenden Ausführungsbeispiele.
Ein zusätzlicher Vorteil des Sendemoduls 1210 von 13 ist, dass die Siliziumfläche für die Referenzstromerzeugung, nämlich in den Schaltungen 1211, 1212, im Vergleich zu der des Sendemoduls 121 der vorangehenden Ausführungsbeispiele halbiert bis hin zu geviertelt ist.
Noch ein zusätzlicher Vorteil des Sendemoduls 1210 von 13 ist, dass die Stromreferenz in den Schaltungen 1211, 1212 für die Sendestufen A/C und B/D gemeinsam genutzt wird. Dies führt zu einem besseren Abgleich (Matching) der L0/L1-Pegel für den Bus 40.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass die Referenzstromquellen IrefAC und IrefBD voneinander abhängig gemacht werden können. In diesem Fall kann nur ein Referenzstrom verwendet werden.
Nach dazu ist es mit dem Sendemodul 1210 von 13 möglich, für den Abgleich (Matching) der SIC/Dom-Zustände ein Abgleich- oder Konfigurationsverfahren zu verwenden, das die Ströme I0_AC, I0_DB der beiden Referenzstromquellen IrefAC und IrefBD in gezieltem Maß gegeneinander verstellt, um möglichst geringe Gleichtakt-Störungen auf den Busadern 41, 42 zu erreichen. Dadurch kann die Emission vermindert werden.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel hat das Sendemodul 1210 von 13 zusätzlich zu den Funktionen gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die folgenden Funktionen.
Die Steuereinrichtung 124 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgestaltet, die Werte der Ströme I0_AC, I0_DB der Referenzstromquellen IrefAC, Iref_DB zu verstellen, um den zuvor beschriebenen Effekt 2 zu kompensieren. Dadurch kann das Sendemodul 1210 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein ungleiches Verhalten von Komponenten in den Sendestufen 1210A/1210D und 1210C/1210B der Vollbrücke verhindern (Effekt 2). Somit wird im sic-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand 402 minimiert oder verhindert.
Somit ist das Sendemodul 1210 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgrund seiner Ausgestaltung in der Lage, Effekte aufgrund von unsymmetrischem Verhalten der Sendestufen zu verringern, die in den Sendezuständen dom (401), sic (403), rec (402) auftreten können und das Überschwingen erhöhen und daher die Emission verschlechtern.
Zusätzlich dazu kann der zuvor beschriebene Effekt 1 durch die Kaskoden der Sendestufen 1210A, 1210B bedämpft werden. Hierfür ist der Widerstand Ron (Einschaltwiderstand) der Kaskoden in den Sendestufen 1210A, 1210B veränderbar, insbesondere durch Ansteuerung mit der jeweils zugehörigen Ansteuerschaltung T_A, T_B. Dies erfolgt über eine Änderung der bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay und/oder die bis zu y parallel geschalteten Transistor HVN_B1 bis HVN_By. Um die Symmetrie der beiden Serienschaltungen der Sendestufen 1210A, 1210D und der Sendestufen 1210C, 1210B im sic-Zustand 403 nicht zu verändern, müssen auch die Kaskoden von der Sendestufen 1210D, 1210C die gleiche Veränderung erfahren. Daher werden auch die bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVN_D1 bis HVP_Dy und/oder die bis zu y parallel geschalteten Transistoren HVP_C1 bis HVP_Cy entsprechend geändert,. Hierfür ist jeder der Transistoren HVP_A1 bis HVP_Ay, HVN_B1 bis HVN_By, HVP_C1 bis HVP_Cy, HVN_D1 bis HVP_Dy an seinem Steueranschluss (Gate-Anschluss) an einen Anschluss 125 angeschlossen. Somit ist jeder dieser Transistoren von der mindestens einen Steuereinrichtung 124 steuerbar. Der Eingriff zur Korrektur des Common-Mode-Pegels im dom-Zustand 401 erfolgt über eine gleichsame oder dieselbe Veränderung von HVP_A1 bis HVP_Ay und HVP_C1 bis HVP_Cy oder über eine gleichsame oder dieselbe Veränderung von HVP_D1 bis HVN_Dy und HVP_B1 bis HVN_By.
Durch die Ausgestaltung des Sendemoduls 1210 kann verhindert werden, dass insbesondere Substratstromverluste in den Verpoldioden D_A und D_B dazu führen, dass der Common-Mode-Pegel im dom-Zustand 401 nicht mehr stimmt. Im sic-Zustand sind die Verpoldioden D_A und D_B weniger stark bestromt und des Weiteren sind alle Verpoldioden D_A, D_B, D_C, D_D der vier Sendestufen 1210A, 1210B, 1210C, 1210D aktiv. Das Sendemodul 1210 kann verhindern, dass unterschiedliche Common-Mode-Pegel im dom-Zustand und im sic-Zustand vorhanden sind. Zudem kann verhindert werden, dass qualitativ gleiche Effekte durch ungleiches Verhalten in den Kaskoden erzeugt werden.
Damit kann das Sendemodul 1210 die Effekte auf die Emissionswerte der Sende-/Empfangseinrichtung 12 positiv beeinflussen, die maßgeblich durch das Sendemodul 1210 beeinflusst werden.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Sendemodule 1211210, der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 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.
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 alternativ eine andere Art von Kommunikationsnetz sein, bei dem die Signale als differentielle Signale übertragen werden. 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.
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-Bussystem oder ein CAN SIC-Bussystem oder ein CAN XL-Bussystem. Das Bussystem 1 kann jedoch ein anderes Kommunikationsnetzwerk sein, bei dem die Signale als differentielle Signale und seriell über den Bus übertragen werden.
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-Bussystem oder einem CAN SIC-Bussystem oder einem CAN XL-Bussystem betreibbar sind.
Es ist möglich, dass für die zwei Buszustände 401, 402 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.
In dem Bussystem 1 können Teilnehmerstationen 10, 30 vorhanden sein, von denen mindestens eine Teilnehmerstation ein Sendemodul 121 gemäß 10 verwendet und mindestens eine Teilnehmerstation ein Sendemodul 1210 gemäß 13 verwendet.
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 sind nur Teilnehmerstationen 10 oder nur Teilnehmerstationen 30 in den Bussystemen 1 des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels vorhanden.

Claims

Sendemodul (121; 1210A) zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1), mit einer ersten Sendestufe (121A; 1210A) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, einer zweiten Sendestufe (121B; 1210B) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, einer dritten Sendestufe (121C; 1210C) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), einer vierten Sendestufe (121D; 1210D) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), und Stromspiegeln für die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D; 1210A, 1210D) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B; 1210C, 1210B) in Reihe geschaltet sind, wobei jeder Stromspiegel an mindestens eine Referenzstromquelle (IrefA1..n; I refB1.. n; IrefC1..n; IrefD1..n; IrefAC; IrefDB) angeschlossen ist, und wobei jede Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgegebenen elektrischen Stroms (I1 bis In; I_A1 bis I_Aa) an einem der Stromspiegel einzustellen.
Sendemodul (121) nach Anspruch 1, wobei jede Sendestufe (121A bis 121D) ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (121A bis 121D) ausgegebenen elektrischen Stroms (I1 bis In) am Eingang des Stromspiegels einzustellen.
Sendemodul (121) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D) einen Stromspiegel zum Anschluss an die mindestens eine Referenzstromquelle (IrefA1..n; I refB1.. n; IrefC1..n; IrefD1..n) aufweist, und wobei der Wert des Stroms (I1 bis In) der Referenzstromquelle (IrefA1..n; IrefB1..n; IrefC1..n; IrefD1..n) einer Sendestufe (121A bis 121D) im Betrieb des Sendemoduls (121) einstellbar ist.
Sendemodul (121) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stromspiegel jeder Sendestufe (121A bis 121D) zwei CMOS-Transistoren aufweist, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der ersten Sendestufe (121A) PMOS-Transistoren (P_Aref, P_Ao) sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der zweiten Sendestufe (121B) NMOS-Transistoren (N_Bref, N_Bo) sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der dritten Sendestufe (121C) PMOS-Transistoren (P_Cref, P_Co) sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels der vierten Sendestufe (121D) NMOS-Transistoren (N_Dref, N_Do) sind.
Sendemodul (121) nach einem der vorangehenden Ansprüche, vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzstromquelle (IrefA1..n; I refB1.. n; IrefC1..n; IrefD1..n) mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind.
Sendemodul (121) nach Anspruch 5, wobei die mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) mindestens eine Stromsenke aufweisen.
Sendemodul (121) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Anzahl n der mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) für jede der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D) dieselbe ist, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist.
Sendemodul (1210) nach Anspruch 1, wobei jede Sendestufe (1210A bis 1210D) ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (1210A bis 1210D) ausgegebenen elektrischen Stroms (I_A1 bis I_Aa) am Ausgang des Stromspiegels einzustellen.
Sendemodul (1210) nach Anspruch 8, wobei ein Stromspiegel an die erste und dritte Sendestufe (1210A, 1210C) und ein Stromspiegel an die zweite und vierte Sendestufe (1210B, 1210B) angeschlossen ist, wobei jede Sendestufe (1210A bis 1210D) mindestens zwei Schalter (P_Ao_1 bis P_A0_a) aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind und zum Einschalten oder Ausschalten von Stromstufen (S1 bis Sn) der Sendestufe (1210A bis 1210D) vorgesehen sind, und wobei jeder der mindestens zwei Schalter (P_Ao_1 bis P_A0_a) einer Sendestufe (1210A bis 1210D) an einen Auskoppeltransistor (P_ACo_1 bis P_ACo_z) des zugehörigen Stromspiegels angeschlossen ist.
Sendemodul (1210) nach Anspruch 8 oder 9, wobei jeder Stromspiegel zwei CMOS-Transistoren aufweist, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels, der an die erste und dritte Sendestufe (1210A, 1210C) angeschlossen ist, PMOS-Transistoren (P_ACref, P_ACo_1...z) sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels, der an die zweiten und vierte Sendestufe (1210B, 1210D) angeschlossen ist, NMOS-Transistoren (N_DBref, N_DBo_1...z) sind.
Sendemodul (121; 1210) nacheinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsanschlüsse (41, 42) der Vollbrücke zum Anschluss an einen Abschlusswiderstand (49) des Busses(40) vorgesehen sind.
Sendemodul (121; 1210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, vorangehenden Ansprüche, zudem mit einem Widerstand (R_SIC_H), dessen eines Ende an den Stromspiegel der ersten Sendestufe (121A) angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an den Stromspiegel der dritten Sendestufe (121C) angeschlossen ist, und einem Widerstand (R_SIC_L), dessen eines Ende an den Stromspiegel der zweiten Sendestufe (121B) angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an den Stromspiegel der vierten Sendestufe (121D) angeschlossen ist.
Sendemodul (121; 1210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) zudem aufweist eine Verpoldiode (D_A; D_B; D_C; D_D) zum Schutz gegen eine positive Rückspeisung in einem Anschluss (43) für die Busspannungsversorgung und eine negative Rückspeisung von einem Anschluss (44) für Masse, und mindestens eine Kaskode (HVP_A; HVN_B; HVP_C; HVN_D) zum Schutz der CMOS-Transistoren.
Sendemodul (121) nach Anspruch 13, wobei mindestens zwei Kaskoden (HVP_A; HVN_B; HVP_C; HVN_D) parallel zueinander geschaltet sind, wobei eine Anzahl y der Kaskoden (HVP_A; HVN_B; HVP_C; HVN_D) für jede der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) dieselbe ist, wobei y eine natürliche Zahl größer 1 ist, und wobei der Einschaltwiderstand der mindestens zwei Kaskoden (HVP_A; HVN_B; HVP_C; HVN_D) unterschiedlich ist.
Sendemodul (121; 1210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Ansteuerschaltung (T_A; T_B; T_C; T_D) zur Ansteuerung von schaltbaren Komponenten der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) in Abhängigkeit von einem digitalen Sendesignal (TxD) und von einer für das Sendemodul (121) eingestellten Betriebsart (SIC; FAST_TX).
Sendemodul (121; 1210) nach Anspruch 15, wobei die Ansteuerschaltung (T_A; T_B; T_C; T_D) zum zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schalten der Ströme von mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgestaltet ist.
Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22) für eine Teilnehmerstation (20) für ein serielles Bussystem (1), mit einem Sendemodul (121; 1210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einem Empfangsmodul (122) zum Empfangen von Signalen von dem Bus (40).
Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1), mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22) nach Anspruch 17, und einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21) zum Steuern der Kommunikation in dem Bussystem (1) und zur Erzeugung eines digitalen Sendesignals (TxD) zur Ansteuerung der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D).
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 18, wobei die Teilnehmerstation (10; 20; 30) für die Kommunikation in einem Bussystem (1) ausgestaltet ist, in dem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf den Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist.
Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einem Sendemodul (121) ausgeführt wird, das Stromspiegel für eine erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) aufweist, wobei jeder Stromspiegel an mindestens eine Referenzstromquelle (IrefA1..n; I refB1.. n; IrefC1..n; I refD1.. n; IrefAC; IrefDB) angeschlossen ist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit der ersten Sendestufe (121A; 1210A), von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, Erzeugen, mit der zweiten Sendestufe (121B; 1210B), von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, Erzeugen, mit der dritten Sendestufe (121C; 1210C), von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), und Erzeugen, mit der vierten Sendestufe (121D; 1210D) von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B) in Reihe geschaltet sind, und wobei jede Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgegebenen elektrischen Stroms (I1 bis In; I_A1 bis I_Aa) an einem der Stromspiegel einstellt.