DE19509133A1 - Anordnung zur Überwachung von Zweidraht-Busleitungen - Google Patents
Anordnung zur Überwachung von Zweidraht-BusleitungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung von
Zweidraht-Busleitungen nach dem Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1.
Eine derartige Anordnung für ein CAN-Bussystem in einem
Fahrzeug ist beispielsweise zur Erzeugung eines wake-up
Signals aus der WO 90/09713 bekannt. Neben einem Empfangs
komparator, dessen Eingänge im ungestörten Betriebszustand
mit den beiden Signalleitungen der Zweidraht-Busleitung
verbunden sind, sind in einer Fehlererkennungsschaltung
zwei weitere Komparatoren vorgesehen, deren Eingänge im
ungestörten Fall mit jeweils einer der beiden Signal
leitungen und mit einer von zwei
Hilfsspannungen verbunden sind. Die beiden weiteren Kompa
ratoren sind zusammen mit einem ODER-Gatter Bestandteile
einer Fehlererkennungsschaltung. Im Fall einer Leitungs
störung kann anstelle einer der beiden Signalleitungen
eine Mittenspannung an je einen der Eingänge der drei Kom
paratoren angelegt werden, wodurch u. U. ein Eindrahtbe
trieb aufrechterhalten werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung
zur Überwachung von Zweidraht-Busleitungen anzugeben, die
mit geringem Aufwand herstellbar ist, insbesondere auch in
integrierter Schaltungstechnik und die zuverlässig und
flexibel einsetzbar ist.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un
teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Anordnung signalisiert auftretende
Störungen unverzögert, überläßt aber die Reaktion auf Stö
rungen nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen und ist so
mit einfach aufzubauen und in Systemen mit beliebiger Art
von Systemsteuerung im Störungsfall einsetzbar. Besonders
vorteilhaft ist, daß die zur Störungsdetektion eingesetz
ten Komparatoren zugleich auch als Empfangskomparatoren
für unterschiedliche Störungszustände einsetzbar sind, de
ren Ausgänge je nach Art der festgestellten Störung über
einen Demultiplexer mit nachfolgenden Empfängerschaltungen
verbindbar sind. Die eingesetzte Logikschaltung kann gün
stigerweise in der Technik integrierter Injektionslogik
(I²L) ausgeführt werden. Die Komparatoreneingänge sind
ständig, also auch im Störungsfall mit den Busspannungen
beaufschlagt, so daß zusätzliche Schaltmittel in den wich
tigen Signalwegen entfallen. Darüberhinaus kann auch im
Eindrahtbetrieb u. U. der Wegfall einer nur vorübergehenden
Störung oder deren Weiterbestehen durch die Logik erkannt
werden. Der erste Komparator kann durch einen einfachen
geringen Spannungsoffset an einem Eingang auch einen Kurz
schluß zwischen den Busleitungen signalisieren und vor
teilhafterweise mit seinem Ausgang ebenfalls der Logik
schaltung zugeführt sein, die dann nur bei Übereinstimmung
aller Komparatorausgangssignale einen fehlerfreien Be
trieb, ansonsten eine Störung signalisiert.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines integrierten CAN-
Bustreibers mit der erfindungsgemäßen Anordnung
Fig. 2 die Eingangsbeschaltung der Komparatoren gemäß
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge
hend veranschaulicht.
Dem in Fig. 1 skizzierten Bustreiber 100 ist ein CAN-Bus
system zugrunde gelegt, dessen rezessiver Bitzustand
gleich dem Zustand ohne einen sendeaktiven Busteilnehmer
ist wobei die Spannungen der Busleitung mit den beiden Si
gnalleitungen H und L vorzugsweise durch ein passives Wi
derstandsnetzwerk festgelegt sind. Im Sendefall wird in
bekannter Weise nach Maßgabe eines Sendesteuersignals Tx
und einer Treiberstufe 130 ein dominanter Bitzustand der
Busleitung über die Schaltertransistoren 101 und 102 durch
gegenläufiges Verschieben der Signalspannungen auf H und L
aufgeprägt. In die Zuleitungen der Transistoren zu den Si
gnalleitungen sind noch Dioden 103, 105 und Vorwiderstände
104, 106 in ebenfalls bekannter Weise eingefügt.
Über eine RC-Filteranordnung 110 sind die Signalleitungen
H und L an die hochohmigen Empfangseingänge F1 bzw. Fo des
Bustreibers 100 angelegt. Die Betriebsspannung + UB des
Treiberbausteins gegen Bezugspotential GND betrage bei
spielsweise 5V. Die Signalspannungen U1 und UO der Signal
leitungen H und L an den Eingängen F1 bzw. FO seien für
ein rezessives Bit R zu U1R = 2V und UoR = 3V und für ein
dominantes Bit D zu U1D = 3V und UOD = 2V angenommen.
Eine Teilerkette mit Widerständen 123, 124 und 127 zwi
schen +UB und GND erzeugt zwei Hilfsspannungen U2 und U3,
die vorzugsweise symmetrisch zur Mittenspannung +UB/2 lie
gen und nur gering, z. B. 50 mV gegen diese versetzt sind,
im Beispielsfall also U2 = 2,55 V und U3 = 2,45 V.
Um bei hohen Gleichtaktstörungen und Massepotentialunter
schieden noch Reserven zu haben, können die Spannungen von
H und L über das Filter 110 und die Widerstände 125, 126
auf die Umgebung von UB/2 eingeengt werden. Die Komparato
ren sind mit Offsetspannungen von z. B. maximal ± 5 mV so
genau, daß die Spannungssprünge an F1 und Fo beispiels
weise auf ein Fünftel von denen an H und L beschränkt wer
den können, ohne eine korrekte Signaldetektion zu gefähr
den.
Die skizzierte bevorzugte Anordnung enthält drei Kompara
toren 120, 121 und 122 zur Überwachung der Busleitung auf
das Auftreten einer Störung. Der erste Komparator liegt
mit seinem nicht invertierenden Eingang (+) über F1 und
Filter 110 an der Signalleitung H und in analoger Weise
mit seinem invertierenden Eingang (-) an L. Der zweite
Komparator 120 liegt mit seinem nichtinvertierenden Ein
gang an H und mit seinem invertierenden Eingang an der er
sten Hilfsspannung U2. Der dritte Komparator liegt mit
seinem invertierenden Eingang an L und mit seinem
nichtinvertierenden Eingang an der zweiten Hilfsspannung
U3. Die Signale an den Komparatorausgängen sind im folgen
den ohne Berücksichtigung des konkreten Spannungswerts als
logische Zustände "O" und "1" bezeichnet je nach Polarität
der Differenzspannung zwischen invertierenden und
nichtinvertierenden Eingang des jeweiligen Komparators.
Die Ausgänge A1, A2, A3 aller drei Komparatoren sind mit
Eingängen einer Logikschaltung 140 verbunden, die als Aus
gangssignal ein logisches Störungszustandssignal ER ab
gibt. Beispielhaft sei ER = O für den ungestörten Zustand
und ER = 1 für Erkennen eines Störzustands angenommen.
Wie nachfolgend anhand verschiedener Störzustände unter
Bezugnahme auf die Tabelle noch weiter veranschaulicht,
ist die skizzierte Ausführung der Beschaltung der Kompara
toren vorteilhafterweise so gewählt, daß die einzelnen
Ausgangssignale nicht nur eine Information über einen Stö
rungszustand erlauben sondern zugleich als Empfangssignale
im ungestörten oder im Eindraht-Betrieb herangezogen wer
den können. Zur Auswahl des in Abhängigkeit vom festge
stellten Störzustand jeweils als Empfangssignal Rx ge
eigneten Ausgangssignals ist ein Demultiplexer 160 vorge
sehen, der von einer Auswertungseinrichtung über ein 2-
Bit-Steuersignal (AS, BS) unter eventueller Zwischenschal
tung einer Auswahllogik 150 gesteuert ist. Für Störungszu
stände, die keinen auswertbaren Datenempfang mehr zulas
sen, kann der Empfangssignalausgang Rx über den Multiple
xer auf konstantes Potential GND gelegt werden. Die Logik
schaltung signalisiert lediglich das Erkennen irgend eines
Störungszustands, ohne diesen zu bewerten. Die Störungsbe
wertung erfolgt in einer nachgeschalteten Auswerteeinrich
tung.
Die Logikschaltung ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sie
die drei Komparatorausgangssignale so zu einem Störungszu
standssignal ER verknüpft, daß ER = O für A1 = A2 = A3 = O
oder für A1 = A2 = A3 =1 und ER = 1 sonst. Dies ermöglicht
eine besonders einfache Realisierung in I²L-Technik, unter
Einsatz z. B. von Standard-I²L-Gattern mit einer Basis und
drei Kollektoren, die als verdrahtete ODER-Schaltung auf
die Basis eines nachgeschalteten Transistors wirken. Mög
lichkeiten zur Realisierung im einzelnen sind dem Fachmann
aus dem umfangreichen Gebiet der I²L-Technik allgemein be
kannt. Andere Techniken integrierter Halbleiterschaltungen
sind gleichfalls geeignet zur Implementierung der Logik
schaltung.
Abänderungen des in Fig. 1 und Fig. 2 skizzierten speziel
len Beispiels durch Änderung von Polaritäten an Eingängen
und/oder Ausgängen und damit verbunden eine angepaßte lo
gische Verknüpfung in der Logikschaltung 140 liegen im Be
reich fachmännischen Könnens.
Die nachfolgende Tabelle listet unterschiedliche Be
triebszustände, die dabei an L und H auftretenden Span
nungen und die logischen Pegel der Signale A1, A2, A3, ER
sowie die geeignete Stellung H des Multiplexers 160 und
das daraus resultierende Signal Rx jeweils für das rezes
sive (R) und dominante (D) Leitungsbit auf (? steht dabei
für einen undefinierten Zustand).
Im ungestörten Zustand a) enthält das Differenzsignal zwi
schen H und L die gültige Information, die von Komparator 121
mit großem Störabstand ausgewertet werden kann. Die
Komparatoren 120 und 122, die nur mit einem Eingang an je
weils eine der beiden Signalleitungen H bzw. L und mit dem
anderen Eingang an eine der Hilfsspannungen in der Nähe
der Mittenspannung + UB/2 angeschlossen sind, können mit
geringem Störabstand ebenfalls ein korrektes Empfangssi
gnal liefern. Dies wird in an sich bekannter Weise für den
Eindraht-Betrieb ausgenutzt, wo auf eine Information aus
einer gestörten Signalleitung bewußt verzichtet wird.
Der Spannungsversatz zwischen den Hilfsspannungen U2 und
U3 ist nicht zwingend, gewährleistet aber, daß im Leerlauf
kein dominantes Empfangssignal an Rx abgegeben wird.
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist der Wert des Stö
rungszustandsignals auch von dem jeweiligen Nachrichten
bitwert D oder R abhängig. ER = 1 tritt auf, wenn minde
stens eines der Komparatorausgangssignale falsch ist. Die
Wahl der Reaktion auf eine über ER signalisierte Störung
kann in nachfolgenden Auswerteeinrichtungen implementiert
werden. Beispielsweise kann das Auftreten eines Störungs
signals in einer Mehrzahl von Bittaktschritten abgewartet
werden, bis durch eine Umschaltung des Demultiplexers ein
Eindrahtbetrieb oder ein Ruhen des Empfangs gewählt wird.
Für die Wahl eines alternativen Betriebszustands kann auf
die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zurück
gegriffen werden.
Das Störungszustandssignal ER ist unabhängig von der
Schaltstellung des Demultiplexers und ständig verfügbar,
so daß nicht nur eine Störung, sondern auch der Wegfall
einer Störung aus dem Signal ER schnell erkennbar ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, in welcher für glei
che Teile der Anordnung wie in Fig. 1 gleiche Bezugszei
chen verwandt sind, ist nur eine Hilfsspannung UR vorgese
hen, welche vorzugsweise gleich UB/2 ist. Diese wird be
reitgestellt am Mittenabgriff des aus den gleichen Wider
ständen 123, 127 gebildeten Spannungsteilers. In der skiz
zierten Ausführungsform ist ein Eingang, z. B. der nichtin
vertierende Eingang des ersten Komparators 121 mit einem
Spannungsoffset, dargestellt durch eine Spannungsquelle
180, beaufschlagt. Der Betrag der Offsetspannung ist klein
gegenüber dem Signalhub auf den Busleitungen zwischen re
zessivem und dominantem Bitzustand und beträgt beispiels
weise 20mV. Das Vorzeichen der Offsetspannung ist vorzugs
weise so, daß bei einem Kurzschluß der Busleitungen H und
L gegeneinander und damit gleichen Signalspannungen an F1
und F0 am Ausgang des ersten Komparators ein rezessiver
Bitzustand signalisiert wird. Die Realisierung des Span
nungsoffsets ist abhängig vom Aufbau des Komparators im
Detail und erfolgt vorzugsweise isoliert gegen die Buslei
tungen, z. B. durch Einfügen zwischen zwei Stufen eines
zweistufigen Eingangsverstärkers.
Die Erfindung ist in den vorstehenden Beispielen unter der
Annahme beschrieben, daß die Betriebsspannung des Treiber
bausteins auf einen konstanten Wert stabilisiert ist und
die Busspannungen und die Hilfsspannungen aus der stabili
sierten Spannung abgeleitet sind. Eine andere vorteilhafte
Ausführungsform sieht demgegenüber vor, daß die Busspan
nungen und die Hilfsspannung aus einer unstabilisierten
Spannung, insbesondere der Batteriespannung eines Kraft
fahrzeugs, abgeleitet sind. Busspannungen und Hilfsspan
nungen können dann mit variierender Batteriespannung
schwanken. Es bleiben aber feste Beziehungen zwischen Bus
spannungen und Hilfsspannungen erhalten. Insbesondere
gilt, daß die an F1, F0 abgreifbaren Busspannungen im un
gestörten Zustand im wesentlichen symmetrisch zu der
Hilfsspannung UR bzw. der Mittenspannung von U2 und U3
verlaufen. Zusätzlich können Widerstandsnetzwerke zur Re
duzierung von Spannungen, insbesondere bei höheren Bus
spannungen und niedriger stabilisierter Spannung für die
elektronischen Bauteile wie Komparatoren, Logikschaltung
usw. vorgesehen sein.
Claims (6)
1. Anordnung zur Überwachung eines Zweidraht-Bussystems
für serielle Übertragung digitaler Daten durch Umschalten
der Spannungen auf den beiden Signalleitungen der Buslei
tung, bei welcher eine Empfangsschaltung eines Busteilneh
mers mindestens drei Komparatoren enthält, wobei an die
Eingänge des ersten Komperators die beiden Spannungen der
Signalleitungen und an die Eingänge des zweiten und drit
ten Komparators jeweils eine der beiden Signalleitungs-
Spannungen und je eine Hilfsspannung angelegt sind, da
durch gekennzeichnet, daß die logischen Ausgangssignale
zumindest des zweiten und des dritten Komparators gleich
zeitig einer Logikschaltung zugeführt sind und die Logik
schaltung bei Übereinstimmung aller zugeführten Kompara
tor-Ausgangssignale einen fehlerfreien Zustand des Bussy
stems, ansonsten das Auftreten eines Fehlers
signalisiert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die drei Komparatoren zugleich die Empfangskomparatoren
für ungestörten Betrieb und für Eindrahtbetrieb bei ver
schiedenen Störzuständen bilden und daß ein umschaltbarer
Demultiplexer eines der Komparator-Ausgangssignale an eine
Empfangsauswerteeinrichtung weiterleitet.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Logikschaltung in I²L-Technik ausge
führt ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Eingang des ersten Komparators mit
einer Offsetspannung beaufschlagt ist.
5. Anordnung nach einem der A 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ausgang des ersten Komparators gleich
falls der Logikschaltung zugeführt ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß Busspannungen und Hilfsspannungen aus
einer unstabilisierten Versorgungsspannung abgeleitet sind
und mit dieser variieren.
Priority Applications (1)
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