DE19525350A1

DE19525350A1 - Vorrichtung für einen Leitungsabschluß einer zwei Drähte aufweisenden Leitung

Info

Publication number: DE19525350A1
Application number: DE1995125350
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Schleupen; Juergen Reinhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-01-16
Also published as: WO1997003504A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gat tung des Hauptanspruchs. Aus der DE 35 06 118 C2 ist es be reits bekannt bei einem seriellen Bus, dessen Busleitung aus einer Zweidraht-Leitung besteht, einen Abschlußwiderstand zur Verbindung der beiden Drähte der Busleitung vorzusehen. Dadurch werden Reflexionen und stehende Wellen auf der Lei tung vermieden. Es ist bekannt den Abschlußwiderstand für die Datenübertragungsleitung so groß zu wählen, daß dieser dem Wellenwiderstand der Datenübertragungsleitung ent spricht.

Bei derartigen einfachen Leitungsabschlüssen, treten insbe sondere dann Probleme auf, wenn die Zweidraht-Leitung unsym metrisch betrieben wird d. h., wenn z. B. durch EMV-Störstrahlung die Spannungspotentiale beider Drähte der Busleitung in die gleiche Richtung versetzt werden (Gleichtaktsignal).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß jeder einzelne Draht der Zweidraht-Leitung mit einem Ab schlußwiderstand versehen ist. Hierdurch können Gleichtakt signale, die auf den einzelnen Drähten der Busleitung auf treten, reflexionsfrei übertragen werden. Dies ist insbeson dere auch dann von Vorteil, wenn die Busleitung aufgrund eines aufgetretenen Fehlers, wie Kurzschluß eines Drahtes der Busleitung gegen Masse oder Versorgungsspannung oder Kurzschluß gegen den anderen Draht der Busleitung oder Unterbrechung einer Leitung, von Zweidraht-Betrieb auf Eindraht-Betrieb umgeschaltet wird. Die hier beschriebene Art eines Leitungsabschluß verbessert ebenfalls die HF-Einstrahlfestigkeit der angeschlossenen Busteilnehmersta tionen. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung die Eingangsimpedanz für Gleichtaktsignale pro Eingang der Busteilnehmerstation deutlich verringert werden. Eben falls bewirkt der beschriebene Gleichtaktabschluß eine bessere Symmetrierung des Senders und verhindert dadurch das Abstrahlen von Gleichtaktanteilen auf der Zweidraht-Leitung. Auch wird eine Verringerung von Spannungsspitzen, die beim Einsatz von Gleichtaktdrosseln während der Arbitrierphase bei Masseversätzen zwischen verschiedenen Teilnehmerstationen entstehen können, bewirkt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. So ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ausgehend von der Ver bindungsleitung zwischen ersten und zweiten Widerstand ein Kondensator gegen Masse geschaltet ist. Hierdurch werden insbesondere die auftretenden Gleichtaktkomponenten der auf der Busleitung auftretenden Signale abgeleitet, so daß sie nicht in die jeweilige Busteilnehmerstation übertragen wer den.

Weiterhin vorteilhaft ist, daß die Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandes betragsmäßig gleich sind und dem halben Wellenwiderstand der Zweidraht-Leitung entspre chen. Dadurch wird erreicht, daß die Zweidraht-Leitung kor rekt mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist und gleichzeitig auch ein Abschlußwiderstand für die Ein draht-Leitungen in Verbindung mit der Masseleitung vorgese hen ist. Falls die Wellenwiderstände der Eindraht-Leitungen in einem konkreten Anwendungsfall sehr hochohmig sind bzw. deutlich höher als der Wellenwiderstand der Zwei draht-Leitung, kann durch einen zusätzlichen Reihenwider stand zwischen Kondensator und Verbindungsleitung der beiden gleichgroßen Widerstände ein entsprechender optimaler Ab schlußwiderstand für den Wellenwiderstand der Ein draht-Leitungen erreicht werden. Sehr vorteilhaft ist, wenn der zusätzliche Reihenwiderstand einen solchen Widerstands wert aufweist, daß er vermehrt um den Widerstandswert des ersten oder zweiten Widerstandes dem Wellenwiderstand der Eindraht-Leitung der Busleitung entspricht. In diesem Fall ist auch jede Eindraht-Leitung der Busleitung optimal abgeschlossen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zweidraht-Leitung gegenüber einer Masseebene; Fig. 2 einen herkömmlichen Leitungsabschluß einer Zwei draht-Datenübertragungsleitung; Fig. 3 ein erstes Ausfüh rungsbeispiel eines Leitungsabschlusses für eine Zwei draht-Datenübertragungsleitung und Fig. 4 ein zweites Aus führungsbeispiel für einen Leitungsabschluß einer Zwei draht -Datenübertragungsleitung.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen ersten Draht einer Zweidraht-Datenübertragungsleitung. Die Bezugszahl 2 bezeichnet einen zweiten Draht der Zwei draht-Datenübertragungsleitung. Mit der Bezugszahl 3 ist eine Masseebene bezeichnet. Diese kann bei einer konkreten Realisierung einer Datenübertragungsstrecke in einem Kraft fahrzeug beispielsweise durch das Karosserieblech gegeben sein. Die Zweidraht-Datenübertragungsleitung hat einen Wel lenwiderstand, der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 5 be zeichnet ist. Der Wellenwiderstand der Zweidraht- Datenübertragungsleitung errechnet sich nach der bekannten Gleichung Z=(L′/C′)^1/2. Dabei ist Z der Wellenwiderstand, L′ der Leitungsinduktivitätsbetrag und C′ der Leitungskapazi tätsbetrag. Bei einer Koaxialleitung beträgt der Wellenwiderstand beispielsweise ca. 60 Ohm. In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind aber auch noch andere Wellenwiderstände 6 und 7 zu berücksichtigen. Diese resultieren aus dem Induktivitätsbetrag der einzelnen Drähte 1 oder 2 und dem Kapazitätsbetrag, der durch den Abstand zur Masseebene und dem jeweiligen Draht 1 oder 2 gegeben ist (s. Formel).

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 10 eine erste Busteil nehmerstation und die Bezugszahl 11 eine zweite Busteilneh merstation. Beide Busteilnehmerstationen 10 und 11 sind durch eine Zweidraht-Datenübertragungsleitung 4 mit den beiden Drähten 1 und 2 miteinander verbunden. Herkömmlicherweise ist bei jeder Busteilnehmerstation 10, 11 ein Abschlußwiderstand 8 vorgesehen. Dieser Abschlußwiderstand 8 berücksichtigt aber nur den Wellenwiderstand der aus beiden Drähten 1, 2 bestehenden Zweidraht-Leitung 4 resultiert. Für jeden einzelnen Draht, der wie beschrieben zusammen mit der Masse ebenfalls einen Wellenwiderstand aufweist, ist jedoch kein eigener Ab schlußwiderstand vorgesehen.

Dadurch können insbesondere bei Gleichtaktsignalen auf den einzelnen Drähten immer noch Reflexionen bzw. stehende Wellen entstehen, die insbesondere zu einer ungewünschten HF-Abstrahlung führen können.

Fig. 3 zeigt einen verbesserten Leitungsabschluß für eine derartige Zweidraht-Datenübertragungsleitung bei zwei Busteilnehmerstationen. Gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 2 bezeichnen die gleichen Komponenten, wie schon zuvor im Zu sammenhang mit Fig. 2 erläutert. Darüber hinaus ist darge stellt, daß zwischen den Drähten 1, 2 der Zwei draht-Datenübertragungsleitung zwei Widerstände 8 und 9 in Reihe geschaltet sind. Eine solche Schaltung ist für jede Busteilnehmerstation vorgesehen. Zusätzlich ist an die Ver bindungsleitung der beiden Widerstände 8, 9 ein Kondensator 12 gegen Masse geschaltet. Als Beispiel wird angenommen, daß die Zweidraht-Datenübertragungsleitung 4 einen Wellenwi derstand 5 von 120 Ohm aufweist. In diesem Fall werden die Abschlußwiderstände 8 und 9 beide zu 60 Ohm gewählt. In Summe ist dann die Zweidraht-Leitung mit 120 Ohm abgeschlossen, was genau dem Wellenwiderstand der Zweidraht-Leitung 4 entspricht. Gleichzeitig ist dadurch auch erreicht, daß ein gewisser Abschlußwiderstand für die einzelnen Drähte der Zweidraht-Leitung 4 vorhanden ist. Dieser Abschlußwiderstand ist für den Draht 1 durch den Widerstand 8 gegeben, der über den Kondensator 12 nach Masse geschaltet ist. Für den Draht 2 ist der Abschlußwiderstand durch den Widerstand 9 gegeben, der ebenfalls über den Kondensator 12 nach Masse geschaltet ist. Es ergibt sich also ein Abschlußwiderstand von 60 Ohm für jeden einzelnen Draht 1, 2 der Zweidraht-Datenübertragungsleitung 4.

Der Kondensators 12 sollte induktivitätsarm sein und für den betrachteten Frequenzbereich einen Kurzschluß darstellen und kann z. B. mit 4,7 nF gewählt werden. Die Größe des Kondensators entscheidet darüber, in welchem Frequenzbereich Gleichtakt-HF-Störungen wirksam unterdrückt werden können. Bei der genannten Wahl von 4,7 nF, ist eine breitbandige Unterdrückung von Gleichtakt-HF-Störungen bei den erwähnten Abschlußwiderständen von 60 Ohm gegeben.

In Fig. 4 bezeichnen die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 3 die gleichen Komponenten, wie schon zuvor erläutert. Zu sätzlich ist zwischen Kondensator 12 und Verbindungspunkt der beiden Widerstände 8 und 9 ein dritter Widerstand 13 vorgesehen. Dieser Widerstand 13 ist nur wirksam als zusätz licher Abschlußwiderstand für die einzelnen Drähte 1 und 2. Der Abschlußwiderstand für die Zweidraht-Leitung 4 wird da durch nicht verändert, er besteht weiterhin aus der Summe der Widerstände 8 und 9. Bei Gleichtaktstörungen wirken die Wellenwiderstände parallel und es sind auch die Widerstände 8 und 9 parallel anzusehen.

Für die Bestimmung der Größe des dritten Widerstandes 13 läßt sich daher folgende Formel verwenden:

R₃ = (Z₂ || Z₃) - (R₁ || R₂)

wobei Z₂₁ Z₃ dem Wellenwiderstand 6, 7 des einzelnen Drahtes 2, 1 der Zweidrahtleitung entspricht und R₁, R₂ dem Widerstandswert des Abschlußwiderstandes 8, 9 entspricht.

In anderer Form lautet die Formel:

Hiermit ist es also möglich, den optimalen Abschlußwiderstand für den einzelnen Draht in Verbindung mit der Masseleitung zu wählen. Sollte sich bei Messungen herausstellen, daß der Wellenwiderstand der Eindraht-Leitung 1 oder 2 einen Wert von 200 Ohm besitzt, so müßte der Widerstand 13 als 70 Ohm-Widerstand gewählt werden. Somit ergibt sich dann der optimale Abschlußwiderstand von 200 Ohm für die jeweilige Eindraht-Leitung.

Der erfindungsgemäße Leitungsabschluß kann besonders vor teilhaft bei dem aus dem Stand der Technik bekannten CAN-Bus (controller area network) eingesetzt werden. Bei diesem werden die Drähte 1, 2 der Zweidraht-Datenübertragungsleitung symmetrisch von den Treiberbausteinen der jeweiligen Busteilnehmerstation angesteuert. In Fig. 5 ist für die beiden möglichen Buspegel dominant und rezessiv dargestellt, welche Spannungspegel gegenüber der Masse jeweils an den Busleitungen 1, 2 anliegen. Der Kondensator 12 bewirkt zu sätzlich eine bessere Symmetrierung der auf den Busleitungen auftretenden Signale, insbesondere in dem Fall, wenn der entsprechende Treiber die Leitungen schwach unsymmetrisch ansteuert. Hierdurch wird gleichzeitig auch das Abstrahlen von Gleichtaktanteilen durch die unsymmetrische Ansteuerung der Zweidraht-Leitung behindert.

Die Erfindung ist überall dort vorteilhaft einsetzbar, wo hochfrequente Signale über Zweidraht-Leitungen übertragen werden. Hier sind insbesondere serielle Bussysteme sowohl für den Einsatz im Kraftfahrzeug, als auch für stationäre Anwendungen z. B. bei Feldbussen zur Industrieautomation, etc. angesprochen.

Claims

1. Vorrichtung für einen Leitungsabschluß einer zwei Drähte aufweisenden Leitung, insbesondere einer Datenübertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und zweiter Abschlußwiderstand (8, 9) zwischen den zwei Drähten (1, 2) vorgesehen ist, wobei der erste Abschlußwiderstand (8) mit dem zweiten Abschlußwiderstand (9) in Reihe geschaltet ist und daß die Verbindungsleitung zwischen erstem und zweitem Widerstand (8, 9) gegen ein festes Spannungspotential, vorzugsweise Masse, geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweitem Widerstand (8, 9) ein Kondensator (12) gegen das feste Spannungspotential geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Widerstandswerte des ersten und zweiten Wider standes (8, 9) gleich sind und dem halben Wellenwiderstand (5) der Leitung (4) entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Verbindungsleitung zwischen dem ersten und zweiten Widerstand (8, 9) ein dritter Widerstand (13) zu dem festen Spannungspotential, vorzugsweise der Masse, ge schaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (13) einen Widerstandswert R3 hat, der sich nach der Formel bestimmt, wobei R₁, R₂ die Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandes (8, 9) sind und Z₂, Z₃ die Wellenwiderstandswerte der einzelnen Drähte (1, 2) der Leitung (4) sind.