DE3826774A1 - Netzwerkschnittstelle - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Netzwerkschnitt
stelle nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Netzwerkschnittstellen sind beispielsweise in der
Computertechnik weit verbreitet. Es sind insbesondere
sogenannte Controller-Area-Network-Schnittstellen für
Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Vielzahl von Kompo
nenten, Subsystemen und/oder Systemen verbinden. Die
Informationen des Netzwerks laufen über zwei
Busleitungen. Jeder Ausfall einer der beiden Signal
leitungen durch Kurzschluß oder Unterbrechung hat zur
Folge, daß das gesamte Netzwerk zusammenbricht.
Die erfindungsgemäße Schnittstelle mit den in An
spruch 1 aufgeführten Merkmalen hat demgegenüber den
Vorteil, daß auch bei Ausfall einer der Signal- bzw.
Busleitungen eines Netzwerks bzw. bei Störungen einer
mit den Busleitungen verbundenen Treiberstufe eines
Netzteilnehmers der Schnittstellenbetrieb auf
rechterhalten und der Defekt diagnostiziert werden
kann. Sobald festgestellt wird, daß eine der Buslei
tungen funktionsunfähig ist, wird eine Notlaufschal
tung aktiviert, die es ermöglicht, daß auch mit nur
einer betriebsbereiten Busleitung alle am Bus ange
schlossenen Teilnehmer arbeitsfähig bleiben.
Bevorzugt wird ein erstes Ausführungsbeispiel, bei
dem die Überwachungsschaltung einen den Busleitungen
zugeordneten Zähler aufweist. Der Zähler ist bei
spielsweise so ausgelegt, daß er kontinuierlich auf
wärts zählt. Durch auf den Busleitungen eintreffende
Signale wird er zurückgesetzt. Treffen auf den Si
gnalleitungen keine Informationen mehr ein, so wird
der Zähler nicht mehr zurückgesetzt, er zählt konti
nuierlich weiter. Bei Erreichen eines vorgebbaren
Zählerstands wird die Notlaufschaltung aktiviert, so
daß ein Eindrahtbetrieb aufrecht erhalten werden
kann.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist den Busleitungen mindestens ein Fensterkomparator
zugeordnet, der die an den Busleitungen liegende
Spannung erfaßt. Sobald das Potential außerhalb einer
vorgegebenen Spanne liegt, wird von dem
Fensterkomparator ein Steuersignal an die Notlauf
schaltung abgegeben, die dann den Eindrahtbetrieb
einstellt.
Vorzugsweise wird den Busleitungen bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel ein vorgegebenes Potential zugeordnet,
das sich von den übrigen im Netzwerk bzw. Kraftfahr
zeug vorkommenden Potentialen unterscheidet. Dadurch
sind Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder Verbindungen
mit einer Spannungsquelle des Netzwerks sowie einge
koppelte Störungen besonders leicht erkennbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah
men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse
rungen der im Hauptanspruch angegebenen Netzwerk
schnittstelle möglich. Besonders vorteilhaft ist es,
daß die Schnittstelle nicht nur zur Aufrechterhaltung
des Schnittstellenbetriebs bei Ausfall einer Leitung
verwendbar ist, sondern daß auch, aufgrund der Si
gnalredundanz, die Störsicherheit verbessert wird.
Dadurch ergibt sich eine hohe Verfügbarkeit der
Schnittstelle.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittstelle nach dem Stand der Technik
zur Erläuterung des Grundprinzips;
Fig. 2 den Verlauf der an den Bus- bzw. Signal
leitungen anliegenden Potentiale sowie ein Dif
ferenzsignal;
Fig. 3 den Spannungsverlauf am Eingang der Empfän
ger- bzw. Signalauswertungsschaltung eines Netzwerk
teilnehmers, die einen Komparator aufweist;
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Zusatzbeschaltung einer Schaltung gemäß
Fig. 1;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zusatz
beschaltung einer Schaltung gemäß Fig. 1;
Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbei
spiels der Netzwerkschnittstelle und
Fig. 7 ein Prinzipschaltbild der Schnittstelle gemäß
Fig. 6.
Die im folgenden beschriebene Schnittstelle ist all
gemein für Computernetzwerke verwendbar, insbesondere
zur Verbindung einer Vielzahl von Komponenten, Subsy
stemen und/oder Systemen, wie sie auch bei
Fertigungsstraßen Verwendung finden. Insbesondere ist
die Schnittstelle als sogenannte Controller-Area-Net
work-Schnittstelle (CAN-Schnittstelle) für Kraftfahr
zeuge geeignet. Anhand dieses Beispiels soll auch die
folgende Beschreibung erfolgen.
Zum besseren Verständnis des Grundprinzips wird in
den Fig. 1 bis 3 auf eine bekannte Schnittstelle
sowie auf die bei dieser Schaltung vorhandenen Si
gnale eingegangen, wobei davon ausgegangen werden
soll, daß vorzugsweise serielle Datenübertragung er
folgt.
Fig. 1 zeigt eine Netzwerkschnittstelle, wobei zur
besseren Übersichtlichkeit lediglich ein Teilnehmer
auf einem CAN-IC, dessen externe Beschaltung sowie
zwei Signal- bzw. Bus-Leitungen dargestellt sind. Der
Teilnehmer weist eine erste Treiberstufe T 1 auf, die
der Busleitung "0" zugeordnet ist. Zur Vereinfachung
ist hier lediglich ein elektronischer Schalter der
Treiberstufe dargestellt, der einerseits mit der Ver
sorgungsspannung U B von +5V verbunden ist und ande
rerseits mit der Ausgangsklemme TXO des CAN-IC′s. Die
Klemme ist über einen ersten Widerstand R 11 mit der
Signalleitung "0" verbunden. Über einen zweiten Wi
derstand R 12 liegt die Verbindungsleitung zwischen
dem ersten Widerstand R 11 und der Signalleitung "0"
an Masse. Wenn die Treiberstufe T 1 hochohmig ist,
liegt also die Busleitung "0" auf Masse, ist die
Treiberstufe T 1 niederohmig, liegt die Busleitung "0"
an U B .
Eine zweite Treiberstufe T 2, von der zur Vereinfa
chung ebenfalls lediglich ein elektronischer Schalter
dargestellt ist, liegt an der Ausgangsklemme TX 1 des
CAN-IC′s. Der elektronische Schalter liegt einerseits
an Masse und andererseits an der Ausgangsklemme TX 1.
Diese ist über einen Widerstand R 21 mit der Buslei
tung "1" verbunden, wobei die Verbindungsleitung über
einen Widerstand R 22 an der Versorgungsspannung U B
von +5V liegt. Ist also die Treiberstufe T 2 hochoh
mig, liegt die Busleitung "1" an U B , ist sie nie
derohmig, an Masse. Die Treiberstufen T 1 und T 2 sind
also invers geschaltet.
Über die Treiberstufen werden Signale des Busteilneh
mers an die Bus- bzw. Signalleitungen "1" und "0"
abgegeben.
An den Klemmen RX 0 und RX 1 des IC′s ist eine
Signalauswertungs- bzw. Emfängerschaltung angeschlos
sen, die einen Komparator 1 aufweist, der mit den
Klemmen RX 0 und RX 1 des IC′s verbunden ist. Die
Empfängerschaltung setzt die Signale um, die auf den
Busleitungen für den Teilnehmer eintreffen. Die
Klemme RX 0 ist daher über einen Widerstand R 31 mit
der Busleitung "0" und die Anschlußklemme RX 1 über
einen Widerstand R 32 mit der Busleitung "1"
verbunden. Die Klemmen sind überdies mit einem zwi
schen der Versorgungsspannung U B und Masse liegenden
Spannungsteiler verbunden, der die Widerstände R 33,
R 34 und R 35 aufweist. Die Verbindungsstelle der Wi
derstände R 33 und R 34 ist über einen Widerstand R 36
mit der Klemme RX 0 und die Verbindungsstelle der Wi
derstände R 34 und R 35 über einen Widerstand R 37 mit
der Klemme RX 1 verbunden.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden
für die Widerstände R 11, R 12, R 21 und R 22 Wider
standswerte von 1 kΩ gewählt. Die Treiberstufen T 1 und
T 2 sind also hochohmig an die Busleitungen "1" und
"0" angekoppelt. Die Anschlußklemmen RX 0 und RX 1 sind
über 100 kΩ an die Busleitungen angekoppelt. Der
Spannungsteiler dient der Grundeinstellung und der
Symmetrierung des Komparators 1. R 33 und R 35 haben
Werte von 1 kΩ, R 36 und R 37 von 15 kΩ und R 34 von
180 Ω. Auf diese Weise ergibt sich für die Eingangs
klemme RX 0 ein Grundpotential von ca. 2,7 V und für
die Eingangsklemme RX 1 ein Eingangspotential von ca.
2,3 V.
Die an den Eingängen des Komparators 1 der Empfänger
schaltung bzw. an den Eingangsklemmen RX 0 und RX 1 an
liegenden Potentiale werden mit V 0 und V 1 bezeichnet.
Aus Fig. 2 sind die an den Busleitungen anliegenden
Signale ersichtlich. Außer den Bussignalen ist die
Differenz der Bussignale dargestellt, wobei das Si
gnal an der Busleitung "1" von dem an der Busleitung
"0" abgezogen wird. Wenn das Signal an der Busleitung
"1" den Wert NULL annimmt, ergibt sich ein Potential
von ca. 2,7 V. Wenn das Signal an der Busleitung "0"
den Wert EINS annimmt, so ergibt sich ein Potential
von ca. 2,3 V. Die Signale EINS und NULL auf den
Busleitungen werden von entsprechenden Treiberstufen
der Netzwerk-Teilnehmer erzeugt. Durch die hochohmige
Ankopplung der Treiberstufen, die gemäß Fig. 1 durch
die Widerstände R 11 und R 21 sichergestellt ist, erge
ben sich die abgerundeten Flanken der Bussignale, wie
sie in Fig. 2 dargestellt sind. Durch die Kopplungs
widerstände ergeben sich mit den Leitungskondensato
ren entsprechende RC-Glieder. Ein derartiger Potenti
alverlauf wird zur Vermeidung von Störungen gewählt,
die durch die Einspeisung der Signale der Treiber
stufen hervorgerufen werden können.
In Fig. 3 sind die an den Eingängen des Eingangskom
parators bzw. an den Klemmen RX 0 und RX 1 anliegenden
Potentiale V 0 und V 1 dargestellt. Außerdem ist die
Differenz V 1- V 0 eingezeichnet. Der Kompensator schal
tet bei der vorliegenden Wahl der Beschaltungsele
mente von ca. +0,3 V auf ca. -0,3 V, je nachdem, ob die
Differenz V 0- V 1 positiv oder negativ ist. Wichtig
ist, daß das Differenzsignal die Nullinie schneidet.
Wenn dies nicht der Fall ist, kippt der Komparator
nicht mehr.
Bei Ausfall einer der beiden Signalleitungen durch
Kurzschluß nach Masse oder U B , durch Unterbrechungen
sowie durch eingekoppelte Störungen, beispielsweise
durch Defekt einer Treiberstufe, wird das Differenz
signal so verzerrt, daß es nicht mehr die Nullinie
schneidet. Die Signalauswertungsschaltung bzw. der
Eingangskomparator dieser Schaltung ist dann nicht
mehr in der Lage, die Eingangsspannungen korrekt aus
zuwerten.
Aus der Darstellung in Fig. 3 ist ersichtlich, daß
die absolute Höhe der Potentiale auf das Differenzsi
gnal keinen Einfluß hat. Sogenannte Gleichtaktstö
rungen, die beispielsweise auf einem Masseversatz des
Teilnehmers selbst oder eines anderen Systems beru
hen, werden also unterdrückt.
Fig. 4 zeigt eine erste Überwachungsschaltung, die
fehlerhafte Signalleitungen erfaßt und im Fehlerfall
eine Notlaufschaltung aktiviert. Durch eine gestri
chelte Linie ist ein CAN-IC angedeutet, der dieselbe
Beschaltung wie der in Fig. 1 hat. Hier in Fig. 4
sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Treiber
stufen weggelassen. Überwachungsschaltung und Not
laufschaltung sind also zwischen die Klemmen RX 0 und
RX 1 des IC′s und die Eingangsklemmen des Komparators
1 der Empfängerschaltung geschaltet.
Die Überwachungsschaltung 10 umfaßt einen Zähler 11,
der über eine Leitung 12 mit dem Ausgang 13 des Kom
parators 1 verbunden ist. Der Zähler ist so ausge
legt, daß er im Betrieb ständig aufwärts zählt. Wenn
auf dem Ausgang 13 Informationen eintreffen, wird der
Zähler rückgestellt. Am Ausgang 13 des Komparators 1
treffen nur Informationen ein, wenn die beiden Si
gnal- bzw. Busleitungen "0" und "1" ordnungsgemäß
funktionieren.
Wenn durch einen Fehlerfall, beispielsweise durch
Kurzschluß oder Unterbrechung, keine Informationen
auf den Busleitungen eingehen, so wird der Zähler
nicht mehr zurückgesetzt. Der Zählvorgang wird da
durch fortgesetzt, bis ein vorgegebener Zählerstand
erreicht ist. Sobald dieser Zählerstand erreicht ist,
wird über eine Leitung 14 ein Signal "ERROR STATUS"
abgegeben und eine die Notlaufschaltung 20 steuernde
Steuerschaltung angesteuert. Diese kann beispiels
weise als Register, als sogenanntes Statusregister 15
ausgelegt sein.
Die Notlaufschaltung 20 umfaßt einen ersten, z.B.
als FET-Schalter ausgebildeten Analogschalter 21 so
wie einen zweiten, ebenfalls als FET-Schalter
ausgebildeten Analogschalter 22. Beide Schalter sind
einerseits mit einer Notlauf-Spannung U B /2 verbunden.
Diese Notlauf-Spannung wird durch einen zwischen der
Versorgungsspannung und Masse liegenden Spannungstei
ler aus R 1 und R 2 gewonnen. Im vorliegenden Beispiel
ist ein Impedanzwandler 23 zur niederohmigen Ankopp
lung vorgesehen. Der erste Analogschalter 21 liegt
andererseits an der Klemme RX 1, also an einem ersten
Eingang des Komparators 1. Der zweite Analogschalter
22 liegt andererseits an der Klemme RX 0 bzw. an einem
zweiten Eingang des Komparators 1. Die Analogschalter
21 und 22 werden über eine Ansteuerleitung 24 bzw.
25, die mit dem Statusregister 15 verbunden ist, an
gesteuert.
Im folgenden wird auf die Ansteuerung der Notlauf-
Schaltung 20 noch genauer eingegangen:
Sobald der Zähler 11, der durch Hardware oder auch
Software realisiert werden kann, den vorgegebenen,
einen Fehler anzeigenden Zählerstand erreicht, gibt
er über die Leitung 14 ein Signal "ERROR STATUS" an
eine zentrale Rechnereinheit 16 (CPU) ab. Anhand die
ses Signals erkennt die CPU 16, daß auf den
Busleitungen ein Fehler eingetreten ist. Per
Definition kann zum Beispiel festgelegt werden, daß
eine ununterbrochene Sequenz von sechs Einsern auf
einer der Signalleitungen als Fehler gedeutet wird.
Die CPU 16 steuert bei Eintreffen des Signals ERROR
STATUS zunächst das Statusregister 15 über eine Lei
tung 17 so an, daß ein sogenanntes STATUS BIT über
die Leitung 24 an den ersten Analogschalter 21 abge
geben wird. Dadurch wird an den mit der Klemme RX 1
verbundenen Eingang des Komparators 1 die Notlauf-
Spannung U B /2 gelegt. Wenn nun wieder Informationen
auf dem Ausgang 13 des Komparators 1 eintreffen und
der Zähler 11 rechtzeitig vor Erreichen des vorgege
benen Zählerstands rückgesetzt wird, ist ein Fehler
auf der Busleitung "1" lokalisiert. Der Komparator
kann nun im Eindraht-Betrieb arbeiten und Informatio
nen auf der Busleitung "0" korrekt auswerten. Aller
dings ist in diesem Betriebszustand die Unterdrückung
von Gleichtaktstörungen nicht mehr gegeben.
Tritt auch nach der Ansteuerung des ersten Analog
schalters 21 das Signal ERROR STATUS auf, wird also
der Zähler 11 nicht rechtzeitig zurückgesetzt, steu
ert die CPU 16 über eine Leitung 18 das Statusregi
ster 15 an, das daraufhin über die Leitung 25 ein
STATUS BIT an den zweiten Analogschalter 22 abgibt.
Dadurch wird der mit der Klemme RX 0 verbundene Ein
gang des Komparators 1 mit der Notlauf-Spannungs
quelle verbunden. Wenn nun am Ausgang 13 des Kompa
rators 1 wieder verwertbare Informationen eintreffen
und der Zähler 11 rechtzeitig rückgesetzt wird, ist
die Busleitung "0" fehlerhaft. Der Komparator 1 kann
also durch Ansteuerung des zweiten Analogschalters 22
im Eindraht-Betrieb auf der Busleitung "1" eintref
fende Informationen korrekt auswerten.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sowohl die Überwachungsschaltung 10 als auch die
Notlaufschaltung 20 auf dem CAN-IC angeordnet.
Die übrigen in Fig. 4 dargestellten Bauelemente ent
sprechen denen in Fig. 1. Sie sind mit gleichen Be
zugszeichen bzw. Bezeichnungen versehen. Auf ihre Be
schreibung kann hier also verzichtet werden. Es ist
ersichtlich, daß die Klemme RX 0 des CAN-IC′s mit der
Busleitung "0" verbunden ist und die Klemme RX 1 mit
der Busleitung "1".
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Notlaufschaltung dargestellt. Die Überwachungsschal
tung entspricht der in Fig. 4. Sie ist hier aus
Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht darge
stellt.
Die Notlaufschaltung 200 weist hier einen ersten Ana
logschalter 201 und einen zweiten Analogschalter 202
auf. Beide sind der Klemme RX 1 zugeordnet, die mit
der ersten Busleitung "1" verbunden ist. Die Notlauf
schaltung 200 weist überdies einen dritten Analog
schalter 203 sowie einen vierten Analogschalter 204
auf, die beide der Klemme RX 0 zugeordnet sind, die
ihrerseits mit der Busleitung "0" verbunden ist. Die
der Klemme RX 1 zugeordneten Analogschalter 201 und
202 sind über eine Leitung 205 mit dem zugehörigen,
hier nicht dargestellten Statusregister verbunden.
Die der Klemme RX 0 zugeordneten Analogschalter 203
und 204 sind über eine Leitung 206 mit dem zugehöri
gen Statusregister verbunden.
Die durch zwei Leitungen paarweise angesteuerten Ana
logschalter 201 und 202 bzw. 203 und 204 sind komple
mentär ausgelegt, das heißt der erste Analogschalter
201 ist, ebenso wie der dritte Analogschalter 203 als
Schließer ausgelegt, während der zweite
Analogschalter 202 bzw. der vierte Analogschalter 204
als Öffner ausgelegt sind. Insgesamt wird hier eine
Umschaltfunktion realisiert.
Der erste Analogschalter 201 ist einerseits mit einer
Notlauf-Spannung U B /2 und andererseits mit dem Ein
gang des Komparators 1 verbunden. In der Verbindungs
leitung zwischen dem Komparator 1 und der Klemme RX 1
liegt der zweite, als Öffner ausgelegte Analogschal
ter 202. Der dritte Analogschalter 203 ist
entsprechend mit seiner einen Seite mit der Notlauf-
Spannungsquelle U B /2 verbunden und andererseits mit
dem zweiten Eingang des Komparators 1. In der
Verbindungsleitung dieses Eingangs mit der Klemme RX 0
ist der vierte, als Öffner ausgelegte Analogschalter
204 angeordnet.
Bei einem Fehler auf einer der Busleitungen wird
zunächst auf der Leitung 205 das sogenannte STATUS
BIT abgegeben, durch welches der erste Analogschalter
201 und der zweite Analogschalter 202 angesteuert
werden. Dadurch wird einerseits die Verbindung des
Komparators 1 zur Klemme RX 1 getrennt und anderer
seits die der Klemme RX 1 zugeordnete Eingangsklemme
der Komparators 1 mit der Notlauf-Spannungsquelle
verbunden. Wenn nun am Ausgang 13 des Komparators 1
wieder auswertbare Signale eintreffen, ist ein Fehler
auf der Busleitung "1" lokalisiert. Der Komparator
wertet nun im Eindrahtbetrieb Informationen auf der
Busleitung "0" aus.
Wird durch die Überwachungsschaltung jedoch festge
stellt, daß weiterhin am Ausgang 13 des Komparators 1
Fehler auftreten, so werden der dritte Analogschalter
203 und der vierte Analogschalter 204 durch ein STA
TUS BIT auf der Leitung 206 aktiviert, so daß der
Komparator 1 von der Signalleitung "0" getrennt und
statt dessen mit der Notlauf-Spannungsquelle verbun
den wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch einen Span
nungsteiler mit den Widerständen R 207 und R 208, die
zwischen der Spannung U B und Masse liegen, die Not
lauf-Spannung U B /2 erzeugt.
Die Verbindung der Klemme RX 0 mit der Signalleitung
"0" und die der Klemme RX 1 mit der Signalleitung "1"
ist identisch wie in Fig. 1. Gleiche Teile sind wie
derum mit gleichen Bezugszeichen bzw. Bezeichnungen
versehen, so daß auf deren Beschreibung hier verzich
tet werden kann.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungs
beispiele zeichnen sich dadurch aus, daß die Überwa
chungsschaltung software-gesteuert ist.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Überwachungsschaltung 100, die eine Notlaufschaltung
210 steuert. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich
dadurch aus, daß die Notlaufeigenschaften durch Hard
ware erreicht werden.
Das Schaltbild gemäß Fig. 6 zeigt mit gestrichelter
Umrandung einen CAN-IC, auf dem beispielshaft ein
Teilnehmer mit zwei Treibern T 10 und T 20 unterge
bracht ist, die über eine Datenleitung 50 angesteuert
werden. Die erste Treiberstufe T 10 liegt zwischen der
Versorgungsspannung U B und einer ersten Ausgangs
klemme TX 0 des CAN-IC′s. Parallel zur ersten Treiber
stufe liegt eine Zenerdiode ZD 1, deren Kathode eben
falls an der Versorgungsspannung liegt. Angesteuert
wird die erste Treiberstufe T 10 über einen Inverter
51, der mit der Datenleitung 50 verbunden ist. Die
zweite Treiberstufe T 20, der ebenfalls eine Zenerdi
ode ZD 2 parallel geschaltet ist, wird unmittelbar
über die Datenleitung 50 angesteuert. Die zweite
Treiberstufe T 20 liegt zwischen einer zweiten Aus
gangsklemme TX 1 und Masse. Die beiden Treiberstufen
werden invers geschaltet.
Vorzugsweise werden für die Treiberstufen elektroni
sche Schalter, beispielsweise CMOS-Schalter verwen
det.
Die Treiberstufen sind hochohmig, hier über Wider
stände R 1 und R 2 von vorzugsweise 1 kΩ an die Buslei
tungen "0" und "1" angekoppelt. Zusätzlich sind Ent
kopplungsdioden vorgesehen, wobei an der Klemme TX 0
die Anode der ersten Entkopplungsdiode D 1 angeschlos
sen ist und an der Ausgangsklemme TX 1 die Kathode der
zweiten Diode D 2.
Die Busleitungen "0" und "1" sind an eine geeignete
Abschlußeinheit angeschlossen, die hier einen Impe
danzwandler und einen Ankopplungswiderstand pro Bus
leitung aufweist. Der erste Impedanzwandler OP 1 der
Busleitung "0" liegt an einer vorwählbaren Spannung
von beispielsweise 1,5 V. Der Ankopplungswiderstand R 3
hat beispielsweise einen Wert von 2 kΩ. Der
Impedanzwandler OP 2 der Busleitung "1" liegt an einer
vorwählbaren Spannung von beispielsweise 3,5 V. Ihm
ist ein Ankopplungswiderstand R 4 von 2 kΩ nachgeschal
tet.
Als Potentiale für die Busleitungen werden vorzugs
weise Spannungen gewählt, die ansonsten in der Schal
tung nicht vorkommen. Die Werte von 0 V und 5 V werden
also möglichst vermieden. Statt 1,5 V und 3,5 V können
aber auch beispielsweise 1 V und 4 V für die Busleitun
gen gewählt werden.
Die Signalauswertung erfolgt auch hier mittels einer
an den Klemmen RX 0 und RX 1 angeschlossenen Signalaus
wertungs- bzw. Eingangsschaltung, die einen Kompara
tor K aufweist. Die Anschlußklemme RX 0 ist über einen
hochohmigen Ankopplungswiderstand R 5 von vorzugsweise
150 kΩ mit der Busleitung "0" verbunden. Die An
schlußklemme RX 1 ist über einen Ankopplungswiderstand
R 6 mit gleichem Wert an die Busleitung "1" ange
schlossen. Auf dem CAN-IC wird die Notlauf-Spannung
U B /2 erzeugt und über einen Impedanzwandler 52 an die
Ausgangsklemme NL gelegt. Sowohl die Klemme RX 0 als
auch die Klemme RX 1 sind mit der Ausgangsklemme NL
verbunden und zwar über einen Vorwiderstand R 7 bzw.
R 8, deren Wert bei diesem Ausführungsbeispiel auf
15 kΩ festgelegt ist. Die Widerstände R 7 und R 8 dienen
der Ruhepotentialeinstellung des Komparators K. Durch
die Beschaltung ist hier sichergestellt, daß der Po
tential der Klemme NL etwa in der Mitte zwischen den
Potentialen der Busleitungen liegt.
Die Verbindungsleitung 53 des Inverters 52 mit der
Anschlußklemme NL ist über einen ersten Analogschal
ter 211 mit der Verbindungsleitung des Komparators
mit der Klemme RX 0 verbunden und über einen zweiten
Analogschalter 212 mit der Verbindungsleitung des
Komparators K mit der Klemme RX 1. Als Analogschalter
können auch hier beispielsweise FET-Schalter verwen
det werden, deren Innenwiderstand kleiner als 100 Ω
ist. Der erste Analogschalter 211 ist über eine Lei
tung 213 mit dem ersten Element eines Statusregisters
115 und der zweite Analogschalter 212 über eine Lei
tung 214 mit dem zweiten Element des Statusregisters
215 verbunden.
Die beiden Analogschalter 211 und 212 sowie der In
verter 52 sind Teil der Notlaufschaltung 210.
Die Überwachungsschaltung 100 ist hier als Vorschalt-
IC ausgebildet, der über die Klemmen P 1 und P 2 mit
dem CAN-IC verbunden ist. Die Notlaufschaltung 100
wird einerseits von der Spannung U B versorgt und
liegt andererseits an Masse.
Die Notlaufschaltung 100 umfaßt einen ersten Fen
sterkomparator FK 1, der über einen ersten Ankopp
lungswiderstand R 9 mit der Busleitung "0" verbunden
ist. Er liegt andererseits an der Klemme P 1. Ein
zweiter Fensterkomparator FK 2 steht über einen An
kopplungswiderstand R 10 mit der Busleitung "1" in
Verbindung und liegt andererseits an der Klemme P 2.
Der Spannungsbereich der Fensterkomparatoren FK 1 und
FK 2 richtet sich nach den an den Busleitungen liegen
den Spannungen bzw. nach den im Fehlerfall auftreten
den Potentialen. Bei einem Kurzschluß mit Masse lie
gen die Busleitungen an 0 V bei einem Kurzschluß mit
der Spannungsversorgung auf 5 V. Der Spannungsbereich
der Fensterkomparatoren liegt daher im Bereich von 1 V
bis 4 V.
Sobald die Spannung an einer Busleitung außerhalb des
vorgewählten Spannungsbereichs eines Fensterkompara
tors liegt, gibt dieser ein Fehlersignal an die zuge
hörige Klemme P 1 bzw. P 2 ab. Um Fehlersignale zu ver
meiden, die nicht auf Störungen des Busses beruhen,
sondern darauf, daß zufällig mehrere Treiberschaltun
gen gleichzeitig durchgeschaltet haben, sind den Fen
sterkomparatoren FK 1 und FK 2 Totzeitglieder, bei
spielsweise RC-Glieder zugeordnet, deren Totzeit T 1
etwa 300 µs beträgt.
Die Klemme P 1 ist über eine Steuerleitung 216 mit dem
ersten Element des Statusregisters 215 verbunden und
die Klemme P 2 über eine Steuerleitung 217 mit dessen
zweiten Element.
Bei Kurzschluß einer Busleitung nach Masse oder U B
oder bei Defekt eines Treibertransistors liegt das
Potential der betroffenen Busleitung außerhalb des
Spannungsbereichs des zugehörigen Fensterkomparators.
Wenn dieser Fehlerzustand länger als 300 µs andauert,
gibt der entsprechende Fensterkomparator ein Steuer
signal an die zugehörige Klemme P 1 bzw. P 2 ab. Auf
diese Weise wird bei einem Fehler auf der Busleitung
"0" ein Signal des Fensterkomparators FK 1 über die
Klemme P 1 und die erste Steuerleitung 216 an das er
ste Element des Statusregisters 215 abgegeben. Dar
aufhin wird ein STATUS BIT über die Leitung 217 dem
ersten Analogschalter 211 zugeführt, der im vorlie
genden Fall als Schließer ausgebildet ist. Das heißt,
die Notlauf-Spannung U B /2 wird an die Verbindungslei
tung des Komparators K mit der Klemme RX 0 gelegt.
Bei einem Fehler auf der Busleitung "1" wird ein ent
sprechendes Steuersignal des Fensterkomparators FK 2
über die Klemme P 2 und über die zweite Steuerleitung
217 an das zweite Element des Statusregisters 215 ge
legt. Dieser gibt ein Status bit ab, das über die
Leitung 214 an den zweiten Analogschalter 212 gelegt
wird, der ebenfalls als Schließer wirkt. Dadurch wird
die Verbindungsleitung des Komparators K mit der
Klemme RX 1 an die Spannung U B /2 gelegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 werden die an
den Klemmen P 1 und P 2 liegenden Signale unmittelbar
an das Statusregister 215 weitergeleitet. Durch die
gestrichelte Darstellung der Leitungen 216 und 217
soll aber klargestellt werden, daß die Auswertung der
an den Klemmen P 1 und P 2 liegenden Informationen und
die Ansteuerung des Statusregisters 215 auch mit
Hilfe von Software erfolgen kann.
Anhand von Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Kompa
rator K nur dann auswertbare Signale abgibt, wenn die
Differenz der am Komparator anliegenden Spannungen
einen Nulldurchgang aufweist. Dies ist bei Ausfall
bzw. bei einer Störung einer der Busleitungen nicht
mehr gewährleistet. Dadurch aber, daß eine der
Eingangsleitungen des Komparators mit Hilfe der
Analogschalter 211 und 212 im Fehlerfall zwangsweise
auf U B /2 gelegt wird, ist sichergestellt, daß der
Komparator wieder auswertbare Ausgangssignale
liefert.
Anhand der Fehlersignale der Fensterkomparatoren FK 1
und FK 2 kann festgestellt werden, welche der Buslei
tungen defekt ist. Mit Hilfe dieser Schaltung wird
also nicht nur ein Notbetrieb aufrechterhalten son
dern auch die Möglichkeit geschaffen, die fehlerhafte
Busleitung zu erfassen.
In Fig. 7 ist nochmals ein Funktionsschaltbild dar
gestellt, das zwei Busleitungen "0" und "1" wieder
gibt. An die Busleitungen ist eine Abschlußeinheit 70
angeschlossen, die, wie in Fig. 6 beschrieben, einen
ersten Operationsverstärker OP 1 sowie einen Ankopp
lungswiderstand R 3 für die Busleitung "0" sowie einen
zweiten Operationsverstärker OP 2 mit einem zu
gehörigen Widerstand R 4 aufweist. Bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel ist der ersten Busleitung "0" ein Po
tential von 1,5 V und der zweiten Busleitung "1" ein
Potential von 3,5 V zugeordnet.
An die Busleitungen können mehrere Systeme bzw. Sub
systeme angeschlossen werden, von denen eines hier
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 71 versehen
ist.
Die an die Klemmen TX 0 und TX 1 angeschlossenen Trei
berstufen T 10 und T 20 sind identisch mit denen in Fi
gur 6. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen, auf ihre ausführliche Beschreibung wird
hier daher verzichtet.
Bei dem Teilnehmer 71 handelt es sich hier wieder um
ein CAN-IC. Auf dem IC wird, wie in Fig. 6, die Not
lauf-Spannung U B /2 erzeugt, die über einen Impedanz
wandler 52 an die Klemme NL des IC gelegt wird. Die
Busleitung "0" ist über einen Kopplungswiderstand R 5
von 150 kΩ mit der Klemme RX 0 des IC′s verbunden. Die
Busleitung "1" ist über einen Kopplungswiderstand R 6
von 150 kΩ mit der Klemme RX 1 des IC′s verbunden. Zur
Einstellung des Ruhepotentials einer einen Komparator
K aufweisenden Signalauswertungs- bzw.
Empfängerschaltung, die auf dem IC vorgesehen und an
den Klemmen RX 0 und RX 1 angeschlossen ist, ist ein
erster Widerstand R 7 von 15 kΩ mit der Klemme NL und
der Klemme RX 0 sowie ein zweiter Widerstand R 8 von
beispielsweise 15 kΩ mit der Klemme RX 1 und der Klemme
NL des IC′s verbunden. Die in Fig. 6 dargestellte
Überwachungsschaltung 100 sowie die Notlauf-Schaltung
210 sind hier in Fig. 7 zu einem Block, der Bus-Mo
nitorschaltung 300, zusammengefaßt.
Während in Fig. 6 die Überwachungsschaltung 100 dem
gestrichelt dargestellten Teilnehmer vorgeschaltet
ist, ist dieser Schaltungsteil in Fig. 7 auf dem
CAN-IC angeordnet.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 zeichnet sich
durch seinen einfachen und übersichtlichen Aufbau
aus. Die einzelnen Baugruppen sind also sehr kompakt
und einfach an die Busleitungen anzuschließen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 7
weitere Teilnehmer nicht dargestellt. Es sind ledig
lich deren Anschlußleitungen angedeutet.
Die Funktion der Schaltung in Fig. 7 ist identisch
mit der in Fig. 6. Das heißt also Fehler auf einer
der Busleitungen werden vom Busmonitor 300 erkannt.
Im Falle eines Fehlers wird die Notlauf-Spannung an
den der fehlerhaften Busleitung zugeordneten Eingang
des Komparators K gelegt.
Nach allem ist also deutlich, daß durch die hier be
schriebene CAN-Schnittstelle auch bei Ausfall einer
von zwei Busleitungen der Schnittstellenbetrieb auf
rechterhalten werden kann. Es ist allerdings festzu
halten, daß die sogenannten Gleichtaktstörungen wäh
rend des Notlaufbetriebs nicht unterdrückt werden
können.
Claims (15)
1. Netzwerkschnittstelle, insbesondere für Kraftfahr
zeuge mit wenigstens zwei Rechnern und mit mindestens
zwei Busleitungen, gekennzeichnet
durch eine die Funktionsfähigkeit der Buslei
tungen ("0", "1") erfassende Überwachungsschaltung
(10; 100) und eine von dieser gesteuerte Notlaufschal
tung (20; 200; 210).
2. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die
Überwachungsschaltung (10) einen den Busleitungen
("0", "1") zugeordneten Zähler (11) aufweist, der
durch auf den Busleitungen eintreffende Signale rück
gesetzt wird und der bei Erreichen eines vorgebbaren
Zählerstands die Notlaufschaltung (20; 200) aktiviert.
3. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß der
Zähler (11) bei Erreichen des vorgebbaren Zähler
stands ein STATUS BIT abgibt, durch das die Notlauf
schaltung (20; 200) gesteuert wird.
4. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die
Überwachungsschaltung (100) mindestens je einen einer
Busleitung ("0", "1") zugeordneten Fensterkomparator
(FK 1, FK 2) aufweist, der ein Steuersignal an die Not
laufschaltung (210) abgibt, wenn das an einer Buslei
tung liegende Potential außerhalb eines vorgebbaren
Bereichs liegt.
5. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Vermeidung falscher Steuersignale eines
Fensterkomparators (FK 1, FK 2) aufgrund kurzzeitiger
Potentialschwankungen eine Totzeit vorgesehen ist,
innerhalb derer Potentialschwankungen nicht berück
sichtigt werden.
6. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 5, da
durch gekennzeichnet, daß die
Totzeit durch ein zwischen Fensterkomparator
(FK 1, FK 2) und Notlaufschaltung (210) geschaltetes RC-
Glied einstellbar ist.
7. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4
bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß den Fensterkomparatoren (FK 1, FK 2) zur Steuerung
der Notlaufschaltung (210) ein Statusregister (215)
zugeordnet ist, das von den Ausgangssignalen der Fen
sterkomparatoren gesetzt wird.
8. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Notlaufschaltung (20; 200; 210) den der fehler
haften Busleitung ("0", "1") zugeordneten Eingang
einer einen Komparator (1; K) aufweisenden
Signalauswertungsschaltung eines Netz-Teilnehmers auf
ein vorgegebenes Potential legt.
9. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß die
Notlaufschaltung elektrische und/oder elektronische
Schalter (21, 22; 201, 202, 205, 204; 211, 212) aufweist,
die von den STATUS BITS aktiviert werden, und die im
aktivierten Zustand den zugehörigen Eingang des Kom
parators mit einer Notlauf-Spannungsquelle (U B /2)
verbinden.
10. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß je
einem Eingang des Komparators zwei elektronische
Schalter (201, 202; 203, 204) zugeordnet sind, die kom
plementär wirken, so daß sie im aktivierten Zustand
den zugehörigen Eingang mit einer Notlauf-Spannungs
quelle (U B /2) verbinden und gleichzeitig die Verbin
dung zur zugehörigen gestörten Busleitung ("0", "1")
unterbrechen.
11. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß die
Schalter (21, 22; 202, 203, 204; 211, 212) als Analogschal
ter ausgebildet sind.
12. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 11, da
durch gekennzeichnet, daß als
Analogschalter FET-Schalter verwendet werden.
13. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4
bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Busleitungen ("0", "1") auf ein vorge
gebenes Potential gelegt werden, wobei die Fenster
komparatoren (FK 1, FK 2) auf dieses Potential einge
stellt sind.
14. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4
bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Überwachungsschaltung und die Not
laufschaltung zu einer Bus-Monitor-Schaltung (300)
zusammenfaßbar sind.
15. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 14, da
durch gekennzeichnet, daß die
Busmonitorschaltung (300) auf dem Chip der Netzwerk
schnittstelle integriert ist.
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