DE4130049A1 - Bus-treiberschaltung zur datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sammelleitungs- bzw. Bus-Treiberschaltung für die Verwendung zur Datenübertragung, insbesondere zur Datenübertragung über eine verdrillte Doppelleitung.

Bei Datenübertragungen zwischen elektronischen Steuereinheiten in einem Fahrzeug und insbesondere bei Multiplex-Datenübertragungen wurden bislang verdrillte Doppelleitungen verwendet. Fig. 8 und 9 sind jeweils ein Schaltbild einer Treiberschaltung für den Einsatz bei Datenübertragungen über eine vorhandene verdrillte Doppelleitung.

Die Fig. 8 zeigt ein System, bei dem Lasten 10 und 12 unabhängig voneinander über jeweilige Leitungen angesteuert werden, welche jeweils durch eine Vielzahl von Treiberschaltungen, d. h., gemäß Fig. 8 durch zwei Treiberschaltungen angesteuert werden. Die Treiberschaltungen haben nahezu gleichartige Gestaltung, so daß der Aufbau der Treiberschaltungen unter Bezugnahme auf eine Treiberschaltung 14 als Beispiel beschrieben wird.

Die Treiberschaltung 14 enthält zwei Differenzverstärker 14a und 14c und zwei Ausgangstransistoren 14b und 14d. Der Ausgang des Differenzverstärkers 14a ist mit der Basis des Ausgangstransistors 14b verbunden. Der Kollektor des Transistors 14b ist an eine Speisespannung Vcc angeschlossen, während der Emitter desselben mit einem Draht der verdrillten Doppelleitung verbunden ist. Dieser Sammelleitung wird ein Strom dadurch zugeführt, daß gemäß der Figur in den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 14a eine Spannung mit Trapezkurvenform eingegeben wird. Gleichermaßen ist der Differenzverstärker 14c mit dem Ausgangstransistor 14d verbunden und an der Sammelleitung wird ein Strom von dem anderen Draht der verdrillten Doppelleitung dadurch abgezogen, daß an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 14c eine Spannung mit Trapezkurvenform und invertierter Phase angelegt wird.

Die Fig. 9 veranschaulicht den Fall, daß die mittels mehrerer Treiberschaltungen angesteuerte Sammelleitung an einen Widerstand für eine Stromschleife 16 angeschlossen ist, was einen Strom mit hoher Symmetrie ergibt und infolge des Stromschleifenwiderstands das Auftreten von Hochfrequenzstörungen verhindert.

Als ähnliche Bus-Treiberschaltung für die verdrillte Doppelleitung ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2-16 834 ein Sende/Empfangskoppler für die verdrillte Doppelleitung zum Einsatz in einem Leitungsnetz zur schnellen Datenübertragung beschrieben. Bei diesem Sende/Empfangskoppler wird ein Transformator für das Übertragen eines Signals über die verdrillte Doppelleitung verwendet. Die verdrillte Doppelleitung bildet zusammen mit einer Transformatorwicklung und einer Last eine geschlossene Schleife, in der der Doppelleitung Strom in gleicher Stärke in beiden Richtungen zugeführt wird.

Da jedoch bei der in Fig. 8 gezeigten Treiberschaltung zur Datenübertragung die Lasten 10 und 12 unabhängig voneinander über die jeweilige Leitung angesteuert werden, zeigt die Spannung/Strom-Kennlinie jeder Leitung eine Asymmetrie und es entstehen Funkfrequenz- bzw. Hochfrequenzstörungen gemäß der Darstellung durch das Spektrum in Fig. 10.

Ferner ist zwar die in Fig. 9 gezeigte Treiberschaltung derart gestaltet, daß gemäß Fig. 11 wegen des vorstehend beschriebenen Ansteuerns des Stromschleifenwiderstands weniger Hochfrequenzstörungen entstehen, falls das CSMA/CD-Verfahren (zum Trägerüberwachungs-Mehrfachzugriff mit Konflikterkennung) als Zugriffsverfahren bei Multiplex-Datenübertragungen angewandt wird, jedoch besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß von der jeweiligen Treiberschaltung übertragene Signale eine Kollision sowie gemäß Fig. 12 eine Zunahme der Hochfrequenzstörungen verursachen. Dies ist deshalb der Fall, weil die Ansteuerung der Sammelleitung mit mehreren Treiberschaltungen eine drastische Änderung der Stärke und Richtung der über die Leitung übertragenen Ströme verursacht, wenn die Signale miteinander kollidieren, und weil jede Treiberschaltung Änderungen der Spannung und der durch die Treiberschaltung gesteuerten Amplitude sowie durch eine Potentialdifferenz zwischen Masseverbindungen verursachten Einwirkungen ausgesetzt ist.

Zum Verhindern der Hochfrequenzstörungen ist aus dem Stand der Technik die Verwendung von abgeschirmten Leitungen bekannt. Diese abgeschirmten Leitungen verursachen jedoch eine Kostensteigerung und sind schwierig in Fahrzeugen einzusetzen.

Ferner ergibt die Gestaltung mit dem Transformator für das Ansteuern der Sammelleitung wie diejenige des in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2-16 834 beschriebenen Sende/Empfangskopplers Schwierigkeiten hinsichtlich der Schaltungsintegration und der Verkleinerung der Schaltung, was bei dem Einbau der Schaltung in das Fahrzeug kritisch ist. Außerdem setzt in der geschlossenen Schleife der Signalleitung eine Unterbrechung einer Leitung die Signalübertragung außer Betrieb, so daß die Zuverlässigkeit verschlechtert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bus-Treiberschaltung für Datenübertragungen zu schaffen, die für die Übertragung über eine verdrillte Doppelleitung geeignet ist und mit der Hochfrequenzstörungen weitgehend unterdrückt sind.

Zur Lösung der Aufgabe enthält die erfindungsgemäße Bus-Treiberschaltung eine Bezugsstrom-Generatorschaltung, eine erste und eine zweite Treiberstromquelle, die jeweils einen Strom mit einer vorbestimmten Stärke entsprechend dem von der Generatorschaltung erzeugten Bezugsstrom abgeben, eine Vorrichtung zum Auslassen eines Stroms mit einer Amplitude, die annähernd dem Strom aus der ersten Treiberstromquelle äquivalent ist, in einen Draht der verdrillten Doppelleitung und eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Stroms aus dem anderen Draht der verdrillten Doppelleitung mit einer Amplitude, die annähernd zu dem Strom aus der zweiten Treiberstromquelle äquivalent ist.

Auf diese Weise wird das Entstehen von Hochfrequenzstörungen bei der herkömmlichen Schaltung dadurch unterdrückt, daß anstelle des bei der herkömmlichen Bus-Treiberschaltung für Datenübertragungen angewandten Spannungssteuerverfahrens ein Stromsteuerverfahren angewandt wird.

Im einzelnen wird die Stromsymmetrie dadurch sichergestellt, daß an einen Draht der verdrillten Doppelleitung ein Strom mit einem vorbestimmten Wert entsprechend dem Bezugsstrom ausgegeben wird sowie aus dem anderen Draht ein Strom mit dem gleichen Wert wie der Strom mit dem vorbestimmten Wert aufgenommen wird, wodurch die durch eine Massepotentialdifferenz zwischen Treiberschaltungen verursachten Einwirkungen verringert werden und eine Zunahme von Hochfrequenzstörungen unterdrückt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Schaltungsaufbau einer Bus-Treiberschaltung zur Datenübertragung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 2 und 3 sind grafische Darstellungen von Spektren bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 bis 7 sind Blockschaltbilder, die jeweils den Schaltungsaufbau einer Bus-Treiberschaltung zur Datenübertragung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen zeigen.

Fig. 8 und 9 sind Blockschaltbilder, die jeweils den Schaltungsaufbau einer herkömmlichen Treiberschaltung zur Datenübertragung zeigen.

Fig. 10 bis 12 sind grafische Darstellungen von Spektren bei der Datenübertragung mit den herkömmlichen Treiberschaltungen.

Die Fig. 1 ist ein Schaltbild, das ein ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bus-Treiberschaltung zur Datenübertragung zeigt. Wie bei der herkömmlichen Bus-Treiberschaltung werden Lastwiderstände R1 und R2, die an eine durch eine verdrillte Doppelleitung gebildete Sammelleitung angeschlossen sind, mit einer Vielzahl von Treiberschaltungen angesteuert. Das Merkmal der Erfindung besteht darin, daß mit einer Treiberschaltung 20 ein Stromsteuerverfahren für die Abgabe und Aufnahme eines Stroms mit einem vorbestimmten Wert über die verdrillte Doppelleitung angewandt wird. Die Treiberschaltung 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält einen Transistor Q1 und eine Stromsteuerschaltung, die eine Bezugsstrom-Generatorschaltung 20a bilden, einen Transistor Q3, der eine erste Treiberstromquelle 20b bildet, und einen Transistor Q2, der eine zweite Treiberstromquelle 20c bildet, wobei die Transistorpaare Q1 und Q2 sowie Q1 und Q3 und zwei Transistoren Q4 und Q5 jeweils Stromspiegelschaltungen bilden. Bekanntermaßen ist eine Stromspiegelschaltung aus Transistoren mit gleicher Charakteristik und gemeinsamer Basisverbindung zusammengesetzt, so daß durch einen der Transistoren ein Strom fließt, der ungefähr gleich dem durch den anderen Transistor fließenden Strom ist.

Eine Stromabgabevorrichtung ist durch den Transistor Q3 gebildet, dessen Kollektor mit einem Draht der verdrillten Doppelleitung verbunden ist, während eine Stromaufnahmevorrichtung durch den Transistor Q5 gebildet ist, dessen Kollektor mit dem anderen Draht der Doppelleitung verbunden ist.

Durch die Verwendung der Stromspiegelschaltung gibt die Treiberschaltung 20 über einen Draht der verdrillten Doppelleitung einen Strom mit einem vorbestimmten Wert entsprechend einem Bezugsstrom ab.

Wenn im einzelnen eine Speisespannung Vcc1 an den Emitter des Transistors Q1 angelegt ist, an dessen Kollektor die Stromsteuerschaltung angeschlossen ist, und über den Transistor Q1 ein Bezugsstrom I fließt, fließt über die Transistoren Q2 und Q3 ein Strom I, der gleich dem über den Transistor Q1 fließenden Strom ist, wobei dieser Strom I darauffolgend über einen Draht der verdrillten Doppelleitung zu einer gemeinsamen Last geleitet wird.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung bilden die Transistoren Q4 und Q5 eine Stromspiegelschaltung mit gemeinsamer Basisverbindung, wobei die Kollektoren der Transistoren Q4 und Q2 miteinander verbunden sind. Es ist infolgedessen ersichtlich, daß in den Transistor Q5 ein Strom mit einer Stärke fließt, die gleich derjenigen des Stroms I ist, welcher von dem Transistor Q3 der einen Leitung der verdrillten Doppelleitung zugeführt wird.

Daher werden die beidem Ströme, von denen einer aus dem Transistor Q3 zu einem Draht der verdrillten Doppelleitung fließt und der andere über den anderen Draht der Doppelleitung in den Transistor Q5 fließt, gemäß dem in dem Transistor Q1 fließenden Bezugsstrom gesteuert, wodurch die Ströme symmetrisch ausgeglichen sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die gemeinsamen Lastwiderstände R1 und R2 vorzugsweise mit einer Klemmschaltung 22 aus Transistoren Q6, Q7, Q8 und Q9 und Widerständen R3 und R4 versehen, um eine Sättigung der Transistoren Q3 und Q5 der Treiberschaltung 20 zu verhindern.

Auf diese Weise werden erfindungsgemäß durch die Stromsteuerung, bei der die Treiberschaltung die Aufgabe und Aufnahme eines konstanten Stroms über die Leitungen herbeiführt, die beiden Leitungen in der Weise angesteuert, daß eine Symmetrie hinsichtlich der Stromstärke, der Stromrichtung und des Ausmaßes an Abweichungen sichergestellt ist. Infolgedessen wird der in der Sammelleitung fließende Strom durch eine Massepotentialdifferenz zwischen den Treiberschaltungen weniger beeinflußt und es kann die Zunahme der Hochfrequenzstörungen unterdrückt werden.

Die Fig. 2 und 3 sind grafische Darstellungen, die Spektren zeigen, die jeweils bei der Übertragung mit einer einzigen Treiberschaltung bzw. mit einer Vielzahl von Treiberschaltungen beobachtet werden. Aus den grafischen Darstellungen ist ersichtlich, daß im Vergleich zu den herkömmlichen Treiberschaltungen die Störungen ohne Verwendung des Stromschleifenwiderstands verringert sind und die Störungen auch dann unterdrückt sind, wenn auf der Sammelleitung die Signalkollision auftritt.

In der Treiberschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird zwar ein dem Bezugsstrom entsprechender Strom unter Benutzung einer Stromspiegelschaltung als Treiberschaltung zugeführt, jedoch werden die gleichen Ergebnisse auch mittels Schaltungen mit anderem Schaltungsaufbau erzielt.

Beispielsweise kann gemäß Fig. 4 die erfindungsgemäße Stromspiegelschaltung einen zur Abgabe eines stärkeren Stroms geeigneten Schaltungsaufbau dadurch haben, daß an die Stromspiegelausgänge im weiteren Differenzverstärker 14a und 14c und Ausgangstransistoren 14b und 14d angeschlossen sind und daß ein zu verstärkendes Ausgangssignal von dem Emitter des Transistors 14b zurückgeführt wird, um die Stromtreiberkapazität zu erhöhen.

Alternativ kann gemäß Fig. 5 die Stromspiegelschaltung mit Differenzverstärkern 14a, 14c und 22 und Ausgangstransistoren 14b und 14d verbunden sein, um die Abgabe und Aufnahme eines konstanten Stroms herbeizuführen.

Ferner kann die Klemmschaltung einen in Fig. 6 oder 7 gezeigten Schaltungsaufbau haben.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden mit der erfindungsgemäßen Bus-Treiberschaltung die an der Sammelleitung für Datenübertragungen in einem Multiplex-Übertragungssystem entstehenden Hochfrequenzstörungen verringert und es erübrigt sich auch ein Abschirmen der Sammelleitung und der Anschlüsse, wodurch ein preisgünstiges Datenübertragungssystem geschaffen wird.

Im Vergleich zu dem herkömmlichen Spannungssteuerverfahren mit einer herkömmlichen Transformatorwicklung ist durch die Anwendung des Stromsteuerverfahrens die Integration der Treiberschaltung wesentlich erleichtert. Die Verkleinerung der Schaltung ermöglicht das leichte Einbauen der Schaltung in ein Fahrzeug.

Es wird eine Bus-Treiberschaltung zur Datenübertragung über eine verdrillte Doppelleitung für die Datenübertragung zwischen Steuereinheiten in einem Fahrzeug beschrieben. Zum Unterdrücken von Hochfrequenzstörungen wird eine Stromspiegelschaltung verwendet, die die Abgabe eines Stroms mit einem vorbestimmten Wert über einen Draht der Doppelleitung sowie die Aufnahme eines Stroms mit dem gleichen Wert aus dem anderen Draht der Doppelleitung bewirkt, wodurch die Stromsymmetrie sichergestellt ist.

Claims (7)

1. Bus-Treiberschaltung für eine verdrillte Doppelleitung zur Datenübertragung, gekennzeichnet durch
eine Bezugsstrom-Generatorschaltung (20a),
eine erste und eine zweite Treiberstromquelle (20b, 20c), die jeweils einen Strom mit einer vorbestimmten Stärke entsprechend dem von der Generatorschaltung erzeugten Bezugsstrom abgeben,
eine Stromabgabevorrichtung (Q3), die an einen Draht der Doppelleitung einen Strom mit einer Stärke abgibt, die ungefähr zu dem Strom aus der ersten Treiberstromquelle äquivalent ist, und
eine Stromaufnahmevorrichtung (Q5), die aus dem anderen Draht der Doppelleitung einen Strom mit einer Amplitude aufnimmt, die ungefähr zu dem Strom aus der zweiten Treiberstromquelle äquivalent ist.

2. Bus-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsstrom-Generatorschaltung (20a) einen Transistor (Q1) enthält, dessen Emitter an eine Speisespannung (Vcc1) angeschlossen ist und dessen Kollektor an eine Stromsteuerschaltung angeschlossen ist.

3. Bus-Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die erste Treiberstromquelle (20b) mindestens einen Transistor (Q3) enthält, dessen Emitter an die Speisespannung (Vcc1) angeschlossen ist und dessen Basis mit der Basis des Transistors (Q1) der Bezugsstrom-Generatorschaltung (20a) verbunden ist, so daß der Transistor der Generatorschaltung und der Transistor der ersten Treiberstromquelle eine Stromspiegelschaltung bilden.

4. Bus-Treiberschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Treiberstromquelle (20c) mindestens einen Transistor (Q2) enthält, dessen Emitter an die Speisespannung (Vcc1) angeschlossen ist und dessen Basis mit der Basis des Transistors (Q1) der Bezugsstrom-Generatorschaltung (20a) verbunden ist, so daß der Transistor der Generatorschaltung und der Transistor der zweiten Treiberstromquelle eine Stromspiegelschaltung bilden.

5. Bus-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabgabevorrichtung einen Differenzverstärker (14a, 14b) aufweist, dessen Ausgangsanschluß mit einem Draht der verdrillten Doppelleitung verbunden ist.

6. Bus-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahmevorrichtung einen Differenzverstärker (14c, 14d) aufweist, dessen Ausgangsanschluß mit dem anderen Draht der verdrillten Doppelleitung verbunden ist.

7. Bus-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Klemmschaltung (22), die mit der Last (R1, R2) an der verdrillten Doppelleitung verbunden ist.