EP3893608A1 - Verfahren zur applikativen selbstkalibrierung der für die autoadressierung eines differentiellen bus-systems notwendigen messanordnung sowie zugehöriger messverstärker - Google Patents

Verfahren zur applikativen selbstkalibrierung der für die autoadressierung eines differentiellen bus-systems notwendigen messanordnung sowie zugehöriger messverstärker Download PDF

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EP3893608A1
EP3893608A1 EP20185504.6A EP20185504A EP3893608A1 EP 3893608 A1 EP3893608 A1 EP 3893608A1 EP 20185504 A EP20185504 A EP 20185504A EP 3893608 A1 EP3893608 A1 EP 3893608A1
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EP
European Patent Office
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bus
canl
canh
differential voltage
voltage value
Prior art date
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EP20185504.6A
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EP3893608B1 (de
EP3893608C0 (de
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Jürgen Niendorf
Nico Gärtner
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Elmos Semiconductor SE
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Elmos Semiconductor SE
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
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    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/198—Grouping of control procedures or address assignation to light sources
    • H05B47/199—Commissioning of light sources
    • H05B47/1995—Auto-commissioning

Definitions

  • the present invention relates to the field of electrical engineering and electronics in particular to the field of physical differential communication interfaces in a linear BUS architecture with a high data rate and relates to a method for the applicative self-calibration of the for the auto-addressing of these differential BUS interfaces in one differential BUS system necessary measuring arrangement.
  • the proposed method can be used, for example, to calibrate the control for auto-addressing intelligent LED chains in vehicles or in other technical devices.
  • the invention also relates to a measuring amplifier for performing the applicative self-alignment and a method for the precise, automatic addressing of BUS users with applicative self-calibration in a differential CAN-BUS system.
  • An intelligent LED chain is understood to be a series of LEDs (light emitting diodes), each of which is connected to an LED driver circuit, i. H. an LED controller.
  • an LED controller can control one or more LEDs.
  • a central control unit in the LED chain makes it possible, for example, to control and adjust the radiation intensity (trimming), color, etc. of individual LEDs or of LED groups in the chain using the LED driver circuits.
  • BUS systems represent a versatile and frequently used solution for controlling LED chains.
  • a large number of participants also referred to as BUS participants
  • BUS participants can be integrated into a BUS system to be applied and with the help of a suitable BUS Protocol can be connected via bidirectional communication.
  • a suitable BUS Protocol can be connected via bidirectional communication.
  • the fixed position of the participants in the BUS arrangement must be differentiated, which is typically achieved by assigning an individual address to each individual participant.
  • An auto-addressing method for differential BUS systems for intelligently controlled LED chains is known from an invention registered at the same time as the present invention.
  • This auto-addressing method enables precise addressing of LED driver ICs in a linear BUS topology, which are arranged in a chain structure and at the same time have a differential interface, without an additional address line. Addressing takes place by evaluating a voltage drop through parasitic or additional line resistances between the participants. For this purpose, both the physical properties of the differential BUS structure that are already present and the standardized signal play of the BUS are used.
  • the method according to the invention in the invention registered at the same time uses the additional line resistances inserted in the two lines between the BUS subscribers of the CAN-BUS to ensure that a dominant difference level from BUS subscriber to BUS subscriber is slightly lower due to this BUS line resistance and the reduced termination resistance at the end of the BUS.
  • These resistors must be designed in such a way that normal CAN-BUS communication is not hindered or disturbed.
  • the position-dependent decrease in the voltage difference level is used to define the BUS subscriber addresses. To do this, all BUS users first measure the dominant differential level arriving at them with a command from the BUS master ("InitAA" - IAA for short).
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for the applicative self-calibration of the measuring arrangement necessary for the auto-addressing of differential BUS interfaces, which does not have the disadvantages of the prior art described above and which makes a time-consuming adjustment process unnecessary during the manufacturing process. in order to realize a series production capability without significant additional expenditure.
  • the BUS reference value V CMRef can advantageously be freely selected.
  • the BUS reference value V CMRef likewise advantageously corresponds to the nominally occurring common mode voltage of the dominant BUS state provided by the BUS master in accordance with (V CANH + V CANL ) / 2.
  • a measuring amplifier is specified for the applicative self-calibration of a measuring arrangement necessary for a precise, automatic addressing of BUS subscribers in a differential CAN-BUS system for carrying out the aforementioned method, the measuring amplifier having a CANH and a CANL input, the inputs and a GND potential connection can be connected via changeover switches to a first voltage divider input of a voltage divider and an auxiliary voltage is connected to a second voltage divider input of the voltage divider, the changeover switches between a GND, Switch between CANH and CANL potential and the output voltage of the voltage divider is fed to an analog-to-digital converter via a buffer operational amplifier.
  • the voltage divider is advantageously constructed with two voltage divider inputs using SC technology and the voltage divider inputs are connected to the changeover switches via series resistors.
  • a measuring arrangement necessary for auto-addressing in a CAN-BUS system which is preferably used for and in a CAN-BUS system with auto-addressing.
  • the BUS users are arranged linearly along a CAN-BUS and are each connected with a first connection to a CANH line and with a second connection to a CANL line of the CAN-BUS.
  • CANH identifies the CAN high potential
  • CANL identifies the CAN low potential.
  • the sequence of the connection of the first connections of the BUS participants with the CANH line lengthways of the CAN-BUS from a CAN-BUS master to a termination resistor is the same as the order in which the second connections of the BUS users are connected to the CANL line along the CAN-BUS from the BUS master to the termination resistor.
  • a CAN-BUS master is arranged at the beginning of the CAN-BUS and a termination resistor is arranged at the end of the CAN-BUS, the CAN-BUS master and the termination resistor connecting the CANH line and the CANL line to one another.
  • the method according to the invention has the following steps:
  • the prerequisite for carrying out the self-alignment of the BUS subscriber ICs according to the invention is that the CAN-BUS system must first be switched on and / or reset.
  • a termination resistor is located at least at the end of the differential CAN-BUS, which is formed from the CANH and CANL lines.
  • the CAN-BUS master is located at the beginning of the CAN-BUS.
  • the assignment of the beginning and the end of the CAN-BUS are linguistically chosen so that the beginning and the end of a linearly extending CAN-BUS system is identified, whereby it is crucial that the CAN-BUS master has a dominant BUS- State initiates into the CAN-BUS and the termination resistor is arranged at the place that is furthest away from the CAN-BUS master and closes the circuit back to the CAN-BUS master.
  • an individual offset error for each BUS subscriber is compensated for by subtracting the first differential voltage value V 0V from the second differential voltage value V CANH and from the third differential voltage value V CANL of the respective BUS subscriber.
  • the offset-compensated differential voltage values are V * CANH and V * CANL .
  • the BUS reference value V CMRef can be freely selected.
  • the BUS reference value V CMRef preferably corresponds to the nominally occurring common mode voltage of the dominant BUS state signal provided by the CAN BUS master in accordance with (V CANH + VCANL) / 2.
  • the individual levels V CANH, V CANL change via the BUS, but if the resistance distribution between the CANH and CANL lines is sufficiently uniform over the entire length of the BUS, the common mode voltage does not change in a degenerate manner between the BUS lines. Participants.
  • V AA (V CANH - V CANL )
  • k korr (V CANH - V CANL ) (2 V CMRef ) / (V * CANH + V * CANL ) in each BUS participant.
  • the BUS reference value V CMRef can be freely selected.
  • the BUS reference value V CMRef corresponds to the nominally occurring common mode voltage of the dominant BUS state signal provided by the BUS master according to (V CANH + V CANL ) / 2.
  • the BUS reference value is a specified value for all BUS users or for all ICs produced with auto-addressing capability.
  • the GND line of the supply for operating the CAN-BUS system is fed in at the BUS end. This ensures that there is systematically a GND shift that only becomes negative in the direction of the BUS end, which only increases the difference between the measured values of neighboring BUS users and thus ensures more reliable position detection.
  • the object of the invention is also achieved by a measuring amplifier for applicative self-calibration of a measuring arrangement necessary for a precise, automatic addressing of BUS subscribers in a differential CAN-BUS system for carrying out the method according to the invention according to the independent arrangement claim.
  • the measuring amplifier has a CANH and a CANL input, the inputs and a GND potential input each being connectable to a first voltage divider input via changeover switches and an auxiliary voltage being permanently connected to a second voltage divider input, the changeover switch depending on one Switch the BUS-protocol-controlled flow chart between a GND, a CANH and a CANL potential at the input of the voltage divider and the output voltage of the voltage divider is fed to an analog-to-digital converter via a buffer operational amplifier.
  • the voltage divider is constructed with two voltage divider inputs using SC technology (switched capacitor) and the voltage divider inputs are connected to the switch via series resistors.
  • SC technology switched capacitor
  • the resistive voltage divider with two inputs is replaced by switched capacitors.
  • the operation of this circuit requires a 2-phase clock and is time-discrete. A valid output voltage of the SC divider is therefore only available discontinuously for transmission to an ADC via the buffer operational amplifier.
  • SC divider the changeover switches can be operated directly on the pins via series resistors, since the SC dividers are de-energized at the end of the clock phases and are therefore effectively high-resistance. This has the advantage of a simple protection of the active elements of the measuring amplifier against excessive voltages from the CAN lines.
  • the described method according to the invention for the applicative self-calibration of a measuring arrangement necessary for a localized automatic addressing of BUS subscribers as well as the measuring amplifier according to the invention can advantageously be used in a method according to the invention for the spatially precise automatic addressing of BUS subscribers with applicative self-calibration in a differential CAN-BUS system .
  • the procedure for the precise, automatic addressing of BUS subscribers with applicative self-calibration in a differential CAN-BUS system has the following steps: First the CAN-BUS system is switched on and / or reset.
  • the CAN-BUS master then signals to all BUS subscribers (BUS slaves) that auto-addressing is taking place, whereupon the BUS subscribers set an auto-addressing mode, i. H. the auto-addressing is initialized in every BUS participant and the order for measuring the differential voltages described below is carried out by every BUS participant.
  • a termination resistor is located at least at the end of the differential CAN-BUS, which is formed from the CANH and CANL lines.
  • the CAN-BUS master is located at the beginning of the CAN-BUS.
  • the assignment of the beginning and the end of the CAN-BUS are linguistically chosen so that the beginning and the end of a linearly extending CAN-BUS system is identified, whereby it is crucial that the CAN-BUS master has a dominant BUS- State initiates into the CAN-BUS and the termination resistor is arranged at the place that is furthest away from the CAN-BUS master and closes the circuit back to the CAN-BUS master.
  • an individual offset error for each BUS subscriber is compensated for by subtracting the first differential voltage value Vov from the second differential voltage value V CANH and from the third differential voltage value V CANL of the respective BUS subscriber.
  • the offset-compensated differential voltage values are V * CANH and V * CANL .
  • the BUS reference value V CMRef can be freely selected.
  • the BUS reference value V CMRef preferably corresponds to the nominally occurring common mode voltage of the dominant BUS state signal provided by the CAN BUS master in accordance with (V CANH + VCANL) / 2.
  • the individual levels V CANH, V CANL change via the BUS, but if the resistance distribution between the CANH and CANL lines is sufficiently uniform over the entire length of the BUS, the common mode voltage does not change in a degenerate manner between the BUS lines. Participants.
  • V AA (V CANH - V CANL )
  • k korr (V CANH - V CANL ) (2 V CMRef ) / (V * CANH + V * CANL ) in each BUS participant.
  • the self-calibrated differential voltage value V AA is simultaneously transmitted to the CAN-BUS master by each BUS subscriber in a next process step, with each BUS subscriber repeating the transmission of its differential voltage value V AA until it is free of conflicts up to the last Bit was transmitted to the CAN-BUS master, with a BUS node address for each BUS subscriber being determined from the sequence of the conflict-free transmitted differential voltage values V AA by means of an assignment rule known and defined in the CAN-BUS system. Based on the previous conflict-prone measured value transmissions, the BUS users assign themselves a BUS node address. The BUS master can check the correctness of the total number of BUS users if it knows the number of BUS users in the BUS system from the start.
  • the inventive method differs significantly z. B. LIN auto-addressing methods, where only one BUS user can be addressed per measurement.
  • the BUS subscriber who has transmitted his self-calibrated differential voltage value V AA to the CAN-BUS master without conflict saves the BUS node address that corresponds to the number of conflicting attempts to transmit to the CAN-BUS master and then blocks his transmission the CAN-BUS master.
  • the self-calibrated differential voltage value V AA is transmitted from each BUS subscriber to the CAN-BUS master until a valid BUS node address has been assigned to this BUS subscriber.
  • the process steps are controlled automatically and quasi-protocol-controlled by the CAN-BUS master.
  • the measurement method according to the invention with self-alignment includes, through the application-related approach, a location-dependent, individual offset and gain error correction of the entire measurement paths within the BUS subscribers, the sequence of which takes place automatically within the BUS subscribers and is initiated by the CAN master in a quasi-protocol-controlled manner.
  • the physical levels of the measuring arrangement typical of the BUS are also used as stimulating measurement signals, that is to say basically on the basis of the physical properties of the BUS structure that are already present. With this type of signal processing, the integrated measuring arrangement can be subject to the usual process and parameter fluctuations and does not have to meet excessive accuracy requirements.
  • the BUS users are LED driver circuits that control one or more LEDs.
  • the method according to the invention enables self-calibration for a simpler and more reliable implementation of the auto-addressing of LED chains on the basis of the voltage drop in the BUS lines of the LED driver circuits. This solution only requires BUS communication, but does not require any additional components such as cables, pins, external components, etc.
  • the method according to the invention offers the following advantages: For the auto-addressing, no complex adjustment is necessary at the end of the manufacturing process of the ICs or in the application.
  • the calibration is independent of both temperature influences and long-term drifts.
  • individual and location-dependent application properties can be taken into account at the module level.
  • the common mode voltage of the BUS master forms the reference for the self-adjustment of the measuring devices of the BUS users and makes a high-precision external or internal reference superfluous. Due to the low absolute accuracy requirements that are placed on the measurement of the differential voltages, the procedure can be carried out with an absolutely minimal additional hardware expenditure in the integrated circuit (IC) for the self-adjustment by using the physical properties of the BUS structure that are already present for the measurements be used.
  • IC integrated circuit
  • the Figure 1 shows a CAN-BUS system 1, which comprises a CAN-BUS 2, which is formed from a CANH line 3 and a CANL line 4. Between the CANH line 3 and the CANL line 4, the BUS subscribers 5 are arranged linearly along the CAN-BUS 2 and each have a first connection to the CANH line 3 and a second connection to the CANL line 4 of the CAN-BUS 2 connected.
  • the order in which the first connections of the BUS users are connected to the CANH line 3 along the CAN BUS 2 from a BUS master 6 towards a termination resistor 7 is the same as the sequence of the connection of the second connections of the BUS subscribers 5 to the CANL line 4 along the CAN-BUS 2 from the BUS master 6 to the termination resistor 7.
  • a BUS master 6 at the beginning of the CAN -BUS 2 and a termination resistor 7 at least at the end of the CAN-BUS 2 are arranged, the BUS master 6 and the termination resistor 7 connecting the CANH line 3 and the CANL line 4 to one another.
  • FIG Figure 2 The method according to the invention for self-calibration of a measuring arrangement required for auto-addressing or for self-adjustment for automatic addressing of BUS users in a CAN-BUS system is illustrated in FIG Figure 2 explained with the measuring amplifier shown.
  • the measurement voltages V meas processed by the measurement amplifier are fed to an ADC, which is generally already present, to carry out the measurements, and then, after the process-based calculation of the individual measurement values, are used for auto-addressing.
  • ADC Analog to Physical Component Ratio
  • V M. 1 V CANH ⁇ r In + V Add ⁇ r Add
  • V M. 2 V CANL ⁇ r In + V Add ⁇ r Add
  • V M. 3 V GND ⁇ r In + V Add ⁇ r Add
  • V CMRef is a voltage that can in principle be determined as desired, but should preferably correspond to the nominal common mode voltage.
  • the most important prerequisite for the function of a self-adjustment is the presence of a reference that can be used and measured by all BUS users 5 within the individual BUS system 1, for which the common mode voltage of the dominant signal from the master 6 can be used.
  • a reference that can be used and measured by all BUS users 5 within the individual BUS system 1, for which the common mode voltage of the dominant signal from the master 6 can be used.
  • three individual measurements are required in the dominant BUS state, namely a first voltage measurement between GND and GND, which supplies a first differential voltage value Vov, a second voltage measurement between CANH and GND, which supplies a second differential voltage value V CANH and a third voltage measurement between CANL L and GND, which supplies a third differential voltage value V CANL.
  • the measured value to be compensated is the difference between the voltage measurements of V CANH and V CANL (i.e. V CANH - V CANL ).
  • the correction factor k korr for this difference results from the quotient of double the nominal common mode voltage, which can in principle be set arbitrarily, and the sum of the two offset-compensated values for V CANH and V CANL , which is double the common provided by the master Mode voltage corresponds to the dominant signal.
  • the product of the difference and the determined correction factor ((V CANH - V CANL ) ⁇ k corr ) now results in the comparable value for the differential voltage of V CANH and V CANL adjusted within the BUS.
  • FIG 3 an embodiment of the circuit structure of the measuring amplifier using SC technology to carry out the method according to the invention for self-calibration of the measuring device for auto-addressing in a CAN-BUS system 1 is shown.
  • the self-adjustment of the measuring device for auto-addressing in a BUS application as such does not require absolute accuracy, nor is long-term stability of the variables to be measured required. It is only necessary that all BUS users 5 within a BUS 2 have the same voltage available for measurement at the time of the self-adjustment. This is exactly where the solution for the measuring amplifier according to the invention and the associated measuring method presented comes into play, thus avoiding completely unnecessary effort and precision on the tester. Only three individual measurements are now required in the dominant BUS state. By subtracting the value of the V 0V measurement from the two other measurements (V CANH , V CANL ), the offset compensation takes place first.
  • V * CANH , V * CANL the quotient of the difference and the sum is a measure of the BUS differential voltage corrected in the gain, which may only need to be normalized, for example with twice the nominal common -Mode voltage.
  • the measuring amplifier according to the invention and the associated measuring method with self-adjustment for CAN-AA + can be used for an RGB-LED multichannel PWM controller IC with a CANPhy interface and offers the possibility of an automatic, very precise "adjustment" of the Amplifier with regard to offset and gain in the application during / after power-on for the purpose of performing safe auto-addressing in the BUS system 1.

Landscapes

  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und der Elektronik und betrifft ein Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung der für die Autoadressierung differentieller BUS-Schnittstellen in einem differentiellen BUSSystem und einen Messverstärker, das beispielsweise zur Kalibrierung der Steuerung zur Autoadressierung von intelligenten LED-Ketten in Fahrzeugen angewandt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches ein zeitintensives Abgleichverfahren während des Herstellungsprozesses unnötig macht.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren und einen Messverstärker, bei dem drei Differenzspannungswerte während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer gemessen werden, wobei ein erster Differenzspannungswert von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, ein zweiter Differenzspannungswert an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, ein dritter Differenzspannungswert an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, ein individueller Offsetfehler und ein individueller Gainfehler für jeden BUS-Teilnehmer kompensiert wird und ein selbstkalibrierter Differenzspannungswerte durch jeden BUS-Teilnehmer ermittelt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und der Elektronik im Speziellen auf das Gebiet der physischen differentiellen Kommunikationsschnittstellen in einer linearen BUS-Architektur mit einer hohen Datenrate und betrifft ein Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung der für die Autoadressierung dieser differentiellen BUS-Schnittstellen in einem differentiellen BUS-System notwendigen Messanordnung. Das vorgeschlagene Verfahren kann beispielsweise zur Kalibrierung der Steuerung zur Autoadressierung von intelligenten LED-Ketten in Fahrzeugen oder in anderen technischen Einrichtungen angewandt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Messverstärker zur Durchführung des applikativen Selbstabgleichs sowie ein Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern mit applikativer Selbstkalibrierung in einem differentiellen CAN-BUS-System.
  • Zum Ansteuern von intelligenten LED-Ketten gibt es verschiedene Möglichkeiten. Unter einer intelligenten LED-Kette wird eine Aneinanderreihung von LEDs (light emitting diode) verstanden, die jeweils über einen LED-Treiber-Schaltkreis, d. h. einen LED-Controller, angesteuert werden. Dabei kann ein LED-Controller als Teilnehmer in der LED-Kette eine oder mehrere LEDs ansteuern. Durch eine zentrale Steuereinheit in der LED-Kette ist es möglich beispielsweise die Abstrahlintensität (Trimmen), Farbe usw. einzelner LEDs oder von LED-Gruppen in der Kette individuell über die LED-Treiber-Schaltkreise anzusteuern und einzustellen.
  • Eine vielseitige und häufig verwendete Lösung für das Ansteuern von LED-Ketten stellen BUS-Systeme dar. Mit einer solchen Vernetzungsstruktur können sehr viele Teilnehmer, auch als BUS-Teilnehmer bezeichnet, in ein zu applizierendes BUS-System eingebunden und mit Hilfe eines geeigneten BUS-Protokolls über bidirektionale Kommunikation verbunden werden. Für eine eineindeutige Unterscheidung der Teilnehmer innerhalb eines solchen BUS-Systems muss die ortsfeste Position der Teilnehmer in der BUS-Anordnung differenziert werden, was typischerweise durch individuelle Adresszuweisung jedes einzelnen Teilnehmers erreicht wird.
  • Eine naheliegende Möglichkeit ist jeden Teilnehmer mit einer festen Individualadresse zu versehen. Eine andere Möglichkeit ist eine zusätzliche Funktionalbedingung zu verwenden, um gleichartige IC's in einem solchen BUS-System am Anfang unterscheiden zu können. Beide Vorgehensweisen sind durch einen sehr hohen Aufwand gekennzeichnet und sind zumeist sehr unflexibel, wie z. B. beim Austausch oder beim Hinzufügen von einzelnen BUS-Teilnehmern.
  • Zur Verbesserung der Handhabbarkeit von BUS-Strukturen sind unterschiedliche Verfahren zur selbstständigen, unterscheidbaren Adressierung entwickelt worden. Das Prinzip der Autoadressierung ist für LIN-BUS-Systeme bereits Stand der Technik. Allerdings ist die physische Charakteristik des LIN-BUS in einigen Punkten, wie z. B. der maximalen Datenrate, der Störsicherheit oder auch der Abstrahlung, limitiert und für manche Applikationen nicht geeignet. Differentielle BUS-Strukturen sind bezüglich vieler physischer Eigenschaften deutlich leistungsfähiger als LIN-BUS-Systeme und weisen überdies bessere Abstrahleigenschaften auf. Allerdings sind vergleichbare Verfahren zur automatischen Adressierung, wie sie für LIN-BUS-Systeme bekannt sind, für differentielle BUS-Strukturen nicht bekannt. Eine typische differentielle BUS-Struktur ist der CAN-BUS.
  • Aus einer zur vorliegenden Erfindung zeitgleich angemeldeten Erfindung ist ein Autoadressierungsverfahren für differentielle BUS-Systeme für intelligent gesteuerte LED-Ketten bekannt. Mittels dieses Autoadressierungsverfahrens ist eine ortsgenaue Adressierung von LED-Treiber-IC's in einer linearen BUS-Topologie, die in Kettenstruktur angeordnet sind und gleichzeitig über eine differentielle Schnittstelle verfügen, ohne zusätzliche Adressleitung möglich. Die Adressierung erfolgt über die Auswertung eines Spannungsabfalls über parasitäre oder zusätzlich eingebrachte Leitungswiderstände zwischen den Teilnehmern. Dafür werden sowohl die physisch ohnehin vorliegenden Eigenschaften der differenziellen BUS-Struktur als auch das standardisierte Signalspiel des BUS genutzt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren in der zeitgleich angemeldeten Erfindung nutzt die in den beiden Leitungen zwischen den BUS-Teilnehmern des CAN-BUS eingefügten zusätzlichen Leitungswiderstände dafür, dass ein vom BUS-Master abgegebener dominanter Differenzpegel von BUS-Teilnehmer zu BUS-Teilnehmer durch diese BUS-Leitungswiderstände und den reduzierten Terminierungswiderstand am Ende des BUS jeweils etwas geringer wird. Diese Widerstände sind dabei so auszulegen, dass die normale CAN-BUS-Kommunikation nicht behindert oder gestört wird. Die positionsabhängige Abnahme des Spannungsdifferenzpegels wird zur Festlegung der BUS-Teilnehmer-Adressen benutzt. Dazu messen zunächst alle BUS-Teilnehmer mit Kommando vom BUS-Master (kurz: "InitAA" - IAA) den bei ihnen ankommenden dominanten Differenzpegel. Danach erfolgt auf ein weiteres Kommando des BUS-Masters (kurz: "ExecuteAA" - EAA) die gleichzeitige Übertragung dieser Messwerte der BUS-Teilnehmer an den BUS-Master. Derjenige BUS-Teilnehmer mit dem niedrigsten Messwert kann kollisionsfrei seinen Messwert bis zum letzten Bit übertragen und speichert für sich die niedrigste Adresse und scheidet für die Folgekommandos (EAA) von der Übertragung aus. Der BUS-Master wiederholt dieses Kommando, bis kein BUS-Teilnehmer mehr antwortet. Die jeweils zu speichernde Teilnehmer-Adresse korreliert zu der Anzahl der vorangegangenen kollisionsbehafteten Übertragungen. Dann haben alle BUS-Teilnehmer ihre Adresse ermittelt, der BUS-Master registriert dies wegen der ausbleibenden Antwort von BUS-Teilnehmern, und der BUS kann in den normalen applikativen Modus wechseln.
  • Die oben genannte Messung und Auswertung der Spannungsabfälle zwischen den BUS-Teilnehmern setzt eine große Genauigkeit voraus, vor allem wenn angenommen wird, dass der gesamte Spannungsabfall über die BUS-Struktur begrenzt ist und gleichzeitig aber auch eine hinreichend große Anzahl von BUS-Teilnehmern eingebunden werden soll. Im Stand der Technik werden solche Messpfade in integrierten Schaltkreisen im Produktionsprozess mittels automatischer Testsysteme abgeglichen, was häufig ein zeitintensiver Backend-Vorgang ist. Er muss über unterschiedliche Maschinen und Standorte reproduzierbar sein, den gesamten Temperaturbereich einschließen und entsprechend geringe Langzeit-Drift aufweisen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung der für die Autoadressierung von differentiellen BUS-Schnittstellen notwendigen Messanordnung bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik nicht aufweist und welches ein zeitintensives Abgleichverfahren während des Herstellungsprozesses unnötig macht, um somit eine serienmäßige Produktionsfähigkeit ohne nennenswerte Mehraufwände zu verwirklichen.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern notwendigen Messanordnung in einem differentiellen CAN-BUS-System angegeben, wobei die BUS-Teilnehmer längs eines CAN-BUS linear angeordnet sind und jeweils mit einem ersten Anschluss mit einer CANH-Leitung und mit einem zweiten Anschluss mit einer CANL-Leitung des CAN-BUS verbunden sind und ein CAN-BUS-Master am Anfang des CAN-BUS und mindestens am Ende des CAN-BUS ein Terminierungswiderstand angeordnet sind, wobei der CAN-BUS-Master und der Terminierungswiderstand die CANH-Leitung und die CANL-Leitung jeweils miteinander verbinden, das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • Messen von drei Differenzspannungswerten während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer, wobei
      • ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird,
      • ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird,
      • ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird;
    • Kompensieren eines individuellen Offsetfehlers für jeden BUS-Teilnehmer durch Subtrahieren des ersten V0V-Differenzspannungswertes jeweils vom zweiten VCANH-Differenzspannungswert und vom dritten VCANL-Differenzspannungswert des jeweiligen BUS-Teilnehmers;
    • Kompensieren eines individuellen Gainfehlers für jeden BUS-Teilnehmer mittels eines Korrekturfaktors kkorr , wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH- und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef / (V*CANH+ V*CANL) ermittelt wird;
    • Ermitteln eines selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) durch jeden BUS-Teilnehmer.
  • Vorteilhafterweise ist der BUS-Referenzwert VCMRef frei wählbar.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise entspricht der BUS-Referenzwert VCMRef der nominal auftretenden Common-Mode-Spannung des vom BUS-Master bereitgestellten dominanten BUS-State gemäß (VCANH + VCANL)/2.
  • Auch ist vorteilhaft, wenn eine GND-Versorgung für den Betrieb des CAN-BUS-Systems am BUS-Ende eingespeist wird.
  • Zudem wird ein Messverstärker zur applikativen Selbstkalibrierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern notwendige Messanordnung in einem differentiellen CAN-BUS-System zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens angegeben, wobei der Messverstärker einen CANH- und einen CANL-Eingang aufweist, wobei die Eingänge und ein GND-Potential-Anschluss jeweils über Umschalter mit einem ersten Spannungsteilereingang eines Spannungsteilers verbindbar sind und eine Hilfsspannung mit einem zweiten Spannungsteilereingang des Spannungsteilers verbunden ist, wobei die Umschalter nach einem festgelegten durch den CAN-BUS-Master initiierten Ablauf zwischen einem GND-, CANH- sowie CANL-Potential umschalten und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers über einen Buffer-Operationsverstärker einem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt wird.
  • Vorteilhafterweise sind der Spannungsteiler mit zwei Spannungsteilereingängen in SC-Technik aufgebaut ist und die Spannungsteilereingänge über Vorwiderstände an die Umschalter angeschlossen.
  • Außerdem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern mit applikativer Selbstkalibrierung in einem differentiellen CAN-BUS-System angegeben, wobei die BUS-Teilnehmer längs eines CAN-BUS linear angeordnet sind und jeweils mit einem ersten Anschluss mit einer CANH-Leitung und mit einem zweiten Anschluss mit einer CANL-Leitung des CAN-BUS verbunden sind und ein CAN-BUS-Master am Anfang des CAN-BUS und mindestens am Ende des CAN-BUS ein Terminierungswiderstand angeordnet sind, wobei der CAN-BUS-Master und der Terminierungswiderstand die CANH-Leitung und die CANL-Leitung jeweils miteinander verbinden, das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • Anschalten und/oder Zurücksetzen des CAN-BUS-Systems;
    • Signalisieren eines Autoadressierungsmodus durch den CAN-BUS-Master an die BUS-Teilnehmer, die den Autoadressierungsmodus einstellen;
    • Messen von drei Differenzspannungswerten während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer, wobei
      • ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird,
      • ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung (3) gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird,
      • ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird;
    • Kompensieren eines individuellen Offsetfehlers für jeden BUS-Teilnehmer durch Subtrahieren des ersten V0V-Differenzspannungswertes jeweils vom zweiten VCANH-Differenzspannungswert und vom dritten VCANL-Differenzspannungswert des jeweiligen BUS-Teilnehmers;
    • Kompensieren eines individuellen Gainfehlers für jeden BUS-Teilnehmer (5) mittels eines Korrekturfaktors kkorr , wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH- und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef/ (V*CANH+ V*CANL) ermittelt wird;
    • Ermitteln eines selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) durch jeden BUS-Teilnehmer;
    • Gleichzeitiges Übermitteln der selbstkalibrierten Differenzspannungswerte VAA von jedem BUS-Teilnehmer an den CAN-BUS-Master, wobei jeder BUS-Teilnehmer das Übermitteln seines Differenzspannungswertes VAA solange wiederholt, bis dieser konfliktfrei bis zum letzten Bit an den CAN-BUS-Master übertragen wurde, wobei aus der Reihenfolge der konfliktfrei übermittelten Differenzspannungswerte VAA mittels einer im CAN-BUS-System bekannten und festgelegten Zuordnungsvorschrift eine BUS-Knotenadresse für jeden BUS-Teilnehmer bestimmt wird.
  • Vorteilhafterweise sperrt derjenige BUS-Teilnehmer, der seinen selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA konfliktfrei an den CAN-BUS-Master übertragen hat, seine Übertragung an den CAN-BUS-Master.
  • Und auch vorteilhafterweise erfolgt eine Ablaufsteuerung der Verfahrensschritte automatisch und quasi-protokollgesteuert durch den CAN-BUS-Master.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es erstmals möglich, ein Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung der für die ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern in einem differentiellen CAN-BUS-System notwendigen Messanordnung anzugeben, mit dem ein zeitintensives Abgleichverfahren während des Herstellungsprozesses der ICs unnötig wird und welches ohne Probleme in einer serienmäßigen Produktion ohne nennenswerte Mehraufwände verwirklicht werden kann.
  • Erreicht wird dies durch das erfindungsgemäße Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung einer für die Autoadressierung in einem CAN-BUS-System notwendigen Messanordnung, welche vorzugsweise für ein und in einem CAN-BUS-System mit Autoadressierung genutzt wird. In dem CAN-BUS-System sind die BUS-Teilnehmer längs eines CAN-BUS linear angeordnet und jeweils mit einem ersten Anschluss mit einer CANH-Leitung und mit einem zweiten Anschluss mit einer CANL-Leitung des CAN-BUS verbunden. CANH kennzeichnet das CAN-High-Potential, CANL kennzeichnet das CAN-Low-Potential. Die Reihenfolge der Verbindung der ersten Anschlüsse der BUS-Teilnehmer mit der CANH-Leitung längs des CAN-BUS von einem CAN-BUS-Master hin zu einem Terminierungswiderstand ist gleich der Reihenfolge der Verbindung der zweiten Anschlüsse der BUS-Teilnehmer mit der CANL-Leitung längs des CAN-BUS vom BUS-Master hin zum Terminierungswiderstand. Ein CAN-BUS-Master ist am Anfang des CAN-BUS und ein Terminierungswiderstand am Ende des CAN-BUS angeordnet, wobei der CAN-BUS-Master und der Terminierungswiderstand die CANH-Leitung und die CANL-Leitung jeweils miteinander verbinden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
    Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Selbstabgleichs der BUS-Teilnehmer ICs ist, dass zunächst das CAN-BUS-System angeschaltet und/oder zurückgesetzt wird.
  • Für den Selbstabgleich werden drei Differenzspannungswerte während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer gemessen, wobei ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, und ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird. Ein Terminierungswiderstand befindet sich mindestens am Ende des differentiellen CAN-BUS, der aus der CANH- und CANL-Leitung gebildet wird. Der CAN-BUS-Master befindet sich am Anfang des CAN-BUS. Die Zuordnung des Anfangs und des Endes des CAN-BUS sind sprachlich so gewählt, dass damit der Beginn und das Ende eines sich linear erstreckenden CAN-BUS-Systems gekennzeichnet wird, wobei entscheidend ist, dass der CAN-BUS-Master einen dominanten BUS-State in den CAN-BUS einleitet und der Terminierungswiderstand an dem Ort angeordnet ist, der am weitesten vom CAN-BUS-Master entfernt ist und den Stromkreis zurück zum CAN-BUS-Master schließt.
  • In einem nächsten Schritt wird ein individueller Offsetfehler für jeden BUS-Teilnehmer durch Subtrahieren des ersten Differenzspannungswertes V0V jeweils vom zweiten Differenzspannungswert VCANH und vom dritten Differenzspannungswert VCANL des jeweiligen BUS-Teilnehmers kompensiert. Die Offset-kompensierten Differenzspannungswerte sind V*CANH und V*CANL.
  • Anschließend wird ein individueller Gainfehler für jeden BUS-Teilnehmer mittels eines Korrekturfaktors kkorr kompensiert, wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH- und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef / (V*CANH + V*CANL) ermittelt wird. Der BUS-Referenzwert VCMRef ist frei wählbar. Vorzugsweise entspricht der BUS-Referenzwert VCMRef der nominalen auftretenden Common-Mode-Spannung des vom CAN-BUS-Master bereitgestellten dominanten BUS-State Signals gemäß (VCANH + VCANL)/2. Zwar ändern sich die Einzelpegel VCANH, VCANL über den BUS, aber bei einer hinreichend gleichmäßigen Widerstandsverteilung zwischen der CANH- und CANL-Leitung über die gesamte BUS-Länge verändert sich die Common-Mode-Spannung nicht in entartender Weise zwischen den BUS-Teilnehmern.
  • In einem nächsten Schritt wird aus den Messwerten ein selbstkalibrierter Differenzspannungswert VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) in jedem BUS-Teilnehmer ermittelt. Damit ist der Selbstabgleich der BUS-Teilnehmer abgeschlossen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mittels drei einzelner Messungen, nämlich einer Spannungsmessung von 0V/Kurzschluss, von VCANH und von VCANL für jeden BUS-Teilnehmer entlang des CAN-BUS und den nachfolgenden Übertragungen aller Spannungswerte der BUS-Teilnehmer zum BUS-Master, allen BUS-Teilnehmern eine Adresse zuzuweisen.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der BUS-Referenzwert VCMRef frei wählbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der BUS-Referenzwert VCMRef der nominal auftretenden Common-Mode-Spannung des vom BUS-Master bereitgestellten dominanten BUS-State Signals gemäß (VCANH + VCANL)/2. Der BUS-Referenzwert ist ein festgelegter Wert für alle BUS-Teilnehmer bzw. für alle produzierten IC's mit Autoadressierungsfähigkeit, Dieser Wert kann im Prinzip beliebig gewählt/festgelegt werden, vorzugsweise wird aber für die Normierung des Messwertes des dominanten Signals (VCANH - VCANL) die nominale Common-Mode-Spannung VCM des dominanten Signals vom Master (VCM_Master = (VCANH_Master + VCANL_Master)/2) verwendet, was somit eine typische Normierung von 1 ergibt.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einspeisung der GND-Leitung der Versorgung für den Betrieb des CAN-BUS-Systems am BUS-Ende. Das sorgt dafür, dass systematisch ein in Richtung BUS-Ende nur negativ werdender GND-Shift entsteht, wodurch sich die Differenz zwischen den Messwerten benachbarter BUS-Teilnehmer nur vergrößert und somit eine sicherere Positionserkennung gewährleistet wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch einen Messverstärker zur applikativen Selbstkalibierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern notwendigen Messanordnung in einem differentiellen CAN-BUS-System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem unabhängigen Anordnungsanspruch gelöst.
  • Der Messverstärker weist einen CANH- und einen CANL-Eingang auf, wobei die Eingänge und ein GND-Potential-Eingang jeweils über Umschalter mit einem ersten Spannungsteilereingang verbindbar sind und eine Hilfsspannung permanent mit einem zweiten Spannungsteilereingang verbunden ist, wobei die Umschalter in Anhängigkeit von einem BUS-protokollgesteuerten Ablaufplan zwischen einem GND, einem CANH- sowie einem CANL-Potential am Eingang des Spannungsteilers umschalten und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers über einen Buffer-Operationsverstärker einem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverstärkers zur Durchführung des Selbstabgleichs ist der Spannungsteiler mit zwei Spannungsteilereingängen in SC-Technik (Switched-capacitor) aufgebaut und die Spannungsteilereingänge sind über Vorwiderstände an die Umschalter angeschlossen. Der resistive Spannungsteiler mit zwei Eingängen wird dabei durch geschaltete Kapazitäten ersetzt. Der Betrieb dieser Schaltung erfordert einen 2-Phasen-Takt und ist zeitdiskret. Eine gültige Ausgangsspannung des SC-Teilers steht somit nur diskontinuierlich zur Weitergabe an einen ADC über den Buffer-Operationsverstärker zur Verfügung. Durch die Verwendung eines SC-Teilers können die Umschalter über Vorwiderstände direkt an den Pins betrieben werden, da die SC-Teiler am Ende der Taktphasen stromlos und somit faktisch hochohmig sind. Das ergibt den Vorteil eines einfachen Schutzes der aktiven Elemente des Messverstärkers vor überhöhten Spannungen von den CAN-Leitungen.
  • Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern notwendigen Messanordnung sowie der erfindungsgemäße Messverstärker können vorteilhafterweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern mit applikativer Selbstkalibierung in einem differentiellen CAN-BUS-System eingesetzt werden.
  • Das Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern mit applikativer Selbstkalibierung in einem differentiellen CAN-BUS-System weist folgende Schritte auf:
    Zunächst wird das CAN-BUS-System angeschaltet und/oder zurückgesetzt.
  • Anschließend signalisiert der CAN-BUS-Master allen BUS-Teilnehmern (BUS-Slaves), dass eine Autoadressierung stattfindet, woraufhin die BUS-Teilnehmer einen Autoadressierungsmodus einstellen, d. h. die Autoadressierung wird in jedem BUS-Teilnehmer initialisiert und der Auftrag zur Messung der im folgenden beschriebenen Differenzspannungen wird von jedem BUS-Teilnehmer ausgeführt.
  • Für den zuerst erfolgenden Selbstabgleich werden drei Differenzspannungswerte während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer gemessen, wobei ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird, und ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird. Ein Terminierungswiderstand befindet sich mindestens am Ende des differentiellen CAN-BUS, der aus der CANH- und CANL-Leitung gebildet wird. Der CAN-BUS-Master befindet sich am Anfang des CAN-BUS. Die Zuordnung des Anfangs und des Endes des CAN-BUS sind sprachlich so gewählt, dass damit der Beginn und das Ende eines sich linear erstreckenden CAN-BUS-Systems gekennzeichnet wird, wobei entscheidend ist, dass der CAN-BUS-Master einen dominanten BUS-State in den CAN-BUS einleitet und der Terminierungswiderstand an dem Ort angeordnet ist, der am weitesten vom CAN-BUS-Master entfernt ist und den Stromkreis zurück zum CAN-BUS-Master schließt.
  • In einem nächsten Schritt wird ein individueller Offsetfehler für jeden BUS-Teilnehmer durch Subtrahieren des ersten Differenzspannungswertes Vov jeweils vom zweiten Differenzspannungswert VCANH und vom dritten Differenzspannungswert VCANL des jeweiligen BUS-Teilnehmers kompensiert. Die Offset-kompensierten Differenzspannungswerte sind V*CANH und V*CANL.
  • Anschließend wird ein individueller Gainfehler für jeden BUS-Teilnehmer mittels eines Korrekturfaktors kkorr kompensiert, wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH- und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef / (V*CANH + V*CANL) ermittelt wird. Der BUS-Referenzwert VCMRef ist frei wählbar. Vorzugsweise entspricht der BUS-Referenzwert VCMRef der nominalen auftretenden Common-Mode-Spannung des vom CAN-BUS-Master bereitgestellten dominanten BUS-State Signals gemäß (VCANH + VCANL)/2. Zwar ändern sich die Einzelpegel VCANH, VCANL über den BUS, aber bei einer hinreichend gleichmäßigen Widerstandsverteilung zwischen der CANH- und CANL-Leitung über die gesamte BUS-Länge verändert sich die Common-Mode-Spannung nicht in entartender Weise zwischen den BUS-Teilnehmern.
  • In einem nächsten Schritt wird aus den Messwerten ein selbstkalibrierter Differenzspannungswert VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) in jedem BUS-Teilnehmer ermittelt.
  • Für die Durchführung der Autoadressierung wird in einem nächsten Verfahrensschritt von jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig der selbstkalibrierte Differenzspannungswert VAA an den CAN-BUS-Master übermittelt, wobei jeder BUS-Teilnehmer das Übermitteln seines Differenzspannungswertes VAA solange wiederholt, bis dieser konfliktfrei bis zum letzten Bit an den CAN-BUS-Master übertragen wurde, wobei aus der Reihenfolge der konfliktfrei übermittelten Differenzspannungswerte VAA mittels einer im CAN-BUS-System bekannten und festgelegten Zuordnungsvorschrift eine BUS-Knotenadresse für jeden BUS-Teilnehmer bestimmt wird. Basierend auf den vorangegangenen Konflikt-behafteten Messwertübertragungen ordnen sich die BUS-Teilnehmer selbst eine BUS-Knotenadresse zu. Der BUS-Master kann die Korrektheit der Gesamtzahl der BUS-Teilnehmer prüfen, falls ihm die Anzahl der BUS-Teilnehmer im BUS-System von Anfang an bekannt ist.
  • Damit unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren deutlich z. B. von LIN-Autoadressierungsverfahren, wo pro Messung nur ein BUS-Teilnehmer adressiert werden kann.
  • Derjenige BUS-Teilnehmer, der seinen selbstkalibrierten Differenzspannungswert VAA konfliktfrei an den CAN-BUS-Master übertragen hat, speichert die BUS-Knotenadresse, die der Anzahl der bisher absolvierten konfliktbehafteten Übertragungsversuche an den CAN-BUS-Master entspricht und sperrt danach seine Übertragung an den CAN-BUS-Master.
  • Dementsprechend erfolgt die Übertragung des selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA von jedem BUS-Teilnehmer an den CAN-BUS-Master solange, bis diesem BUS-Teilnehmer eine gültige BUS-Knotenadresse zugeordnet wurde.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Ablaufsteuerung der Verfahrensschritte automatisch und quasi-protokollgesteuert durch den CAN-BUS-Master. Das erfindungsgemäße Messverfahren mit Selbstabgleich beinhaltet durch den anwendungsbezogenen Ansatz eine ortsabhängige individuelle Offset- und Gain-Fehlerkorrektur der gesamten Messpfade innerhalb der BUS-Teilnehmer, wobei deren Ablauf automatisch innerhalb der BUS-Teilnehmer erfolgt und quasi-protokollgesteuert durch den CAN-Master angestoßen wird. Als stimulierende Messsignale werden gleichfalls die BUStypischen, physischen Pegel der Messanordnung verwendet, also grundsätzlich auf Grundlage der ohnehin vorhandenen, physischen Eigenschaften der BUS-Struktur. Die integrierte Messanordnung kann bei dieser Art der Signalaufbereitung den üblichen Prozess- und Parameterschwankungen unterliegen und muss keine überhöhten Genauigkeitsanforderungen erfüllen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die BUS-Teilnehmer LED-Treiber-Schaltkreise, die eine oder mehrere LEDs steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Selbstkalibrierung für eine einfachere und sichere Durchführung der Autoadressierung von LED-Ketten anhand des Spannungsabfalls der BUS-Leitungen der LED-Treiber-Schaltkreise. Diese Lösung erfordert lediglich eine BUS-Kommunikation, benötigt aber keine zusätzlichen Komponenten, wie Leitungen, Pins, externe Bauelemente usw.
  • Zusammenfassend bietet das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile: Für die Autoadressierung ist kein aufwendiger Abgleich am Ende des Herstellungsprozesses der ICs oder in der Applikation notwendig. Die Kalibrierung ist unabhängig sowohl von Temperatureinflüssen als auch von Langzeitdriften. Mit dem Verfahren können individuelle und ortsabhängige applikative Eigenschaften auf Modulebene berücksichtigt werden. Die Common-Mode-Spannung des BUS-Masters bildet die Referenz für den Selbstabgleich der Messeinrichtungen der BUS-Teilnehmer und macht eine hochpräzise externe oder interne Referenz überflüssig. Durch die geringen absoluten Genauigkeitsanforderungen, die an die Messung der Differenzspannungen gestellt werden, kann das Verfahren mit einem absolut minimalen zusätzlichen Hardwareaufwand im integrierten Schaltkreis (IC) für den Selbstabgleich durchgeführt werden, indem für die Messungen die ohnehin vorhandenen, physischen Eigenschaften der BUS-Struktur verwendet werden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
  • Die Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1
    BUS-Teilnehmer (BUS-Slaves) in einem CAN-BUS-System, das die Spannungsabfälle an jedem BUS-Teilnehmer entlang des BUS für die Autoadressierung nutzt;
    Fig. 2
    Prinzipielle Struktur des für den erfindungsgemäßen Selbstabgleich verwendeten Messverstärkers;
    Fig. 3
    Schaltungsaufbau des Messverstärkers in SC-Technik zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Selbstkalibrierung einer für die Autoadressierung von differentiellen BUS-Schnittstellen notwendigen Messanordnung.
  • Die Figur 1 zeigt ein CAN-BUS-System 1, welches einen CAN-BUS 2 umfasst, der aus einer CANH-Leitung 3 und einer CANL-Leitung 4 gebildet ist. Zwischen der CANH-Leitung 3 und der CANL-Leitung 4 sind die BUS-Teilnehmer 5 längs des CAN-BUS 2 linear angeordnet und jeweils mit einem ersten Anschluss mit der CANH-Leitung 3 und mit einem zweiten Anschluss mit der CANL-Leitung 4 des CAN-BUS 2 verbunden. Die Reihenfolge der Verbindung der ersten Anschlüsse der BUS-Teilnehmer mit der CANH-Leitung 3 längs des CAN-BUS 2 von einem BUS-Master 6 hin zu einem Terminierungswiderstand 7 ist gleich der Reihenfolge der Verbindung der zweiten Anschlüsse der BUS-Teilnehmer 5 mit der CANL-Leitung 4 längs des CAN-BUS 2 vom BUS-Master 6 hin zum Terminierungswiderstand 7. Ein BUS-Master 6 am Anfang des CAN-BUS 2 und ein Terminierungswiderstand 7 mindestens am Ende des CAN-BUS 2 sind angeordnet, wobei der BUS-Master 6 und der Terminierungswiderstand 7 die CANH-Leitung 3 und die CANL-Leitung 4 jeweils miteinander verbinden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Selbstkalibrierung einer für die Autoadressierung notwendigen Messanordnung bzw. zum Selbstabgleich für die automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern in einem CAN-BUS-System wird anhand der Figur 2 mit dem dargestellten Messverstärker erläutert.
  • Die durch den Messverstärker aufbereiteten Messspannungen Vmeas werden einem in der Regel ohnehin schon vorhandenen ADC zur Durchführung der Messungen zugeführt und anschließend nach verfahrensmäßiger Verrechnung der einzelnen Messwerte für die Autoadressierung verwendet. Für das erfindungsgemäße Verfahren erfolgen zunächst drei einzelne Messungen während einem dominanten BUS-State, und zwar für die Potentiale von CANH, CANL und GND, geteilt über r In = R Div ⋅ R Add / R In ⋅ R Add + R Div ⋅ R Add + R In ⋅ R Div
    Figure imgb0001
     gemäß der beispielhaften Struktur des Messverstärkers in Figur 2, wobei rIn das Teilerverhältnis der Eingangsspannung zum Ausgang des Spannungsteilers 13 bezeichnet. Bei allen drei Messungen wird die Spannung V Add ⋅ r Add = V Add ⋅ R Div ⋅ R In / R In ⋅ R Add + R Div ⋅ R Add + R In ⋅ R Div
    Figure imgb0002
     mit rAdd = RDiv · RIn / (RIn·RAdd + RDiv·RAdd + RIn·RDiv), was das Teilerverhältnis der Hilfsspannung zum Ausgang des Spannungsteilers 13 bezeichnet, gleichermaßen addiert, wodurch ein Offset des Messverstärkers und der Folgestufen (ADC) für die Messung sicher auf einen positiven Wert gebracht werden soll. So ergeben sich für die drei Messungen entsprechende ADC-Werte für: V M 1 = V CANH ⋅ r In + V Add ⋅ r Add
    Figure imgb0003
     V M 2 = V CANL ⋅ r In + V Add ⋅ r Add und
    Figure imgb0004
     V M 3 = V GND ⋅ r In + V Add ⋅ r Add
    Figure imgb0005
  • Nun erfolgt die digitale Verrechnung der Werte gemäß: V M 13 = V M 1 − V M 3 = V CANH ⋅ r In
    Figure imgb0006
     V M 23 = V M 2 − V M 3 = V CANL ⋅ r In
    Figure imgb0007
     das sind nun die vom Offset bereinigten Messwerte für CANH und CANL.
  • Die zu kompensierende Differenzspannung ergibt sich zu V Diff 12 = V M 1 − V M 2 = V M 13 − V M 23 = V CANH − V CANL * r In .
    Figure imgb0008
  • Der Korrekturfaktor für diese Differenzspannung ergibt sich nach: k korr = 2 ⋅ V CMRef / V M 13 + V M 23 = 2 ⋅ V CMRef / V CANH + V CANL ⋅ r In
    Figure imgb0009
     wobei VCMRef eine im Prinzip beliebig festlegbare Spannung ist, vorzugsweise aber der nominalen Common Mode Spannung entsprechen sollte.
  • Die korrigierte Differenzspannung für einen BUS-Teilnehmer 5 ergibt sich nun einfach aus: V korr = k korr ⋅ V Diff 12 = 2 ⋅ V CMRef ⋅ V CANH − V CANL / V CANH + V CANL = V AA
    Figure imgb0010
  • Die wichtigste Voraussetzung für die Funktion eines Selbstabgleichs ist das Vorhandensein einer innerhalb des einzelnen BUS-Systems 1 von allen BUS-Teilnehmern 5 nutzbaren und messbaren Referenz, wofür die Common Mode Spannung des dominanten Signals vom Master 6 benutzt werden kann. An jedem BUS-Teilnehmer 5 werden drei einzelne Messungen im dominanten BUS-State benötigt, und zwar eine erste Spannungsmessung zwischen GND und GND, die einen ersten Differenzspannungswert Vov liefert, eine zweite Spannungsmessung zwischen CANH und GND, die einen zweiten Differenzspannungswert VCANH liefert und eine dritte Spannungsmessung zwischen CANLL und GND, die einen dritten Differenzspannungswert VCANL liefert. Durch das Subtrahieren des Wertes aus der 0V-Messung von den beiden anderen Messungen erfolgt zunächst eine Offset-Kompensation. Der zu kompensierende Messwert ist die Differenz der Spannungsmessungen von VCANH und VCANL (also VCANH - VCANL). Der Korrekturfaktor kkorr für diese Differenz ergibt sich aus dem Quotienten der doppelten, im Prinzip beliebig festgelegten, nominellen Common-Mode-Spannung und der Summe der beiden im Offset kompensierten Werte für VCANH und VCANL, was dem doppelten der vom Master bereitgestellten Common Mode Spannung des dominanten Signals entspricht. Das Produkt aus der Differenz und dem ermittelten Korrekturfaktor ((VCANH - VCANL) · kkorr ) ergibt nun den innerhalb des BUS abgeglichenen, vergleichbaren Wert für die Differenzspannung von VCANH und VCANL.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, über drei einzelne Messungen einen Selbstabgleich der BUS-Teilnehmer durchzuführen, um anschließend eine Autoadressierung für alle BUS-Teilnehmer im CAN-BUS zu starten. Vorteilhaft ist besonders, dass eine absolute Genauigkeit bei den Spannungsmessungen nicht erforderlich ist. Verwendung findet eine nur innerhalb des BUS gültige, quasi beliebige, Referenz, anstatt einer globalen absoluten Referenz wie sie bei einem Tester-Abgleich bereitgestellt werden müsste. Ein Vorteil die Common-Mode-Spannung des dominanten Signals vom BUS-Master 6 als Referenz zu nutzen, liegt darin, dass sie an allen BUS-Teilnehmern 5 gleichzeitig unverändert anliegt.
  • In Figur 3 ist eine Ausführungsform des Schaltungsaufbaus des Messverstärkers mit Nutzung der SC-Technik zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Selbstkalibrierung der Messeinrichtung für die Autoadressierung in einem CAN-BUS-System 1 dargestellt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Messverstärker und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einen Abgleich am Ende der IC-Produktion auf einem Testsystem, der eine enorme Präzision erfordert, verzichtet werden.
  • Der Selbstabgleich der Messeinrichtung für eine Autoadressierung in einer BUS-Applikation als solcher, benötigt weder eine absolute Genauigkeit, noch ist eine Langzeitstabilität der zu messenden Größen erforderlich. Es ist lediglich erforderlich, dass allen BUS-Teilnehmern 5 innerhalb eines BUS 2 zum Zeitpunkt des Selbstabgleichs eine gleiche Spannung zur Messung zur Verfügung steht. Genau hier setzt die Lösung für den erfindungsgemäßen Messverstärker sowie das dazugehörige vorgestellte Messverfahren an, und vermeidet so völlig unnötigen Aufwand und Präzision am Tester. Es werden nun nur noch drei einzelne Messungen im dominanten BUS-State benötigt. Durch Subtrahieren des Wertes der V0V-Messung von den beiden anderen Messungen (VCANH, VCANL) erfolgt zunächst die Offset-Kompensation. Von diesen beiden im Offset kompensierten Messungen (V*CANH, V*CANL) ist nun der Quotient aus Differenz und Summe ein Maß der im Gain korrigierten BUS-Differenzspannung, die ggf. nur noch sinnvoll zu normieren ist, beispielsweise mit der doppelten nominalen Common-Mode-Spannung.
  • Der erfindungsgemäße Messverstärker und das zugehörige Messverfahren mit Selbstabgleich für CAN-AA+ (Auto-Addressing) kann für einen RGB-LED Multichannel PWM Controller IC mit einem CANPhy-Interface genutzt werden und bietet die Möglichkeit eines automatischen, sehr präzisen "Abgleichs" des Verstärkers bezüglich Offset und Gain in der Applikation bei/nach Power-On zum Zweck der Durchführung einer sicheren Autoadressierung im BUS-System 1.
    • Bezugszeichenliste
    • 1.
    CAN-BUS-System
    2.
    CAN-BUS
    3.
    CAN-High-Leitung
    4.
    CAN-Low-Leitung
    5.
    BUS-Teilnehmer, LED-Treiber-Schaltkreis
    6.
    BUS-Master
    7.
    Terminierungswiderstand
    8.
    CANH-Eingang
    9.
    CANL-Eingang
    10.
    GND-Eingang
    11.
    Umschalter
    12.
    Hilfsspannung
    13.
    Spannungsteiler
    14.
    Gepufferte Ausgangsspannung des Spannungsteilers zum Analog Digital Umsetzer
    15.
    Buffer-Operationsverstärker

Claims (9)

  1. Verfahren zur applikativen Selbstkalibrierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern (5) notwendigen Messanordnung in einem differentiellen CAN-BUS-System (1), wobei die BUS-Teilnehmer (5) längs eines CAN-BUS (2) linear angeordnet sind und jeweils mit einem ersten Anschluss mit einer CANH-Leitung (3) und mit einem zweiten Anschluss mit einer CANL-Leitung (4) des CAN-BUS (2) verbunden sind und ein CAN-BUS-Master (6) am Anfang des CAN-BUS (2) und mindestens am Ende des CAN-BUS (2) ein Terminierungswiderstand (7) angeordnet sind, wobei der CAN-BUS-Master (6) und der Terminierungswiderstand (7) die CANH-Leitung (3) und die CANL-Leitung (4) jeweils miteinander verbinden, das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    - Messen von drei Differenzspannungswerten während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer (5), wobei
    - ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer gleichzeitig gemessen wird,
    - ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer (5) gleichzeitig gemessen wird,
    - ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer (5) gleichzeitig gemessen wird;
    - Kompensieren eines individuellen Offsetfehlers für jeden BUS-Teilnehmer (5) durch Subtrahieren des ersten V0V-Differenzspannungswertes jeweils vom zweiten VCANH-Differenzspannungswert und vom dritten VCANL-Differenzspannungswert des jeweiligen BUS-Teilnehmers (5);
    - Kompensieren eines individuellen Gainfehlers für jeden BUS-Teilnehmer (5) mittels eines Korrekturfaktors kkorr , wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH-und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef/ (V*CANH+ V*CANL) ermittelt wird;
    - Ermitteln eines selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) durch jeden BUS-Teilnehmer (5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der BUS-Referenzwert VCMRef frei wählbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der BUS-Referenzwert VCMRef der nominal auftretenden Common-Mode-Spannung des vom BUS-Master (6) bereitgestellten dominanten BUS-State gemäß (VCANH + VCANL)/2 entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine GND-Versorgung für den Betrieb des CAN-BUS-Systems (1) am BUS-Ende eingespeist wird.
  5. Messverstärker zur applikativen Selbstkalibrierung einer für eine ortsgenaue automatische Adressierung von BUS-Teilnehmern (5) notwendige Messanordnung in einem differentiellen CAN-BUS-System (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Messverstärker einen CANH- (8) und einen CANL-Eingang (9) aufweist, wobei die Eingänge (8, 9) und ein GND-Potential-Anschluss (10) jeweils über Umschalter (11) mit einem ersten Spannungsteilereingang eines Spannungsteilers (13) verbindbar sind und eine Hilfsspannung (12) mit einem zweiten Spannungsteilereingang des Spannungsteilers (13) verbunden ist, wobei die Umschalter (11) nach einem festgelegten durch den CAN-BUS-Master (6) initiierten Ablauf zwischen einem GND-, CANHsowie CANL-Potential umschalten und die Ausgangsspannung (14) des Spannungsteilers (13) über einen Buffer-Operationsverstärker (15) einem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt wird.
  6. Messverstärker zur applikativen Selbstkalibrierung nach Anspruch 5, wobei der Spannungsteiler (13) mit zwei Spannungsteilereingängen in SC-Technik aufgebaut ist und die Spannungsteilereingänge über Vorwiderstände an die Umschalter (11) angeschlossen sind.
  7. Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern (5) mit applikativer Selbstkalibrierung in einem differentiellen CAN-BUS-System (1), wobei die BUS-Teilnehmer (5) längs eines CAN-BUS (2) linear angeordnet sind und jeweils mit einem ersten Anschluss mit einer CANH-Leitung (3) und mit einem zweiten Anschluss mit einer CANL-Leitung (4) des CAN-BUS (2) verbunden sind und ein CAN-BUS-Master (6) am Anfang des CAN-BUS (2) und mindestens am Ende des CAN-BUS (2) ein Terminierungswiderstand (7) angeordnet sind, wobei der CAN-BUS-Master (6) und der Terminierungswiderstand (7) die CANH-Leitung (3) und die CANL-Leitung (4) jeweils miteinander verbinden, das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    - Anschalten und/oder Zurücksetzen des CAN-BUS-Systems (1);
    - Signalisieren eines Autoadressierungsmodus durch den CAN-BUS-Master (6) an die BUS-Teilnehmer (5), die den Autoadressierungsmodus einstellen;
    - Messen von drei Differenzspannungswerten während eines dominanten BUS-State an jedem BUS-Teilnehmer (5), wobei
    - ein erster Differenzspannungswert V0V von GND gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer (5) gleichzeitig gemessen wird,
    - ein zweiter Differenzspannungswert VCANH von der CANH-Leitung (3) gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer (5) gleichzeitig gemessen wird,
    - ein dritter Differenzspannungswert VCANL von der CANL-Leitung (4) gegen GND an jedem BUS-Teilnehmer (5) gleichzeitig gemessen wird;
    - Kompensieren eines individuellen Offsetfehlers für jeden BUS-Teilnehmer (5) durch Subtrahieren des ersten V0V-Differenzspannungswertes jeweils vom zweiten VCANH-Differenzspannungswert und vom dritten VCANL-Differenzspannungswert des jeweiligen BUS-Teilnehmers (5);
    - Kompensieren eines individuellen Gainfehlers für jeden BUS-Teilnehmer (5) mittels eines Korrekturfaktors kkorr , wobei der Korrekturfaktor kkorr aus einem fixen BUS-Referenzwert VCMRef und den kompensierten V*CANH- und V*CANL-Differenzspannungswerten gemäß kkorr = 2 ·VCMRef / (V*CANH+ V*CANL) ermittelt wird;
    - Ermitteln eines selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA gemäß VAA = (VCANH - VCANL) · kkorr = (VCANH - VCANL) · (2·VCMRef) / (V*CANH + V*CANL) durch jeden BUS-Teilnehmer (5);
    - Gleichzeitiges Übermitteln der selbstkalibrierten Differenzspannungswerte VAA von jedem BUS-Teilnehmer (5) an den CAN-BUS-Master (6), wobei jeder BUS-Teilnehmer (5) das Übermitteln seines Differenzspannungswertes VAA solange wiederholt, bis dieser konfliktfrei bis zum letzten Bit an den CAN-BUS-Master (6) übertragen wurde, wobei aus der Reihenfolge der konfliktfrei übermittelten Differenzspannungswerte VAA mittels einer im CAN-BUS-System (1) bekannten und festgelegten Zuordnungsvorschrift eine BUS-Knotenadresse für jeden BUS-Teilnehmer (5) bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei derjenige BUS-Teilnehmer (5), der seinen selbstkalibrierten Differenzspannungswertes VAA konfliktfrei an den CAN-BUS-Master (6) übertragen hat, seine Übertragung an den CAN-BUS-Master (6) sperrt.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Ablaufsteuerung der Verfahrensschritte automatisch und quasi-protokollgesteuert durch den CAN-BUS-Master (6) erfolgt.
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