EP3893608B1 - 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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EP3893608B1
EP3893608B1 EP20185504.6A EP20185504A EP3893608B1 EP 3893608 B1 EP3893608 B1 EP 3893608B1 EP 20185504 A EP20185504 A EP 20185504A EP 3893608 B1 EP3893608 B1 EP 3893608B1
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EP
European Patent Office
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bus
canh
canl
differential
gnd
Prior art date
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Active
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EP20185504.6A
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EP3893608C0 (de
EP3893608A1 (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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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • 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 application-based self-calibration of the measuring arrangement required for the auto-addressing of these differential BUS interfaces in a differential BUS system.
  • the proposed method can be used, for example, to calibrate the control for the auto-addressing of intelligent LED chains in vehicles or in other technical devices.
  • the invention also relates to a measuring amplifier for carrying out the application-based self-adjustment and to a method for the precise location-based automatic addressing of BUS participants with application-based self-calibration in a differential CAN-BUS system.
  • An intelligent LED chain is a series of LEDs (light emitting diodes), each of which is controlled by an LED driver circuit, i.e. an LED controller.
  • An LED controller can act as a participant in the LED chain and control one or more LEDs.
  • a central control unit in the LED chain makes it possible to control and adjust the beam intensity (trimming), color, etc. of individual LEDs or LED groups in the chain individually via the LED driver circuits.
  • BUS systems are a versatile and frequently used solution for controlling LED chains.
  • a large number of participants also known as BUS participants
  • BUS participants can be integrated into a BUS system to be applied and connected via bidirectional communication using a suitable BUS protocol.
  • the fixed position of the participants in the BUS arrangement must be differentiated, which typically achieved by assigning individual addresses to each participant.
  • CN 104 345 176 A and EN 10 2018 110252 A1 represent the technological background of the invention.
  • From the EP 3 893 607 A1 is an auto-addressing method for differential BUS systems for intelligently controlled LED chains.
  • This auto-addressing method enables precise location-based addressing of LED driver ICs in a linear BUS topology that are arranged in a chain structure and also have a differential interface, without an additional address line. Addressing is carried out by evaluating a voltage drop across parasitic or additional line resistances between the participants. Both the physical properties of the differential BUS structure that already exist and the standardized signaling of the BUS are used for this purpose.
  • the procedure in the EP 3 893 607 A1 uses the additional line resistances inserted in the two lines between the BUS participants of the CAN BUS to ensure that a dominant differential level emitted by the BUS master is transmitted by BUS participants to BUS participants is reduced slightly by these BUS line resistances and the reduced termination resistance at the end of the BUS. These resistances 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 determine the BUS participant addresses. To do this, all BUS participants first measure the dominant difference level arriving at them with a command from the BUS master (abbreviated to "InitAA" - IAA).
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for the application-based self-calibration of the measuring arrangement required 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 calibration process during the manufacturing process unnecessary, in order to achieve serial production capability without any significant additional costs.
  • the BUS reference value V CMRef corresponds to the nominal common mode voltage of the dominant BUS state provided by the BUS master according to (V CANH + V CANL )/2.
  • a measuring amplifier is specified for the application-based self-calibration of a measuring arrangement required for precise, automatic addressing of BUS participants in a differential CAN-BUS system for carrying out the aforementioned method, wherein the measuring amplifier has a CANH and a CANL input, wherein the inputs and a GND potential connection can each be connected to a first voltage divider input of a voltage divider via changeover switches and an auxiliary voltage is connected to a second voltage divider input of the voltage divider, wherein the changeover switches switch between a GND, CANH and CANL potential according to a specified sequence initiated by the CAN-BUS master 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 and the voltage divider inputs are connected to the switches via series resistors.
  • the process steps are controlled automatically and quasi-protocol-controlled by the CAN-BUS master.
  • the method according to the invention makes it possible for the first time to specify a method for the application-based self-calibration of the measuring arrangement required for the precise location-based automatic addressing of BUS participants in a differential CAN-BUS system, with which a time-intensive calibration process during the manufacturing process of the ICs becomes unnecessary and which can be implemented without any problems in series production without any significant additional expenditure.
  • a measuring arrangement required for auto-addressing in a CAN-BUS system which is preferably used for and in a CAN-BUS system with auto-addressing.
  • the BUS participants are arranged linearly along a CAN-BUS and are each connected to a CANH line with a first connection and to a CANL line of the CAN-BUS with a second connection.
  • CANH indicates the CAN high potential
  • CANL indicates the CAN low potential.
  • the order in which the first connections of the BUS participants are connected to the CANH line along the CAN-BUS from a CAN-BUS master to a terminating resistor is the same as the order in which the second connections of the BUS participants are connected to the CANL line along the CAN-BUS from the BUS master to the terminating resistor.
  • a CAN-BUS master is at the beginning of the CAN-BUS and
  • a termination resistor is arranged at the end of the CAN-BUS, whereby the CAN-BUS master and the termination resistor connect the CANH line and the CANL line to each other.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • the prerequisite for carrying out the self-alignment of the BUS participant ICs according to the invention is that the CAN BUS system is first 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 is linguistically chosen in such a way that it marks the beginning and the end of a linearly extending CAN-BUS system, whereby it is crucial that the CAN-BUS master initiates a dominant BUS state in the CAN-BUS and the termination resistor is arranged at the location that is furthest away from the CAN-BUS master and closes the circuit back to the CAN-BUS master.
  • an individual offset error is compensated for each BUS participant 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 participant.
  • 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 nominal common mode voltage of the dominant BUS state signal provided by the CAN BUS master according to (V CANH + V CANL )/2.
  • the BUS reference value V CMRef can be freely selected.
  • the BUS reference value V CMRef corresponds to the nominal 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 fixed value for all BUS participants or for all ICs produced with auto-addressing capability.
  • the GND line of the supply for the operation of the CAN BUS system is fed in at the BUS end. This ensures that a systematic GND shift is created that only becomes negative towards the BUS end, whereby the difference between the measured values neighboring BUS participants is only increased and thus a more reliable position detection is ensured.
  • the object of the invention is also achieved by a measuring amplifier for the application-based self-calibration of a measuring arrangement necessary for a location-accurate automatic addressing of BUS participants 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, wherein the inputs and a GND potential input can each be connected to a first voltage divider input via changeover switches and an auxiliary voltage is permanently connected to a second voltage divider input, wherein the changeover switches switch between a GND, a CANH and a CANL potential at the input of the voltage divider depending on a BUS protocol-controlled schedule and the output voltage of the voltage divider is fed to an analog-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 switches 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 from the SC divider is therefore only available discontinuously for forwarding to an ADC via the buffer operational amplifier.
  • SC divider the switches can be operated directly on the pins via series resistors, since the SC dividers are currentless at the end of the clock phases and thus effectively have a high resistance. This has the advantage of 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 application-based self-calibration of a measuring arrangement required for a precise location-based automatic addressing of BUS participants as well as the measuring amplifier according to the invention can advantageously be used in a method according to the invention for the precise location-based automatic addressing of BUS participants with application-based self-calibration in a differential CAN-BUS system.
  • the procedure for location-accurate automatic addressing of BUS participants with application-based self-calibration in a differential CAN-BUS system comprises the following steps: First, the CAN-BUS system is switched on and/or reset.
  • the CAN BUS master then signals to all BUS participants (BUS slaves) that auto-addressing is taking place, whereupon the BUS participants set an auto-addressing mode, i.e. auto-addressing is initialized in each BUS participant and the task for measuring the differential voltages described below is carried out by each BUS participant.
  • first self-alignment three differential voltage values are measured during a dominant BUS state on each BUS participant, whereby a first differential voltage value V 0V from GND to GND is measured simultaneously on each BUS participant, a second differential voltage value V CANH from the CANH line to GND is measured simultaneously on each BUS participant, and a third differential voltage value V CANL from the CANL line to GND is measured simultaneously on each 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 is linguistically chosen in such a way that it marks the beginning and the end of a linearly extending CAN-BUS system, whereby it is crucial that the CAN-BUS master initiates a dominant BUS state in the CAN-BUS and the termination resistor is arranged at the location that is furthest away from the CAN-BUS master and closes the circuit back to the CAN-BUS master.
  • an individual offset error is calculated for each BUS participant 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 participant.
  • 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 nominal common mode voltage of the dominant BUS state signal provided by the CAN BUS master according to (V CANH + V CANL )/2.
  • each BUS participant simultaneously transmits the self-calibrated differential voltage value V AA to the CAN-BUS master, with each BUS participant repeating the transmission of its differential voltage value V AA until it has been transmitted to the CAN-BUS master without conflict down to the last bit, with a BUS node address for each BUS participant being determined from the sequence of the differential voltage values V AA transmitted without conflict using an assignment rule known and defined in the CAN-BUS system.
  • the BUS participants assign themselves a BUS node address.
  • the BUS master can check the correctness of the total number of BUS participants if it knows the number of BUS participants in the BUS system from the start.
  • the method according to the invention differs significantly from, for example, LIN auto-addressing methods, where only one BUS participant can be addressed per measurement.
  • the BUS participant that has transmitted its 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 transmission attempts to the CAN-BUS master that have been completed so far and then blocks its transmission to the CAN-BUS master.
  • the self-calibrated differential voltage value V AA is transmitted from each BUS participant to the CAN BUS master until this BUS participant has been assigned a valid BUS node address.
  • the process steps are controlled automatically and quasi-protocol-controlled by the CAN BUS master.
  • the inventive measuring method with self-adjustment includes, through the application-related approach, a location-dependent individual offset and gain error correction of the entire measuring paths within the BUS participants, whereby the process takes place automatically within the BUS participants and is initiated quasi-protocol-controlled by the CAN master.
  • the BUS-typical, physical levels of the measuring arrangement are also used as stimulating measuring signals, i.e. basically based on the physical properties of the BUS structure that already exist. 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 participants are LED driver circuits that control one or more LEDs.
  • the method according to the invention enables self-calibration for easier and safer implementation of the auto-addressing of LED chains based on the voltage drop of the BUS lines of the LED driver circuits. This solution only requires BUS communication, but does not require any additional components such as lines, pins, external components, etc.
  • the method according to the invention offers the following advantages: For auto-addressing, no complex adjustment is necessary at the end of the IC manufacturing process or in the application. Calibration is independent of both temperature influences and long-term drifts.
  • the method can take individual and location-dependent application properties into account at module level.
  • the common mode voltage of the BUS master forms the reference for the self-adjustment of the measuring devices of the BUS participants 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 method can be carried out with an absolutely minimal additional hardware effort in the integrated circuit (IC) for the self-adjustment by using the already existing physical properties of the BUS structure for the measurements.
  • 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 participants 5 are arranged linearly along the CAN-BUS 2 and are each connected with a first connection to the CANH line 3 and with a second connection to the CANL line 4 of the CAN-BUS 2.
  • the order of connection of the first connections of the BUS participants to the CANH line 3 along the CAN-BUS 2 from a BUS master 6 to a termination resistor 7 is the same as the order of connection of the second connections of the BUS participants 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, whereby the BUS master 6 and the termination resistor 7 connect the CANH line 3 and the CANL line 4 to each other.
  • the measurement voltages V meas prepared by the measuring amplifier are fed to an ADC, which is usually already present, to carry out the measurements and then used for auto-addressing after the individual measurement values have been calculated according to the method.
  • ADC Analog to Physical Component Derivatives
  • 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 set arbitrarily, but should preferably correspond to the nominal common mode voltage.
  • the most important prerequisite for the function of a self-alignment is the existence of a reference that can be used and measured by all BUS participants 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 in the dominant BUS state are required on each BUS participant 5, namely a first voltage measurement between GND and GND, which provides a first differential voltage value V 0V , a second voltage measurement between CANH and GND, which provides a second differential voltage value V CANH and a third voltage measurement between CANL L and GND, which provides 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 is the result of the quotient of twice 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 corresponds to twice the common mode voltage of the dominant signal provided by the master.
  • the product of the difference and the determined correction factor ((V CANH - V CANL ) ⁇ k korr ) 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 for carrying out the inventive method 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 quantities to be measured necessary. It is only necessary that all BUS participants 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 come into play, thus avoiding completely unnecessary effort and precision on the tester. Only three individual measurements in the dominant BUS state are now required. The offset compensation is first carried out by subtracting the value of the V 0V measurement from the other two measurements (V CANH , V CANL ).
  • V* CANH , V* CANL the quotient of difference and sum is now a measure of the gain-corrected BUS differential voltage, which may only need to be meaningfully 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 multi-channel 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 carrying out secure auto-addressing in the BUS system 1.

Landscapes

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

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.
  • CN 104 345 176 A und DE 10 2018 110252 A1 stellen technologischen Hintergrund der Erfindung dar.
  • Aus der EP 3 893 607 A1 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 Verfahren in der EP 3 893 607 A1 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 ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein Messverstärker gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • 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 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 Selbstkalibrierung 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 Selbstkalibrierung in einem differentiellen CAN-BUS-System eingesetzt werden.
  • Das Verfahren zur ortsgenauen automatischen Adressierung von BUS-Teilnehmern mit applikativer Selbstkalibrierung 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 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.
  • 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 rln 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 · Rln / (Rln·RAdd + RDiv·RAdd + Rln·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 V0V 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. 1. CAN-BUS-System
    2. 2. CAN-BUS
    3. 3. CAN-High-Leitung
    4. 4. CAN-Low-Leitung
    5. 5. BUS-Teilnehmer, LED-Treiber-Schaltkreis
    6. 6. BUS-Master
    7. 7. Terminierungswiderstand
    8. 8. CANH-Eingang
    9. 9. CANL-Eingang
    10. 10. GND-Eingang
    11. 11. Umschalter
    12. 12. Hilfsspannung
    13. 13. Spannungsteiler
    14. 14. Gepufferte Ausgangsspannung des Spannungsteilers zum Analog Digital Umsetzer
    15. 15. Buffer-Operationsverstärker

Claims (7)

  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, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    - 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. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Ablaufsteuerung der Verfahrensschritte automatisch und quasi-protokollgesteuert durch den CAN-BUS-Master (6) erfolgt.
  6. 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 5, 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.
  7. Messverstärker zur applikativen Selbstkalibrierung nach Anspruch 6, wobei der Spannungsteiler (13) mit zwei Spannungsteilereingängen in SC-Technik aufgebaut ist und die Spannungsteilereingänge über Vorwiderstände an die Umschalter (11) angeschlossen sind.
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