JP7109566B2 - バスシステムの送受信装置およびその動作方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バスシステムの送受信装置に関し、送受信装置は、バスシステムの第1の信号線に接続するための第1のバス端子と、バスシステムの第2の信号線に接続するための第2のバス端子と、第1および第2のバス端子からバス受信信号を受信するための受信ユニットとを有する。
また、本発明は、そのような送受信装置の動作方法に関する。
独国特許第102015222334号明細書から、バスシステムを介したデータ受信時のバス発振を選択的に抑制するための装置および方法が知られている。公知の装置は、バス信号の発振をマスキングするためのマスキング素子を提供する。マスキング素子は、比較的複雑である。
よって、本発明の課題は、冒頭に述べた種類の送受信装置およびその動作方法を、背景技術の上記欠点を低減または回避する点について改善することである。
請求項1にかかるバスシステムのための送受信装置が提案されており、ここで、送受信装置は、所定の第1の期間の間、所定の電気抵抗を介して第1および第2のバス端子を相互に接続するように構成されており、ここで、所定の第1の期間は、受信ユニットの少なくとも1つの動作変数に応じて選択可能である。これは、有利には、従来技術から公知であるような比較的複雑なマスキングユニットを必要とせずに、望ましくないバス発振の低減を可能にしている。第1の期間において、接続された抵抗によってより大きな減衰が生じるため、所定の第1の期間の間、所定の電気抵抗によってバス端子を接続することによって、場合によって発生し得るバス発振を有利に減少させることができる。さらに有利には、例えば、望ましくないバス発振の十分な減衰が達成されるまで、最適な長さまたは短さで抵抗を有効化できるように、けれどもそれ以上長くは有効化できないように第1の期間を柔軟に設定できることである。
好ましい実施形態では、受信ユニットは、バス受信信号に応じてバス差動信号を形成するように構成された受信コンパレータを有し、受信ユニットの少なくとも1つの動作変数は、バス差動信号またはそれから導出される信号である。これにより、所定の第1の期間を特に正確に算出することができる。
他の実施形態では、受信コンパレータは、特にバス差動信号に対して複数の受信しきい値を有し、これにより、抵抗がバス線にいかに長く接続されるか(所定の第1の期間)を、特に効率的に算出することができる。
他の実施形態では、第1の受信しきい値は約0.7ボルトであり、特に第2の受信しきい値は約0ボルト未満の値にあり、特に第3の受信しきい値は約0ボルトと第1の受信しきい値との間にある。出願人の調査によれば、これにより、所定の第1の期間が特に容易で正確に算出可能となる。
他の実施形態では、送受信装置は、所定の条件、すなわち、a)送受信装置の送信ユニットの送信入力信号の立ち上がりエッジ、b)送信ユニットの、第1および第2のバス端子を駆動する動作状態から第1および第2バス端子を駆動しない動作状態への状態移行、c)受信ユニットによってバス受信信号から導出された差動信号の立ち下がりエッジ、のうちの少なくとも1つが存在する場合に、第1および第2のバス端子を、所定の第1の期間の間、所定の電気抵抗を介して相互に接続するように構成されている。
他の実施形態では、所定の電気抵抗は、約40オームと約200オームとの間、好ましくは約80オームと約160オームとの間、さらに好ましくは約100オームと約140オームとの間、非常に好ましくは約120オームの値を有する。
実施形態の他の態様は、請求項1から6のうちの少なくとも1つに記載の少なくとも1つの送受信装置を有するバスシステムの加入者局によって記載されている。
実施形態の他の態様は、少なくとも1つの第1の信号線および少なくとも1つの第2の信号線を有するバス線と、少なくとも2つの加入者局と、を備えたバスシステムによって記載され、ここで、少なくとも2つの加入者局のうちの少なくとも1つは、請求項1から6の少なくとも1つに記載の少なくとも1つの送受信装置を有する。
実施形態の他の態様は、請求項9に記載のバスシステムのための送受信装置の動作方法によって記載されている。有利な改善形態は、従属請求項の対象である。
本発明の他の特徴、適用方法および利点は、図示された本発明の実施例の以下の説明から明らかとなる。この時、説明または表示された全ての特徴は、請求項またはその引用関係における要約にかかわらず、および、明細書または図面の記載または表現にかかわらず、その特徴自身または任意の組み合わせにおいて本発明の対象を形成するものである。
実施形態にかかるバスシステムの簡略化されたブロック図を概略的に示す。 他の実施形態にかかるバスシステムの簡略化されたブロック図を概略的に示す。 実施形態にかかる送受信装置のブロック図を概略的に示す。 実施形態にかかる抵抗装置のブロック図を概略的に示す。 他の実施形態にかかる送受信装置のブロック図を概略的に示す。 実施形態にかかる方法の簡略化されたフローチャートを示す。 実施形態にかかる動作変数の時間経過を概略的に示す。
図1は、車両、特に自動車、航空機、または産業用ロボット等に使用され得る実施形態にかかるバスシステム1の簡略化されたブロック図を概略的に示す。図1において、バスシステム1は、第1の加入者局110と、第2の加入者局120と、第3の加入者局130と、第4の加入者局140と、第5の加入者局150と、バス線160と、終端抵抗170とを有し、加入者局110~150は星型トポロジーで配置されている。バスシステム1は、例えば、CANバスシステムやCANFDバスシステム等であってもよい。この実施例では、バスシステム1はごく一般的に、加入者局110~150のうちの1つによるバス線160への排他的で衝突のないアクセスが、少なくとも一時的に保証される通信のために構成されている。第1の加入者局110は、例えば、自動車の制御装置であってもよい。第2、第4、第5の加入者局120、140、150は、例えばそれぞれ自動車のセンサであってもよい。第3の加入者局130は、例えば、自動車の表示装置であってもよい。
図2は、他の実施例にかかるバスシステム2を示す図である。第1の実施例にかかるバスシステム1とは異なり、第2の実施例にかかるバスシステム2は、バス線160のそれぞれの端部に2つの終端抵抗170a、170bを備える線形バストポロジーを有する。加入者局110~150は、図2にかかるバスシステム2において、図1の場合と同様に構成することができる。
図3は、実施形態にかかるバスシステム用送受信装置10の概略ブロック図である。例えば、以下に図3を参照して以下に説明する送受信装置10は、図1、2を参照して上述したバスシステム1、2の少なくとも1つの加入者局110、...、150で使用することができる。
送受信装置10は、図3に概略的に示されるバスシステム1の第1の信号線1aに接続するための第1のバス端子12aと、バスシステム1の第2の信号線1bに接続するための第2のバス端子12bとを有する。例えば、バス線160(図1)は2つの信号線1a、1bを有する。
また、送受信装置10は、第1および第2のバス端子12a、12bからのバス受信信号BEを受信するための受信ユニット18を有する。これに加えて、受信ユニット18はその端子18a、18bを介してバス端子12a、12bに接続されている。
本発明によれば、送受信装置10は、第1および第2のバス端子12a、12bを、所定の電気抵抗を介して、所定の第1の期間の間相互に接続するように構成されている。
これは、例えば図3に例示した抵抗装置17を介して行うことができ、抵抗装置17はその端子17a、17bを介してバス端子12a、12bに接続されており、例えば図4に示す構造を有する。
抵抗装置17は、約40オームと約200オームの間、好ましくは約80オームと約160オームの間、より好ましくは約100オームと約140オームの間、非常に好ましくは約120オームの値を有する電気抵抗Rと、これに加えて、直列に配置されたスイッチ17cとを有することができ、スイッチ17cは、本実施形態では例えば受信ユニット18によって提供される(図3)制御信号a1によって制御可能である。他の実施形態では、抵抗装置17は、例えば半導体素子、特に電界効果トランジスタ等を有し、そのドレイン-ソース経路が制御信号a1の影響下で、例えば、高抵抗状態(「減衰抵抗が接続されていない状態」)と、上述した範囲、例えば約120オームのドレイン-ソース経路の抵抗を用いた動作状態との間で制御可能である。
さらに本発明によれば、バス端子12a、12bに関して抵抗Rを有効化できる所定の第1の期間が、受信ユニット18の少なくとも1つの動作変数に応じて選択可能であることが企図される。これにより、抵抗Rは、受信ユニット18または装置10の動作に有益であるような長さで有効化でき、けれども例えばそれ以上長くは有効化しないようにできることが保証される。例えば、受信ユニット18は、それに応じて、バス端子12a、12bに関して抵抗Rが有効化される所定の第1の期間を設定でき、これは、例えば、制御信号a1を介して行われる。
任意選択的に、送受信装置10は、第1および第2のバス端子12a、12bにバス送信信号を出力するための送信ユニット14、例えば、バス線160を介して他の加入者局またはそのそれぞれの送受信装置(図示せず)に情報を送信するための送信ユニット14を有してもよい。好ましくは、送信ユニット14はその端子14a、14bを介してバス端子12a、12bに接続されている。
図5は、本実施形態では、例えばCAN-FDバスシステムとして構成されたバスシステム1上で動作するように構成された、更なる実施形態にかかる送受信装置10aのブロック図を概略的に示す。以下では、図3にかかる構成10との相違点のみを説明する。端子11aを介して、送受信装置10aは、例えばグランド電位である第1の基準電位CAN_GNDと接続されている。端子11bを介して、送受信装置10aは、第2の基準電位CAN_SUPPPLYに接続されており、これは、例えば、動作電圧に対応する例えば+5ボルトの基準電位である。
送信ユニット14は、送信信号ドライバ141を有しており、送信信号ドライバ141は、この送信信号ドライバ141に供給される送信入力信号TxDに応じて、2つの半導体スイッチ142a、142bを制御するための出力信号を生成する。図5から分かるように、第1の半導体スイッチ142aが送信入力信号TxD(または増幅された送信入力信号TxD’)によって適切に制御されると、送信ユニット14は送信ユニット14の第1の端子14aを介して第1のバス端子12aに接続されているのだが、その送信ユニット14の第1の端子14aは、第2の基準電位CAN_SUPPPLYに応じた電位におかれることができる。これと同様に、第1の半導体スイッチ142bが送信入力信号TxDによって適切に制御されると、送信ユニット14は送信ユニット14の第2の端子14bを介して第2のバス端子12bに接続されているのだが、その送信ユニット14の第2の端子14bは、第1の基準電位CAN_GNDに応じた電位におかれることができる。よって、この送信ユニット14のこの動作状態は、送信ユニット14の駆動動作状態とも呼ばれる。したがって、半導体スイッチ142a、142bによって、該当する端子14a、14bまたは12a、12bが上記電位におかれない場合は、送信ユニット14の非駆動動作状態が生じる。この状態は、送信ユニット14の高抵抗状態と表現することもできる。望ましくないバス発振は、例えば、送信ユニット14が駆動動作状態から非駆動動作状態に変化する時に発生し得る。この場合バス発振は、上述した原理を用いて抵抗装置17によっても有利に減衰させることができる。
一例として図5で説明した構成であっても、例えばそれに応じて実施形態にかかる方法を実施することができる。抵抗装置17および制御信号a1を参照のこと。
これに加えて、図6は、一実施形態にかかる方法の簡略化されたフロー図である。ステップ200において、送受信装置10a(図5)は、受信ユニット18の少なくとも1つの動作変数に応じて所定の第1の期間を選択し、ステップ210において、送受信装置10aは、この予め選択された第1の期間の間、抵抗装置17の抵抗R(図4)を介して、バス端子12a、12bを相互に接続する。
他の実施形態では、ステップ200、210における実施時間が少なくとも部分的に重複することも考えられる。例えば、抵抗装置17の有効化のための開始時点を最初に選択でき、これを適宜有効化することができ、次に、受信ユニット18の少なくとも1つの動作変数に応じて、例えば抵抗装置17を有効化するための所定の期間を算出することができ、所定の期間の経過後に、有効化を終了することができる。
さらなる好ましい実施形態では、受信ユニット18(図5)は、バス受信信号に応じてバス差分信号VDIFFを形成するように構成された受信コンパレータ181を有し、受信ユニット18の少なくとも1つの動作変数は、バス差分信号VDIFFまたはそこから導出される信号である。これにより、所定の第1の期間を特に正確に算出することができる。例えば、バス差動信号VDIFFは、差動増幅器182によってバス信号CAN_H、CAN_Lから形成することができる。また、バス差動信号VDIFFは、CANバス線CAN_HとCAN_Lの間のアナログ差動電圧とみなすことができる。ここでは、VDIFF=CAN_H-CAN_Lが成り立つ。差動電圧VDIFFは、例えばレセッシブビットの場合は0V、ドミナントビットの場合は典型的に2Vである。
他の実施形態では、受信コンパレータ181は、特にバス差動信号VDIFFに対する複数の受信しきい値TH1、TH2、...を有し、これにより、抵抗R(図4)がバス線12a、12bにいかに長く接続されるかを特に効率的に算出できる。他方で、制御は、図5の構成では受信コンパレータ181によって形成可能であり、抵抗装置17に出力可能である制御信号a1によって行われる。
他の実施形態では、第1の受信しきい値TH1は約0.7ボルトであり、特に第2の受信しきい値TH2は約0ボルト未満の値であり、特に第3の受信しきい値TH3は約0ボルトと第1の受信しきい値との間である。出願人の調査によれば、これにより第1の期間を特に容易かつ正確に算出することができる。
さらに、図7は、一実施形態にかかるバス差動信号VDIFFの時間経過を概略図に示す。時点t1、すなわち本実施形態ではバス差動信号VDIFFの立ち下がりエッジでは、望ましくない発振が発生するが、これは、所定の第1の期間T1、すなわち時点t2までの間、抵抗R(図4)をオンにすることで減衰させることができる。
他の実施形態では、送受信装置10a(図5)は、所定の条件、すなわち、a)送受信装置10aの送信ユニット14の送信入力信号TxDの立ち上がりエッジ、b)送信ユニット14の、第1および第2のバス端子を駆動する動作状態から第1および第2バス端子を駆動しない動作状態への状態移行、c)受信ユニット18によってバス受信信号BEから導出された差動信号VDIFF(図7)の立ち下がりエッジ、のうちの少なくとも1つが存在する場合に、第1および第2のバス端子12a、12bを、所定の第1の期間の間、所定の電気抵抗Rを介して相互に接続するように構成されている。すなわち、抵抗Rを有効化する開始時点t1は、例えばこれら基準のうちの少なくとも1つに応じて選択可能である。
他方、所定の第1の期間T1は、受信ユニット18(図5)の少なくとも1つの動作変数に応じて、本実施形態では、例えば上記受信しきい値TH1、TH2、TH3のうちの少なくとも1つを下回ることおよび/または上回ることに関する例えば時間経過VDIFFに応じて、有利に選択することができる。
いくつかの実施形態では、差分信号VDIFF(図7)が負の受信しきい値TH2を下回るかについて、および、それに基づいて、好ましくはバスシステム上のデータ伝送のビット時間よりも小さい(特に大幅に小さい、例えばバスシステム上のデータ伝送のビット時間の約20%よりも小さい)所定の待ち時間内に、負の受信しきい値TH2を下回ることが(1回または複数回)検出された後に、第1の受信しきい値TH1を超えるか否かについて監視することを企図することができる。例えば、負の受信しきい値TH2を差分信号VDIFFが下回る場合、および、負の受信しきい値TH2を下回った後、所定の待ち時間内に第1の受信しきい値TH1を差分信号VDIFFが上回らない場合は、差動信号VDIFFのそれ自体望ましくない発振が存在していたが(負の受信しきい値TH2を下回るため)、この望ましくない発振がその間に(待ち時間内に)十分に強く減衰した(待ち時間内に第1の受信しきい値TH1を上回らないため)ことを推測できる。この状態は、図7では時点t2辺りで到達している。時点t1およびt2の間に、本実施例では、負の受信しきい値TH2を合計3回下回り、負の受信しきい値TH2をそれぞれ1回目および2回目に下回った後に、第1の受信しきい値TH1を上回るが、負の受信しきい値TH2を3回目に下回った後、続いて第1の受信しきい値TH1にはかろうじて到達するが、それ以上超えることはない。時点t2を参照のこと。よって、いくつかの実施形態では、抵抗R(図4)の接続を時点t2以降に非有効化にすることができる。他の実施形態では、時間t2以降に、例えば約5ナノ秒から約10ナノ秒の所定の保護時間を加算して抵抗Rを非有効化することも可能であり、この時望ましくない発振が特に確実に許容可能な程度まで減衰する。
換言すれば、いくつかの実施形態における送受信装置10、10aは、差動信号VDIFFが負の受信しきい値TH2を下回るかについて、および、それに基づいて、好ましくはバスシステム上のデータ伝送のビット時間よりも小さい(特に大幅に小さい)所定の待ち時間内に、負の受信しきい値TH2を下回ることが(特に1回または複数回)検出された後に、第1の受信しきい値TH1を超えるか否かにについて、監視するように構成することができる。これらの条件が満たされた時点を、所定の第1の期間T1の終了、すなわち抵抗Rを非有効化するための信号として用いることができる。
好ましい実施形態では、抵抗R(図4)の有効化のための所定の第1の期間T1(図7)は、典型的には、約40ns(ナノ秒)と約150nsとの間で選択可能である。他の値は、他の実施形態でも考えられる。
実施形態にかかる原理は、CANまたはCANFDバスシステムでの適用に限定されるものではなく、例えば、LVDSバスシステムまたはLINバスシステム、または一般的にドミナントおよびレセッシブのバス状態を有する全てのバスシステムでも使用することができる。

Claims (10)

  1. バスシステム(1;2)の送受信装置(10;10a)であって、
    前記送受信装置(10;10a)は、
    前記バスシステム(1;2)の第1の信号線(1a;CAN_H)に接続するための第1のバス端子(12a)と、
    前記バスシステム(1;2)の第2の信号線(1b;CAN_L)に接続するための第2のバス端子(12b)と、
    前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)からバス受信信号(BE)を受信するための受信ユニット(18)とを有し、
    前記受信ユニット(18)は、前記バス受信信号(BE)に応じてバス差動信号(VDIFF)を形成するように構成された受信コンパレータ(181)を有し、
    前記送受信装置(10;10a)は、
    所定の第1の期間(T1)の間、所定の電気抵抗(R)を介して前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を相互に接続する(210)ように構成されており、
    前記受信コンパレータ(181)は、前記バス差動信号(VDIFF)と比較する第1の受信しきい値(TH1),第2の受信しきい値(TH2),第3の受信しきい値(TH3)を有し、
    前記第1の受信しきい値(TH1),前記第2の受信しきい値(TH2),前記第3の受信しきい値(TH3)のいずれかを選択することによって、前記所定の第1の期間(T1)を選択可能である
    送受信装置(10;10a)において、
    a)前記送受信装置(10;10a)の送信ユニット(14)の送信入力信号(TxD)の立ち上がりエッジ、
    b)前記送信ユニット(14)の、前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を駆動する動作状態から前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を駆動しない動作状態への状態移行、
    のいずれかが存在する場合に、前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を、前記所定の第1の期間の間、前記所定の電気抵抗(R)を介して相互に接続するように構成されている、
    ことを特徴とする送受信装置(10;10a)
  2. 前記第1の受信しきい値(TH1)は0.7ボルトであり、前記第2の受信しきい値(TH2)は0ボルト未満の値にあり、前記第3の受信しきい値(TH3)は0ボルトと前記第1の受信しきい値(TH1)との間にある、請求項1に記載の送受信装置(10;10a)。
  3. 前記所定の電気抵抗(R)は、40オームと200オームの間の値を有する、請求項1又は2に記載の送受信装置(10;10a)。
  4. 前記所定の電気抵抗(R)は、80オームと160オームの間の値を有する、請求項1又は2に記載の送受信装置(10;10a)。
  5. 前記所定の電気抵抗(R)は、100オームと140オームの間の値を有する、請求項1又は2に記載の送受信装置(10;10a)。
  6. 前記所定の電気抵抗(R)は、120オームの値を有する、請求項1又は2に記載の送受信装置(10;10a)。
  7. 請求項16のいずれか一項に記載の少なくとも1つの送受信装置(10;10a)を有するバスシステム(1;2)の加入者局(110120130140150)。
  8. 少なくとも1つの第1の信号線(1a;CAN_H)および少なくとも1つの第2の信号線(1b;CAN_L)を有するバス線(160)と、少なくとも2つの加入者局(110,120,130,140,150)とを備えたバスシステム(1;2)であって、
    前記少なくとも2つの加入者局(110,120,130,140,150)のうちの少なくとも1つは、請求項1~6のいずれか一項に記載の少なくとも1つの送受信装置(10;10a)を有するバスシステム(1;2)。
  9. バスシステム(1;2)の送受信装置(10;10a)の動作方法であって、
    前記送受信装置(10;10a)は、
    前記バスシステム(1;2)の第1の信号線(1a;CAN_H)に接続するための第1のバス端子(12a)と、
    前記バスシステム(1;2)の第2の信号線(1b;CAN_L)に接続するための第2のバス端子(12b)と、
    前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)からバス受信信号(BE)を受信するための受信ユニット(18)とを有し、
    前記受信ユニット(18)は、前記バス受信信号(BE)に応じてバス差動信号(VDIFF)を形成するように構成された受信コンパレータ(181)を有し、
    前記送受信装置(10;10a)は、
    所定の第1の期間(T1)の間、所定の電気抵抗(R)を介して前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を相互に接続する(210)ように構成されており、
    前記受信コンパレータ(181)は、前記バス差動信号(VDIFF)と比較する第1の受信しきい値(TH1),第2の受信しきい値(TH2),第3の受信しきい値(TH3)を有し、
    前記第1の受信しきい値(TH1),前記第2の受信しきい値(TH2),前記第3の受信しきい値(TH3)のいずれかを選択することによって、前記所定の第1の期間(T1)を選択可能である、
    バスシステム(1;2)の送受信装置(10;10a)の動作方法において、
    a)前記送受信装置(10;10a)の送信ユニット(14)の送信入力信号(TxD)の立ち上がりエッジ、
    b)前記送信ユニット(14)の、前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を駆動する動作状態から前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を駆動しない動作状態への状態移行、
    のいずれかが存在する場合に、前記第1のバス端子(12a)および前記第2のバス端子(12b)を、前記所定の第1の期間の間、前記所定の電気抵抗(R)を介して相互に接続するように構成されている、
    ことを特徴とするバスシステム(1;2)の送受信装置(10;10a)の動作方法。
  10. 前記第1の受信しきい値(TH1)は0.7ボルトであり、前記第2の受信しきい値(TH2)は0ボルト未満の値にあり、前記第3の受信しきい値(TH3)は0ボルトと前記第1の受信しきい値(TH1)との間にある、請求項9に記載のバスシステム(1;2)の送受信装置(10;10a)の動作方法
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