TW201505396A - 控制器區域網路節點收發器 - Google Patents

Abstract

一種電子裝置，包含一控制模組及一收發模組，該收發模組另包含一收發單元、一第一隔離元件及一第二隔離元件，該收發單元另包含一第一開關及一第二開關，該第一隔離元件係外接於該收發單元之該第一開關及該匯流排之間，該第二隔離元件係外接於該收發單元之該第二開關及該匯流排之間，該第一隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第一突波電流以防止該第一開關被該第一突波電流燒毀，該第二隔離元件被建構以將來自該匯流排之一第二突波電流導向該接地端，以防止該第二開關被該第二突波電流燒毀。

Description

控制器區域網路節點收發器

本揭露係關於收發器，尤其是控制器區域網路節點收發器。

控制器區域網路(Controller Area Network)是起緣於80年代，由國際標準化組織(ISO)所發佈，應用於極嚴苛環境下的傳輸匯流排，它能在電氣條件惡劣或是不穩定的狀況下依然提供相當穩定的傳輸量，所以常用於各種交通工具的控制系統中。簡單來說，就是利用雙線差動(two-wire differential)傳輸的技術規格，當某個差動匯流排訊號線斷路、接地或搭上電源線時，仍提供持續傳送訊號。

控制器區域網路係藉由一控制器將一微控制單元之訊號傳送給一收發器，再藉由該收發器對一匯流排進行廣播。該控制器與該微控制單元係可經由數位製程而整合於一電子裝置中。然而，前述該收發器係為類比元件，如欲將該收發器與前述任一控制器整合於一電子裝置中，將遭遇到極大困難。

本揭露提出一種整合該控制器及該收發器之控制器區域網路節點收發器。

本揭露之一實施例揭示一種電子裝置，包含一控制模組及一收發模組，該收發模組包含一收發單元、一第一隔離元件及一第二隔離元件，該收發單元包含一第一開關及一第二開關。

其中該第一隔離元件係外接於該收發單元之該第一開關及一匯流排之間，該第二隔離元件係外接於該收發單元之該第二開關之一端及該匯流排之間，該第二開關之另一端耦接於一接地端，其中該控制模組被建構以接收一微控制單元之一訊號，並因應於該訊號產生一控制訊號至該收發模組，該收發模組被建構以因應於該控制訊號對該匯流排廣播一第一電性訊號及接收自該匯流排之一第二電性訊號及該第一隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第一突波電流，該第二隔離元件被建構以將來自該匯流排之一第二突波電流導向該接地端。

本揭露之一實施例揭示一種訊號收發模組，包含一收發單元、一第一隔離元件及一第二隔離元件，該收發單元另包含一第一開關及一第二開關。其中該第一隔離元件係外接於該收發單元之該第一開關及一匯流排之間，該第二隔離元件係外接於該收發單元之該第二開關及該匯流排之間，該第一隔離元件被建構以隔離來自一匯流排之一第一突波電流，該第二隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第二突波電流。

上文已經概略地敍述本揭露之技術特徵，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵將描述於下文。

本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，下文揭示之概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結 構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應可瞭解，這類等效的建構並無法脫離後附之申請專利範圍所提出之本揭露的精神和範圍。

10‧‧‧電子裝置

11‧‧‧匯流排

12‧‧‧收發模組

12'‧‧‧收發模組

13‧‧‧微控制單元

14‧‧‧控制模組

16‧‧‧開關

18‧‧‧匯流排監測模組

21‧‧‧驅動器

22‧‧‧溫度保護模組

23‧‧‧第一開關

24‧‧‧電位比較模組

241‧‧‧省電模式比較單元

243‧‧‧正常模式比較單元

25‧‧‧第二開關

26‧‧‧收發單元

26'‧‧‧收發單元

27‧‧‧第一隔離元件

28‧‧‧資料訊號波型斜率控制模組

29‧‧‧第二隔離元件

80‧‧‧喚醒模式控制模組

82‧‧‧多工器

圖1顯示本揭露一實施例之一種電子裝置之示意圖；圖2顯示本揭露一實施例之收發模組之電路示意圖；及圖3顯示本揭露另一實施例之收發模組之電路示意圖。

圖1顯示本揭露一實施例之電子裝置10與微控制單元13及匯流排11之作動示意圖。電子裝置10係為一高速控制器區域網路節點收發器，操作於例如大於125Kb/sec之傳輸速度。電子裝置10與微控制單元13係被稱為一電子控制單元(Electronic Control Unit)。匯流排11包含控制器區域網路高電壓訊號通道CANH及控制器區域網路低電壓訊號通道CANL。電子裝置10被建構以與微控制單元13及匯流排11進行電性訊號交換。

於本實施例中，如圖1所示，電子裝置10包含收發模組12、控制模組14、開關16及匯流排監測模組18。控制模組14包含數位元件，收發模組12則包含類比元件。電子裝置10係藉由CMOS製程以將控制模組14、收發模組12整合於其中。該CMOS製程包含一層多晶矽(polysilicon)、四層金屬、0.18~0.25μm及1.8伏特~40伏特之CMOS製程。

於本實施例中，電子裝置10具有將該控制器區域網路高電壓訊號通道CANH之電流短路到工作電壓V_DD及將該控制器區域網路低電壓訊號通道CANL之電流短路到接地端之容錯能力。

匯流排監測模組18被建構以比較該控制器區域網路高電壓訊號通道CANH之正極性電壓與一參考電壓，以及比較該控制器區域網路低電壓訊號通道CANL之負極性電壓與該參考電壓，並判斷該控制器區域網路高電壓訊號通道CANH及該控制器區域網路低電壓訊號通道CANL之電壓訊號傳輸是否違反控制器區域網路通訊協定。如有違反控制器區域網路通訊協定，匯流排監測模組18傳送一邏輯位準至收發模組12以關閉收發模組12之收發功能。

開關16係位於控制模組14與收發模組12彼此之訊號輸出通道及訊號輸入通道之間。當電子裝置10之收發功能有異常時，例如：當控制模組14發出之電性訊號未獲得傳輸確認時，微控制單元13會輸出一邏輯位準以導通開關16。此時，控制模組14之一訊號輸出端、以導通之開關16及控制模組14之一訊號接收端形成一訊號檢測迴路以提供微控制單元13一迴路測試之功能。

圖2係為本揭露一實施例之收發模組12之電路示意圖。如圖2所示，收發模組12包含收發單元26、第一隔離元件27及第二隔離元件29。收發單元26包含驅動器21、第一開關23、第二開關25、溫度保護模組22、電位比較模組24、資料波型斜率控制模組28、喚醒模式控制模組80及多工器82。

溫度保護模組22耦接於驅動器21，溫度保護模組22被建構以提供驅動器21一高溫保護機制。當驅動器21之表面溫度到達例如攝氏170度時，該高溫保護機制將被啟動以關閉驅動器21之所有工作。

第一開關23包含P型金氧半場效電晶體，該P型金氧半場效電晶體之源極耦接於工作電壓V_DD。第二開關25包含N型金氧半場效電晶體，該N型金氧半場效電晶體之源極耦接於一接地端。該些金氧 半場效電晶體之閘極皆耦接於驅動器21。在一實施例中，第一開關23及第二開關25之電壓最大耐受度皆為40伏特。

第一隔離元件27包含第一二極體。第一隔離元件27係以外接方式耦接於收發單元26。詳言之，第一隔離元件27係耦接於控制器區域網路高電壓訊號通道CANH及收發單元26之第一開關23之間。第一隔離元件27被建構以隔離來自控制器區域網路高電壓訊號通道CANH之突波電流。

第二隔離元件29包含第二二極體。第二隔離元件29係以外接方式耦接於收發單元26。詳言之，第二隔離元件29係耦接於控制器區域網路低電壓訊號通道CANL及收發單元26之第二開關25之間。第二隔離元件29被建構以將來自控制器區域網路低電壓訊號通道CANL之突波電流經由第二開關25導入該接地端。

如圖2所示，該第一二極體之正極耦接於P型金氧半場效電晶體之汲極，而負極則耦接於匯流排11之控制器區域網路高電壓訊號通道CANH。又，該第二二極體之正極耦接於匯流排11之控制器區域網路低電壓訊號通道CANL，而負極則耦接於N型金氧半場效電晶體之汲極。第一二極體及第二二極體被建構以提供防護機制予收發模組12，以防止來自匯流排11之突波電流毀壞收發模組12之P型金氧半場效電晶體及N型金氧半場效電晶體。

該防護機制係作動如後：當汽車發動、遭到雷擊或累積靜電荷過多時，而於匯流排11產生正極性突波電流或負極性突波電流，該正極性突波電流或該負極性突波電流則會進入收發模組12。此時，該正極性突波電流無法經由第一二極體27進入第一開關23，因此，第一二極體27會將該正極性突波電流隔離以防止第一開關23被該正 極性突波電流燒毀。另，第二二極體29則會將該負極性突波電流導向該接地端以防止第二開關25被該負極性突波電流燒毀。又，省電模式比較單元241及正常模式比較單元243具有抗突波電流之內阻，因此，省電模式比較單元241及正常模式比較單元243不會被該些突波電流燒毀。

於正常工作模式下，請同時參照圖1及圖2，微控制單元13產生一工作訊號至控制模組14，控制模組14因應於該工作訊號以產生一控制資料訊號至資料波型斜率控制模組28。資料波型斜率控制模組28可包含一相移電路(RC circuit)，並且被建構以接收來自控制模組14之該控制資料訊號及調整該控制資料訊號之波型，以及輸出該控制資料訊號至驅動器21。

此時，喚醒模式控制模組80輸出一高邏輯位準至資料波型斜率控制模組28而使其持續作動。另，驅動器21因應於該控制資料訊號同時輸出一低邏輯位準至P型金氧半場效電晶體及一高邏輯位準至N型金氧半場效電晶體，因而同時開啟該P型金氧半場效電晶體與N型金氧半場效電晶體。由於該P型金氧半場效電晶體及該N型金氧半場效電晶體皆處於導通狀態，匯流排11之高電壓訊號通道CANH及正常模式比較單元243之一輸入端藉由P型金氧半場效電晶體及第一二極體拉升至工作電壓V_DD。同時，來自匯流排11之低電壓訊號通道CANL之負極性電壓被傳送至正常模式比較單元243之另一輸入端。在一實施例中，正常模式比較單元243包含一工作放大器。

此時，正常模式比較單元243比較工作電壓V_DD及該負極性電壓以產生一邏輯位準，並經由多工器82傳送該邏輯位準至控制模組14。控制模組14因應於該邏輯位準傳送一控制訊號至微控制單元13， 亦請參照圖1，微控制單元13依據該控制訊號以判斷訊號之收發運作是否正常。

又，當汽車鑰匙拔除後一段時間或微控制單元13欲進入省電模式，微控制單元13產生待機控制訊號至控制模組14以使控制模組14進入省電模式，同時控制模組14因應於該待機控制訊號產生待機訊號STB至喚醒模式控制模組80。喚醒模式控制模組80因應於該待機訊號STB產生一低邏輯位準以關閉資料波型斜率控制模組28。由於驅動器21不再接收到資料波型斜率控制模組28之控制資料訊號，收發模組12亦進入省電模式。

另，如匯流排11之電壓訊號欲進入收發模組12，而微控制單元13、控制模組14及收發模組12處於省電模式時，省電模式比較單元241接收到該高電壓訊號通道CANH之一電壓訊號及該低電壓訊號通道CANL之一電壓訊號，並比較匯流排11之高電壓訊號通道CANH之該電壓訊號及低電壓訊號通道CANL之該電壓訊號以產生一邏輯位準至喚醒模式控制模組80。喚醒模式控制模組80因應於該邏輯位準而產生一高邏輯位準以使資料波型斜率控制模組28進入工作之狀態。在一實施例中，省電模式比較單元241包含一工作放大器。

另，喚醒模式控制模組80之該高邏輯位準亦經由多工器82傳送至控制模組14以喚醒控制模組14。控制模組14因應於省電模式比較單元241之該高邏輯位準產生一喚醒控制訊號以使微控制單元13進入工作狀態。

圖3顯示本揭露另一實施例之收發模組12'之電路示意圖。如圖3所示，收發模組12'包含收發單元26'、第一隔離元件27及第二隔離元件29。收發單元26包含驅動器21、第一開關23、第二開關25、溫 度保護模組22、電位比較模組24及資料波型斜率控制模組28。溫度保護模組22耦接於驅動器21，以提供驅動器21一高溫保護機制。當驅動器21之表面溫度到達例如攝氏170度時，該高溫保護機制將被啟動以關閉驅動器21之所有工作。第一開關23包含P型金氧半場效電晶體，該P型金氧半場效電晶體之源極耦接於工作電壓V_DD。第二開關25包含N型金氧半場效電晶體，該N型金氧半場效電晶體之源極耦接於一接地端。該些金氧半場效電晶體之閘極皆耦接於驅動器21。

第一隔離元件27包含第一二極體，並以外接方式耦接於收發單元26。詳言之，第一隔離元件27係耦接於控制器區域網路高電壓訊號通道CANH及收發單元26之第一開關23之間。第一隔離元件27被建構以隔離來自控制器區域網路高電壓訊號通道CANH之突波電流。第二隔離元件29包含第二二極體，並以外接方式耦接於收發單元26。詳言之，第二隔離元件29係耦接於控制器區域網路低電壓訊號通道CANL及收發單元26之第二開關25之間。第二隔離元件29被建構以將來自控制器區域網路低電壓訊號通道CANL之突波電流經由第二開關25導入該接地端。如圖3所示，第一二極體之正極耦接於P型金氧半場效電晶體之汲極，而負極耦接於匯流排11之控制器區域網路高電壓訊號通道CANH。第二二極體之正極耦接於匯流排11之控制器區域網路低電壓訊號通道CANL，而負極耦接於N型金氧半場效電晶體之汲極。第一二極體及第二二極體被建構以提供防護機制予收發模組12，以防止來自該匯流排11之突波電流毀壞該收發模組12之P型金氧半場效電晶體及N型金氧半場效電晶體。

該防護機制係作動如後：當汽車發動、遭到雷擊或累積靜電荷過多，而於匯流排11產生正極性突波電流或負極性突波電流時，該正極性突波電流或該負極性突波電流會進入收發模組12。此時，該正極性突波電流無法經由第一二極體27進入第一開關23，因此，第一二極體27會將該正極性突波電流隔離以防止第一開關23被該正極性突波電流燒毀。另，第二二極體29則將該負極性突波電流導向該接地端以防止第二開關25被該負極性突波電流燒毀。又，正常模式比較單元243具有抗突波電流之內阻，因此正常模式比較單元243不會被該些突波電流燒毀。

於正常工作模式下，亦請參照圖1及圖2，微控制單元13產生一工作訊號至控制模組14。控制模組14因應於該工作訊號以產生一控制資料訊號至資料波型斜率控制模組28。在一實施例中，資料波型斜率控制模組28包含一相移電路(RC circuit)。資料波型斜率控制模組28被建構以接收控制模組14之該控制資料訊號及調整該控制資料訊號之波型，並輸出該控制資料訊號至驅動器21。

此時，喚醒模式控制模組80係輸出一高邏輯位準至資料波型斜率控制模組28而使其持續作動。另，驅動器21因應於該控制資料訊號及喚醒模式控制模組80之該高邏輯位準而同時輸出一低邏輯位準至P型金氧半場效電晶體及一高邏輯位準至N型金氧半場效電晶體。

由於P型金氧半場效電晶體及該N型金氧半場效電晶體皆處於導通狀態，工作電壓V_DD將藉由P型金氧半場效電晶體及第一二極體進入匯流排11之高電壓訊號通道CANH及正常模式比較單元243。

同時，來自匯流排11之低電壓訊號通道CANL之負極性電壓被 傳送至該正常模式比較單元243。在一實施例中，正常模式比較單元243包含一工作放大器。

此時，正常模式比較單元243比較工作電壓V_DD及該負極性電壓以產生一邏輯位準，並經由多工器82傳送該邏輯位準至控制模組14。控制模組14因應於該邏輯位準傳送一控制訊號至微控制單元13。亦請參照圖1，微控制單元13依據該控制訊號以判斷訊號之收發運作是否正常。

本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。

11‧‧‧匯流排

12‧‧‧收發模組

16‧‧‧開關

21‧‧‧驅動器

22‧‧‧溫度保護模組

23‧‧‧第一開關

24‧‧‧電位比較模組

241‧‧‧省電模式比較單元

243‧‧‧正常模式比較單元

25‧‧‧第二開關

26‧‧‧收發單元

27‧‧‧第一隔離元件

28‧‧‧資料訊號波型斜率控制模組

29‧‧‧第二隔離元件

80‧‧‧喚醒模式控制模組

82‧‧‧多工器

Claims (10)

1. 一種電子裝置，包含：一控制模組；及一收發模組，包含：一收發單元，另包含：一第一開關；及一第二開關；一第一隔離元件；及一第二隔離元件；其中該第一隔離元件係外接於該收發單元之該第一開關及一匯流排之間，該第二隔離元件係外接於該收發單元之該第二開關之一端及該匯流排之間；其中該第二開關之另一端耦接於一接地端；其中該控制模組被建構以接收一微控制單元之一訊號，並因應於該訊號產生一控制訊號至該收發模組其中該收發模組被建構以因應於該控制訊號對該匯流排廣播一第一電性訊號及接收自該匯流排之一第二電性訊號；及其中該第一隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第一突波電流，該第二隔離元件被建構以將來自該匯流排之一第二突波電流導向該接地端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該第一開關係為一第一型金氧半場效電晶體，該第二開關係為一第二型金氧半場效電晶體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該第一隔離元件包含一二極體及該第二隔離元件含一二極體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置另包含一開關，其中該開關被建構以位於該控制模組與該收發模組之間之訊號輸出端及訊號輸入端之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該收發模組包含一溫度保護模組，該溫度保護模組耦接於該驅動器且被建構以提供該驅動器一高溫保護機制。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中當該驅動器之表面溫度到達攝氏170度時，該高溫保護機制將被啟動。
7. 一種訊號收發模組，包含：一收發單元，另包含：一第一開關；及一第二開關；一第一隔離元件；及一第二隔離元件；其中該第一隔離元件係外接於該收發單元之該第一開關及一匯流排之間；其中該第二隔離元件係外接於該收發單元之該第二開關及該匯流排之間；及其中該第一隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第一突波電流，該第二隔離元件被建構以隔離來自該匯流排之一第二突波電流。
8. 如申請專利範圍第7項所述之訊號收發模組，其中該第一開關係為一第一型金氧半場效電晶體，該第二開關係為一第二型金氧半場效電晶體。
9. 如申請專利範圍第7項所述之訊號收發模組，其中該第一隔離元件包含一二極體及該第二隔離元件含一二極體。
10. 如申請專利範圍第7項所述之訊號收發模組，其中該收發模組包含一溫度保護模組，該溫度保護模組耦接於該驅動器且被建構以提供該驅動器一高溫保護機制。