Vorrichtung zum Sensieren eines Fehlerstromes in einem Feldbussystem
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkreis zur Bestimmung eines Fehlers in einem Bussystem und ein entsprechendes Verfahren.
Zur Kommunikation zwischen elektronischen Steuergeräten sowie zur Steuerung und Überwachung von Sensoren und Aktuatoren in Kraftfahrzeugen werden heutzutage zunehmend Bussysteme, wie z.B. das Controller-Area-Network (CAN) verwendet, welches auch kurz als CAN-Bus bezeichnet wird. Dabei ist eine Übertragung von elektrischen Signalen zwischen einem sendenden und einem empfangenden Busteilnehmer vorgesehen, welche über elektrische Leitungen erfolgt. Derartige Leitungen können im Betrieb aufgrund mechanischer Belastung oder anderer Einflüsse beschädigt werden, was Fehler bei der Übertragung verursacht. Beschädigte Leitungen sollten in einem Bussystem nicht mehr verwendet werden, jedoch können herkömmliche Systeme nur in begrenztem Umfang Fehler auf den Leitungen eines Bussystems detektieren. Folglich kann nur eingeschränkt, z.B. durch Abschalten der beschädigten Strecke, auf einen detektierten Fehler reagiert werden. Herkömmliche Mechanismen zur Prüfung von Busleitungen sind außerdem auf die Messung der Spannung der Busleitungen beschränkt. Dies hat den wesentlichen Nachteil, dass Busleitungen, die aufgrund einer bestimmten Leitungslänge zum Schwingen neigen, nicht zuverlässig auf Fehler überwacht werden können. Das betrifft z.B. Kurzschlüsse zu Fremdspannungen (wie z.B. der Versorgungsspannung) oder Kurzschlüsse zur Masse.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, existierende Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung von Fehlern in Bussystemen zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einem elektrischen Schaltkreis zum Betreiben eines Busses eines Feldbussystems gelöst, welcher Mittel zum
Bestimmen eines Fehlers, insbesondere eines Fehlerstromes, des Busses um- fasst. Die Mittel zum Bestimmen des Fehlers beinhalten gemäß diesem Aspekt
der Erfindung erste Mittel zum Bestimmen eines ersten Stromes einer ersten Busleitung, zweite Mittel zum Bestimmen eines zweiten Stromes einer zweiten Busleitung und Detektionsmittel zum Detektieren eines Fehlers basierend auf dem ersten und dem zweiten Strom. Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich für alle Mehrdrahtbusse einsetzbar, bei welchen Summenströme zu überwachen sind. Insbesondere für Bussysteme mit Zweidrahtleitungen ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft. Hierzu gehört der CAN-Bus, aber auch der RS-485-Bus. Bei vielen Feldbussystemen, wie z.B. dem CAN-Bus ist eine Übertragung von Steuer- und Dateninformationen zwischen den Busteilnehmern über Zwei- oder Mehrdrahtbusleitungen vorgesehen, an denen die Busteilnehmer angekoppelt sind. Im ungestörten Betrieb fließt ein definierter Strom in eine erste Leitung des Busses (oder einen Teil des Busses) und über eine zweite Leitung des Busses fließt ein ebenso großer Strom wieder heraus. Dabei wird der Strom z.B. über eine Leitung in die eine Richtung geschickt und kehrt über einen Abschlusswi- derstand auf die zweite Leitung zurück. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, die beiden Ströme zu bestimmen und basierend auf dieser Messung einen Fehler des Busses zu detektieren. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren wird somit keine Spannungsmessung in den Busleitungen vorgenommen. Statt dessen werden die Ströme auf den Leitungen gemessen. Dadurch wird insbesonde- re bei langen Busleitungen vermieden, dass aufgrund von Schwingungsneigungen der Busleitungen die Messungen unzuverlässig sind oder eine verhältnismäßig lange Zeit dauern. Zudem lassen sich bestimmte Fehler durch eine reine Spannungsmessung unter gewissen Randbedingungen nicht bestimmen.
Die vorliegende Erfindung ist auf alle Bussysteme anwendbar, bei denen ein de- finierter Strom auf einer ersten Busleitung in die eine Richtung und in entgegengesetzter Richtung auf einer zweiten Busleitung fließt. Die Mittel zum Bestimmen der Ströme können beispielsweise vorteilhaft als Shunt-Widerstände ausgebildet und direkt in die jeweilige Busleitung gekoppelt sein. Die Spannung, die über den Widerständen abfällt, gibt den Strom durch die Busleitung wieder. Andere Mög- lichkeiten der Strombestimmung basieren auf induktiver Kopplung, wie z.B. Reed-Sensoren. Die Mittel zum Detektieren des Fehlers werden basierend auf dem jeweiligen Messverfahren durch Vergleich von auf den Strömen basierenden
Spannungen implementiert. Beispielsweise können hier Komparatoren zum Einsatz kommen, welche die entsprechenden Spannungswerte vergleichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Treiberstufe zum Treiben einer Busleitung als Mittel zum Bestimmen eines Stromes der Busleitung ausgestaltet und genutzt. Gemäß diesem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird demnach keine eigene zusätzliche Komponente in die Busleitung geschaltet, wie z.B. der vorstehend erwähnte Shunt- Widerstand. Stattdessen wird ein Bestandteil einer Treiberstufe genutzt. Bei einer solchen Treiberstufe handelt es sich vorteilhaft um eine Komponente, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb der Busleitung vorgesehen ist. Derartige Komponenten sind z.B. in sogenannten CAN-Transceivem anzutreffen, welche die Verbindung zwischen einem CAN-Controller für das Busprotokoll und den beiden oder einer Vielzahl von Busleitungen bereitstellt. Der Datenaustausch zwischen den Busteilnehmern wird über die vom CAN-Transceiver bereitgestellte Schnitt- stelle bewirkt. In anderen Bussystemen kommen ähnliche Komponenten vor. Diese können in gleicher Weise von den vorgenannten Vorteilen der vorliegenden Erfindung profitieren. Im Falle eines CAN-Busses beinhaltet der Sendeteil einen Treiber für jede Busleitung und einen Treibersteuerungsschaltkreis. Der sogenannte High-Side-Treiber ist mit der Versorgungsspannung des CAN- Transceivers gekoppelt und lässt Strom in die erste Busleitung hineinfließen. Ein sogenannter Low-Side-T reiber ist mit Masse gekoppelt und nimmt den Strom aus einer weiteren Busleitung auf. Allgemein sind bei derartigen Treiberstufen Komponenten direkt in den stromführenden Pfad der Busleitungen geschaltet. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden diese Komponenten zur Be- Stimmung des Stromes genutzt. Dies ist beispielsweise möglich, indem die Spannung, welche über den Komponenten abfällt, zur Bestimmung des Stromes eingesetzt wird. Insbesondere kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Treibertransistor der Treiberstufe als Mittel zum Bestimmen eines Stromes eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Schutzdiode einer an eine Busleitung gekoppelten Treiberstufe zum Bestimmen des Stromes ein-
gesetzt. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass die Schutzdioden aufgrund einer nicht-linearen Kennlinie die Messempfindlichkeit deutlich erhöhen können. Somit können bereits kleine Abweichungen von einem gewünschten Strom detektiert werden. Das Gleiche gilt für Transistoren, die sich wie Dio- den verhalten oder andere elektrische Bauteile, die ein nicht-lineares Verhalten aufweisen. Die Diode oder der Transistor können zu diesem Zweck beispielsweise im Rückkopplungszweig einer Verstärkerschaltung, wie z.B. einem Span- nungsfolger oder Ähnlichem, angeordnet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in dem elektrischen Schaltkreis Vergleichsmittel zum Vergleichen von Spannungswerten vorgesehen sind, wobei die Spannungswerte auf dem ersten Strom und dem zweiten Strom basieren und die Vergleichsmittel ausgestaltet sind, um mindestens zwei getrennte Vergleichsoperationen auszuführen. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Vergleichsoperationen ausgeführt werden können, die eine Zuordnung von Fehlern zu bestimmten Fehlertypen an den beiden Busleitungen ermöglichen. So können z.B. Kurzschlüsse jeder einzelnen Leitung gegenüber Masse oder Fremdspannungen sowie Kurzschlüsse zueinander oder Unterbrechungen der Leitungen ermittelt werden. Das gelingt dadurch, dass mehr als ein Vergleich stattfinden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der elektrische Schaltkreis ausgestaltet, um das Bestimmen des Fehlers in Abhängigkeit des Sendezustandes des Busses vorzunehmen. Dadurch wird gewährleistet, dass ein vordefinierter Betriebszustand der Busleitungen gegeben ist, was die Bestimmung der spezifischen Fehler erleichtert. Beim CAN-Bus werden beispielsweise dominante und rezessi- ve Buszustände unterschieden. Ein rezessiver Zustand liegt vor, wenn alle Treiber aller an den Bus angeschlossenen Busteilnehmer passiv sind. Der Bus weist dann ein spezifisches Potential der Leitungen auf. Wenn mindestens einer der Treiber eines Busteilnehmers aktiv ist, gilt dies als dominanter Zustand. Im dominanten Zustand liegt eine spezifische Potentialdifferenz zwischen den Busleitun- gen vor. Außerdem ist in diesem Betriebszustand ein definierter Stromfluss gegeben. Vorteilhaft ist eine Bestimmung des Fehlers in dem dominanten Sendebe-
trieb, wei! sich in diesem Zustand die Ströme bestimmungsgemäß auf den Leitungen in der zuvor definierten Weise ausbreiten. Weichen der oder die Ströme auf den Leitungen von den Vorgaben ab, ist im dominanten Zustand die Bestimmung eines Fehlerstromes möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des elektrischen Schaltkreises sieht vor, dass in Reaktion auf einen Fehler des Busses eine oder mehrere defekte Busleitungen abgeschaltet werden. Diese Busleitungen werden für die weitere Datenübertragung nicht mehr verwendet. Stattdessen kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass defekte Busleitungen, für welche ein Fehler detektiert wurde, durch funkti- onsfähige redundante Busleitungen ersetzt werden. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Mehrkanalbussysteme interessant, in denen eine Vielzahl von getrennten Bussen vorliegen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Detektieren des elektrischen Schaltkreises ausgestaltet, um einen Kurzschluss einer der Busleitungen gegenüber Masse oder einen Kurzschluss einer der Busleitungen gegenüber einer Fremdspannung zu detektieren. Insbesondere ist von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des elektrischen Schaltkreises auch eine Detektion beider Fehler vorgesehen. Da erfindungsgemäß die Ströme auf den Busleitungen bestimmt werden, können durch Vergleich der Ströme nach ihren absoluten und relativen Werten bestimmte Fehlertypen des Bussystems unterschieden werden. Es kann also nicht nur festgestellt werden, dass überhaupt ein Fehler vorliegt, sondern dieser kann auch einem bestimmten Defekt zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine flexible Reaktion auf den Fehler. Außerdem findet auf diese Weise bereits eine Diagnose des Bussystems statt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers in einem Mehrkanalbussystem gelöst, welches die Schritte beinhaltet: Bestimmen eines ersten Stromes einer ersten Busleitung, Bestimmen eines zweiten Stromes einer zweiten Busleitung, Vergleichen von Werten, die von dem ersten und dem zweiten Strom abgeleitet sind und Ausge- ben eines Vergleichsergebnisses, welches einem Fehler auf den Busleitungen
entspricht, wobei die erste Busleitung und die zweite Busleitung zwei Busleitungen einer gemeinsamen Busstrecke eines Bussystems sind. Gemäß dieser vorteilhaften Abfolge von Verfahrensschritten ist es möglich, allgemein die Fehler, die auf einer aus mindestens zwei elektrischen Leitungen bestehenden Busstre- cke eines Mehrkanalbussystems auftreten können, zu bestimmen. So ist bei bestimmten Bussystemen, wie z.B. dem CAN-Bus, eine Übertragung von Steuer- und Dateninformation zwischen den Busteilnehmern vorgesehen. Im ungestörten Betrieb fließt ein definierter Strom in eine erste Leitung der Busstrecke hinein, und über eine zweite Leitung der Busstrecke fließt ein ebenso großer Strom her- aus. Erfindungsgemäß wird diese Symmetrie ausgenutzt, um Kurzschlüsse oder Unterbrechungen der Busleitungen zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Vergleichens mindestens einen ersten Vergleich und einen zweiten Vergleich, wobei der erste Vergleich dafür vorgesehen ist, einen ersten Fehlerzu- stand des Busses zu bestimmen und der zweite Vergleich dafür vorgesehen ist, einen zweiten Fehlerzustand des Busses zu bestimmen. Erfindungsgemäß betreffen der erste und der zweite Fehlerzustand unterschiedliche physikalische Defekte des Busses. Anhand der genannten vorteilhaften Ausgestaltung wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, eine Vielzahl unter- schiedlicher Fehlersituationen auf einen Bus zu unterscheiden. So können die Busleitungen nicht nur auf das Über- oder Unterschreiten vorgegebener Pegel untersucht werden. Zusätzlich können Kurzschlüsse der beiden Busleitungen einzeln oder zueinander ermittelt werden. Durch die Messung von Strömen, die auf den Busleitungen geführt werden, werden zudem die Nachteile einer Span- nungsmessung vermieden. Dies hat die positive Folge, dass auch lange Busleitungen, die ein Schwingverhalten aufweisen können, zuverlässig geprüft werden können. Insbesondere ein Kurzschluss gegen Masse kann erfindungsgemäß ebenfalls erkannt werden. Außerdem können einseitige Kurzschlüsse einer Busleitung zu einer Fremdspannung oder zur Masse, die zu Kommunikationsfehlern führen können, detektiert werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem ersten Vergleich eine erste Vergleichsspannung, welche auf dem Mittelwert der beiden Spannungen der Busleitungen basiert, mit einem zweiten Vergleichswert verglichen, welcher auf einer Kombination des Mittelwertes der Spannungen auf den Busleitungen und Spannungen basiert, die von den Strömen durch die erste und zweite Busleitung abgeleitet sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Schaltkreis können die Vorgänge bezüglich eines CAN-Busses wie folgt beschrieben werden: Bei einem Kurzschluss einer zweiten Busleitung nach Masse fließt der Strom von der ersten Busleitung über den Bus zur zweiten Busleitung und von dort direkt nach Masse. Damit nimmt der Strom nicht den regulären Weg über die Busleitungen. Ist ein ("zweites") Sensierungs- mittel (z.B. Shunt-Widerstand) in die zweite Leitung gekoppelt, fließt weniger Strom über das zweite Sensierungsmittel. Aufgrund dessen verschiebt sich das Spannungsverhältnis dahingehend, dass eine zweite Vergleichsspannung am zweiten Sensierungsmittel einen niedrigeren Wert annimmt. Hierdurch wechselt der Ausgang des zweiten Vergleichsmittels von einem ersten Ausgangszustand in einen zweiten, z.B. von High nach Low. Ein analoger Vorgang ist zu beobachten, wenn ein Kurzschluss der ersten Busleitung gegen Masse vorliegt. Bei einem Kurzschluss der ersten Busleitung zu einer Fremdspannung fließt durch das erste Sensierungmittel, welches in die erste Busleitung gekoppelt ist, kein Strom. Über den Bus fließt von der Position des Kurzschlusses aus ein Fehlerstrom von der ersten Busleitung zur zweiten Busleitung und von dort über das zweite Sensierungsmittel gegen Masse zurück. Damit verschiebt sich das Spannungsverhältnis an den Vergleichsmitteln, so dass die zweite Vergleichsspannung einen höheren Wert annimmt. Hierdurch wechselt der Ausgang des ersten Vergleichsmittels von einem ersten logischen Zustand in einen zweiten, z.B. von High nach Low. Genauso verhält sich die Schaltung bei einem Kurzschluss der zweiten Busleitung zu einer Fremdspannung.
Im rezessiven Zustand fließen weder durch das erste noch das zweite Sensie- rungsmittel Ströme. Die Sensierungsmittel sind so angeordnet, dass sie den
Strom in den Busleitungen sensieren können. Hierfür können die Sensierungs-
mittel als Shunt-Elemente (Widerstand, Diode, Transistor, etc.) in die Leitungen geschaltet sein. Vorteilhaft ist die Anordnung zwischen den Treibern und den Anschlusspunkten für die Leitungen. Wie zuvor dargestellt, können die Sensie- rungsmittel auch als Teile der Treiberstufen realisiert werden, indem z.B. ein Spannungsabfall über einem Transistor der Treiberstufe ermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines elektrischen Schaltkreises ge- maß einem Ausführungsbeispiel gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Schaltkreises gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiel gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Er- findung, und
Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Pegel auf einem Bussystem.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung. Ein erfindungsgemäßer Fehlerdetektionsschaltkreis SENS ist zwischen den beiden Übertragungsleitungen CAN-H, CAN-L eines CAN-Bussystems angeordnet. In einem typischen
CAN-Bussystem sind eine Vielzahl von Zweidrahtübertragungsstrecken mit jeweils zwei Übertragungsleitungen CAN-H, CAN-L vorgesehen. Die Leitung CAN- H ist an einen Ausgangstreiber High-Side-Treiber HS-D (High-Side-Driver) gekoppelt. Dieser erzeugt Spannungs- und/oder Strompegel gemäß einer standar- disierten Spezifikation. Gleiches gilt für die Übertragungsleitung CAN-L, welche an einen entsprechenden Treiber LS-D (Low-Side-Driver) gekoppelt ist. In die Leitungen CAN-H und CAN-L sind Widerstände R-H und R-L als erste und zweite Sensierungsmittel eingekoppelt. An diese ist ein Detektionsmittel, nämlich der Schaltkreis DET zum Detektieren eines Fehlers, bzw. zum Detektieren von Feh- lerströmen angeschlossen. Über den Spannungsteiler R1/R2 wird der Mittelwert der Spannung am Knoten N1 gebildet. Dieser wird den Komparatoren CP1 und CP2, welche als Vergleichsmittel arbeiten, jeweils an einem positiven und einem negativen Eingang zugeführt. Die jeweils anderen Anschlüsse der Komparatoren CP1 und CP2 erhalten ihre Spannungen von einer Widerstandskette R3, R4 und R5. Die Widerstände R1 und R2 sind gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung gleich groß gewählt, so dass sich im Rahmen gewisser Toleranzen am Knoten N1 genau das mittlere Potential der beiden Spannungen auf den Leitungen CAN-H und CAN-L ergibt. Der Spannungsteiler R3, R4 und R5 ist so dimensioniert, dass die Spannungen an den Knoten N2 und N3 gegenüber dem Poten- tial am Knoten N1 im Normalbetrieb, also ohne dass ein Fehler auftritt, ein konstantes vordefiniertes Ausgangssignal liefern. Im vorliegenden Fall können die Komparatoren CP1 und CP2 an ihren Ausgängen COUT1 und COUT2 jeweils einen logischen High- oder "1 "-Pegel aufweisen. Dabei wird erfindungsgemäß berücksichtigt, dass im Normalbetrieb ein in die Leitung CAN-H hineinfließender Strom dem Betrage nach dem Strom entspricht, welcher diesen Teil der Busstrecke über die Leitung CAN-L verlässt. Dazu wird der Strom über einen Abschlusswiderstand R-CAN zurückgeführt. Solange die vorgenannte Bedingung erfüllt ist, also im Normalbetrieb, befinden sich die Eingangsspannungen für die Komparatoren in einem Verhältnis zueinander, welches die Ausgänge COUT1 und COUT2 der Komparatoren CP1 und CP2 in einen Zustand versetzt, der als Normalzustand oder fehlerfreier Zustand definiert ist. Tritt nun in dem gestrichelten Bereich, also außerhalb des Fehlerdetektionsschaltkreises SENS der Busstrecke ein Fehler auf, z.B. durch einen Kurzschluss gegen Masse oder einen
Kurzschiuss zu einer Fremdspannung, wird dies dazu führen, dass zwischen den beiden Strömen auf der CAN-H- und der CAN-L-Leitung eine Differenz entsteht. Die Spannungsteiler zwischen den Leitungen reagieren auf einen Fehlerzustand durch veränderte Knotenspannungen an den Knoten N1, N2 und N3. Überschrei- tet der Fehler einen bestimmten Grenzwert, verändern sich die Knotenspannungen N1 , N2 und N3 so sehr, dass die Komparatoren CP1 und CP2 hierauf mit einem Umschalten der Ausgänge COUT1 und COUT2 reagieren. Insgesamt können die beiden Ausgänge COUT1 und COUT2 der Komparatoren in Kombination drei verschiedene Zustände annehmen. Daher lassen sich insgesamt z.B. ein Normalzustand und zwei verschiedene Fehlerzustände detektieren. Bei einem Kurzschluss von CAN-L nach Masse fließt der Strom von CAN-H über den Bus zu CAN-L und von dort direkt nach Masse und somit nicht über R-L. Dadurch verschiebt sich das Spannungsverhältnis, so dass die zweite Vergleichsspannung N3 am Komparator CP2 einen niedrigen Wert annimmt. Hierdurch wechselt der Ausgang COUT2 des Komparators CP2 von High nach Low. Analog hierzu verhält sich die Schaltung bei einem Kurzschluss von CAN-H nach Masse. Bei einem Kurzschluss von CAN-H zu einer Fremdspannung fließt durch R-H kein Strom. Über den Bus fließt vom Kurzschluss an CAN-H ein Fehlerstrom zu CAN- L und dort über R-L nach Masse zurück. Damit verschiebt sich das Spannungs- Verhältnis, so dass die zweite Vergleichsspannung COUT2 am zweiten Komparator CP2 einen höheren Wert annimmt. Hierdurch wechselt der Ausgang COUT1 des Komparators CP1 von High nach Low. Analog verhält sich die Schaltung bei einem Kurzschluss von CAN-L zu einer Fremdspannung. Im rezessiven Zustand fließen weder durch R-H noch durch R-L Ströme.
Zur weiteren Verdeutlichung der Funktionsweise zeigt Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Schaltkreises gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung ist in weiten Teilen gleich oder ähnlich ausgestaltet, wie der zuvor bezüglich Fig. 1 beschriebene Schaltkreis. Zusätzlich ist nun der Widerstand R4 in zwei Teile aufgeteilt und bietet die Möglichkeit, eine Knoten- Spannung N4 abzugreifen. Zwischen den Knoten N1 und N4 ergibt sich die Brückenspannung Ubr. Ist der Strom durch R-H genau so groß wie der Strom durch R-L, wobei die Ströme bei Normalbetrieb, wie zuvor beschrieben, in umgekehrte
Richtung fließen, ergibt sich die Brückenspannung Ubr zu null. Ist jedoch der Strom durch R-H (der herausfließende Strom) größer als der Strom durch R-L (der hereinfließende Strom), wird die (virtuelle) Brückenspannung Ubr positiv. Überschreitet Ubr einen Schwellwert, so wird der Komparator CP2 umgeschaltet. Damit wird angezeigt, dass der Fehlerstrom lFehier = I-H + I-L zu groß ist und eine Verbindung zu einem Fremdpotential vorliegt. Der Komparator CP2 erzeugt das komplementäre Fehlersignal. Das heißt, er gibt an, wenn der Fehlerstrom das umgekehrte Vorzeichen aufweist.
Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer weiteren vorteilhaften Ausgestal- tung der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung gemäß Fig. 3 ist im Wesentlichen gleich ausgeführt wie die Schaltung der Figuren 1 und 2. Zusätzlich sind nun noch Dioden D1 und D2 vorgesehen. Da ausschließlich im dominanten Zustand der Ausgangstreiber HS-D und LS-D eine Stromsumme überwacht wird, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in der Verwendung der High-Side- und der Low-Side-Schalter als Überbrückungselemente (Shunts). Entsprechend ist der Widerstand R-H der Durchgangswiderstand Ron-HS des High-Side-Treibertransistors HS-D. Der zweite Widerstand R-L wird durch den Durchgangswiderstand Ron-LS des Low-Side-Treibertransistors implementiert.
Der CAN-Bus kann zwei Zustände einnehmen: einen rezessiven und einen do- minanten Zustand. Der rezessive Zustand liegt vor, wenn alle Treiber der am Bus angeschlossenen Komponenten (typischerweise Transceiver) passiv sind, d.h. keiner der Treiber im Sendezustand ist. In dieser Situation beträgt die Differenzspannung zwischen den beiden Busleitungen etwa 0 V. Die möglichen Toleranzen der Spannung im rezessiven Zustand sind standardisiert (ISO 11898). Dem- nach können die Spannungspegel zwischen etwa -50 mV und +500 mV liegen. Der logische Pegel, welcher diesem Zustand zugeordnet ist, ist als High-Pegel oder logisch "1" definiert. Sobald mindestens ein Treiber am Bus in den aktiven Zustand wechselt, wird der gesamte Bus als dominant bezeichnet. Die Differenzspannung auf dem Bus liegt dann bei typischerweise 2,25 V, wobei auch diese Spannung in einem definierten Bereich variieren kann. Demnach darf die Spannung zwischen 1,5 V und 3 V annehmen. Dieser dominante Zustand wird als
logisch "0"- oder Low-Pegel definiert. Die Dioden D1 und D2 sind die Schutzdioden des High-Side-Treibers HS-D und des Low-Side-Treibers LS-D. Diese können bei entsprechender Kopplung außerhalb der Schaltung, also zwischen den Ausgängen der Schaltung und den zu sensierenden Busleitungen CAN-H, CAN-L angeordnet sein. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung wird der Spannungsteiler aus R3, R4 und R5 dauerhaft mit Spannung versorgt. Hierdurch ergeben sich im rezessiven Zustand definierte Referenzspannungen an den Komparatoreingän- gen, wodurch eine Fehlersensierung auch im rezessiven Zustand ermöglicht wird. Eine andere Anordnung ergibt sich aus Fig. 4.
Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung werden nicht nur die Widerstände R-H und R-L (gemäß Fig. 1) durch die Durchgangswiderstände der Treiberstufen Ron-HS, Ron-LS implementiert, sondern zusätzlich in den Überbrückungspfad auch noch die Dioden (Schutzdioden der Treiberstufen) D1 und D2 in die Überbrückungs- zweige mit aufgenommen. Diese Ausgestaltung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die nicht-lineare Diodenkennlinie zu einer erhöhten Empfindlichkeit bei sehr kleinen Fehlerströmen durch die Dioden führt. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung wird der Spannungsteiler aus R3, R4 und R5 dauerhaft mit Spannung versorgt. Hierdurch ergeben sich im rezessiven Zustand definierte Referenzspan- nungen an den Komparatoreingängen, wodurch eine Fehlersensierung auch im rezessiven Zustand ermöglicht wird.
Fig. 5 zeigt die zeitlichen Verläufe der Signale an den Busleitungen CAN-H und CAN-L. Darüber hinaus sind ein Logiksignal TXO und die Signale an den Kompa- ratoren CP1 und CP2 dargestellt. Solange kein Sendebetrieb auftritt, TXO sich also auf logisch High befindet, sind die Komparatoren bei den Ausgestaltungen nach Fig. 1 und Fig. 2 in einem Undefinierten Zustand. Sobald TXO den Sendebetrieb einleitet, wechselt der Bus vom rezessiven in den dominanten Zustand. Zum Zeitpunkt TO kann ein Ausgangswert der Komparatoren CP1 und CP2 abgegriffen werden und anhand dieser Werte ein Fehler auf einer der Busleitungen be- stimmt werden. Erfindungsgemäß findet die Fehlerdetektion, also die Bestim-
mung eines Fehlers der Busleitungen in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Busses statt.