WO2017046032A1 - Verriegelungsschaltung und verfahren zum sperren einer datenleitung - Google Patents

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WO2017046032A1
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transmission
driver
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PCT/EP2016/071447
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Peter Buschmann
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Hella Kgaa Hueck & Co.
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    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

Definitions

  • Adaptive headlamps can implement different functions, such as bend lighting, high beam, dipped beam, apron lighting, running light with animation. Also the
  • the lighting is often realized with a matrix of light elements, especially LEDs. These individual light elements can be switched independently of each other, so as to generate different illumination patterns (functions).
  • LMM Light Matrix Manager
  • the LMM provides a set of registers that can be set via Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART).
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitters
  • Such a device has an internal state machine that correctly processes only defined commands. However, if this receives an unknown command or garbage, there is a risk that the state machine entangled and the function of the device is impaired.
  • Interface circuit the detection of a short circuit, or a
  • the present invention is based on the object to prevent an echo on a second data line, which is due to a signal on a first data line. There are components that produce such an echo. This in turn could disturb other components and affect their functionality.
  • a signal herein means a change in a voltage level from one ground level to another level. These can be used to define binary values (bits).
  • a signal usually represents one bit here, in particular when considering the existing measurements.
  • a sequence of signals (plural), which may represent several bits, the z. B. form a data word, may occasionally be referred to as a signal.
  • Such a locking circuit is particularly suitable for 2 single-wire data lines, ie a transmitting and a receiving line, which allows one for bidirectional communication in full duplex operation between two communication partners.
  • Such communication may be serial data transfer on a serial bus.
  • bus protocols application can be found, such as RS232, SPI (Serial Peripheral Interface), I 2 C (I-square-C) or UART.
  • a control signal derived from the transmission signal may be present on a control line.
  • the control line is connected to the input of an inverter whose output is connected to an input of an OR gate in the case of signals with negative logic, or an AND gate in the case of signals with positive logic.
  • a second input of the gate is connected to the transmitting side of the receiving line and the output of the gate to the receiving side of the receiving line.
  • the circuit can thus be realized with a small amount of hardware.
  • Elaborate alternatives such as complex deduction by means of a microcontroller or error handling when receiving an echo, can thus be avoided.
  • control signal can also be directly the transmission signal.
  • the derivative does not refer to a derivation in the mathematical sense, but to a dependence, ie the control signal is determined by the state or course of the transmission signal.
  • the description of the circuit also includes circuit variants in which further components are used as long as they do not change the logic of the circuit. This may include buffer elements or driver stages.
  • a delay circuit affects the control signal so that the latch circuit latches for a longer period of time than the signal is present on the transmission line.
  • the echo signal can thus be completely suppressed. Otherwise, there is the danger that if there is no more send signal, but the delayed echo is still active, this remainder of the echo on the receiving line is still visible.
  • the complete latch circuit consists of two parts, namely the delay circuit and the actual latch circuit. In order to prevent too early release of the receive line, the control signal which moves the lock circuit to lock must be extended.
  • Delay circuit also extends the control signal beyond the end of the signal on the transmission line.
  • the delay circuit connects the transmission line via a diode to the control line.
  • the diode is connected in the reverse direction, ie the transmission line is connected to the cathode, the control line to the anode.
  • a Schottky diode can be used as the diode. This has lower ohmic losses and a lower one
  • a CAN driver which generates the echo is connected to the transmission line and the transmission side of the reception line.
  • Such a CAN driver translates signals from a CAN bus to a serial bus.
  • Different bus protocols can be used on this, such as RS232, SPI, l 2 C or UART.
  • the following is an example of UART.
  • both buses are realized by two single-wire cables.
  • Some well-known CAN driver blocks echo on the UART side bus. Specifically, when a serial signal arrives at the TxD input, an echo appears on the RxD output of the UART-side bus with a time delay. Of course, the actual useful function is fulfilled and this signal forwarded on the CAN side.
  • the echo can on the one hand offer a desired functionality, such as: B. the plausibility of a correct data transmission described in the prior art, on the other hand, this echo can also interfere with the communicating devices. This allows the state machine of a connected block (eg LMM)
  • Control module for lighting control connected to the locking circuit.
  • the locking circuit prevents the echo from reaching the drive module.
  • At least one light matrix manager module as a special drive module for lighting control, is connected to the transmission line and the reception side of the reception line.
  • the at least one light matrix manager module sends the signal on the
  • the functionality of the LMMs can be improved because no unwanted messages arrive via the receiving line at the LMM.
  • the latch circuit is between a CAN driver and a LMM. The two communicate
  • the UART communication used by the LMM is not necessarily one
  • a CAN transmission is selected for a long line, which is converted into a UART transmission via a CAN driver located close to the LMM.
  • a transmission can be carried out over greater distances at an acceptable transmission rate.
  • Such a transmission rate can be 500 kbps.
  • a CAN driver is often used because the CAN signal is a low voltage differential signal and less prone to attenuation and reflections.
  • inputs are high impedance, but with a characteristic impedance of 120 ohms for single and two-wire cables, it would need low-impedance
  • Termination resistors to avoid reflections (180 degree reflections).
  • a pull-up resistor is at the same time a terminating resistor and must also be dimensioned correctly with regard to the described effect. Another aspect is performed EMC measurements. Such an arrangement with pull-up resistance becomes sensitive to the radiation resistance. In the presence of a low-impedance pull-up resistance increases the immunity to interference.
  • MCU master ECU
  • Control unit only a UART and CAN communication is not possible, it can also be used on the controller side another CAN driver. This converts the UART signals into CAN and is connected via an optionally long line to the other CAN driver, which again generates UART signals from the CAN signals which can be read by the LMM.
  • Transmission line if necessary 2 CAN drivers are used.
  • the first is located near the MCU microcontroller and there is a UART transfer between the two.
  • a possibly long cable to the headlight is connected.
  • the CAN connection is again converted into a UART connection by a second CAN driver located near the LMM.
  • This signal path then exists twice to ensure full duplex transmission.
  • the latch circuit is applied to a circuit board on which also the CAN driver, a communication interface and the at least one light matrix manager module are located.
  • a printed circuit board offers the possibility to interconnect several components together to form a module, to mass-produce and a simple
  • a communication interface is in the simplest case in one
  • the MCU can communicate with the LMM via this interface, whereby the signal is transmitted via the board and thus via CAN driver and
  • Interlocking circuit to the LMM is running. The same applies to the signal path back.
  • multiple LMMs exist on a circuit board. This is suitable for. B. when different light functionalities are to be realized within a headlight with different LMMs that can be close to each other. As described, synergies arise because some components only have to be provided once per circuit board.
  • the same circuit board can be used, if a communication according to the invention is to take place via CAN with conversion to UART, just as a classic UART communication between MCU and LMM should take place.
  • communication means that there is no protocol conversion by means of CAN drivers or interlocking. Possibly. are passive components, like
  • Input or pull-up resistors can be provided.
  • a method for suppressing an echo on a receiving line detects a signal on a transmission line and then blocks the transmission on the
  • a control signal is derived from the transmission signal. This is inverted and ORed with the signal on the transmitting side of the receiving line, if they are negative logic signals, as they are for. B. are common in the RS232 interface. The result is the receive signal which is blocked under the described circumstances and which can be forwarded to the communication partner.
  • control signal is extended so that it is locked for a longer period of time than the signal is present on the transmission line.
  • a headlight system includes a plurality of light sources, a matrix controller of these light sources, an interface for communication with the matrix controller, a CAN driver and a latch circuit according to this invention.
  • an integrated headlight system can be offered, which is merely installed in a vehicle and its interface to the CAN
  • FIG. 1 shows a communication architecture between a control device and light-matrix management modules
  • FIG. 2 shows two different architectures for connecting a plurality of light-matrix management modules
  • FIG. 4 shows the measurement of an input and output of a CAN driver
  • FIG. 5 shows a circuit implementation of the circuit
  • FIG. 6 shows a circuit logic for a latch circuit
  • FIG. 7 shows a measurement of the transmission delay of a starting edge
  • FIG. 8 shows a measurement of the transmission delay of an end flank
  • FIG. 9 shows a measurement with a locking time which is too short
  • FIG. 10 shows a delay circuit in combination with the latch circuit
  • FIG. 11 shows a measurement of the signals from FIG. 10
  • FIG. 12 shows a measurement of the communication between the CAN driver and the light matrix management module using the delay circuit in FIG
  • FIG. 13 shows an assembly variant for a printed circuit board.
  • Figure 1 is a design for a communication architecture between a
  • Control unit master ECU (MCU)
  • various (light matrix management modules (LMM)) described.
  • the transmit output (Tx) of the MCU is connected to the receive inputs (Rx) of all LMMs.
  • Rx receive inputs
  • Tx transmission outputs
  • Receive input (Rx) of the MCU are connected.
  • FIG. 2a shows a point to point (PtP) connection between an MCU and multiple LMMs mounted on a printed circuit board (PCB). Between the MCU and the circuit board, or board is a cable connection over which preferably a CAN or LIN connection can be realized.
  • PtP point to point
  • the EMC susceptibility can be improved by adding a push-pull stage (totem pole output) for the transmission signal (Tx) of the LMM.
  • Figure 2b shows a point to multipoint (PtM) connection between an MCU and a plurality of LMMs, each arranged on a printed circuit board.
  • a star architecture, d. H. individual lines from the MCU to each circuit board and thus to the respective LMM or a bus architecture according to FIG. 1 are realized.
  • Circuit board one This can make the PtM variant more expensive than the PtP variant.
  • the values of the pull-up resistors must be selected when fitting the printed circuit boards depending on the number of printed circuit boards to be connected. Depending on the type of circuit, the different pull-up resistors should work in parallel. Ie. the resistance values should be chosen so that they are not below a minimum value.
  • Total resistance can z. B. have a value of 1k, 2k or 5k ohms.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a CAN driver which converts, converts or translates between the CAN signals on the left side and UART signals on the right side.
  • TxD represents an input, i.
  • the Tx signal of the communication partner must be connected here.
  • RxD pin designates an output on which the CAN driver sends.
  • a CAN driver or CAN-UART converter translates the 5 V (or 3.3 V) UART signals Tx and Rx into CAN signals CANH and CANL, which are known to consist of low-voltage and differential signals. Such signals can be transmitted more easily over greater distances. Often this is realized with twisted wires. Furthermore, the CAN driver meets other automotive requirements, eg. B. Short-circuit protection against ground and the on-board supply voltage (12V).
  • a microcontroller can suppress the echo by blocking the receive interrupt or even making use of the echo signal, for example by using the echo signal.
  • B. verifies that the received is equal to the transmitted signal.
  • FIG. 4 shows a measurement of a CAN driver in which a signal 41 of the LMM enters the TxD input of the CAN driver and an echo signal 42 is generated on the RxD output of the CAN driver. Between both signals there is a delay, here on about 100ns.
  • a latch circuit must be suitably sized to lock before the echo begins, and release this latch only after the echo has ended. In this example, this means that the latch must be active faster than in 100ns after the beginning edge of the TxD signal, and after the end edge must block more than 100ns longer than the TxD signal is active.
  • the TLE6250 has a transmission delay between 150ns and 280ns for both flanks.
  • the TJA1051 has a transmission delay of 40ns to 250ns according to the data sheet.
  • FIG. 5 shows a circuit implementation of the wiring of a CAN driver with a latch circuit.
  • the CAN driver which translates between the CAN signals on the left (CANH, CANL) and the serial UART signals on the right (RxD, TxD).
  • a bifilar choke L1000 or resistors R1000, R1001 for the bus termination.
  • the components D1001, R1002, C1002 serve as a delay element for the release of the lock, according to FIG. 10.
  • the component IC1001 is used for the logical connection for blocking the
  • TxD transmits the data from the connected LMM to the CAN driver, from the point of view of the CAN Driver so unlike the name suggests, represents an input. Conversely, the same applies to the RxD line.
  • Receive line Rx (from CAN Rx), d. H. the output signal RxD from the CAN driver.
  • control line on which the control signal is applied is connected to the input of an inverter (INV) whose output is connected to one of two inputs of an OR gate (OR).
  • the second input is connected to the send side of the receiver line (from CAN Rx), ie the RxD pin of the CAN driver.
  • the output of the OR gate is connected to the receive side of the receiver line (to LMM Rx), ie the Rx pin of the LMM (s).
  • the above circuit is suitable for negative logic signals (0-active logic).
  • a positive logic i. H. that the bit value 1 is realized via a Hi level
  • the OR gate is to be replaced by an AND gate by the same
  • This logic functionality can be achieved by means of configurable multi-function gates such.
  • the 74LVC1G57GW-Q100 is suitable because it is cost-effective and qualified for automotive applications.
  • Figures 7 and 8 show the transmission delays for these logic circuits, which have switching times of less than 8 ns, and thus are fast enough to block the receiving line in good time before the echo from the CAN driver arrives.
  • the curves 71 and 81 show an input signal A or Tx in the logic circuit, the curves 72 and 82 the resulting output signal.
  • FIG. 7 shows the curve for the beginning flank
  • FIG. 8 for the end flank.
  • FIG. 9 shows the problem that although the latch circuit according to FIG. 6 switches in time before the beginning edge of the echo, it does not latch long enough to unlock again only after the end of the echo.
  • the lock would have to remain active for at least 280ns after the end of the signal on the transmission line.
  • the start edge is falling (from Hi to Lo level) and the end edge is rising (from Lo to Hi), and reversed for signals with positive logic.
  • Signal 91 is the signal applied to the transmission line Tx, i. H. the TxD input signal of the CAN driver.
  • the echo signal 92 appearing on the transmitting side of the receiving line Rx is the output signal of the CAN driver.
  • Signal 93 shows the unwanted part of the echo that would have been transmitted anyway because an exclusive existing circuit according to Figure 6 would not have locked long enough.
  • FIG. 10 a circuit is shown which causes a delay in the cancellation of the control signal for the lock, that causes a time delay with a time delay constant.
  • a diode D1, D1001 is in the reverse direction between the transmission line and the
  • Control line switched it shows with the cathode side to the transmission line and the anode side to the control line. Ie. if the Tx level is Hi, the diode blocks if it is Lo, lets it through. This ensures that a falling edge of the Tx signal, which corresponds to the beginning edge in the case of negative logic, is immediately applied to the
  • Control signal breaks through. A rising edge, however, leads to the blocking of the diode and thus the control signal is then dependent on the other components.
  • the switching point of the control signal is determined by the switching level, the z. B. at Vcc / 2 is determined.
  • the time constant is determined by the resistance and the
  • FIG. 11 shows a measurement of the signals.
  • v (a) is the measurement of the analog Tx signal, v (b) of the analog control signal, v (c) of the digital control signal, and v (d) of the digital Tx signal.
  • Control signal indicating the times / durations of the active lock now has a delay and is still active after the end edge of the Tx signal.
  • the unwanted remainder of the echo signal shown in FIG. 9 can now also be suppressed.
  • the time constant of this measurement is chosen to be half a duration of one bit (about 500ns). This leaves enough tolerance for the needed
  • the receiving channel is immediately free again after a lock for receiving another communication from the MCU.
  • FIG. 12 shows a communication between an MCU and an LMM via a CAN driver, in which the interlocking circuit according to FIG. 10 is used.
  • a data word is transmitted from the MCU to the LMM, which then responds with a data word to the MCU.
  • the signal 121 is the bit pattern that is transmitted from the MCU via the CAN driver via the
  • Receive line (Rx) is sent to the LMM and can content a
  • Request to the LMM represent that this should send data.
  • This signal is measured at the receiving end of the LMM, d. H. after the output of the gate of the latch circuit.
  • the signal 123 is the signal of the receiving line, but measured on the output side of the CAN driver. Here the echo is visible in the right half of the measurement resulting from the Tx signal.
  • Assembly according to the circuit of Figure 5 allows, as the crossed-out components of the figure show. Here, however, an alternative assembly is shown, in the event that no CAN communication between the MCU and LMM is used, but a direct UART communication.
  • Rx receive pin, receiving line
  • TPS92661 light matrix management module, type Tl TPS92661
  • RxD connection for receive line, output from CAN driver

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsschaltung und Verfahren zum Unterdrücken eines Echos auf einer Empfangsleitung, wobei die Verriegelungsschaltung bei Vorhandensein eines Signals auf einer Sendeleitung die Empfangsleitung sperrt, wobei die Empfangsleitung eine Sendeseite besitzt, an der das Echosignal anliegt und eine Empfangsseite, auf der das Echosignal blockiert werden kann. Insbesondere das Echo-Signal eines CAN-Treibers wird unterdrückt, so dass ein Ansteuerbaustein für eine Lichtmatrix eines Scheinwerfers keine unerwünschten Kommandos erhält.

Description

Verriegelungsschaltung und Verfahren zum Sperren einer Datenleitung
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsschaltung und ein Verfahren zum Blockieren einer Datenleitung.
Adaptive Scheinwerfer können unterschiedliche Funktionen, wie Kurvenlicht, Fernlicht, Abblendlicht, Vorfeld beleuchtung, Lauflicht mit Animation umsetzen. Auch den
Umweltbedingungen angepasste adaptive Funktionen, wie z. B. Lichtkegel mit einem schwarzen Tunnel, damit entgegenkommende Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden, während alle andern Bereiche mit Fernlicht ausgeleuchtet werden, können realisiert werden.
Die Beleuchtung wird häufig mit einer Matrix aus Leuchtelementen, vor allem LEDs realisiert. Diese einzelnen Leuchtelemente können unabhängig voneinander geschaltet werden, um so verschiedene Ausleuchtungsmuster (Funktionen) zu generieren. Zur vereinfachten Ansteuerung einer solchen Matrix wurden spezielle integrierte Bauelemente entwickelt, z. B. der Licht-Matrix-Manager (LMM) für
Fahrzeugsysteme TPS92661. Dabei wird die Helligkeit jedes Lichtelements mittels einer PWM-Ansteuerung des Stromes gesteuert. Dies geschieht für jedes
Leuchtelement (LED) individuell. Um das PWM-Verhältnis zu steuern, sieht der LMM einen Registersatz vor, der über eine serielle Kommunikation (UART - Universal Asynchronus Receiver Transmitter) eingestellt werden kann.
Ein derartiges Bauelement besitzt einen internen Zustandsautomat, der nur definierte Kommandos korrekt verarbeitet. Empfängt dieser jedoch ein unbekanntes Kommando oder Datenmüll, so besteht die Gefahr, dass sich der Zustandsautomat verheddert und die Funktion des Bauelements beeinträchtigt ist.
In der Druckschrift DE 103 40 806 B3 wird gelehrt, wie mittels einer einfachen
Schnittstellenschaltung die Erkennung eines Kurzschlusses, bzw. einer
Zugriffskollision auf einer Eindrahtleitung im UART-Betrieb vereinfacht wird. Hierbei kommt ein ODER-Gatter zum Einsatz, welches die Adressbits eines Datensignals im Sende- und Empfangspfad vergleicht. Das Ergebnis wird über einen separaten Diagnosepin zur Verfügung gestellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Echo auf einer zweiten Datenleitung, dass durch ein Signal auf einer ersten Datenleitung liegt, zu verhindern. Es gibt Bauelemente, die ein solches Echo erzeugen. Dieses wiederum könnte andere Bauelemente stören und deren Funktionalität beeinträchtigen. Eine
Echounterdrückung ermöglicht die gleichzeitige Verwendung beider Arten von
Bauelementen.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Eine Verriegelungsschaltung zum Unterdrücken eines Echos auf einer
Empfangsleitung, sperrt bei Vorhandensein eines Signals auf einer Sendeleitung die Empfangsleitung. Die Empfangsleitung besitzt dabei eine Sendeseite, an der das Echosignal anliegt und eine Empfangsseite, auf der das Echosignal blockiert werden kann.
Ein Signal bezeichnet vorliegend eine Änderung eines Spannungspegels von einem Grundpegel auf einen anderen Pegel. Über diesen können binäre Werte (Bits) definiert werden. Ein Signal repräsentiert hier üblicherweise ein Bit, insbesondere in der Betrachtung der vorhandenen Messungen. Eine Aneinanderreihung von Signalen (Plural), die ggf. mehrere Bits repräsentieren, die z. B. ein Datenwort bilden, können gelegentlich auch als Signal bezeichnet werden.
Eine solche Verriegelungsschaltung ist insbesondere für 2 Eindraht-Datenleitungen geeignet, d. h. einer Sende- und einer Empfangsleitung, die eine für bidirektionale Kommunikation im Vollduplexbetrieb zwischen zwei Kommunikationspartnern ermöglicht. Eine derartige Kommunikation kann eine serielle Datenübertragung auf einem seriellen Bus sein. Auf diesem können unterschiedliche Busprotokolle Anwendung finden, wie z.B. RS232, SPI (Serial Peripheral Interface), l2C (I-Quadrat-C) oder UART.
Es ist dabei diejenige der beiden Leitungen sperrbar zu gestalten, auf der Daten vom Echo erzeugenden Bauelement zum Kommunikationspartner gelangen. Es wäre ungünstig, wenn beide Kommunikationspartner Echos produzieren.
Verschiedene Lösungen zum Sperren, bzw. Blockieren der Ausgangsleitung sind denkbar, wie diskrete mittels Transistoren realisierte, analog mit einem Transmissions Gatter. Im Folgenden wird eine Lösung mittels Digitallogik vorgeschlagen.
In einer besonderen Ausführungsform kann in der Verriegelungsschaltung ein aus dem Sendesignal abgeleitetes Steuersignal auf einer Steuerleitung anliegen. Die Steuerleitung ist an den Eingang eines Inverters angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Oder-Gatters bei Signalen mit negativer Logik, bzw. einem UND-Gatter bei Signalen mit positiver Logik, verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Gatters ist mit der Sendeseite der Empfangsleitung und der Ausgang des Gatters mit der Empfangsseite der Empfangsleitung verbunden.
Vorteilhafter Weise kann so mit geringem Hardwareaufwand die Schaltung realisiert werden. Aufwändige Alternativen, wie aufwändiges Herausrechnen mittels eines Mikrocontrollers oder eine Fehlerbehandlung beim Empfang eines Echos, können so vermieden werden.
Das Steuersignal kann im einfachsten Fall auch direkt das Sendesignal sein. Die Ableitung bezieht sich nicht auf eine Ableitung im mathematischen Sinne, sondern auf eine Abhängigkeit, d. h. das Steuersignal bestimmt sich aus dem Zustand oder Verlauf des Sendesignals. Die Beschreibung der Schaltung umfasst auch Schaltungsvarianten, bei denen weitere Bauteile eingesetzt werden, solange sie die Logik der Schaltung nicht verändern. Hierzu können Pufferelemente oder Treiberstufen gehören.
In einer besonderen Ausführungsform beeinflusst eine Verzögerungsschaltung das Steuersignal so, dass die Verriegelungsschaltung für einen längeren Zeitraum verriegelt, als das Signal auf der Sendeleitung anliegt.
Vorteilhafter Weise kann so das Echosignal komplett unterdrückt werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass wenn kein Sendesignal mehr anliegt, aber das verzögerte Echo noch aktiv ist, dieser Rest des Echos auf der Empfangsleitung noch sichtbar ist.
Die vollständige Verriegelungsschaltung besteht aus zwei Teilen, nämlich aus der Verzögerungsschaltung und der eigentlichen Verriegelungsschaltung. Um ein zu frühes Freigeben der Empfangsleitung zu verhindern, muss das Steuersignal, welches die Verriegelungsschaltung zum Sperren bewegt, verlängert werden. Die
Verzögerungsschaltung verlängert das Steuersignal auch über das Ende des Signals auf der Sendeleitung hinaus.
In einer besonderen Ausführungsform der Verriegelungsschaltung verbindet die Verzögerungsschaltung die Sendeleitung über eine Diode mit der Steuerleitung.
Weiterhin ist dabei die Steuerleitung über einen Widerstand (R1) mit der
Versorgungsspannung und über einen Kondensator (C1) mit Masse verbunden.
Vorteilhafter Weise ist auch hier nur ein geringer Hardwareaufwand möglich. Andere Realisierungsideen wie ein Timer in einem Mikrocontroller oder eine
Interruptsteuerung erscheinen aufwändiger zu sein.
Die Diode ist dabei in Sperrrichtung geschaltet, d. h. die Sendeleitung ist mit der Kathode, die Steuerleitung mit der Anode verbunden. In einer weiteren Ausführungsform kann als Diode eine Schottkydiode verwendet werden. Diese hat geringere ohmsche Verluste und eine niedrigere
Durchbruchsspannung.
In einer besonderen Ausführungsform der Verriegelungsschaltung ist ein CAN- Treiber, welcher das Echo erzeugt, an die Sendeleitung und die Sendeseite der Empfangsleitung angeschlossen.
Ein solcher CAN-Treiber übersetzt Signale von einem CAN-Bus auf einen seriellen Bus. Auf diesem können unterschiedliche Busprotokolle Anwendung finden, wie RS232, SPI, l2C oder UART. Im Folgenden wird stellvertretend UART beschrieben.
Üblicherweise sind beide Busse durch zwei Eindrahtleitungen realisiert. Einige bekannte CAN-Treiber Bausteine erzeugen ein Echo auf dem UART-seitigen Bus. Konkret, wenn ein serielles Signal an dem TxD Eingang ankommt, erscheint leicht zeitverzögert ein Echo auf dem RxD Ausgang des UART-seitigen Bus. Natürlich wird auch die eigentliche Nutzfunktion erfüllt und dieses Signal CAN-seitig weitergeleitet.
Es kann hier CAN-seitig lediglich eine Realisierung der physikalischen Schicht (Niedervolt-Differenzspannungssignale) stattfinden, so dass das UART-Protokoll auf der physikalischen CAN-Schicht übertragen wird. Alternativ kann neben der physikalischen Umsetzung auch eine komplette Übersetzung des Datenprotokolls (Datensicherungsschicht) von UART auf CAN stattfinden.
Das Echo kann zwar einerseits eine gewünschte Funktionalität bieten, wie z. B. die im Stand der Technik beschriebene Plausibilisierung einer korrekten Datenübertragung, andererseits kann dieses Echo die kommunizierenden Bausteine auch stören. So kann der Zustandsautomat eines angeschlossenen Bausteins (z. B. LMM)
durcheinander geraten, wenn über das Echo eine Nachricht (Datenwort) an den Baustein gesendet wird, das keine Nachricht darstellt, die der Baustein erwartet.
In einer weiteren Ausführungsform der Verriegelungsschaltung ist ein
Ansteuerbaustein zur Lichtansteuerung mit der Verriegelungsschaltung verbunden. Die Verriegelungsschaltung verhindert dabei, dass das Echo den Ansteuerbaustein erreicht.
In einer besonderen Ausführungsform der Verriegelungsschaltung ist wenigstens ein Licht-Matrix-Manager Modul, als spezieller Ansteuerbaustein zur Lichtansteuerung, an die Sendeleitung und die Empfangsseite der Empfangsleitung angeschlossen. Dabei sendet das wenigstens eine Licht-Matrix-Manager Modul das Signal auf der
Sendeleitung.
Vorteilhafter Weise kann damit die Funktionsfähigkeit des LMMs verbessert werden, da keine ungewollten Nachrichten über die Empfangsleitung am LMM ankommen.
In einer speziellen Ausführung des Licht-Matrix-Manager Moduls kann ein Baustein mit der Typenbezeichung TPS92661 verwendet werden. Auch andere Bausteine, die diese Funktionalität erfüllen sind natürlich denkbar.
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Verriegelungsschaltung zwischen einem CAN-Treiber und einem LMM. Dabei kommunizieren die beiden
Kommunikationspartner ohne dass ein Echo, das der CAN-Treiber erzeugt, beim LMM ankommt und ihn so stören könnte.
Die vom LMM verwendete UART Kommunikation ist nicht unbedingt ein
gebräuchlicher Standard in automobilen Anwendungen. Diese Art der Übertragung kann Probleme bei größeren Leitungslängen, wie sie im Automobil vorkommen, verursachen. Es kann daher ein bereits etablierter Bus, bzw. Übertragungsprotokoll verwendet werden, wie CAN oder LIN. Insbesondere CAN scheint die Bedingungen für die benötigten Datenübertragungsraten, verfügbare Signale und EMV-Robustheit für die gewünschten Leitungslängen zu erfüllen.
Daher wird für eine lange Leitungsstrecke eine CAN-Übertragung gewählt, die über einen CAN-Treiber, der sich nahe dem LMM befindet in eine UART-Übertragung umgesetzt wird. Vorteilhafter Weise kann so eine Übertragung über größere Distanzen bei einer akzeptablen Übertragungsrate durchgeführt werden.
Eine solche Übertragungsrate kann 500 kBit/s betragen. Bei diesen Bitraten wird gerne ein CAN-Treiber verwendet, da das CAN-Signal ein Niederspannungs- Differenzsignal ist und weniger anfällig für Dämpfung und Reflexionen.
Typischerweise sind Eingänge hochohmig, aber bei einem Wellenwiderstand von 120 Ohm bei Ein- und Zweidrahtleitungen bräuchte es niederohmigere
Abschlusswiderstände um Reflexionen (180-Grad Reflexionen) zu vermeiden.
Ein Pull-Up Widerstand stellt gleichzeitig einen Abschlusswiderstand dar und ist auch bezüglich des beschriebenen Effekts richtig zu dimensionieren. Ein anderer Aspekt sind durchgeführte EMV Messungen. Eine solche Anordnung mit Pull-Up Widerstand wird empfindlich in Bezug auf die Einstrahlfestigkeit. Bei Vorhandensein eines niederohmigen Pull-Up Widerstands erhöht sich die Störfestigkeit.
In einer weiteren Ausführungsform existiert ein Steuergerät, Master-ECU (MCU), z. B. durch einen MikroController realisiert, welches die LMMs ansteuert. Wenn dem
Steuergerät lediglich eine UART- und keine CAN Kommunikation möglich ist, so kann auch Steuergeräteseitig ein weiterer CAN-Treiber eingesetzt werden. Dieser setzt die UART-Signale in CAN um und ist über eine ggf. lange Leitung mit dem anderen CAN- Treiber verbunden, der aus den CAN-Signalen wieder UART-Signale erzeugt, die vom LMM gelesen werden können.
Da ggf. auch der MCU mittels UART kommuniziert, müssen auf der
Übertragungsstrecke ggf. 2 CAN-Treiber eingesetzt werden. Der erste ist nahe dem MCU MikroController lokalisiert und es findet eine UART Übertragung zwischen beiden statt. An der CAN-Seite ist eine ggf. lange Leitung zum Scheinwerfer angeschlossen. Bevor die Leitung den LMM erreicht, wird die CAN-Verbindung wieder durch einen nahe dem LMM befindlichen zweiten CAN-Treiber in eine UART-Verbindung umgesetzt. Dieser Signalpfad existiert dann zweimal, um eine Vollduplexübertragung zu gewährleisten. In einer besonderen Ausführungsform der Verriegelungsschaltung ist die Verriegelungsschaltung auf einer Leiterplatte aufgebracht, auf der sich auch der CAN- Treiber, eine Kommunikationsschnittstelle und das wenigstens eine Licht-Matrix- Manager Modul befinden.
Vorteilhafter Weise bietet eine Leiterplatte die Möglichkeit mehrere Bauteile zu einem Modul zusammen zu verschalten, in Großserie zu fertigen und eine einfache
Handhabung und normierten Einbau in z. B. einen Scheinwerfer oder dessen
Gehäuse zu ermöglichen. Auch sind diverse Bauelemente oder Funktionalitäten nur einmal vorzuhalten. Z. B. betrifft dies Bauteile im Zusammenhang mit der
Stromversorgung oder eines Taktgebers.
Eine Kommunikationsschnittstelle besteht im einfachsten Fall in einer
Anschlussmöglichkeit für ein oder mehrere Kabel, über die die CAN-Kommunikation realisiert wird. Der MCU kann über diese Schnittstelle mit dem LMM kommunizieren, wobei das Signal über die Platine und damit über CAN-Treiber und
Verriegelungsschaltung zum LMM läuft. Gleiches gilt für den Signalpfad zurück.
In einer weiteren Ausführungsform existieren mehrere LMMs auf einer Leiterplatte. Dies eignet sich z. B. dann, wenn verschiedene Lichtfunktionalitäten innerhalb eines Scheinwerfers mit verschiedenen LMMs realisiert werden sollen, die nahe beieinander liegen können. Wie beschrieben entstehen dann Synergien, da manche Bauteile nur einmal pro Leiterplatte vorgesehen werden müssen.
In einer besonderen Ausführungsform der Verriegelungsschaltung ist eine Leiterplatte derart ausgebildet, dass sie eine Bestückung gemäß Anspruch 7 aufnehmen kann oder alternativ eine Bestückung, die eine direkte Verbindung zwischen der
Kommunikationsschnittstelle und dem Licht-Matrix-Manager-Modul ermöglicht.
Vorteilhafter Weise kann hierbei die gleiche Leiterplatte verwendet werden, falls eine erfindungsgemäße Kommunikation via CAN mit Umsetzung auf UART stattfinden soll, genau so falls eine klassische UART-Kommunikation zwischen MCU und LMM stattfinden soll.
In zweitem Fall muss im Wesentlichen das Signal von der
Kommunikationsschnittstelle zum LMM durchgeschleift werden. Eine direkte
Kommunikation bedeutet vorliegend, dass keine Protokoll-Umsetzung durch CAN- Treiber oder eine Verriegelung stattfindet. Ggf. sind passive Bauelemente, wie
Eingangs- oder Pull-Up Widerstände vorsehbar.
Der Vorteil von einer Leiterplatte für beides liegt in der Flexibilität bei der Herstellung. So kann das Scheinwerfergehäuse identisch gebaut werden, da die gleiche
Platinenhalterung für beide Varianten vorgesehen ist. Auch Produktionskosten können gespart werden, da nur eine Version der Leiterplatte entwickelt, getestet, bzw.
produziert werden muss.
Ein Verfahren zum Unterdrücken eines Echos auf einer Empfangsleitung erkennt ein Signal auf einer Sendeleitung und sperrt daraufhin die Übertragung auf der
Empfangsleitung für die Dauer des Signals.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Sendesignal ein Steuersignal abgeleitet. Dieses wird invertiert und mit dem Signal, das sendeseitig auf der Empfangsleitung anliegt ODER verknüpft, sofern es sich um Signalen mit negativer Logik handelt, wie sie z. B. bei der RS232 Schnittstelle üblich sind. Das Ergebnis ist das unter den beschriebenen Umständen gesperrte Empfangssignal, das an den Kommunikationspartner weitergeleitet werden kann.
Handelt es sich um Signale mit positiver Logik, ist statt dem ODER- eine UND- Verknüpfung durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Steuersignal so verlängert, dass für einen längeren Zeitraum verriegelt wird, als das Signal auf der Sendeleitung anliegt. Ein Scheinwerfersystem umfasst mehrere Lichtquellen, eine Matrixsteuerung dieser Lichtquellen, eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der Matrixsteuerung, einen CAN-Treiber und eine Verriegelungsschaltung gemäß dieser Erfindung.
Vorteilhafter Weise kann ein integriertes Scheinwerfersystem angeboten werden, das lediglich in ein Fahrzeug eingebaut und dessen Schnittstelle an den CAN
angeschlossen werden muss. Dies reduziert die Variantenvielfalt der Hardware und Bearbeitungsschritte, um die zumindest der OEM entlastet werden kann. So bleibt auch ein möglichst großer Anteil der Wertschöpfungskette beim Zulieferer.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Kommunikationsarchitektur zwischen einem Kontrollgerät und Licht- Matrix-Management Modulen,
Figur 2 zwei verschiedene Architekturen zur Anbindung mehrerer Licht-Matrix- Management Module,
Figur 3 ein Blockdiagramm eines CAN-Treibers,
Figur 4 die Messung eines Ein- und Ausgangs eines CAN-Treibers,
Figur 5 eine schaltungstechnische Umsetzung der Beschaltung,
Figur 6 eine Schaltungslogik für eine Verriegelungsschaltung,
Figur 7 eine Messung der Übertragungsverzögerung einer Beginnflanke,
Figur 8 eine Messung der Übertragungsverzögerung einer Endeflanke,
Figur 9 eine Messung mit einer zu kurzen Verriegelungsdauer,
Figur 10 eine Verzögerungsschaltung in Kombination mit der Verriegelungsschaltung,
Figur 11 eine Messung der Signale aus Figur 10
Figur 12 eine Messung der Kommunikation zwischen CAN-Treiber und Licht-Matrix- Management Modul unter Einsatz der Verzögerungsschaltung in
Kombination mit der Verriegelungsschaltung und Figur 13 eine Bestückungsvariante für eine Leiterplatte.
In Figur 1 ist ein Design für eine Kommunikationsarchitektur zwischen einem
Kontrollgerät (Master-ECU (MCU)) und verschiedenen (Licht-Matrix-Management Modulen (LMM)) beschrieben.
Hier ist eine Architektur gezeigt, die eine Vollduplexkommunikation ermöglicht. Der Sendeausgang (Tx) der MCU ist mit den Empfangseingängen (Rx) aller LMMs verbunden. Gleiches gilt für die Sendeausgänge (Tx) aller LMMs, die mit dem
Empfangseingang (Rx) des MCU verbunden sind.
Ein Vorteil dieser Anordnung kann eine günstige zu realisierende Lösung sein, ggf. auch die günstigste aller hier vorgestellten. Es können hierbei Entfernungen zwischen MCU und den LMMs von bis zu 50 cm oder 70 cm überbrückt werden ohne, dass die EMV-Robustheit zu stark beeinträchtigt wird.
In Figur 2 sind zwei verschiedene Architekturen gezeigt.
Figur 2a zeigt eine Punkt zu Punkt (Point to Point (PtP)) Verbindung zwischen einer MCU und mehreren LMMs, die auf einer Leiterplatte (Printed-Circuit-Board (PCB)) angeordnet sind. Zwischen MCU und der Leiterplatte, bzw. Platine befindet sich eine Kabelverbindung, über die sich bevorzugt eine CAN oder LIN-Verbindung realisieren lässt.
Auf jeder Leiterplatte muss ein interner Takt zur Verfügung stehen, mit dem zum Beispiel auch das UART-Kommunikationssignal abgetastet werden muss, da kein Takt (Clock) der außerhalb der Leiterplatte generiert wird zur Verfügung steht. Bei der PtP Variante ist nur ein Taktgenerator notwendig für die gesamte Leiterplatte, auf den die mehreren LMMs zugreifen können.
Bei der PtP Variante kann die EMV Störanfälligkeit verbessert werden, indem eine Push-Pull Stufe (Totem-Pole-Ausgang) für das Sendesignal (Tx) des LMMs hinzugefügt wird. Figur 2b zeigt eine Punkt zu Multipunkt (Multi Point (PtM)) Verbindung zwischen einer MCU und mehreren LMMs, die jeweils auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
Zwischen der MCU und den verschiedenen Leiterplatten befindet sich eine
Kabelverbindung, über die sich bevorzugt eine CAN oder LIN-Verbindung realisieren lässt. Dabei kann eine Sternarchitektur, d. h. individuelle Leitungen vom MCU zu jeder Leiterplatte und damit zum jeweiligen LMM oder eine Busarchitektur gemäß Figur 1 realisiert werden.
Bei der PtM Variante sind mehrere Taktgeneratoren notwendig, i. d. R. für jede
Leiterplatte einer. Dies kann die PtM Variante teurer als die PtP Variante werden lassen. Gleiches gilt für den erhöhten Stromverbrauch, den mehrere Taktgeneratoren bewirken, verstärkt, wenn sie mit 5V statt 3,3V betrieben werden, bzw. die
Kommunikation mit der höheren der beiden Spannungen betrieben wird.
Bei der PtM Variante muss auf den Wert des gesamten Pull-Up Widerstandes geachtet werden. Ggf. müssen die Werte der Pull-Up Widerstände bei der Bestückung der Leiterplatten in Abhängigkeit von der Anzahl der anzuschließenden Leiterplatten gewählt werden. Abhängig von der Art der Schaltung dürften die verschiedenen Pull- Up-Widerstände parallel geschaltet wirken. D. h. die Widerstandswerte sollten so gewählt werden, dass sie nicht unter einem minimalen Wert liegen. Der
Gesamtwiderstand kann z. B. ein Wert von 1k, 2k oder 5k Ohm haben.
Für bestimmte Anwendungen, wie in Automobilen, sind bestimmte
Mindestdatenübertragungsraten gefordert und dies unter dem vorhandenen EMV- Einfluss. Z. B. können Datenübertragungsraten von 500 kBit/s gefordert sein, bei einer 16-fach höheren Taktrate (entsprechen 8 MHz). Eine solche Taktrate kann zu hoch sein, um sie sicher per Kabel zu übertragen und zu verteilen.
Die PtM Variante kann auch in einem einzelnen Scheinwerfer Anwendung finden, dabei aber ist jede Leiterplatte üblicherweise für eine unterschiedliche Funktion (wie Kurvenlicht, Fernlicht, Abblendlicht) zuständig. In Figur 3 ist ein Blockdiagramm eines CAN-Treibers gezeigt, der zwischen den CAN- Signalen auf der linken Seite und UART-Signalen auf der rechten Seite umsetzt, wandelt, bzw. übersetzt.
Es ist in dieser Darstellung zu beachten, dass der als TxD bezeichnete Pin hier einen Eingang darstellt, d.h. es ist das Tx-Signal des Kommunikationspartners hier anzuschließen. Gleichermaßen bezeichnet der RxD Pin einen Ausgang, auf dem der CAN-Treiber sendet.
Ein CAN-Treiber, bzw. CAN-UART-Umsetzer übersetzt die 5V (oder 3,3V) UART- Signale Tx und Rx in CAN-Signale CANH und CANL, welche bekanntermaßen aus Niederspannungs- und Differenzsignalen bestehen. Solche Signale können einfacher über größere Distanzen übermittelt werden. Häufig wird dies mit verdrillten Leitungen realisiert. Weiterhin erfüllt der CAN-Treiber weitere automobile Anforderungen, z. B. Kurzschlusssicherheit gegenüber Masse und der Bordversorgungsspannung (12V).
Leider erzeugen solche Treiber ein lokales Echo. Dabei werden Signale, die auf dem UART-seitigen Eingang (TxD) eingespeist werden an die CAN-Seite geleitet und erreichen CANH und CANL. Von dort erreichen sie den Empfängerblock, über den sie auch am UART-seitigen Ausgang RxD zur Verfügung stehen.
Ein MikroController kann das Echo unterdrücken, indem er den Empfangsinterrupt blockiert oder sich das Echosignal gar zu Nutze machen, indem er z. B. verifiziert, dass das empfangene gleich dem gesendeten Signal ist.
Ein LMM mit seinem internen Zustandsautomaten wird davon aber wahrscheinlich gestört werden, wenn er durch das Echo Bit-Sequenzen zu gesendet bekommt, die in seiner Architektur nicht vorgesehen sind. Mit anderen Worten: So kann der
Zustandsautomat eines angeschlossenen LMMs durcheinander geraten, wenn über das Echo eine Nachricht (Datenword) an den LMM gesendet wird, das keine
Nachricht darstellt, die der LMM erwartet. In Figur 4 ist eine Messung eines CAN-Treibers gezeigt, bei der ein Signal 41 des LMMs in den TxD Eingang des CAN-Treibers gelangt und ein Echosignal 42 auf dem RxD Ausgang des CAN-Treibers erzeugt wird. Zwischen beiden Signalen existiert eine Verzögerung, hier on ungefähr 100ns. Eine Verriegelungsschaltung muss entsprechend so dimensioniert sein, dass sie vor dem Beginn des Echos verriegelt und diese Verriegelung erst nach dem Ende des Echos wieder löst. In diesem Beispiel bedeutet das, dass die Verriegelungsschaltung schneller als in 100ns nach der Beginnflanke des TxD-Signals aktiv werden muss und nach der Endeflanke mehr als 100ns länger blockieren muss, als das TxD-Signal aktiv ist.
Zwei handelsübliche Bausteine für CAN-Treiber werden vorgeschlagen. Der TLE6250 besitzt laut Datenblatt eine Übertragungsverzögerung zwischen 150ns und 280ns für beide Flanken. Der TJA1051 besitzt laut Datenblatt eine Übertragungsverzögerung von 40ns bis 250ns.
In Figur 5 ist eine schaltungstechnische Umsetzung der Beschaltung eines CAN- Treibers mit einer Verriegelungsschaltung gezeigt.
Mittig befindet sich der IC1000, der CAN-Treiber, der zwischen den CAN-Signalen links (CANH, CANL) und den seriellen UART-Signalen rechts (RxD, TxD) übersetzt.
Zwischen den CAN-Ein-/Ausgängen und dem CAN-Treiber befinden sich Bausteine, die der Grundbeschaltung für eine Störunterdrückung dienen, z. B. eine Bifilardrossel L1000 oder Widerständen R1000, R1001 für die Busendeterminierung.
Die Bauteile D1001 , R1002, C1002 dienen als Verzögerungsglied für die Aufhebung der Verriegelung, gemäß Figur 10.
Das Bauteil IC1001 dient der logischen Verschaltung für die Blockierung der
Empfangsleitung, gemäß Figur 6.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die mit TxD bezeichnete Leitung die Daten vom angeschlossenen LMM zum CAN-Treiber übermittelt, aus Sicht des CAN- Treibers somit anders als die Bezeichnung vermuten lässt, einen Eingang darstellt. Umgekehrt gilt gleiches für die RxD-Leitung.
In Figur 6 wird eine Schaltungslogik vorgeschlagen, die eine logische Funktion für 0 aktive Pegel (negative Logik) bereitstellt, gemäß der Formel Rx = (NOT A) OR B, wobei A ein Steuersignal ist, das wenn es aktiv ist, die Blockierung des Signals B bewirken soll. Das Steuersignal wird aus dem Sendesignal abgeleitet und ist im einfachsten Fall mit diesem identisch. Das Signal B ist die sendeseitige
Empfangsleitung Rx (from CAN Rx), d. h. das Ausgangssignal RxD aus dem CAN- Treiber.
In einer Hardwarerealisierung ist die Steuerleitung, auf der das Steuersignal anliegt mit dem Eingang eines Inverters (INV) verbunden, dessen Ausgang an einem von zwei Eingängen eines Oder-Gatters (OR) angeschlossen ist. Der zweite Eingang ist mit der Sendeseite der Empfängerleitung (from CAN Rx) verbunden, also dem RxD- Pin des CAN-Treibers. Der Ausgang des Oder-Gatters ist mit der Empfangsseite der Empfängerleitung (to LMM Rx) verbunden, also dem Rx-Pin des/der LMMs.
Es sei noch erwähnt, dass bei dieser Verriegelungsschaltung keine direkte
Verbindung zwischen dem RxD-Ausgang des CAN-Treibers (from CAN Rx) und dem Rx-Eingang des LMM Bausteins (to LMM Rx) besteht, sondern eine Verbindung lediglich über das Gatter zustande kommt, so dass über dieses ggf. verriegelt werden kann. Anders kann die Sendeleitung Tx beide Bausteine direkt verbinden von from LMM Tx nach to CAN Tx.
Vorstehende Schaltung ist geeignet für Signale mit negativer Logik (0-aktive Logik). Im Falle einer positiven Logik, d. h. dass der Bit-Wert 1 über einen Hi-Pegel realisiert wird, ist das Oder-Gatter durch ein Und-Gatter zu ersetzen, um die gleiche
Verriegelungsfunktionalität zu bewirken.
Diese Logikfunktionalität kann mittels konfigurierbaren Multifunktionsgattern wie z. B. den Bausteinen 74LVC1G57, 74LVC1G97 und 74LVC1G98 realisiert werden. Insbesondere der 74LVC1G57GW-Q100 eignet sich, da er kostengünstig und für automobile Anwendungen qualifiziert ist.
In Figur 7 und 8 sind die Übertragungsverzögerungen für diese Logikschaltkreise gezeigt, welche Schaltzeiten von unter 8ns haben und somit schnell genug sind, um rechtzeitig die Empfangsleitung zu blockieren, bevor das Echo vom CAN-Treiber ankommt.
Die Kurven 71 und 81 zeigen ein Eingangssignal A oder Tx in den Logikschaltkreis, die Kurven 72 und 82 das resultierende Ausgangssignal.
Figur 7 zeigt den Kurvenverlauf für die Beginnflanke, Figur 8 den für die Endeflanke.
In Figur 9 ist das Problem gezeigt, dass die Verriegelungsschaltung gemäß Figur 6 zwar rechtzeitig vor der Beginnflanke des Echos schaltet, jedoch nicht lang genug verriegelt, um erst nach dem Ende des Echos wieder zu entriegeln. Hierzu müsste gemäß der vorliegenden Messung die Verriegelung mindestens weitere 280ns nach dem Ende des Signals auf der Sendeleitung weiter aktiv sein.
Bei Signalen mit negativer Logik ist die Beginnflanke fallend (von Hi auf Lo-Pegel) und die Endeflanke steigend (von Lo auf Hi), bei Signalen mit positiver Logik umgekehrt.
Signal 91 ist das auf der Sendeleitung Tx anliegende Signal, d. h. das TxD- Eingangssignal des CAN-Treibers. Das auf der Sendeseite der Empfangsleitung Rx erscheinende Echosignal 92 ist das Ausgangssignal des CAN-Treibers. Signal 93 zeigt den unerwünschten Teil des Echos, der trotzdem durchgelassen worden wäre, da eine ausschließliche vorhandene Schaltung gemäß Figur 6, nicht lange genug verriegelt hätte.
In Figur 10 ist eine Schaltung gezeigt, die eine Verzögerung der Aufhebung des Steuersignals für die Verriegelung bewirkt, also eine Zeitverzögerung mit einer Zeitverzögerungskonstante bewirkt. Eine Diode D1 , D1001 ist in Sperrrichtung zwischen die Sendeleitung und die
Steuerleitung geschaltet, sie zeigt mit der Kathodenseite zur Sendeleitung und der Anodenseite zur Steuerleitung. D. h. wenn der Tx-Pegel Hi ist, sperrt die Diode, wenn er Lo ist, lässt sie durch. Dadurch wird erreicht, dass eine fallende Flanke des Tx- Signals, die bei negativer Logik der Beginnflanke entspricht, sofort auf das
Steuersignal durchschlägt. Eine steigende Flanke hingegen führt zum Sperren der Diode und somit ist das Steuersignal dann abhängig von den weiteren Bauteilen.
Die Steuerleitung A ist über einen Widerstand R1 , R1002 mit der
Versorgungsspannung Vcc verbunden und mit einem Kondensator C1 , C1002 mit Masse. Ein Lo-Pegel des Tx-Signals entlädt den Kondensator über die dann in
Durchlassrichtung geschaltete Diode. Ansonsten lädt sich der Kondensator in einer den Bauteilwerten entsprechenden Geschwindigkeit vom Lo Richtung Hi-Pegel. Der Umschaltpunkt des Steuersignals ist durch den Schaltpegel, der z. B. bei Vcc/2 liegt bestimmt. Die Zeitkonstante bestimmt sich durch den Widerstands- und den
Kondensatorwert.
Ab diesem Punkt würde die nachgeschaltete Logikschaltung von Inverter (INV) und Oder-Gatter (OR) schalten. Diese wurde in Figur 6 vorgestellt.
In Figur 11 ist eine Messung der Signale gezeigt. v(a) ist die Messung des analogen Tx-Signals, v(b) die des analogen Steuersignals, v(c) die des digitalen Steuersignals und v(d) die des digitalen Tx-Signals.
Für diese Messung wurden ein alternierendes 0-1 Bitmuster verwendet, wie an den äquidistanten Flanken des digitalen Tx-Signals v(d) zu sehen ist. Das digitale
Steuerungssignal, das die Zeitpunkte/-dauern der aktiven Verriegelung anzeigt, besitzt nun eine Verzögerung und ist nach der Endeflanke des Tx-Signals noch weiter aktiv. Damit kann der in Figur 9 gezeigte unerwünschte Rest des Echosignals nun auch unterdrückt werden.
Optional können zwischen den beschriebenen Bauteilen noch andere auf den
Signalpfaden liegen, die weitere oder verbesserte Funktionen bewirken. Z. B. können noch Signaltreiberstufen zwischen der Tx-Leitung und der Diode oder dem RC-Glied und der Logikschaltung eingebaut werden.
Die Zeitkonstante dieser Messung ist so gewählt, dass sie einer halben Dauer eines Bits entspricht (ca. 500ns). Dies lässt genügend Toleranz für die benötigte
Verzögerung und gibt die Verriegelungsschaltung wieder frei während des Auftretens des Stop-Bits und ermöglicht so die Kommunikation ohne Beschränkungen der zeitlichen Abfolge. Der Empfangskanal ist sofort im Anschluss einer Verriegelung wieder frei für den Empfang einer weiteren Kommunikation vom MCU.
In Figur 12 ist eine Kommunikation zwischen einem MCU und einem LMM über einen CAN-Treiber dargestellt, bei dem die Verriegelungsschaltung gemäß Figur 10 eingesetzt wird. Es wird hier ein Datenwort vom MCU zum LMM übertragen, der daraufhin mit einem Datenwort dem MCU antwortet.
Das Signal 121 ist das Bitmuster, dass vom MCU via CAN-Treiber über die
Empfangsleitung (Rx) an den LMM gesendet wird und kann inhaltlich eine
Anforderung an den LMM darstellen, dass dieser Daten senden soll. Dieses Signal wird empfangsseitig am LMM gemessen, d. h. nach dem Ausgang des Gatters der Verriegelungsschaltung.
Das Signal 123 hingegen ist das Signal der Empfangsleitung, jedoch Ausgangsseitig am CAN-Treiber gemessen. Hier ist das Echo in der rechten Hälfte der Messung sichtbar, das vom Tx-Signal her resultiert.
Das Signal 122 zeigt besagtes Tx-Signal auf der Sendeleitung, was z. B. die angeforderten Daten sein können, welches der LMM an den MCU, bzw. CAN-Treiber sendet.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung konnte so das Echo der Antwort des LMMs vollständig unterdrückt werden. In Figur 13 ist eine Bestückungsvariante für eine Leiterplatte gezeigt, die eine
Bestückung gemäß der Schaltung von Figur 5 zulässt, wie die durchgestrichenen Bauteile der Figur zeigen. Hier ist jedoch eine alternative Bestückung gezeigt, für den Fall, dass keine CAN-Kommunikation zwischen MCU und LMM eingesetzt wird, sondern eine direkte UART-Kommunikation.
Dabei ist im Wesentlichen der Ausgangspins ST1-Tx, bzw. CANH mit dem UART- seitigen Tx lediglich über den Widerstand R1010 mit anliegenden Pull-Up R1008 verbunden. Ebenso ist der Eingangspin ST1-Rx, bzw. CANL mit dem UART-seitigen Rx lediglich über den Widerstand R1013 mit anliegendem Pull-Up R1009 verbunden. Auch ein Kurzschluss anstatt den Durchgangswiderständen ist denkbar.
Bezugszeichenliste
MCU Master-ECU, Steuergerät
Tx Transmit-Pin, Sendeleitung
Rx Receive-Pin, Empfangsleitung
TPS92661 Licht-Matrix-Management Modul, Typ Tl TPS92661
LMM Licht-Matrix-Management Modul
CANH Can-Hi Anschluss
CANL Can-Lo Anschluss
Vcc Versorgungsspannung
TxD Anschluss für Sendeleitung, Eingang in CAN-Treiber
RxD Anschluss für Empfangsleitung, Ausgang aus CAN-Treiber
41 Signal auf Sendeleitung
42 Signal auf Empfangsleitung, hier Echo
D1000, Bauteile für CAN Eingangsbeschaltung
C1000,
R1000,
R1001 ,
L1000
IC1000 CAN-Treiber
D1001, (D1), Bauteile für Verzögerungsschaltung
R1002, (R1),
C1002, (C1) IC1001 Logikbaustein
A Steuersignal
B, Sendeseitiges Empfangssignal
fromCANRx toCANRx Empfangsseitiges Empfangssignal
INV Inverter
OR Oder-Gatter
71 Eingangssignal eines Logikbausteins einer Beginnflanke
72 Ausgangssignal eines Logikbausteins einer Beginnflanke
81 Eingangssignal eines Logikbausteins einer Endeflanke
82 Ausgangssignal eines Logikbausteins einer Endeflanke
91 Sendesignal an toCANTx
92 Empfangssignal an fromCANRx
93 Restliches Echo Signal an toLMMRx toCANTx Sendeleitungsanschluß an CAN-Treiber fromLMMTx Sendeleitungsanschluß an LMM v(a) Messung des analogen Sendesignals v(b) Messung des analogen Steuersignals v(c) Messung des digitalen Steuersignals v(d) Messung des digitalen Sendesignals
121 Bitmustersignal von MCU an LMM (Anfrage) 122 Bitmustersignal von LMM an MCU (Antwort)
123 Signal am RxD-Ausgang des CAN-Treibers
R1010, Durchgangswiderstände
R1013
R1008, Pull-Up Widerstände
R1009

Claims

Verriegelungsschaltung und Verfahren zum Sperren einer Datenleitung Patentansprüche
1. Verriegelungsschaltung zum Unterdrücken eines Echos (42) auf einer
Empfangsleitung (Rx),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verriegelungsschaltung bei Vorhandensein eines Signals (41) auf einer Sendeleitung (Tx) die Empfangsleitung (Rx) sperrt,
wobei die Empfangsleitung eine Sendeseite (B, from CAN Rx) besitzt, an der das Echosignal anliegt und eine Empfangsseite (to LMM Rx), auf der das Echosignal blockiert werden kann.
2. Verriegelungsschaltung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Sendesignal (41) abgeleitetes Steuersignal (A) auf einer Steuerleitung anliegen kann,
wobei die Steuerleitung an den Eingang eines Inverters (INV) angeschlossen ist,
dessen Ausgang mit einem Eingang eines Oder-Gatters (OR) bei Signalen mit negativer Logik, bzw. einem UND-Gatter bei Signalen mit positiver Logik, verbunden ist,
wobei ein zweiter Eingang des Gatters mit der Sendeseite der
Empfangsleitung (from CAN Rx) verbunden ist und
wobei der Ausgang des Gatters mit der Empfangsseite der Empfangsleitung (to LMM Rx) verbunden ist.
3. Verriegelungsschaltung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungsschaltung (D1+R1+C1) das Steuersignal (A) so beeinflusst, dass die Verriegelungsschaltung für einen längeren Zeitraum verriegelt, als das Signal auf der Sendeleitung anliegt.
4. Verriegelungsschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsschaltung die Sendeleitung über eine Diode (D1) mit der Steuerleitung (A)
und die Steuerleitung über einen Widerstand (R1) mit der
Versorgungsspannung,
sowie über einen Kondensator (C1) mit Masse verbindet.
5. Verriegelungsschaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
ein CAN-Treiber, welcher das Echo erzeugen kann, an die Sendeleitung und die Sendeseite der Empfangsleitung angeschlossen ist.
6. Verriegelungsschaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Licht-Matrix-Manager Modul (TPS92661) an die Sendeleitung und die Empfangsseite der Empfangsleitung angeschlossen ist,
wobei das wenigstens eine Licht-Matrix-Manager Modul das Signal auf der Sendeleitung sendet.
7. Verriegelungsschaltung gemäß den Ansprüchen 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Verriegelungsschaltung auf einer Leiterplatte aufgebracht ist,
auf der sich auch der CAN-Treiber,
eine Kommunikationsschnittstelle
und das wenigstens eine Licht-Matrix-Manager Modul befinden.
8. Verriegelungsschaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
eine Leiterplatte derart ausgebildet ist, dass sie eine Bestückung gemäß Anspruch 7 aufnehmen kann
oder alternativ eine Bestückung, die eine direkte Verbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle und dem Licht-Matrix-Manager-Modul ermöglicht.
9. Verfahren zum Unterdrücken eines Echos (42) auf einer Empfangsleitung (Rx),
wobei ein Signal (41) auf einer Sendeleitung (Tx) erkannt wird und daraufhin die Übertragung auf der Empfangsleitung (Rx) für die Dauer des Signals gesperrt wird.
10. Schein werfersystem, umfassend
mehrere Lichtquellen,
eine Matrixsteuerung dieser Lichtquellen,
eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der Matrixsteuerung,
einen CAN-Treiber und
eine Verriegelungsschaltung gemäß Anspruch 1.
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