CN113169918B - 用于串行总线***的用户站的装置和用于串行总线***中的通信的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于串行总线***（1）的装置（12；16；32；120）和一种用于串行总线***（1）中的通信的方法。所述装置（12；16；32；120）具有：接收器（122），用于从所述总线***（1）的总线（40）接收信号，在所述总线***（1）中，为了在所述总线***（1）的用户站（10、20、30；100）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453），其中针对消息（45）来将在所述第一通信阶段（451、452、454）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）与在所述第二通信阶段（453）接收到的信号的总线状态（U_D1、U_D2）区分开，其中所述接收器（122）被设计为：根据从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RxD）并且将所述信号输出给通信控制装置（11），所述通信控制装置对包含在所述数字信号（RxD）中的数据进行分析，其中所述接收器（122）被设计为：在这些通信阶段（451至454）中的每个通信阶段，为了产生所述数字信号（RxD）而使用第一接收阈（T_1；T_3）和第二接收阈（T_2），而且其中所述第二接收阈（T_2）具有负电压值。

Description

用于串行总线***的用户站的装置和用于串行总线***中的 通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于串行总线***的用户站的装置和一种用于串行总线***中的通信的方法，该串行总线***以高数据率和高容错能力来进行工作。

背景技术

为了在传感器与控制设备之间、例如在车辆中的传感器与控制设备之间的通信，常常使用总线***，在该总线***中，数据在作为具有CAN FD的CAN协议规范的ISO11898-1:2015标准下作为消息来被传输。这些消息在总线***的用户站、如传感器、控制设备、发生器等等之间被传输。

随着技术设备或车辆的功能的数目增加，在总线***中的数据传输也增加。为此，还常常需要能比到目前为止将数据更快地从发送方传输到接收方。结果，总线***的所需要的带宽将进一步增加。

为了能够以比在CAN的情况下更高的比特率来传输数据，以CAN FD消息格式提供了一种用于在消息之内切换到更高的比特率的选项。在这种技术的情况下，通过在数据字段的范围内使用更高的时控来将可能的最大数据率提高得超过为1 MBit/s的值。这种消息随后也被称作CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD的情况下，将有效数据长度从8字节扩展到多达64个字节，而且数据传输率远高于在CAN的情况下。

尽管基于CAN或CAN FD的通信网络关于例如其鲁棒性方面提供了很多优点，但是与在例如100 Base-T1 以太网（Ethernet）中的数据传输相比速度低得多。此外，到目前为止在CAN FD的情况下达到的多达64个字节的有效数据长度对于一些应用来说太少。

发明内容

因而，本发明的任务是提供一种用于串行总线***的用户站的装置和一种用于串行总线***中的通信的方法，该装置和该方法解决了上述问题。尤其应该提供一种用于串行总线***的用户站的装置和一种用于串行总线***中的通信的方法，其中在高容错能力的情况下可以实现高数据率和对每个帧的有效数据量的提高。

该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线***的用户站的装置来被解决。所述装置具有接收器，用于从总线***的总线接收信号，在该总线***中，为了在该总线***的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段，其中针对消息来将在第一通信阶段从总线接收到的信号的总线状态与在第二通信阶段接收到的信号的总线状态区分开，其中该接收器被设计为：根据从总线接收到的信号来产生数字信号并且将该信号输出给通信控制装置，该通信控制装置对包含在该数字信号中的数据进行分析，其中该接收器被设计为：在这些通信阶段中的每个通信阶段，为了产生该数字信号而使用第一接收阈和第二接收阈，而且其中第二接收阈具有负电压值。

基于所述装置的设计方案，能够自动优化针对在总线上的不同通信阶段的接收阈。由此，接收阈对于这些通信阶段中的每个通信阶段来说都是理想的，使得在总线上的不同通信阶段中的比特时间不会失真。

结果，即使在每个帧的有效数据量提高的情况下，利用发送/接收装置也可以确保在低错误率的情况下对帧的接收。因此，在串行总线***中，即使数据率高且每个帧的有效数据量提高，也可以以高容错能力来进行通信。

因而，利用发送/接收装置，在总线***中尤其能够在第一通信阶段维持CAN已知的仲裁并且仍然相对于CAN或CAN FD而言再次显著提高传输率。

这一并有助于实现至少10 Mbps的净数据率。为此，有效数据的大小还可以为每个帧有多达4096个字节。

如果在总线***中也存在根据CAN协议和/或CAN FD协议来发送消息的至少一个CAN用户站和/或至少一个CAN FD用户站，则也可以使用由该用户站来执行的方法。

该用户站的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

按照这些实施例，该接收器被设计为：与其中从总线接收信号的通信阶段无关地，使用第二接收阈，其中该接收器被设计为：在第一通信阶段为了产生该数字信号而附加地使用第一接收阈并且在第二通信阶段使用第三接收阈，该第三接收阈的正电压值小于第一接收阈的正电压值。

按照一个特殊的实施变型方案，在第一通信阶段中从总线接收到的信号的总线状态利用与在第二通信阶段中接收到的信号的总线状态不同的物理层（Physical Layer）来被产生。

按照另一特殊的实施变型方案，在第一通信阶段中，信号的位具有如下比特时间，该比特时间是在第二通信阶段中被驱动的位的比特时间的至少10倍。

在总线上的通信阶段的区别可能在于：在第一通信阶段协商：总线***的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段获得对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问。

所述装置可能还具有接收阈适配装置，用于关于当前存在的通信阶段来分析从总线接收到的信号并且用于基于该分析的结果将第一接收阈切换到第三接收阈或者用于基于该分析的结果将第三接收阈切换到第一接收阈。

可设想的是：如果在其中不确保用户站对总线***的总线的独占的、无冲突的访问的第一通信阶段之后切换到具有对总线的独占的、无冲突的访问的通信阶段，则该接收阈适配装置将第一接收阈切换到第三接收阈。

按照一个选项，该接收阈适配装置被设计为：求两个从总线接收到的信号的差分电压的平均值，以便将第一接收阈切换到第三接收阈或者以便将第三接收阈切换到第一接收阈。

所述装置还可具有发送器，用于将消息发送到总线***的总线上，其中该发送器在发送消息的不同通信阶段时被设计为在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换。在这种情况下，该发送器有可能在第一运行模式中被设计为：产生第一数据状态作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说不同的总线电平的总线状态；并且产生第二数据状态作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说相同的总线电平的总线状态，而且其中该发送器在第二运行模式中被设计为将第一数据状态和第二数据状态分别产生作为具有对于总线线路的两条总线芯线来说不同的总线电平的总线状态。

之前描述的装置可以是串行总线***的用户站的一部分，该用户站还具有通信控制装置，用于控制该用户站与总线***的至少一个其它用户站的通信。

在这种情况下存在如下选项：通信控制装置被设计为：将信号发送给所述装置，其中所述装置被设计为：基于由通信控制装置发送的信号，将第一接收阈切换到第三接收阈或者将第三接收阈切换到第一接收阈。

之前描述的用户站可以是总线***的一部分，该总线***还包括总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站通过该总线彼此连接，使得它们可以彼此进行串行通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是之前描述的用户站。

上述任务还通过根据权利要求14所述的用于串行总线***中的通信的方法来被解决。利用用于从总线***的总线接收信号的接收器来实施该方法，在该总线***中，为了在该总线***的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段，而且其中该接收器实施如下步骤：从总线***的总线接收信号，其中针对消息来将在第一通信阶段从总线接收到的信号的总线状态与在第二通信阶段接收到的信号的总线状态区分开；根据从总线接收到的信号来产生数字信号；并且将所产生的数字信号输出给通信控制装置，该通信控制装置对包含在该数字信号中的数据进行分析，其中该接收器在这些通信阶段中的每个通信阶段中在产生该数字信号的情况下使用第一接收阈和第二接收阈，而且其中第二接收阈具有负电压值。

该方法提供了与之前关于所述装置所提到的优点相同的优点。

本发明的其它可能的实现方案也包括之前或者在下文关于实施例所描述的特征或者实施方式的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将把单个方面作为改善方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明参考随附的附图并且依据实施例更详细地予以描述。其中：

图1示出了按照第一实施例的总线***的简化框图；

图2示出了用于阐明可由按照第一实施例的总线***的用户站的发送/接收装置来发送的消息的构造的简图；

图3示出了按照第一实施例的总线***的用户站的简化示意性框图；

图4示出了在按照第一实施例的用户站的情况下总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的随时间的变化过程；

图5示出了在按照第一实施例的用户站的情况下总线信号CAN-EL_H和CAN-EL_L的差分电压VDIFF的随时间的变化过程；以及

图6示出了按照第二实施例的总线***的用户站的简化示意性框图。

在这些附图中，只要不另作说明，相同或者功能相同的要素就配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了总线***1作为示例，该总线***尤其基本上被设计用于CAN总线***、CAN FD总线***、CAN EL总线***和/或它们的变型方案，如随后所描述的那样。总线***1可以在车辆、尤其是机动车、飞机等等中或者在医院等等中得以应用。

在图1中，总线***1具有多个用户站10、20、30，这些用户站分别连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线芯线41、42也可以被称作CAN_H和CAN_L，并且用于在发送状态下针对信号耦合输入显性电平或生成隐性电平之后的电信号传输。通过总线40，消息45、46能以信号为形式在各个用户站10、20、30之间被串行传输。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示装置等等。

如在图1中所示，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和接收阈适配装置15。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和接收阈适配装置35。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线40上，即使这在图1中未阐明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30通过总线40与连接到该总线40上的用户站10、20、30中的至少一个其它用户站的通信。

通信控制装置11创建和读取第一消息45，所述第一消息例如是修改后的CAN消息45。在这种情况下，修改后的CAN消息45基于CAN EL格式来构造，该CAN FE格式关于图2更详细地予以描述。

通信控制装置21可以像常规的CAN控制器那样来实施。通信控制装置21创建和读取第二消息46、例如Classical CAN消息46。Classical CAN消息46按照Classical基本格式来构造，其中在消息46中可以包括数目多达8个数据字节。替选地，Classical CAN消息46被构造为CAN FD消息，其中可以包括数目多达64个数据字节，这些数据字节为此还可以比在Classical CAN消息46的情况下明显更快的数据率来被传输。在后者的情况下，通信控制装置21像常规的CAN FD控制器那样来实施。

通信控制装置31可以被实施为：根据需要，为发送/接收装置32提供CAN EL消息45或Classical CAN消息46或者从该发送/接收装置接收CAN EL消息或Classical CAN消息。即，通信控制装置31创建和读取第一消息45或第二消息46，其中第一和第二消息44、46通过它们的数据传输标准、即在这种情况下是CAN EL或CAN来区别。替选地，Classical CAN消息46被构造成CAN FD消息。在后者的情况下，通信控制装置31像常规的CAN FD控制器那样来实施。

除了随后还更详细地描述的区别之外，发送/接收装置12可以被实施为CAN EL收发器。发送/接收装置22可以像常规的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。发送/接收装置32可以被实施为：根据需要，为通信控制装置31提供按照CAN EL格式的消息45或按照目前的CAN基本格式的消息46或者从该通信控制装置接收按照CAN FE格式的消息或按照目前的CAN基本格式的消息。附加地或替选地，发送/接收装置12、32能像常规的CAN FD收发器那样来实施。

利用两个用户站10、30，能实现对具有CAN EL格式的消息45的形成和然后传输以及对这种消息45的接收。

图2针对消息45示出了由发送/接收装置12或发送/接收装置32所发送的CAN EL帧450。CAN EL帧450对于在总线40上的CAN通信来说被划分成不同的通信阶段451至454，即仲裁阶段451、SoD阶段452、数据阶段453和帧结束阶段454。

在仲裁阶段451，例如在开始时发送一位，该位也被称作SOF位并且表明了帧的开始或Start of Frame。在仲裁阶段451，还发送具有例如32位的识别码，用于标识消息45的发送方。在仲裁的情况下，借助于识别码在用户站10、20、30之间逐位地协商：哪个用户站10、20、30想要发送优先级更高的消息45、46而且因而在接下来的时间内为了在SoD阶段452以及随后的数据阶段453中发送而获得对总线***1的总线40的独占的访问。

在SoD阶段452，可选地发送由一个或多个位组成的协议格式信息，该协议格式信息适合于使CAN EL帧相对于CAN帧或CAN FD帧进行区别。然而，该协议格式信息并不一定必须存在。

附加地，在SoD阶段452中发送例如13位长的数据长度码（Data-Length-Code），接着该数据长度码例如可以步长为1地取从1直至4096的值，或者替选地可以取从0至4095的值。数据长度码也可以包括更多或更少的位，而且值域和步长可以取其它值。

在数据阶段453发送CAN-EL帧或消息45的有效数据。与数据长度码的值域相对应地，有效数据例如可具有多达4096个字节或者更大的值。

在帧结束阶段454，例如可以在校验和字段中包含关于数据阶段453的包括填充位在内的数据的校验和，该校验和由消息45的发送方分别在预先确定的数目的相同的位、尤其是10个相同的位之后作为相反的位来被嵌入。在帧结束阶段454，还可以在结束字段中包含至少一个确认位。还可以存在11个相同的位的序列，这11个相同的位表明CAN EL帧450的结束。利用至少一个确认位可以报告：接收方是否已经在所接收到的CAN EL帧450或消息45中发现了错误。

至少在仲裁阶段451和帧结束阶段454，使用像在CAN和CAN-FD中那样的物理层。附加地，在SoD阶段452，可以至少部分地、即在开始时使用像在CAN和CAN-FD的情况下那样的物理层。物理层对应于比特传输层或公知的OSI模型（开放***互连模型（Open SystemsInterconnection Modell））的第1层。

在这些阶段451、454以及SoD阶段452的至少一部分期间的重点是：公知的CSMA/CR方法得以使用，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30对总线40的同时访问，而不破坏更高优先级的消息45、46。由此，可以相对简单地将其它总线用户站10、20、30添加给总线***1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法导致：在总线40上必须存在所谓的隐性状态，这些隐性状态可以由其它用户站10、20、30利用在总线40上的显性状态来覆盖。在隐性状态下，在各个用户站10、20、30上存在高阻抗比，这与总线接线的寄生相结合地导致更长的时间常数。这导致在真实的车辆使用中将如今的CAN-FD物理层的最大比特率限制到目前约每秒2兆比特（Megabit）。

当作为发送方的用户站10已经赢得了仲裁并且作为发送方的用户站10借此为了进行发送而独占地访问总线***1的总线40时，消息45的发送方才开始将SoD阶段452以及随后的数据阶段453的位发送到总线40上。发送器要么可以在SoD阶段452的部分之后变换到更快的比特率和/或其它物理层，要么可以在随后的数据阶段453的第一位的情况下、即在随后的数据阶段的开始的情况下才变换到更快的比特率和/或其它物理层。

十分普遍地，与CAN或CAN FD相比，在具有CAN EL的总线***中可以实现如下差异特性：

a) 采用并且必要时适配经过考验的特性、尤其是具有根据CSMA/CR方法的识别码和仲裁的帧结构，所述特性对CAN和CAN FD的鲁棒性和使用者友好性负责；

b) 将净数据传输率提到到每秒约10兆比特；

c) 将每个帧的有效数据的大小提高到约4千字节（kbyte）；

d) 可选地：在识别出错误时完全或部分地省去对错误帧（Error Frames）的发送。然而，利用发送/接收装置12、32可能的是：可以继续使用错误帧（Error Frames），因为在数据阶段中的总线状态转变在时间上只是非常短暂地被影响。由此，错误帧（Error Frames）能够通过当前的总线流量来占主导（连续6x次占主导），如所需的那样。这一点从应用者角度来说是优点。

图3示出了用户站10的基本构造，该用户站具有通信控制装置11、发送/接收装置12和接收阈适配装置15。用户站30以与图3中示出的情况相似的方式来构造，不同之处在于：接收阈适配装置35不是集成到发送/接收装置32中，而是独立于通信控制装置31和发送/接收装置32地来设置。因而，用户站30和接收阈适配装置35不单独被描述。随后描述的装置15的功能在装置35的情况下同样存在。

按照图3，除了通信控制装置11、发送/接收装置12和装置15之外，用户站10还具有：微控制器13，将通信控制装置11分配给该微控制器；和***ASIC 16（ASIC = 专用集成电路），该***ASIC替选地可以是***基础芯片（SBC），在该***基础芯片上组合有多个对于用户站10的电子组件来说所需的功能。在***ASIC 16中，除了发送/接收装置12之外还安装有能量供应装置17，该能量供应装置给发送/接收装置12供应电能。能量供应装置17通常提供为5 V的电压CAN_Supply。然而，根据需要，能量供应装置17可以提供具有不同值的不同电压。附加地或替选地，能量供应装置17可以设计为电流源。接收阈适配装置15具有分析单元151和适配单元152。

发送/接收装置12还具有发送器121和接收器122。即使随后总是谈及发送/接收装置12，也替选地能够在发送器121外部的单独的装置中设置接收器122。发送器121和接收器122可以像在常规的发送/接收装置22的情况下那样来构造。发送器121尤其可具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收器122尤其可具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

发送/接收装置12连接到总线40上，更准确地说连接到该总线的用于CAN_H的第一总线芯线41和该总线的用于CAN_L的第二总线芯线42上。经由至少一个连接端43来实现能量供应装置17的电压供应，用来给第一和第二总线芯线41、42供应电能、尤其是供应电压CAN-Supply。通过连接端44来实现与接地或CAN_GND的连接。第一和第二总线芯线41、42以终端电阻49来结束。

在发送/接收装置12中，第一和第二总线芯线41、42不仅与也被称作Transmitter的发送器121连接而且与也被称作Receiver的接收器122连接，尽管在图3中为了简化而并未示出该连接。第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中也与装置15连接。

在总线***1运行时，发送器121将通信控制装置11的发送信号TxD转化成针对总线芯线41、42的相对应的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L并且将这些信号CAN-EL_H和CAN-EL_L在用于CAN_H和CAN_L的连接端上发送到总线40上，如图4中所示。

接收器122根据按照图4的从总线40接收到的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L来形成接收信号RxD，并且将该接收信号转交给通信控制装置11，如图3中所示。除了空闲或待机状态（Idle或Standby）之外，具有接收器122的发送/接收装置12在正常运行时总是监听在总线40上对数据或消息45、46的传输，更确切地说与发送/接收装置12是不是消息45的发送方无关。

按照图4的示例，在之前提到的通信阶段451、452、454中的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L具有显性和隐性总线电平401、402，如从CAN公知的那样。而在数据阶段453中的信号CAN-EL_H和CAN-EL_L不同于常规信号CAN_H和CAN_L，如随后还更详细地描述的那样。在总线40上形成在图5中示出的差分信号VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L。

如从图4的左侧部分可看出的那样，发送器121只在之前提到的通信阶段451、452、454中对差分信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的显性状态402不一样地进行驱动。而在总线线路3上针对隐性状态401的总线电平在之前提到的通信阶段451、452、454中等于例如约为2.5 V的电压Vcc或CAN-Supply。因此，对于隐性状态401（发送信号TxD的逻辑'0'）的电压VDIFF =CAN-EL_H - CAN-EL_L来说得出为0V的值而对于显性状态402（发送信号TxD的逻辑'1'）的电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L来说得出约为2.0 V的值。

如果发送/接收装置12、尤其是其装置15识别出仲裁阶段451或SoD阶段452的结束，则发送器121从在图4的左侧部分中示出的针对数据阶段453的状态被切换到在图4的右侧部分示出的状态。因此，发送器121从第一运行模式被切换到第二运行模式。

按照图4的右侧部分，在更快的数据阶段453中，对于在切换通信阶段451、452、454的状态之后的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L来说，在该切换之后立即达到空闲状态403，在图4的具体示例中，在该空闲状态下出现约为0 V的总线电平。然而，在该切换之后，在数据阶段453中通常将不再出现约为0V的总线电平的状态。然后，可选地在达到尤其具有约为2.5 V的总线电平的未示出的空闲状态idle之后，达到与发送信号TxD的数据状态Data_0和Data_1相对应的总线状态U_D0、U_D1。

数据状态Data_0和Data_1以及因此由此得到的针对图4中的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的总线状态U_D0、U_D1的序列和由此得到的图5的电压VDIFF的变化过程只是用于阐明发送/接收装置10的功能。数据状态Data_0和Data_1以及因此总线状态U_D0、U_D1的序列能根据需要来被选择。

按照图4，针对与数据状态Data_0相对应的总线状态U_D0的信号CAN-EL_L尤其是利用发送器121的NMOS晶体管被拉至约1.5 V。而针对与数据状态Data_0相对应的总线状态U_D0的信号CAN-EL_H尤其是利用发送器121的PMOS晶体管被拉至约3.5 V。通过尤其是利用PMOS晶体管将信号CAN-EL_L拉至约3.5 V并且尤其是利用NMOS晶体管将信号CAN-EL_H拉至约为1.5 V，实现Data_1。

在图4中示出的且之前描述的状态的情况下，在总线40的总线线路上，在状态Data_0的情况下存在约-0.6 V与约-2 V之间的总线电平而在状态Data_1的情况下存在约0.6 V与约2 V之间的总线电平，如图5中所阐明的那样。即，在状态Data_0和Data_1的情况下，差分电压VDIFF = CAN-EL_H - CAN-EL_L尤其具有约为1.4 V的最大幅度，尽管图5在一个具体示例中将VDIFF的幅度示出为2 V。

换言之，发送器121在按照图4的第一运行模式中产生：第一数据状态、例如Data_0，作为具有对于总线线路的两条总线芯线41、42来说不同的总线电平的总线状态402；和第二数据状态、例如Data_1，作为具有对于总线40的总线线路的两条总线芯线41、42来说相同的总线电平的总线状态401。

此外，发送器121针对在包括数据阶段453的第二运行模式中的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的随时间的变化过程将第一和第二数据状态Data_0、Data_1分别形成为具有对于总线40的总线线路的两条总线芯线41、42来说不同的总线电平的总线状态U_D0、U_D1。

如图5中所示，接收器122在通信阶段451、452、454中使用从CAN/CAN-FD公知的具有0.7 V的典型水平的第一接收阈T_1，以便可以在第一运行模式中可靠地识别总线状态401、402。附加地，接收器122在通信阶段451、452、454中使用低于0 V的第二接收阈T_2，如图5中所示。在图5的示例中，第二接收阈T_1约为-0.7 V。

所述装置15利用其分析单元151来在通信阶段451至454中的每个通信阶段期间对第二接收阈T_2进行分析。如果查明在预先确定的时长T4内低于接收阈T_2，则分析单元151假定数据阶段453已经开始并且将该结果输出给适配单元152。因而，适配单元152将到目前为止针对通信阶段451、452、454使用的第一接收阈T_1为了数据阶段453而适配到第三接收阈T_3。换言之，适配单元152将用于通信阶段451、452、454的第一接收阈T_1切换到用于数据阶段453的第三接收阈T_3。

由此，现在分析单元151在数据阶段453中为了评估所接收到的数据而在信号CAN-EL_H、CAN-EL_L中使用第二和第三接收阈T_2、T_3。在图5的示例中，第三接收阈T_3通常约为0 V，并且因此对于在图5的示例中的数据阶段453中的差分电压VDIFF的电平来说是理想的。

图4和图5分别示出了针对预先确定的时长T4的非常具体的示例。在分析单元151中至少暂时存储预先确定的时长T4，该预先确定的时长也可以被称作滤波时间t_filter。在这种情况下，对于预先确定的时长T4的设计方案来说，不仅考虑在总线40上的也称作t_Störung的干扰的典型时长而且考虑比特时长t_bt，该比特时长说明了在当前存在的通信阶段451至454的信号CAN-EL_H、CAN-EL_L中的位的时间长度。因此，对于预先确定的时长T的设计方案来说，尤其是适用t_Störung < T4 < t_bt。

在仲裁阶段451、帧结束阶段454以及至少部分地在SoD阶段中的比特率被选择得比在帧450的数据阶段453中更缓慢。尤其是，在阶段451、452、454中的比特率被选择为500kbit/s，由此得出约为2μs的比特时间，而在数据阶段453中的比特率被选择为5至8 Mbit/s，由此得出约为0.2μs以及更短的比特时间。因此，在其它通信阶段451、452、454中的信号的比特时间t_bt是在数据阶段453中的信号的比特时间的至少10倍。

在从通信阶段451或452转变到数据阶段453的时间内，即使不是接收阈的理想水平，借助于第一和第二接收阈T_1、T_2也能够实现数据接收。

因此，在其中为了产生接收信号RxD而使用第三接收阈T_3的数据阶段453，利用分析单元151相对于第二接收阈T_2而言观察信号CAN-EL_H、CAN-EL_L或电压VDIFF的电压值。利用由此得到的结果，分析单元151可以做出帧结束阶段454何时开始的判断，在该帧结束阶段，适配单元152应该将第三接收阈T_3重新切换到第一接收阈T_1。

如果在数据阶段453利用分析单元151在预先确定的时长T5内查明信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的电压值不低于第三接收阈T_3，则适配单元152将到目前为止针对通信阶段453使用的第三接收阈T_3重新切换到第一接收阈T_1。在对接收阈进行该适配之后，重新使用第一和第二接收阈T_1、T_2来分析信号CAN-EL_H、CAN-EL_L的电压值。

预先确定的时长T5被选择得与总线40在相同状态下可能的情况至少一样大。尤其对于比特时长t_bt来说情况如此。预先确定的时长T5和预先确定的时长T4尤其可以一样长。

因此，十分普遍地可以在不同通信阶段451至454中的至少两个通信阶段中将总线状态401、402、U_D1、U_D2区分开，尤其是为此可以使用至少两个不同的物理层。发送/接收装置12、尤其是其装置15可以根据当前存在的通信阶段451至454来进行接收阈T_1、T_2到接收阈T_2、T_3的自动切换，这些通信阶段在用于产生两个总线状态401、402或者与之不同的两个总线状态U_D1、U_D2的至少一个特征方面有区别。

通过发送器121以及针对接收器122的接收阈T_1、T_2、T_3的所描述的切换，在数据阶段453中可以实现比在CAN或CAN-FD的情况下高得多的数据率。在数据阶段453的数据字段中的数据长度还可以被增加到多达4096个字节。由此，CAN的关于仲裁方面的优点可以维持并且仍然可以在比以往更短的时间内有效传输数量更多的数据，也就是说不需要由于错误而对数据的重复，如随后所阐述的那样。

另一优点在于：在总线***1中在传输消息5时不需要错误帧。由此，消息45不再被破坏，这消除了需要对消息进行双重传输的原因。由此提高了净数据率。

图6示出了按照第二实施例的具有接收阈适配装置150的用户站100。替代用户站10，可以使用用户站100。

在用户站100的情况下，通信控制装置11拥有附加的连接端，用于向发送/接收装置12、尤其是该发送/接收装置的接收阈适配装置150输出信号K14。在这种情况下，分析单元151对信号K14的值进行分析，以便将接收阈T_1、T_2切换到接收阈T_2、T_3或者以便将接收阈T_2、T_3切换到接收阈T_1、T_2。

可选地，分析单元151可以附加地分析图4和/或图5的信号，如上所述。在此，可以进行合理性检查，以便进一步提高切换的安全性。在该合理性检查的情况下，尤其可以将更高的权重给予对图4和/或图5的信号或者信号K14的分析。

例如，分析单元151可以被实施成切换块、尤其是被实施成至少一个晶体管，该切换块基于信号K14的值来对接收器122的接收阈T_1、T_2、T_3进行切换，如上所述。

在其它情况下，在第二实施例中的总线***1以与先前关于第一实施例所描述的相同的方式来构造。

按照第三实施例，用户站10的分析单元151可以使用经低通滤波的总线差分电压VDIFF，尤其是求电压VDIFF的平均值，以便将接收阈T_1、T_2切换到接收阈T_2、T_3或者以便将接收阈T_2、T_3切换到接收阈T_1、T_2。

在图4和图5的示例中，总线差分电压VDIFF的平均值在通信阶段451、452、454中为VDIFF/2 = 2V/2 = 1V。而在图4和图5的示例中，在数据阶段453中的总线差分电压VDIFF的平均值为VDIFF/2 = 0V。

在其它情况下，在第三实施例中的总线***1以与先前关于第一实施例所描述的相同的方式来构造。

总线***1的装置15、35、150、用户站10、20、30、100和其中实施的方法的所有之前描述的设计方案都可以单独地或者以所有可能的组合来得到应用。尤其是，之前描述的实施例和/或它们的变型方案的所有特征都可以任意地组合。附加地或替选地，尤其可设想如下变型方案。

即使本发明之前以CAN总线***为例来被描述，本发明也可以被用于任何通信网络和/或通信方法，在所述通信网络和/或通信方法的情况下使用两个不同的通信阶段，在所述两个不同的通信阶段中，针对这些不同的通信阶段所产生的总线状态有所不同。尤其是，本发明能用于开发其它串行通信网络，如以太网（Ethernet）和/或100 Base-T1以太网、现场总线***等等。

按照这些实施例的总线***1尤其可以是其中能用两个不同的比特率来串行地传输数据的通信网络。有利的、然而不是强制性的前提的是，在总线***1中至少在确定的时间区间内确保用户站10、20、30对共同的信道的独占的、无冲突的访问。

这些实施例的总线***1中的用户站10、20、30、100的数目和布局是任意的。尤其可以取消总线***1中的用户站20。可能的是：在总线***1中存在用户站10或30或100中的一个或多个用户站。可设想的是：总线***1中的所有用户站都被设计得相同，即只存在用户站10或只存在用户站30或只存在用户站100。

Claims (13)

1.一种用于串行总线***（1）的装置（12；16；32；120），所述装置具有：

接收器（122），用于从所述总线***（1）的总线（40）接收信号，在所述总线***（1）中，为了在所述总线***（1）的用户站（10、20、30；100）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453），

其中针对消息（45）来将在所述第一通信阶段（451、452、454）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）与在所述第二通信阶段（453）接收到的信号的总线状态（U_D1、U_D2）区分开，

其中所述接收器（122）被设计为：根据从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RxD）并且将所述信号输出给通信控制装置（11），所述通信控制装置对包含在所述数字信号（RxD）中的数据进行分析，

其中所述接收器（122）被设计为：在这些通信阶段（451至454）中的每个通信阶段，为了产生所述数字信号（RxD）而使用第一接收阈（T_1）或第三接收阈（T_3）并且使用第二接收阈（T_2），而且

其中所述第二接收阈（T_2）具有负电压值，

其中所述接收器（122）被设计为：与其中从所述总线（40）接收信号的通信阶段（451至454）无关地使用所述第二接收阈（T_2），而且

其中所述接收器（122）被设计为：在所述第一通信阶段（451、452、454）为了产生所述数字信号（RxD）而附加地使用所述第一接收阈（T_1）并且在所述第二通信阶段（453）使用所述第三接收阈（T_3），所述第三接收阈的正电压值小于所述第一接收阈（T_1）的正电压值。

2.根据权利要求1所述的装置（12；16；32；120），其中在所述第一通信阶段（451、452、454）中从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）利用与在所述第二通信阶段（453）中接收到的信号的总线状态（U_D1、U_D2）不同的物理层来被产生。

3.根据权利要求1或2所述的装置（12；16；32；120），其中在所述第一通信阶段（451）中，信号的位具有如下比特时间（t_bt），所述比特时间是在所述第二通信阶段（453）中被驱动的位的比特时间（t_bt）的至少10倍。

4.根据权利要求1或2所述的装置（12；16；32；120），其中在所述第一通信阶段（451、452、454）协商：所述总线***（1）的用户站（10、20、30）中的哪个用户站在随后的第二通信阶段（453）获得对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问。

5.根据权利要求1或2所述的装置（12；16；32；120），所述装置还具有接收阈适配装置（15），用于关于当前存在的通信阶段（451至454）来分析从所述总线（40）接收到的信号并且用于基于所述分析的结果将所述第一接收阈（T_1）切换到所述第三接收阈（T_3）或者用于基于所述分析的结果将所述第三接收阈（T_3）切换到所述第一接收阈（T_1）。

6.根据权利要求5所述的装置（12；16；32；120），其中如果在其中不确保用户站（10、20、30）对所述总线***（1）的总线（40）的独占的、无冲突的访问的第一通信阶段（451、452、454）之后切换到具有对所述总线（40）的独占的、无冲突的访问的通信阶段（453），则所述接收阈适配装置（15）将所述第一接收阈（T_1）切换到所述第三接收阈（T_3）。

7.根据权利要求5所述的装置（12；16；32；120），其中所述接收阈适配装置（15）被设计为：求两个从所述总线（40）接收到的信号的差分电压（VDIFF）的平均值，以便将所述第一接收阈（T_1）切换到所述第三接收阈（T_3）或者以便将所述第三接收阈（T_3）切换到所述第一接收阈（T_1）。

8.根据权利要求1或2所述的装置（12；16；32；120），

所述装置还具有发送器（121），用于将消息（45）发送到所述总线***（1）的总线（40）上，

其中所述发送器（121）在发送消息（45；46）的不同通信阶段（451至454）时被设计为在第一运行模式与第二运行模式之间进行切换。

9.根据权利要求8所述的装置（12；16；32；120），

其中所述发送器（121）在所述第一运行模式中被设计为：产生第一数据状态作为具有对于总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说不同的总线电平的总线状态（402）；并且产生第二数据状态作为具有对于所述总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说相同的总线电平的总线状态（401），而且

其中所述发送器（121）在所述第二运行模式中被设计为将所述第一数据状态和所述第二数据状态分别产生作为具有对于所述总线线路（3）的两条总线芯线（41、42）来说不同的总线电平的总线状态（U_D1、U_D2）。

10.一种用于串行总线***（1）的用户站（10；30；100），所述用户站具有：

通信控制装置（11；31），用于控制所述用户站（10；30；100）与所述总线***（1）的至少一个其它用户站（10；20；30；100）的通信；和

根据上述权利要求中任一项所述的装置（12；32）。

11.根据权利要求10所述的用户站（100），

其中所述通信控制装置（11；31）被设计为将信号（K14）发送给所述装置（120），而且

其中所述装置（120）被设计为：基于由所述通信控制装置（11）发送的信号（K14），将所述第一接收阈（T_1）切换到所述第三接收阈（T_3）或者将所述第三接收阈（T_3）切换到所述第一接收阈（T_1）。

12.一种总线***（1），所述总线***具有：

总线（40）；和

至少两个用户站（10；20；30；100），所述至少两个用户站通过所述总线（40）彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此进行串行通信，而且所述至少两个用户站中的至少一个用户站（10；30；100）是根据权利要求10或11中任一项所述的用户站（10；30；100）。

13.一种用于串行总线***（1）中的通信的方法，其中所述方法利用用于从所述总线***（1）的总线（40）接收信号的接收器（122）来被实施，在所述总线***（1）中，为了在所述总线***（1）的用户站（10、20、30；100）之间交换消息（45；46）而使用至少一个第一通信阶段（451、452、454）和第二通信阶段（453），而且其中所述接收器（122）实施如下步骤：

从所述总线***（1）的总线（40）接收信号，其中针对消息（45）来将在所述第一通信阶段（451、452、454）从所述总线（40）接收到的信号的总线状态（401、402）与在所述第二通信阶段（453）接收到的信号的总线状态（U_D1、U_D2）区分开；

根据从所述总线（40）接收到的信号来产生数字信号（RxD）；并且

将所产生的数字信号（RxD）输出给通信控制装置（11），所述通信控制装置对包含在所述数字信号（RxD）中的数据进行分析，

其中所述接收器（122）在这些通信阶段（451至454）中的每个通信阶段中在产生所述数字信号（RxD）的情况下使用第一接收阈（T_1）或第三接收阈（T_3）并且使用第二接收阈（T_2），而且

其中所述第二接收阈（T_2）具有负电压值，

其中所述接收器（122）被设计为：与其中从所述总线（40）接收信号的通信阶段（451至454）无关地使用所述第二接收阈（T_2），而且

其中所述接收器（122）被设计为：在所述第一通信阶段（451、452、454）为了产生所述数字信号（RxD）而附加地使用所述第一接收阈（T_1）并且在所述第二通信阶段（453）使用所述第三接收阈（T_3），所述第三接收阈的正电压值小于所述第一接收阈（T_1）的正电压值。

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