CN115604059A - 用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在串行总线***中发送差分信号的接收模块和方法。接收模块具有：用于设定第一接收阈值的第一分压器；连接到第一分压器上的、用于利用第一接收阈值来分析从总线***的总线所接收的差分信号的第一比较器；用于设定第二接收阈值或第三接收阈值的第二分压器；连接到第二分压器上的、用于利用由第二分压器所设定的第二接收阈值或第三接收阈值来分析从总线所接收的差分信号的第二比较器；以及切换单元，所述切换单元用于根据所述接收模块的运行模式在所述第二接收阈值和第三接收阈值之间进行切换，接收模块针对在总线上的通信的第一通信阶段或第二通信阶段将被切换到所述运行模式中，其中第一分压器和第二分压器分别连接到总线上。

Description

用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块和方法，所述接收模块和方法能够在发送/接收装置（收发器）中使用。

背景技术

串行总线***被用于技术设备中的消息传输或数据传输。例如，串行总线***能够实现在车辆或技术生产设备等中的传感器和控制器之间的通信。对于数据传输存在不同的标准或数据传输协议。尤其是已知CAN总线***、LVDS总线***（LVDS＝低电压差分信令）、MSC总线***（MSC＝微秒通道）、10BASE-T1S-以太网。

在CAN总线***中，借助CAN和/或CAN FD协议来传输消息，如其在标准ISO-11898-1：2015中作为具有CAN FD的CAN协议规范所描述的那样。在CAN FD中，在总线上传输时在第一通信阶段（仲裁阶段（Arbitrationsphase））中的缓慢运行模式和第二通信阶段（数据阶段）中的快速运行模式之间来回切换。在CAN FD总线***中，在第二通信阶段中大于每秒1Mbit（1 Mbps）的数据传输速率是可行的。由大多数制造商在第一步骤中以500 kbit/s的仲裁比特率和2 Mbit/s的数据比特率在车辆中使用CAN FD。

为了在第二通信阶段中还能够实现更大的数据速率，存在用于CAN FD的后续总线***，像比如CAN-SIC和CAN XL。在根据CiA601-4标准的CAN-SIC的情况下，在第二通信阶段中可以达到大约5至8 Mbit/s的数据速率。在CAN XL的情况下，在第二通信阶段中要求>10Mbit/s的数据速率，其中为此的标准（CiA610-3）目前在Automation（CiA）内的组织CAN中被确定。CAN XL除了通过CAN总线的纯数据传输之外还应该支持其他功能，例如功能安全性（安全）、数据安全性（安保）和服务质量（QoS=服务质量）。这些是自主驾驶车辆中所需的基本特性。

在所有上述基于CAN的总线***中，对于发送信号TxD单独地将总线信号CAN_H和理想地同时将总线信号CAN_L驱动到总线上。在此，至少在第一通信阶段中在总线信号CAN_H、CAN_L中主动地驱动一个总线状态。另一个总线状态不被驱动并且基于用于总线的总线线路或者说总线线芯（Busader）的终端电阻来设定。

为了发送和接收总线信号，在CAN总线***中对于各个通信用户通常使用如下发送/接收装置，所述发送/接收装置也被称为CAN收发器或CAN FD收发器等。在CAN XL的情况下，发送/接收装置必须能够在第二通信阶段以不同于第一通信阶段中的物理层向总线发送总线信号CAN_H、CAN_L，并且以不同于第一通信阶段中的接收阈值接收。物理层对应于已知OSI模型（开放***互连模型）的比特传输层或层1。

因此，数据可以在第二通信阶段中以比在第一通信阶段中明显更高的数据速率被发送到总线上。此外，由此用于第一通信阶段的总线信号CAN_H、CAN_L的总线电平与第二通信阶段的总线电平不同。在此，对于低错误率重要的是，新接入到总线上的通信中的用户站识别出当前在总线上在哪个通信阶段中进行通信。

因此对于总线上的通信的所有运行阶段要确保，总线***的进行接收的用户站可以正确地识别和分析总线信号CAN_H、CAN_L的电平。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块和方法，所述接收模块和方法解决了上述问题。尤其是，用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块和方法应当使得能够可靠且不复杂地识别总线信号，即使当物理层在总线上通信时在两个通信阶段之间切换时也是如此。

该任务通过具有权利要求1的特征的、一种用于在串行总线***中接收差分信号的接收模块来解决。所述接收模块具有：用于设定第一接收阈值的第一分压器；连接到第一分压器上的、用于利用第一接收阈值来分析从总线***的总线接收的差分信号的第一比较器；用于设定第二接收阈值或第三接收阈值的第二分压器；连接到第二分压器上的、用于利用由第二分压器设定的第二接收阈值或第三接收阈值来分析从总线接收的差分信号的第二比较器；以及用于根据接收模块的运行模式在第二接收阈值和第三接收阈值之间进行切换的切换单元，接收模块针对总线上的通信的第一通信阶段或第二通信阶段将被切换到所述运行模式中，其中第一分压器和第二分压器分别连接到总线上。

所描述的接收模块被如此设计，使得在总线***的运行中实现对总线信号的可靠且不复杂的识别。这尤其也适用于这样的通信，对于所述通信而言物理层在用于在总线上的通信的两个通信阶段之间切换。接收模块可以在总线上通信时可靠地区分各个通信阶段的相应总线状态并且因此区分各个通信阶段。

在此，所描述的接收模块能够实现，根据CAN XL的要求满足用于通信的规定，所述规定尤其是在标准CiA610-3中确立。

此外，所描述的接收模块被如此设计，使得总线信号的信号电平能够利用一同分析两个接收阈值而被转换成数字接收信号。在此，在各个通信阶段中使用的两个接收阈值对于每个通信阶段而言可以是不同的。

由此，接收模块确保要接入的并试图加入到总线上的通信中的用户站不干扰总线上的通信。用户站可以即利用接收模块可靠地识别总线是否没有数据流量。因为接收模块可靠地分配当前的总线状态，所以新进来的用户站只有在总线空闲时才自己将数据发送到总线上。因此，例如最初被启动或者试图在总线通信中出现错误之后将其自身又加入到总线上的通信中的用户站的接入不会导致对于总线上的通信的干扰。

基于此，接收模块能够实现为仲裁和数据阶段使用不同的接收阈值的功能。由此不仅在总线***中以较高的比特率实现了通信，而且也不会由于通信中的错误而降低可传输的比特率。

接收模块的有利的其它设计方案在从属权利要求中描述。

第一分压器和第二分压器可以具有由电阻构成的电路，第一比较器和第二比较器连接在所述电阻上，其中第一比较器和第二比较器一同分析差分信号。

在一种设计方案中，第一分压器和第二分压器具有相同数量的电阻。

在一种设计方案中，用于差分信号的第一信号的第一分压器的第一电阻路径中的电阻的数量等于用于差分信号的第二信号的第二分压器的第二电阻路径中的电阻的数量，其中，用于差分信号的第二信号的第一分压器的第二电阻路径中的电阻的数量等于用于差分信号的第一信号的第二分压器的第一电阻路径中的电阻的数量。

在一种设计方案中，在第一分压器中，第一电阻路径中的电阻的数量大于第二电阻路径中的电阻的数量，并且其中，在所述第二分压器中，所述第一电阻路径中的电阻的数量大于所述第二电阻路径中的电阻的数量。

切换单元可以被布置用于将电阻接入接地极（Masse）或与接地极切断。

可选地，切换单元是NMOS晶体管。

此外，接收模块可以具有用于将数字接收信号驱动到总线***的用户站的通信控制装置上的驱动器并且具有逻辑电路，所述逻辑电路用于当切换单元已经设定第二接收阈值时将第一比较器的输出信号和第二比较器的输出信号转发给驱动器，并且所述逻辑电路用于当切换单元已经设定第二接收阈值时仅将第二比较器的输出信号转发给驱动器。

第二分压器（1532）的电阻能够拥有比第一分压器的电阻更大的半导体面积。

之前描述的接收模块可以是用于串行总线***的用户站的发送/接收装置的一部分。发送/接收装置此外可以具有用于将信号发送到总线***的总线上的发送模块。

之前描述的发送/接收装置可以是用于串行总线***的用户站的一部分。此外，用户站可以具有如下通信控制装置，所述通信控制装置用于控制总线***中的通信并且用于产生用于发送模块的数字发送信号。

可选地，用户站被设计用于在总线***中通信，在该总线***中至少暂时地确保用户站对总线***的总线的独占的、无冲突的访问。

此外，前述任务通过具有权利要求13的特征的、一种用于在串行总线***中接收差分信号的方法来解决。该方法具有以下步骤：利用第一分压器来设定接收模块的第一接收阈值，其中第一分压器连接到总线***的总线上；利用第二分压器来设定接收模块的第二接收阈值或第三接收阈值，其中第二分压器连接到总线上，并且其中切换单元用于根据接收模块的运行模式在第二接收阈值和第三接收阈值之间切换，接收模块针对总线上的通信的第一通信阶段或第二通信阶段将切换到所述运行模式中；利用接收模块从总线接收差分信号；利用连接到第一分压器上的第一比较器利用第一接收阈值来分析从总线接收的差分信号；和利用连接到第二分压器上的第二比较器利用由第二分压器设定的第一接收阈值或第二接收阈值来分析从总线接收的差分信号。

该方法提供了与前面关于接收模块所提及的相同的优点。

本发明的其它可能的实施方案也包括之前或接下来关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域普通技术人员也可以添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。

附图说明

下面参照附图并且根据实施例进一步描述本发明。其中示出：

图1示出根据第一实施例的总线***的简化的框图；

图2示出用于阐明消息的结构的简图，该消息可以由根据第一实施例的总线***的用户站发送；

图3示出用于图1的总线***中的总线信号CAN_H、CAN_L的理想的时间变化曲线的示例；

图4示出由于图4的总线信号而在总线***的总线上形成的差分电压VDIFF的时间变化曲线；

图5示出用于根据第一实施例的总线***的用户站的具有接收模块的发送接收装置的简化框图；

图6示出根据第一实施例的接收模块的线路图；

图7示出用于根据第二实施例的总线***的用户站的具有接收模块的发送接收装置的简化框图；

图8示出数字发送信号的时间变化曲线的示例，该数字发送信号根据第二实施例应在仲裁阶段（SIC-运行模式）被转换为用于图1的总线***的总线的总线信号CAN_H、CAN_L；

图9示出在隐性总线状态至显性总线状态之间变换以及返回隐性总线状态时总线信号CAN_H、CAN_L的时间变化曲线，其在仲裁阶段（SIC-运行模式）中由于图8的发送信号而被发送到总线上；

图10示出数字发送信号的时间变化曲线的示例，该数字发送信号根据第二实施例应在数据阶段中被转换为用于图1的总线***的总线的总线信号CAN_H、CAN_L；并且

图11示出总线信号CAN_H、CAN_L的时间变化曲线，其在数据阶段中由于图10的发送信号而被发送到总线上。

在附图中，只要没有另外说明，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出总线***1，所述总线***例如可以至少局部地是CAN总线***、CAN FD总线***等。总线***1可以在交通工具、尤其是机动车、飞机等中或者在医院等中使用。

在图1中，总线***1拥有多个用户站10、20、30，所述用户站分别连接到具有第一总线线芯41和第二总线线芯42的总线40或总线线路上。总线线芯41、42也可以称为用于总线40上的信号的CAN_H和CAN_L。通过总线40可以在各个用户站10、20、30之间传输呈信号形式的消息45、46、47。用户站10、20、30例如可以是机动车的控制器或显示装置。

如在图1中示出的那样，用户站10、30分别拥有通信控制装置11和发送/接收装置12。发送/接收装置12拥有发送模块121和接收模块122。

用户站20拥有通信控制装置21和发送/接收装置22。发送/接收装置22拥有发送模块221和接收模块222。

用户站10、30的发送/接收装置12和用户站20的发送/接收装置22分别直接连接到总线40上，即使这在图1中未示出。

通信控制装置11、21分别用于控制各个用户站10、20、30经由总线40与连接到总线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创建和读取如下第一消息45、47，所述第一消息例如是经修改的CAN消息45、47。在此，例如基于CAN XL格式构造经修改的CAN消息45、47。发送/接收装置12用于从总线40发送和接收消息45、47。发送模块121接收由通信控制装置11针对消息45、47之一所创建的数字发送信号TxD并且将该数字发送信号转换为总线40上的信号。接收模块121接收在总线40上所发送的与消息45至47相对应的信号，并且由此产生数字接收信号RxD。接收模块122向通信控制装置11发送接收信号RxD。

通信控制装置21可以如常规的根据ISO 11898-1：2015的CAN控制器那样实施，也就是如兼容CAN FD的经典CAN控制器或CAN FD控制器那样实施。通信控制装置21创建和读取第二消息46、例如CAN FD消息46。发送/接收装置22用于从总线40发送和接收消息46。发送模块221接收由通信控制装置21创建的数字发送信号TxD并且将其转换为用于总线40上的消息46的信号。接收模块221接收在总线40上发送的对应于消息45至47的信号并且由此产生数字接收信号RxD。否则，发送/接收装置22可以如常规CAN收发器那样来实施。

为了发送具有CAN SIC或者CAN XL的消息45、47，采用了所验证的特性，这些特性负责CAN和CAN FD的鲁棒性和用户友好性，尤其是根据已知的CSMA/CR方法具有标识符和仲裁的帧结构（Rahmenstruktur）。CSMA/CR方法导致在总线40上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态可以被具有显性电平或显性状态的其他用户站10、20、30在总线40上重写。

利用两个用户站10、30可以实现形成并且随后传输具有不同CAN格式、尤其CAN FD格式或CAN SIC格式或CAN XL格式的消息45以及接收这样的消息45，如下面更详细地描述的那样。

图2针对消息45示出帧（Rahmen）450，所述帧尤其是CAN XL帧，如其由用于发送/接收装置12的通信控制装置11提供用于发送到总线40上那样。在此，通信控制装置11将本实施例中的帧450创建为与CAN FD兼容。替代地，帧450与CAN SIC兼容。

根据图2，用于在总线40上的CAN通信的帧450被划分为不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451（第一通信阶段）和数据阶段452（第二通信阶段）。在开始比特SOF之后，帧450具有仲裁字段453、控制字段454、数据字段455、校验和字段456和帧终止字段457。

在仲裁阶段451中，借助仲裁字段453中的具有例如比特ID28至ID18的标识符（ID）按比特在用户站10、20、30之间协商：哪个用户站10、20、30想发送具有最高优先级的消息45、46，并且因此对于下一时间发送，在随后的数据阶段452中获得对总线***1的总线40的独占访问。在仲裁阶段451中使用物理层，如在CAN和CAN-FD中那样。物理层对应于已知的OSI模型（开放***互连模型）的比特传输层或层1。

在阶段451期间的一个重要点是，使用已知的CSMA/CR方法，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30同时访问总线40，而不破坏更高优先级的消息45、46。由此可以相对简单地给总线***1添加其它的总线用户站10、20、30，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，所述隐性状态可以被具有显性电平或显性状态的其他用户站10、20、30在总线40上重写。在隐性状态中，在各个用户站10、20、30上存在高欧姆的关系，这结合总线电路的寄生导致更长的时间常数。这导致目前CAN-FD物理层的最大比特率限制到在实际车辆应用中的目前大约每秒2兆比特。

在数据阶段452中，除了控制字段454的一部分之外，发送来自数据字段455的CANXL帧450或消息45的有效数据以及校验和字段456。在校验和字段456中可以包含关于数据阶段452的数据的校验和，所述数据包括填充比特（Stuffbits），所述填充比特由消息45的发送方分别在预先确定数量的相同比特、尤其是10个相同比特之后作为逆比特***。在数据阶段452的末尾，再次被切换回仲裁阶段451。

在帧终止阶段457中的结束字段中，可以包含至少一个确认比特。此外，可以存在指示CAN XL帧450的结束的11个相同比特的序列。利用至少一个确认比特可以通知，接收方在所接收的CAN XL帧450或者消息45中是否已经发现了错误。

消息45的发送方在用户站10作为发送方已经赢得仲裁并且用户站10作为发送方因此为了发送而具有对总线***1的总线40的独占访问时才开始将数据阶段452的比特发送到总线40上。

因此用户站10、30在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中部分地、尤其是直至FDF比特（包括在内）使用根据ISO11898-1：2015的由CAN/CAN FD已知的格式。然而与作为第二通信阶段的数据阶段452中的CAN或CAN FD相比，尤其是可以将净数据传输速率提高到超过每秒10兆比特。此外，可以将每帧有效数据的大小提高到尤其是大约2k字节或任意其它值。

图3在左侧示出，用户站10、20、30在仲裁阶段451中将信号CAN_H、CAN_L发送到总线40上，所述信号交替地具有至少一个显性状态401或至少一个隐性状态402。在仲裁阶段451中进行仲裁之后，用户站10、20、30之一固定为获胜者。假设用户站10已经赢得仲裁。用户站10的发送/接收装置12在仲裁阶段451结束时将其物理层从第一运行模式（SLOW）切换到第二运行模式（FAST_TX）中，因为用户站10在数据阶段452中是消息45的发送方。然后，发送模块121在数据阶段452中或在第二运行模式（FAST_TX）中根据发送信号TxD相继地并且因此在总线40上串行地产生用于信号CAN_H、CAN_L的状态L0或L1。信号CAN_H、CAN_L的频率可以在数据阶段452中被提升，如在图3中的右侧所示。因此，与仲裁阶段451相比，数据阶段452中的净数据传送速率得到提升。相反，用户站30的发送/接收装置12在仲裁阶段451结束时将其物理层从第一运行模式（SLOW）切换到第三运行模式（FAST_RX），因为用户站30在数据阶段452中仅是帧450的接收方，即不是发送方。在仲裁阶段451结束之后，用户站10、30的所有发送/接收装置12将其运行模式切换到第一运行模式（SLOW）。因此，所有发送/接收装置12也切换其物理层。

根据图4，在仲裁阶段451中在理想情况下在总线40上形成差分信号VDIFF＝CAN_H-CAN_L，其具有对于显性状态401的VDIFF＝2V的值和对于隐性状态402的VDIFF＝0V的值。这在图4的左侧示出。相反，在数据阶段452中在总线40上形成具有状态L0、L1的差分信号VDIFF＝CAN_H-CAN_L，如在图4的右侧所示。状态L0具有VDIFF＝1V的值。状态L1具有VDIFF=-1V的值。

接收模块122可以分别用位于范围TH_T1、TH_T2、TH_T3中的接收阈值T1、T2、T3中的两个来区分状态401、402。为此，接收模块122在时间点t_A对图3或图4的信号进行采样。为了分析采样结果，接收模块122在仲裁阶段451中使用例如为0.7V的接收阈值T1和例如为-0.35V的接收阈值T2。相反，在数据阶段452中，接收模块122仅使用利用接收阈值T3分析的信号。当在以上参照图3描述的第一运行模式到第三运行模式（SLOW、FAST_TX、FAST_RX）之间切换时，接收模块122分别切换接收阈值T2、T3，如下所述。

接收阈值T2用于识别，当用户站12新接入到在总线40上的通信中并且试图加入到在总线40上的通信中时，总线40是否空闲。接收阈值T2在用于CAN的标准中简称OOB（＝处于界限之外＝处于边界值以外）。无流量的CAN XL总线的条件是不出现显性状态401，其通常具有差分电压VDIFF＝2V。因此，不允许超过例如0.7V的接收阈值T1。此外，根据状态L1，不允许出现通常具有差分电压VDIFF＝2V或-1V的电平。因此不允许低于例如-0.35V的接收阈值T2。

当用户站12被新接入到在总线40上的通信中时，每个用户站10、30将发送/接收装置12的运行模式切换到仲裁阶段451的运行模式中。

一方面，当用户站10被初始启动并且应加入到总线40上的通信中时，用户站10的接入可能是必需的。另一方面，当用户站10尝试在总线通信中出现错误之后再次将自身加入到总线40上的通信中时，可能需要接入用户站10。只有当识别到总线空闲时，用户站10才允许在所提及的情况下自己将数据、尤其是消息45、47发送到总线40上。

下面的表1示出对于在总线40上的各个接收阈值可设定的值。在此，用于各个范围TH_T1、TH_T2、TH_T3的VDIFF_min给出下限，该下限允许对于相应的接收阈值T1、T2、T3最小地以V为单位来设定。VDIFF_typ给出典型地或通常对于相应的接收阈值T1、T2、T3以V为单位设定的值。VDIFF_max对于各个范围TH_T1、TH_T2、TH_T3给出上限，该上限允许对于相应的接收阈值T1、T2、T3最大地以V为单位来设定。

接收阈值	VDIFF_min（以V为单位）	VDIFF_typ（以V为单位）	VDIFF_max（以V为单位）	容差（以V为单位）
					T1	0.5	0.7	0.9	+/- 0.2
T2	-0.45	-0.35	-0.25	+/- 0.1
					T3	-0.1	0.0	+0.1	+/- 0.1

表1：接收阈值T1、T2、T3的容差范围。

图5示出用户站10的发送/接收装置12的基本结构。发送模块121仅非常简化地示出。发送模块121直接连接到总线40上，以便能够将通信控制装置11的发送信号TxD发送到总线40上，以便根据图3在总线40上产生信号。

接收模块122拥有用于数字接收信号RxD的驱动器1221、逻辑电路1222和接收电路15。接收电路15拥有第一接收比较器151、第二接收比较器152和接收级153。接收比较器151、152分别是低压比较器。

接收电路15连接在总线40与逻辑电路1222之间。驱动器1221连接到逻辑电路1222的输出端上。驱动器1221将数字接收信号RxD驱动或发送到通信控制装置11。

在接收电路15中，接收级153连接到总线40上。在总线***1的运行中，接收级153从信号CAN_H、CAN_L中产生信号S_1、S_2并且将所述信号转发给第一接收比较器151。第一接收比较器151从信号S_1、S_2产生比较器输出信号CA1。

此外，接收级153在总线***1的运行中从信号CAN_H、CAN_L附加地还产生信号S_3、S_4并且将这些信号转发给第二接收比较器152。第二接收比较器151从信号S_3、S_4产生比较器输出信号CA2。

逻辑电路1222被设计成，根据发送/接收装置12的运行模式将信号CA1和信号CA2输出到驱动器1221，或者仅将信号CA2输出到驱动器1221。为此，逻辑电路1222可以具有至少一个与门。替代地，逻辑电路1222包括其他逻辑模块，以便实现接收模块122的以下描述的功能。

接收级153及其与逻辑电路1222的接线借助图6还更详细地被描述。

如在图6中所示，接收电路15还拥有向接收级153提供电压CAN_SUPPLY/2的总线偏置源（Busvorspannungsquelle）154（Bus-Biasing）。通常适用CAN_SUPPLY＝5V。在这种情况下，总线偏置源154向接收级153提供2.5V的电压。

接收级153拥有第一分压器1531、第二分压器1532、切换单元Sw1和运行模式设定单元1534。第一分压器1531和第二分压器1532分别被供应来自总线偏置源154的相同电压，尤其是用于隐性状态402（图3）的2.5V的电压。

第一分压器1531和第二分压器1532分别是电阻式分压器或电阻分压器。

第一分压器1531拥有用于总线信号CAN_H的第一至第七电阻R_CH1_A至R_CH7_A。第一电阻R_CH1_A在其一个端连接到总线线路41（CANH）上。在其另一端，第一电阻R_CH1_A与由第二电阻R_CH2_A和第三和第四电阻R_CH3_A、R_CH4_A的串联电路所组成的并联电路串联连接。第五电阻R_CH5_A的一端连接在电阻R_CH3_A、R_CH4_A的连接部上。此外，第四电阻R_CH4_A在其另一端与第六电阻R_CH6_A的一端连接。电阻R_CH5_A、R_CH6_A在其另一端与第七电阻R_CH7_A连接。在其另一端，电阻R_CH7_A接地并且因此与端子44连接。

此外，分压器1531拥有用于总线信号CAN_L的第八至第十二电阻R_CL1_A至R_CL5_A。第八电阻R_CL1_A在其一端连接到总线线路42（CANL）上。在其另一端，电阻R_CL1_A与由第九电阻R_CL2_A和第十电阻R_CL3_A与第十一电阻R_CL4_A的串联电路所组成的并联电路串联连接。第十二电阻R_CL5_A的一端连接在电阻R_CL3_A、R_CL4_A的连接部上。此外，电阻R_CL2_A、R_CL4_A、R_CL5_A分别在其连接部上与电阻R_CH2_A、R_CH4_A、R_CH6_A的连接部连接。

第一比较器151的第一输入端连接到第一电阻R_CH1_A和第二电阻R_CH2_A之间的连接部上。第一比较器151的第二输入端连接到第八电阻R_CL1_A和第九电阻R_CL2_A之间的连接部上。

电阻路径通过电阻R_CH7_A接地，以便设定图4的接收阈值T1。

第二分压器1532拥有用于总线信号CAN_H的第一至第七电阻R_CL1_B至R_CL7_B。第一电阻R_CL1_B在其一端连接到总线线路41（CANL）上。在其另一端，第一电阻R_CL1_B与由第二电阻R_CL2_B和第三电阻和第四电阻R_CL3_B、R_CL4_B的串联电路组成的并联电路串联连接。在电阻R_CL3_B、R_CL4_B的连接部上连接有第五电阻R_CL5_B的一端。此外，第四电阻R_CL4_B在其另一端与第六电阻R_CL6_B的一端连接。电阻R_CL5_B、R_CL6_B在其另一端与切换单元Sw1连接。切换单元Sw1还与电阻R_CL7_B连接。在其另一端，电阻R_CL7_B接地并且由此与端子44连接。

此外，第二分压器1532拥有用于总线信号CAN_L的第八到第十二电阻R_CH1_B到R_CH5_B。第一电阻R_CH1_B在其一端连接到总线线路42（CANH）上。在其另一端，第一电阻R_CH1_B与由第九电阻R_CH2_B和第十电阻R_CH3_B与第十一电阻R_CH4_B的串联电路组成的并联电路串联连接。第十二电阻R_CH5_B的一端连接在电阻R_CH3_B、R_CH4_B的连接部上。此外，电阻R_CH2_B、R_CH4_B、R_CH5_B分别在其连接部上与电阻R_CH2_B、R_CH4_B、R_CH6_B的连接部连接。

第二比较器152的第一输入端连接到第一电阻R_CH1_B和第二电阻R_CH2_B之间的连接部上。第二比较器152的第二输入端连接到第八电阻R_CL1_B和第九电阻R_CL2_B之间的连接部上。

如果切换装置Sw1相应地被切换，则电阻路径经由电阻R_CL7_B接地或相对于端子44设定图4的接收阈值T2。如果切换装置Sw1被如此切换，使得至电阻R_CL7_B的路径不导通，则设定图4的接收阈值T3。

分压器1531、1532的电阻网络中的电阻的电路对称地构建。

为了遵守输入电阻Rin对CANH和CANL的要求，分压器1531、1532的电阻分配路径由于双重结构而具有一半的值。在此，适用Rin_CANH和Rin_CANL＝25kOhm…50kOhm。典型地，对于信号CAN_H的端子（引脚）和对于信号CAN_L的端子（引脚）选择37.5kOhm的输入电阻Rin。在这种情况下，所描述的分压器1531、1532的电阻路径具有下面的专门的设计方案。CANH经由第一分压器1531的电阻R_CH1_A到接地极或CAN_GND的端子44的路径具有约2*37.5kOhm的电阻值。CANH经由第二分压器1532的电阻R_CH1_B到接地极或CAN_GND的端子44的路径具有大约2*37.5kOhm的电阻值。CANL经由第一分压器1531的电阻R_CL1_A到接地极或CAN_GND的端子44的路径具有大约2*37.5kOhm的电阻值。CANL经由第二分压器1532的电阻R_CL1_B到接地极或CAN_GND的端子44的路径具有大约2*37.5kOhm的电阻值。

由于根据前面的表1，在阈值T2、T3的情况下要求一半的容差（+/-100mV），而不是在阈值T1（+/-200mV），所以第一分压器1531的电阻不同于第二分压器1532的电阻地设计。第二分压器1532的电阻具有比第一分压器1531的电阻更大的半导体面积，尤其是硅面积（Si面积）。由此产生接收阈值的较小的方差漫射（Streuung），如根据表1所要求的那样。

在图6的示例中，切换单元Sw1是晶体管，尤其是NMOS晶体管。缩写“NMOS”表示n通道MOSFET，其中缩写“MOSFET”表示金属氧化物场效应晶体管。如果运行模式设定单元1533用值“高”的信号操控切换单元Sw1，切换单元Sw1导通或闭合。在这种情况下，设定经由电阻R_CL7_B到接地极43的电阻路径。电阻路径通过电阻R_CL7_B接地，这设定图4的接收阈值T2，如前面所描述的那样。

如果运行模式设定单元1533用值“低”的信号来操控切换单元，切换单元Sw1不导通或断开。在这种情况下，切断经由电阻R_CH7_A到接地极43的电阻路径，并且设定图4的接收阈值T3。

结合比较器151、152以及由此产生的数字输出信号CA1、CA2，针对作为切换单元Sw1的NMOS晶体管适用如下关系。

表2：比较器输出信号和接收阈值的分配。

也就是说，运行模式设定单元1533的信号sw_thres具有值“高”，第一比较器1531提供信号CA1，其中使用接收阈值T1来分析信号S_1、S_2，并且第二比较器1532提供信号CA2，其中使用接收阈值T2来分析信号S_3、S_4。换言之，第一比较器1531提供阈值T1的识别，并且第二比较器1532提供阈值T2的识别。

如果运行模式设定单元1533的信号sw_thres具有值“低”，则第一比较器1531提供信号CA1，其中使用接收阈值T1来分析信号S_1、S_2，并且第二比较器1532提供信号CA2，其中使用接收阈值T3来分析信号S_3、S_4。换言之，第一比较器1531提供阈值T1的识别，并且第二比较器1532提供阈值T3的识别。

因此，分压器1531、1532形成双重的分配器结构。分压器1531、1532将由信号CAN_H、CAN_L产生的总线电压分成可由比较器151、152处理的值。

通过接收级15的双重的分配器结构可以相互独立地并且由此同时或一同检验接收阈值T1、T2、T3的两个不同的接收阈值。此外，可以借助切换单元Sw1在由运行模式设定单元1534操控的情况下在接收阈值T1、T2、T3中的两个接收阈值之间切换。由此，或者可以彼此独立地并且同时检验根据图4的接收阈值T1、T2，或者可以彼此独立地并且同时检验根据图4的接收阈值T1、T3。因此，三个接收阈值T1、T2、T3中的两个根据需要可被切换到第三接收阈值。

因此，运行模式设定单元1533根据发送/接收装置12的当前要求的运行模式（SLOW、FAST_TX、FAST_RX）来设定接收阈值T1、T2、T3。

图7示出根据第二实施例的发送/接收装置120。发送/接收装置120可以代替发送/接收装置12在图1的总线***1中使用。

发送/接收装置120拥有发送模块1210和接收模块122。发送模块1210在许多部分中以与根据第一实施例的发送模块121相同的方式构建。因此，以下仅描述与第一实施例的区别。

与第一实施例不同，发送模块1210针对总线40上的两个通信阶段产生信号CAN_H、CAN_L，如根据图8至图11接下来所描述的那样。

图8示出数字发送信号TxD的一部分的示例，发送模块121在仲裁阶段451中从通信控制装置11接收该数字发送信号，并且由此产生用于总线40的信号CAN_H、CAN_L。在图8中，发送信号TxD从LW状态（低＝低）变换到HI状态（高＝高），并且又返回到LW状态（低＝低）。

接收信号RxD在理想情况下与发送信号TxD相同。在这种理想情况下，尤其是在总线40上不存在发送延迟/运行时间，并且不存在可能的接收错误。

如在图9中更详细地示出的那样，用于图8的发送信号TxD的发送模块121可以在CAN SIC或CAN XL运行模式中产生用于总线线芯41、42的图9的信号CAN_H、CAN_L。与图3不同，在图9的信号中附加地存在状态403（sic）。状态403（sic）可以是不同长度的，如利用从状态402（rec）转变到状态401（dom）时的状态403_0（sic）和从状态401（dom）转变到状态402（rec）时的状态403_1（sic）所示出的那样。状态403_0（sic）在时间上比状态403_1（sic）更短。为了产生根据图9的信号，将发送模块1210切换到SIC运行模式（SIC模式）。

根据用于CAN XL的标准CiA610-3，不要求经过短的sic状态403_0，并且该状态取决于实现的类型。“长”状态403_1（sic）的持续时间对于CAN-SIC以及对于SIC运行模式在CAN-XL下被规定为t_sic<530ns（从图8的发送信号TxD的上升沿开始计算）。

发送模块121应当在“长”状态403_1（sic）中尽可能好地使得总线线芯41（CANH）和42（CANL）之间的阻抗与所使用的总线线路的表征性的波电阻Zw相匹配。在此适用Zw=100Ohm或者120 Ohm。这种匹配防止反射并因此允许以更高的比特率运行。为了简化，下面总是谈及状态403（sic）或sic状态403。

图10示出数字发送信号TxD的另一部分的示例，发送模块1210在数据阶段452中从通信控制装置11（图1）接收所述数字发送信号，并且由此产生用于总线40的信号CAN_H、CAN_L。在图10中，发送信号TxD多次从状态HI（高＝高）变换到状态LW（低＝低）并且又变换到状态HI（高＝高）并且如此继续。

如在图11中更详细地示出的那样，对于图10的发送信号TxD，发送模块1210如此产生用于总线线芯41、42的信号CAN_H、CAN_L，使得状态L0针对状态LW（低=低）被构造。此外，对于HI状态（高＝高）形成状态L1。

可行的是，对于两个总线状态L0、L1至少暂时地不使用显性总线状态和隐性总线状态，而是取而代之地使用第一总线状态和第二总线状态，这两个总线状态被驱动。这种总线***的一个示例是CAN XL总线***。

接收模块122也可以在两个不同的通信阶段，即SIC运行模式或仲裁阶段451和数据阶段452，接收根据图9和图11的信号。为此，接收模块122切换用于相应的运行模式的接收阈值T2、T3，如先前关于前述实施例所描述的那样。

因此，运行模式设定单元1533根据发送/接收装置120的当前要求的运行模式（SIC、FAST_TX、FAST_RX）来设定接收阈值T1、T2、T3。

根据第三实施例，第一分压器1531设定图4的第二接收阈值T2。第二分压器1532设定图4的第一或第三接收阈值T1、T3。分压器1531、1532的电阻被如此设定，使得根据前面的表1对于所有阈值T1、T2、T3遵守+/-100mV的容差，如前面对于阈值T2、T3关于第一实施例所描述的那样。

在该情况下，逻辑电路1222被如此构造，使得总是将两个比较器信号CA1、CA2转发给驱动器1221。接收模块122总是利用两个接收阈值同时或一同—即，或者利用接收阈值T1、T2或者利用接收阈值T2、T3—来分析信号CAN_H、CAN_L。此外，这两个接收阈值被彼此独立地分析。

该电路可以是有利的，当在数据阶段452中也应当使用接收阈值T2时，如在图4中所示。

根据第一实施例和第二实施例及其修改方案的发送模块121、1210、接收模块122、发送/接收装置12、22、120、用户站10、20、30、总线***1和其中所实施的方法的所有上述设计方案可以单独地或以所有可能的组合使用。附加地，尤其可以考虑以下修改方案。

前面描述的根据第一和第二实施例的总线***1借助基于CAN协议的总线***来描述。然而替代地，根据第一和/或第二实施例的总线***1可以是其他类型的通信网络，其中信号作为差分信号传输。有利的、然而并非强制的前提是，在总线***1中至少对于确定的时间间隔确保用户站10、20、30对总线40的独占的、无冲突的访问。

根据第一和/或第二实施例及其修改方案的总线***1尤其是CAN总线***或CAN-HS总线***或CAN FD总线***或CAN-SIC总线***或CAN-XL总线***。然而，总线***1可以是其他通信网络，其中信号作为差分信号并且串行地通过总线40予以传输。

因此，前面所描述的实施例的功能例如可以在发送/接收装置12、22、120中使用，所述发送/接收装置可以在CAN总线***或者CAN-HS总线***或者CAN FD总线***或者CAN-SIC总线***或者CAN-XL总线***中运行。

用户站10、20、30在根据第一和第二实施例及其修改方案的总线***1中的数量和布置是任意的。尤其是，在第一或第二实施例的总线***1中仅存在用户站10或仅存在用户站30。

Claims (13)

1.一种用于在串行总线***（1）中接收差分信号的接收模块（122），其具有

用于设定第一接收阈值（T1）的第一分压器（1531），

第一比较器（151），所述第一比较器连接到所述第一分压器（1531）上，所述第一分压器用于利用所述第一接收阈值（T1）来分析从所述总线***（1）的总线（40）接收的差分信号（CAN_H、CAN_L），

用于设定第二接收阈值（T2）或第三接收阈值（T3）的第二分压器（1532），

第二比较器（152），所述第二比较器连接到第二分压器（1532）上，所述第二比较器用于利用由第二分压器（1532）设定的第二接收阈值（T2）或第三接收阈值（T3）来分析从总线（40）接收的差分信号（CAN_H、CAN_L），和

切换单元（1533），所述切换单元用于根据所述接收模块（122）的运行模式在所述第二接收阈值（T2）和第三接收阈值（T3）之间进行切换，所述接收模块（122）针对在所述总线（40）上的通信的第一通信阶段（451）或第二通信阶段（452）将被切换到所述运行模式中，

其中所述第一分压器（1531）和第二分压器（1532）分别连接到总线（40）上。

2.根据权利要求1所述的接收模块（122），

其中第一分压器（1531）和第二分压器（1532）具有由电阻构成的电路，所述第一比较器（151）和第二比较器（152）连接在所述电阻上，并且

其中所述第一比较器（151）和第二比较器（152）一同分析所述差分信号（CAN_H、CAN_L）。

3.根据权利要求1或2所述的接收模块（122），其中，所述第一分压器（1531）和第二分压器（1532）具有相同数量的电阻。

4.根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122），

其中，用于差分信号（CAN_H、CAN_L）的第一信号（CAN_H）的第一分压器（1531）的第一电阻路径中的电阻（R_CH1_A至R_CH7_A）的数量等于用于差分信号（CAN_H、CAN_L）的第二信号（CAN_L）的第二分压器（1532）的第二电阻路径中的电阻（R_CL1_B至R_CL7_B）的数量，并且

其中，用于差分信号（CAN_H、CAN_L）的第二信号（CAN_L）的第一分压器（1531）的第二电阻路径中的电阻（R_CL1_A至R_CL5_A）的数量等于用于差分信号（CAN_H、CAN_L）的第一信号（CAN_H）的第二分压器（1532）的第一电阻路径中的电阻（R_CH1_B至R_CH5_B）的数量。

5.根据权利要求4所述的接收模块（122），

其中，在所述第一分压器（1531）中，所述第一电阻路径中的电阻（R_CH1_A至R_CH7_A）的数量大于所述第二电阻路径中的电阻（R_CL1_A至R_CL5_A）的数量，并且

其中，在所述第二分压器（1532）中，第一电阻路径中的电阻（R_CH1_B至R_CH5_B）的数量大于第二电阻路径中的电阻（R_CL1_B至R_CL7_B）的数量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122），其中，所述切换单元（1533）布置用于将电阻（R_CL7_B）接入接地极或与接地极切断。

7.根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122），其中，所述切换单元（1533）是NMOS晶体管。

8.根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122），此外具有

用于将数字接收信号（RxD）驱动到总线***（1）的用户站（10、30）的通信控制装置（11）上的驱动器（1222），和

逻辑电路（1222），所述逻辑电路用于在切换单元（1533）已经设定第二接收阈值（T2）时将第一比较器（151）的输出信号（CA1）和第二比较器（151）的输出信号（CA2）转发给驱动器（1222），并且所述逻辑电路用于在切换单元（1533）已经设定第二接收阈值（T3）时仅将第二比较器（151）的输出信号（CA2）转发给驱动器（1222）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122），其中，所述第二分压器（1532）的电阻（R_CH1_B至R_CH5_B；R_CL1_B至R_CL7_B）具有比所述第一分压器（1531）的电阻（R_CH1_A至R_CH7_A；R_CL1_A至R_CL5_A）更大的半导体面积。

10.一种用于串行总线***（1）的用户站（10、20、30）的发送/接收装置（12、22、120），具有

用于将信号发送到总线***（1）的总线（40）上的发送模块（121、1210）和

根据前述权利要求中任一项所述的接收模块（122）。

11.一种用于串行总线***（1）的用户站（10、20、30），具有

根据权利要求10所述的发送/接收装置（12、22），和

通信控制装置（11、21），所述通信控制装置用于控制总线***（1）中的通信并且用于产生用于发送模块（121、1210）的数字发送信号（TxD）。

12.根据权利要求11所述的用户站（10、20、30），其中所述用户站（10、20、30）被设计用于在总线***（1）中通信，在所述总线***中至少暂时地确保用户站（10、20、30）对总线***（1）的总线（40）的独占的、无冲突的访问。

13.一种用于在串行总线***（1）中接收差分信号的方法，其中该方法具有以下步骤，包括

利用第一分压器（1531）来设定接收模块（122）的第一接收阈值（T1），其中第一分压器（1531）连接到总线***（1）的总线（40）上，

利用第二分压器（1532）来设定接收模块（122）的第二接收阈值（T2）或第三接收阈值（T3），其中，所述第二分压器（1532）连接到所述总线（40）上，并且其中，切换单元（1533）被用于根据所述接收模块（122）的运行模式在所述第二接收阈值（T2）和第三接收阈值（T3）之间切换，所述接收模块（122）针对在所述总线（40）上的通信的第一通信阶段（451）或第二通信阶段（452）将被切换到所述运行模式中，

利用接收模块（122）从总线（40）接收差分信号（CAN_H、CAN_L），

利用连接到第一分压器（1531）上的第一比较器（151）利用第一接收阈值（T1）来分析从总线（40）接收的差分信号（CAN_H、CAN_L），和

利用连接到第二分压器（1532）上的第二比较器（152）利用由第二分压器（1532）设定的第一接收阈值（T2）或第二接收阈值（T3）来分析从总线（40）接收的差分信号（CAN_H、CAN_L）。

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