Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.The present invention relates to a subscriber station for a serial bus system and a method for transmitting a message in a serial bus system operating at high data rate and with high error robustness.
Stand der TechnikState of the art
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, wird häufig ein Bussystem eingesetzt, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen.For communication between sensors and control devices, for example in vehicles, a bus system is frequently used, in which data is transmitted as messages in the standard ISO11898-1: 2015 as CAN protocol specification with CAN FD. The messages are transmitted between the bus users of the bus system, such as sensor, control unit, encoder, etc.
Mit steigender Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs, nimmt auch der Datenverkehr im Bussystem zu. Noch dazu ist es oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher. Folge davon ist, dass die geforderte Bandbreite des Bussystems weiter steigen wird.With increasing number of functions of a technical system or of a vehicle, the data traffic in the bus system also increases. Moreover, it is often required that the data transfer faster from the transmitter to the receiver than before. The consequence of this is that the required bandwidth of the bus system will continue to increase.
Um Daten mit höherer Bitrate übertragen zu können als bei CAN, wurde im CAN FD Nachrichten-Format eine Option zur Umschaltung auf eine höhere Bitrate innerhalb einer Nachricht geschaffen. Bei solchen Techniken wird die maximal mögliche Datenrate durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert. Solche Nachrichten werden nachfolgend auch als CAN FD-Rahmen oder CAN FD-Nachrichten bezeichnet. Bei CAN FD ist die Nutzdatenlänge von 8 auf bis zu 64 Bytes erweitert und sind die Datenübertragungsraten deutlich höher als bei CAN.In order to transmit data at a higher bit rate than CAN, the CAN FD message format has created an option to switch to a higher bit rate within a message. With such techniques, the maximum possible data rate is increased beyond a value of 1 Mbit / s by using a higher clock rate in the area of the data fields. Such messages are also referred to below as CAN FD frames or CAN FD messages. With CAN FD, the user data length has been extended from 8 to 64 bytes and the data transmission rates are significantly higher than with CAN.
Auch wenn ein CAN oder CAN FD basiertes Kommunikationsnetzwerk im Hinblick auf beispielsweise seine Robustheit sehr viele Vorteile bietet, hat es doch eine deutlich geringere Schnelligkeit im Vergleich zu einer Datenübertragung bei zum Beispiel 100 Base-T1 Ethernet. Außerdem ist die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes für einige Anwendungen zu gering.Even if a CAN or CAN FD-based communication network offers many advantages in terms of its robustness, for example, it has a significantly lower speed compared to data transmission with, for example, 100 Base-T1 Ethernet. In addition, the user data length of up to 64 bytes achieved so far with CAN FD is too low for some applications.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen bei großer Fehlerrobustheit eine hohe Datenrate und eine Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen realisiert werden kann.Therefore, it is an object of the present invention to provide a subscriber station for a serial bus system and a method for transmitting a message in a serial bus system which solve the aforementioned problems. In particular, a subscriber station for a serial bus system and a method for transmitting a message in a serial bus system are to be provided in which a high data rate and an increase in the amount of user data per frame can be realized with high error robustness.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Sendestufe zum Senden einer Nachricht auf eine Busleitung des Bussystems, wobei die Sendestufe Endstufen zum Schalten von Bussignalen für eine Nachricht zwischen mehr als zwei verschiedenen Buszuständen aufweist, wobei die Sendestufe in einer ersten Betriebsart ausgestaltet ist, mit den Endstufen einen ersten und zweiten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern der Busleitung zu erzeugen, wobei die Sendestufe in einer zweiten Betriebsart ausgestaltet ist, mit den Endstufen einen dritten und vierten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern der Busleitung zu erzeugen, und wobei zwei Buszustände des ersten bis vierten Buszustands einen kleineren Buspegel als die beiden anderen Buszustände des ersten bis vierten Buszustands aufweisen.The object is achieved by a subscriber station for a serial bus system with the features of claim 1. The subscriber station comprises a transmission stage for transmitting a message to a bus line of the bus system, wherein the transmission stage has output stages for switching bus signals for a message between more than two different bus states, wherein the transmission stage is configured in a first mode, with the output stages a first and generating the second data state in each case as a bus state with different bus levels for two bus wires of the bus line, wherein the transmission stage is configured in a second mode, with the output stages to generate a third and fourth data state respectively as a bus state with different bus levels for the two bus wires of the bus line, and wherein two bus states of the first to fourth bus states have a lower bus level than the other two bus states of the first to fourth bus states.
Mit der Teilnehmerstation ist eine deutliche Steigerung der Bitrate und damit der Übertragungsgeschwindigkeit von Sender zu Empfänger realisierbar. Hierbei ist jedoch gleichzeitig eine große Fehlerrobustheit gewährleistet.With the subscriber station, a significant increase in the bit rate and thus the transmission speed from transmitter to receiver can be realized. At the same time, however, a large error robustness is ensured.
Aufgrund der Ausgestaltung der Teilnehmerstation werden keine Fehlerrahmen (Error-Frames) mehr benötigt. Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodatenrate von mindestens 10 Mbps zu realisieren. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten bis zu 4096 Byte pro Rahmen betragen.Due to the configuration of the subscriber station no error frames (error frames) are required more. This helps to realize a net data rate of at least 10 Mbps. In addition, the size of the user data can be up to 4096 bytes per frame.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mehrere Domänen per Switches bedarfsgerecht miteinander verbunden werden können. Das senkt den Verkabelungsaufwand zwischen den einzelnen Komponenten einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs. Dies ist in Bezug auf den geringeren zeitlichen Aufwand, verminderten Materialeinsatz und dadurch reduziertes Gewicht insbesondere bei einem Fahrzeug ein besonders deutlicher Pluspunkt.Another advantage is that multiple domains can be interconnected by switches as needed. This reduces the cabling effort between the individual components of a technical system or vehicle. This is in terms of lower time, reduced use of materials and thus reduced weight, especially in a vehicle a particularly clear plus.
Das von der Teilnehmerstation durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN-Teilnehmerstation und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden.The method performed by the subscriber station can also be used if at least one CAN subscriber station and / or at least one CAN FD subscriber station which sends messages according to the CAN protocol and / or CAN FD protocol is also present in the bus system.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the subscriber station are specified in the dependent claims.
In einer Ausführungsvariante ist die Sendestufe ausgestaltet, die kleineren Pegel für die zwei Buszustände durch schwächeres Treiben der Buspegel für die zwei Busadern zu erzeugen, wobei das schwächere Treiben der Buspegel erreicht wird durch einen höheren Einschaltwiderstand von Transistoren der jeweiligen Endstufen, die zum Treiben der zwei Buszustände verwendet werden, als einen Einschaltwiderstand von Transistoren der jeweiligen Endstufen, die zum Treiben der beiden anderen Buszustände verwendet werden. In one embodiment, the transmit stage is configured to generate the lower levels for the two bus states by driving the bus levels lower for the two bus wires, the weaker driving of the bus levels being achieved by a higher on resistance of transistors of the respective output stages driving the two Bus states can be used as a on resistance of transistors of the respective power amplifiers, which are used to drive the other two bus states.
Möglicherweise sind die Endstufen derart symmetrisch aufgebaut, dass jeweils zwei Buszustände der mehr als zwei verschiedenen Buszustände symmetrisch zueinander sind.Possibly, the output stages are constructed so symmetrically that in each case two bus states of more than two different bus states are symmetrical to each other.
Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante ist die Sendestufe ausgestaltet, in die erste Betriebsart mit zwei ersten verschiedenen Buszuständen für eine Nachricht zu schalten, wenn von der Nachricht Daten einer ersten Phase zu senden sind, die mit einer ersten Bitrate zu senden sind, wobei die Sendestufe ausgestaltet ist, in die zweite Betriebsart mit zwei zweiten verschiedenen Buszuständen für eine Nachricht zu schalten, wenn von der Nachricht Daten einer zweiten Phase zu senden sind, die mit einer zweiten Bitrate zu senden ist, die schneller als die erste Bitrate ist. Hierbei kann die Sendestufe ausgestaltet sein, gemäß einer vorbestimmten Codierung in die erste Betriebsart mit den zwei ersten verschiedenen Buszuständen für die Nachricht oder die zweite Betriebsart mit den zwei zweiten verschiedenen Buszuständen für eine Nachricht zu schalten, wenn von der Nachricht die Daten der zweiten Phase zu senden sind. Hierbei kann die Sendestufe zudem ausgestaltet sein, durch Verwendung von vier verschiedenen Buszuständen eine Frequenz für die Bussignale zum Senden der Daten der zweiten Phase zu reduzieren im Vergleich zu der Frequenz für die Bussignale zum Senden der Daten der ersten Phase, in welcher die Sendestufe ausgestaltet ist zwei verschiedene Buszustände der vier verschiedenen Buszustände zu verwenden.According to a particular embodiment, the transmission stage is configured to switch to the first mode with two first different bus states for a message when data of a first phase to be transmitted by the message is to be transmitted at a first bit rate, the transmission stage being configured to switch to the second mode with two second different bus states for a message if data of a second phase to be sent from the message is to be sent at a second bit rate faster than the first bit rate. In this case, the transmission stage may be configured to switch according to a predetermined coding in the first mode with the two first different bus states for the message or the second mode with the two second different bus states for a message, if from the message to the data of the second phase send. In this case, the transmission stage can also be designed to reduce a frequency for the bus signals for transmitting the data of the second phase by using four different bus states in comparison to the frequency for the bus signals for transmitting the data of the first phase, in which the transmission stage is configured to use two different bus states of the four different bus states.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsvariante ist die Sendestufe ausgestaltet, nur in die zweite Betriebsart zum Senden von Daten zu schalten, wenn für die Teilnehmerstation für eine vorbestimmte Zeit ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff auf die Busleitung des Bussystems gewährleistet ist.According to a further specific embodiment variant, the transmission stage is designed to switch to the second operating mode for transmitting data only if exclusive, collision-free access to the bus line of the bus system is ensured for the subscriber station for a predetermined time.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Sendestufe eine erste Endstufe, die zwischen einen Anschluss für eine Spannungsversorgung und eine erste Busader der Busleitung geschaltet ist, eine zweite Endstufe, die zwischen eine zweite Busader der Busleitung und einen Anschluss für Masse geschaltet ist, eine dritte Endstufe, die zwischen die erste Busader der Busleitung und einen Anschluss für Masse geschaltet ist, und eine vierte Endstufe, die zwischen den Anschluss für die Spannungsversorgung und die zweite Busader der Busleitung geschaltet ist.In one embodiment, the transmitting stage has a first output stage connected between a terminal for a power supply and a first bus wire of the bus line, a second output stage connected between a second bus wire of the bus line and a terminal for ground, a third output stage between the first bus wire of the bus line and a connection for ground is connected, and a fourth output stage, which is connected between the connection for the power supply and the second bus wire of the bus line.
Denkbar ist, dass die erste und vierte Endstufe einen PMOS-Transistor aufweisen, und die zweite und dritte Endstufe einen NMOS-Transistor aufweisen.It is conceivable that the first and fourth output stage have a PMOS transistor, and the second and third output stage have an NMOS transistor.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Sendestufe ausgestaltet, in der ersten Betriebsart einen schwächeren Pegel für die zwei ersten verschiedenen Bussignale zu treiben als in der zweiten Betriebsart für die zwei zweiten verschiedenen Bussignale.According to a further embodiment, the transmission stage is configured to drive a weaker level for the first two different bus signals in the first mode than in the second mode for the two second different bus signals.
Es ist möglich, dass die Nachricht ein Datenfeld mit einer variablen Länge aufweist, wobei die variable Länge zwischen 1 Byte bis 4096 Bytes beträgt.It is possible for the message to have a data field of variable length, the variable length being from 1 byte to 4096 bytes.
Teilnehmerstation nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sendestufe ausgestaltet ist, die Daten in der ersten Betriebsart mit dem gleichen Bus-Pegel auf die Busleitung zu senden wie in der zweiten Betriebsart.Subscriber station according to one of the preceding claims, wherein the transmission stage is adapted to send the data in the first mode with the same bus level on the bus line as in the second mode.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem eine parallele Busleitung und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über die Busleitung derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.The subscriber station described above may be part of a bus system, which also comprises a parallel bus line and at least two subscriber stations, which are connected to one another via the bus line so that they can communicate with each other. In this case, at least one of the at least two subscriber stations is a subscriber station described above.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 14 gelöst. Das Verfahren hat den Schritt: Senden, mit einer Sendestufe einer Teilnehmerstation des Bussystems, einer Nachricht auf eine Busleitung des Bussystems, wobei die Sendestufe Endstufen aufweist, die Bussignale für eine Nachricht zwischen mehr als zwei verschiedenen Buszuständen schalten, wobei die Sendestufe in einer ersten Betriebsart mit den Endstufen einen ersten und zweiten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern der Busleitung erzeugt, wobei die Sendestufe in einer zweiten Betriebsart mit den Endstufen einen dritten und vierten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern der Busleitung erzeugt, und wobei zwei Buszustände des ersten bis vierten Buszustands einen kleineren Buspegel als die beiden anderen Buszustände des ersten bis vierten Buszustands aufweisen.The above object is further achieved by a method for transmitting a message in a serial bus system according to claim 14. The method has the step: transmitting, with a transmission stage of a subscriber station of the bus system, a message to a bus line of the bus system, the transmission stage having output stages which switch bus signals for a message between more than two different bus states, the transmission stage in a first mode generates with the output stages a first and second data state in each case as a bus state with different bus levels for two bus wires of the bus line, the transmission stage generates in a second mode with the output stages a third and fourth data state respectively as a bus state with different bus levels for the two bus wires of the bus line, and wherein two bus states of the first to fourth bus states have a lower bus level than the other two bus states of the first to fourth bus states.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.The method offers the same advantages as previously mentioned with respect to the subscriber station.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus von Nachrichten, die von Teilnehmerstationen des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;
- 3 ein Schaltbild einer Sendestufe einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Darstellung eines Beispiels für einen zeitlichen Spannungsverlauf von differenziellen Bussignalen CAN_H und CAN_L, die von der Sendestufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für einen Teil einer Nachricht generiert werden;
- 5 eine Darstellung eines Beispiels für einen zeitlichen Spannungsverlauf von Bussignalen nach einer Umschaltung der Sendestufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in eine schnellere Datenübertragungsbetriebsart als bei 4;
- 6 eine Darstellung eines Beispiels für einen zeitlichen Spannungsverlauf der Bussignale CAN_H und CAN_L für einen Teil einer Nachricht bei einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 7 ein Schaltbild einer Sendestufe einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 8 und 9 jeweils eine Darstellung eines Beispiels für einen zeitlichen Spannungsverlauf von differentiellen Bussignalen für verschiedene Teile einer Nachricht bei einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 10 ein Schaltbild einer Sendestufe einer Teilnehmerstation eines Bussystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 11 und 12 jeweils eine Darstellung eines Beispiels für einen zeitlichen Spannungsverlauf von differentiellen Bussignalen für verschiedene Teile einer Nachricht bei einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 13 ein Schaltbild einer Ankopplung der Sendestufe einer Teilnehmerstation an Busadern eines Bussystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel; und
- 14 ein Schaltbild einer Ankopplung der Sendestufe einer Teilnehmerstation an Busadern eines Bussystems gemäß einer Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels.
The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it: - 1 a simplified block diagram of a bus system according to a first embodiment;
- 2 a diagram for illustrating the structure of messages that can be sent from subscriber stations of the bus system according to the first embodiment;
- 3 a circuit diagram of a transmission stage of a subscriber station of the bus system according to the first embodiment;
- 4 a representation of an example of a temporal voltage waveform of differential bus signals CAN_H and CAN_L, which are generated by the transmission stage according to the first embodiment for a part of a message;
- 5 a representation of an example of a temporal waveform of bus signals after switching the transmission stage according to the first embodiment in a faster data transmission mode than in 4 ;
- 6 a representation of an example of a temporal voltage waveform of the bus signals CAN_H and CAN_L for a part of a message in a second embodiment;
- 7 a circuit diagram of a transmission stage of a subscriber station of the bus system according to the second embodiment;
- 8th and 9 in each case a representation of an example of a temporal voltage curve of differential bus signals for different parts of a message in a third embodiment;
- 10 a circuit diagram of a transmission stage of a subscriber station of a bus system according to a third embodiment;
- 11 and 12 in each case a representation of an example of a temporal voltage profile of differential bus signals for different parts of a message in a fourth embodiment;
- 13 a circuit diagram of a coupling of the transmission stage of a subscriber station to bus wires of a bus system according to a fifth embodiment; and
- 14 a circuit diagram of a coupling of the transmission stage of a subscriber station to bus wires of a bus system according to a modification of the fifth embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN EL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon, ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden. 1 shows as an example a bus system 1 In particular, it is basically designed for a CAN bus system, a CAN FD bus system, a CAN EL bus system, and / or modifications thereof, as described below. The bus system 1 can be used in a vehicle, in particular a motor vehicle, an aircraft, etc., or in the hospital, etc.
In 1 hat das Bussystem 1 eine, insbesondere parallele, Busleitung 3, an die eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30 angeschlossen sind. Über die Busleitung 3 sind Nachrichten 4, 5 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.In 1 has the bus system 1 one, in particular parallel, bus line 3 to which a variety of subscriber stations 10 . 20 . 30 are connected. Over the bus line 3 are news 4 . 5 in the form of signals between the individual subscriber stations 10 . 20 . 30 serially transferable. The subscriber stations 10 . 20 . 30 are, for example, control devices, sensors, display devices, etc. of a motor vehicle.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 32. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht veranschaulicht ist.As in 1 shown has the subscriber station 10 a communication control device 11 and a transceiver 12 , The subscriber station 20 on the other hand has a communication control device 21 and a transceiver 22 , The subscriber station 30 has a communication control device 31 and a transceiver 32 , The transmitting / receiving devices 12 . 22 . 32 the subscriber stations 10 . 20 . 30 are each directly to the bus line 3 connected, even if this is in 1 not illustrated.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über die Busleitung 3 mit einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an die Busleitung 3 angeschlossen sind.The communication control devices 11 . 21 . 31 each serve to control a communication of the respective subscriber station 10 . 20 . 30 over the bus line 3 with another subscriber station of the subscriber stations 10 . 20 . 30 to the bus line 3 are connected.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller ausgeführt sein. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 4, beispielsweise Classic CAN-Nachrichten 4. Die Classic CAN-Nachrichten 4 sind gemäß dem Classic Basisformat aufgebaut, bei welchem in der Nachricht 4 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Alternativ ist die Classic CAN-Nachricht 4 als CAN FD Nachricht aufgebaut, bei welcher eine Anzahl von bis zu 64 Datenbytes umfasst sein können, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei der Classic CAN-Nachricht 4 übertragen werden. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.The communication control device 11 can be implemented like a conventional CAN controller. The communication control device 11 creates and reads first messages 4 , for example Classic CAN messages 4 , The Classic CAN messages 4 are built according to the classic basic format, in which in the message 4 a number of up to 8 bytes of data can be included. Alternatively, the Classic CAN message 4 built as a CAN FD message in which a number of up to 64 bytes of data can be included, in addition to a much faster data rate than the Classic CAN message 4 be transmitted. In the latter case, the communication control device 11 like a conventional CAN FD controller.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 5, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 5 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 5 auf der Grundlage eines CAN EL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf 2 detaillierter beschrieben ist.The communication control device 21 creates and reads second messages 5 , for example, modified CAN messages 5 are. Here are the modified CAN messages 5 based on a CAN EL format that is related to 2 is described in more detail.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine Classic CAN-Nachricht 4 oder eine CAN EL-Nachricht 5 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest also eine erste Nachricht 4 oder zweite Nachricht 5, wobei sich die erste und zweite Nachricht 4, 5 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN oder CAN EL. Alternativ ist die Classic CAN-Nachricht 4 als CAN FD Nachricht aufgebaut. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.The communication control device 31 It can be configured to have a Classic CAN message as needed 4 or a CAN EL message 5 for the transceiver 32 to provide or receive from this. The communication control device 21 creates and reads a first message 4 or second message 5 , where the first and second message 4 . 5 distinguished by their data transmission standard, namely in this case CAN or CAN EL. Alternatively, the Classic CAN message 4 set up as a CAN FD message. In the latter case, the communication control device 11 like a conventional CAN FD controller.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN EL-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 4 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat oder Nachrichten 5 gemäß dem CAN EL-Format für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 22, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD Transceiver ausführbar.The transmitting / receiving device 12 can be implemented like a conventional CAN transceiver or CAN FD transceiver. The transmitting / receiving device 22 can be performed as a CAN EL transceiver except for the differences described in more detail below. The transmitting / receiving device 32 Can be run to messages as needed 4 according to the current CAN basic format or messages 5 according to the CAN EL format for the communication control device 31 to provide or receive from this. The transmitting / receiving devices 22 . 32 are additionally or alternatively executable like a conventional CAN FD transceiver.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 20, 30 kann eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 5 mit dem CAN EL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 5 realisiert werden.With the two subscriber stations 20 . 30 can be a formation and then transmission of messages 5 with the CAN EL format as well as the receipt of such messages 5 will be realized.
2 zeigt für die Nachricht 5 einen CAN EL Rahmen 45, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 22 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN-EL-Rahmen 45 ist für die CAN-Kommunikation auf der Busleitung 3 in unterschiedliche Felder unterteilt, nämlich ein Startfeld 451, ein Arbitrationsfeld 452, ein Steuerfeld 453, ein Datenfeld 454, ein Prüfsummenfeld 455 und ein Endefeld 456. 2 shows for the message 5 a CAN EL frame 45 as seen by the transceiver 22 or the transceiver 32 is sent. The CAN-EL frame 45 is for the CAN communication on the bus line 3 divided into different fields, namely a start field 451 , an arbitration field 452 , a control panel 453 , a data field 454 , a checksum field 455 and an end field 456 ,
Das Startfeld 451 hat beispielsweise ein Bit, das auch SOF-Bit genannt wird und den Beginn des Rahmens bzw. Start of Frame anzeigt. In dem Arbitrationsfeld 452 ist ein Identifizierer mit insbesondere 32 Bit zur Identifikation des Senders der Nachricht enthalten. In dem Steuerfeld 453 ist ein insbesondere 13 Bit langer Datenlängecode (Data-Length-Code) enthalten, der Werte bis zu 4096 mit der Schrittweite von 1 haben kann. In dem Datenfeld 454 sind die Nutzdaten des CAN-EL-Rahmens bzw. der Nachricht 5 enthalten. Die Nutzdaten können entsprechend des Werts des Datenlängecodes bis zu 4096 Bytes aufweisen. In dem Prüfsummenfeld 455 ist eine Prüfsumme über die Daten in dem Datenfeld 454 einschließlich der Stuffbits enthalten, die vom Sender der Nachricht 5 nach jeweils 10 gleichen Bits als inverses Bit eingefügt werden. In dem Endefeld 456 ist mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten und außerdem eine Folge von 11 gleichen Bits, welche das Ende des CAN EL Rahmens 45 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit wird mitgeteilt, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN EL Rahmen 45 bzw. der Nachricht 5 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.The starting field 451 has a bit, for example, which is also called the SOF bit and indicates the beginning of the frame or start of frame. In the arbitration field 452 is an identifier, in particular 32 bits for identifying the sender of the message included. In the control panel 453 In particular, there is a 13-bit long data length code (Data Length Code) that can have values up to 4096 in increments of 1. In the data field 454 are the payload of the CAN-EL frame or message 5 contain. The payload data may have up to 4096 bytes according to the value of the data length code. In the checksum field 455 is a checksum over the data in the data field 454 including the stuff bits included by the sender of the message 5 after every 10 equal bits are inserted as an inverse bit. In the end field 456 is at least one acknowledge bit included and also a sequence of 11 equal bits, which is the end of the CAN EL frame 45 Show. The at least one acknowledge bit informs whether a receiver in the received CAN EL frame 45 or the message 5 has detected an error or not.
In den Phasen zum Senden des Arbitrationsfelds 452 und des Endefelds 456 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Ein wichtiger Punkt während dieser Phasen ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf die Busleitung 3 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 4, 5 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.In the phases to send the arbitration field 452 and the end field 456 a physical layer like CAN and CAN-FD is used. An important point during these phases is that the known CSMA / CR method is used, which allows simultaneous access of the subscriber stations 10 . 20 . 30 on the bus line 3 allowed without the higher priority message 4 . 5 gets destroyed. This allows the bus system 1 relatively easy further bus subscriber stations 10 . 20 . 30 be added, which is very beneficial.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf der Busleitung 3 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf der Busleitung 3 „überfahren“ werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit 2Mbps im realen Fahrzeug-Einsatz.The CSMA / CR method results in so-called recessive states on the bus line 3 must give which of other subscriber stations 10 . 20 . 30 with dominant states on the bus line 3 Can be run over. In the recessive state prevail at the individual subscriber station 10 . 20 . 30 High-impedance conditions, which in combination with the parasitic bus circuitry has longer time constants result. This leads to a limitation of the maximum bit rate of today's CAN-FD physical layer to currently 2 Mbps in real vehicle use.
Das Steuerfeld 453 und das Datenfeld 454 werden von einem Sender der Nachricht 5 erst auf die Busleitung 3 gesendet, wenn die Teilnehmerstation 20 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 20 als Sender damit zum Senden der Felder 453 bis 456 einen exklusiven Zugriff auf die Busleitung 3 des Bussystems 1 hat. Bei der Arbitration wird mit Hilfe des Identifizierers in dem Arbitrationsfeld 452 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 4, 5 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden der Felder 453 bis 455 den exklusiven Zugriff auf die Busleitung 3 des Bussystems 1 bekommt.The control panel 453 and the data field 454 be from a sender of the message 5 first on the bus line 3 sent when the subscriber station 20 when the sender has won the arbitration and the subscriber station 20 as sender to send the fields 453 to 456 an exclusive one Access to the bus line 3 of the bus system 1 Has. In arbitration, using the identifier in the arbitration field 452 bitwise between the subscriber stations 10 . 20 . 30 negotiated which subscriber station 10 . 20 . 30 the message 4 . 5 want to send with the highest priority and therefore for the next time to send the fields 453 to 455 exclusive access to the bus line 3 of the bus system 1 gets.
Die Arbitration am Anfang eines Rahmens 45 bzw. der Nachricht 4, 5 und das Acknowledgement in dem Endefeld 456 am Ende des Rahmens 45 bzw. der Nachricht 4, 5 ist nur dann möglich, wenn die Bitzeit deutlich mehr als doppelt so lang ist wie die Signal-Laufzeit zwischen zwei beliebigen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1. Daher wird die Bitrate in der Arbitrationphase bei Übertragung der Felder 451, 452, 456 langsamer gewählt als in den übrigen Feldern des Rahmens 45.The arbitration at the beginning of a frame 45 or the message 4 . 5 and the acknowledgment in the end field 456 at the end of the frame 45 or the message 4 . 5 is only possible if the bit time is significantly more than twice as long as the signal transit time between any two subscriber stations 10 . 20 . 30 of the bus system 1 , Therefore, the bit rate in the arbitration phase when transmitting the fields 451 . 452 . 456 chosen slower than in the other fields of the frame 45 ,
3 zeigt die Ausgestaltung einer Sendestufe 220 der Sende-/Empfangseinrichtung 22 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Empfangsstufe ist in 3 nicht gezeigt, kann jedoch ausgeführt sein wie eine herkömmliche Empfangsstufe für CAN oder CAN FD-Nachrichten. 3 shows the embodiment of a transmission stage 220 the transmitting / receiving device 22 in the present embodiment. The reception level is in 3 not shown, but may be implemented as a conventional receiving stage for CAN or CAN FD messages.
In 3 ist die Sendestufe 220 an ihren Anschlüssen 221, 222 an die parallele Busleitung 3, genauer gesagt deren erste Busader 41 für CAN_H und deren zweite Busader 42 für CAN_L angeschlossen. Für die Spannungsversorgung für die erste und zweite Busader 41, 42 ist bei der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ein Anschluss 223 vorgesehen. Die Spannungsversorgung kann insbesondere mit einer Spannung Vcc bzw. CAN-Supply von beispielsweise etwa 2,5 V gemäß dem Standard ISO11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD erfolgen. Selbstverständlich sind jedoch andere Spannungswerte als Spannung Vcc wählbar. Die Verbindung der Sende-/Empfangseinrichtung 22 mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 224 realisiert. Zur Terminierung der ersten und zweiten Busader 41, 42 ist bei dem gezeigten Beispiel ein Abschlusswiderstand oder externer Buslastwiderstand 43 vorgesehen.In 3 is the broadcasting stage 220 at their connections 221 . 222 to the parallel bus line 3 , more precisely their first busload 41 for CAN_H and its second bus core 42 connected for CAN_L. For the power supply for the first and second bus wires 41 . 42 is at the transceiver 12 a connection 223 intended. The voltage supply can be carried out in particular with a voltage Vcc or CAN supply of, for example, about 2.5 V according to the standard ISO11898-1: 2015 as a CAN protocol specification with CAN FD. Of course, however, voltage values other than voltage Vcc are selectable. The connection of the transmitting / receiving device 22 with ground or CAN_GND is via a connection 224 realized. To terminate the first and second bus vein 41 . 42 is a terminator or external bus load resistor in the example shown 43 intended.
Gemäß 3 hat die Sendestufe 220 eine erste Endstufe 225 für das Signal CAN_H für die erste Busader 41 und eine zweite Endstufe 226 für das Signal CAN_L für die zweite Busader 42. Außerdem hat die Sendestufe 220 eine dritte Endstufe 227 für die erste Busader 41 und eine vierte Endstufe 228 für die zweite Busader 42. Die erste und vierte Endstufe 225 und 228 haben jeweils eine Diode und einen PMOS-Transistor (PMOS = p-leitender bzw. p-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter). Die zweite und dritte Endstufe 226 und 227 haben jeweils eine Diode und einen NMOS-Transistor (NMOS = n-leitender bzw. n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter). Die Endstufen 225 bis 228 können wie die entsprechenden Endstufen für eine herkömmliche Endstufe von CAN ausgestaltet sein. Die Transistoren der Endstufen 225 bis 228 sind an ihren Gates jeweils direkt oder über einen Schalter 229 an einen Anschluss 211 anschließbar. Von dem Anschluss 211 wird ein Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in die Sendestufe 220 eingegeben. Die beiden Schalter 229 bilden eine Schalteinrichtung. Die beiden Schalter 229 sind insbesondere gemeinsam schaltbar.According to 3 has the send level 220 a first power amplifier 225 for the signal CAN_H for the first bus wire 41 and a second amplifier 226 for the signal CAN_L for the second bus core 42 , In addition, the broadcast stage has 220 a third power amplifier 227 for the first bus vein 41 and a fourth power amplifier 228 for the second bus 42 , The first and fourth power amplifier 225 and 228 each have a diode and a PMOS transistor (PMOS = p-type or p-type metal oxide semiconductor). The second and third power amplifier 226 and 227 each have a diode and an NMOS transistor (NMOS = n-type and n-type metal oxide semiconductor). The power amplifiers 225 to 228 Like the corresponding output stages, they can be designed for a conventional power amplifier of CAN. The transistors of the power amplifiers 225 to 228 are at their gates each directly or via a switch 229 to a connection 211 connected. From the connection 211 becomes a transmission signal TxD of the communication control device 11 in the broadcasting stage 220 entered. The two switches 229 form a switching device. The two switches 229 are especially switchable together.
In der Phase zum Senden des Startfelds 451, des Arbitrationsfelds 452 und des Endefelds 456 aktiviert die Sende-/Empfangseinrichtung 22 in der Sendestufe 220 zum Treiben eines dominanten Buszustands nur die erste Endstufe 225 für das Signal CAN_H für die erste Busader 41 und die zweite Endstufe 226 für das Signal CAN_L für die zweite Busader 42. Dagegen bleiben die dritte und vierte Endstufe 227 und 228 inaktiv, und zwar nicht nur für einen rezessiven Buszustand sondern auch wenn die Sendestufe 220 einen dominanten Buszustand treiben muss. Dies kann beispielsweise durch Schalten der Schalter 229 in die geöffnete Stellung erfolgen, die in 4 gezeigt ist oder nur über ein entsprechendes Signal am Anschluss 211, wenn die Transistoren der Endstufen 225 bis 228 an ihren Gates jeweils direkt an den Anschluss 211 angeschlossen sind. Soll die Sendestufe 220 einen rezessiven Buszustand treiben, sind alle Endstufen 225, 226, 227, 228 gesperrt bzw. inaktiv. In Folge dessen stellen sich Signale CAN_H, CAN_L ein, die in 4 gezeigt und nachfolgend noch genauer beschrieben sind.In the phase to send the start field 451 , the arbitration field 452 and the end field 456 activates the transceiver 22 in the broadcasting stage 220 for driving a dominant bus state, only the first output stage 225 for the signal CAN_H for the first bus wire 41 and the second power amplifier 226 for the signal CAN_L for the second bus core 42 , By contrast, remain the third and fourth power amplifier 227 and 228 inactive, not only for a recessive bus state but also if the send level 220 must drive a dominant bus state. This can be done, for example, by switching the switches 229 in the open position, the in 4 is shown or only via a corresponding signal on the connection 211 if the transistors of the power amplifiers 225 to 228 at their gates directly to the port 211 are connected. Should the send level 220 drive a recessive bus state, are all power amplifiers 225 . 226 . 227 . 228 locked or inactive. As a result, signals CAN_H, CAN_L, which are in 4 shown and described in more detail below.
In der Phase zum Senden des Steuerfelds 453, des Datenfelds 454 und des Prüfsummenfelds 455 aktiviert die Sende-/Empfangseinrichtung 22 in der Sendestufe 220 dagegen sowohl die erste und dritte Endstufe 225, 227 für ein Signal 411 auf der ersten Busader 41 als auch die zweite und vierte Endstufe 226, 228 für ein Signal 421 auf der zweiten Busader 42, wie nachfolgend genauer beschrieben. Somit sind in dieser Phase des Sendens alle Endstufen 225 bis 228 aktiv, wie nachfolgend genauer beschrieben. Dies kann beispielsweise durch Schalten der Schalter 229 in die geschlossene Stellung erfolgen, bei welcher der Anschluss 211 für das Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 an das Gate des jeweiligen Transistors der Endstufen 227, 228 angeschlossen ist. Alternativ ist das Schalten der Signalzustände 411, 421 auch nur über ein entsprechendes Signal am Anschluss 211 möglich, wie zuvor erwähnt. In Folge dessen stellen sich Signale 411, 421 ein, wie in 5 gezeigt und nachfolgend noch genauer beschrieben.In the phase to send the control panel 453 , of the data field 454 and the checksum field 455 activates the transceiver 22 in the broadcasting stage 220 however, both the first and third power amplifier 225 . 227 for a signal 411 on the first bus vein 41 as well as the second and fourth power amplifier 226 . 228 for a signal 421 on the second bus vein 42 , as described in more detail below. Thus, in this phase of transmission all amplifiers 225 to 228 active, as described in more detail below. This can be done, for example, by switching the switches 229 take place in the closed position, in which the connection 211 for the transmission signal TxD of the communication control device 11 to the gate of the respective transistor of the output stages 227 . 228 connected. Alternatively, the switching of the signal states 411 . 421 also only via a corresponding signal at the connection 211 possible, as previously mentioned. As a result, signals arise 411 . 421 a, like in 5 shown and described in more detail below.
Bei dem in 4 gezeigten Zustand der Sendestufe 220 können die Buspegel für CAN_H, CAN_L mit einem Buslastwiderstand 43 von etwa 60 Ohm erzeugt werden. Dagegen können die Buspegel bei dem Zustand der Sendestufe 220, bei welchem die Schalter 229 in 3 geschlossen sind, mit einem Buslastwiderstand 43 von etwa 90 Ohm erzeugt werden. Die Umschaltung des Buslastwiderstands 43 kann insbesondere durch einen entsprechenden optionalen Widerstand 230 der Sendestufe 220 erfolgen, der parallel zu dem Buslastwiderstand 43 schaltbar ist. Dadurch ist eine Veränderung des Widerstandswerts des effektiven Buslastwiderstands 43 bzw. 43, 230 von einem ersten bzw. kleineren Widerstandswert in der Arbitrationsphase, welche die Felder 456, 451, 452 umfasst, auf einen zweiten bzw. größeren Widerstandswert in der Datenphase bewirkbar, welche die Felder 453 bis 455 umfasst. Ist der Widerstand 230 nicht vorhanden, kann der Buslastwiderstand 43 für die Arbitrationsphase und die Datenphase jeweils gleich bleiben. Insbesondere ist der Buslastwiderstand 43 dann als ein Wert zwischen 60 und 90 Ohm, beispielsweise 70 Ohm oder ein anderer geeigneter Wert, wählbar.At the in 4 shown state of the transmission stage 220 can the bus levels for CAN_H, CAN_L with a bus load resistor 43 from about 60 Ohm be generated. In contrast, the bus levels in the state of the transmission stage 220 in which the switches 229 in 3 are closed, with a bus load resistor 43 be generated by about 90 ohms. The switching of the bus load resistor 43 in particular by a corresponding optional resistor 230 the transmission level 220 take place, which is parallel to the bus load resistor 43 is switchable. This is a change in the resistance value of the effective bus load resistor 43 or. 43 . 230 of a first or lower resistance value in the arbitration phase, which the fields 456 . 451 . 452 includes, to a second or greater resistance value in the data phase, which the fields 453 to 455 includes. Is the resistance 230 not available, the bus load resistance 43 stay the same for the arbitration phase and the data phase. In particular, the bus load resistor 43 then selectable as a value between 60 and 90 ohms, for example 70 ohms or another suitable value.
Gemäß 4 werden mit der Sendestufe 220 nur die dominanten Zustände der differentiellen Signale CAN_H, CAN_L unterschiedlich getrieben. Dagegen sind die Buspegel auf der Busleitung 3 für die rezessiven Zustände gleich der Spannung Vcc bzw. CAN-Supply von beispielsweise etwa 2,5 V. Somit ergibt sich für eine Spannung VDIFF = CAN_H - CAN_L für die rezessiven Zustände ein Wert von 0V und für die dominanten Zustände ein Wert von ca. 2,0 V, wie aus 4 ablesbar.According to 4 be with the broadcasting stage 220 only the dominant states of the differential signals CAN_H, CAN_L are driven differently. In contrast, the bus levels are on the bus line 3 for the recessive states is equal to the voltage Vcc or CAN supply of, for example, about 2.5 V. Thus, for a voltage VDIFF = CAN_H - CAN_L, a value of 0V results for the recessive states and a value of approx. 2.0 V, as out 4 read.
Erkennt die Sende-/Empfangseinrichtung 22 das Ende der Arbitrationsphase, so wird die Sendestufe 220 von dem in 4 gezeigten Zustand in den Zustand umgeschaltet, in welchem sich die Signalverläufe von 5 für die jeweils von der Sendestufe 220 erzeugten Buspegel ergeben.Detects the transceiver 22 the end of the arbitration phase, then the send level 220 from the in 4 shown state switched to the state in which the waveforms of 5 for each of the broadcasting stage 220 generated bus level.
Gemäß 5 werden in der schnelleren Datenphase, welche die Felder 453 bis 455 umfasst, für Signale 411, 421 nach der Umschaltung von dem Zustand von 4 ein Leerlaufzustand idle_LP direkt nach der Umschaltung erreicht, bei welchem sich bei dem speziellen Beispiel von 5 ein Buspegel von etwa 0 V einstellt. In der Regel sollte der Zustand eines Buspegels von etwa 0V nach der Umschaltung nicht auftreten. Danach wird ein Leerlaufzustand idle erreicht, bei welchem sich bei dem speziellen Beispiel von 5 ein Buspegel von etwa 2,5 V einstellt, bevor Buszustände entsprechend den Datenzuständen Data_0 und Data_1 erreicht werden. Hierbei wird das Signal 411 für den Buszustand entsprechend dem Datenzustand Data_0 über den NMOS-Transistor der dritten Endstufe 227 auf etwa 1,5 V gezogen. Dagegen wird das Signal 421 für den Buszustand entsprechend dem Datenzustand Data_0 über den PMOS-Transistor der vierten Endstufe 228 auf etwa 3,5 V gezogen. Data_1 wird erreicht, indem das Signal 411 über den PMOS-Transistor der ersten Endstufe 225 auf etwa 3,5 V gezogen und das Signal 421 über den NMOS-Transistor der zweiten Endstufe 226 auf etwa 1,5 V gezogen wird. Bei den beschriebenen Zuständen sind auf der Busleitung 3 bei dem Zustand Data_0 Buspegel zwischen etwa -0,6 V und etwa - 2 V und bei dem Zustand Data_1 Buspegel zwischen etwa 0,6 V und etwa 2 V vorhanden. Bei den Zuständen Data_0 und Data_1 hat eine Differenzspannung U_D der Signale 421, 411 also in der Regel eine maximale Amplitude von etwa 1,4 V.According to 5 be in the faster data phase, which the fields 453 to 455 includes, for signals 411 . 421 after switching from the state of 4 reached an idle state idle_LP directly after the switching, in which in the specific example of 5 sets a bus level of about 0V. In general, the state of a bus level of about 0V after switching should not occur. Thereafter, an idling state idle is reached, wherein in the specific example of 5 sets a bus level of about 2.5V before bus states corresponding to data states Data_0 and Data_1 are reached. Here is the signal 411 for the bus state corresponding to the data state Data_0 via the NMOS transistor of the third output stage 227 pulled to about 1.5V. In contrast, the signal 421 for the bus state corresponding to the data state Data_0 via the PMOS transistor of the fourth output stage 228 pulled to about 3.5V. Data_1 is achieved by the signal 411 via the PMOS transistor of the first output stage 225 pulled to about 3.5V and the signal 421 via the NMOS transistor of the second output stage 226 is pulled to about 1.5V. The states described are on the bus line 3 at the Data_0 bus level, between about -0.6V and about -2V and at the Data_1 bus level between about 0.6V and about 2V. In the states Data_0 and Data_1 has a differential voltage U_D of the signals 421 . 411 So usually a maximum amplitude of about 1.4 V.
Mit anderen Worten erzeugt die Sendestufe 220 in einer ersten Betriebsart gemäß 4 einen ersten Datenzustand, beispielsweise Data_1, als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand, beispielsweise Data_0, als Buszustand mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung 3.In other words, the send level generates 220 in a first mode according to 4 a first data state, for example Data_1, as a bus state with different bus levels for two bus wires 41 . 42 the bus line and a second data state, for example Data_0, as a bus state with the same bus level for the two bus wires 41 . 42 the bus line 3 ,
Außerdem schaltet die Sendestufe 220 für die zeitlichen Verläufe der Signale 411, 421 gemäß 5 in einer zweiten Betriebsart, welche die Datenphase umfasst, sowohl die erste und zweite Endstufe 225, 226 leitfähig und sperrt die Endstufen 227, 228, wenn ein erster Datenzustand, beispielsweise der Zustand Data_1, auf die Busleitung 3 getrieben werden soll. Dagegen schaltet die Sendestufe 220 die dritte und vierte Endstufe 227 und 228 leitfähig und sperrt die Endstufen 225, 226, wenn ein zweiter Datenzustand, beispielsweise der Zustand Data_0, auf die Busleitung 3 getrieben werden soll. Somit ist die Sendestufe 220 in der zweiten Betriebsart ausgestaltet, den ersten und zweiten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung 3 zu erzeugenIn addition, the transmission stage switches 220 for the temporal course of the signals 411 . 421 according to 5 in a second mode of operation, which includes the data phase, both the first and second output stages 225 . 226 conductive and blocks the power amplifiers 227 . 228 if a first data state, for example the state Data_1, is on the bus line 3 should be driven. In contrast, the transmission stage switches 220 the third and fourth power amplifier 227 and 228 conductive and blocks the power amplifiers 225 . 226 if a second data state, for example the state Data_0, is on the bus line 3 should be driven. Thus, the transmission level 220 configured in the second mode, the first and second data state each as a bus state with different bus levels for the two bus wires 41 . 42 the bus line 3 to create
Durch die beschriebene Umschaltung der Sendestufe 220 können in der Datenphase weit höhere Datenraten als mit CAN oder CAN-FD erreicht werden. Zudem kann die Datenlänge in dem Datenfeld 454 auf bis zu 4096 Byte erhöht werden. Dadurch können die Vorteile von CAN in Bezug auf die Arbitrierung beibehalten und dennoch eine größere Anzahl von Daten in kürzerer Zeit als bisher effektiv übertragen werden, das heißt ohne dass eine Wiederholung der Daten aufgrund eines Fehlers notwendig wäre, wie nachfolgend erläutert.By the described switching of the transmission stage 220 In the data phase, far higher data rates can be achieved than with CAN or CAN-FD. In addition, the data length in the data field 454 be increased up to 4096 bytes. Thereby, the advantages of CAN with respect to the arbitration can be maintained and yet a larger number of data can be effectively transmitted in a shorter time than before, that is, without a repetition of the data due to a fault would be necessary, as explained below.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Fehlerrahmen in dem Bussystem 1 bei der Übertragung von Nachrichten 5 nicht benötigt werden. Dadurch werden Nachrichten 5 nicht mehr zerstört, was eine Ursache für die Notwendigkeit einer Doppelübertragung von Nachrichten beseitigt. Dadurch steigt die Nettodatenrate.Another advantage is that error frames in the bus system 1 in the transmission of messages 5 not needed. This will be news 5 no longer destroyed, eliminating a cause for the need for duplicate message transmission. This increases the net data rate.
Noch dazu ist es mit der Sendestufe 220 möglich, mehrere Domänen bzw. Teilbussysteme 1 per hier nicht näher beschriebenen Switches bedarfsgerecht miteinander zu verbinden. Damit kann die Vernetzung in einer technischen Anlage, beispielsweise in einem Fahrzeug deutlich erweitert werden. Even more, it is with the broadcasting stage 220 possible, multiple domains or sub-bus systems 1 by switches not described here in detail as needed to connect with each other. Thus, the networking in a technical system, for example, in a vehicle can be significantly expanded.
6 zeigt Spannungsverläufe von Bussignalen 412, 422 und 413, 423 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Spannungsverläufe der Bussignale 412, 422 und 413, 423, ergeben sich, wenn die Schalter 229 der Sendestufe 220 von 3 entfallen oder im geschlossenen Zustand gehalten werden, so dass auch die Transistoren der Endstufen 227, 228 direkt mit den Anschlüssen 211 verbunden sind. 6 shows voltage curves of bus signals 412 . 422 and 413 . 423 according to a second embodiment. The voltage curves of the bus signals 412 . 422 and 413 . 423 , arise when the switches 229 the transmission level 220 from 3 omitted or kept in the closed state, so that the transistors of the power amplifiers 227 . 228 directly with the connections 211 are connected.
7 zeigt die daraus resultierende Sendestufe 220A des zweiten Ausführungsbeispiels. 7 shows the resulting send level 220A of the second embodiment.
Somit wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für den gesamten Rahmen 45 von 2 ein Physical Layer verwendet, welcher die genannte Arbitrationsphase für die Felder 451, 452 und 456 sowie eine lange und schnelle Datenphase für die Felder 453, 454, 455 erlaubt. Der Vorteil der Schaltung der Sendestufe 220A in eine derartige Betriebsart ist, dass die Sendestufe 220A komplett symmetrisch aufgebaut ist und auch in allen Kommunikationsphasen symmetrisch arbeitet. Es wird also der Wert des Buslastwiderstands 43 nicht umgeschaltet, wie zuvor in Bezug auf 3 und 4 beschrieben.Thus, according to the second embodiment, for the entire frame 45 from 2 a physical layer is used, which is said arbitration phase for the fields 451 . 452 and 456 as well as a long and fast data phase for the fields 453 . 454 . 455 allowed. The advantage of the circuit of the transmission stage 220A in such an operating mode is that the transmission stage 220A is completely symmetrical and works symmetrically in all communication phases. So it becomes the value of the bus load resistance 43 not switched as before regarding 3 and 4 described.
In 6 sind die resultierenden Bussignale in allen vier möglichen Buszuständen DF1, DF2, A1, A2 bei einer derartigen Sendestufe 220A gezeigt. Die Differenzspannung U_D2 der Buszustände DF1, DF2 hat eine größere Amplitude als die Differenzspannung U_D3 der Buszustände A1, A2. Hierbei hat die Amplitude der Differenzspannung U_D2 einen Wert, der n mal größer ist als ein Wert der Amplitude der Differenzspannung U_D3, wobei n eine beliebig wählbare natürliche Zahl ist. Jedoch berechnet sich die Obergrenze für die Anzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 als n - 1. Die Amplitude der Differenzspannung U_D3 kann daher auch als Amplitudengrundeinheit bezeichnet werden.In 6 are the resulting bus signals in all four possible bus states DF1, DF2, A1, A2 in such a transmission stage 220A shown. The differential voltage U_D2 of the bus states DF1, DF2 has a greater amplitude than the differential voltage U_D3 of the bus states A1, A2. Here, the amplitude of the differential voltage U_D2 has a value that is n times greater than a value of the amplitude of the differential voltage U_D3, where n is a natural number that can be selected as desired. However, the upper limit is calculated for the number of subscriber stations 10 . 20 . 30 in the bus system 1 as n - 1. The amplitude of the differential voltage U_D3 can therefore also be referred to as the amplitude basic unit.
Mit den beiden Buszuständen DF1 und DF2 wird nach abgeschlossener Arbitration in der Datenphase, also in den Feldern 453 bis 455, kommuniziert. Dies ist ähnlich zu der Vorgehensweise, wie zuvor in Bezug auf 5 beschrieben. Der Buszustand DF1 hat eine positive Differenzspannung Vdiff = U_D2 (V_Plus - V_Minus) zur Folge. Der Buszustand DF2 hat eine negative Differenzspannung Vdiff = -U_D2 zur Folge. Der Buszustand A1 hat eine positive Differenzspannung Vdiff = U_D3 (V_Plus - V_Minus) zur Folge. Der Buszustand A2 hat eine negative Differenzspannung Vdiff = -U_D3 zur Folge.With the two bus states DF1 and DF2, after the arbitration has been completed, it is in the data phase, that is, in the fields 453 to 455 , communicates. This is similar to the approach as described above 5 described. The bus state DF1 has a positive differential voltage Vdiff = U_D2 (V_Plus - V_minus). The bus state DF2 has a negative differential voltage Vdiff = -U_D2. Bus state A1 results in a positive differential voltage Vdiff = U_D3 (V_Plus - V_minus). Bus state A2 results in a negative differential voltage Vdiff = -U_D3.
Die Buszustände A1 und A2 sind eingeführt, um eine Arbitration zu erlauben. Die Buszustände A1, A2 gleichen qualitativ den Buszuständen DF1 und DF2, werden von der Sendestufe 220A jedoch schwächer als die Buszustände DF1, DF2 getrieben, wie in 7 veranschaulicht. Daher können die Buszustände A1, A2 von anderen Teilnehmerstationen 10, 30 zu Arbitrationszwecken überschrieben werden.Bus states A1 and A2 are introduced to allow arbitration. The bus states A1, A2 are qualitatively the bus states DF1 and DF2, are from the transmission stage 220A however weaker than the bus states DF1, DF2 driven, as in 7 illustrated. Therefore, the bus states A1, A2 from other subscriber stations 10 . 30 be overwritten for arbitration purposes.
Während einer Arbitrationsphase sind die Teilnehmerstationen 10, 20, 30, insbesondere die Sendestufe 220A ausgestaltet, eine Differenzspannung Vdiff mit einer Amplitudengrundeinheit, also U_D3 = 1 Einheit, auf die Busleitung 3 zu senden und zu prüfen, welche Differenzspannung Vdiff auf der Busleitung 3 vorliegt. Liegt eine Differenzspannung Vdiff > 1 Einheit bzw. Amplitudengrundeinheit vor, zieht sich die betroffene Teilnehmerstation 10, 20, 30 zurück und ist daher Verlierer der Arbitration.During an arbitration phase, the subscriber stations are 10 . 20 . 30 , in particular the transmission stage 220A configured, a differential voltage Vdiff with an amplitude basic unit, ie U_D3 = 1 unit, on the bus line 3 to send and check which difference voltage Vdiff on the bus line 3 is present. If there is a difference voltage Vdiff> 1 unit or amplitude basic unit, the affected subscriber station is disconnected 10 . 20 . 30 back and is therefore losers of arbitration.
Somit schaltet die Sendestufe 220A bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer ersten Betriebsart zwischen den zwei ersten verschiedenen Buszuständen A1, A2 für die Nachricht, wenn von der Nachricht 5 Daten der Arbitrationsphase oder ersten Phase 456, 451, 452 zu senden sind. Außerdem schaltet die Sendestufe 220A in eine zweite Betriebsart mit den zwei zweiten verschiedenen Buszuständen DF1, DF2 für die Nachricht 5, wenn von der Nachricht 5 Daten der Datenphase oder zweiten Phase 453, 454, 455 zu senden sind. Die Sendestufe 220A schaltet also zwischen mehr als zwei verschiedenen Buszuständen DF1, DF2, A1, A2, um die Nachricht 5 bzw. den Rahmen 45 zu senden. Hierbei sind jeweils die zwei Buszustände DF1, DF2 symmetrisch zueinander. Außerdem sind die zwei Buszustände A1, A2 symmetrisch zueinander. Selbstverständlich sind noch mehr als die genannten vier Buszustände möglich.Thus the transmission stage switches 220A in the present embodiment, in a first mode of operation, between the two first different bus states A1, A2 for the message, when from the message 5 Data of the arbitration phase or first phase 456 . 451 . 452 to be sent. In addition, the transmission stage switches 220A in a second mode with the two second different bus states DF1, DF2 for the message 5 if from the message 5 Data of the data phase or second phase 453 . 454 . 455 to be sent. The transmission level 220A thus switches between more than two different bus states DF1, DF2, A1, A2 to the message 5 or the frame 45 to send. In each case, the two bus states DF1, DF2 are symmetrical to each other. In addition, the two bus states A1, A2 are symmetrical to each other. Of course, even more than the four bus states mentioned above are possible.
Dadurch sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl in der Arbitrations- als auch in der Datenphase immer alle Komponenten der Sendestufe 220A aktiv und beteiligt, was zu maximaler Symmetrie führt. Infolgedessen ergeben sich Vorteile bei den Bit-Timings bzw. dem Zeitverhalten der Bits der Nachricht 5 und elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV).As a result, in the present embodiment, in the arbitration as well as in the data phase, all components of the transmission stage are always 220A active and involved, leading to maximum symmetry. As a result, there are advantages in the bit timing of the bits of the message 5 and electromagnetic compatibility (EMC).
Außerdem können mit der Ausgestaltung der Sendestufe 220A bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleichen Vorteile erzielt werden, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.In addition, with the embodiment of the transmission stage 220A In the present embodiment, the same advantages are achieved as previously described with respect to the first embodiment.
Gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels wird bei der Arbitration anstelle der Buszustände A1 mit A2 eine der folgenden Kombinationen von Buszuständen verwendet:
- - Buszustand DF1 mit Buszustand A2
- - Buszustand DF2 mit Buszustand A1
According to a modification of the second embodiment, in arbitration, instead of the bus states A1 with A2, one of the following combinations of bus states is used: - - Bus state DF1 with bus state A2
- - Bus state DF2 with bus state A1
Gemäß einer weiteren Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels werden bei einer weiteren Ausführung alle vier Buszustände DF1, DF2, A1, A2 zumindest zum Senden des Datenfelds 454 genutzt. Zudem ist eine Nutzung der vier Buszustände DF1, DF2, A1, A2 in den Feldern 453, 455 möglich. Durch Codierung kann somit die Bitrate erhöht werden.According to a further modification of the second embodiment, in a further embodiment, all four bus states DF1, DF2, A1, A2 are at least for transmitting the data field 454 used. In addition, a use of the four bus states DF1, DF2, A1, A2 in the fields 453 . 455 possible. Coding can thus increase the bit rate.
Gemäß noch einer weiteren Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Frequenz der Signale 412, 422, 413, 423 reduziert. Dadurch ist eine Verbesserung in dem EMV-Verhalten erreichbar. Durch die zuvor beschriebene Codierung in mehr als zwei Buszustände kann die Bitrate trotz geringerer Frequenz konstant gehalten werden.According to still another modification of the second embodiment, the frequency of the signals 412 . 422 . 413 . 423 reduced. As a result, an improvement in the EMC behavior is achievable. Due to the coding described above in more than two bus states, the bit rate can be kept constant despite lower frequency.
Ansonsten gilt das Gleiche, wie zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.Otherwise, the same applies, as previously described in connection with the first embodiment.
8 und 9 zeigen Spannungsverläufe von Bussignalen CAN_H, CAN_L zur Erläuterung des Verhaltens eines Bussystems 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 8th and 9 show voltage curves of bus signals CAN_H, CAN_L for explaining the behavior of a bus system 1 according to a third embodiment.
8 zeigt die bekannten Spannungsverläufe der Bussignale CAN_H und CAN_L, die zum Senden einer Nachricht 5 bzw. eines Rahmens 45 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Arbitrationsphase 456, 451, 452 des Rahmens 45 verwendet werden. Die Spannungsverläufe der Bussignale CAN_H und CAN_L zeigen bei einem Übergang von einem dominanten Zustand 46 zu einem rezessiven Zustand 47 einen deutlich langsameren Zustandswechsel als bei einem Übergang von dem rezessiven Zustand 47 zu dem dominanten Zustand 46. 8th shows the known voltage waveforms of the bus signals CAN_H and CAN_L, which are used to send a message 5 or a frame 45 according to the present embodiment for the arbitration phase 456 . 451 . 452 of the frame 45 be used. The voltage curves of the bus signals CAN_H and CAN_L show a transition from a dominant state 46 to a recessive state 47 a much slower state change than a transition from the recessive state 47 to the dominant state 46 ,
Im Unterschied dazu werden jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Datenphase 453, 454, 455 des Rahmens 45 Signale CAN_EL_H und CAN_EL_L gemäß 9 erzeugt, die einen High-Zustand 461 und einen Low-Zustand 471 aufweisen. Die Signale gemäß 9 werden mit einem Physical-Layer erzeugt, bei welchem die High-Zustände 461 einem dominanten Zustand 46 von CAN bzw. CAN FD gleichen, wie er in 8 gezeigt ist und Spannungswerte für CAN_H = 3,5 V und CAN_L = 1,5 V hat. Zudem werden bei dem Physical-Layer gemäß 9 Low-Zustände 471 erzeugt, welche von ihrem Pegel her einem rezessiven Zustand 47 von CAN bzw. CAN FD gleichen, wie er in 8 gezeigt ist und Werte für CAN_H = CAN_L = 2,5 V hat.In contrast, however, in the present embodiment, for the data phase 453 . 454 . 455 of the frame 45 Signals CAN_EL_H and CAN_EL_L according to 9 generates a high state 461 and a low state 471 respectively. The signals according to 9 are generated with a physical layer, in which the high states 461 a dominant state 46 of CAN or CAN FD same as in 8th is shown and has voltage values for CAN_H = 3.5V and CAN_L = 1.5V. In addition, in the physical layer according to 9 Low-states 471 which produces a recessive state from its level 47 of CAN or CAN FD same as in 8th is shown and has values for CAN_H = CAN_L = 2.5V.
Wie in 9 gezeigt, findet der Übergang von dem High-Zustand 461 zu dem Low-Zustand 471 in etwa genauso schnell statt wie der Übergang von dem Low-Zustand 471 zu dem High-Zustand 461.As in 9 shown, the transition from the high state takes place 461 to the low state 471 about as fast as the transition from the low state 471 to the high state 461 ,
Dies wird erreicht, indem die Low-Zustände 471 niederohmig getrieben werden. („niederohmiges Rezessiv“). Dadurch wird der langsamere Übergang von dem dominanten Zustand 46 zu dem rezessiven Zustand 47, wie er in 8 gezeigt ist, bei den Signalen von 9 beschleunigt. In der Folge können für die Datenphase 453, 454, 455 des Rahmens 45 Bitraten deutlich über 2Mbps erreicht werden.This is achieved by the low states 471 be driven low impedance. ("Low-resistance recessive"). This will make the slower transition from the dominant state 46 to the recessive state 47 as he is in 8th is shown in the signals of 9 accelerated. As a result, for the data phase 453 . 454 . 455 of the frame 45 Bit rates can be achieved well above 2Mbps.
Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Sende-/Empfangseinrichtung 22 und/oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32, wenn das Ende der Arbitrationsphase erkannt wird, vom CAN-Physical-Layer in ein anderes Physical-Layer umgeschaltet. Da auf Fehlerrahmen bzw. Error-Frames verzichtet werden kann, muss in der Datenphase keine andere Teilnehmerstation 10, 20, 30 die aktuell sendende Teilnehmerstation 10, 20, 30 überfahren können. Folglich werden in der Datenphase keine rezessiven (hochohmigen) Buszustände benötigt.Therefore, in the present embodiment, with the transmitting / receiving device 22 and / or the transceiver 32 when the end of the arbitration phase is detected, switched from the CAN physical layer to another physical layer. Since error frames or error frames can be dispensed with, no other subscriber station has to be in the data phase 10 . 20 . 30 the currently transmitting subscriber station 10 . 20 . 30 can drive over. Consequently, no recessive (high-impedance) bus states are needed in the data phase.
Der Physical Layer für die Signalverläufe gemäß 9 kann beispielsweise mit einer Sendestufe 2200 gemäß 10 erzielt werden.The physical layer for the waveforms according to 9 For example, with a send level 2200 according to 10 be achieved.
Wie in 10 gezeigt, hat die Sendestufe 2200 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel somit im Unterschied zu der Sendestufe 220 von 3 eine dritte Endstufe 2270, die mit einer Spannungsquelle 232 verbunden ist und eine vierte Endstufe 2280, die mit einer Spannungsquelle 233 verbunden ist. Die dritte Endstufe 2270 hat einen NMOS-Transistor und eine Diode. Die vierte Endstufe 2280 hat einen PMOS-Transistor und eine Diode. Die Transistoren der ersten und zweiten Endstufe 225, 226 werden über eine Treiberschaltung 230 mit dem Sendesignal TxD angesteuert. Die Transistoren der dritten und vierten Endstufe 225, 226 werden über eine Treiberschaltung 231 mit dem Sendesignal TxD angesteuert.As in 10 shown, has the broadcasting level 2200 according to the present embodiment thus in contrast to the transmission stage 220 from 3 a third power amplifier 2270 that with a voltage source 232 is connected and a fourth power amplifier 2280 that with a voltage source 233 connected is. The third power amplifier 2270 has a NMOS transistor and a diode. The fourth power amplifier 2280 has a PMOS transistor and a diode. The transistors of the first and second output stage 225 . 226 be via a driver circuit 230 controlled with the transmission signal TxD. The transistors of the third and fourth power amplifier 225 . 226 be via a driver circuit 231 controlled with the transmission signal TxD.
In der Datenphase des Rahmens 45, also bei hoher Bitrate, wird ein High-Zustand 461 abgebildet, indem die über die Treiberschaltung 230 angesteuerten Endstufen 225, 226 leitfähig werden oder aktiv geschaltet werden und die über die Treiberschaltung 231 angesteuerten Endstufen 227, 228 und Spannungsquellen 232, 233 hochohmig bzw. abgeschaltet sind. Um einen Low-Zustand 471 zu treiben (niederohmig getriebenes Rezessiv), wird für die über die Treiberschaltung 230 angesteuerten Endstufen 225, 226 die Treiberfähigkeit, insbesondere stark, reduziert und die über die Treiberschaltung 231 angesteuerten Endstufen 227, 228 und Spannungsquellen 232, 233 werden leitfähig. Die Reduktion der Treiberfähigkeit umfasst auch den Fall, dass die Endstufen 225, 226 abgeschaltet werden, was die stärkste Reduktion der Treiberfähigkeit bedeutet. Somit zieht der NMOS-Transistor der dritten Endstufe 2270 den Anschluss 221 für CAN-EL_H auf 2,5V und der PMOS-Transistor der vierten Endstufe 2280 hebt den Anschluss 221 für CAN-EL_L auf 2,5 V, wodurch ein Low-Buszustand 471 entsteht.In the data phase of the frame 45 , ie at high bitrate, becomes a high state 461 imaged by the driver via the circuit 230 controlled output stages 225 . 226 become conductive or are switched active and that via the driver circuit 231 controlled output stages 227 . 228 and voltage sources 232 . 233 are high impedance or switched off. To a low state 471 to drive (low-impedance driven recess), is for over the driver circuit 230 controlled output stages 225 . 226 the driver capability, especially strong, is reduced and that via the driver circuit 231 controlled output stages 227 . 228 and voltage sources 232 . 233 become conductive. The reduction in driver capability also includes the case that the power amps 225 . 226 be switched off, which means the strongest reduction in driver capability. Thus, the NMOS transistor pulls the third output stage 2270 the connection 221 for CAN-EL_H at 2.5V and the PMOS transistor of the fourth power amplifier 2280 lifts the connection 221 for CAN-EL_L to 2.5V, creating a low-bus state 471 arises.
Die Schaltung von 10 ist vor allem in Junction-Isolated-Halbleiter-Technologien sinnvoll.The circuit of 10 is especially useful in junction-isolated semiconductor technologies.
Dadurch wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Datenphase eine sehr gute Symmetrie der Bussignale erreicht. Infolgedessen ergeben sich Vorteile bei den Bit-Timings bzw. dem Zeitverhalten der Bits der Nachricht 5 und elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV).As a result, in the present exemplary embodiment, a very good symmetry of the bus signals is achieved in the data phase. As a result, there are advantages in the bit timing of the bits of the message 5 and electromagnetic compatibility (EMC).
Außerdem können mit der Ausgestaltung der Sendestufe 2200 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleichen Vorteile erzielt werden, wie zuvor in Bezug auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.In addition, with the embodiment of the transmission stage 2200 in the present embodiment, the same advantages are achieved as previously described with respect to the first and second embodiments.
Das zuvor genannte Prinzip des niederohmigen Treibens des Low-Zustands 471 (niederohmig getriebenes Rezessiv) ist alternativ für alle anderen seriellen Bussysteme einsetzbar, bei welchen Rezessiv-Zustände vorhanden sind.The aforementioned principle of low-impedance driving of the low state 471 (low-resistance driven recessive) can alternatively be used for all other serial bus systems in which recessive states are present.
Ansonsten gilt das Gleiche, wie zuvor im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.Otherwise, the same applies, as previously described in connection with the first embodiment.
11 und 12 zeigen Spannungsverläufe von Bussignalen CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 und CAN_EL_H2, CAN_EL_L2 zur Erläuterung des Verhaltens eines Bussystems 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. 11 and 12 show voltage curves of bus signals CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 and CAN_EL_H2, CAN_EL_L2 to explain the behavior of a bus system 1 according to a fourth embodiment.
Die Spannungsverläufe der Bussignale CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 von 11 sind gleich den Spannungsverläufen der Bussignale CAN_EL_H, CAN_EL_L von 9. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Sendestufe 2200 von 10 die Spannungsverläufe der Bussignale CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 von 11 in der Arbitrationsphase des Rahmens 45 erzeugt. Alternativ sind jedoch die Spannungsverläufe der Bussignale CAN_H, CAN_L von 8 in der Arbitrationsphase des Rahmens 45 verwendbar.The voltage curves of the bus signals CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 of 11 are equal to the voltage curves of the bus signals CAN_EL_H, CAN_EL_L of 9 , The difference, however, is that the send level 2200 from 10 the voltage curves of the bus signals CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 of 11 in the arbitration phase of the frame 45 generated. Alternatively, however, the voltage characteristics of the bus signals CAN_H, CAN_L of 8th in the arbitration phase of the frame 45 usable.
Dagegen schaltet die Sendestufe 2200 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn das Ende der Arbitrationsphase erkannt wird, in eine Betriebsart um, bei welcher die Sendestufe 2200 die Spannungsverläufe der Bussignale CAN_EL_H2, CAN_EL_L2 von 12 für die Daten der Datenphase des Rahmens 45 erzeugt. Das Bussignal CAN_EL_H2 von 12 hat in einem dominanten Zustand 462 einen Spannungspegel von etwa 3,0 V. Der High-Zustand 461 von 11, der ebenfalls ein dominanter Zustand ist, entspricht dem dominanten Zustand 462 von 12. Das Bussignal CAN_EL_L2 von 12 hat in dem dominanten Buszustand 462 einen Spannungspegel von etwa 2,0 V. Somit hat der dominante Buszustand 462 Spannungspegel für die Bussignale CAN_EL_H2, CAN_EL_L2, die gegenüber den Spannungspegeln für den dominanten Buszustand 461 der Bussignale CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 in der Arbitrationsphase reduziert sind. Dadurch liegt auch die Differenzspannung Vdiff = CAN_EL_H2 - CAN_EL_L2 der Signale von 12 nur bei 1,0 V und ist damit geringer als, genauer gesagt nur halb so groß wie, die Differenzspannung Vdiff der Signale von 11 oder 8, vorausgesetzt der Buslastwiderstand 43 bleibt gleich. Dagegen sind die Low-Zustände 471 unverändert.In contrast, the transmission stage switches 2200 in the present embodiment, when the end of the arbitration phase is detected, to a mode in which the transmission stage 2200 the voltage curves of the bus signals CAN_EL_H2, CAN_EL_L2 of 12 for the data of the data phase of the frame 45 generated. The bus signal CAN_EL_H2 of 12 is in a dominant state 462 a voltage level of about 3.0 V. The high state 461 from 11 , which is also a dominant state, corresponds to the dominant state 462 from 12 , The bus signal CAN_EL_L2 of 12 has in the dominant bus state 462 a voltage level of about 2.0 V. Thus, the dominant bus state 462 Voltage level for the bus signals CAN_EL_H2, CAN_EL_L2, compared to the voltage levels for the dominant bus state 461 the bus signals CAN_EL_H1, CAN_EL_L1 are reduced in the arbitration phase. As a result, the differential voltage Vdiff = CAN_EL_H2 - CAN_EL_L2 of the signals from 12 only at 1.0 V and is thus less than, more precisely, only half as large as, the difference voltage Vdiff of the signals from 11 or 8th , provided the bus load resistance 43 remains the same. In contrast, the low states 471 unchanged.
Im Vergleich zu den Bussignalen gemäß 8 und 9 des vorangehenden Ausführungsbeispiels ergeben sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stabilere Signalverläufe an Vdiff, was einen Empfang kleinerer Sendepegel mit den Teilnehmerstationen 20, 30, genauer gesagt deren Sende-/Empfangseinrichtungen 22, 32, ermöglicht.Compared to the bus signals according to 8th and 9 In the present embodiment, more stable waveforms are produced at Vdiff in the present embodiment, which results in receiving smaller transmission levels with the subscriber stations 20 . 30 More specifically, their transceiver equipment 22 . 32 , allows.
Mit den beschriebenen Signalen von 11 und 12 kann sowohl in zumindest dem Datenfeld 454 eine stark erhöhte Bitrate von >12Mpbs und eine Datenmenge bis 4096 Byte gefahren werden, wie zuvor bereits beschrieben. Jedoch kann durch die Umschaltung der Bussignale in der Datenphase auf die Bussignale CAN_EL_H2, CAN_EL_L2 die Stromaufnahme und damit der Energieverbrauch der Sendestufe 2200 deutlich gegenüber den vorangehenden Ausführungsbeispielen gesenkt werden, auch wenn pro Zeit viel mehr Schaltvorgänge stattfinden als bei CAN oder CAN FD. Erreicht wird dies durch eine Senkung der Sendepegel bzw. der Amplitude von VDIFF zumindest im Datenfeld 454.With the described signals of 11 and 12 can both in at least the data field 454 a greatly increased bitrate of> 12Mpbs and a data volume up to 4096 bytes are driven, as previously described. However, by switching the bus signals in the data phase to the bus signals CAN_EL_H2, CAN_EL_L2, the power consumption and thus the energy consumption of the transmission stage 2200 be significantly reduced compared to the previous embodiments, even if per time much more switching operations take place than in CAN or CAN FD. This is achieved by lowering the transmission level or the amplitude of VDIFF at least in the data field 454 ,
Um bei steigender Bitrate brauchbare Signalintegrität zu erreichen, werden die Topologien der Bussysteme 1 stark vereinfacht werden müssen. Somit ergibt sich hier der Vorteil, dass durch die reduzierten Sendepegel auch eine geringere Abstrahlung vorhanden ist und dadurch die EMV-Verträglichkeit verbessert wird. In order to achieve usable signal integrity with increasing bit rate, the topologies of the bus systems become 1 must be greatly simplified. Thus, there is the advantage here that due to the reduced transmission level also a lower radiation is present and thereby the EMC compatibility is improved.
Ansonsten gilt das Gleiche, wie zuvor im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.Otherwise, the same applies, as previously described in connection with the third embodiment.
Bei einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels hat die Sendestufe 2200 von 10 keine Endstufen 2270, 2280. In diesem Fall ist die Sendestufe 2200 von 10 ausgestaltet wie eine herkömmliche CAN-Sendestufe. Um die vorangehend beschriebenen Signalverläufe von 11 und 12 zu erzielen, wird eine derartige herkömmliche CAN-Sendestufe derart gesteuert, dass für dominante Zustände bzw. High-Zustände 461 außerhalb der Datenphase, also Signalverläufe gemäß 11, der Treiber bzw. die Endstufen 225, 226 „normal“ wie bei CAN betrieben werden. Dagegen werden für dominante Zustände 462 von 12, also in der Datenphase 225 und 226, der Treiber bzw. die Endstufen 225, 226 hochohmiger betrieben, wodurch der Pegel der jeweiligen dominanten Zustände 462 im Vergleich zu dem Pegel der jeweiligen dominanten Zustände bzw. High-Zustände 461 reduziert ist.In a modification of the third embodiment, the transmission stage 2200 from 10 no power amplifiers 2270 . 2280 , In this case, the send level is 2200 from 10 configured as a conventional CAN transmission stage. To the above-described waveforms of 11 and 12 To achieve such a conventional CAN transmission stage is controlled such that for dominant states or high states 461 except for Data phase, ie waveforms according to 11 , the driver or the power amplifiers 225 . 226 "Normal" as operated with CAN. In contrast, for dominant states 462 from 12 that is in the data phase 225 and 226 , the driver or the power amplifiers 225 . 226 operated high-impedance, whereby the level of the respective dominant states 462 compared to the level of the respective dominant states or high states 461 is reduced.
13 zeigt ein Beispiel für eine Ankopplung der Sende-/Empfangseinrichtungen 22 an die Busleitung 3 mit ihren beiden Busadern 41, 42. Die Ankopplung kann bei allen Sende-/Empfangseinrichtungen 22, 32 der vorangehenden Ausführungsbeispiele und deren Sendestufen 220, 220A, 2200 zum Einsatz kommen. 13 shows an example of a coupling of the transceivers 22 to the bus line 3 with her two busads 41 . 42 , The coupling can be used with all transceivers 22 . 32 the preceding embodiments and their transmission levels 220 . 220A . 2200 be used.
Für die Ankopplung der Sende-/Empfangseinrichtung 22 an die Busleitung 3 ist ein erster Kopplungskondensator 251 für die Ankopplung der Sende-/Empfangseinrichtungen 22 an die erste Busader 41 und ein zweiter Kopplungskondensator 251 für die Ankopplung der Sende-/Empfangseinrichtungen 22 an die zweite Busader 42 vorgesehen. Zudem ist zwischen dem Anschluss 223 für die Spannungsversorgung für die erste und zweite Busader 41, 42 und dem Anschluss 221 für die erste Busader 41 ein Widerstand 255 vorgesehen. Außerdem ist zwischen dem Anschluss 223 und dem Anschluss 222 für die zweite Busader 42 ein Widerstand 256 vorgesehen.For the coupling of the transmitting / receiving device 22 to the bus line 3 is a first coupling capacitor 251 for the coupling of the transmitting / receiving devices 22 to the first bus vein 41 and a second coupling capacitor 251 for the coupling of the transmitting / receiving devices 22 to the second bus 42 intended. In addition, between the connection 223 for the power supply for the first and second bus wires 41 . 42 and the connection 221 for the first bus vein 41 a resistance 255 intended. Also, between the port 223 and the connection 222 for the second bus 42 a resistance 256 intended.
Die Kapazitäten oder Kopplungskondensatoren 251, 252 sind extern von der jeweiligen Sende-/Empfangseinrichtungen 22 vorgesehen. Die Kopplungskondensatoren 251, 252 realisieren im Gegensatz zu anderen seriellen Bussystemen 1, wie CAN oder CAN-FD oder Flexray, usw., eine galvanisch isolierte Verbindung der jeweiligen Sende-/Empfangseinrichtung 22 zu den Busadern 41, 42.The capacitors or coupling capacitors 251 . 252 are external to the respective transceiver equipment 22 intended. The coupling capacitors 251 . 252 unlike other serial bus systems 1 , such as CAN or CAN-FD or Flexray, etc., a galvanically isolated connection of the respective transceiver 22 to the bus routes 41 . 42 ,
Vorteilhaft an der AC-Kopplung bzw. Wechselspannungskopplung oder Wechselstromkopplung mit Hilfe der Kopplungskondensatoren 251, 252 ist, dass Gleichtaktstörungen (Common-Mode-Störungen) auf der Busleitung 3 die jeweils vorhandene Sendestufe 220, 220A, 2200 der vorangehenden Ausführungsbeispiele oder gemäß 13 nicht stören. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die jeweils vorhandene Sendestufe 220, 220A, 2200 der vorangehenden Ausführungsbeispiele oder gemäß 13 aufgrund der galvanischen Isolierung bzw. Trennung in Niedervolt-CMOS-Technologie ausgeführt werden kann (CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor = Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOS-Transistoren auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden). Infolgedessen ergeben sich eine deutlich höhere Genauigkeit zwischen den beiden Pin-Treiberstufen der Endstufen 225, 226 sowie schnellere Schaltzeiten.Advantageous to the AC coupling or AC coupling or AC coupling using the coupling capacitors 251 . 252 is that common mode noise (common mode interference) on the bus line 3 the respective transmission stage 220 . 220A . 2200 the preceding embodiments or according to 13 do not bother. Another advantage is that the respective transmission stage 220 . 220A . 2200 the preceding embodiments or according to 13 due to the galvanic insulation or separation in low-voltage CMOS technology can be performed (CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor = semiconductor devices in which both p-channel and n-channel MOS transistors are used on a common substrate ). As a result, there is a significantly higher accuracy between the two pin driver stages of the power amplifiers 225 . 226 as well as faster switching times.
Dadurch kann die Schnelligkeit der Übertragung der Daten in dem Bussystem 1 der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele weiter erhöht werden.This allows the speed of transmission of the data in the bus system 1 the embodiments described above are further increased.
Bei der Schaltung von 13 ist die Sendestufe derart aufgebaut, um den ersten und zweiten Kopplungskondensator (251, 252) mit hohen oder niedrigen Strömen auf die entsprechenden Pegel eines dominanten oder rezessiven Buszustands bzw. des High-Buszustands (461; 462) und des Low-Buszustands (471) zu ziehen.When switching from 13 the transmission stage is configured to connect the first and second coupling capacitors ( 251 . 252 ) with high or low currents to the respective levels of a dominant or recessive bus state or high bus state ( 461 ; 462 ) and the low bus state ( 471 ) to draw.
Wie in 14 sehr schematisch gezeigt, ist gemäß einer Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels anstelle des Widerstands 255, der zwischen dem Anschluss 223 für die Spannungsversorgung für die erste und zweite Busader 41, 42 und dem Anschluss 221 für die erste Busader 41 vorgesehen ist, ein Transistor 257 vorgesehen. Außerdem ist anstelle des Widerstands 256, der zwischen dem Anschluss 223 und dem Anschluss 222 für die zweite Busader 42 vorgesehen ist, ein Transistor 258 vorgesehen. Auch auf diese Weise kann mit den Kopplungskondensatoren 251, 252 die galvanisch isolierte Verbindung der jeweiligen Sende-/Empfangseinrichtung 22 zu den Busadern 41, 42 ausgeführt sein.As in 14 shown very schematically is according to a modification of the fifth embodiment instead of the resistor 255 that is between the connection 223 for the power supply for the first and second bus wires 41 . 42 and the connection 221 for the first bus vein 41 is provided, a transistor 257 intended. Besides, instead of the resistor 256 that is between the connection 223 and the connection 222 for the second bus 42 is provided, a transistor 258 intended. Also in this way can with the coupling capacitors 251 . 252 the galvanically isolated connection of the respective transmitting / receiving device 22 to the bus routes 41 . 42 be executed.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 und des von diesen ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All previously described embodiments of the bus system 1 , the subscriber stations 10 . 20 . 30 and the process carried out by them can be used individually or in all possible combinations. In particular, all the features of the previously described embodiments and / or their modifications can be combined as desired. Additionally or alternatively, in particular the following modifications are conceivable.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein, bei welchem Daten seriell mit zwei verschiedenen Bitraten übertragbar sind. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.The bus system described above 1 according to the embodiments is described based on a based on the CAN protocol bus system. The bus system 1 However, according to the embodiments, there may be another type of communication network in which data is serially transferable at two different bit rates. It is advantageous, but not necessarily a requirement, that in the bus system 1 at least for certain periods of time an exclusive, collision-free access of a subscriber station 10 . 20 . 30 is guaranteed on a common channel.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 10 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 20 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind.The number and arrangement of subscriber stations 10 . 20 . 30 in the bus system 1 The embodiments is arbitrary. In particular, the subscriber station 10 in the bus system 1 omitted. It is possible that one or more of the subscriber stations 20 or 30 in the bus system 1 available.
