EP3884626A1 - Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen bus eines bussystems und verfahren zum dämpfen von reflexionen bei einer datenübertragung in einem bussystem - Google Patents

Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen bus eines bussystems und verfahren zum dämpfen von reflexionen bei einer datenübertragung in einem bussystem

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EP3884626A1
EP3884626A1 EP19805219.3A EP19805219A EP3884626A1 EP 3884626 A1 EP3884626 A1 EP 3884626A1 EP 19805219 A EP19805219 A EP 19805219A EP 3884626 A1 EP3884626 A1 EP 3884626A1
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EP
European Patent Office
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bus
reflection attenuation
attenuation device
bus system
parallel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19805219.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Mueller
Steffen Walker
Simon Weissenmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3884626A1 publication Critical patent/EP3884626A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0272—Arrangements for coupling to multiple lines, e.g. for differential transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/24—Frequency-independent attenuators
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04L12/40—Bus networks
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • Reflection attenuation device for a bus of a bus system and method for attenuating reflections during data transmission in a bus system
  • the present invention relates to a reflection attenuation device for a bus of a bus system, which is in particular a serial bus system, and a method for attenuating reflections during data transmission in a bus system, in which a circuit is used which has at least one capacitor and antiparallel diodes or transistors .
  • a bus system is increasingly used between sensors and control devices, for example in vehicles, in which data is transmitted as messages in the ISO11898-l: 2015 standard as a CAN protocol specification with CAN FD.
  • the messages are transmitted between the subscriber stations of the bus system, such as sensors, control units, transmitters, etc.
  • CAN FD is currently in the first step mostly with a data bit rate of 2Mbi1 / s for the transmission of bits of the data field and with an arbitration bit rate of 500kbit / s for the transmission of bits of the
  • Subscriber stations are used, which are most distant in the bus system. Problems arise, however, if such termination of the bus is not possible, for example if a CAN subscriber station is arranged in the trailer, and the vehicle can be operated with or without a trailer. In this case
  • the trailer has to be connected via a private CAN line or large losses in the data rate have to be accepted.
  • the differential voltage VDIFF on the bus also means that the voltages on the bus are limited to 0 V to 2 V.
  • This can be achieved, for example, with a Zener diode which is connected to an externally supplied operational amplifier circuit which also protects the Zener diode against a short circuit in the bus lines.
  • a Zener diode which is connected to an externally supplied operational amplifier circuit which also protects the Zener diode against a short circuit in the bus lines.
  • such a variant is quite complex due to the operational amplifier required.
  • a reflection attenuation device for a bus of a bus system and a method for attenuating reflections in a
  • Data transmission can be provided in a bus system in which the reflection attenuation can be optimized even at high data rates.
  • the object is achieved by a reflection attenuation device for a bus of a bus system with the features of claim 1.
  • the reflection attenuation device has at least one pair of electrical semiconductor components connected in parallel, and at least one capacitor connected to the at least one pair of parallel connected electrical semiconductor components connected in series to attenuate reflections on a bus line of the bus.
  • the described reflection attenuation device does not generally have to be supplied with an external voltage, but in any case is robust against short circuits and can very well adjust the voltage to a range between, for example, 0 volts and 2 volts or another desired one
  • the electrical circuit of the reflection attenuation device is particularly robust against common mode interference.
  • Reflection attenuation device higher data transfer rates can be achieved.
  • the described reflection attenuation device enables a good reflection suppression of high-frequency common-mode interference to be achieved even with an increase in the bit rate compared to previous bus systems.
  • the data rate in the bus system can be increased without the communication being noticeably impaired due to line reflections.
  • the described reflection damping device ensures that, in the bus system in which the reflection damping device is used, a flexible use of, in particular, CAN FD or its
  • a pair of electrical semiconductor components connected in parallel is connected between two capacitors.
  • a capacitor is connected between two pairs of electrical semiconductor components connected in parallel.
  • the at least one pair of electrical semiconductor components connected in parallel has two diodes connected in anti-parallel.
  • the at least one pair of electrical semiconductor components connected in parallel has two transistors, which are in particular connected in anti-parallel, the transistors
  • bipolar transistors in each of which the base connection and collector connection of one transistor is connected to the emitter connection of the other transistor, or wherein the transistors are field-effect transistors, in which the gate connection and drain connection of the one transistor are connected is connected to the source terminal of the other transistor.
  • the reflection damping device may also have one
  • Voltage divider which is connected in parallel to the series circuit comprising the at least one pair of electrical semiconductor components connected in parallel and the at least one capacitor, the voltage divider optionally being connected to a switching device for connecting or disconnecting the voltage divider.
  • the voltage divider has three resistors which are connected in series to one another, and the mean resistance of the
  • the voltage divider is connected in parallel with the capacitor, the mean resistance having a resistance that is about half the resistance of the other two resistors of the voltage divider, and the resistance of the mean resistance is greater than about 10 kOhm or about 1 kOhm .
  • the reflection damping device can also have at least one switchable voltage source which has an impedance converter. It is possible for the impedance converter to have an operational amplifier the output of which is connected to a series connection of two diodes, the series connection of two diodes being connected in parallel to the one capacitor.
  • the reflection attenuation device described above can be part of a subscriber station for a bus system, which also has a transmission and
  • the reflection attenuation device can be integrated into the transmitting and receiving device.
  • the subscriber station may also have one
  • Communication control device for generating and sending messages to the transmitting and receiving device and for receiving and evaluating messages from the sending and receiving device
  • Communication control device is configured to generate the messages such that in the first communication phase for sending the
  • Messages on the bus between the subscriber stations of the bus system is negotiated, which of the subscriber stations in the subsequent second communication phase has at least occasionally exclusive, collision-free access to the bus of the bus system.
  • At least two subscriber stations can be part of a bus system which also has a bus, so that the at least two subscriber stations are connected to one another via the bus in such a way that they can communicate with one another in series.
  • the bus system has at least one previously described reflection attenuation device for at least one bus line of the bus.
  • the at least one reflection attenuation device can be connected to a branch point of the bus.
  • the at least one reflection attenuation device can terminate a free end of the bus.
  • at least one of the at least two subscriber stations may be one previously described
  • the aforementioned object is also achieved by a method for attenuating reflections during data transmission in a bus system according to claim 15.
  • the process has the steps of sending a message in the
  • Bus system via a bus, on the at least one bus line of which
  • Reflection attenuation device which has at least one pair of parallel electrical semiconductor components, and at least one capacitor connected to the at least one pair of parallel
  • connected electrical semiconductor components are connected in series, and attenuating, with the reflection attenuation device, from reflections on a bus line of the bus.
  • Reflection attenuation device are called.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a bus system according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows an electrical circuit of a reflection damping device for the bus system according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a second exemplary embodiment
  • 4 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a fifth exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a sixth exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a seventh exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to an eighth exemplary embodiment.
  • FIG. 10 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device for a bus system according to a ninth exemplary embodiment.
  • bus system 1 shows an example of a bus system 1, which is configured in particular fundamentally for a classic CAN bus system, a CAN FD bus system or CAN FD successor bus systems, as described below.
  • the bus system 1 can be used in a vehicle, in particular a motor vehicle, an aircraft, etc., or in a hospital, etc.
  • the bus system 1 has a multiplicity of subscriber stations 10, 20, 30, each of which is connected to a bus 40 with a first bus line 41 and a second bus line 42.
  • Bus 40 is in the example of FIG completed several points with a reflection attenuation device 50. Of this, a reflection attenuation device 50 is provided at the subscriber station 30.
  • the subscriber stations 10, 20 are each connected to the bus 40 with a spur line, which also has a
  • Reflection attenuation device 50 is completed.
  • the subscriber stations 10, 20 are arranged in a passenger car (car) or truck (truck), whereas the
  • Subscriber station 30 is housed in a trailer that is attached to the car or truck as needed. As a result, subscriber station 30 is only connected to bus system 1 as required.
  • Subscriber stations 10, 20, 30 or at least one subscriber station in addition to the subscriber stations 10, 20, 30 is connected to the bus 40 as required or is separated from the bus 40.
  • the bus lines 41, 42 can also be called CAN_H and CAN_L and are used, using a TX signal in the transmit state, for electrical signal transmission after coupling in of the dominant levels or states 401 or generation or active driving of recessive levels or states 402.
  • the states 401, 402 are only shown very schematically in the subscriber station 20.
  • the states 401, 402 correspond to the states of a TX signal from a transmitting subscriber station 10, 20, 30.
  • the signals from the subscriber stations 10, 20, 30 become an RX signal receive.
  • Messages 45, 46 in the form of the signals CAN_H and CAN_L can be transmitted serially between the individual subscriber stations 10, 20, 30 via the bus 40.
  • a differential bus voltage VDIFF CAN_H - CAN_L is calculated from the signals CAN_H and CAN_L on the two bus lines 41, 42.
  • Subscriber stations 10, 20, 30 are, for example, control devices, sensors, display devices, etc. of a motor vehicle.
  • subscriber station 10 has one
  • the subscriber station 20 has a communication control device 21 and a transceiver 22.
  • the subscriber station 30 has one
  • the transmitting / receiving devices 12, 22, 32 of the subscriber stations 10, 20, 30 are each connected directly to the bus 40, even if this is not illustrated in FIG. 1.
  • the transmitting / receiving devices 12, 22 are each connected to the bus 40 with a spur line.
  • the communication control devices 11, 21, 31 each serve to control communication of the respective subscriber station 10, 20, 30 via the bus 40 with one or more other subscriber stations of the subscriber stations 10, 20, 30, which are connected to the bus 40.
  • the communication control devices 11, 21, 31 each serve to control communication of the respective subscriber station 10, 20, 30 via the bus 40 with one or more other subscriber stations of the subscriber stations 10, 20, 30, which are connected to the bus 40.
  • Communication control devices 11, 21, 31 each have a transmission signal, which is also called a TX signal, for the messages 45, 46 to be transmitted and send the TX signal to the associated transmission and reception device 12, 22, 32.
  • the respective communication control device can 11, 21, 31 a receive signal, which is also called an RX signal, for the message 45, 46 received by the bus 40 from the associated transmit and
  • the communication control devices 11, 21, 31 can generate the messages 45, 46 in such a way that in a first communication phase for sending the messages 45, 46 on the bus 40 between the subscriber stations 10, 20, 30, which of the subscriber stations 10, 20 is negotiated , 30 in the
  • subsequent second communication phase at least temporarily has exclusive, collision-free access to bus 40 of bus system 1.
  • the useful data of the messages 45, 46 can be sent on the bus 40.
  • the communication control device 11 can be designed like a conventional Classical CAN or CAN FD controller.
  • Communication control device 11 creates and reads first messages 45, which are, for example, Classical CAN messages or CAN FD messages.
  • the Classical CAN messages are constructed in accordance with the Classical basic format, in which a number of up to 8 data bytes can be included in the first message 45.
  • the CAN FD message is in accordance with the CAN FD format built up, in which a number of up to 64 data bytes can be included, which in addition with a much faster and thus higher
  • the transceiver 12 can be designed like a conventional CAN transceiver and / or CAN FD transceiver.
  • Each of the communication control devices 21, 31 creates and reads first messages 45, as described above, or optionally second messages 46.
  • the second messages 46 are constructed on the basis of a format which is referred to as the CAN FD successor format and, for example, data in the data phase can transmit a higher bit rate than CAN FD.
  • Each of the transmitting / receiving devices 22, 32 can be designed as a CAN transceiver, which, as required, provides one of the previously described first messages 45 or a second message 46 in accordance with the CAN FD successor format for the associated communication control device 21, 31 or receives it from the latter can.
  • FIG. 2 shows an electrical circuit of the reflection attenuation device 50 for the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to the present
  • a first anti-parallel diode pair 51, a second anti-parallel diode pair 52 and a capacitor 53 are connected in series at the line ends of the bus lines 41, 42, in other words between the lines for the signals CAN_H and CAN_L.
  • the capacitor 53 is connected between the two anti-parallel diode pairs 51, 52.
  • the diodes of the diode pairs 51, 52 are each electrical
  • Threshold voltage that indicates a current flow through the electrical Semiconductor component has the voltage on the electrical
  • the threshold voltage has, for example, a value of 0.7 V.
  • the current through the diode can be exceeded after the
  • the threshold voltage increases from approx. 0 mA to, for example, 100 mA, whereas the voltage only increases to approx. 0.8 V.
  • the semiconductor depending on the semiconductor, other values for the threshold voltage and the current strength after exceeding the threshold voltage are possible.
  • the current flow through the diode or the electrical semiconductor component is therefore not proportional to the applied voltage after the threshold voltage has been exceeded. This applies both in the forward direction of the diode and in
  • a voltage UD of 0.5 volts is applied to the diodes of the antiparallel diode pairs 51, 52, as shown in FIG. 2.
  • VDIFF differential voltages
  • VDIFF differential voltages between 0 volts and 2 volts
  • the electrical circuitry of the reflection attenuation device 50 does not require additional voltage. Therefore, the reflection attenuation device 50 may be preferred
  • a branch point of the bus 40 is in particular a star point or a stub line connection for a subscriber station 10, 20 to the bus 40.
  • An otherwise customary line termination which is implemented with at least one resistor, may be present on the plugs or line ends on the transceivers 12, 22, 32 (transceiver).
  • the reflection attenuation device 50 overall forms a very simple electronic device which can very well reduce the reflections at the end of the bus lines 41, 42.
  • the voltages can be limited to 0 to 2 volts without the need for an additional supply voltage.
  • the reflection attenuation device 50 is robust against short circuits in the bus lines 41, 42.
  • the bus system 1 can have at least one reflection attenuation device 50 and / or at least one reflection attenuation device 50A, as described above in relation to the device 50.
  • the circuit of the reflection attenuation device 50A in FIG. 3 has antiparallel transistor pairs 51A, 52A instead of the diode pairs 51, 52.
  • the transistor pairs 51A, 52 A in the case of bipolar transistors, that is Base connection and collector connection of one transistor connected to the emitter connection of the other transistor.
  • the gate connection and drain connection of one transistor are connected to the source connection of the other transistor in the transistor pairs 51 A, 52 A.
  • a voltage UT forms at the transistors, as shown in FIG. 3.
  • Transistors are also electrical semiconductor components in which the current flow through the electrical semiconductor component after the threshold voltage of the transistor has been exceeded is not proportional to the voltages at the transistor. Such voltages on the transistor are present, for example, between the base connection and the emitter connection or between the collector connection and the emitter connection.
  • the reflection attenuation device 50 of FIG. 2 The reflection attenuation device 50 of FIG. 2. However, the characteristics of the transistors of the reflection attenuation device 50A of the present embodiment are steeper than those of the diodes of FIG.
  • Reflection attenuation device 50 of FIG. 2 This better restricts voltages above 2 volts and below 0 volts in the reflection attenuation device 50A of the present embodiment than in that
  • Differential voltages on bus 40 can be better limited in areas that are less than 2 volts.
  • FIG. 4 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50B, which is connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to a third exemplary embodiment.
  • the reflection attenuation device 50B can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can have at least one of the reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, as described above with respect to the device 50.
  • Reflection attenuation device 50 two resistors 55, 56 attached. Here, the reflection attenuation device 50 is between the two resistors 55, 56 attached. Here, the reflection attenuation device 50 is between the two
  • the reflection damping device 50B can be used particularly well on plug-in connections in which the bus 40 is used for additional purposes
  • Subnets is expanded during operation and the circuit is thus temporarily attached to the end of a stub line and temporarily within the bus 40.
  • the ohmic behavior of the diode pairs 51, 52 can be taken into account and the terminating resistors 55, 56 can be reduced accordingly, so that overall the desired terminating resistor, in particular 120 ohms, is obtained for voltages greater than 2 volts and less than 0 volts .
  • Diode pairs 51, 52 provided the transistor pairs 51A, 51B.
  • the reflection attenuation device 50A is connected between the two resistors 55, 56.
  • the resistor 55 is connected between the pair of diodes 51 and the capacitor 53 and the resistor 56 is connected between the pair of diodes 52 and the capacitor 53.
  • Resistor 55 is connected between transistor pair 51 A of FIG. 3 and capacitor 53 and resistor 56 is connected between transistor pair 51 A of FIG. 3 and capacitor 53.
  • 5 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50C which is connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to a fourth exemplary embodiment.
  • the reflection attenuation device 50C can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can have at least one of the reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, as previously described with respect to the device 50.
  • the differential voltages VDIFF are limited to 0.4 volts and below 0 volts.
  • the capacitors 53, 54 are charged from 0.2 volts to more than 0.1 volts due to the voltage UD developing at the respective diode of the diode pair 51.
  • the voltages UC of the capacitors 53, 54 have reached a value of 0.1 volt, with differential voltages VDIFF between 0 volts and 0.4 volts, no more current I flows through the capacitors 53, 54, as long as the differential voltage VDIFF has the range between 0 and does not leave 0.4 volts.
  • a compensating current flows as current I, which reduces the differential voltage VDIFF.
  • a compensating current flows as current I, which
  • the transistor pair 51 A of FIG. 2 is provided instead of the diode pair 51.
  • Reflection attenuation device 50C connected between the resistors 55, 56 of FIG. 4. According to yet another modification to the circuit of FIG. 5, the
  • Resistor 55 is connected between diode pair 51 and capacitor 53, and resistor 56 is connected between diode pair 51 and capacitor 54.
  • Resistor 55 is connected between transistor pair 51A of FIG. 3 and capacitor 53 and resistor 56 is connected between transistor pair 51A of FIG. 3 and capacitor 54.
  • FIG. 6 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50D which is connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to a fifth exemplary embodiment.
  • the reflection attenuation device 50D can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B, 50C for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can have at least one of the reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, as described above with respect to the device 50.
  • an anti-parallel Darlington transistor pair 51B is inserted at the line ends of the bus lines 41, 42 between two capacitors 53, 54.
  • the Darlington transistors have a base connection and
  • the characteristic curve of the reflection damping device 50D compared to the reflection damping device 50A according to the circuit of FIG. 3 with anti-parallel transistors becomes even steeper.
  • Threshold voltage is higher in the reflection attenuation device 50D, as a result of which the circuit can preferably be used for higher differential voltage ranges, for example 0 volts and 2 volts.
  • the capacitor 53 is connected between the two anti-parallel Darlington transistor stage pairs 51B.
  • FIG. 7 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50 E connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to a sixth
  • the reflection attenuation device 50E can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B, 50C, 50D for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 may have at least one of the reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, as previously described with respect to the device 50.
  • an external voltage divider 57 is provided, which is a series connection of resistors 571, 572, 573
  • connection of the resistors 571, 572 is connected to the connection of the diode pair 51 and the capacitor 53.
  • the connection of the resistors 571, 572 is connected to the connection of the diode pair 51 and the capacitor 53.
  • Resistors 572, 573 is connected to the diode pair 52 and the
  • Capacitor 53 connected.
  • the voltage divider 57 is supplied by a voltage VS, which in the example shown for the CAN bus system 1 corresponds in particular to 5V, which is specified in the CAN protocol specification mentioned above for the supply voltage CAN supply.
  • the external voltage divider 57 takes into account the effect of the diode pairs 51,
  • the lowest possible resistance values for the resistors 571, 572, 573 are recommended in order to avoid voltage deviations from ideal IV am Compensate capacitor 53 as quickly as possible. However, are high
  • Resistance values for the resistors 571, 572, 573 of the voltage divider 57 are desired in order to asymmetrical current feeds
  • a resistance R> 10 kOhm for the resistor 572 can prove to be favorable.
  • the resistance values of the resistors 571, 572, 573 are selected such that the resistor 571 has a resistance value of 2R and the resistor 571 has a resistance value of 2R.
  • resistor 572 has a resistance value that is greater than 10 kOhm.
  • the reflection attenuation device 50F can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can thus have at least one of the
  • the reflection attenuation device 50 F is different from that
  • the external voltage divider 57 can be switched by means of switches 58, 59.
  • the switches 58, 59 allow the influences of high
  • the voltage divider 57 is only used to stabilize the
  • the permissible range for stabilizing the voltage UC am Capacitor 53 depends on the selected resistance value for R and thus on the selected resistance value of resistors 571, 572, 573.
  • the difference in the currents through the common mode voltage is decisive for the voltage range and the resistance value R. The difference must be negligible. In particular, approximately 1 kOhm can be selected as the resistance value R.
  • FIG. 9 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50G, which is connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to an eighth exemplary embodiment.
  • the reflection attenuation device 50G can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can thus have at least one of the
  • the reflection attenuation device 50G is a switchable
  • Voltage source 60 is provided. With the voltage source 60, the voltage source 60, the voltage source 60, the voltage source 60, the voltage source 60, the voltage source 60, the
  • Reflection attenuation device 50 F can be enlarged.
  • the voltage source 60 has an operational amplifier 61 which is connected to a diode circuit 62 at its inverting input.
  • the inverting input is connected to the cathode of the diode of the diode circuit 62.
  • the connection between the resistors 571, 572 is connected to the other input of the operational amplifier 61.
  • the anode of the diode of the diode circuit 62 is connected to the output of the operational amplifier 61.
  • the diode of the diode circuit 62 is therefore in the
  • the output of operational amplifier 61 is also connected to a series circuit of diodes 63, 64 and resistor 573.
  • the voltage source 60 is switched on or off using switches 66, 67, which are connected via resistors 68,
  • the operational amplifier 61 forms one with its wiring
  • Impedance converter that generates a voltage that is 0.5 volts above that
  • Bus lines 41, 42 is located.
  • a voltage of 1 volt is formed across the two serial diodes 63, 64, as a result of which a current I flows, with which the capacitor 53 is fed via the two resistors 68, 69 and switches 67, 68.
  • the voltage source 60 is only switched on as long as the
  • Operational amplifier 61 can drive the required voltage and this is sufficiently larger than U_min.
  • the switches 58, 59 allow the influences of high
  • FIG. 10 shows an electrical circuit of a reflection attenuation device 50H which is connected to the bus lines 41, 42 of the bus 40 according to a ninth exemplary embodiment.
  • the reflection attenuation device 50H can be used instead of at least one reflection attenuation device 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G for the bus lines 41, 42 of the bus 40 from FIG. 1.
  • the bus system 1 can thus have at least one of the
  • two reflection switches 50H can be switched on
  • Voltage sources 60, 60A are provided, which are designed as impedance converters.
  • the second switchable voltage source 60A has one
  • Operational amplifier 61A which is connected to a diode circuit 62A at its inverting input.
  • Operational amplifier 61A is connected to the anode of the diode of diode circuit 62A.
  • the connection between the resistors 571, 572 is connected to the other input of the operational amplifier 61A.
  • the cathode of the diode of the diode circuit 62A is connected to the output of the operational amplifier 61A.
  • the diode of the diode circuit 62A is therefore in the
  • the operational amplifier 61 forms one with its wiring
  • Impedance converter that generates a voltage that is 0.5 volts above that
  • Bus lines 41, 42 is located.
  • the operational amplifier 61A with its circuitry forms an impedance converter that generates a voltage that is 0.5 volts below the center voltage. This sets the voltage across capacitor 53 at 1 volt.
  • Operational amplifiers 61, 61A are only switched on as long as the common mode voltage is in a range tolerated by the operational amplifiers 61, 61A, that is to say as long as the operational amplifiers 61, 61A can still work precisely enough.
  • Bus lines 41, 42 are damped and common mode interference or
  • Push-pull disorders can be derived effectively.
  • bus system 1 and the method carried out therein can be used individually or in all possible combinations.
  • Reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H are integrated in one of the transceiver 12, 22, 32. This is particularly useful if the transmitting / receiving device 12, 22, 32, as is often the case, is located at one end of the bus lines 41, 42 and here reflections can arise. Such a design and integration of
  • Reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H in one of the transceiver 12, 22, 32 are also advantageous in that structures already present can be reused, for example for detecting the DC voltage.
  • reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H are described in relation to the CAN bus system, the invention is not limited to this.
  • the reflection attenuation devices 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H of the exemplary embodiments and their modifications can be used in all branched bus systems, that is to say not only in CAN and CAN FD networks.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • bus system 1 is described using a bus system based on the CAN protocol.
  • the bus system 1 according to the exemplary embodiments can also be another type of communication network in which data is serial with two
  • bus system 1 has exclusive, collision-free access at least for certain periods of time
  • Subscriber station 10, 20, 30 is guaranteed on a common channel.
  • Bus system 1 of the exemplary embodiments is arbitrary.
  • the subscriber station 10 in the bus system 1 can be omitted. It is possible for one or more of the subscriber stations 20 or 30 to be present in the bus system 1.

Landscapes

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Abstract

Es ist eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50 A; 50B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50H) für einen Bus (40) eines Bussystems (1) und ein Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem (1) bereitgestellt. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50 A; 50 B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50H) kann ein freies Ende von Busleitungen (41; 42) des Busses (40), insbesondere in einer Sende- Empfangseinrichtung (12; 22; 32) einer Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) abschließen. Alternativ kann die Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50 A; 50B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50H) an einem Verzweigungspunkt des Busses (40) angeschlossen sein, der insbesondere ein Sternpunkt ist oder zum Anschluss einer Teilnehmerstation (10; 20) an den Bus (40) dient. Dadurch sind auch Busteilnehmer in einem Fahrzeuganhänger bei Bedarf an das Bussystem (1) des Fahrzeugs anschließbar. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50 A; 50 B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50 H) umfasst mindestens ein Paar (51; 52; 51A; 52A; 51 B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten, und mindestens einen Kondensator (53; 54), der an das mindestens eine Paar (51; 52; 51A; 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten in Reihe angeschlossen ist, zum Dämpfen von Reflexionen auf einer Busleitung (41; 42) des Busses (40).

Description

Beschreibung
Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen Bus eines Bussystems und Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen Bus eines Bussystems, das insbesondere ein serielles Bussystem ist, und ein Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem, bei welchem eine Schaltung eingesetzt wird, die mindestens einen Kondensator und antiparallele Dioden oder Transistoren aufweist.
Stand der Technik
Zwischen Sensoren und Steuergeräten wird, beispielsweise in Fahrzeugen, immer häufiger ein Bussystem eingesetzt, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-l:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Teilnehmerstationen des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen. Hierbei wird CAN FD derzeit in der Einführungsphase im ersten Schritt meist mit einer Daten- Bitrate von 2Mbi1/s bei der Übertragung von Bits des Datenfelds und mit einer Arbitrations- Bitrate von 500kbit/s bei der Übertragung von Bits des
Arbitrationsfelds im Fahrzeug eingesetzt.
Die Datenübertragung wird in Bussystemen stark durch die Reflexionen an offenen Busenden, Leitungsverzweigungen und Steckern begrenzt. In der Regel werden bei dem Bussystem zwei Abschlusswiderstände an den
Teilnehmerstationen eingesetzt, die im Bussystem am weitesten voneinander entfernt angebracht sind. Probleme ergeben sich jedoch, wenn eine derartige Terminierung des Busses nicht möglich ist, beispielsweise wenn eine CAN-Teilnehmerstation im Anhänger angeordnet ist, wobei das Fahrzeug mit oder ohne Anhänger betrieben werden kann. In diesem Fall
muss der Anhänger über eine private CAN-Leitung angeschlossen oder große Abstriche bei der Datenrate in Kauf genommen werden.
Sind alle Teilnehmerstationen sternförmig miteinander verbunden, wird auch häufig ein Widerstand im Sternpunkt angebracht, um die Reflexionen im
Bussystem zu dämpfen.
Bei einem CAN-Bussystem besteht aufgrund der differenziellen Spannung VDIFF auf dem Bus zudem die Anforderung, dass die Spannungen auf dem Bus auf 0 V bis 2 V begrenzt werden. Dies kann beispielsweise mit einer Zenerdiode erreicht werden, die mit einer extern versorgten Operationsverstärkerschaltung beschältet ist, welche die Zenerdiode außerdem gegen einen Kurzschluss der Busleitungen schützt. Jedoch ist eine derartige Variante aufgrund des benötigten Operationsverstärkers recht aufwändig.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen Bus eines Bussystems und ein Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen.
Insbesondere sollen eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen Bus eines Bussystems und ein Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer
Datenübertragung in einem Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen die Reflexionsdämpfung auch bei hohen Datenraten optimiert werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung für einen Bus eines Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die
Reflexionsdämpfungsvorrichtung hat mindestens ein Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten, und mindestens einen Kondensator, der an das mindestens eine Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten in Reihe angeschlossen ist, zum Dämpfen von Reflexionen auf einer Busleitung des Busses.
Die beschriebene Reflexionsdämpfungsvorrichtung muss nicht generell mit einer externen Spannung versorgt werden, ist aber in jedem Fall robust gegenüber Kurzschlüssen und kann die Spannung sehr gut auf einen Bereich zwischen beispielsweise 0 Volt und 2 Volt oder einen anderen gewünschten
Spannungsbereich begrenzen. Außerdem lässt sich die beschriebene
Reflexionsdämpfungsvorrichtung besonders symmetrisch aufbauen. Dadurch ist die elektrische Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung besonders robust gegenüber Gleichtaktstörungen.
Durch die Gestaltung der beschriebenen Reflexionsdämpfungsvorrichtung bestehen mehr Freiräume bei der Gestaltung eines Kabelbaums in insbesondere einem Fahrzeug. Noch dazu können mit der beschriebenen
Reflexionsdämpfungsvorrichtung höhere Datenübertragungsraten erreicht werden. Die beschriebene Reflexionsdämpfungsvorrichtung ermöglicht, dass auch bei einer Steigerung der Bitrate im Vergleich zu bisherigen Bussystemen eine gute Reflexionsunterdrückung von hochfrequenten Gleichtaktstörungen realisierbar ist.
Als Folge davon kann die Datenrate im Bussystem erhöht werden, ohne dass die Kommunikation aufgrund von Leitungsreflexionen merklich beeinträchtigt würde.
Dadurch stellt die beschriebene Reflexionsdämpfungsvorrichtung sicher, dass in dem Bussystem, in dem die Reflexionsdämpfungsvorrichtung verwendet wird, ein flexibler Einsatz von insbesondere CAN FD oder dessen
Nachfolgekommunikationsarten mit noch höherer Datenübertragungsrate als bei Classical CAN oder CAN FD möglich ist.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Reflexionsdämpfungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten zwischen zwei Kondensatoren geschaltet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Kondensator zwischen zwei Paare aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten geschaltet.
Gemäß einer Option ist das mindestens eine Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten zwei antiparallel geschaltete Dioden aufweist.
Gemäß einer anderen Option weist das mindestens eine Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten zwei Transistoren auf, die insbesondere antiparallel geschaltet sind, wobei die Transistoren
Bipolartransistoren sind, bei denen jeweils der Basis-Anschluss und Kollektor- Anschluss des einen Transistors mit dem Emitter- Anschluss des anderen Transistors verbunden ist, oder wobei die Transistoren Feldeffekttransistoren sind, bei denen jeweils der Gate-Anschluss und Drain-Anschluss des einen Transistors mit dem Source-Anschluss des anderen Transistors verbunden ist.
Möglicherweise hat die Reflexionsdämpfungsvorrichtung zudem einen
Spannungsteiler, der parallel zu der Reihenschaltung aus dem mindestens einen Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten und dem mindestens einen Kondensator geschaltet ist, wobei der Spannungsteiler optional mit einer Schaltvorrichtung zum Zuschalten oder Abschalten des Spannungsteilers verbunden ist.
Denkbar ist, dass der Spannungsteiler drei Widerstände aufweist, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und wobei der mittlere Widerstand des
Spannungsteilers parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, wobei der mittlere Widerstand einen Widerstandswert hat, der etwa halb so groß ist wie der Widerstandswert der anderen beiden Widerstände des Spannungsteilers, und wobei der Widerstandswert des mittleren Widerstands größer als etwa 10 kOhm ist oder etwa 1 kOhm ist.
Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung kann zudem mindestens eine zuschaltbare Spannungsquelle aufweisen, die einen Impedanzwandler aufweist. Hierbei ist es möglich, dass der Impedanzwandler einen Operationsverstärker aufweist, an dessen Ausgang eine Reihenschaltung aus zwei Dioden angeschlossen ist, wobei die Reihenschaltung aus zwei Dioden parallel zu dem einen Kondensator geschaltet ist.
Die zuvor beschriebene Reflexionsdämpfungsvorrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein Bussystem sein, die zudem eine Sende- und
Empfangseinrichtung zum Senden von Nachrichten auf einen Bus des
Bussystems und/oder zum Empfangen von Nachrichten von dem Bus des Bussystems aufweist. Hierbei kann die Reflexionsdämpfungsvorrichtung in die Sende- und Empfangseinrichtung integriert sein.
Möglicherweise hat die Teilnehmerstation zudem eine
Kommunikationssteuereinrichtung zum Erzeugen und Senden von Nachrichten an die Sende- und Empfangseinrichtung und zum Empfangen und Auswerten von Nachrichten von der Sende- und Empfangseinrichtung, wobei die
Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, die Nachrichten derart zu erzeugen, dass in der ersten Kommunikationsphase zum Senden der
Nachrichten auf den Bus zwischen den Teilnehmerstationen des Bussystems ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus des Bussystems hat.
Mindestens zwei Teilnehmerstationen können Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus hat, so dass die mindestens zwei Teilnehmerstationen über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Zudem hat das Bussystem mindestens eine zuvor beschriebene Reflexionsdämpfungsvorrichtung für mindestens eine Busleitung des Busses. Hierbei kann die mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung an einen Verzweigungspunkt des Busses angeschlossen sein. Alternativ kann die mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung ein freies Ende des Busses abschließen. Möglicherweise ist bei dem Bussystem mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene
Teilnehmerstation. Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte: Senden einer Nachricht in dem
Bussystem über einen Bus, an dessen mindestens eine Busleitung eine
Reflexionsdämpfungsvorrichtung angeschlossen ist, die mindestens ein Paar aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten, und mindestens einen Kondensator aufweist, der an das mindestens eine Paar aus parallel
geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten in Reihe angeschlossen ist, und Dämpfen, mit der Reflexionsdämpfungsvorrichtung, von Reflexionen auf einer Busleitung des Busses.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die
Reflexionsdämpfungsvorrichtung genannt sind.
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.
Zeichnungen
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für das Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 4 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem achten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 10 eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung für ein Bussystem gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein Classical CAN- Bussystem, ein CAN FD-Bussystem oder CAN FD- Nachfolgebussysteme ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In Fig. 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busleitung 41 und einer zweiten Busleitung 42 angeschlossen sind. Der Bus 40 ist bei dem Beispiel von Fig. lan mehreren Stellen mit einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 abgeschlossen. Hiervon ist eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 bei der Teilnehmerstation 30 vorgesehen. Die Teilnehmerstationen 10, 20 sind an den Bus 40 jeweils mit einer Stichleitung angeschlossen, die ebenfalls mit einer
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 abgeschlossen ist.
Insbesondere sind die Teilnehmerstationen 10, 20 in einem Personenkraftwagen (PKW) oder Lastkraftwagen (LKW) angeordnet, wohingegen die
Teilnehmerstation 30 in einem Anhänger untergebracht ist, der je nach Bedarf an den PKW oder LKW angehängt wird. Dadurch wird auch die Teilnehmerstation 30 nur je nach Bedarf an das Bussystem 1 angeschlossen.
Somit ist es bei dem Bussystem 1 möglich, dass mindestens eine der
Teilnehmerstationen 10, 20, 30 oder mindestens eine Teilnehmerstation zusätzlich zu den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 je nach Bedarf an den Bus 40 angeschlossen wird oder vom Bus 40 getrennt wird.
Die Busleitungen 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L genannt werden und dienen, unter Verwendung eines TX-Signals im Sendezustand, zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Zustände 401 oder Erzeugung bzw. aktivem Treiben von rezessiven Pegeln bzw. Zuständen 402. Die Zustände 401, 402 sind nur bei der Teilnehmerstation 20 sehr schematisch gezeigt. Die Zustände 401, 402 entsprechen den Zuständen eines TX-Signals einer sendenden Teilnehmerstation 10, 20, 30. Nach Übertragung der Signale CAN_H und CAN_L auf den Busleitungen 41, 42 werden die Signale von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 als ein RX-Signal empfangen. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form der Signale CAN_H und CAN_L zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Aus den Signalen CAN_H und CAN_L auf den beiden Busleitungen 41, 42 errechnet sich eine differentielle Busspannung VDIFF = CAN_H - CAN_L. Die
Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.
Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine
Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Teilnehmerstation 20 hat 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 den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in Fig. 1 nicht veranschaulicht ist. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 sind jeweils mit einer Stichleitung an den Bus 40 angeschlossen.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit einer oder mehreren anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind. Hierbei erzeugen die
Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 jeweils ein Sendesignal, das auch TX-Signal genannt wird, für die zu sendende Nachrichten 45, 46 und senden das TX-Signal an die zugehörige Sende- und Empfangseinrichtung 12, 22, 32. Zudem kann die jeweilige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31 ein Empfangssignal, das auch RX-Signal genannt wird, für die vom Bus 40 empfangene Nachricht 45, 46 von der zugehörigen Sende- und
Empfangseinrichtung 12, 22, 32 empfangen und auswerten. Insbesondere können die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 die Nachrichten 45, 46 derart erzeugen, dass in einer ersten Kommunikationsphase zum Senden der Nachrichten 45, 46 auf den Bus 40 zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in der
nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat. In der zweiten Kommunikationsphase können die Nutzdaten der Nachrichten 45, 46 auf den Bus 40 gesendet werden.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher Classical CAN- oder CAN FD-Controller ausgeführt sein. Die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 45, die beispielsweise Classical CAN-Nachrichten oder CAN FD Nachrichten sind. Die Classical CAN-Nachrichten sind gemäß dem Classical Basisformat aufgebaut, bei welchem in der ersten Nachricht 45 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Die CAN FD Nachricht ist gemäß dem CAN FD Format aufgebaut, bei welcher eine Anzahl von bis zu 64 Datenbytes umfasst sein können, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren und damit höheren
Datenrate als bei der Classical CAN-Nachricht übertragen werden. Die Sende- /Empfangseinrichtung 12 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver und/oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein.
Jede der Kommunikationssteuereinrichtungen 21, 31 erstellt und liest erste Nachrichten 45, wie zuvor beschrieben, oder optional zweite Nachrichten 46. Die zweiten Nachrichten 46 sind auf der Grundlage eines Formats aufgebaut, das als CAN FD-Nachfolgeformat bezeichnet wird und beispielsweise Daten in der Datenphase mit einer höheren Bitrate als CAN FD übertragen kann. Jede der Sende-/Empfangseinrichtungen 22, 32 kann als CAN Transceiver ausgeführt sein, der je nach Bedarf eine der zuvor beschriebenen ersten Nachrichten 45 oder eine zweite Nachricht 46 gemäß dem CAN FD-Nachfolgeformat für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 21, 31 bereitstellen oder von dieser empfangen kann.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 20, 30 ist eine Bildung und dann
Übertragung von Nachrichten 46 mit dem CAN FD-Nachfolgeformat sowie der Empfang solcher Nachrichten 46 realisierbar.
Fig. 2 zeigt eine elektrische Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 sind an den Leitungsenden der Busleitungen 41, 42, in anderen Worten zwischen den Leitungen für die Signale CAN_H und CAN_L, ein erstes antiparalleles Diodenpaar 51, ein zweites antiparalleles Diodenpaar 52 und ein Kondensator 53 in Reihe geschaltet.
Hierbei ist der Kondensator 53 zwischen die beiden antiparallelen Diodenpaare 51, 52 geschaltet.
Die Dioden der Diodenpaare 51, 52 sind jeweils elektrische
Halbleiterkomponenten, bei denen bei Anliegen einer vorbestimmten
Schwellwertspannung, die einen Stromfluss durch die elektrische Halbleiterkomponente zur Folge hat, die Spannung an der elektrischen
Halbleiterkomponente unabhängig von der Stärke des Stromflusses in etwa konstant bleibt. Die Schwellwertspannung hat beispielsweise einen Wert von 0,7 V. Hierbei kann der Strom durch die Diode nach Überschreiten der
Schwellwertspannung von ca. 0 mA auf beispielsweise 100 mA ansteigen, wohingegen die Spannung hierbei nur auf ca. 0,8 V ansteigt. Selbstverständlich sind je nach Halbleiter andere Werte für die Schwellwertspannung und die Stromstärke nach Überschreiten der Schwellwertspannung möglich. Somit ist der Stromfluss durch die Diode, bzw. die elektrische Halbleiterkomponente, nach Überschreiten der Schwellwertspannung nicht proportional zu der anliegenden Spannung. Dies gilt sowohl in Durchlassrichtung der Diode als auch in
Sperrrichtung der Diode.
Im Betrieb des Bussystems 1 liegt an den Dioden der antiparallelen Diodenpaare 51, 52 jeweils eine Spannung UD von 0,5 Volt an, wie in Fig. 2 gezeigt. Dadurch wird der Kondensator 53 durch Differenzspannungen VDIFF = CAN_H - CAN_L von 2 Volt auf dem Bus 40 auf 1 Volt geladen, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt. Sobald die Spannung UC des Kondensators 53 den Wert von 1 Volt erreicht hat, fließt bei Differenzspannungen VDIFF zwischen 0 Volt und 2 Volt kein Strom I mehr über den Kondensator 53. Steigt die Differenzspannung VDIFF über 2 Volt an, fließt ein Ausgleichsstrom als Strom I, der die Spannung UC am Kondensator 53 erhöht und die Differenzspannung VDIFF reduziert. Sinkt die
Differenzspannung VDIFF unter 0 Volt, fließt ein Ausgleichstrom als Strom I, der die Spannung UC am Kondensator 53 reduziert und die Differenzspannung VDIFF erhöht.
Somit benötigt die elektrische Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 keine zusätzliche Spannung. Daher kann die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 bevorzugt
an Stellen angebracht werden, an denen Reflexionen entstehen, wie
beispielsweise an Sternpunkten, Verzweigungspunkten, Steckern oder an Leitungsenden, an denen keine Sende- /Empfangseinrichtung 12, 22, 32
(Transceiver) angeschlossen ist. Ein Verzweigungspunkt des Busses 40 ist insbesondere ein Sternpunkt oder ein Anschluss einer Stichleitung für eine Teilnehmerstation 10, 20 an den Bus 40. An den Steckern oder Leitungsenden an den Sende- /Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 (Transceiver) kann ein sonst üblicher Leitungsabschluss vorhanden sein, der mit mindestens einem Widerstand realisiert ist. Jedoch ist es selbstverständlich alternativ möglich, die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 integriert in mindesten eine der Sende- /Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 (Transceiver) einzubauen.
Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 bildet insgesamt eine sehr einfache elektronische Vorrichtung, welche die Reflexionen am Ende der Busleitungen 41, 42 sehr gut reduzieren kann. Hierbei ist eine Begrenzung der Spannungen auf 0 bis 2 Volt möglich, ohne dass dazu eine zusätzliche Versorgungsspannung notwendig ist. Gleichzeitig ist die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 robust gegenüber Kurzschlüssen der Busleitungen 41, 42.
Fig. 3 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A kann anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 eingesetzt werden. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 und/oder mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Die Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A von Fig. 3 hat im Unterschied zu der Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel antiparallele Transistorpaare 51A, 52A anstelle der Diodenpaare 51, 52. Bei den Transistorpaaren 51A, 52 A sind, im Falle von Bipolartransistoren, jeweils der Basis-Anschluss und Kollektor- Anschluss des einen Transistors mit dem Emitter- Anschluss des anderen Transistors verbunden. Im Falle eines Feldeffekttransistors (FET) sind bei den Transistorpaaren 51 A, 52 A jeweils der Gate- Anschluss und Drain- Anschluss des einen Transistors mit dem Source- Anschluss des anderen Transistors verbunden. An den Transistoren bildet sich eine Spannung UT aus, wie in Fig. 3 gezeigt. Auch Transistoren sind elektrische Halbleiterkomponenten bei denen der Stromfluss durch die elektrische Halbleiterkomponente nach Überschreiten der Schwellwertspannung des Transistors, nicht proportional zu den Spannungen am Transistor ist. Derartige Spannungen am Transistor liegen beispielsweise zwischen dem Basis-Anschluss und dem Emitter-Anschluss oder zwischen dem Kollektor-Anschluss und dem Emitter-Anschluss an.
Durch die genannte Verbindung der Transistoren der Transistorpaare 51A, 52A zeigen die Transistoren ein ähnliches Verhalten wie die Dioden der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 von Fig. 2. Jedoch sind die Kennlinien der Transistoren der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A des vorliegenden Ausführungsbeispiels steiler als diejenigen der Dioden der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 von Fig. 2. Dadurch werden Spannungen über 2 Volt und unter 0 Volt bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A des vorliegenden Ausführungsbeispiels besser beschränkt als bei der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 von Fig. 2. Außerdem können von Dioden abweichende Schwellenspannungen realisiert werden, wodurch auch
Differenzspannungen auf dem Bus 40 in Bereichen besser beschränkt werden können, die kleiner sind als 2 Volt.
Fig. 4 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B sind an den Leitungsenden der Busleitungen 41, 42 zusätzlich zu den Schaltungskomponenten der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 noch zwei Widerstände 55, 56 angebracht. Hierbei ist die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 zwischen die zwei
Widerstände 55, 56 geschaltet. Dadurch kann die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B besonders gut an Steckverbindungen eingesetzt werden, bei denen der Bus 40 um weitere
Teilnetze während des Betriebs erweitert wird und dadurch die Schaltung zeitweise am Ende einer Stichleitung und zeitweise innerhalb des Busses 40 angebracht ist.
Bei der Dimensionierung der Abschlusswiderstände 55, 56 kann das ohmsche Verhalten der Diodenpaare 51, 52 berücksichtigt und die Abschlusswiderstände 55, 56 entsprechend reduziert werden, so dass sich insgesamt kurzzeitig der gewünschte Abschlusswiderstand von insbesondere 120 Ohm bei Spannungen größer 2 Volt und kleiner 0 Volt einstellt.
Beispielsweise wird aufgrund der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B bei einer kurzzeitigen Spannungserhöhung der Differenzspannung VDIFF = CAN_H - CAN_L von 2 Volt auf 2,2 Volt ein Strom I = (2,2 V - 2 V) / 120 Ohm = 1,67 mA abfließen. Bei einer kurzfristigen Spannungserniedrigung der Differenzspannung VDIFF von 0 Volt auf -0,2 Volt wird ein Strom I = -0,2 V / 120 Ohm = -1,67 mA durch die Schaltung der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50B abfließen.
Gemäß einer Modifikation der Schaltung von Fig. 4 sind anstelle der
Diodenpaare 51, 52 die Transistorpaare 51A, 51B vorgesehen. In diesem Fall ist die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A zwischen die zwei Widerstände 55, 56 geschaltet.
Gemäß einer anderen Modifikation der Schaltung von Fig. 4 ist der Widerstand 55 zwischen das Diodenpaar 51 und den Kondensator 53 geschaltet und der Widerstand 56 ist zwischen das Diodenpaar 52 und den Kondensator 53 geschaltet.
Gemäß noch einer anderen Modifikation der Schaltung von Fig. 4 ist der
Widerstand 55 zwischen das Transistorpaar 51 A von Fig. 3 und den Kondensator 53 geschaltet und der Widerstand 56 ist zwischen das Transistorpaar 51 A von Fig. 3 und den Kondensator 53 geschaltet. Fig. 5 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50C, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50C ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50C ist an den Leitungsenden der Busleitungen 41, 42 nur ein antiparalleles Diodenpaar 51 zwischen zwei Kondensatoren 53, 54 geschaltet. Dadurch können Differenzspannungen VDIFF auf dem Bus 40 bzw. zwischen den Busleitungen 41, 42 auf Werte kleiner 2 Volt begrenzt werden.
Wenn beispielsweise, wie in Fig. 5 als Beispiel angegeben, als
Schwellwertspannung US der Dioden 0,2 Volt gewählt wird, dann werden die Differenzspannungen VDIFF über 0,4 Volt und unter 0 Volt begrenzt. Die Kondensatoren 53, 54 werden wegen der sich an der jeweiligen Diode des Diodenpaars 51 ausbildenden Spannung UD von 0,2 Volt auf mehr als 0,1 Volt geladen. Sobald die Spannungen UC der Kondensatoren 53, 54 einen Wert von 0,1 Volt erreicht haben, fließt bei Differenzspannungen VDIFF zwischen 0 Volt und 0,4 Volt kein Strom I mehr über die Kondensatoren 53, 54, solange die Differenzspannung VDIFF den Bereich zwischen 0 und 0,4 Volt nicht verlässt. Steigt die Differenzspannung VDIFF über 0,4 Volt, fließt ein Ausgleichsstrom als Strom I, der die Differenzspannung VDIFF reduziert. Sinkt die Differenzspannung VDIFF unter 0 Volt, fließt ein Ausgleichstrom als Strom I, der die
Differenzspannung VDIFF erhöht.
Gemäß einer Modifikation der Schaltung von Fig. 5 ist anstelle des Diodenpaars 51 das Transistorpaar 51 A von Fig. 2 vorgesehen.
Gemäß einer anderen Modifikation der Schaltung von Fig. 5 ist die
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50C zwischen die Widerstände 55, 56 von Fig. 4 geschaltet. Gemäß noch einer anderen Modifikation der Schaltung von Fig. 5 ist der
Widerstand 55 zwischen das Diodenpaar 51 und den Kondensator 53 geschaltet und der Widerstand 56 ist zwischen das Diodenpaar 51 und den Kondensator 54 geschaltet.
Gemäß noch einer anderen Modifikation der Schaltung von Fig. 5 ist der
Widerstand 55 zwischen das Transistorpaar 51 A von Fig. 3 und den Kondensator 53 geschaltet und der Widerstand 56 ist zwischen das Transistorpaar 51A von Fig. 3 und den Kondensator 54 geschaltet.
Fig. 6 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50D, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50D ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B, 50C für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50D ist an den Leitungsenden der Busleitungen 41, 42 zwischen zwei Kondensatoren 53, 54 ein antiparalleles Darlingtontransistorpaar 51 B eingesetzt. Bei den Darlingtontransistoren sind Basis-Anschluss und
Kollektor- Anschluss der Transistoren miteinander verbunden.
Dadurch wird die Kennlinie der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50D gegenüber der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50A gemäß der Schaltung von Fig. 3 mit antiparallelen Transistoren nochmals steiler. Allerdings wird auch die
Schwellspannung bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50D höher, wodurch sich die Schaltung bevorzugt für höhere Differenzspannungsbereiche wie beispielsweise 0 Volt und 2 Volt einsetzen lässt.
Gemäß einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist bei der Auswahl von speziellen Darlingtontransistormaterialien mit niedrigerer
Schwellspannung oder für die Begrenzung noch höherer Spannungen für die Differenzspannung VDIFF eine Anordnung denkbar, bei der zwei antiparallele Darlingtontransistorstufenpaare 51B in Reihe zu einem Kondensator 53
geschaltet sind. Hierbei ist der Kondensator 53 zwischen die zwei antiparallelen Darlingtontransistorstufenpaare 51B geschaltet.
Fig. 7 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 E, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50E ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B, 50C, 50D für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 E ist ein externer Spannungsteiler 57 vorgesehen, der eine Reihenschaltung aus Widerständen 571, 572, 573
aufweist. Die Verbindung der Widerstände 571, 572 ist mit der Verbindung des Diodenpaars 51 und dem Kondensator 53 verbunden. Die Verbindung der
Widerstände 572, 573 ist mit der Verbindung des Diodenpaars 52 und dem
Kondensator 53 verbunden. Der Spannungsteiler 57 ist von einer Spannung VS versorgt, die bei dem gezeigten Beispiel des CAN Bussystems 1 insbesondere 5V entspricht, die in der zuvor genannten CAN Protokoll-Spezifikation für die Versorgungsspannung CAN-Supply festgelegt ist.
Der externe Spannungsteiler 57 berücksichtigt den Effekt der Diodenpaare 51,
52 und des Kondensators 53, gemäß welchem beim Ausgleich von
Differenzspannungen VDIFF über 2 Volt die Kondensatorspannung über 1 Volt steigt, so dass bereits bei einer Differenzspannung VDIFF von etwas mehr als 0 Volt ein Ausgleichstrom als Strom I fließt, der die Differenzspannung VDIFF zunächst auf etwas mehr als 0 Volt stabilisiert und zwar solange, bis die
Spannung UC am Kondensator 53 wieder auf 1 Volt reduziert wird. Sollte dieser Effekt nicht gewünscht sein, dann kann mit Hilfe des externen Spannungsteilers 57 die Differenzspannung VDIFF stabilisiert werden.
Im Spannungsteiler 57 sind möglichst niedrige Widerstandswerte für die Widerstände 571, 572, 573 empfehlenswert, um Spannungsabweichungen von idealen IV am Kondensator 53 möglichst schnell auszugleichen. Allerdings sind hohe
Widerstandswerte für die Widerstände 571, 572, 573 des Spannungsteiler 57 erwünscht, um asymmetrische Stromeinspeisungen
über den Spannungsteiler 57 bei Gleichtaktschwankungen klein zu halten. Als Kompromiss kann sich ein Widerstand R > 10 kOhm für den Widerstand 572 als günstig erweisen.
Somit sind bei dem Beispiel von Fig. 7 die Widerstandswerte der Widerstände 571, 572, 573 derart gewählt, dass der Widerstand 571 einen Widerstandswert von 2R hat und der Widerstand 571 einen Widerstandswert von 2R hat. Dagegen hat der Widerstand 572 einen Widerstandswert, der größer als 10 kOhm ist.
Fig. 8 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 F, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50F ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 F ist, im Unterschied zu der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 E von Fig. 7, der externe Spannungsteiler 57 mittels Schaltern 58, 59 schaltbar. Dadurch wirken die Widerstände 571, 572,
573 je nach Stellung der Schalter 58, 59 und beeinflussen den Strom I am Kondensator 53.
Die Schalter 58, 59 ermöglichen, dass die Einflüsse von hohen
Gleichtaktspannungen reduzierbar sind, und trotzdem die idealen 1 Volt am Kondensator 53 möglichst schnell erreichbar sind.
Der Spannungsteiler 57 wird nur dann zur Stabilisierung der
Kondensatorspannung UC mit den Schaltern 58, 59 zugeschaltet, solange die Gleichtaktspannung in einem dafür zulässigen Bereich um 2,5 Volt liegt, z.B. 2 bis 3 Volt. Der zulässige Bereich zur Stabilisierung der Spannung UC am Kondensator 53 hängt vom gewählten Widerstandswert für R und damit vom gewählten Widerstandswert der Widerstände 571, 572, 573 ab. Maßgebend für den Spannungsbereich und den Widerstandswert R ist der Unterschied der Ströme durch die Gleichtaktspannung. Der Unterschied muss vernachlässigbar klein sein. Insbesondere kann als Widerstandswert R ungefähr 1 kOhm gewählt werden.
Fig. 9 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50G, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50G ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50 E, 50 F, 50G aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50G ist eine zuschaltbare
Spannungsquelle 60 vorgesehen. Mit der Spannungsquelle 60 kann der
Gleichspannungsbereich, in welchem die Spannung UC am Kondensator 53 stabilisiert werden kann, im Vergleich zu der Schaltung der
Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50 F vergrößert werden.
Die Spannungsquelle 60 hat einen Operationsverstärker 61, der an seinem invertierenden Eingang mit einer Diodenschaltung 62 beschältet ist. Der invertierende Eingang ist mit der Kathode der Diode der Diodenschaltung 62 verbunden. An dem anderen Eingang des Operationsverstärkers 61 ist die Verbindung zwischen den Widerständen 571, 572 angeschlossen. Am Ausgang des Operationsverstärkers 61 ist die Anode der Diode der Diodenschaltung 62 angeschlossen. Die Diode der Diodenschaltung 62 ist also in den
Rückführungszweig des Operationsverstärkers 61 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 61 ist außerdem an eine Reihenschaltung aus Dioden 63, 64 und dem Widerstand 573 angeschlossen. Die Zuschaltung oder Abschaltung der Spannungsquelle 60 erfolgt mit Schaltern 66, 67, die über Widerstände 68,
69 mit den Dioden 63, 64 verbunden sind. Der Operationsverstärker 61 bildet mit seiner Beschaltung einen
Impedanzwandler, der eine Spannung erzeugt, die 0,5 Volt über der
Mittenspannung zwischen den Signalen CAN_H und CAN_L an den
Busleitungen 41, 42 liegt. Über die zwei seriellen Dioden 63, 64 bildet sich eine Spannung von 1 Volt aus, in Folge welcher ein Strom I fließt, mit dem der Kondensator 53 über die zwei Widerstände 68, 69 und Schalter 67, 68 gespeist wird. Die Spannungsquelle 60 wird nur dann zugeschaltet, solange der
Operationsverstärker 61 die benötigte Spannung treiben kann und diese ausreichend größer als U_min ist.
Die Schalter 58, 59 ermöglichen, dass die Einflüsse von hohen
Gleichtaktspannungen reduzierbar sind, und trotzdem die idealen 1 Volt am Kondensator 53 möglichst schnell erreichbar sind.
Fig. 10 zeigt eine elektrische Schaltung einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50H, die an die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel angeschlossen ist. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50H ist anstelle mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G für die Busleitungen 41, 42 des Busses 40 von Fig. 1 einsetzbar. Somit kann das Bussystem 1 mindestens eine der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H aufweisen, wie in Bezug auf die Vorrichtung 50 zuvor beschrieben.
Bei der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50H sind im Unterschied zu der Reflexionsdämpfungsvorrichtung 50G gemäß Fig. 9 zwei zuschaltbare
Spannungsquellen 60, 60A vorgesehen, die als Impedanzwandler ausgestaltet sind. Die zweite zuschaltbare Spannungsquelle 60A hat einen
Operationsverstärker 61A, der an seinem invertierenden Eingang mit einer Diodenschaltung 62A beschältet ist. Der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 61A ist mit der Anode der Diode der Diodenschaltung 62A verbunden. An den anderen Eingang des Operationsverstärkers 61A ist die Verbindung zwischen den Widerständen 571, 572 angeschlossen. Am Ausgang des Operationsverstärkers 61A ist die Kathode der Diode der Diodenschaltung 62A angeschlossen. Die Diode der Diodenschaltung 62A ist also in den
Rückführungszweig des Operationsverstärkers 61A geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 61A ist außerdem mit dem Widerstand 69 verbunden, so dass die Spannungsquelle 60A mit dem Schalter 67 zuschaltbar oder
abschaltbar ist.
Der Operationsverstärker 61 bildet mit seiner Beschaltung einen
Impedanzwandler, der eine Spannung erzeugt, die 0,5 Volt über der
Mittenspannung zwischen den Signalen CAN_H und CAN_L an den
Busleitungen 41, 42 liegt. Im Unterschied dazu bildet der Operationsverstärker 61A mit seiner Beschaltung einen Impedanzwandler, der eine Spannung erzeugt, die 0,5 Volt unter der Mittenspannung liegt. Dadurch stellt sich die Spannung am Kondensator 53 auf 1 Volt ein. Die Impedanzwandler bzw. die
Operationsverstärker 61, 61A werden nur dann zugeschaltet, solange die Gleichtaktspannung in einem von den Operationsverstärkern 61, 61A tolerierten Bereich liegt, das heißt solange die Operationsverstärker 61, 61A noch genau genug arbeiten können.
Mit den zuvor beschriebenen Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H können jeweils die Reflexionen auf den
Busleitungen 41, 42 gedämpft werden und Gleichtaktstörungen oder
Gegentaktstörungen effektiv abgeleitet werden.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G,
50H, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, der Sende-/Empfangseinrichtung 12,
22, 32, des Bussystems 1 und des darin 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.
Denkbar ist, dass eine der beschriebenen Schaltungen der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H in eine der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 integriert ist. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32, wie oft üblich, an einem Ende der Busleitungen 41, 42 sitzt und hier Reflexionen entstehen können. Eine derartige Ausgestaltung und Integration der
Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H in eine der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 ist auch deshalb vorteilhaft, dass dadurch bereits vorhandene Strukturen, beispielsweise zur Erfassung der Gleichspannung, wiederverwendbar sind.
Auch wenn die Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H in Bezug auf das CAN-Bussystem beschrieben sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Reflexionsdämpfungsvorrichtungen 50, 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F, 50G, 50H der Ausführungsbeispiele und deren Modifikationen sind in allen verzweigten Bussystemen, also nicht nur bei CAN- und CAN-FD-Netzwerken einsetzbar. In gleicher Weise sind die beschriebenen Schaltungen für verzweigte Bussysteme ohne differenzielle Signalübertragung wie z.B. LIN (Local Interconnect Network = lokales
Zwischenverbindungsnetzwerk), SPI (Serial Peripheral Interface = serielle Peripherieschnittstelle) oder l2C (Inter- Integrated Circuit = Bus zur geräteinternen Kommunikation) einsetzbar.
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.
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.

Claims

Ansprüche
1) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50E; 50F;
50G; 50H) für einen Bus (40) eines Bussystems (1), mit
mindestens einem Paar (51; 52; 51A; 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten, und
mindestens einem Kondensator (53; 54), der an das mindestens eine Paar (51; 52; 51A; 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten in Reihe angeschlossen ist, zum Dämpfen von Reflexionen auf einer Busleitung (41; 42) des Busses (40).
2) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50E; 50F; 50G; 50H) nach Anspruch 1, wobei ein Paar (51; 51A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten zwischen zwei Kondensatoren (53; 54), geschaltet ist.
3) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50C; 50D) nach Anspruch 1, wobei ein Kondensator (53) zwischen zwei Paare (51, 52; 51A, 52A) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten geschaltet ist.
4) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50B; 50C; 50E; 50F; 50G; 50H) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Paar (51A, 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen
Halbleiterkomponenten zwei antiparallel geschaltete Dioden aufweist.
5) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50A; 50D) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das mindestens eine Paar (51A, 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten zwei Transistoren aufweist, die insbesondere antiparallel geschaltet sind, und wobei die Transistoren Bipolartransistoren sind, bei denen jeweils der Basis-Anschluss und Kollektor-Anschluss des einen
Transistors mit dem Emitter- Anschluss des anderen Transistors verbunden ist, oder
wobei die Transistoren Feldeffekttransistoren sind, bei denen jeweils der Gate-Anschluss und Drain-Anschluss des einen Transistors mit dem Source-Anschluss des anderen Transistors verbunden ist.
6) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50 E; 50 F) nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
zudem mit einem Spannungsteiler (57), der parallel zu der Reihenschaltung aus dem mindestens einen Paar (51; 52; 51A; 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten und dem mindestens einen Kondensator (53; 54) geschaltet ist,
wobei der Spannungsteiler (57) optional mit einer Schaltvorrichtung (58, 59) zum Zuschalten oder Abschalten des
Spannungsteilers (57) verbunden ist.
7) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50 E; 50 F) nach Anspruch 6,
wobei der Spannungsteiler (57) drei Widerstände (571, 572, 573) aufweist, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und wobei der mittlere Widerstand (572) des Spannungsteilers (57) parallel zu dem
Kondensator (53) geschaltet ist,
wobei der mittlere Widerstand (572) einen Widerstandswert (R) hat, der etwa halb so groß ist wie der Widerstandswert (2R) der anderen beiden Widerstände (572) des Spannungsteilers (57), und
wobei der Widerstandswert (R) des mittleren Widerstands (572) größer als etwa 10 kOhm ist oder etwa 1 kOhm ist.
8) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50G; 50H) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, zudem mit mindestens einer zuschaltbaren Spannungsquelle (60; 60, 60A), die einen Impedanzwandler aufweist.
9) Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50G) nach Anspruch 8, wobei der Impedanzwandler einen Operationsverstärker (61) aufweist, an dessen Ausgang eine Reihenschaltung aus zwei Dioden (63, 64) angeschlossen ist, und
wobei die Reihenschaltung aus zwei Dioden (63, 64) parallel zu dem einen Kondensator (53) geschaltet ist.
10) Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein Bussystem (1), mit
einer Sende- und Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden von Nachrichten (45; 46) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen von Nachrichten (45; 46) von dem Bus (40) des Bussystems (1), und
einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50H) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
11) Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 10, wobei der
Leitungsabschluss (50 bis 54) in die Sende- und Empfangseinrichtung (12; 22; 32) integriert ist.
12) Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 10 oder 11,
zudem mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Erzeugen und Senden von Nachrichten (45; 46) an die Sende- und Empfangseinrichtung (12; 22; 32) und zum Empfangen und Auswerten von Nachrichten (45; 46) von der Sende- und Empfangseinrichtung (12; 22; 32),
wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, die Nachrichten (45; 46) derart zu erzeugen, dass in der ersten Kommunikationsphase zum Senden der Nachrichten (45; 46) auf den Bus (40) zwischen den Teilnehmerstationen (10; 20, 30) des Bussystems (1) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10; 20; 30) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) des Bussystems (1) hat.
13) Bussystem (1), mit
einem Bus (40), mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können, und
mindestens einer Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50 E; 50 F; 50G; 50H) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für mindestens eine Busleitung (41; 42) des Busses (40).
14) Bussystem (1) nach Anspruch 13,
wobei die mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50 E; 50 F; 50G; 50H) an einen Verzweigungspunkt des Busses (40) angeschlossen ist, und/oder
wobei die mindestens eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50 E; 50F; 50G; 50H) ein freies Ende des Busses (40) abschließt, und/oder
wobei die mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30) mindestens eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 aufweisen.
15) Verfahren zum Dämpfen von Reflexionen bei einer Datenübertragung in einem Bussystem (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist
Senden einer Nachricht (45; 46) in dem Bussystem (1) über einen Bus (40), an dessen mindestens eine Busleitung (41; 42) eine Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50E; 50F; 50G; 50H) angeschlossen ist, die mindestens ein Paar (51; 52; 51A;
52 A; 51 B) aus parallel geschalteten elektrischen
Halbleiterkomponenten, und mindestens einen Kondensator (53; 54) aufweist, der an das mindestens eine Paar (51; 52; 51A; 52A; 51B) aus parallel geschalteten elektrischen Halbleiterkomponenten in Reihe angeschlossen ist, und
Dämpfen, mit der Reflexionsdämpfungsvorrichtung (50; 50A; 50B; 50C; 50D; 50 E; 50 F; 50G; 50H), von Reflexionen auf einer Busleitung (41; 42) des Busses (40).
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