WO2020120553A1 - Einrichtung für eine teilnehmerstation eines seriellen bussystems und verfahren zur kommunikation in einem seriellen bussystem - Google Patents

Einrichtung für eine teilnehmerstation eines seriellen bussystems und verfahren zur kommunikation in einem seriellen bussystem Download PDF

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WO2020120553A1
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bus
reception threshold
communication
signal
bus system
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PCT/EP2019/084606
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Steffen Walker
Arthur Mutter
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Robert Bosch Gmbh
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    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
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Definitions

  • the present invention relates to a device for a subscriber station of a serial bus system and a method for communication in a serial bus system which operates with a high data rate and a high level of robustness.
  • a bus system is frequently used for communication between sensors and control units, 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 between the
  • Transfer bus participants of the bus system such as sensor, control unit, encoder, etc.
  • CAN FD In order to be able to transmit data with a higher bit rate than with CAN, an option for switching to a higher bit rate within a message was created in the CAN FD message format.
  • the maximum possible data rate is achieved by using a higher clock rate in the range of Data fields increased beyond a value of 1 MBil / s.
  • Such messages are also referred to below as CAN FD frames or CAN FD messages.
  • CAN FD With CAN FD, the useful data length is extended from 8 to up to 64 bytes and the data transfer rates are significantly higher than with CAN.
  • Communication is provided in a serial bus system in which a high data rate and an increase in the amount of user data per frame can be realized with a high level of robustness.
  • the object is achieved by a device for a subscriber station of a serial bus system with the features of claim 1.
  • the device has a receiver for receiving a signal from a bus of the
  • Bus system in which bus system for exchanging messages between subscriber stations of the bus system at least one first
  • Distinguish communication phase received signal from the bus from bus states of the signal received in the second communication phase wherein the receiver is configured to generate a digital signal from the signal received by the bus and the signal to a
  • Output communication control device which in the digital signal evaluates the data it contains, the receiver being designed to generate a first one in each of the communication phases for generating the digital signal
  • reception threshold To use reception threshold and a second reception threshold, and wherein the second reception threshold has a negative voltage value.
  • the transmission / reception device can ensure that the frames are received with a low error rate even if the amount of user data per frame is increased. It is therefore possible to communicate in the serial bus system with a high level of error robustness if there is a high data rate and an increase in the amount of user data per frame.
  • the size of the user data can be up to 4096 bytes per frame.
  • the method carried out by the subscriber station can also be used if at least one CAN subscriber station and / or at least one CAN FD subscriber station is also present in the bus system
  • the receiver is designed to use the second reception threshold regardless of the communication phase in which the signal is received from the bus, the receiver being configured to additionally use the first reception threshold in the first communication phase to generate the digital signal and to use a third reception threshold in the second communication phase, the positive voltage value of which is smaller than the positive voltage value of the first reception threshold.
  • the bus states of the signal received by the bus in the first communication phase are generated with a different physical layer than the bus states of the signal in the second
  • bits of the signals in the first communication phase have a bit time that is at least a factor of 10 greater than a bit time of bits that are in the second
  • the communication phases on the bus may differ in that in the first communication phase it is negotiated which of the subscriber stations of the bus system in the subsequent second
  • Communication phase gets at least temporarily exclusive, collision-free access to the bus.
  • the device may also have a reception threshold adaptation device for evaluating the signal received from the bus in relation to the currently present communication phase and for switching the first reception threshold to the third reception threshold or for
  • reception threshold adjustment device is the first
  • Reception threshold switches to the third reception threshold if after the first communication phase, in which no exclusive, collision-free access a subscriber station on the bus of the bus system is guaranteed, switching to the communication phase with the exclusive, collision-free access to the bus.
  • the reception threshold adaptation device is designed to carry out an average value formation of a differential voltage of two signals received by the bus in order to switch the first reception threshold to the third reception threshold or to switch the third reception threshold to the first reception threshold.
  • the device can also have a transmitter for sending messages on a bus of the bus system, the transmitter being designed to switch between a first operating mode and a second operating mode when sending the different communication phases of a message.
  • the transmitter in the first operating mode may be configured to generate a first data state as a bus state with different bus levels for two bus wires of the bus line and to generate a second data state as a bus state with the same bus level for the two bus wires of the bus line, and the transmitter in In the second operating mode, the first and second data states are each generated as a bus state with different bus levels for the two bus wires of the bus line.
  • the device described above can be part of a subscriber station for a serial bus system, which also has a communication control device for controlling communication of the subscriber station with at least one other subscriber station of the bus system.
  • the communication control device is configured to send a signal to the device, the device being configured on the basis of the
  • the subscriber station described above can be part of a bus system which also comprises a bus and at least two subscriber stations which are connected to one another via the bus in such a way that they can communicate with one another in series.
  • at least one of the at least two subscriber stations is a previously described subscriber station.
  • the aforementioned object is also achieved by a method for communication in a serial bus system according to claim 14.
  • the method is carried out with a receiver for receiving a signal from a bus of the bus system, in which bus system at least a first one for exchanging messages between subscriber stations of the bus system
  • Communication phase and a second communication phase are used, and wherein the receiver performs the steps of receiving a signal from the bus of the bus system, which is for a message
  • Differentiate communication phase received signal generating a digital signal from the signal received from the bus, and outputting the generated digital signal to a communication control device, which evaluates data contained in the digital signal, the receiver in each of the communication phases in generating the digital signal first reception threshold and a second reception threshold used, and wherein the second reception threshold has a negative voltage value.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a bus system according to a first exemplary embodiment
  • Fig. 2 is a diagram illustrating the structure of messages sent by a transceiver for a subscriber station
  • Bus systems can be sent according to the first embodiment
  • FIG. 3 shows a simplified schematic block diagram of a subscriber station of the bus system according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a time profile of a differential voltage VDIFF of the bus signals CAN-EL_H and CAN-EL_L at the subscriber station according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a simplified schematic block diagram of a subscriber station of the bus system according to a second exemplary embodiment.
  • the bus system 1 shows an example of a bus system 1, which is configured in particular fundamentally 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 a hospital, etc. 1, the bus system 1 has a multiplicity of subscriber stations 10, 20, 30, which are each connected to a bus 40 with a first bus core 41 and a second bus core 42.
  • the bus wires 41, 42 can also be called CAN_H and CAN_L and are used for electrical signal transmission after coupling in of the dominant levels or generation of recessive levels for a signal in the transmission state.
  • Messages 45, 46 in the form of signals can be transmitted serially between the individual subscriber stations 10, 20, 30 via the bus 40.
  • the 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 transmitting / receiving device 22.
  • the subscriber station 30 has one
  • Communication control device 31 a transmission / reception device 32 and a reception threshold adaptation device 35.
  • the transmission / reception devices 12, 22, 32 of the subscriber stations 10, 20, 30 are each connected directly to the bus 40, even if this is not the case in FIG. 1 is illustrated.
  • 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 at least one other subscriber station of the subscriber stations 10, 20, 30, which are connected to the bus 40.
  • the communication control device 11 creates and reads first messages 45, which are, for example, modified CAN messages 45.
  • first messages 45 are, for example, modified CAN messages 45.
  • the modified CAN messages 45 are constructed on the basis of a CAN EL format, which is described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the communication control device 21 can be designed like a conventional CAN controller.
  • the communication control device 21 creates and reads second messages 46, for example Classical CAN messages 46.
  • the Classical CAN messages 46 are constructed in accordance with the Classical basic format, in which a number of up to 8 data bytes can be included in the message 46.
  • the Classical CAN message 46 is constructed as a CAN FD message, in which a number of up to 64 data bytes can be included, which are also transmitted at a significantly faster data rate than the Classical CAN message 46. In the latter case it is
  • Communication control device 21 designed as a conventional CAN FD controller.
  • the communication control device 31 can be designed to provide a CAN EL message 45 or a Classical CAN message 46 for the transmitting / receiving device 32 as required or to receive it.
  • the communication control device 31 therefore creates and reads a first message 45 or second message 46, the first and second messages 44, 46 differing in their data transmission standard, namely in this case CAN EL or CAN.
  • the Classical CAN message 46 is constructed as a CAN FD message. In the latter case, the communication control device 31 is designed like a conventional CAN FD controller.
  • the transmitting / receiving device 12 can be designed as a CAN EL transceiver.
  • the transceiver 22 can be designed like a conventional CAN transceiver or CAN FD transceiver.
  • the transceiver 32 can be designed to provide messages 45 in accordance with the CAN EL format or messages 46 in accordance with the current CAN basic format for the communication control device 31 or to receive them as required.
  • the transmitting / receiving devices 12, 32 can additionally or alternatively be implemented like a conventional CAN FD transceiver.
  • the CAN EL frame 450 is open for CAN communication the bus 40 divided into different communication phases 451 to 454, namely an arbitration phase 451, a SoD phase 452, a data phase 453 and a frame end phase 454.
  • a bit is sent at the beginning, which is also called an SOF bit and indicates the start of the frame or start of frame.
  • an identifier with, for example, 32 bits is also sent to identify the sender of the message 45.
  • the identifier is used to negotiate bit by bit between the subscriber stations 10, 20, 30 which subscriber station 10, 20, 30 wants to send the message 45, 46 with the highest priority and therefore for the next time to send in the SoD phase 452 and the subsequent data phase 453 has exclusive access to the bus 40 of the bus system 1.
  • protocol format information consisting of one or more bits is optionally sent, which is suitable for distinguishing CAN EL frames from CAN frames or CAN FD frames.
  • this log format information does not necessarily have to be available.
  • Data length code (data length code) is sent, which can then, for example, assume values from 1 to 4096 with a step size of 1, or alternatively can assume values from 0 to 4095.
  • the data length code can also comprise fewer or more bits and the value range and the step size can assume different values.
  • the useful data of the CAN-EL frame or the message 45 are sent.
  • the user data can have, for example, up to 4096 bytes or a larger value in accordance with the value range of the data length code.
  • a checksum can be contained in a checksum field about the data of the data phase 453 including the stuff bits, which are sent by the sender of the message 45 after one predetermined number of identical bits, in particular 10 identical bits, are inserted as the inverse bit.
  • a checksum field about the data of the data phase 453 including the stuff bits, which are sent by the sender of the message 45 after one predetermined number of identical bits, in particular 10 identical bits, are inserted as the inverse bit.
  • Frame end phase 454 at least one acknowledge bit may be included.
  • Acknowledge bit can be communicated whether or not a receiver has discovered an error in the received CAN EL frame 450 or message 45.
  • a physical layer as in CAN and CAN-FD is used.
  • a physical layer such as CAN and CAN-FD can be used in SoD phase 452, at least in part, ie at the beginning.
  • the physical layer corresponds to the
  • phase 452 An important point during phases 451, 454 and the at least part of SoD phase 452 is that the known CSMA / CR method is used, which allows simultaneous access of the subscriber stations 10, 20, 30 to the bus 40 without the higher priority message 45, 46 is destroyed. As a result, additional bus subscriber stations 10, 20, 30 can be added to the bus system 1 relatively easily, which is very advantageous.
  • Bus wiring results in longer time constants. This leads to a limitation of the maximum bit rate of today's CAN FD physical layer to currently around 2 megabits per second in real vehicle use.
  • a sender of the message 45 does not start sending bits of the SoD phase 452 and the subsequent data phase 453 on the bus 40 until the
  • the transmitter can either switch to the faster bit rate and / or the other physical after part of the SoD phase 452
  • Fig. 3 shows the basic structure of the subscriber station 10 with the
  • the subscriber station 30 is constructed in a similar manner to that shown in FIG. 3, except that the
  • Receiving device 32 is integrated, but separately from the
  • Reception threshold adapter 35 is not described separately. The
  • the subscriber station 10 has in addition to the
  • Communication control device 11 the transceiver 12 and the device 15 also a microcontroller 13, which the
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • SBC system base chip
  • an energy supply device 17 is installed in the system ASIC 16, which supplies the transceiver 12 with electrical energy.
  • Power supply device 17 usually supplies a voltage
  • the energy supply device 17 can supply a different voltage with a different value. Additionally or alternatively, the energy supply device 17 can be used as a current source
  • the reception threshold adapter 15 has one
  • Evaluation unit 151 and an adaptation unit 152.
  • the transmitter / receiver device 12 also has a transmitter 121 and a receiver 122. Even if the transmitter / receiver device 12 is always referred to below, it is alternatively possible to use the
  • the transmitter 121 and the receiver 122 can be constructed as in a conventional transceiver 22.
  • the transmitter 121 can in particular have at least one operational amplifier and / or a transistor.
  • the receiver 122 can in particular have at least one operational amplifier and / or a transistor.
  • the transceiver 12 is connected to the bus 40, more precisely its first bus wire 41 for CAN_H and its second bus wire 42 for CAN_L.
  • the voltage supply for the energy supply device 17 for supplying the first and second bus wires 41, 42 with electrical energy, in particular with the voltage CAN supply, takes place via at least one connection 43.
  • the connection to ground or CAN_GND is realized via a connection 44.
  • the first and second bus wires 41, 42 are with one
  • Termination resistor 49 terminated.
  • the first and second bus wires 41, 42 in the transceiver 12 are connected not only to the transmitter 121, which is also referred to as a transmitter, and to the receiver 122, which is also referred to as a receiver, even if the connection in FIG 3 is not shown for simplification.
  • the first and second bus wires 41, 42 are also connected to the device 15 in the transceiver 12.
  • the transmitter 121 converts a transmission signal TxD from the communication control device 11 into corresponding signals CAN-EL_H and CAN-EL_L for the bus wires 41, 42 and sends these signals CAN-EL_H and CAN-EL_L at the connections for CAN_H and CAN_L on the bus 40 as shown in FIG. 4.
  • the receiver 122 forms signals CAN-EL_H and CAN-EL_L received from bus 40 according to FIG. 4 and transmits this to the communication control device 11, as shown in FIG. 3. With the exception of an idle or standby state, the transceiver 12 with the receiver 122 always listens to a transmission of data or messages 45, 46 on the bus 40 in normal operation, regardless of whether the transmission - / receiving device 12 is the sender of the message 45 or not.
  • the signals CAN-EL_H and CAN-EL_L in the aforementioned communication phases 451, 452, 454 have the dominant and recessive bus levels 401, 402, as known from CAN.
  • the signals CAN-EL_H and CAN-EL_L in data phase 453 differ from the conventional signals CAN_H and CAN_L, as described in more detail below.
  • a difference signal VDI FF CAN-EL_H - CAN-EL_L forms on bus 40, which is shown in FIG. 5.
  • the transmitter 121 drives the dominant ones only in the aforementioned communication phases 451, 452, 454
  • the transmitting / receiving device 12 recognizes the end of the arbitration phase 451 or the SoD phase 452, the transmitter 121 becomes from the state shown in the left part of FIG. 4 for the data phase 453 switched to the state shown in the right part of FIG. 4. The transmitter 121 is thus switched from a first operating mode to a second operating mode.
  • an idle state 403 is reached directly after the switchover, in which 4 sets a bus level of about 0 volts. After the switchover, however, the status of a bus level of approximately 0V will generally no longer occur in data phase 453. After that, optionally after reaching one not
  • Idle state shown idle with in particular a bus level of about 2.5 V, the bus states U_D0, U_D1 corresponding to the data states Data_0 and Data_l of the transmission signal TxD reached.
  • the signal CAN-EL_H for the bus state U_DO corresponding to the data state Data_0, in particular with a PMOS transistor of the transmitter 121 is drawn to approximately 3.5 V.
  • Data_1 is achieved by pulling the signal CAN-EL_L, in particular with a PMOS transistor, to approximately 3.5 V and pulling the signal CAN-EL_H, in particular with an NMOS transistor, to approximately 1.5 V.
  • the bus level of the bus 40 is between about -0.6 V and about -2 V in the state Data_0 and between about 0.6 V and about 2 in the state Data_l V present as illustrated in FIG. 5.
  • the transmitter 121 in a first operating mode according to FIG. 4, the transmitter 121 generates a first data state, for example Data_0, as bus state 402 with different bus levels for two bus wires 41, 42 of the bus line and a second data state, for example Data_1, as bus state 401 with the same bus level for the two bus wires 41, 42 of the bus line of the bus
  • the transmitter 121 for the temporal profiles of the signals CAN-EL_H CAN-EL_L in a second operating mode, which includes data phase 453, forms the first and second data status Data_0, Data_l each as bus status U_D0, U_D1 with different bus levels for the two bus wires
  • the receiver uses 122 in
  • Communication phases 451, 452, 454 the first reception threshold T_1 known from CAN / CAN-FD with the typical position of 0.7 V in order to be able to reliably recognize the bus states 401, 402 in the first operating mode.
  • the receiver 122 uses a second reception threshold T_2 in the communication phases 451, 452, 454, which is below 0 V, as shown in FIG. 5.
  • the second reception threshold T_1 is approximately -0.7 V.
  • the device 15 evaluates the second with its evaluation unit 151
  • Communication phases 451, 452, 454 used first reception threshold T_1 for data phase 453 to a third reception threshold T_3.
  • the adaptation unit 152 switches the first reception threshold T_l, which is used for the communication phases 451, 452, 454, to the third
  • the evaluation unit 151 in the data phase 453 now uses the second and third reception thresholds T_2, T_3 to evaluate the received data in the signals CAN-EL_H CAN-EL_L.
  • reception threshold T_3 is typically about 0 V and thus ideal for the level of the differential voltage VDI FF in the
  • the predetermined time period T4 which can also be referred to as filter time t_filter, is at least temporarily stored in the evaluation unit 151.
  • a typical time period of faults on the bus 40 which is also called t_fault
  • a bit time period t_bt are taken into account, which represent the time duration of a bit in the signals CAN-EL_H CAN-EL_L of the present one Communication phase 451 to 454 indicates.
  • t_fault ⁇ T4 ⁇ t_bt.
  • the bit rate in the arbitration phase 451, the frame end phase 454 and at least partially in the SoD phase is chosen to be slower than in the data phase 453 of the frame 450.
  • the bit rate in phases 451, 452, 454 is chosen as 500 kbit / s, from which a bit time of approx. 2ps follows, whereas the bit rate in data phase 453 is selected as 5 to 8 Mbit / s, which results in a bit time of approx.0.2ps and shorter.
  • the bit time t_bt of the signals in the other communication phases 451, 452, 454 is thus at least a factor 10 greater than the bit time of the signal in the data phase 453.
  • the data is received by means of the first and second
  • Reception threshold T_l, T_2 possible, although not with an ideal position of the reception threshold.
  • Reception threshold T_3 is used to generate the reception signal RxD, with the evaluation unit 151 observes the voltage values of the signals CAN-EL_H CAN-EL_L or the voltage VDIFF with respect to the second reception threshold T_2. With the resulting result, the
  • Evaluation unit 151 make the decision when the
  • Frame end phase 454 begins, in which the adaptation unit 152 is to switch the third reception threshold T_3 back to the first reception threshold T_1.
  • the adaptation unit 152 re-activates the third reception threshold T_3 previously used for the communication phases 453 the first reception threshold T_1.
  • the first and second reception thresholds T_l, T_2 are used again for evaluating the voltage values of the signals CAN-EL_H CAN-EL_L.
  • the predetermined time period T5 is selected to be at least as long as the bus 40 can be in the same state. This is the case in particular for a bit time period t_bt.
  • the predetermined time period T5 and the predetermined time period T4 can be the same length.
  • the bus states 401, 402, U_D1, U_D2, in particular at least two different physical layers can be used for this.
  • the transmission / reception device 12, in particular its device 15, can automatically switch the reception thresholds T_1, T_2 to the
  • reception thresholds T_l, T_2, T_3 for the receiver 122 can achieve much higher data rates than with CAN or CAN-FD.
  • the data length in a data field of data phase 453 can be increased to up to 4096 bytes.
  • Another advantage is that error frames are not required in the bus system 1 when transmitting messages 5. As a result, messages 45 are no longer destroyed, which eliminates a reason for the need for double transmission of messages. This increases the net data rate.
  • FIG. 6 shows a subscriber station 100 with a reception threshold adaptation device 150 according to a second exemplary embodiment.
  • Subscriber station 100 can be used instead of subscriber station 10.
  • the communication control device 11 has an additional connection for outputting a signal K14 to the transceiver 12, in particular its reception threshold adaptation device 150.
  • the evaluation unit 151 evaluates the value of the signal K14 in order to determine the reception thresholds T_l, T_2 on the Switch reception thresholds T_2, T_3 or to switch reception thresholds T_2, T_3 to reception thresholds T_1, T_2.
  • the evaluation unit 151 can additionally carry out an evaluation of the signals from FIG. 4 and / or FIG. 5, as described above.
  • a plausibility check can be carried out in order to further increase the security of the switchover.
  • the evaluations of the signals from FIG. 4 and / or FIG. 5 or the signal K14 can be given greater weight.
  • the evaluation unit 151 can be designed as a switching block, in particular as at least one transistor, which the reception thresholds T_l,
  • T_2 T_3 of receiver 122 switches based on the value of signal K14 as previously described.
  • bus system 1 in the second exemplary embodiment is constructed in the same way as described above with reference to the first exemplary embodiment.
  • the evaluation unit 151 of the subscriber station 10 can use a low-pass filtered bus differential voltage VDIFF, in particular carry out an averaging of the voltage VDIFF in order to switch the reception thresholds T_l, T_2 to the reception thresholds T_2, T_3 or to switch the reception thresholds T_2, T_3 on switch the reception thresholds T_l, T_2.
  • VDIFF low-pass filtered bus differential voltage
  • the bus system 1 in the third exemplary embodiment is constructed in the same way as described above with reference to the first exemplary embodiment. All previously described configurations of the devices 15, 35, 150, the subscriber stations 10, 20, 30, 100, the bus system 1 and the method carried out therein can be used individually or in all possible combinations. In particular, all the features of the previous
  • Communication methods are used, in which two different communication phases are used, in which the bus states differ, which are generated for the different communication phases.
  • the invention can be used in the development of other serial communication networks, such as Ethernet and / or 100 Base-Tl Ethernet, fieldbus systems, etc.
  • bus system 1 can be a 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.
  • the number and arrangement of the subscriber stations 10, 20, 30, 100 in the bus system 1 of the exemplary embodiments is arbitrary.
  • the subscriber station 20 in the bus system 1 can be omitted.
  • one or more of the subscriber stations 10 or 30 or 100 can be present in the bus system 1.
  • all subscriber stations in bus system 1 are configured identically, ie only subscriber station 10 or only
  • Subscriber station 30 or only subscriber stations 100 are present.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

Es ist eine Einrichtung (12; 16; 32; 120) für ein serielles Bussystem (1) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem(1) bereitgestellt. Die Einrichtung (12; 16; 32; 120) hat einen Empfänger (122) zum Empfang eines Signals von einem Bus (40) des Bussystems (1), bei welchem Bussystem (1) zum Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen Teilnehmerstationen (10, 20, 30; 100) des Bussystems (1) mindestens eine erste Kommunikationsphase (451, 452, 454) und eine zweite Kommunikationsphase (453) verwendet werden, wobei sich für eine Nachricht (45)die Buszustände (401, 402) des in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) von dem Bus (40) empfangenen Signals von Buszuständen (U_D1, U_D2) des in der zweiten Kommunikationsphase (453) empfangenen Signals unterscheiden, wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, aus dem von dem Bus (40) empfangenen Signal ein digitales Signal (RxD) zu erzeugen und das Signal an eine Kommunikationssteuereinrichtung (11) auszugeben, welche in dem digitalen Signal (RxD) enthaltene Daten auswertet, wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, in jeder der Kommunikationsphasen (451 bis 454) zur Erzeugung des digitalen Signals (RxD) eine erste Empfangsschwelle (T_1; T_3) und eine zweite Empfangsschwelle (T_2) zu verwenden, und wobei die zweite Empfangsschwelle (T_2) einen negativen Spannungswert hat.

Description

Beschreibung
Einrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.
Stand der Technik
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, wird häufig 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
Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen.
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.
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 MBil/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.
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-Tl Ethernet. Außerdem ist die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes für einige Anwendungen zu gering.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur
Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Einrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur
Kommunikation 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.
Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Einrichtung hat einen Empfänger zum Empfang eines Signals von einem Bus des
Bussystems , bei welchem Bussystem zum Austausch von Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems mindestens eine erste
Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase verwendet werden, wobei sich für eine Nachricht die Buszustände des in der ersten
Kommunikationsphase von dem Bus empfangenen Signals von Buszuständen des in der zweiten Kommunikationsphase empfangenen Signals unterscheiden, wobei der Empfänger ausgestaltet ist, aus dem von dem Bus empfangenen Signal ein digitales Signal zu erzeugen und das Signal an eine
Kommunikationssteuereinrichtung auszugeben, welche in dem digitalen Signal enthaltene Daten auswertet, wobei der Empfänger ausgestaltet ist, in jeder der Kommunikationsphasen zur Erzeugung des digitalen Signals eine erste
Empfangsschwelle und eine zweite Empfangsschwelle zu verwenden, und wobei die zweite Empfangsschwelle einen negativen Spannungswert hat.
Aufgrund der Ausgestaltung der Einrichtung ist eine automatische Optimierung der Empfangsschwelle für verschiedene Kommunikationsphasen auf dem Bus möglich. Dadurch liegt die Empfangsschwelle für jede der
Kommunikationsphasen ideal, so dass die Bitzeiten in den verschiedenen Kommunikationsphasen auf dem Bus nicht verzerrt werden.
Als Folge davon kann mit der Sende-/Empfangseinrichtung auch bei Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen ein Empfang der Rahmen mit geringer Fehlerquote gewährleistet werden. Somit kann in dem seriellen Bussystem auch mit großer Fehlerrobustheit kommuniziert werden, wenn eine hohe Datenrate und eine Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen erfolgt.
Daher ist es mit der Sende-/Empfangseinrichtung in dem Bussystem
insbesondere möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.
Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodaten rate von mindestens 10 Mbps zu realisieren. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten bis zu 4096 Byte pro Rahmen betragen.
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.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß den Ausführungsbeispielen ist der Empfänger ausgestaltet, unabhängig von der Kommunikationsphase, in welcher das Signal von dem Bus empfangen wird, die zweite Empfangsschwelle zu verwenden, wobei der Empfänger ausgestaltet ist, in der ersten Kommunikationsphase zur Erzeugung des digitalen Signals zusätzlich die erste Empfangsschwelle zu verwenden und in der zweiten Kommunikationsphase eine dritte Empfangsschwelle zu verwenden, deren positiver Spannungswert kleiner als der positive Spannungswert der ersten Empfangsschwelle ist.
Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante sind die Buszustände des in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus empfangenen Signals mit einem anderen Physical Layer erzeugt als die Buszustände des in der zweiten
Kommunikationsphase empfangenen Signals.
Gemäß einer anderen speziellen Ausführungsvariante haben in der ersten Kommunikationsphase Bits der Signale eine Bitzeit, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit von Bits ist, die in der zweiten
Kommunikationsphase getrieben werden.
Möglicherweise unterscheiden sich die Kommunikationsphasen auf dem Bus dadurch, dass in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten
Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.
Möglicherweise hat die Einrichtung zudem eine Empfangsschwelle- Anpasseinrichtung zur Auswertung des von dem Bus empfangenen Signals in Bezug auf die derzeit vorliegende Kommunikationsphase und zur Umschaltung der ersten Empfangsschwelle auf die dritte Empfangsschwelle oder zur
Umschaltung der dritten Empfangsschwelle auf die erste Empfangsschwelle auf der Grundlage des Ergebnisses der Auswertung.
Denkbar ist, dass die Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung die erste
Empfangsschwelle auf die dritte Empfangsschwelle umschaltet, wenn nach der ersten Kommunikationsphase, in welcher kein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf den Bus des Bussystems gewährleistet ist, zu der Kommunikationsphase mit dem exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus umgeschaltet wird.
Gemäß einer Option ist die Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung ausgestaltet, eine Mittelwert-Bildung einer Differenzspannung von zwei von dem Bus empfangenen Signalen durchzuführen, um die erste Empfangsschwelle auf die dritte Empfangsschwelle umzuschalten oder um die dritte Empfangsschwelle auf die erste Empfangsschwelle umzuschalten.
Die Einrichtung kann zudem einen Sender zum Senden von Nachrichten auf einen Bus des Bussystems haben, wobei der Sender beim Senden der verschiedenen Kommunikationsphasen einer Nachricht ausgestaltet ist, zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart zu schalten. Hierbei ist möglicherweise der Sender in der ersten Betriebsart ausgestaltet ist, einen ersten Datenzustand als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern der Busleitung zu erzeugen und einen zweiten Datenzustand als Buszustand mit demselben Buspegel für die zwei Busadern der Busleitung zu erzeugen, und wobei der Sender in der zweiten Betriebsart ausgestaltet ist, den ersten und zweiten Datenzustand jeweils als Buszustand mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern der Busleitung zu erzeugen.
Die zuvor beschriebene Einrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems aufweist.
Hierbei besteht die Option, dass die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, ein Signal an die Einrichtung zu senden, wobei die Einrichtung ausgestaltet ist, auf der Grundlage des von der
Kommunikationssteuereinrichtung gesendeten Signals die erste
Empfangsschwelle auf die dritte Empfangsschwelle umzuschalten oder die dritte Empfangsschwelle auf die erste Empfangsschwelle umzuschalten. Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 14 gelöst. Das Verfahren wird mit einem Empfänger zum Empfang eines Signals von einem Bus des Bussystems ausgeführt, bei welchem Bussystem zum Austausch von Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems mindestens eine erste
Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase verwendet werden, und wobei der Empfänger die Schritte ausführt, Empfangen eines Signals von dem Bus des Bussystems, wobei sich für eine Nachricht die
Buszustände des in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus
empfangenen Signals von Buszuständen des in der zweiten
Kommunikationsphase empfangenen Signals unterscheiden, Erzeugen eines digitalen Signals, aus dem von dem Bus empfangenen Signal, und Ausgeben des erzeugten digitalen Signals an eine Kommunikationssteuereinrichtung, welche in dem digitalen Signal enthaltene Daten auswertet, wobei der Empfänger in jeder der Kommunikationsphasen beim Erzeugen des digitalen Signals eine erste Empfangsschwelle und eine zweite Empfangsschwelle verwendet, und wobei die zweite Empfangsschwelle einen negativen Spannungswert hat.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die
Einrichtung 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 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus von Nachrichten, die von einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation des
Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;
Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN-EL_H und CAN-EL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF der Bussignale CAN-EL_H und CAN-EL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten 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 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. In Fig. 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 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.
Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine
Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und eine Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 15. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende- /Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine
Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und eine Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 35. 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 Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN EL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf Fig. 2 detaillierter beschrieben ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN- Controller ausgeführt sein. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise Classical CAN-Nachrichten 46. Die Classical CAN-Nachrichten 46 sind gemäß dem Classical Basisformat aufgebaut, bei welchem in der Nachricht 46 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Alternativ ist die Classical CAN-Nachricht 46 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 Classical CAN-Nachricht 46 übertragen werden. Im letzteren Fall ist die
Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN EL-Nachricht 45 oder eine Classical CAN-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 erstellt und liest also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 44, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN EL oder CAN. Alternativ ist die Classical CAN-Nachricht 46 als CAN FD Nachricht aufgebaut. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 31 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN EL-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN EL- Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD Transceiver ausführbar.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann
Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN EL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.
Fig. 2 zeigt für die Nachricht 45 einen CAN EL Rahmen 450, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN EL-Rahmen 450 ist für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451 bis 454 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451, eine SoD-Phase 452, eine Datenphase 453 und eine Rahmenendphase 454.
In der Arbitrationsphase 451 wird beispielsweise am Anfang ein Bit gesendet, das auch SOF-Bit genannt wird und den Beginn des Rahmens bzw. Start of Frame anzeigt. In der Arbitrationsphase 451 wird außerdem ein Identifizierer mit beispielsweise 32 Bit zur Identifikation des Senders der Nachricht 45 gesendet. Bei der Arbitration wird mit Hilfe des Identifizierers bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der SoD-Phase 452 und der anschließenden Datenphase 453 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt.
In der SoD-Phase 452 wird optional eine aus einem oder mehreren Bits bestehende Protokollformatinformation gesendet, welche geeignet ist, CAN EL- Rahmen gegenüber CAN-Rahmen oder CAN FD-Rahmen zu unterscheiden. Diese Protokollformatinformation muss jedoch nicht zwingend vorhanden sein.
Zusätzlich wird in der SoD-Phase 452 ein beispielsweise 13 Bit langer
Datenlängecode (Data-Length-Code) gesendet, der dann zum Beispiel Werte von 1 bis zu 4096 mit der Schrittweite von 1 annehmen kann, oder alternativ Werte von 0 bis 4095 annehmen kann. Der Datenlängecode kann auch weniger oder mehr Bit umfassen und der Wertebereich und die Schrittweite können andere Werte annehmen.
In der Datenphase 453 werden die Nutzdaten des CAN-EL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 gesendet. Die Nutzdaten können entsprechend dem Wertebereich des Datenlängecodes beispielsweise bis zu 4096 Bytes oder einen größeren Wert aufweisen.
In der Rahmenendphase 454 kann beispielsweise in einem Prüfsummenfeld eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 453 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Zudem kann in einem Endefeld in der der
Rahmenendphase 454 mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein.
Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN EL Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen
Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN EL Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
Mindestens in der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 454 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Zusätzlich kann in der SoD- Phase 452 zumindest teilweise, also am Anfang, ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet werden. Der Physical Layer entspricht der
Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
Ein wichtiger Punkt während der Phasen 451, 454 und des zumindest einen Teils der SoD-Phase 452 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus- Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20,
30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben 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 etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug- Einsatz.
Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der SoD-Phase 452 und der anschließenden Datenphase 453 auf den Bus 40 erst, wenn die
Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat. Der Sender kann entweder nach einem Teil der SoD-Phase 452 auf die schnellere Bitrate und/oder den anderen Physical
Layer wechseln oder erst mit dem ersten Bit, also mit dem Beginn, der
anschließenden Datenphase 453 auf die schnellere Bitrate und/oder den
anderen Physical Layer wechseln.
Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN EL im Vergleich zu CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden:
a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR- Verfahren,
b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate auf etwa 10 Megabit pro Sekunde, c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen auf etwa 4kbyte,
d) Optional: Vollständiger oder teilweiser Verzicht auf das Versenden von
Fehlerrahmen (Error Frames) bei Erkennen von Fehlern. Jedoch ist es mit den Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 möglich, dass Fehlerrahmen (Error Frames) weiter verwendet werden können, da die Buszustands-Übergänge in der Datenphase zeitlich nur sehr kurz beeinflusst werden. Dadurch sind Fehlerrahmen (Error Frames) in der Lage, über den aktuellen Busverkehr zu dominieren (6x dominant in Folge), wie erforderlich. Das ist aus Anwendersicht ein Vorteil.
Fig. 3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der
Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und der Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 15. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in Fig. 3 gezeigt, außer dass die
Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 35 nicht in die Sende-/
Empfangseinrichtung 32 integriert ist, sondern separat von der
Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 vorgesehen ist. Daher werden die Teilnehmerstation 30 und die
Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 35 nicht separat beschrieben. Die
nachfolgend beschriebenen Funktionen der Einrichtung 15 sind bei der
Einrichtung 35 identisch vorhanden. Gemäß Fig. 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der
Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und der Einrichtung 15 zudem einen Mikrocontroller 13, welchem die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende- /Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die
Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise eine Spannung
CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 17 als Stromquelle
ausgestaltet sein. Die Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung 15 hat eine
Auswerteeinheit 151 und eine Anpasseinheit 152.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem einen Sender 121 und einen Empfänger 122. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende- /Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, den
Empfänger 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sender 121 vorzusehen. Der Sender 121 und der Empfänger 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Der Sender 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Der Empfänger 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN- Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem
Abschlusswiderstand 49 terminiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sender 121, der auch als Transmitter bezeichnet wird, und mit dem Empfänger 122 verbunden, der auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in Fig. 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 auch mit der Einrichtung 15 verbunden.
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt der Sender 121 ein Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN-EL_H und CAN-EL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN-EL_H und CAN-EL_L an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40, wie in Fig. 4 gezeigt.
Der Empfänger 122 bildet aus von Bus 40 empfangenen Signalen CAN-EL_H und CAN-EL_L gemäß Fig. 4 ein Empfangssignal RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in Fig. 3 gezeigt. Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby), hört die Sende- /Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfänger 122 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45, 46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht.
Gemäß dem Beispiel von Fig. 4 haben die Signale CAN-EL_H und CAN-EL_L in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 452, 454 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Dagegen unterscheiden sich die Signale CAN-EL_H und CAN-EL_L in der Datenphase 453 von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L, wie nachfolgend noch genauer beschrieben. Auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDI FF = CAN-EL_H - CAN-EL_L aus, das in Fig. 5 gezeigt ist.
Wie aus dem linken Teil von Fig. 4 ablesbar, treibt der Sender 121 nur in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 452, 454 die dominanten
Zustände 402 der differentiellen Signale CAN-EL_H, CAN-EL_L unterschiedlich. Dagegen sind die Buspegel auf der Busleitung 3 für die rezessiven Zustände 401 in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 452, 454 gleich der Spannung Vcc bzw. CAN-Supply von beispielsweise etwa 2,5 V. Somit ergibt sich für eine Spannung VDI FF = CAN-EL_H - CAN-EL_L für die rezessiven Zustände 401 (logische ,0‘ des Sendesignals TxD) ein Wert von 0V und für die dominanten Zustände 402 (logische ,1‘ des Sendesignals TxD) ein Wert von ca. 2,0 V.
Erkennt die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere deren Einrichtung 15, das Ende der Arbitrationsphase 451 bzw. der SoD-Phase 452, so wird der Sender 121 von dem Zustand, der in dem linken Teil von Fig. 4 gezeigt ist, für die Datenphase 453 in den Zustand umgeschaltet, der im rechten Teil von Fig. 4 gezeigt ist. Der Sender 121 wird somit von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart umgeschaltet.
Gemäß dem rechten Teil von Fig. 4 wird in der schnelleren Datenphase 453, für die Signale CAN-EL_H, CAN-EL_L nach der Umschaltung von dem Zustand der Kommunikationsphasen 451, 452, 454 ein Leerlaufzustand 403 direkt nach der Umschaltung erreicht, bei welchem sich bei dem speziellen Beispiel von Fig. 4 ein Buspegel von etwa 0 V einstellt. Nach der Umschaltung wird jedoch in der Datenphase 453 in der Regel der Zustand eines Buspegels von etwa 0V nicht mehr auftreten. Danach werden, optional nach Erreichen eines nicht
dargestellten Leerlaufzustand idle mit insbesondere einem Buspegel von etwa 2,5 V, die Buszustände U_D0, U_D1 entsprechend den Datenzuständen Data_0 und Data_l des Sendesignals TxD erreicht.
Die Abfolge der Datenzustände Data_0 und Data_l und somit der daraus resultierenden Buszustände U_D0, U_D1 für die Signale CAN-EL_H, CAN-EL_L in Fig. 4 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDI FF von Fig. 5 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Sende-/Empfangseinrichtung 10. Die Abfolge der Datenzustände Data_0 und Data_l und somit der
Buszustände U_D0, U_D1 ist je nach Bedarf wählbar.
Gemäß Fig. 4 wird das Signal CAN-EL_L für den Buszustand U_D0
entsprechend dem Datenzustand Data_0, insbesondere mit einem NMOS- Transistor des Senders 121, auf etwa 1,5 V gezogen. Dagegen wird das Signal CAN-EL_H für den Buszustand U_DO entsprechend dem Datenzustand Data_0, insbesondere mit einem PMOS-Transistor des Senders 121, auf etwa 3,5 V gezogen. Data_l wird erreicht, indem das Signal CAN-EL_L, insbesondere mit einem PMOS-Transistor, auf etwa 3,5 V gezogen wird und das Signal CAN- EL_H, insbesondere mit einem NMOS-Transistor, auf etwa 1,5 V gezogen wird.
Bei den in Fig. 4 gezeigten und zuvor beschriebenen Zuständen sind auf der Busleitung des Busses 40 bei dem Zustand Data_0 Buspegel zwischen etwa -0,6 V und etwa -2 V und bei dem Zustand Data_l Buspegel zwischen etwa 0,6 V und etwa 2 V vorhanden, wie in Fig. 5 veranschaulicht. Bei den Zuständen Data_0 und Data_l hat die Differenzspannung VDI FF = CAN-EL_H - CAN-EL_L also insbesondere eine maximale Amplitude von etwa 1,4 V, auch wenn Fig. 5 in einem speziellen Beispiel eine Amplitude für VDI FF als 2 V darstellt.
Mit anderen Worten erzeugt der Sender 121 in einer ersten Betriebsart gemäß Fig. 4 einen ersten Datenzustand, beispielsweise Data_0, als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand, beispielsweise Data_l, als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses
40.
Außerdem bildet der Sender 121, für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN- EL_H CAN-EL_L in einer zweiten Betriebsart, welche die Datenphase 453 umfasst, den ersten und zweiten Datenzustand Data_0, Data_l jeweils als Buszustand U_D0, U_D1 mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern
41, 42 der Busleitung des Busses 40.
Wie in Fig. 5 dargestellt, verwendet der Empfänger 122 in
Kommunikationsphasen 451, 452, 454 die von CAN/CAN-FD bekannte erste Empfangsschwelle T_1 mit der typischen Lage von 0,7 V, um die Buszustände 401, 402 in der ersten Betriebsart sicher erkennen zu können. Zusätzlich verwendet der Empfänger 122 in den Kommunikationsphasen 451, 452, 454 eine zweite Empfangsschwelle T_2, welche unterhalb von 0 V liegt, wie in Fig. 5 gezeigt. Bei dem Beispiel von Fig. 5 liegt die zweite Empfangsschwelle T_1 bei etwa -0,7 V. Die Einrichtung 15 wertet mit ihrer Auswerteeinheit 151 die zweite
Empfangsschwelle T_2 während jeder der Kommunikationsphasen 451 bis 454 aus. Wird ein Unterschreiten der Empfangsschwelle T_2 für eine vorbestimmte Zeitdauer T4 festgestellt, so geht die Auswerteeinheit 151 davon aus, dass die Datenphase 453 begonnen hat und gibt das Ergebnis an die Anpasseinheit 152 aus. Daher passt die Anpasseinheit 152 die bisher für die
Kommunikationsphasen 451, 452, 454 verwendete erste Empfangsschwelle T_1 für die Datenphase 453 auf eine dritte Empfangsschwelle T_3 an. In anderen Worten, die Anpasseinheit 152 schaltet die erste Empfangsschwelle T_l, die für die Kommunikationsphasen 451, 452, 454 verwendet wird, auf die dritte
Empfangsschwelle T_3 für die Datenphase 453 um.
Dadurch wird nun von der Auswerteeinheit 151 in der Datenphase 453 zur Bewertung der empfangenen Daten in den Signalen CAN-EL_H CAN-EL_L die zweite und dritte Empfangsschwelle T_2, T_3 verwendet. Die dritte
Empfangsschwelle T_3 liegt bei dem Beispiel von Fig. 5 bei typischerweise etwa 0 V und somit ideal für die Pegel der Differenzspannung VDI FF in der
Datenphase 453 bei dem Beispiel von Fig. 5.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen jeweils ein ganz spezielles Beispiel für die vorbestimmte Zeitdauer T4. Die vorbestimmte Zeitdauer T4, die auch als Filterzeit t_filter bezeichnet werden kann, ist in der Auswerteeinheit 151 zumindest zeitweise gespeichert. Hierbei werden für die Auslegung der vorbestimmte Zeitdauer T4 sowohl eine typische Zeitdauer von Störungen auf dem Bus 40, die auch t_Störung genannt wird, und eine Bitzeitdauer t_bt berücksichtigt, welche die zeitliche Dauer eines Bits in den Signalen CAN-EL_H CAN-EL_L der derzeit vorliegenden Kommunikationsphase 451 bis 454 angibt. Somit gilt für die Auslegung der vorbestimmte Zeitdauer T insbesondere t_Störung < T4 < t_bt.
Die Bitrate in der Arbitrationsphase 451, der Rahmenendphase 454 und zumindest teilweise in der SoD-Phase wird langsamer gewählt als in der Datenphase 453 des Rahmens 450. Insbesondere wird die Bitrate in den Phasen 451, 452, 454 als 500 kbit/s gewählt, woraus eine Bitzeit von ca. 2ps folgt, wohingegen die Bitrate in der Datenphase 453 als 5 bis 8 Mbit/s gewählt wird, woraus eine Bitzeit von ca. 0,2ps und kürzer folgt. Somit ist die Bitzeit t_bt der Signale in den anderen Kommunikationsphasen 451, 452, 454 um mindestens den Faktor 10 größer als die Bitzeit des Signals in der Datenphase 453.
Für die Zeit des Übergangs von der Kommunikationsphase 451 bzw. 452 zu der Datenphase 453 ist der Datenempfang mittels der ersten und zweiten
Empfangsschwelle T_l, T_2 möglich, wenn auch nicht mit idealer Lage der Empfangsschwelle.
Somit werden auch in der Datenphase 453, in welcher die dritte
Empfangsschwelle T_3 zur Erzeugung des Empfangssignals RxD verwendet wird, mit der Auswerteeinheit 151 die Spannungswerte der Signale CAN-EL_H CAN-EL_L bzw. der Spannung VDIFF in Bezug auf die zweite Empfangsschwelle T_2 beobachtet. Mit dem daraus resultierenden Ergebnis kann von der
Auswerteeinheit 151 die Entscheidung getroffen werden, wann die
Rahmenendphase 454 beginnt, in welcher die Anpasseinheit 152 die dritte Empfangsschwelle T_3 wieder auf die erste Empfangsschwelle T_1 umschalten soll.
Wird in der Datenphase 453 mit der Auswerteeinheit 151 für eine vorbestimmte Zeitdauer T5 kein Unterschreiten der dritten Empfangsschwelle T_3 durch die Spannungswerte der Signale CAN-EL_H CAN-EL_L festgestellt, so schaltet die Anpasseinheit 152 die bisher für die Kommunikationsphasen 453 verwendete dritte Empfangsschwelle T_3 wieder auf die erste Empfangsschwelle T_1 um. Nach dieser Anpassung der Empfangsschwellen werden wieder die erste und zweite Empfangsschwelle T_l, T_2 zur Auswertung der Spannungswerte der Signale CAN-EL_H CAN-EL_L herangezogen.
Die vorbestimmte Zeitdauer T5 wird mindestens so groß gewählt, wie der Bus 40 in einem gleichen Zustand sein kann. Dies ist insbesondere für eine Bitzeitdauer t_bt der Fall. Insbesondere können die vorbestimmte Zeitdauer T5 und die vorbestimmte Zeitdauer T4 gleich lang sein.
Ganz allgemein können sich somit in mindestens zwei Kommunikationsphasen der verschiedenen Kommunikationsphasen 451 bis 454 die Buszustände 401, 402, U_D1, U_D2 unterscheiden, insbesondere können hierfür mindestens zwei verschiedene Physical Layer verwendet werden. Die Sende- /Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihre Einrichtung 15, kann eine automatische Umschaltung der Empfangsschwellen T_l, T_2 zu den
Empfangsschwellen T_2, T_3 abhängig von den derzeit vorliegenden
Kommunikationsphasen 451 bis 454 vornehmen, welche sich in mindestens einem Merkmal zur Erzeugung der zwei Buszustände 401, 402 oder der davon unterschiedlichen zwei Buszustände U_D1, U_D2 unterscheiden.
Durch die beschriebene Umschaltung des Senders 121 und der
Empfangsschwellen T_l, T_2, T_3 für den Empfänger 122 können in der Datenphase 453 weit höhere Datenraten als mit CAN oder CAN-FD erreicht werden. Zudem kann die Datenlänge in einem Datenfeld der Datenphase 453 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.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Fehlerrahmen in dem Bussystem 1 bei der Übertragung von Nachrichten 5 nicht benötigt werden. Dadurch werden Nachrichten 45 nicht mehr zerstört, was eine Ursache für die Notwendigkeit einer Doppelübertragung von Nachrichten beseitigt. Dadurch steigt die Nettodatenrate.
Fig. 6 zeigt eine Teilnehmerstation 100 mit einer Empfangsschwelle- Anpasseinrichtung 150 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die
Teilnehmerstation 100 kann anstelle der Teilnehmerstation 10 zum Einsatz kommen.
Bei der Teilnehmerstation 100 verfügt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 über einen zusätzlichen Anschluss zur Ausgabe eines Signals K14 an die Sende- Empfangseinrichtung 12, insbesondere deren Empfangsschwelle- Anpasseinrichtung 150. In diesem Fall wertet die Auswerteeinheit 151 den Wert des Signals K14 aus, um die Empfangsschwellen T_l, T_2 auf die Empfangsschwellen T_2, T_3 umzuschalten oder um die Empfangsschwellen T_2, T_3 auf die Empfangsschwellen T_l, T_2 umzuschalten.
Optional kann die Auswerteeinheit 151 zusätzlich eine Auswertung der Signale von Fig. 4 und/oder Fig. 5 vornehmen, wie zuvor beschrieben. Dabei kann eine Plausibilisierung erfolgen, um die Sicherheit der Umschaltung weiter zu erhöhen. Bei der Plausibilisierung kann insbesondere der Auswertungen der Signale von Fig. 4 und/oder Fig. 5 oder des Signals K14 ein höheres Gewicht gegeben werden.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 151 als Schaltblock, insbesondere als mindestens ein Transistor, ausgeführt sein, der die Empfangsschwellen T_l,
T_2, T_3 des Empfängers 122 auf der Grundlage des Werts des Signals K14 schaltet, wie zuvor beschrieben.
Ansonsten ist das Bussystem 1 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit 151 der Teilnehmerstation 10 eine Tiefpass-gefilterte Busdifferenzspannung VDIFF verwenden, insbesondere eine Mittelwert-Bildung der Spannung VDIFF durchführen, um die Empfangsschwellen T_l, T_2 auf die Empfangsschwellen T_2, T_3 umzuschalten oder um die Empfangsschwellen T_2, T_3 auf die Empfangsschwellen T_l, T_2 umzuschalten.
Der Mittelwert der Busdifferenzspannung VDIFF liegt in den
Kommunikationsphasen 451, 452, 454 bei dem Beispiel von Fig. 4 und Fig. 5 bei VDIFF/2 = 2V/2 = IV. Dagegen liegt der Mittelwert der Busdifferenzspannung VDIFF in der Datenphase 453 bei dem Beispiel von Fig. 4 und Fig. 5 bei VDIFF/2 = 0V.
Ansonsten ist das Bussystem 1 bei dem dritten Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Einrichtungen 15, 35, 150, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, 100, 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.
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder
Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie Ethernet und/oder 100 Base-Tl Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.
Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk 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, 100 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 oder 100 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur
Teilnehmerstation 30 oder nur Teilnehmerstationen 100 vorhanden sind.

Claims

Ansprüche
1) Einrichtung (12; 16; 32; 120) für ein serielles Bussystem (1), mit
einem Empfänger (122) zum Empfang eines Signals von einem Bus (40) des Bussystems (1), bei welchem Bussystem (1) zum
Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen Teilnehmerstationen (10, 20, 30; 100) des Bussystems (1) mindestens eine erste
Kommunikationsphase (451, 452, 454) und eine zweite
Kommunikationsphase (453) verwendet werden,
wobei sich für eine Nachricht (45) die Buszustände (401, 402) des in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) von dem Bus (40) empfangenen Signals von Buszuständen (U_D1, U_D2) des in der zweiten Kommunikationsphase (453) empfangenen Signals
unterscheiden,
wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, aus dem von dem Bus (40) empfangenen Signal ein digitales Signal (RxD) zu erzeugen und das Signal an eine Kommunikationssteuereinrichtung (11) auszugeben, welche in dem digitalen Signal (RxD) enthaltene Daten auswertet,
wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, in jeder der Kommunikationsphasen (451 bis 454) zur Erzeugung des digitalen Signals (RxD) eine erste Empfangsschwelle (T_l; T_3) und eine zweite Empfangsschwelle (T_2) zu verwenden, und
wobei die zweite Empfangsschwelle (T_2) einen negativen Spannungswert hat.
2) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach Anspruch 1,
wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, unabhängig von der Kommunikationsphase (451 bis 454), in welcher das Signal von dem Bus (40) empfangen wird, die zweite Empfangsschwelle (T_2) zu verwenden, und wobei der Empfänger (122) ausgestaltet ist, in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) zur Erzeugung des digitalen Signals (RxD) zusätzlich die erste Empfangsschwelle (T_l) zu verwenden und in der zweiten Kommunikationsphase (453) eine dritte Empfangsschwelle (T_3) zu verwenden, deren positiver Spannungswert kleiner als der positive Spannungswert der ersten Empfangsschwelle (T_l) ist.
3) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Buszustände (401, 402) des in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) von dem Bus (40) empfangenen Signals mit einem anderen Physical Layer erzeugt sind als die Buszustände (U_D1, U_D2) des in der zweiten Kommunikationsphase (453) empfangenen Signals.
4) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei in der ersten Kommunikationsphase (451) Bits der Signale eine Bitzeit (t_bt) haben, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit (t_bt) von Bits ist, die in der zweiten
Kommunikationsphase (453) getrieben werden.
5) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Bussystems (1) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (453) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt.
6) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, zudem mit einer Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung (15) zur Auswertung des von dem Bus (40) empfangenen Signals in Bezug auf die derzeit vorliegende Kommunikationsphase (451 bis 454) und zur Umschaltung der ersten Empfangsschwelle (T_l) auf die dritte
Empfangsschwelle (T_3) oder zur Umschaltung der dritten
Empfangsschwelle (T_3) auf die erste Empfangsschwelle (T_l) auf der Grundlage des Ergebnisses der Auswertung. 7) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung (15) die erste Empfangsschwelle (T_l) auf die dritte Empfangsschwelle (T_3) umschaltet, wenn nach der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454), in welcher kein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf den Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, zu der
Kommunikationsphase (453) mit dem exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) umgeschaltet wird.
8) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die
Empfangsschwelle-Anpasseinrichtung (15) ausgestaltet ist, eine
Mittelwert-Bildung einer Differenzspannung (VDIFF) von zwei von dem Bus (40) empfangenen Signalen durchzuführen, um die erste
Empfangsschwelle (T_l) auf die dritte Empfangsschwelle (T_3) umzuschalten oder um die dritte Empfangsschwelle (T_3) auf die erste Empfangsschwelle (T_l) umzuschalten.
9) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
zudem mit einem Sender (121) zum Senden von Nachrichten (45) auf einen Bus (40) des Bussystems (1),
wobei der Sender (121) beim Senden der verschiedenen
Kommunikationsphasen (451 bis 454) einer Nachricht (45; 46) ausgestaltet ist, zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart zu schalten.
10) Einrichtung (12; 16; 32; 120) nach Anspruch 9,
wobei der Sender (121) in der ersten Betriebsart ausgestaltet ist, einen ersten Datenzustand als Buszustand (402) mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern (41, 42) der Busleitung (3) zu erzeugen und einen zweiten Datenzustand als Buszustand (401) mit demselben Buspegel für die zwei Busadern (41, 42) der Busleitung (3) zu erzeugen, und wobei der Sender (121) in der zweiten Betriebsart ausgestaltet ist, den ersten und zweiten Datenzustand jeweils als Buszustand (U_D1, U_D2) mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern (41, 42) der Busleitung (3) zu erzeugen.
11) Teilnehmerstation (10; 30; 100) für ein serielles Bussystem (1), mit
einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 30; 100) mit
mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100) des Bussystems (1), und
einer Einrichtung (12; 32) nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
12) Teilnehmerstation (100) nach Anspruch 11,
wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) ausgestaltet ist, ein Signal (K14) an die Einrichtung (120) zu senden, und
wobei die Einrichtung (120) ausgestaltet ist, auf der Grundlage des von der Kommunikationssteuereinrichtung (11) gesendeten Signals (K14) die erste Empfangsschwelle (T_l) auf die dritte
Empfangsschwelle (T_3) umzuschalten oder die dritte
Empfangsschwelle (T_3) auf die erste Empfangsschwelle (T_l) umzuschalten.
13) Bussystem (1), mit
einem Bus (40), und
mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 100), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können und von denen mindestens eine Teilnehmerstation (10; 30; 100) eine Teilnehmerstation (10; 30; 100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 ist.
14) Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einem Empfänger (122) zum Empfang eines Signals von einem Bus (40) des Bussystems (1) ausgeführt wird, bei welchem Bussystem (1) zum Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen Teilnehmerstationen (10, 20, 30; 100) des Bussystems (1) mindestens eine erste Kommunikationsphase (451, 452, 454) und eine zweite Kommunikationsphase (453) verwendet werden, und wobei der
Empfänger (122) die Schritte ausführt,
Empfangen eines Signals von dem Bus (40) des Bussystems (1), wobei sich für eine Nachricht (45) die Buszustände (401, 402) des in der ersten Kommunikationsphase (451, 452, 454) von dem Bus (40) empfangenen Signals von Buszuständen (U_D1, U_D2) des in der zweiten Kommunikationsphase (453) empfangenen Signals
unterscheiden,
Erzeugen eines digitalen Signals (RxD), aus dem von dem Bus
(40) empfangenen Signal, und
Ausgeben des erzeugten digitalen Signals (RxD) an eine
Kommunikationssteuereinrichtung (11), welche in dem digitalen Signal (RxD) enthaltene Daten auswertet,
wobei der Empfänger (122) in jeder der Kommunikationsphasen
(451 bis 454) beim Erzeugen des digitalen Signals (RxD) eine erste Empfangsschwelle (T_l; T_3) und eine zweite Empfangsschwelle (T_2) verwendet, und
wobei die zweite Empfangsschwelle (T_2) einen negativen Spannungswert hat.
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