CN107925441B - 用于经由供电线路进行数据通信的电路元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于经由至少一个供电线路（12）进行数据通信的电路元件（10、10’），包括：至少一个用于连接到至少一个供电线路（12）的通信接口（20）；至少一个经由耦合线圈（22）与所述至少一个通信接口（20）连接的供电接口（30）；和至少一个与次级通信单元（50）连接的数据接口（40）。在此，通信接口（20）经由耦合电容器（24）与初级通信单元（60）连接，并且通信单元（50、60）能够借助耦合单元（70）相互耦合。

Description

用于经由供电线路进行数据通信的电路元件

技术领域

本发明涉及用于经由至少一个供电线路进行数据通信的电路元件。

背景技术

在目前的机动车中存在相互通信和交换数据的模块。在此，例如涉及由传感器记录的测量值，这些测量值被传输给控制设备，以及涉及用于操控模块的控制信号。

为了在控制设备之间传输数据，例如使用总线系统如CAN或以太网。在此，总线系统包括用于给控制设备供应电能的供电线路以及与其分离的、用于从控制设备或向控制设备传输数据的数据线路。

也已知了用于数据传输的系统，在其中数据经由供电线路被一同传输。所述供电线路在此传导以低频电压（例如50Hz）形式、或者以直流电压形式的供电电压。在此，将数据作为高频信号经由供电线路来传输。

这些控制设备具有相应的电路，以便将高频信号与供电电压分离。在此，尤其是设置有用于将供电电压输出耦合的低通电路和用于将高频信号从供电线路中输出耦合的高通电路。

由DE 10 2013 105 209 A1公知了用于经由直流电压线路在通信单元之间传输数据的方法和系统。在此，每个通信单元包括带有两个磁耦合的绕组的变压器。这两个绕组之一在此被接入到直流电压线路中，并且可以经由另一绕组将数据从直流电压线路中输出耦合以及输入耦合到直流电压线路中。

由US 2005/0069321 A1公知了一种用于经由交变电压线路进行数据传输的耦合电路装置。该耦合电路装置在此包括能量供给电路，其由交变电压线路中输出耦合低频交变电压并且将其整流。此外，该耦合电路装置还包括用于从交变电压线路输出耦合数据的带通电路。

由WO 2013/127909 A1公知了一种用于交变电压线路的调制/解调单元，尤其用于具有12kV额定电压的中间电压线路的调制/解调单元。

发明内容

推荐了一种用于经由至少一个供电线路进行数据通信的电路元件。在此，该电路元件包括：至少一个通信接口，用于连接到至少一个供电线路上；至少一个供电接口，所述供电接口经由耦合线圈与所述至少一个通信接口连接；以及至少一个数据接口，所述至少一个数据接口与次级通信单元连接。

所述供电线路在此用于传输供电电压以对电路元件和其他模块供给电能。供电电压尤其是直流电压，并且供电线路尤其是直流电压线路。但是也可以设想，带有例如50Hz或60Hz频率的低频交变电压作为供电电压。供电线路同样用于传输数据。这些数据在此以高频信号的形式存在并且叠加于前述供电电压、也即所述直流电压或低频交变电压。针对高频信号，耦合线圈是相对高的阻抗。因而，在供电接口上例如附有至少近似平滑的直流电压，而在供电接口处不存在或仅极其强烈衰减地存在高频信号。

按照本发明，在此通信接口经由耦合电容器与初级通信单元连接，并且设置有耦合单元，借助所述耦合单元可以将通信单元相互耦合。

针对高频信号，耦合电容器是相对小的阻抗。因而，在初级通信单元处仅仅附有高频信号，而供电电压被耦合电容器阻挡。

在此，初级通信单元和次级通信单元布置在电路元件的内部。经由通信接口与供电线路连接的初级通信单元用于经由供电线路的数据通信。与数据接口连接的次级通信单元用于与连接到数据接口上的组件通信，例如与传感器或总线系统如CAN总线或以太网通信。

按照本发明的有利的改进方案，在电路元件中设置有用于连接另外的供电线路的另外的通信接口，其中所述另外的通信接口经由另外的耦合电容器与另外的初级通信单元连接。由此，经由多个供电线路的数据通信是可能的。

按照本发明的一种有利的扩展方案，通信接口被构造为双极的，并且通信接口的每个极各经由一个单独的耦合线圈与双极构造的供电接口的一个极连接。因此，在通信接口和供电接口之间的连接被实施为对称的。

按照本发明的另一有利的扩展方案，通信接口被构造为双极的，并且通信接口的极直接与双极构造的供电接口的极连接。在通信接口和供电接口之间的连接因而被实施为非对称的。

尤其是，通信接口的极和供电接口的、直接相互连接的极也可以与地连接。在此，通信接口的极和供电接口的极也可以直接与共同的地、例如壳体或车辆车身连接。在该情况下，仅仅需要一个线芯用于供电线路布线。

按照本发明的又一有利的扩展方案，通信接口被构造为双极的，并且通信接口的每个极各经由一个单独的耦合电容器与双极构造的初级通信单元的一个极连接。

按照本发明的又另一有利的扩展方案，通信接口被构造为双极的，并且通信接口的极直接与双极构造的初级通信单元的极连接。

优选地，每个初级通信单元具有调制器电路和/或解调器电路用于调制和/或解调高频信号。例如，可以使用信号载波调制方法以及多载波调制方法。

耦合单元优选地具有用于转换各种通信协议的装置。

有利地，在通信接口和初级通信单元之间附加地设置带通滤波器、尤其是较高阶带通滤波器。由此，改善输出耦合的信号的质量。

按照本发明的电路元件有利地应用在机动车、尤其是电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）或插电式混合动力车辆（PHEV）中。

发明优点

按照本发明的电路元件被设计用于，经由带有直流电压的直流电压线路来进行数据通信。但是经由带有低频、例如50Hz频率的交变电压的交变电压线路的数据通信也是可能的。

按照本发明的电路元件可以被用作发射器以及用作接收器。在时域中以及在频域中，在双工运行方式中在两个方向上通信也是可能的。在此情况下，针对每个通信方向设置固定的时隙或单独的频率。

如在总线系统中一样，该电路元件也可以用于点对点连接。例如可以通过类似于在以太网中的数据包（Packete）来进行通信。尤其是可以越过多个用作节点的电路元件来进行通信。数据流量的加密和解密以及电路元件作为在总线系统中的用户的认证也是可能的。

此外，在两个总线系统之间也可以使用电路元件作为网关。在此，总线系统的供电线路经由通信接口与初级通信单元连接，并且另外的总线系统的供电线路经由另外的通信接口与另外的初级通信单元连接。耦合单元具有相应的装置，用于耦合两个通信单元以及用于转换相应的通信协议、例如将CAN通信协议转换为以太网协议。也可以设想用于连接CAN网络的多个区段（Segmente）的CAN总线仲裁。

附图说明

根据附图和下面的描述进一步阐述本发明的实施方式。其中：

图1示出了电路元件的示意图，

图2示出了通信系统的示例性拓扑结构的示意图，和

图3示出了带有简化的电路元件的通信系统的示意图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的下面的描述中，相同或类似的元件用相同的参考标记来表示，其中在个别情况中放弃对这些元件的重复描述。这些图仅仅示意性地示出本发明的主题。

在图1中，示出了用于经由供电线路12进行数据通信的电路元件10。电路元件10当前包括多个用于连接到各自供电线路12上的通信接口20。供电线路12当前是直流电压线路。在所示的视图中，在此仅仅详细示出通信接口20之一，而另外的通信接口20仅仅被简略示出。

通信接口20中的每个当前被实施为双极的并且包括正极和负极。通信接口20的每个极经由耦合线圈22与供电单元42连接，该供电单元42又与多个、当前三个供电接口30连接。因此，通信接口20中的每个经由两个耦合线圈22与供电接口30连接。

供电接口30中的每个当前也实施为双极的，并且包括一个正极和一个负极。供电接口30用于通过施加供电电压（当前直流电压）来馈入电能。所施加的供电电压经由耦合线圈22被馈入到供电线路12中。供电接口30也用于续传电能，所述电能经由另外的供电接口30或经由供电线路12被馈入。

为此，供电单元42包括第一汇流排44和第二汇流排46。通信接口20的正极分别经由耦合线圈22与供电单元42的第一汇流排44连接，并且通信接口20的负极分别经由耦合线圈22与供电单元42的第二汇流排46连接。

供电接口30的正极与供电单元42的第一汇流排44连接，供电接口30的负极与供电单元42的第二汇流排46连接。为了平滑直流电压以及为了减少高频干扰可以附加地在汇流排44、46之间或在供电接口30之一的极之间连接辅助电容器。

此外，通信接口20的每个极经由耦合电容器24与初级通信单元60连接。初级通信单元60具有用于调制待传输的信号的调制器电路。同样，初级通信单元60具有用于解调接收的信号的解调器电路。

如已经提及的，电路元件10包括多个通信接口20，其中在所示示图中仅仅详细示出通信接口20中的一个。另外的通信接口20被构造得与详细示出的通信接口20类似，并且经由单独的耦合电容器24分别与单独的初级通信单元60连接。

电路元件10也包括多个、当前为两个数据接口40用于分别连接到传感器或单独的总线系统、例如CAB总线或以太网上。在此，数据接口40中的每个当前被实施为双极的并且与单独的次级通信单元50连接。

次级通信单元50如初级通信单元60一样布置在电路元件10内部。初级通信单元60用于经由供电线路12来数据通信。次级通信单元50用于与连接到数据接口40上的组件通信。

次级通信单元50和初级通信单元60与耦合单元70连接。借助于耦合单元70，次级通信单元50和初级通信单元60尤其可以成对地耦合。这意味着，初级通信单元60中的一个或者次级通信单元50中的一个分别与初级通信单元60中的另一个或者次级通信单元50中的另一个耦合。

为此，耦合单元70具有用于转换不同通信协议、例如从CAN转换到以太网的装置。因此，电路元件10例如可以被使用作为在两个不同总线系统之间的网关。此外，耦合单元70也可以在相同的总线系统内部作为数据开关用作多于两个用户的中继单元。

在图2中示意性示出了带有多个、当前为四个电路元件10的通信系统5的示例性拓扑结构。通信接口20、供电接口30以及单个电路元件10的数据接口40分别实施为双极的，但是在该示图中仅仅示出一极。同样，在电路元件10之间设置的供电线路12分别被实施为双极的，但是在该示图中仅仅示出一极。

电路元件10之一的供电接口30与电压供给32连接，所述电压供给当前将直流电压施加到前述供电接口30的极上。由此，电压供给32将电能馈入到通信系统5中。所施加的直流电压经由未示出的耦合线圈22馈入到供电线路12之一中，并且续传给下个电路元件10。从那里，直流电流经由供电线路12之一被续传给各个下面的电路元件10。

电路元件10之一的数据接口40与单独的总线系统52连接。该单独的总线系统52的数据以高频信号的形式从电路元件10的前述数据接口40输入耦合到供电线路12之一中。

通信系统5的在所示的示图中中央布置的电路元件10用作网关。这意味着，前述电路元件10从供电线路12之一接收数据，并且将接收的数据输入耦合到连接上的其他供电线路12中。为此，前述中央布置的电路元件10当前具有三个通信接口20。

图3示出了带有简化的电路元件10’的通信系统5的示意图。在此，简化的电路元件10被连接到供电线路12上。供电线路12具有欧姆导线电阻14和导线电感16。欧姆导线电阻14以及导线电感16在该示图中仅仅在供电线路12的线芯中画入。

简化的电路元件10’中的每个包括两极实施的通信接口20和两极地实施的供电接口30。在此，通信接口20的一个极直接与供电接口30的一个极连接。通信接口20的另一极经由耦合线圈22与供电接口30的另一极连接。

简化的电路元件10’的每个也包括双极地实施的初级通信单元60。在此，通信接口20的一个极直接与初级通信单元60的一个极连接。通信接口20的另一极经由耦合电容器24与初级通信单元60的另一极连接。

此外，简化的电路元件10’中的每个包括两极实施的数据接口40，其与两极实施的次级通信单元50连接。简化的电路元件10’中的每个也包括耦合单元70，用于将次级通信单元50与初级通信单元60耦合。

简化的电路元件10’中的一个的供电接口30与电压供给32连接，该电压供给当前馈入直流电压。该电压供给32包括电压源34以及内阻36。简化的电路元件10’中的另一个的供电接口30与耗电器37连接。所述耗电器37包括负载电阻38。

因此，电压供给32将用于对两个简化的电路元件10’以及耗电器37供电的电能馈入到通信系统5中。在此，电能经由在两个简化的电路元件10’之间的供电线路12传输。

简化的电路元件10’之一的数据接口40接收以高频信号形式经由耦合电容器24被输入耦合到供电线路12中的数据。在简化的电路元件10’之一的另一个中，将所述高频信号经由耦合电容器24从供电线路12输出耦合，并且将数据传输给简化的电路元件10’中的另一个的数据接口40。

在此，简化的电路元件10’的耦合线圈22的电感应当是相对大的。尤其，在简化的电路元件10’中的耦合线圈22的电感22应当比供电线路12的导线电感16大。

这些考虑对于在图1和图2中所示的电路元件10也是有效的。这意味着，电路元件10的两个耦合线圈22的电感应当大于连接到通信接口20上的供电线路12的导线电感16。

本发明不限于所描述的实施例以及其中提出的方面。相反，在通过权利要求说明的范围内可能有多种变型，它们处于本领域技术人员的处理的范畴中。

Claims (8)

1.一种用于经由至少一个供电线路（12）进行数据通信的电路元件（10、10’），所述电路元件包括：

至少一个通信接口（20），所述通信接口用于连接到所述至少一个供电线路（12），

至少一个供电接口（30），所述供电接口经由耦合线圈（22）与所述至少一个通信接口（20）连接，和

至少一个数据接口（40），所述数据接口与次级通信单元（50）连接，

其特征在于，

所述通信接口（20）经由耦合电容器（24）与初级通信单元（60）连接，

所述通信单元（50、60）能够借助耦合单元（70）彼此耦合，

所述通信接口（20）被构造为双极的，

所述通信接口（20）的每个极经由单独的耦合电容器（24）与所述双极构造的初级通信单元（60）的一个极连接，

每个初级通信单元（60）具有调制器电路和/或解调器电路，以及

所述耦合单元（70）具有用于转换各种通信协议的装置。

2.如权利要求1所述的电路元件（10、10’），其特征在于，

设置有另外的、经由耦合电容器（24）与另外的初级通信单元（60）连接的通信接口（20），用于连接到另外的供电线路（12）。

3.如权利要求1至2之一所述的电路元件（10），其特征在于，

所述通信接口（20）被构造为双极的，并且所述通信接口（20）的每个极经由单独的耦合线圈（22）与所述双极构造的供电接口（30）的一个极连接。

4.如权利要求1至2之一所述的电路元件（10’），其特征在于，

所述通信接口（20）被构造为双极的，并且所述通信接口（20）的极直接与双极构造的供电接口（30）的极连接。

5.如权利要求1至2之一所述的电路元件（10、10’），其特征在于，

所述通信接口（20）被构造为双极的，并且所述通信接口（20）的极直接与所述双极构造的初级通信单元（60）的极连接。

6.根据权利要求1至2之一所述的电路元件（10、10’），其特征在于，

在所述通信接口（20）和所述初级通信单元（60）之间附加地设置有带通滤波器。

7.根据上述权利要求之一所述的电路元件（10、10’）在电动车辆（EV）或混合动力车辆（HEV）中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述混合动力车辆（HEV）为插电式混合动力车辆（PHEV）。

Images