DE102023201219A1

DE102023201219A1 - Sendemodul und Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem

Info

Publication number: DE102023201219A1
Application number: DE102023201219.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Felix Lang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-02-14
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2024-08-14
Also published as: WO2024170201A1

Abstract

Es ist ein Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Das Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) hat eine erste Sendestufe (121A; 121A1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, eine zweite Sendestufe (121B; 121B1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, eine dritte Sendestufe (121C; 121C1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), einer vierten Sendestufe (121D; 121D1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), und eine Regelschaltung (15; 15A; 15B) zum Abgleich einer Gleichtaktspannung (VCM) für die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D; 121A1, 121D1) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B; 121C1, 121B1) in Reihe geschaltet sind, wobei die Regelschaltung (15; 15A; 15B) ein Replikum (152; 153; 153A) einer Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) aufweist, und wobei das Replikum (152; 153; 153A) an die Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) angeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sendemodul und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem, die insbesondere für CAN XL bei Einhaltung der Emissions-Grenzwerte (EMV) verwendbar sind.
Stand der Technik
Serielle Bussysteme werden zur Nachrichten- oder Datenübertragung in technischen Anlagen verwendet. Beispielsweise kann ein serielles Bussystem eine Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten in einem Fahrzeug oder einer technischen Produktionsanlage, usw. ermöglichen.
Bei einem CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN- und/oder CAN FD Protokolls übertragen, wie es im Standard ISO-11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD beschrieben ist. Bei CAN FD wird bei der Übertragung auf dem Bus zwischen einer langsamen Betriebsart in einer ersten Kommunikationsphase (Arbitrationsphase) und einer schnellen Betriebsart in einer zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) hin und her geschaltet. Bei einem CAN FD-Bussystem ist eine Datenübertragungsrate von größer 1 MBit pro Sekunde (1Mbps) in der zweiten Kommunikationsphase möglich. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 500kbit/s Arbitrationsbitrate und 2Mbit/s Datenbitrate im Fahrzeug eingesetzt.
Um noch größere Datenraten in der zweiten Kommunikationsphase zu ermöglichen, gibt es Nachfolgebussysteme für CAN FD, wie beispielsweise CAN-SIC und CAN XL. Bei CAN- SIC gemäß dem Standard CiA601-4 der Organisation CAN in Automation (CiA) kann in der zweiten Kommunikationsphase eine Datenrate von etwa 5 bis 8 Mbit/s erreicht werden. Bei CAN XL ist eine Datenrate in der zweiten Kommunikationsphase von > 10 Mbit/s gefordert. Für CAN XL ist derzeit ein Standard CiA610-3 definiert.
Zum Senden und Empfangen der Bussignale werden in einem CAN-Bussystem für die einzelnen Kommunikationsteilnehmer üblicherweise Sende-/Empfangseinrichtungen eingesetzt, die auch als CAN-Transceiver oder CAN FD Transceiver usw. bezeichnet werden. Die Sendefunktion des CAN-Transceivers ist in einem Block namens Transmitter umgesetzt. Der Transmitter übersetzt eine Folge von digitalen Zuständen (HI = high oder LW = low) eines digitalen Sendesignals in ein differentielles Bussignal zwischen Busanschlüssen CANH und CANL.
Bei allen oben genannten CAN basierten Bussystemen wird für ein Sendesignal TxD separat ein Bussignal CAN_H und idealerweise gleichzeitig ein Bussignal CAN_L mit einem vorbestimmten Buspegel bzw. Busspannung V_CAN_H, V_CAN_L auf einen Bus getrieben. Hierbei wird zumindest in der ersten Kommunikationsphase in den Bussignalen CAN_H, CAN_L ein Buszustand aktiv getrieben. Der andere Buszustand wird nicht getrieben und stellt sich aufgrund eines Abschlusswiderstands für Busleitungen bzw. Busadern des Busses ein. Die resultierende Spannung auf dem Bus ist die Differenzspannung VDIFF = CAN_H - CAN_L, genauer gesagt, die Differenzspannung ist gleich der Spannung U des Signals CAN_H minus der Spannung U des Signals CAN_L.
Die Differenzspannung VDIFF variiert je nach dem Zustand, der auf dem Bus zu übertragen ist. Für den Zustand dominant gilt VDIFF_dom = 2V. Für den Zustand rezessiv gilt VDIFF_rec = 0V. Für den Zustand Level0 gilt VDIFF_L0 = 1V. Für den Zustand Level1 gilt VDIFF_L1 = -1V. Jedoch sollen für alle genannten Zustände die beiden Buspegel bzw. Spannungsamplituden VCAN_H, VCAN_L der Signale CAN_H, CAN_L um den Wert einer Gleichtaktspannung V_CM = VCAN_H + VCAN_L = 5 V zentriert bleiben. Dies ist wichtig, weil Variationen dieser Gleichtaktspannung V_CM eine Störaussendung des CAN-Transceivers verursachen. Der Wert von 5 V entspricht dem Wert der Spannung Vcc, die auch CAN-Supply genannt wird. Zur Erfüllung der CAN-Spezifikationen (ISO11898-2:2016, CiA601-4, CiA610-3) und der EMV-Norm (IEC62228-3) sollte die Gleichtaktspannung V_CM unabhängig von dem Bussignal bzw. der Differenzspannung VDIFF immer genau auf der gleichen Spannung bleiben. Dies gilt auch während der Schaltvorgänge zwischen den verschiedenen Buszuständen.
Die CAN-Transceiver oder CAN FD Transceiver dürfen bezüglich der leitungsgebundenen Abstrahlung bzw. Emission die Grenzwerte für den Betrieb im Fahrzeug nicht überschreiten. Tranceiver für CAN XL müssen im Vergleich zu CAN FD und CAN SIC noch strengere Grenzwerte einhalten, die in der Norm IEC62228-3 festgelegt sind. Nur so ist ein Betrieb des Bussystems bei den vorgegebenen höheren Bitraten möglich. Je nach verfügbarer Halbleitertechnologie stellt die Einhaltung dieser strengen Grenzwerte eine große Herausforderung dar.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sendemodul und ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen das Sendemodul und das Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem die Kompensation von Störgrößen ermöglichen, welche sich auf das Emissionsverhalten des Sendemoduls auswirken.
Die Aufgabe wird durch ein Sendemodul zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das Sendemodul hat eine erste Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für ein erstes Signal, das auf einen Bus des Bussystems zu senden ist, eine zweite Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für ein zweites Signal, das als ein zu dem ersten Signal differentielles Signal auf den Bus zu senden ist, eine dritte Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für das erste Signal, eine vierte Sendestufe zur Erzeugung von Sendeströmen für das zweite Signal, und eine Regelschaltung zum Abgleich einer Gleichtaktspannung für die erste bis vierte Sendestufe, wobei die erste bis vierte Sendestufe in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe in Reihe geschaltet sind, wobei die Regelschaltung ein Replikum einer Ausgangsstufe des Sendemoduls aufweist, und wobei das Replikum an die Ausgangsstufe des Sendemoduls angeschlossen ist.
Das beschriebene Sendemodul ist ausgestaltet, die Gleichtaktspannung unabhängig von einem Bussignal VDIFF immer genau auf der gleichen Spannung zu halten. Dies gilt auch während der Schaltvorgänge zwischen den verschiedenen Buszuständen dom, sic und rec oder L0 und L1.
Insbesondere stellt das beschriebene Sendemodul sicher, dass die Gleichtaktspannung gleich bleibt, auch wenn die Gleichtaktspannung von der Temperatur- und Prozessabhängigkeit von Dioden und Kaskoden (Bauteilparameter und Leckströme) des Sendemoduls beeinflusst wird. Dies gilt auch für ein Sendemodul, bei welchem eine Widerstandsbrücke, die auch stromgesteuerte H-Brücke genannt wird, noch eine zusätzliche Abhängigkeit vom Abgleich (Matching bzw. Mismatching) von Bias-Strömen hat. Zudem gilt dies auch für ein Sendemodul, bei welchem eine Widerstandsbrücke, die auch resistive H-Brücke genannt wird, eine zusätzliche Temperatur-und Prozessabhängigkeit von einem Kanalwiderstand von Strombegrenzungstransistoren aufweist.
Damit ermöglicht das beschriebene Sendemodul, dass die geforderten Grenzwerte für die Emission einer Sende-/Empfangseinrichtung für CAN XL erreicht werden können. Das Sendemodul erfüllt dabei insbesondere die Norm IEC62228-3, in welcher die Vorgaben für CAN XL und die einzuhaltenden Grenzwerte für die Buszustände dom, sic und rec auf dem Bus festlegt sind, die aufgrund von Sendezuständen dom, sic und rec des Sendemoduls erzeugt wurden.
Dadurch verhindert das Sendemodul Emissionen und lässt somit den Betrieb im Bussystem bei höheren Bitraten zu.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Sendemoduls sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Gleichtaktpunkt des Replikums kann auf der Gleichtaktspannung des Ausgangs der Sendestufen liegen. Gemäß einer Ausgestaltung hat die Regelschaltung zudem einen Differenzverstärker mit einem Eingang, der an den Gleichtaktpunkt des Replikums angeschlossen ist, und einen Regeltransistor zum Regeln einer Gleichtaktspannung auf einen vorbestimmten Wert, wobei die Gleichtaktspannung an dem Gleichtaktpunkt des Replikums anliegt.
Denkbar ist, dass das Replikum eine Reihenschaltung aus einem Transistor, einer Diode, einem Transistor, einer Diode, einem Transistor und einem Transistor in der genannten Reihenfolge aufweist, wobei die Größen der Bauteile der Reihenschaltung um einen vorbestimmten Faktor kleiner als Größen der Bauteile des Ausgangs der ersten und vierten Sendestufe sind. Hierbei können der Transistor und der Transistor jeweils als Kaskode ausgestaltet sein.
Bei dem zuvor beschriebenen Sendemodul können Ausgangsanschlüsse der Vollbrücke zum Anschluss an einen Abschlusswiderstand des Busses vorgesehen sein, wobei das Replikum in der Reihenschaltung eine Buslast aufweist, die eine Nachbildung eines Abschlusswiderstands des Busses ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die Buslast zwei Widerstände, die beide an den Gleichtaktpunkt des Replikums angeschlossen sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hat das Replikum eine Schalteinheit zum Einschalten oder Ausschalten der Buslast.
Jede Sendestufe kann ausgestaltet sein, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls von der Sendestufe ausgegebenen elektrischen Stroms mit einem Stromspiegel am Eingang der Sendestufe einzustellen.
Der Stromspiegel am Eingang jeder Sendestufe kann zwei CMOS-Transistoren aufweisen, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der ersten Sendestufe PMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der zweiten Sendestufe NMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der dritten Sendestufe PMOS-Transistoren sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der vierten Sendestufe NMOS-Transistoren sind.
Jede Sendestufe kann mindestens zwei Stromstufen aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind. Hierbei können die mindestens zwei Stromstufen mindestens eine Stromsenke aufweisen. Möglich ist, dass eine Anzahl n der mindestens zwei Stromstufen für jede der ersten bis vierten Sendestufe dieselbe ist, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist.
Das Sendemodul hat möglicherweise zudem einen ersten Widerstand, dessen eines Ende an die erste Sendestufe angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an die dritte Sendestufe angeschlossen ist, und einen zweiten Widerstand, dessen eines Ende an die zweite Sendestufe angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an die vierte Sendestufe angeschlossen ist.
Das Sendemodul kann zudem eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung von schaltbaren Komponenten der ersten bis vierten Sendestufe in Abhängigkeit von einem digitalen Sendesignal und von einer für das Sendemodul eingestellten Betriebsart aufweisen. Möglicherweise ist die Ansteuerschaltung zum zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schalten der Widerstandswerte der mindestens zwei Stromstufen ausgestaltet.
Das zuvor beschriebene Sendemodul kann Teil einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem ein Empfangsmodul zum Empfangen von Signalen von dem Bus aufweist.
Die Sende-/Empfangseinrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung aufweist zum Steuern der Kommunikation in dem Bussystem und zur Erzeugung eines digitalen Sendesignals zur Ansteuerung der ersten bis vierten Sendestufe.
Möglicherweise ist die Teilnehmerstation für die Kommunikation in einem Bussystem ausgestaltet, in dem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf den Bus des Bussystems gewährleistet ist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 20 gelöst. Das Verfahren wird mit einem Sendemodul ausgeführt, das eine erste bis vierte Sendestufe und eine Regelschaltung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit der ersten Sendestufe, von Sendeströmen für ein erstes Signal, das auf einen Bus des Bussystems zu senden ist, Erzeugen, mit der zweiten Sendestufe, von Sendeströmen für ein zweites Signal, das als ein zu dem ersten Signal differentielles Signal auf den Bus zu senden ist, Erzeugen, mit der dritten Sendestufe, von Sendeströmen für das erste Signal, Erzeugen, mit der vierten Sendestufe von Sendeströmen für das zweite Signal, und Abgleichen, mit der Regelschaltung, einer Gleichtaktspannung für die erste bis vierte Sendestufe, wobei die erste bis vierte Sendestufe in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe in Reihe geschaltet sind, wobei die Regelschaltung ein Replikum einer Ausgangsstufe des Sendemoduls aufweist, und wobei das Replikum an die Ausgangsstufe des Sendemoduls angeschlossen ist.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Sendemodul 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:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann;
3 ein Beispiel für den idealen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN_H, CAN_L in dem Bussystem von 1;
4 den zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF, die sich auf dem Bus des Bussystems infolge der Bussignale von 3 ausbildet;
5 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) in Bussignale CAN_H, CAN_L für einen Bus des Bussystems von 1 umgesetzt werden soll;
6 den zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L beim Wechsel zwischen einem rezessiven Buszustand zu einem dominanten Buszustand und zurück zu dem rezessiven Buszustand, die in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) aufgrund des Sendesignals von 5 auf den Bus gesendet werden;
7 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches in der Datenphase in Bussignale CAN_H, CAN_L für den Bus des Bussystems von 1 umgesetzt werden soll;
8 den zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L, die in der Datenphase aufgrund des Sendesignals von 7 auf den Bus gesendet werden;
9 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
10 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Einschaltung verschiedener Stromstufen einer Sendestufe für ein erstes spezielles Beispiel des Sendemoduls von 9;
11 ein Detail einer Sendestufe für ein zweites spezielles Beispiel des Sendemoduls von 9;
12 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
13 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
14 ein Schaltbild eines Sendemoduls für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise zumindest abschnittsweise ein CAN-Bussystem, ein CAN-FD-Bussystem, usw., sein kann. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 oder Busleitung mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L für die Signale auf dem Bus 40 genannt werden. Über den Bus 40 können Nachrichten 45, 46, 47 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 übertragen werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 können beispielsweise Steuergeräte oder Anzeigevorrichtungen eines Kraftfahrzeugs sein.
Wie in 1 gezeigt, haben die Teilnehmerstationen 10, 30 jeweils eine Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122.
Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 hat ein Sendemodul 221 und ein Empfangsmodul 222.
Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 30 und die Sende-/Empfangseinrichtung 22 der Teilnehmerstation 20 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21 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 Kommunikationssteuereinrichtungen 11 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, 47, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45, 47 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45, 47 beispielsweise auf der Grundlage des CAN SIC-Formats oder des CAN XL-Formats aufgebaut. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 45, 47 von dem Bus. Das Sendemodul 121 empfängt ein von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für eine der Nachrichten 45, 47 erstelltes digitales Sendesignal TxD und setzt dieses in Signale auf den Bus 40 um. Das Empfangsmodul 121 empfängt auf dem Bus 40 gesendete Signale entsprechend den Nachrichten 45 bis 47 und erzeugt daraus ein digitales Empfangssignal RxD. Das Empfangsmodul 122 sendet das Empfangssignal RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise CAN FD-Nachrichten 46. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 46 von dem Bus 40. Das Sendemodul 221 empfängt ein von der Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstelltes digitales Sendesignal TxD und setzt dieses in Signale für eine Nachricht 46 auf den Bus 40 um. Das Empfangsmodul 221 empfängt auf dem Bus 40 gesendete Signale entsprechend den Nachrichten 45 bis 47 und erzeugt daraus ein digitales Empfangssignal RxD. Ansonsten kann die Sende-/Empfangseinrichtung 22 wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein.
Zum Senden der Nachrichten 45, 47 mit CAN XL oder CAN SIC werden bewährte Eigenschaften übernommen, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem bekannten CSMA/CR-Verfahren. 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 Pegeln oder dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit verschiedenen CAN-Formaten, insbesondere dem CAN FD Format oder dem CAN SIC Format oder dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar, wie nachfolgend genauer beschrieben.
2 zeigt für die Nachricht 45 einen Rahmen 450, der insbesondere ein CAN XL Rahmen ist, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD. Alternativ ist der Rahmen 450 kompatibel zu CAN SIC.
Gemäß 2 ist der Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 (erste Kommunikationsphase) und eine Datenphase 452 (zweite Kommunikationsphase). Der Rahmen 450 hat, nach einem Startbit SOF, ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454, ein erstes Umschaltfeld 455, ein Datenfeld 456, ein Prüfsummenfeld 457, ein zweites Umschaltfeld 458 und ein Rahmenabschlussfeld 459. Das Prüfsummenfeld 457, das zweite Umschaltfeld 458 und das Rahmenabschlussfeld 459 bilden eine Rahmenendphase 457, 458, 459 des Rahmens 450.
In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) in dem Arbitrationsfeld 453 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 anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
Ein wichtiger Punkt während der Phase 451 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 Pegeln oder 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.
Am Ende der Arbitrationsphase 451 wird, mit Hilfe des ersten Umschaltfelds 455, in die Datenphase 452 umgeschaltet.
In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des ersten Umschaltfelds 455 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 456 sowie das Prüfsummenfeld 457 und ein Teil des zweiten Umschaltfelds 458 gesendet. Am Ende der Datenphase 452 wird, mit Hilfe des zweiten Umschaltfelds 458, wieder in die Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet.
In einem Endefeld des Rahmenabschlussfelds 459 kann mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein. Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 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.
Somit verwenden die Teilnehmerstationen 10, 30 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der ISO11898-1:2015. Jedoch ist im Vergleich zu CAN oder CAN FD in der Datenphase 452 als zweiter Kommunikationsphase eine Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf über 10 Megabit pro Sekunde möglich. Außerdem ist ein Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert möglich.
Wie in 3 gezeigt, verwenden die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 in der Arbitrationsphase 451 einen Physical Layer 451_P, um ein Sendesignal TxD (1) über der Zeit t als Signale CAN_H, CAN_L auf den Bus 40 zu senden. Dasselbe gilt für die Sende-/Empfangseinrichtung 22. Im Unterschied dazu kann die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Datenphase 452 einen Physical Layer 452_P verwenden, der sich von dem Physical Layer 451 _P unterscheidet, um das Sendesignal TxD (1) als Signale CAN_H, CAN_L auf den Bus 40 zu senden, wie bereits zuvor beschrieben. Für den Physical Layer 452_P gibt es zwei Betriebsarten, nämlich FAST_TX und FAST RX, wie nachfolgend genauer beschrieben.
3 zeigt auf der linken Seite, dass die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in der Arbitrationsphase 451 jeweils Signale CAN_H, CAN_L über der Zeit t auf den Bus 40 senden, die eine erste Bitdauer t_bt1 haben. Die Signale CAN_H, CAN_L sind serielle Signale und haben abwechselnd mindestens einen dominanten Zustand 401, bei dem für VCAN_H = 3,5 V und für VCAN_L = 1,5 V gilt, oder mindestens einen rezessiven Zustand 402, bei dem VCAN_H = VCAN_L = 2,5 gilt. Dominante Zustände 401 werden bei einer NRZ-Codierung des Sendesignals TXD in der Phase 451 getrieben, wenn für TXD = 0 bzw. L (LOW) gilt. Rezessive Zustände 402 werden erzeugt, bzw. stellen sich bei einer NRZ-Codierung des Sendesignals TXD in der Phase 451 ein, wenn TXD = 1 bzw. H (HIGH) gilt. Nach der Arbitration in der Arbitrationsphase 451 steht eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 als Gewinner fest.
Erkennen die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 die Signalisierung in dem ersten Umschaltfeld 455 von 3 für die Umschaltung von der ersten in die zweiten Kommunikationsphase 451, 452, schalten die jeweiligen Sende-/Empfangseinrichtung 12 ihren Physical Layer 451 _P am Ende der Arbitrationsphase 451 von einer ersten Betriebsart (SLOW), die auch als SIC-Betriebsart ausgeführt sein kann, in den Physical Layer 452_P der Datenphase 452 um. Hierfür werden die Betriebsarten der Datenphase 452 eingeschaltet.
Hat beispielsweise die erste Teilnehmerstation 10 die Arbitration gewonnen, dann schaltet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 10, insbesondere aufgrund einer Signalisierung im ersten Umschaltfeld 455 von 2, ihren Physical Layer 451_P am Ende der Arbitrationsphase 451 von der ersten Betriebsart (SLOW) in den Physical Layer 452_P der Datenphase 452 für eine zweite Betriebsart (FAST_TX) der Sende-/Empfangseinrichtung 12 um, da die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 Sender der Nachricht 45 ist. Wie in 3 gezeigt, erzeugt das Sendemodul 121 dann in der Datenphase 452 bzw. in der zweiten Betriebsart (FAST_TX) abhängig von einem Sendesignal TxD nacheinander und somit seriell die Zustände L0 oder L1 mit dem Physical Layer 452_P für die Signale CAN_H, CAN_L auf dem Bus 40. Dagegen schaltet beispieslweise die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 30 ihren Physical Layer 451 _P am Ende der Arbitrationsphase 451 von der ersten Betriebsart (SLOW oder SIC) in den Physical Layer 452_P der Datenphase 452 für eine dritte Betriebsart (FAST_RX) der Sende-/Empfangseinrichtung 12 um, da die Teilnehmerstation 30 in der Datenphase 452 nur Empfänger, also kein Sender, des Rahmens 450 ist.
Die Frequenz der Signale CAN_H, CAN_L kann in der Datenphase 452 gesteigert sein. Bei dem Beispiel von 3 ist hierfür die Bitzeit oder Bitdauer t_bt2 in der Datenphase 452 kürzer bzw. geringer als die Bitzeit oder Bitdauer t_bt1 in der Arbitrationsphase 451. Somit ist die Netto-Datenübertragungsrate in der Datenphase 452 bei dem Beispiel von 3 im Vergleich zu der Arbitrationsphase 451 gesteigert.
Erkennt die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere mit der Signalisierung im zweiten Umschaltfeld 458 von 2, dass eine Umschaltung von der Datenphase 452 zurück in die Arbitrationsphase 451 vorzunehmen ist, wird die Sende-/Empfangseinrichtung 12 vom Senden (Betriebsart FAST_TX) (und)oder Empfangen (Betriebsart FAST_RX) von Signalen mit dem Physical Layer 452_P umgeschaltet zum Senden und/oder Empfangen von Signalen mit dem Physical Layer 451_P. Somit schalten alle Sende-/Empfangseinrichtungen 12 nach dem Ende der Datenphase 452 ihre Betriebsart in die erste Betriebsart (SLOW oder SIC) um. Somit können alle Sende-/Empfangseinrichtungen 12 nicht nur zwischen den Bitdauern t_bt1, t_bt2 schalten, sondern auch ihren Physical Layer umschalten, wie zuvor beschrieben.
Gemäß 4 bildet sich in der Arbitrationsphase 451 über der Zeit t im idealen Fall auf dem Bus 40 ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN_L mit Werten von VDIFF = 2V für dominante Zustände 401 und VDIFF = 0V für rezessive Zustände 402 aus. Der Verlauf von VDIFF in der Phase 451 ist auf der linken Seite in 4 gezeigt. Dagegen bildet sich in der Datenphase 452 über der Zeit t auf dem Bus 40 ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN_L entsprechend den Zuständen L0, L1 von 4 aus, wie auf der rechten Seite in 4 gezeigt. Der Zustand L0 hat einen Wert VDIFF = 1V. Der Zustand L1 hat einen Wert VDIFF = -1V.
Das Empfangsmodul 122 kann die Zustände 401, 402 jeweils mit zwei der Empfangsschwellen T1, T2, T3 unterscheiden, die in den Bereichen TH_T1, TH_T2, TH_T3 liegen. Hierfür tastet das Empfangsmodul 122 die Signale von 3 oder 4 zu Zeitpunkten t_A ab, wie in 4 gezeigt. Zum Auswerten des Abtastergebnisses verwendet das Empfangsmodul 122 in der Arbitrationsphase 451 die Empfangsschwelle T1 von beispielsweise 0,7 V und die Empfangsschwelle T2 von beispielsweise -0,35 V. Dagegen verwendet das Empfangsmodul 122 in der Datenphase 452 nur Signale, die mit der Empfangsschwelle T3 ausgewertet wurden. Bei der Umschaltung zwischen der ersten bis dritten Betriebsart (SLOW oder SIC, FAST_TX, FAST_RX), die zuvor in Bezug auf 3 beschrieben sind, schaltet das Empfangsmodul 122 jeweils die Empfangsschwellen T2, T3 um.
Die Empfangsschwelle T2 dient zum Erkennen, ob der Bus 40 frei ist, wenn die Teilnehmerstation 12 neu in die Kommunikation am Bus 40 hinzugeschaltet wird und versucht, sich in die Kommunikation am Bus 40 zu integrieren.
Bei Empfang der entsprechenden Signale von dem Bus 40 erzeugt jede Sende-/Empfangseinrichtung 12 das zugehörige Empfangssignal RxD, wie in 1 gezeigt. Das Empfangssignal RxD hat idealerweise keinen Zeitversatz zu dem Sendesignal TxD.
5 zeigt ein Beispiel für einen Teil des digitalen Sendesignals TxD, welches das Sendemodul 121 in der Arbitrationsphase 451 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfängt, und daraus die Signale CAN_H, CAN_L für den Bus 40 erzeugt. In 5 wechselt das Sendesignal TxD von einem Zustand LW (Niedrig = Low) zu einem Zustand HI (Hoch = High) und wieder zurück zu dem Zustand LW (Niedrig = Low).
Wie in 6 genauer gezeigt, erzeugt das Sendemodul 121 für das Sendesignal TxD von 5 die Signale CAN_H, CAN_L für die Busadern 41, 42 derart, dass zusätzlich ein Zustand 403 (sic) vorhanden ist. Der Zustand 403 (sic) kann unterschiedlich lang sein, wie mit dem Zustand 403_0 (sic) beim Übergang von dem Zustand 402 (rec) zu dem Zustand 401 (dom) gezeigt und dem Zustand 403_1 (sic) beim Übergang von dem Zustand 401 (dom) zu dem Zustand 402 (rec) gezeigt. Der Zustand 403_0 (sic) ist zeitlich kürzer als der Zustand 403_1 (sic). Um Signale gemäß 6 zu erzeugen, wird das Sendemodul 121 in eine SIC-Betriebsart (SIC-Mode) geschaltet.
Das Durchlaufen des kurzen sic-Zustands 403_0 ist in der CiA610-3 nicht gefordert und der Zustand ist abhängig von der Art der Implementierung. Die zeitliche Dauer des „langen“ Zustands 403_1 (sic) ist für CAN-SIC als auch für die SIC-Betriebsart bei CAN-XL spezifiziert als t_sic < 530ns, beginnend mit der steigenden Flanke an dem Sendesignal TxD von 5.
Das Sendemodul 121 soll im „langen“ Zustand 403_1 (sic) die Impedanz zwischen den Busadern 41 (CANH) und 42 (CANL) möglichst gut an den charakteristischen Wellenwiderstand Zw der verwendeten Busleitung anpassen. Hierbei gilt Zw=100Ohm oder 1200hm. Diese Anpassung verhindert Reflexionen und lässt somit den Betrieb bei höheren Bitraten zu. Zur Vereinfachung wird nachfolgend immer von dem Zustand 403 (sic) oder sic-Zustand 403 gesprochen.

Das Sendemodul 121 kann zur Erzeugung von Signalen für den Bus 40 für die folgenden CAN-Typen verwendet werden: CAN-FD, CAN-SIC und CAN-XL. Tabelle 1: CAN_Typen für Sendemodul 121

CAN-Typ	Kommunikationsphasen/Bitrate	Buszustände (Bus states)	Sendemodul-Zustände
CAN-FD	Arbitration	dom, rec	dom, sic, rec
CAN-SIC	Arbitration	dom, sic, rec	dom, sic, rec
CAN-XL	Arbitration oder Arbitration und Datenfeld für den Fall, dass keine Umschaltung in die Fast-Betriebsart stattfindet	dom, sic, rec	dom, sic, rec
CAN-XL	Datenphase	L0, L1	L0, L1

Somit kann der Sendemodul-Zustand sic nicht nur bei CAN-SIC oder CAN-XL (xl_sic) erzeugt werden. Der Sendemodul-Zustand sic kann zudem bei CAN-FD erzeugt werden. In CAN-FD kann die Zeit für den Sendemodul-Zustand sic jedoch kürzer sein als bei CAN-SIC oder CAN-XL.
7 zeigt ein Beispiel für einen anderen Teil des digitalen Sendesignals TxD, welches das Sendemodul 121 in der Datenphase 452 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfängt, und daraus die Signale CAN_H, CAN_L für den Bus 40 erzeugt. In 7 wechselt das Sendesignal TxD mehrmals von Zustand HI (Hoch = High) zu einem Zustand LW (Niedrig = Low) und wieder zu einem Zustand HI (Hoch = High) und so weiter.
Wie in 8 genauer gezeigt, erzeugt das Sendemodul 121 für das Sendesignal TxD von 7 die Signale CAN_H, CAN_L für die Busadern 41, 42 derart, dass sich der Zustand L0 für einen Zustand LW (Niedrig = Low) ausbildet. Zudem bildet sich der Zustand L1 für einen Zustand HI (Hoch = High) aus.
9 zeigt den grundlegenden Aufbau des Sendemoduls 121 für eine der Teilnehmerstationen 10, 30. Das Sendemodul 121 kann Signale CAN_H, CAN_L gemäß 3 mit den Zuständen 401, 402, 403 und mit den Zuständen L0, L1 erzeugen. Alternativ kann das Sendemodul 121 Signale CAN_H, CAN_L gemäß 6 mit den Zuständen 401, 402, 403 und gemäß 8 mit den Zuständen L0, L1 erzeugen. Das Sendemodul 121 hat eine Regelschaltung 15 zum Abgleich einer Gleichtaktspannung V_CM für den niederohmigen Rezessivzustand sic.
Das Sendemodul 121 hat vier Sendestufen, nämlich eine erste Sendestufe 121A, eine zweite Sendestufe 121B, eine dritte Sendestufe 121C und eine vierte Sendestufe 121D. Die Sendestufen 121A bis 121D sind als H-Brücke oder Vollbrücke verschaltet. Die Ansteuerung von nachfolgend genauer bezeichneten Komponenten der Sendestufen 121A bis 121D erfolgt über mindestens eine Steuereinrichtung 124. Die mindestens eine Steuereinrichtung 124 sendet mindestens ein Signal an Steueranschlüsse 125, an welchen die Komponenten der Sendestufen 121A bis 121D angeschlossen sind.
Das Sendemodul 121 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt über einen Anschluss CANH für die erste Busader 41 für CAN_H und über einen Anschluss CANL für dessen zweite Busader 42 für CAN_L. Jede der Sendestufen 121A bis 121D ist an den Bus 40 angeschlossen.
Über mindestens einen Anschluss 43 des Sendemoduls 121 erfolgt die Spannungsversorgung zum Versorgen der Anschlüsse CANH, CANL für die erste und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply von üblicherweise 5V. 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. Der Abschlusswiderstand 49 ist in die Vollbrücke als externer Lastwiderstand geschaltet. Der Widerstand 49 ist in den Brückenzweig zwischen die Anschlüsse für die Busadern 41, 42 geschaltet.
Die Regelschaltung 15 ist an die Sendestufen 121A bis 121D angeschlossen. Die Regelschaltung 15 ist nicht direkt, jedoch über die Sendestufen 121A bis 121D, an den Bus 40 angeschlossen.
Die Regelschaltung 15 von 9 führt für den niederohmigen Rezessivzustand sic eine Regelung durch, mit welcher eine Gleichtaktspannung V_CM unabhängig vom Bussignal bzw. der Differenzspannung VDIFF von beispielsweise 4 auf dem Bus 40 immer genau auf dem gleichen Wert bleibt. Damit kann die durch das Sendemodul 121 verursachte Störaussendung vermindert werden, welche durch eine Variation dieser Gleichtaktspannung V_CM entstehen würde. Dadurch ist eine Erfüllung der CAN-Spezifikationen (ISO11898-2:2016, CiA601-4, CiA610-3) und der EMV-Norm (IEC62228-3) möglich.
Hierfür hat die Regelschaltung 15 einen Differenzverstärker 151, ein Replikum 152 der Ausgangsstufe der Sendestufe 121 und einen Regeltransistor MN_CTRL. Gemäß 9 hat das Replikum 152 eine Reihenschaltung aus einem Transistor MP_R, einer Diode MN_DIOPR, einem Transistor MP_CASPR, einer Diode MN_DIONR, einem Transistor MP_CASNR und einem Transistor MN_R. Das Replikum 152 ist eine Nachbildung der Ausgangsstufe der Sendestufe 121, die einen Transistor MP₀, eine Diode MN_DIOPH, einen Transistor MP_CASPH, eine Diode MN_DIONH, _einen Transistor MP_CASNH und einen Transistor MN₀ aufweist. Die genannten Bauteile der Ausgangsstufe der Sendestufe 121 sind Bauteile für die Sendestufen 121A, 121D, die nachfolgend noch genauer beschrieben sind.
Gemäß 9 führt der Differenzverstärker 151 einen Vergleich der Gleichtaktspannung V_CM mit einer Soll-Gleichtaktspannung V_REF aus. Die Gleichtaktspannung VCM wird an einem Gleichtaktpunkt oder Abgriffpunkt 157 des Replikums 152 abgegriffen. Somit liegt an dem Eingang des Differenzverstärkers 151 eine Vergleichsspannung ΔV = V_REF - V_CM an. Aus der Vergleichsspannung ΔV ergibt sich die erforderliche Abgleichspannung für die Ströme I_CTRL, I_BIAS. Insbesondere gilt V_REF = 2,5 V = 5 V/ 2 = CAN_SUPPLY/2.
Um den Stromverbrauch in dem Replikum 152 der Regelschaltung 15 gering zu halten, sollten alle Bauteile in dem Replikum 152, also der Transistor MP_R, die Diode MN_DIOPR, der Transistor MP_CASPR, die Diode MN_DIONR, der Transistor MP_CASNR und der Transistor MN_R, skalierte Größen der Bauteile der Ausgangsstufe der Sendestufe 121 sein bzw. haben. Insbesondere sind die Größen der Bauteile in dem Replikum 152 um einen Faktor 100 kleiner als die Größen der Bauteile der Ausgangsstufe der Sendestufe 121. Selbstverständlich ist ein anderer Faktor wählbar. Dabei ist wichtig, dass das Replikum 152 aus den gleichen Bauteiltypen besteht, wie sie in der Ausgangsstufe der Sendestufe 121 eingesetzt sind. Zudem soll das Replikum 152 sowohl thermisch als auch in Bezug auf die Ausrichtung zur Ausgangsstufe der Sendestufe 121 passen. Der Begriff „Ausrichtung“, der auch als Orientierung bezeichnet werden kann, ist hier als räumliche Ausrichtung im Layout auf dem Chip zu verstehen, in oder mit welchem die Sendestufe 121 aufgebaut wird. Einflüsse, wie beispielsweise die Temperatur oder ein Piezoeffekt, die eine elastische Verformung bewirken, können erfordern, dass die Regelschaltung 15 in gleicher Ausrichtung liegen soll wie die Ausgangsstufe der Sendestufe 121. Insbesondere haben das Replikum 152 und die Ausgangsstufe der Sendestufe 121 dieselbe Temperatur und dieselbe Ausrichtung bzw. Orientierung. Der Regeltransistor MN_CTRL kann in Bezug auf Größe und Ausrichtung bzw. Orientierung identisch zu dem Transistor MN_MIR gewählt werden, welcher den Ausgleichsstrom oder Biasstrom I_BIAS zur Folge hat. Der Transistor MN_MIR kann auch als der Muttertransistor MN_MIR des Biasstromes I_BIAS bezeichnet werden.
Bei der Schaltung von 9 liegt somit der mit der Regelschaltung 15 erhaltene Gleichtaktpunkt oder Abgriffpunkt 157 des Replikums 152 auf der Gleichtaktspannung des Ausgangs der Sendestufen 121A, 121D, also der Gleichtaktspannung V_CM, und kann mit der Referenzspanung V_REF verglichen werden. Beispielsweise ist die Gleichtaktspannung V_CM des Ausgangs der Sendestufen 121A, 121D die Gleichtaktspannung V_cm = (VCAN_H+VCAN_L)/2. Die Gatespannung des Regeltransistors MN_CTRL, welcher in Bezug auf Größe und Ausrichtung bzw. Orientierung identisch zu dem Muttertransistor MN_MIR des Biasstromes I_BIAS gewählt werden kann, hat dann den geregelten Bias-Strom I_CTRL = I_BIAS + g ΔV auf der Seite von CANH zur Folge, wobei g die Verstärkung des Differenzverstärkers 151 ist.
Die Bandbreite der Regelschleife der Regelschaltung 15, insbesondere die Bandbreite des Differenzverstärkers 151, wird so gewählt, dass innerhalb der Bitdauer t_bt1 oder t_bt2, die in 3 gezeigt sind, ein Abgleich der Gleichtaktspannung V_CM für den niederohmigen Rezessivzustand sic erfolgt.
Mit dem Replikum 152 ist die Ermittlung der (ungestörten) Gleichtaktspannung V_CM möglich, welche die Prozess- und Temperaturabhängigkeiten der Ausgänge der Sendestufe 121 mit abbildet.
Mit der Regelschaltung 15 von 9 ergibt sich bei der stromgesteuerten H-Brücke der Sendestufe 121 die Gleichtaktspannung V_CM durch einen Abgleich (Matching) des Stroms I_CTRL an der Seite von CANH, die auch als High-Side bezeichnet werden kann, und des Stroms I_BIAS an der Seite von CANL, die auch als Low-Side bezeichnet werden kann. Vor allem im niederohmigen Rezessivzustand (SIC-Zustand) erfordert der genaue Abgleich (Matching) der Ströme I_CTRL, I_BIAS unter Berücksichtigung der Leckströme über Temperatur und Prozessschwankungen eine sehr feine und eventuell sogar temperaturabhängige Abstimmung der Ströme I_CTRL, I_BIAS. Die Abstimmung ist von einem Temperaturfühler und abgespeicherten Abstimmdaten ableitbar.
Dadurch ist keine Ermittlung der Gleichtaktspannung V_CM durch einen Abgriff am Bus 40 erforderlich. Ein solcher Abgriff hätte jedoch den Nachteil, dass der Abgriff wieder die Anforderungen an Überspannungen und Ströme am Abgriffpunkt erfüllen müsste. Die Erfüllung dieser Anforderungen ist jedoch sehr schwierig, da der tatsächliche Gleichtakt (V_CANH+V_CANL)/2 im Falle von Einstrahlungen (DPI) am Bus 40 erhebliche Amplituden (bis zu +/- 60V) aufweisen kann.
Zum Senden der Signale CAN_H, CAN_L gemäß 3 oder der Signale CAN_H, CAN_L gemäß 6 oder gemäß 8 sind die Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D aufgebaut, wie folgt.
Die erste Sendestufe 121A von 9 hat n Stromstufenschalter, die zwischen einer ersten Stellung 0 und einer zweiten Stellung 1 schaltbar sind, und an den Drain-Anschluss von Transistoren MP_MIR, MP_R, MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n angeschlossen sind. n ist eine natürliche Zahl > 1. Die n Stromstufenschalter sind mit einer Frequenz f_MAIN schaltbar. Die n Stromstufenschalter sind in ihrer Stellung 1 mit der Anode einer Verpoldiode MN_DIOPH verbindbar. An der Kathode der Verpoldiode MN_DIOPH ist ein Source-Anschluss eines Transistors MP_CASPH angeschlossen. Der Drain-Anschluss des Transistors MP_CASPH ist an den Anschluss CANH für die Busader 41 angeschlossen. Der Gate-Anschluss des Transistors MP_CASPH ist an einen Steueranschluss 125 angeschlossen, an den die Steuereinrichtung 124 eine Steuerspannung V_PCAS anlegen kann. Die Transistoren MP_MIR, MP_R bilden einen Stromspiegel für eine erste bis a-te Stromstufe S1 bis Sn, welche über die n Stromstufenschalter der ersten Sendestufe 121A elektrische Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 10 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_A vorhanden, welche die n Stromstufenschalter mit Hilfe des Sendesignals TxD (1) ansteuert, das von einem Anschluss TXD eingespeist wird. Die Ansteuerschaltung T_A steuert die n Stromstufenschalter gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die Transistoren MP_MIR, MP_R, MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n können CMOS-Transistoren sein, insbesondere PMOS-Transistoren. Die Transistoren MP_MIR, MP_R, MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n, sind bei dem Beispiel von 1 normal sperrende p-Kanal-Transistoren. Der Transistor MP_CASPH kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Der Transistor MP_CASPH ist insbesondere eine Kaskode zur Erfüllung der Anforderungen für die Rückspeisefestigkeit bei Über- oder Unterspannungen an dem Anschluss CANH. Die Abkürzung „CMOS“ bezeichnet ein Halbleiterelement, bei dem sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOSFETs auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden. Die Abkürzung CMOS steht für die englische Bezeichnung „Complementary metal-oxidesemiconductor“, was übersetzt bedeutet „komplementärer / sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter“. Die Abkürzung „MOSFET“ steht für Metall-Oxid-Feldeffekttransistor.
Die zweite Sendestufe 121B von 9 hat n Stromstufenschalter, die zwischen einer ersten Stellung 0 und einer zweiten Stellung 1 schaltbar sind, und an den Drain-Anschluss von Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_n angeschlossen sind. n ist die natürliche Zahl > 1. Die n Stromstufenschalter sind mit einer Frequenz Frequenz f_COMPL schaltbar. Die n Stromstufenschalter sind in ihrer Stellung 1 mit dem Source-Anschluss eines Transistors MN_CASNH verbindbar. Der Drain-Anschluss des Transistors MN_CSANH ist an die Kathode einer Verpoldiode MN_DIONH angeschlossen. An der Anode der Verpoldiode MN_DIONH ist der Anschluss CANH für die Busader 41 angeschlossen. Der Gate-Anschluss des Transistors MN_CASNH ist an einen Steueranschluss 125 angeschlossen, an den die Steuereinrichtung 124 eine Steuerspannung V_NCAS anlegen kann. Die Transistoren MN_MIR, MN_R bilden einen Stromspiegel für eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche über die n Stromstufenschalter der zweiten Sendestufe 121B die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 10 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_B vorhanden, welche die n Stromstufenschalter mit Hilfe des Sendesignals TxD (1) ansteuert, das von einem Anschluss TXD eingespeist wird. Die Ansteuerschaltung T_B steuert die n Stromstufenschalter gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Die Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, können CMOS-Transistoren sein, insbesondere NMOS-Transistoren. Die Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, sind bei dem Beispiel von 1 normal sperrende n-Kanal-Transistoren. Der Transistor MN_CASNH kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Der Transistor MN_CSANH ist insbesondere eine Kaskode zur Erfüllung der Anforderungen für die Rückspeisefestigkeit bei Über- oder Unterspannungen an dem Anschluss CANH.
Die dritte Sendestufe 121C von 9 hat n Stromstufenschalter, die zwischen einer ersten Stellung 0 und einer zweiten Stellung 1 schaltbar sind, und an den Drain-Anschluss der Transistoren MP_MIR, MP_R, MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n angeschlossen sind. Die n Stromstufenschalter sind mit einer Frequenz f_COMPL schaltbar. Die n Stromstufenschalter sind in ihrer Stellung 1 mit der Anode einer Verpoldiode MN_DIOPL verbindbar. An der Kathode der Verpoldiode MN_DIOPL ist ein Source-Anschluss eines Transistors MP_CASPLH angeschlossen. Der Drain-Anschluss des Transistors MP_CASPL ist an den Anschluss CANL für die Busader 42 angeschlossen. Der Gate-Anschluss des Transistors MP_CASPL ist an den Steueranschluss 125 angeschlossen, an den die Steuereinrichtung 124 die Steuerspannung V_PCAS anlegen kann. Die Transistoren MP_MIR, MP_R bilden einen Stromspiegel für eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche über die n Stromstufenschalter der dritten Sendestufe 121C die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 10 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_C vorhanden, welche die n Stromstufenschalter mit Hilfe des Sendesignals TxD (1) ansteuert, das von einem Anschluss TXD eingespeist wird. Die Ansteuerschaltung T_C steuert die n Stromstufenschalter gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Der Transistor MP_CASPL kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein PMOS-Transistor. Der Transistor MP_CASPL ist insbesondere eine Kaskode zur Erfüllung der Anforderungen für die Rückspeisefestigkeit bei Über- oder Unterspannungen an dem Anschluss CANL.
Die vierte Sendestufe 121D von 9 hat n Stromstufenschalter, die zwischen einer ersten Stellung 0 und einer zweiten Stellung 1 schaltbar sind, und an den Drain-Anschluss der Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, angeschlossen sind. n ist die natürliche Zahl > 1. Die n Stromstufenschalter sind mit einer Frequenz Frequenz f_MAIN schaltbar. Die n Stromstufenschalter sind in ihrer Stellung 1 mit dem Source-Anschluss eines Transistors MN_CASNL verbindbar. Der Drain-Anschluss des Transistors MN_CASNL ist an die Kathode einer Verpoldiode MN_DIONL angeschlossen. An der Anode der Verpoldiode MN_DIONL ist der Anschluss CANL für die Busader 42 angeschlossen. Der Gate-Anschluss des Transistors MN_CASNL ist an den Steueranschluss 125 angeschlossen, an den die Steuereinrichtung 124 die Steuerspannung V_NCAS anlegen kann. Die Transistoren MN_MIR, MN_R bilden einen Stromspiegel für eine erste bis n-te Stromstufe S1 bis Sn, welche über die n Stromstufenschalter der vierten Sendestufe 121D die elektrischen Ströme I1 bis In liefern, wie genauer anhand von 10 beschrieben. Zudem ist eine Ansteuerschaltung T_D vorhanden, welche die n Stromstufenschalter mit Hilfe des Sendesignals TxD (1) ansteuert, das von einem Anschluss TXD eingespeist wird. Die Ansteuerschaltung T_B steuert die n Stromstufenschalter gemäß dem Sendesignal TxD und der eingestellten Betriebsart SIC, FAST_TX des Sendemoduls 121 an.
Der Transistor MN_CASNL kann ein CMOS-Transistor sein, insbesondere ein NMOS-Transistor. Der Transistor MN_CASNL ist insbesondere eine Kaskode zur Erfüllung der Anforderungen für die Rückspeisefestigkeit bei Über- oder Unterspannungen an dem Anschluss CANL.
Die Zahl n ist beliebig wählbar. Insbesondere kann die Zahl n und somit die Stufenzahl bzw. Zahl der Stromstufenschalter zwischen 1 bis 60 gewählt werden.
Alternativ kann jedoch für n eine größere Zahl als 60 oder eine kleinere Zahl als 60, insbesondere 30, gewählt werden.
Zwischen den Sendestufen 121A, 121C ist ein Widerstand R_H geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_H ist mit der Anode der Verpoldiode MN_DIOPH verbunden und mit dem Drain-Anschluss der Transistoren MP_MIR, MP_R, MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n über die Stromstufenschalter der Sendestufe 121A verbindbar. Das andere Ende des Widerstands R_H ist mit der Anode der Verpoldiode MN_DIOPL verbunden und mit dem Drain-Anschluss der Transistoren MP,0 MP₁, MP₂ bis MP_n über die Stromstufenschalter der Sendestufe 121C verbindbar.
Zwischen den Sendestufen 121D, 121B ist ein Widerstand R_L geschaltet. Ein Ende des Widerstands R_L ist mit dem Source-Anschluss des Transistors MN_CASNH verbunden und mit dem Drain-Anschluss der Transistoren MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, über Schalter der vierten Sendestufe 121D verbindbar. Das andere Ende des Widerstands R_L ist mit dem Source-Anschluss des Transistors MN_CASNL verbunden und mit dem Drain-Anschluss der Transistoren MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, über die Stromstufenschalter der zweiten Sendestufe 121B verbindbar.
Jede der Verpoldioden MN_DIOPH, MN_DIONL, MN_DIOPL, MN_DIONH schützt die zugehörige Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D gegen eine positive Rückspeisung auf den Anschluss 43 (CAN-Supply) und eine negative Rückspeisung auf den Anschluss 44 (CAN_GND). Jede der Verpoldioden MN_DIOPH, MN_DIONL, MN_DIOPL, MN_DIONH kann auch als Blocking Diode bezeichnet werden.
Jede der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D, genauer gesagt deren Stromstufenschalter mit der zugehörigen Ansteuerschaltung T_A, T_B, T_C, T_D, stellt einen Sendestromwert für die zugehörige Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D in Abhängigkeit der Betriebsart für die Arbitrationsphase 451 oder Datenphase 452 des Sendemoduls 121 und des Sendesignals TxD ein. Erläuterungen dazu sind auch in der vorangehenden Tabelle 1 enthalten. Der Sendestromwert der einzelnen Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D ist somit je nach Betriebsart, wie Arbitration (SLOW oder SIC) oder Datenphase (FAST_TX oder FAST_RX) des Sendemoduls 121 und des Sendesignals TxD einstellbar. Damit ist jede Sendestufe 121A bis 121D ausgestaltet, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls 121 von der Sendestufe 121A bis 121D ausgegebenen elektrischen Stroms IA1 bis IAn usw. am Eingang des Stromspiegels einzustellen, der in den jeweiligen Sendestufen 121A bis 121D vorhanden ist. Die elektrischen Ströme IA1 bis IAn usw. können auch kurz als I1 bis In bezeichnet werden. Die Einstellung der Sendestromwerte ist nachfolgend noch genauer anhand von 10 und 11 für die elektrischen Ströme I1 bis In der einzelnen Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 sowie Tabelle 2 beschrieben.
Jeder der Transistoren MN_CASPH, MN_CASNL, MN_CASPL, MN_CSANH kann auch als HV-Standoff-Vorrichtung bezeichnet werden. Jeder der Transistoren MN_CASPH, MN_CASPL schützt die CMOS-Transistoren MP_MIR, MP_R, MP₀ MP₁, MP₂ bis MP_n des Stromspiegels für die Sendestufen 121A, 121C, indem die Transistoren MN_CASPH, MN_CASPL hohe Spannungsabfälle aufnehmen. Jeder der Transistoren MN_CASNH, MN_CASNL schützt die CMOS-Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, des Stromspiegels für die Sendestufen 121D, 121B, indem die Transistoren MN_CASPH, MN_CASPL hohe Spannungsabfälle aufnehmen. Die HV-Kaskoden bzw. Transistoren MN_CASPH, MN_CASNL, MN_CASPL, MN_CASNH ermöglichen die Einhaltung von Grenzwerten (maximum rating Parametern), wie Spannung an CANH und CANL -27V bis +40V.
Bei dem Sendemodul 121 ist die Sendestufe 121A zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H geschaltet. Die Sendestufe 121C ist zwischen den Anschluss 43 für die Spannungsversorgung und den Anschluss 42 (CANL) geschaltet. Die Sendestufe 121D ist zwischen den Anschluss 41 (CANH) für das Signal CAN_H und den Anschluss 44 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Die Sendestufe 121B ist zwischen den Anschluss 42 (CANL) für das Signal CAN_L und den Anschluss 44 für Masse bzw. den Anschluss 44 (CAN_GND) geschaltet. Somit ist bei dem Sendemodul 121 zum einen die Sendestufe 121A in den CANH-Pfad geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 121D in den CANH-Pfad geschaltet. In den CANL-Pfad ist zum einen die Sendestufe 121C geschaltet. Zum anderen ist die Sendestufe 121B in den CANL-Pfad geschaltet.
Somit hat das Sendemodul 121 im CANH-Pfad und im CANL-Pfad jeweils Parallelschaltungen einer bestimmten Anzahl von schaltbaren Strömen der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D. Der Stromwert der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D wird durch die Anzahl der in die Stellung 1 geschalteten Stromstufenschalter der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D bestimmt.
10 zeigt als Beispiel den Aufbau des ersten bis n-ten Stromstufenschalters S1 bis Sn der Sendestufe 121D. Demzufolge hat der erste Stromstufenschalter S1 eine Stromquelle IrefD1. Der zweite Stromstufenschalter S2 hat eine Stromquelle IrefD2. Der n-te Stromstufenschalter Sn hat eine Stromquelle IrefDn. Optional ist mindestens eine der Stromquellen IrefD1 bis IrefDn eine Stromsenke.
Die Stromstufenschalter der Sendestufen 121A, 121B, 121C sind auf dieselbe Weise aufgebaut.
Die Funktionsweise der Schaltung von 9, welche Schaltungen gemäß 10 aufweist, ist anhand der folgenden Tabelle 2 in Abhängigkeit von der Betriebsart des Sendemoduls 121 und dem Buszustand 401 (dom), 403 (sic), 402 (rec) in der SIC-Betriebsart (Arbitrationsphase 451) und dem Buszustand L0, L1 in der Datenphase 452 erläutert. Tabelle 2 gibt je nach Zustand des Sendemoduls 121 und der Betriebsart des Sendemoduls 121 in den Phasen 451, 452 die geforderte Impedanz sowie die Impedanz der Sendestufen 121A/121B und Impedanz der Sendestufen 121C/121D an. Außerdem ist je nach Zustand des Sendemoduls 121 und der Betriebsart des Sendemoduls 121 in den Phasen 451, 452 der Treiberstrom der Sendestufen 121A/121B und der Sendestufen 121C/121D angegeben. Der Treiberstrom der Sendestufen 121A/121B und der Sendestufen 121C /121D wird von den zugehörigen Stromstufenschaltern S1 bis Sn geliefert.
Ist die Impedanz „unendlich“, ist das Sendemodul 121 oder die jeweilige Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D abgeschaltet oder nicht leitfähig geschaltet.
Bei der Sendestufe 121 werden, zur Einstellung des differentiellen Widerstands zwischen den Anschlüssen CANH, CANL während des Sendemodul-Zustands (SIC-Zustand), die Widerstände R_H und R_L verwendet. Die Widerstände R_H, R_L haben jeweils beispielsweise den Wert 240 Ohm. Ziel ist eine Impedanz von 120 Ohm gemäß dem Wellenwiderstand Zw der Busadern 41, 42 einzustellen. Dagegen kann die Impedanz der Stromspiegel aller vier Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D deutlich größer gewählt werden als 240 Ohm. Dies führt vereinfacht zu einer Parallelschaltung der beiden 240 Ohm Widerstände und somit zu einer angepassten Impedanz von 120 Ohm.
Zudem kann dadurch mit der Sendestufe 121 sogar in dem Zustand 401 (dom) ein differentieller Widerstand zwischen den Anschlüssen CANH, CANL eingestellt werden, welcher zum Wellenwiderstand der Busadern 41, 42 von jeweils typischerweise 120 Ohm passt. Damit werden Reflexionen im Zustand 401 (dom) vermieden.
Die beschriebene Ausgestaltung der Sendestufe 121 verhindert, dass eine Versorgungsspannung an dem Anschluss 43 von > 5V notwendig wäre, was aufgrund von Systemvoraussetzungen bzw. Vorgaben der CAN-Spezifikationen nicht möglich ist. Dies wäre jedoch erforderlich, wenn das zuvor beschriebene vorteilhafte Verhalten mit einer Lösung mit Widerstandskonzept in den Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D erreicht werden sollte.
Ein zusätzlicher Vorteil der beschriebenen Ausgestaltung der Sendestufe 121 liegt darin, dass der Strom, welcher während des Zustands 403 (sic) in den beiden Pfaden der Sendestufen 121A/D und 121B/C fließt, beliebig oder „frei“ eingestellt werden kann, wie in der Tabelle 1 angegeben.
Die Aufteilung jeder Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D von 9 in n-Teile bzw. die n Stromstufen der Stromstufenschalter erlaubt einen zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452. Insbesondere sind die Stromwerte der n Stromstufen der Stromstufenschalter eingestellt, wie mit 11 in einem speziellen Beispiel veranschaulicht.
11 zeigt ein Beispiel für das Stromniveau pro Schaltstufe bzw. der Stromstufenschalter S1 bis S12. Somit sind bei dem gezeigten Beispiel zwölf der Stromstufen bzw. Stromstufenschalter S1, S2 bis S6 bis S12 für jede der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D verwendet. Die Stromstufen bzw. Stromstufenschalter S1, S2 bis S6 bis S12 sind mit den zugehörigen Transistoren MP_MIR, MP_R, MP₀ MP₁, MP₂ bis MP_n des Stromspiegels für die Sendestufen 121A, 121C von 9 bzw. den zugehörigen Transistoren MN_MIR, MN_R, MN₀, MN₁, MN₂ bis MN_r, des Stromspiegels für die Sendestufen 121D, 121B von 9 ein- oder ausschaltbar. Es gilt bei dem Beispiel von 11 also n = 12.
Der Wert des Stroms I (vertikale Achse in 11) bzw. I1, I2, I6, I12 usw. wird durch die Wahl des Werts des elektrischen Stroms der jeweiligen Stromstufe bzw. Stromstufenschalter S1 bis S12 eingestellt. Die einzelnen Stromstufen bzw. Stromstufenschalter S1 bis S12 (horizontale Achse in 12) haben somit Stromquellen IrefD1, IrefD2 bis IrefDn, die einen elektrischen Strom mit unterschiedlichen Stromwerten liefern.
Zum Erzeugen der Buszustände 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 gemäß Tabelle 2 werden die einzelnen Stromstufen S1 bis S12 mit Hilfe der Ansteuerschaltungen T_A, T_B, T_C, T_D der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D zeitlich versetzt ein- oder ausgeschaltet. Dadurch fließt in dem CANH-Pfad oder CANL-Pfad, in den die Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D geschaltet ist, ein entsprechender elektrischer Strom I.
Ganz allgemein ist es vorteilhaft, die Staffelung (Staggerstufen) pro Schaltstufe bzw. Stromstufe S1 bis S12 derart auszulegen, dass die Form des Differenzsignals VDIFF der Gauß'schen Fehlerfunktion folgt. Damit wird analytisch die geringste Emission erzeugt.
Beispielsweise kann für den Übergang von einem Zustand 402 (rezessiv) zu einem Zustand 401 (dominant), was einer steigenden Flanke der Differenzspannung VDIFF von 4 entspricht, durch das zeitlich versetzte Hinzuschalten der Stromstufen der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D der Strom im CANH-Pfad und im CANL-Pfad zur Erzeugung eines Dominant-Pegels am Bus 40 schrittweise erhöht werden. Der Übergang von einem Zustand 401 (dominant) zu einem Zustand 402 (rezessiv), was einer fallenden Flanke der Differenzspannung VDIFF von 4 entspricht, erfolgt entsprechend durch zeitlich versetztes Abschalten der Stromstufen der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D, wodurch der Strom im CANH und CANL-Pfad schrittweise gesenkt wird. Der gesamte Strom, der durch die Summe der Ströme I1 bis I12 bzw. I1 bis In aller Stromstufen S1 bis Sn gegeben ist, fließt während des Zustands 401 (dominant). Hier sind alle Stromstufen S1 bis Sn der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D eingeschaltet und der Gesamtstrom zur Erzeugung des Dominant-Pegels von nominal VDIFF = 2V fließt durch den Buswiderstand oder Abschlusswiderstand 49.
Durch die zeitliche Steuerung ist es möglich, die Signalform von CAN_H und CAN_L so anzugleichen, wie gemäß 6 gefordert. Es ist ein gezieltes Formen (Shaping) der Signalverläufe für CAN_H und CAN_L möglich. Insgesamt können die Buszustände 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase 451 oder die Buszustände L0, L1 der Datenphase 452 je nach den Vorgaben geformt werden.
Die Ströme der einzelnen Stromstufen S1 bis Sn der Sendestufen 121A, 121B, 121C und somit ihr jeweiliger Anteil am Gesamtstrom können auf unterschiedliche Weise gewählt werden, um eine möglichst niedrige Emission zu erreichen, insbesondere eine geringe Emission des Sendemoduls 121. Vorteilhaft für eine niedrige Emission ist es, zu Beginn und am Ende eines Schaltvorgangs zwischen Buszuständen 401, 402 wenig Strom hinzu- oder wegzuschalten und in der Mitte des Schaltvorganges viel Strom hinzu- oder wegzuschalten. Daher ist die in 11 gezeigte Einstellung der Ströme I1, I2 bis In der Stromstufen S1 bis S12 sehr vorteilhaft.
Im Gegensatz zu einer Realisierung mit identischen Stromquellen in den Stromstufen S1 bis Sn der Sendestufen 121A, 121B, 121C vermeidet die Konfiguration gemäß 9 bis 11 eine Stromerhöhung während des Ausschaltens, dem Übergang von dem Zustand 401 (Dominant) zu dem Zustand 402 (Rezessiv).
Die Granularität der zeitlichen Staffelung (Staggering) für das Ein- oder Ausschalten der einzelnen Stromstufen S1 bis S12 liegt in einem Bereich von etwa 2ns. Derartige kleine Stufen oder Schritte für die zeitliche Staffelung verursachen ein geringe Common-Mode-Störung und haben geringen negativen Einfluss auf die Emission. Dabei werden die Stromschritte, die über die Stromstufen S1, S2 bis S6 bis S12 eingestellt werden, fix gehalten und die zeitliche Staffelung variiert, so dass sich beim Einschaltvorgang ein möglichst weiches Verhalten einstellt (gemäß Gauß-scher Error-Funktion). Die Variation der Zeitschritte oder Zeitstufen verhindert außerdem das Auftreten einer schmalbandigen Frequenzlinie im Abstrahl-Frequenzspektrum.
Alternativ können die Staffelungsschritte (Staggering-Schritte) über fixe Zeitschritte und variierte Stromschritte ausgeführt werden.
Durch die gezeigte Struktur des Sendemoduls 121 wird ein symmetrisches Schalten der Bussignale CAN_H und CAN_L (6) bei steilen Schaltflanken zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 ermöglicht.
Zum einen werden durch die dargestellte Struktur des Sendemoduls 121 aufgrund der Verwendung schneller CMOS-Schalter oder CMOS-Transistoren weitaus steilere Schaltflanken zwischen den Buszuständen 401, 402, 403 in der Arbitrationsphase (SIC-Betriebsart) 451 oder den Buszuständen L0, L1 der Datenphase 452 realisiert. Zum anderen wird während der Schaltvorgänge die zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte notwendige Symmetrie des zeitlichen Verlaufs der Bussignale CAN_H und CAN_L erreicht. Ein Abgleich (Matching) der Kennlinien wird durch die Wahl oder Verwendung der Stromquellen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 erreicht. Damit ist der Abgleich (Matching) der Kennlinien weniger abhängig von Parametern der verwendeten Transistoren der Stufenschaltungen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1.
Der Dominantzustand 401 (dom) wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121B1. Hierbei und auch im Folgenden bedeutet der Begriff „Abgleich“ gemäß einer Möglichkeit einen aktiven Trimmschritt. Gemäß einer anderen Möglichkeit bedeutet „Abgleich“, dass die Werte der Stromquellen der Stufenschaltungen 121A1, 121B1möglichst gut zusammenpassen, was standardmäßig ohne Abgleichschritt oder Trimmschritt erfolgt.
Der Sic-Zustand (sic) wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121C1 und einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121D1 mit der Stufenschaltung 121B1.
In der Betriebsart XL-Fast wird der Zustand L0 bestimmt durch einen Abgleich (Matching) der Stufenschaltung 121A1 mit der Stufenschaltung 121B1. Der Zustand L1 wird bestimmt durch einen Abgleich (Matching) Stufenschaltung 121C1 mit der Stufenschaltung 121D1.

Die folgende Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für die Werte a, b, c, d, z, die für das Sendemodul 121 von 9 zum Erzeugen der jeweiligen Sendemodul-Zustände gewählt werden können. Der Wert a gibt an, wie viele Stromstufenschalter der ersten Sendestufe 121B leitfähig geschaltet sind. Der Wert b gibt an, wie viele Stromstufenschalter der zweiten Sendestufe 121B leitfähig geschaltet sind. Der Wert c gibt an, wie viele Stromstufenschalter der dritten Sendestufe 121C leitfähig geschaltet sind. Der Wert d gibt an, wie viele Stromstufenschalter der vierten Sendestufe 121D leitfähig geschaltet sind. Der Wert z gibt an, wie viele Transistoren der Transistoren MP₁ bis MP_n, und wie viele Transistoren der Transistoren MN₁ bis MN_r, leitfähig geschaltet sind. Somit zeigt Tabelle 3 ein Beispiel, wieviel parallel geschaltete Stromstufenschalter von jeder Sendestufe 121A, 121B, 121C, 121D jeweils leitfähig sind, um die entsprechenden Zustände des Sendemoduls 121 (Transmitter-States) einzustellen. Wie aus Tabelle 3 beispielsweise ablesbar, sind in der Arbitrationsphase zum Treiben eines Zustands 401 (dom) eine Anzahl von 60 Transistoren MP und eine Anzahl von 60 Transistoren MN sowie eine Anzahl von 60 Stromstufenschaltern der ersten Sendestufe 121A und eine Anzahl von 60 Stromstufenschaltern der zweiten Sendestufe 121B leitfähig geschaltet. Tabelle 3: Geforderte Anzahl von parallel geschalteten Schalttransistoren für die Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D je nach Zustand des Sendemoduls 121 (Transmitter-State).

Betriebsart des Sendemoduls 1210	Sendemodul-Zustand	VDIFF-Sendepegel (V)	z	a	b	c	d
Betriebsart Arbitrationsphase (SIC, xl_sic)	dom	2	60	60	60	0	0
	sic	0	60	30	30	30	30
	Rec	0	60	0	0	0	0
Betriebsart Datenphase (Fast-TX, xl_fasttx)	level0	1	60	30	30	0	0
Betriebsart Datenphase (Fast-TX, xl_fasttx)	level1	-1	60	0	0	30	30

Das beschriebene Sendemodul 121 ermöglicht durch eine Aufteilung seiner vier Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D in n Teile einen zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang. Dabei ist ein Einschalten gemäß Gauß-scher Error-Funktion realisierbar. Dies ermöglicht ein Einstellen eines weichen Verhaltens beim Einschaltvorgang. Außerdem verhindert die mögliche Variation von Zeitstufen beim Einschalten das Auftreten einer schmalbandigen Frequenzlinie im Abstrahl-Frequenzspektrum.
Alternativ ist es möglich, mit dem beschriebenen Sendemodul 121 einen gestaffelten und gesteuerten Schaltvorgang über fixe Zeitschritte und variierte Spannungsschritte auszuführen. Auch dadurch kann das Emissionsverhalten des Sendemoduls 121 derart beeinflusst werden, dass die vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden.
Noch dazu kann das beschriebene Sendemodul 121 Effekte aufgrund von unsymmetrischem Verhalten der Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D verringern, die in den Sendezuständen dom, sic, rec auftreten können und die Emission verschlechtern. Das Sendemodul 121 verhindert ein ungleiches Verhalten von Komponenten in Sendestufen 121A, 121B (Effekt 1) einer Vollbrücke, so dass im dom-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand minimiert oder verhindert wird. Zudem kann das Sendemodul 121 ein ungleiches Verhalten von Komponenten in Sendestufen 121A/121D und 121C/121B der Vollbrücke verhindern (Effekt 2), so dass im sic-Zustand eine Veränderung der Common-Mode-Spannung im Vergleich zu dem rec-Zustand minimiert oder verhindert wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da nur wenn ausgehend vom Common-Mode-Pegel des rec-Zustands die Common-Pegel im dom-Zustand und im sic-Zustand zu denjenigen des rec-Zustands passen, ein ausreichendes Emissionsergebnis erzielt werden kann, jedoch die Ursachen, welche zu dem Verhalten von Effekt 1 führen, andere sein können als die zum Effekt 2 führen.
Alle zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten des Sendemoduls 121 können auch mit veränderter Schaltungstopologie der Vollbrücke verwendet werden. Beispielsweise können die Dioden an anderer Stelle im Pfad zu dem Anschluss 43 angeordnet sein. Dann können die Kaskoden entfallen und in den Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D können spannungsfestere Stromstufenschalter zum Einsatz kommen.
12 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Sendemoduls 1210 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das für eine der Teilnehmerstationen 10, 30 anstelle eines Sendemoduls 121 des vorangehenden Ausführungsbeispiels verwendbar ist. Das Sendemodul 1210 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede identisch zu dem Sendemodul 121 des vorangehenden Ausführungsbeispiels aufgebaut.
Das Sendemodul 1210 hat eine Regelschaltung 15A zum Abgleich der Gleichtaktspannung V_CM für Buszustände, bei denen VDIFF ungleich 0V ist. Derartige Buszustände sind beispielsweise der Zustand VDIFF = 2V, was dem Zustand 401 (dom) entspricht, oder der Zustand VDIFF = 1V, was dem Zustand level0 bzw. L0 entspricht, oder der Zustand VDIFF = -1V, was dem Zustand level1 bzw. L1 entspricht, wie zuvor in Bezug auf 3 und 4 sowie 6 und 8 beschrieben.
Die Regelschaltung 15A hat ein Replikum 153, in dem eine skalierte Buslast 1531 mit zwei Widerständen R_DL1, R_DL2 angeordnet ist. Die skalierte Buslast 1531 hat eine skalierte Größe des Abschlusswiderstands 49 des Busses 40. Die skalierte Buslast 1531 hat eine Größe, die insbesondere um den Faktor 100 oder einen sonstigen Faktor kleiner als die Größe des Abschlusswiderstands 49 ist. Insbesondere ist die skalierte Buslast 1531 ein einstellbarer Widerstand.
Zwischen den Widerständen R_DL1, R_DL2 hat das Replikum 153 einen zentralen Abgriffpunkt, der gleich dem Gleichtaktpunkt oder Abgriffpunkt 157 ist. Die Widerstände R_DL1, R_DL2 haben dieselbe Größe, genauer denselben Widerstandswert.
Das Replikum 153 ist ansonsten aufgebaut, wie zuvor für das Replikum 152 des Sendemoduls 121 des vorangehenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die Bandbreite der Regelschleife der Regelschaltung 15A, insbesondere die Bandbreite des Differenzverstärkers 151, wird so gewählt, dass innerhalb der Bitdauer t_bt1 oder t_bt2, die in 3 gezeigt sind, ein Abgleich der Gleichtaktspannung V_CM für Buszustände erfolgt, bei denen VDIFF ungleich 0V ist.
Mit dem Replikum 153 ist die Ermittlung der (ungestörten) Gleichtaktspannung V_CM möglich, welche die Prozess- und Temperaturabhängigkeiten der Ausgänge der Sendestufe 1210 mit abbildet.
Gemäß einer ersten Modifikation des Sendemoduls 1210 von 12 sind in der Regelschaltung 15 mindestens zwei Replika 153 oder mindestens zwei Replika 152, 153 parallelgeschaltet. Auf diese Weise können für den Abgleich in mindestens zwei der möglichen Buszustände, insbesondere allen möglichen Buszuständen 401 (dom), 402 (rec), 403 (sic), L0, L1 von 3 bis 4 oder 6 und 8, mehrere Replika verwendet werden. Insbesondere kann für jeden abzugleichenden Buszustand ein anderes Replikum 152 verwendet werden.
Gemäß einer zweiten Modifikation des Sendemoduls von 12 sind in der Regelschaltung 15 mindestens zwei Replika parallelgeschaltet, wobei das Replikum nicht nur die Ausgangsstufe der Sendestufen 121A, 121D ist, sondern ein Replikum der gesamten Vollbrücke. Ein solches Replikum ist die Ausgangsstufe der in die H-Brücke (Vollbrücke) verschalteten Sendestufen 121A, 121B, 121C, 121D. Auch auf diese Weise können für den Abgleich in mindestens zwei der möglichen Buszustände, insbesondere allen möglichen Buszuständen 401 (dom), 402 (rec), 403 (sic), L0, L1 von 3 bis 4 oder 6 und 8, mehrere Replika verwendet werden.
13 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Sendemoduls 1211 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das für eine der Teilnehmerstationen 10, 30 anstelle eines Sendemoduls 121, 1210 der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendbar ist. Das Sendemodul 1211 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede identisch zu dem Sendemodul 1210 des vorangehenden Ausführungsbeispiels aufgebaut.
Das Sendemodul 1211 hat eine Regelschaltung 15B mit schaltbarer Buslast 1531 in einem Replikum 153A. Hierfür hat das Replikum 153A eine Schalteinheit 1532 und einen Anschluss 1533, in den ein Steuersignal sic zum Ansteuern der Schalteinheit 1532 eingegeben werden kann. Das Steuersignal sic kann beispielsweise von der Steuereinrichtung 124 ausgegeben werden.
In dem Zustand mit Busspannung VDIFF =0V, was dem SIC-Zustand 403 von 6 entspricht, wird das logische Signal sic=1 an den Anschluss 1534 geschaltet. Dadurch wird die skalierte Buslast 1531 kurzgeschlossen.
Wichtig bei dieser Implementierung ist ein weiches Schalten zwischen den Regelzuständen, insbesondere am Signal sic am Anschluss 1534. Dieses weiche Schalten kann beispielsweise durch weniger steile Flanken im Signal sic erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann das weiche Schalten durch eine entsprechende Bandbreite des Differenzverstärkers 151 bewirkt werden.
Das Replikum 153A ist ansonsten aufgebaut, wie zuvor für das Replikum 153 des Sendemoduls 121 des vorangehenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Somit ist die Regelschaltung 15B zum Abgleich der Gleichtaktspannung V_CM für Buszustände verwendbar, bei denen VDIFF gleich 0V oder ungleich 0V ist. Derartige Buszustände sind beispielsweise der sic-Zustand (VDIFF = 0 V) oder der Zustand VDIFF = 2V, was dem Zustand 401 (dom) entspricht, oder der Zustand VDIFF = 1V, was dem Zustand level0 bzw. L0 entspricht, oder der Zustand VDIFF = -1V, was dem Zustand level1 bzw. L1 entspricht, wie zuvor in Bezug auf 3 und 4 sowie 6 und 8 beschrieben.
Mit dem Replikum 153A ist die Ermittlung der (ungestörten) Gleichtaktspannung V_CM möglich, welche die Prozess- und Temperaturabhängigkeiten der Ausgänge der Sendestufe 1211 mit abbildet. Dies gilt für alle zuvor genannten Buszustände, bei denen VDIFF gleich 0V oder ungleich 0V ist.
Auch bei der Sendestufe 1211 sind mehrere Replika 152, 153, 153A möglich, wie zuvor in Bezug auf die Sendestufe 1210 beschrieben.
14 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Sendemoduls 1212 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das für eine der Teilnehmerstationen 10, 30 anstelle eines Sendemoduls 121, 1210, 1211 der vorangehenden Ausführungsbeispiele verwendbar ist. Das Sendemodul 1212 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist bis auf die nachfolgenden Unterschiede identisch zu dem Sendemodul 121 des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut.
Das Sendemodul 1212 hat Sendestufen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1, die jeweils als resistive Sendestufen aufgebaut sind. Dadurch sind nur Transistoren MP_CURR und MN_CURR als Strombegrenzer vorhanden. Jedoch ist die Regelschaltung 15 aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das Sendemodul 121 beschrieben.
Der Transistor MP_CURR bewirkt, dass ein Strom I_HS, der aus dem Transistor MP_CURR in die Vollbrücke zu den Sendestufen 121A, 121C fließt, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Insbesondere gilt I_HS < 115 mA. Der Transistor MN_CURR bewirkt, dass ein Strom I_LS, der von der Vollbrücke aus den Sendestufen 121D, 121B in den Transistor MN_CURR fließt, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Insbesondere gilt I_LS < 115 mA.
Die erste Sendestufe 121A1 hat Widerstände R_M_HS, die jeweils in die Stromstufenschalter der Sendestufe 121A1 geschaltet sind, wie in 14 gezeigt. Die zweite Sendestufe 121B1 hat Widerstände R_M_LS, die jeweils in die Stromstufenschalter der Sendestufe 121B1 geschaltet sind. Die dritte Sendestufe 121C1 hat Widerstände R_C_LS, die jeweils in die Stromstufenschalter der Sendestufe 121C1 geschaltet sind. Die vierte Sendestufe 121D1 hat Widerstände R_C_HS, die jeweils in die Stromstufenschalter der Sendestufe 121D1 geschaltet sind.
Ansonsten sind der Aufbau und die Funktion des Sendemoduls 1212 zur Erzeugung der Buszustände derselbe, die in Bezug auf 3 bis 8 beschrieben sind.
Bei dem Sendemodul 1212, das mit resistiver H-Brücke (Vollbrücke) aufgebaut ist, wird die Gleichtaktspannung V_CM vor allem durch die Abstimmung (Matching) der Widerstände der Sendestufen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 bestimmt. Daher kann bei dem Sendemodul 1212 die Gleichtaktspannung V_CM je nach Ausgestaltung der Sendestufen 121A1, 121B1, 121C1, 121D1 klein ausfallen. Falls die Leckströme der Dioden des Sendemoduls 1212 nicht vernachlässigbar sind, kann durch Verstellen der Begrenzungsströme (I_CTRL und I_BIAS) der Kanalwiderstand der Strombegrenzer, insbesondere der Transistoren M_PCURR, MN_NCURR, verstellt werden und somit die Gleichtaktspannung V_CM nach oben und unten verstellt werden.
Auch bei der Sendestufe 1212 sind mehrere Replika 152, 153, 153A möglich, wie zuvor in Bezug auf die Sendestufen 1210, 1211 beschrieben.
Somit kann mit den zuvor beschriebenen Sendemodulen 121, 1210, 1211, 1212 und deren Regelschaltungen 15, 15A, 15B ein Abgleich der Gleichtaktspannung V_CM erreicht werden, so dass die Emission selbst während der Schaltvorgänge zwischen den verschiedenen Buszuständen 401, 402, 403, L1, L0 von 3, 6 und 8 minimiert werden kann.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Sendemodule 121, 1210, 1211, 1212, der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, der Regelschaltungen 15, 15A, 15B der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel kann jedoch alternativ eine andere Art von Kommunikationsnetz sein, bei dem die Signale als differentielle Signale übertragen werden. 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 den Bus 40 gewährleistet ist.
Das Bussystem 1 gemäß dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen ist insbesondere ein CAN-Bussystem oder ein CAN-HS-Bussystem oder ein CAN FD-Bussystem oder ein CAN SIC-Bussystem oder ein CAN XL-Bussystem. Das Bussystem 1 kann jedoch ein anderes Kommunikationsnetzwerk sein, bei dem die Signale als differentielle Signale und seriell über den Bus übertragen werden.
Somit ist die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beispielsweise bei Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22 einsetzbar, die in einem CAN-Bussystem oder einem CAN-HS-Bussystem oder einem CAN FD-Bussystem oder einem CAN SIC-Bussystem oder einem CAN XL-Bussystem betreibbar sind.
In dem Bussystem 1 können Teilnehmerstationen 10, 30 vorhanden sein, von denen mindestens eine Teilnehmerstation ein Sendemodul 121 gemäß 9 verwendet und mindestens eine Teilnehmerstation ein Sendemodul 1210 gemäß 12 oder ein Sendemodul 1211 gemäß 13 oder ein Sendemodul 1212 gemäß 14 verwendet.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen ist beliebig. Insbesondere sind nur Teilnehmerstationen 10 oder nur Teilnehmerstationen 30 in den Bussystemen 1 des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels vorhanden.

Claims

Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1), mit einer ersten Sendestufe (121A; 121A1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, einer zweiten Sendestufe (121B; 121B1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, einer dritten Sendestufe (121C; 121C1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), einer vierten Sendestufe (121D; 121D1) zur Erzeugung von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), und eine Regelschaltung (15; 15A; 15B) zum Abgleich einer Gleichtaktspannung (V_CM) für die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D; 121A1, 121D1) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B; 121C1, 121B1) in Reihe geschaltet sind, wobei die Regelschaltung (15; 15A; 15B) ein Replikum (152; 153; 153A) einer Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) aufweist, und wobei das Replikum (152; 153; 153A) an die Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) angeschlossen ist.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 1, wobei ein Gleichtaktpunkt (157) des Replikums (152; 153; 153A) auf der Gleichtaktspannung (V_CM) des Ausgangs der Sendestufen (121A, 121D; 121A1, 121D1) liegt.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 2, wobei die Regelschaltung (15; 15A; 15B) zudem aufweist einen Differenzverstärker (151) mit einem Eingang, der an den Gleichtaktpunkt (157) des Replikums (152; 153; 153A) angeschlossen ist, und einen Regeltransistor (MN_CTRL) zum Regeln einer Gleichtaktspannung (V_CM) auf einen vorbestimmten Wert (ΔV), wobei die Gleichtaktspannung (V_CM) an dem Gleichtaktpunkt (157) des Replikums (152; 153; 153A) anliegt.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Replikum (152; 153; 153A) eine Reihenschaltung aus einem Transistor (MP_R), einer Diode (MN_DIOPR), einem Transistor (MP_CASPR), einer Diode (MN_DIONR), einem Transistor (MP_CASNR) und einem Transistor (MN_R) in der genannten Reihenfolge aufweist, und wobei die Größen der Bauteile der Reihenschaltung um einen vorbestimmten Faktor kleiner als Größen der Bauteile des Ausgangs der ersten und vierten Sendestufe (121A, 121D; 121A1, 121D1) sind.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 4, wobei der Transistor (MP_CASPR) und der Transistor (MP_CASNR) jeweils als Kaskode ausgestaltet sind.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Ausgangsanschlüsse (41, 42) der Vollbrücke zum Anschluss an einen Abschlusswiderstand (49) des Busses(40) vorgesehen sind, und wobei das Replikum (153; 153A) in der Reihenschaltung eine Buslast (1531) aufweist, die eine Nachbildung eines Abschlusswiderstands (49) des Busses (40) ist.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 6, wobei die Buslast (1531) zwei Widerstände (R_DL1, R_DL2) aufweist, die beide an den Gleichtaktpunkt (157) des Replikums (152; 153; 153A) angeschlossen sind.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Replikum (153A) eine Schalteinheit (1532) aufweist zum Einschalten oder Ausschalten der Buslast (1531).
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) ausgestaltet ist, den Wert des im Betrieb des Sendemoduls (121) von der Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) ausgegebenen elektrischen Stroms (I1 bis In) mit einem Stromspiegel am Eingang der Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) einzustellen.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stromspiegel am Eingang jeder Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) zwei CMOS-Transistoren aufweist, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der ersten Sendestufe (121A; 121A1) PMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der zweiten Sendestufe (121B; 121B1) NMOS-Transistoren sind, wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der dritten Sendestufe (121C; 121C1) PMOS-Transistoren sind, und wobei die CMOS-Transistoren des Stromspiegels am Eingang der vierten Sendestufe (121D; 121D1) NMOS-Transistoren sind.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 11, wobei die mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) mindestens eine Stromsenke aufweisen.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Anzahl n der mindestens zwei Stromstufen (S1 bis Sn) für jede der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) dieselbe ist, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einem ersten Widerstand (R_H), dessen eines Ende an die erste Sendestufe (121A; 121A1) angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an die dritte Sendestufe (121C; 121C1) angeschlossen ist, und einem zweiten Widerstand (R_L), dessen eines Ende an die zweite Sendestufe (121B; 121B1) angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an die vierte Sendestufe (121D; 121D1) angeschlossen ist.
Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Ansteuerschaltung (T_A; T_B; T_C; T_D) zur Ansteuerung von schaltbaren Komponenten der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) in Abhängigkeit von einem digitalen Sendesignal (TxD) und von einer für das Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) eingestellten Betriebsart (SIC; FAST_TX).
Sendemodul (121; 1210) nach Anspruch 15, wobei die Ansteuerschaltung (T_A; T_B; T_C; T_D) zum zeitlich gestaffelten und gesteuerten Schalten der Ströme von mindestens zwei Stromstufenschaltern (S1 bis Sn) der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) ausgestaltet ist.
Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22) für eine Teilnehmerstation (20) für ein serielles Bussystem (1), mit einem Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einem Empfangsmodul (122) zum Empfangen von Signalen von dem Bus (40).
Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1), mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22) nach Anspruch 17, und einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21) zum Steuern der Kommunikation in dem Bussystem (1) und zur Erzeugung eines digitalen Sendesignals (TxD) zur Ansteuerung der ersten bis vierten Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1).
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 18, wobei die Teilnehmerstation (10; 20; 30) für die Kommunikation in einem Bussystem (1) ausgestaltet ist, in dem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf den Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist.
Verfahren zum Senden von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einem Sendemodul (121; 1210; 1211; 1212) ausgeführt wird, das eine erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 1210A bis 1210D) und eine Regelschaltung (15; 15A; 15B) aufweist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit der ersten Sendestufe (121A; 121A1), von Sendeströmen (I1 bis In) für ein erstes Signal (CAN_H), das auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden ist, Erzeugen, mit der zweiten Sendestufe (121B; 121B1), von Sendeströmen (I1 bis In) für ein zweites Signal (CAN_L), das als ein zu dem ersten Signal (CAN_H) differentielles Signal auf den Bus (40) zu senden ist, Erzeugen, mit der dritten Sendestufe (121C; 121C1), von Sendeströmen (I1 bis In) für das erste Signal (CAN_H), und Erzeugen, mit der vierten Sendestufe (121D; 121D1) von Sendeströmen (I1 bis In) für das zweite Signal (CAN_L), Abgleichen, mit der Regelschaltung (15; 15A; 15B), einer Gleichtaktspannung (V_CM) für die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1), wobei die erste bis vierte Sendestufe (121A bis 121D; 121A1 bis 121D1) in eine Vollbrücke geschaltet sind, bei der die erste und vierte Sendestufe (121A, 121D; 121A1, 121D1) in Reihe geschaltet sind und die dritte und zweite Sendestufe (121C, 121B; 121C1, 121B1) in Reihe geschaltet sind, wobei die Regelschaltung (15; 15A; 15B) ein Replikum (152; 153; 153A) einer Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) aufweist, und wobei das Replikum (152; 153; 153A) an die Ausgangsstufe des Sendemoduls (121; 1210; 1211; 1212) angeschlossen ist.