DE4406999A1 - Schaltungsanordnung für ein Bussystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Bussystem mit zwei mehrere Teilnehmer verbindenden Leitungen, wobei ein Abschlußnetzwerk den Leitungen vorgegebene Spannungen zuführt, die zwischen Massepotential und einer Betriebsspannung liegen, und wobei zum Senden einer Nachricht von einem sendenden Teilnehmer die Spannung der einen Leitung in Richtung auf Massepotential und die Spannung der anderen Leitung in Richtung auf Betriebsspannung geändert wird.

Ein Bussystem der gattungsgemäßen Art ist unter der Bezeichnung CAN (controller area network) für die serielle Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug bekanntgeworden und beispielsweise in Lawrenz, W. et al. "CAN-Controller Area Network for In-vehicle Network Applications", proposed SAE Information Report J1583, Botzenhardt, W. et al.: "Bussystem für Kfz-Steuergeräte", VDI Berichte Nr. 612, 1986, Seiten 459 bis 470 und Lawrenz, W.: "Entwicklungswerkzeuge für Controller-Netzwerke", Elektronik 18/4.9.1987, Seiten 136 bis 140 beschrieben. Dabei dient zur Erzeugung der vorgegebenen Spannungen ein Abschlußnetzwerk mit zwei die vorgegebenen Spannungen erzeugenden Spannungsteilern, welche zwischen Massepotential und Betriebsspannung geschaltet sind. Aus der Forderung nach einer hohen Übertragungsrate und einer durch die Anzahl der Teilnehmer sowie die Länge und Art der Leitungen gegebene kapazitive Last ergibt sich die Notwendigkeit eines geringen Innenwiderstandes des Abschlußnetzwerks. Dieses hat jedoch bei dem bekannten Abschlußnetzwerk den Nachteil, daß im Ruhezustand des Bussystems eine relativ hohe Stromaufnahme erfolgt. Die Stromaufnahme soll jedoch insbesondere in einem Kraftfahrzeug bei abgeschalteter Zündung äußerst gering sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung für ein Bussystem anzugeben, bei welcher trotz eines niedrigen Innenwiderstands im Ruhezustand eine möglichst geringe Stromaufnahme erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, daß zur Erzeugung der vorgegebenen Spannung für die eine Leitung ein Spannungsteiler vorgesehen ist, dessen eines Ende mit einer ständig vorhandenen Betriebsspannung beaufschlagt ist und dessen anderes Ende über einen steuerbaren Halbleiterschalter mit Masse verbindbar ist, und daß zur Erzeugung der vorgegebenen Spannung der anderen Leitung ein anderer Spannungsteiler vorgesehen ist, der zwischen einer schaltbaren Betriebsspannung und Massepotential liegt, wobei die andere Leitung ferner mit einer Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters verbunden ist.

Neben der geringen Ruhestromaufnahme hat die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bezüglich des CAN den Vorteil, daß die für die vorgegebenen Spannungen und den Innenwiderstand des Abschlußnetzwerks vorgesehenen Toleranzen grundsätzlich eingehalten werden. Während der Ruhephase liegen die vorgegebenen Spannungen zwar außerhalb der Toleranz, das Bussystem bleibt jedoch funktionsfähig, bis durch Senden eines der Busteilnehmer die andere Leitung ohnehin auf Betriebsspannung gelegt und damit der Halbleiterschalter in den leitenden Zustand gebracht wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein Transistor ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein npn-Transistor ist, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollektor mit dem einen Spannungsteiler verbunden ist.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Verbindungspunkt zwischen dem einen Spannungsteiler und dem steuerbaren Halbleiterschalter mit einem Steuereingang mindestens einer weiteren Schaltungsanordnung derart verbindbar ist, daß diese aktiviert wird, wenn der Halbleiterschalter leitend wird. Hierdurch ist eine einfache Erzeugung eines sogenannten Wake-up-Signals möglich, das die weitere Schaltungsanordnung aktiviert, wenn die schaltbare Betriebsspannung eingeschaltet wird oder wenn einer der Teilnehmer sendet, so daß der Halbleiterschalter leitend wird.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines an sich bekannten Bussystems mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Obwohl die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nicht nur die Aufgaben eines Abschlußnetzwerkes erfüllt, wird in Anlehnung an das bekannte Bussystem die erfindungsgemäße Schaltung als Abschlußnetzwerk bezeichnet.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden Widerstände 1, 2 einen Spannungsteiler, wobei der Widerstand 1 über einen Anschluß 3 mit einer an sich ständig vorhandenen Betriebsspannung U51 beaufschlagt ist. Der Widerstand 2 ist über einen Transistor 4 mit Massepotential verbindbar. Der Ausgang 5 des Spannungsteilers ist an die eine Leitung CAN_L des Bussystems angeschlossen. Ein weiterer Spannungsteiler besteht aus zwei Widerständen 6, 7 und verbindet einen Anschluß 8, der mit einer schaltbaren Betriebsspannung U5 beaufschlagbar ist, mit Massepotential. Der Verbindungspunkt der Widerstände 6 und 7 ist einerseits über einen Widerstand 9 mit der Basis des Transistors 4 und andererseits mit einem Anschluß 10 verbunden. Dieser liegt an der anderen Leitung CAN_H des Bussystems. Ein weiterer Anschluß 11 der Schaltungsanordnung ist mit dem Kollektor des Transistors 4 verbunden und dient als Ausgang für ein Wake-up-Signal.

Die Spannungen U5 und U51 können bei der im wesentlichen vorgesehenen Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug in an sich bekannter Weise aus der Bordspannung mit Hilfe von Spannungswandlern erzeugt werden. Dabei wird eine Spannung zur Erzeugung der Betriebsspannung U51 vor dem Zündschalter und eine Spannung zur Erzeugung der Betriebsspannung U5 nach dem Zündschalter abgegriffen. Die Spannungsangaben zu den Leitungen CAN_H und CAN_L bedeuten:

Spannung bei ausgeschaltetem System/Spannung bei eingeschaltetem System/Spannung, wenn ein Teilnehmer sendet.

Ist das System eingeschaltet, betragen U5 und U51 jeweils 5 V. Entsprechend dem Teilerverhältnis der Widerstände 6 und 7, beispielsweise 1,8kΩ : 1kΩ, liegt am Anschluß 10 eine Spannung von 1,75 V. Dadurch erhält der Transistor 4 über den Widerstand 9 Basisstrom und wird leitend. Dieses hat zur Folge, daß die Spannung am Ausgang 11 den Wert 0 V annimmt und am Anschluß 5 den Wert 3,25 V. Die Spannungen von 1,75 V und 3,25 V entsprechen den für das CAN vorgesehenen Spannungen. Das später noch zu erläuternde Bussystem gemäß Fig. 2 kann also entsprechend den einschlägigen Spezifikationen arbeiten.

Bei einem Betriebszustand, der beispielsweise bei Nichtbenutzung des Kraftfahrzeugs vorliegt, ist das System ausgeschaltet. Die Betriebsspannungen sind dann US = 0 und U51 = 5 V. Die Leitung CAN_H liegt dann auf 0 V, der Transistor 4 ist gesperrt und die Leitung CAN_L nimmt eine Spannung von 5 V ein. Diese Pegel liegen zwar außerhalb der für das CAN gültigen Toleranzen, das Bussystem bleibt jedoch funktionsfähig. Bei einer praktisch ausgeführten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wurde ein Ruhestrom von < 50 µA gemessen.

Sendet ein Teilnehmer, so wird über dessen Busteilnehmer die Spannung der Leitung CAN_H nach 5 V und die Spannung der Leitung CAN_L nach Masse gezogen.

Zur Realisierung von Schnittstellen zwischen den Teilnehmern und den Leitungen CAN_H und CAN_L sind spezielle integrierte Schaltkreise auf dem Markt erhältlich, die im folgenden CAN-IC genannt werden. Diese verfügen über eine Aufweckschaltung, welche beim Eintreffen von Signalen über den Bus ein Wake-up-Signal erzeugt, das eine an den CAN-IC angeschlossene Schaltung aufweckt. Außer der Benutzung dieser Aufweckschaltung können bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung die betroffenen Schaltungen auch durch ein Interrupt-Signal aufgeweckt werden, das durch die fallende Flanke am Ausgang 11 ausgelöst wird. Dieses hat den Vorteil, daß im Sleep-mode auch die CAN-ICs abgeschaltet werden können. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Erzeugung des Wake-up-Signals durch die CAN-ICs mitunter nicht zuverlässig erfolgt.

Fig. 2 zeigt ein Bussystem mit einem Abschlußnetzwerk 20 und drei Teilnehmern 21, 22, 23, die an die Leitungen CAN_L und CAN-H angeschlossen sind. Lediglich der Teilnehmer 21 ist detaillierter dargestellt. Er umfaßt einen integrierten Schaltkreis (CAN-IC) 24 mit Ausgängen TX und Eingängen RX. Ein solcher CAN-IC wird beispielsweise von der Firma Intel unter der Bezeichnung AN82526 angeboten. Er ist mit einem Mikrocomputer 25 verbunden und dient diesem als Interface für das Bussystem.

Über die Ausgänge TX werden zwei als Bustreiber dienende Transistoren 26, 27 gesteuert, deren Kollektoren über je einen Entkopplungswiderstand 28, 29 mit den Busleitungen CAN_H und CAN_L verbunden sind. Der Emitter des Transistors 26 liegt auf einer Betriebsspannung Vcc, während der Emitter des Transistors 27 mit Massepotential verbunden ist. Die Entkopplungswiderstände sind im Verhältnis zum Innenwiderstand des Abschlußnetzwerks 20 derart dimensioniert, daß die Spannung der Busleitung CAN_H bei leitendem Transistor 26 deutlich größer als 2,5 V und die Spannung der Busleitung CAN_L bei leitendem Transistor 27 deutlich kleiner als 2,5 V ist.

Zum Empfang der von den anderen Teilnehmern gesendeten Daten sind die Eingänge RX des CAN-ICs 24 über je einen Spannungsteiler 30, 31; 32, 33 an die Busleitungen CAN_H und CAN_L angeschlossen. Der Fußpunkt der Spannungsteiler liegt auf halber Betriebsspannung Vcc/2. Damit ist sichergestellt, daß bei den durch das Abschlußnetzwerk vorgegebenen Spannungen auf den Leitungen CAN_H und CAN_L am Ausgang eines im CAN-IC 24 angeordneten Komparators der eine logische Pegel und bei <2,5 V auf der Leitung CAN-H und <2,5 V auf der Leitung CAN_L der andere logische Pegel ansteht.

Um den Ruhestromverbrauch des Systems zu senken, wird der Mikrocomputer 25 bei ausgeschaltetem System im Sleep-mode betrieben. Sowohl durch Einschalten des Systems (US wird eingeschaltet) als auch beim Senden einer Nachricht durch einen anderen Teilnehmer nimmt die Spannung am Ausgang 11 des Abschlußnetzwerks 20 den Wert 0 ein. Zum Aufwecken des Mikrocomputers 25 ist der Ausgang 11 mit einem Interrupt-Eingang 34 des Mikrocomputers 25 verbunden.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung für ein Bussystem mit zwei mehrere Teilnehmer verbindenden Leitungen, wobei ein Abschlußnetzwerk den Leitungen vorgegebene Spannungen zuführt, die zwischen Massepotential und einer Betriebsspannung liegen, und wobei zum Senden einer Nachricht von einem sendenden Teilnehmer die Spannung der einen Leitung in Richtung auf Massepotential und die Spannung der anderen Leitung in Richtung auf Betriebsspannung geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der vorgegebenen Spannung für die eine Leitung (CAN_L) ein Spannungsteiler (1, 2) vorgesehen ist, dessen eines Ende (3) mit einer ständig vorhandenen Betriebsspannung beaufschlagt ist und dessen anderes Ende über einen steuerbaren Halbleiterschalter (4) mit Masse verbindbar ist, und daß zur Erzeugung der vorgegebenen Spannung der anderen Leitung (CAN_H) ein anderer Spannungsteiler (6, 7) vorgesehen ist, der zwischen einer schaltbaren Betriebsspannung und Massepotential liegt, wobei die andere Leitung (CAN_H) ferner mit einer Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters (4) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein Transistor (4) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein npn-Transistor (4) ist, dessen Emitter mit Masse und dessen Kollektor mit dem einen Spannungsteiler (1, 2) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (11) zwischen dem einen Spannungsteiler (1, 2) und dem steuerbaren Halbleiterschalter (4) mit einem Steuereingang (34) mindestens einer weiteren Schaltungsanordnung (25) derart verbindbar ist, daß diese aktiviert wird, wenn der Halbleiterschalter (4) leitend wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Spannungsteiler aus einem Widerstand (1) von 910 Ω und einem Widerstand (2) von 1,8 kΩ gebildet ist, daß der andere Spannungsteiler aus einem Widerstand (6) von 1,8 kΩ und einem Widerstand (7) von 1 kΩ besteht und daß zwischen den Ausgang (10) des anderen Spannungsteilers (6, 7) bzw. die andere Leitung (CAN_H) und der Steuerelektrode des Halbleiterschalters (4) ein Widerstand (9) von 10 kΩ geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ständig vorhandene Betriebsspannung (U51) und die schaltbare Betriebsspannung (US) 5 V betragen.