Titel

Empfangsmodul und Verfahren zum Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Empfangsmodul und ein Verfahren zum Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem, die bei einer Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) 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. Für die Datenübertragung gibt es verschiedene Standards oder Datenübertragungsprotokolle. Bekannt sind insbesondere ein CAN Bussystem, ein LVDS Bussystem (LVDS = Low Voltage Differential Signaling), ein MSC Bussystem (MSC = Micro-Second-Channel), ein 10BASE-T1S- Ethernet.

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 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, wobei der Standard (CiA610-3) dafür derzeit bei der Organisation CAN in Automation (CiA) festgelegt wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.

Bei allen oben genannten CAN basierten Bussystemen wird für ein Sendesignal TxD separat ein Bussignal CAN_H und idealerweise gleichzeitig ein Bussignal 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.

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. Bei CAN XL müssen die Sende- /Empfangseinrichtungen in der Lage sein, die Bussignale CAN_H, CAN_L in der zweiten Kommunikationsphase mit einem anderen Physical Layer auf den Bus zu senden als in der ersten Kommunikationsphase. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).

Damit können die Daten in der zweiten Kommunikationsphase mit einer deutlich höheren Datenrate auf den Bus gesendet werden als in der ersten Kommunikationsphase. Zudem können sich damit die Buspegel der Bussignale CAN_H, CAN_L für die erste Kommunikationsphase von den Buspegeln der zweiten Kommunikationsphase unterscheiden. Für eine geringe Fehlerrate ist es dabei wichtig, dass eine Teilnehmerstation, die in die Kommunikation am Bus neu hinzugeschaltet wird, erkennt, in welcher Kommunikationsphase derzeit am Bus kommuniziert wird.

Für alle Betriebsphasen der Kommunikation am Bus ist also sicherzustellen, dass eine empfangende Teilnehmerstation des Bussystems die Pegel der Bussignale CAN_H, CAN_L richtig erkennen und auswerten kann.

Offenbarung der Erfindung

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Empfangsmodul und ein Verfahren zum Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen das Empfangsmodul und das Verfahren zum Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem eine zuverlässige und unaufwändige Erkennung von Bussignalen ermöglichen, auch wenn der Physical Layer zwischen zwei Kommunikationsphasen bei der Kommunikation am Bus umgeschaltet wird.

Die Aufgabe wird durch ein Empfangsmodul zum Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das Empfangsmodul hat einen ersten Komparator zur Auswertung der von einem Bus des Bussystems empfangenen differentiellen Signale mit einer ersten Empfangsschwelle, einen zweiten Komparator zur Auswertung der von dem Bus empfangenen differentiellen Signale mit einer zweiten Empfangsschwelle oder einer dritten Empfangsschwelle, wobei die erste bis dritte Empfangsschwelle unterschiedlich sind, einem Spannungsteiler, der an den Bus angeschlossen ist, zum Bereitstellen der von dem Bus empfangenen differentiellen Signale für den ersten Komparator und für den zweiten Komparator, und einer Ansteuerschaltung zum Umschalten des zweiten Komparators zwischen der zweiten und dritten Empfangsschwelle in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Empfangsmoduls, in welche das Empfangsmodul für eine erste oder zweite Kommunikationsphase einer Kommunikation auf dem Bus zu schalten ist.

Das beschriebene Empfangsmodul ist derart ausgestaltet, dass eine zuverlässige und unaufwändige Erkennung von Bussignalen im Betrieb des Bussystems erfolgt. Dies gilt insbesondere auch für eine derartige Kommunikation, bei der der Physical Layer zwischen zwei Kommunikationsphasen für die Kommunikation am Bus umgeschaltet wird. Das Empfangsmodul kann die jeweiligen Buszustände der einzelnen Kommunikationsphasen und somit die einzelnen Kommunikationsphasen bei der Kommunikation am Bus sicher unterscheiden.

Dabei ermöglicht das beschriebene Empfangsmodul, dass die Vorgaben für die Kommunikation gemäß den Anforderungen von CAN XL erfüllt werden, die insbesondere in dem Standard CiA610-3 festgeschrieben sind.

Zudem ist das beschriebene Empfangsmodul derart ausgestaltet, dass die Signalpegel der Bussignale mit simultanem Auswerten von zwei Empfangsschwellen in ein digitales Empfangssignal umgewandelt werden können. Dabei können die beiden Empfangsschwellen, welche in den einzelnen Kommunikationsphasen verwendet werden, je Kommunikationsphase unterschiedlich sein.

Dadurch stellt das Empfangsmodul sicher, dass eine Teilnehmerstation, die hinzugeschaltet wird und sich in die Kommunikation am Bus versucht zu integrieren, die Kommunikation am Bus nicht stört. Die Teilnehmerstation kann nämlich mit dem Empfangsmodul sicher erkennen, ob der Bus frei von Datenverkehr ist. Da das Empfangsmodul zuverlässig die aktuellen Buszustände zuordnet, wird die neu hinzugekommene Teilnehmerstation erst selbst Daten auf den Bus senden, wenn der Bus frei ist. Somit führt ein Hinzuschalten einer Teilnehmerstation, die beispielsweise initial gestartet wird oder versucht, sich nach einem Fehler in der Buskommunikation wieder in die Kommunikation am Bus zu integrieren, nicht zu einer Störung der Kommunikation am Bus.. Infolge dessen ermöglicht das Empfangsmodul, die Funktionalität, für Arbitration und Datenphase unterschiedliche Empfangsschwellen zu verwenden. Dadurch wird nicht nur die Kommunikation im Bussystem mit höheren Bitraten realisiert, sondern auch die übertragbare Bitrate nicht durch Fehler in der Kommunikation herabgesetzt.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Empfangsmoduls sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Der erste und zweite Komparator können derart an den Spannungsteiler angeschlossen sein, dass der erste und zweite Komparator die vom Bus empfangenen differentiellen Signale simultan auswerten.

Möglicherweise hat der zweite Komparator einen Widerstand, ein Eingangsdifferenzpaar mit zwei Transistoren, zwischen welche der Widerstand geschaltet ist, eine erste Stromquelle, die mit einem Ende des Widerstands verbunden ist, und eine zweite Stromquelle, die mit dem anderen Ende des Widerstands verbunden ist. Hierbei kann die erste und zweite Stromquelle zum Einstellen eines Arbeitspunkts der zwei Transistoren angeordnet sein.

Die erste und zweite Stromquelle und der Widerstand können zum Einstellen der zweiten oder dritten Empfangsschwelle in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch die Ansteuerschaltung angeordnet sein.

Der Spannungsteiler kann eine Schaltung aus Widerständen aufweisen, an welchen der erste und zweite Komparator angeschlossen ist.

In einer Ausgestaltung ist die Anzahl von Widerständen in einem ersten Widerstandspfad des Spannungsteilers für ein erstes Signal der differentiellen Signale gleich der Anzahl von Widerständen in einem zweiten Widerstandspfad des Spannungsteilers für ein zweites Signal der differentiellen Signale.

In einer Ausgestaltung hat das Empfangsmodul zudem ein erstes Eingangsfilter, das zwischen den Spannungsteiler und den ersten Komparator geschaltet ist, und ein zweites Eingangsfilter, das zwischen den Spannungsteiler und den zweiten Komparator geschaltet ist, wobei jedes Eingangsfilter ein RC-Glied für ein erstes Signal der differentiellen Signale und ein RC-Glied für ein zweites Signal der differentiellen Signale aufweist.

Der zweite Komparator kann eine mindestens einstufige Schaltung mit Transistoren aufweisen.

Denkbar ist, dass das Empfangsmodul zudem einen Treiber zum Treiben eines digitalen Empfangssignals an eine Kommunikationssteuereinrichtung einer Teilnehmerstation des Bussystems), und eine Logikschaltung zum Weiterleiten eines Ausgangssignals des ersten Komparators und eines Ausgangssignals des zweiten Komparators an den Treiber, wenn die Ansteuerschaltung die zweite Empfangsschwelle eingestellt hat, und zum Weiterleiten nur des Ausgangssignals des zweiten Komparators an den Treiber, wenn die Ansteuerschaltung die dritte Empfangsschwelle eingestellt hat.

Gemäß einer Option ist der erste Komparator zur Auswertung der von dem Bus empfangenen differentiellen Signale mit der ersten Empfangsschwelle oder der zweiten Empfangsschwelle ausgestaltet.

Das zuvor beschriebene Empfangsmodul kann Teil einer Sende- /Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung kann zudem ein Sendemodul zum Senden von Signalen auf einen Bus des Bussystems aufweisen.

Die zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein. Die Teilnehmerstation kann zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung zur Steuerung der Kommunikation in dem Bussystem und zur Erzeugung eines digitalen Sendesignals für das Sendemodul aufweisen.

Optional 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 Empfangen von differentiellen Signalen in einem seriellen Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren wird mit einem Empfangsmodul ausgeführt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Empfangen, mit einem Empfangsmodul, von differentiellen Signalen von einen Bus des Bussystems, wobei das Empfangsmodul mit einem Spannungsteiler an den Bus angeschlossen ist, Bereitstellen der differentiellen Signale mit dem Spannungsteiler für einen ersten Komparator und für einen zweiten Komparator, Auswerten der differentiellen Signale mit dem ersten Komparator mit einer ersten Empfangsschwelle und mit dem zweiten Komparator mit einer zweiten oder dritten Empfangsschwelle, wobei die erste bis dritte Empfangsschwelle unterschiedlich sind, und Ansteuern, mit einer Ansteuerschaltung, des zweiten Komparators, um den zweiten Komparator zwischen der zweiten und dritten Empfangsschwelle in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Empfangsmoduls (122) umzuschalten, in welche das Empfangsmodul für eine erste oder zweite Kommunikationsphase einer Kommunikation auf dem Bus zu schalten ist.

Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf das Empfangsmodul genannt sind.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Zeichnungen

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann;

Fig. 3 ein Beispiel für den idealen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN_H, CAN_L in dem Bussystem von Fig. 1;

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF, die sich auf dem Bus des Bussystems infolge der Bussignale von Fig. 4 ausbildet;

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Sende- Empfangseinrichtung mit einem Empfangsmodul für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ein Schaltbild des Empfangsmoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein Schaltbild eines Komparators des Empfangsmoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Sende- Empfangseinrichtung mit einem Empfangsmodul für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in der Arbitrationsphase (SIC- Betriebsart) in Bussignale CAN_H, CAN_L für einen Bus des Bussystems von Fig. 1 umgesetzt werden soll;

Fig. 10 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 Fig. 9 auf den Bus gesendet werden; Fig. 11 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals, welches gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in der Datenphase in Bussignale CAN_H, CAN_L für den Bus des Bussystems von Fig. 1 umgesetzt werden soll; und

Fig. 12 den zeitlichen Verlauf der Bussignale CAN_H, CAN_L, die in der Datenphase aufgrund des Sendesignals von Fig. 11 auf den Bus gesendet werden.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 XL- Formats aufgebaut. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 dient zum Senden und Empfangen der Nachrichten 45, 47 von dem Bus 40. 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 SIC oder CAN XL 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.

Fig. 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 Fig. 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 Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 und ein Rahmenabschlussfeld 457.

In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) mit beispielsweise Bits ID28 bis ID18 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.

In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 gesendet. In dem Prüfsummenfeld 456 kann eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Am Ende der Datenphase 452 wird wieder in die Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet.

In einem Endefeld in der Rahmenabschlussphase 457 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-l: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.

Fig. 3 zeigt auf der linken Seite, dass die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in der Arbitrationsphase 451 Signale CAN_H, CAN_L auf den Bus 40 senden, die abwechselnd mindestens einen dominanten Zuständ 401 oder mindestens einen rezessiven Zustand 402 haben. Nach der Arbitration in der Arbitrationsphase 451 steht eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 als Gewinner fest. Angenommen, die Teilnehmerstation 10 hat die Arbitration gewonnen. Dann schaltet die Sende- /Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 10 ihren Physical Layer am Ende der Arbitrationsphase 451 von einer ersten Betriebsart (SLOW) in eine zweite Betriebsart (FAST_TX) um, da die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 Sender der Nachricht 45 ist. Das Sendemodul 121 erzeugt 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 LI für die Signale CAN_H, CAN_L auf dem Bus 40. Die Frequenz der Signale CAN_H, CAN_L kann in der Datenphase 452 gesteigert sein, wie auf der rechten Seite in Fig. 3 gezeigt. Somit ist die Netto-Datenübertragungsrate in der Datenphase 452 im Vergleich zu der Arbitrationsphase 451 gesteigert. Dagegen schaltet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 30 ihren Physical Layer am Ende der Arbitrationsphase 451 von der ersten Betriebsart (SLOW) in eine dritte Betriebsart (FAST_RX) um, da die Teilnehmerstation 30 in der Datenphase 452 nur Empfänger, also kein Sender, des Rahmens 450 ist. Nach dem Ende der Arbitrationsphase 451 schalten alle Sende- /Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 30 ihre Betriebsart in die erste Betriebsart (SLOW) um. Somit schalten alle Sende-/Empfangseinrichtungen 12 auch ihren Physical Layer um.

Gemäß Fig. 4 bildet sich in der Arbitrationsphase 451 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. Dies ist auf der linken Seite in Fig. 4 gezeigt. Dagegen bildet sich in der Datenphase 452 auf dem Bus 40 ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN_L mit Zuständen L0, LI aus, wie auf der rechten Seite in Fig. 4 gezeigt. Der Zustand L0 hat einen Wert VDIFF = IV. Der Zustand LI hat einen Wert VDIFF = -IV.

Das Empfangsmodul 122 kann die Zustände 401, 402 jeweils mit zwei der Empfangsschwellen TI, T2, T3 unterscheiden, die in den Bereichen TH_T1, TH_T2, TH_T3 liegen. Hierfür tastet das Empfangsmodul 122 die Signale von Fig. 3 oder Fig. 4 zu Zeitpunkten t_A ab. Zum Auswerten des Abtastergebnisses verwendet das Empfangsmodul 122 in der Arbitrationsphase 451 die Empfangsschwelle TI 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, FAST_TX, FAST_RX), die zuvor in Bezug auf Fig. 3 beschrieben sind, schaltet das Empfangsmodul 122 jeweils die Empfangsschwellen T2, T3 um, wie nachfolgend beschrieben.

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. Die Empfangsschwelle T2 wird im Standard für CAN kurz OOB (= Out-of- Boundary = außerhalb des Grenzwerts) genannt. Die Bedingungen für einen verkehrsfreien CAN-XL-Bus sind, dass kein dominanter Zustand 401 auftritt, welcher typischerweise die Differenzspannung VDIFF = 2 V hat. Somit darf die Empfangsschwelle TI von beispielsweise 0,7 V nicht überschritten werden. Außerdem dürfen keine Pegel gemäß dem Zustand LI auftreten, welcher typischerweise die Differenzspannung VDIFF = 2V hat -IV hat. Somit darf die Empfangsschwelle T2 von beispielsweise -0,35 V nicht unterschritten werden.

Jede Teilnehmerstation 10, 30 schaltet die Betriebsart der Sende- /Empfangseinrichtung 12 in die Betriebsart der Arbitrationsphase 451, wenn die Teilnehmerstation 12 neu in die Kommunikation am Bus 40 hinzugeschaltet wird.

Das Hinzuschalten der Teilnehmerstation 10 kann zum einen erforderlich werden, wenn die Teilnehmerstation 10 initial gestartet wird und in die Kommunikation am Bus 40 integriert werden soll. Zum anderen kann das Hinzuschalten der Teilnehmerstation 10 erforderlich werden, wenn die Teilnehmerstation 10 versucht, sich nach einem Fehler in der Buskommunikation wieder in die Kommunikation am Bus 40 zu integrieren. Erst wenn erkannt wird, dass der Bus frei ist, darf die Teilnehmerstation 10 in den genannten Fällen selbst Daten, insbesondere Nachrichten 45, 47, auf den Bus 40 senden.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Werte, die für die einzelnen Empfangsschwellen am Bus 40 einstellbar sind. Dabei gibt VDIFF_min für die einzelnen Bereiche TH_T1, TH_T2, TH_T3 die untere Grenze an, welche minimal für die entsprechende Empfangsschwelle TI, T2, T3 in V eingestellt werden darf. VDIFF_typ gibt den Wert an, der typischerweise oder üblicherweise für die entsprechenden Empfangsschwelle TI, T2, T3 in V eingestellt wird. VDIFF_max gibt für die einzelnen Bereiche TH_T1, TH_T2, TH_T3 die obere Grenze an, welche maximal für die entsprechende Empfangsschwelle TI, T2, T3 in V eingestellt werden darf.

Tabelle 1: Toleranzbereiche der Empfangsschwellen TI, T2, T3 Fig. 5 zeigt den grundlegenden Aufbau der Sende-/Empfangseinrichtung 12 der Teilnehmerstation 10. Das Sendemodul 121 ist nur sehr vereinfacht dargestellt. Das Sendemodul 121 ist direkt an den Bus 40 angeschlossen, um das Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 auf den Bus 40 senden zu können, um Signale gemäß Fig. 3 auf dem Bus 40 zu erzeugen.

Das Empfangsmodul 122 hat einen Treiber 1221 für das digitale Empfangssignal RxD, eine Logikschaltung 1222 und eine Empfangsschaltung 15. Die Empfangsschaltung 15 hat einen ersten Empfangskomparator 151, einen zweiten Empfangskomparator 152, eine Empfangsstufe 153 und eine Busvorspannungsquelle (Bus-Biasing) 154, Anschlüsse 155, 156 und eine Ansteuerschaltung 158. Die Empfangskomparatoren 151, 152 sind jeweils Niederspannungs- Komparatoren.

Die Empfangsschaltung 15 ist zwischen den Bus 40 und die Logikschaltung 1222 geschaltet. Der Treiber 1221 ist an den Ausgang der Logikschaltung 1222 angeschlossen. Der Treiber 1221 treibt oder sendet das digitale Empfangssignal RxD zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11.

Bei der Empfangsschaltung 15 ist die Empfangsstufe 153 an den Bus 40 angeschlossen. Im Betrieb des Bussystems 1 erzeugt die Empfangsstufe 153 aus den Signalen CAN_H, CAN_L Signale S_l, S_2 an den ersten Empfangskomparator 151 weiter. Der erste Empfangskomparator 151 erzeugt aus den Signalen S_l, S_2 ein Komparatorausgangssignal CA1. Das Signal CA1 wird am Anschluss 155 an die Logikschaltung 1222 ausgegeben.

Außerdem erzeugt die Empfangsstufe 153 im Betrieb des Bussystems 1 aus den Signalen CAN_H, CAN_L zusätzlich noch Signale S_3, S_4 und gibt diese an den zweiten Empfangskomparator 152 weiter. Der zweite Empfangskomparator 151 erzeugt aus den Signalen S_3, S_4 ein Komparatorausgangssignal CA2.

Das Signal CA2 wird am Anschluss 156 an die Logikschaltung 1222 ausgegeben. Das Komparatorausgangssignal CA2 ist abhängig davon, in welche Betriebsart die Sende-/Empfangseinrichtung 12, genauer der zweite Komparator 152, geschaltet ist. Hierfür hat die Empfangsschaltung 15 eine Ansteuerschaltung 158, welche die Einstellung der Empfangsschwelle T2 (Fig. 4) oder der Empfangsschwelle T3 (Fig. 4) in dem Empfangskomparator 152 ansteuert. Dies ist genauer anhand von Fig. 6 und Fig. 7 beschrieben.

Die Logikschaltung 1222 ist ausgestaltet, je nach Betriebsart der Sende- /Empfangseinrichtung 12 das Signal CA1 und das Signal CA2 an den Treiber 1221 auszugeben oder nur das Signal CA2 an den Treiber 1221 auszugeben. Hierfür kann die Logikschaltung 1222 zumindest ein UND-Gatter aufweisen. Alternativ hat die Logikschaltung 1222 andere Logikbausteine, um die nachfolgend beschriebene Funktion des Empfangsmoduls 122 zu erfüllen.

Wie in Fig. 6 gezeigt, hat die Empfangsstufe 153 zudem ein erstes Eingangsfilter 1531 für den ersten Komparator 151, ein zweites Eingangsfilter 1532 für den zweiten Komparator 152 und einen Spannungsteiler 1533. Der Spannungsteiler 1533 ist ein resistiver Spannungsteiler oder Widerstandsspannungsteiler.

Der Spannungsteiler 1533 wird von der Busvorspannungsquelle (Bus-Biasing) 154 mit elektrischer Spannung versorgt. Die Busvorspannungsquelle 154 liefert üblicherweise eine Spannung CAN_SUPPLY/2 an die Empfangsstufe 153, genauer gesagt den Spannungsteiler 1533. Üblicherweise gilt CAN_SUPPLY = 5 V. In diesem Fall liefert die Busvorspannungsquelle 154 eine Spannung von 2,5 V an die Empfangsstufe 153. Die Spannung von der Busvorspannungsquelle 154 kann insbesondere auf 2,5V für den Rezessivzustand 402 (Fig. 3) eingestellt sein.

Der Spannungsteiler 1533 hat einen ersten und zweiten Widerstand R_CH1, R_CH2 für das Bussignal CAN_H. Außerdem hat der Spannungsteiler 1533 einen dritten und vierten Widerstand R_CL1, R_CL2 für das Bussignal CAN_L. Der Spannungsteiler 1533 teilt die Busspannungen, die von den Signalen CAN_H, CAN_L erzeugt werden, auf Werte herunter, welche von den Komparatoren 151, 152 verarbeitet werden können. Die Schaltung der Widerstände in dem Widerstandsnetzwerk des Spannungsteilers 1533 ist symmetrisch aufgebaut.

Der erste Widerstand R_CH1 ist an seinem einen Ende an die Busader 41 (CANH) angeschlossen. An seinem anderen Ende ist der erste Widerstand R_CH1 in Reihe geschaltet zu dem zweiten Widerstand R_CH2. Der dritte Widerstand R_CL1 ist an seinem einen Ende an die Busader 42 (CANL) angeschlossen. An seinem anderen Ende ist der dritte Widerstand R_CL1 in Reihe geschaltet zu dem vierten Widerstand R_CL2. An der Verbindung der Widerstände R_CH2, R_CL2 ist die Busvorspannungsquelle 154 angeschlossen.

An der Verbindung zwischen den Widerständen R_CH1, R_CH2 ist ein Widerstand R_filt_CH_A des Eingangsfilters 1531 und ein Widerstand R_filt_CH_B des Eingangsfilters 1532 für einen CAN_H-Signalpfad angeschlossen. An der Verbindung zwischen den Widerständen R_CL1, R_CL2 ist ein Widerstand R_filt_CL_A des Eingangsfilters 1531 und ein Widerstand R_filt_CL_B des Eingangsfilters 1532 für einen CAN_L-Signalpfad angeschlossen.

Das erste Eingangsfilter 1531 für den ersten Komparator 151 hat ein erstes RC- Glied für den CAN_H-Signalpfad und ein zweites RC-Glied für den CAN_L- Signalpfad. Das erste RC-Glied hat zusätzlich zu dem Widerstand R_filt_CH_A eine Kapazität C_filt_CH_A. Das zweite RC-Glied hat zusätzlich zu dem Widerstand R_filt_CL_A eine Kapazität C_filt_CL_A. Die Kapazitäten C_filt_CH_A, C_filt_CL_A sind jeweils an einem Ende mit Masse oder dem Anschluss 44 für CAN_GND verbunden.

Das zweite Eingangsfilter 1532 für den zweiten Komparator 152 hat ein erstes RC-Glied für den CAN_H-Signalpfad und ein zweites RC-Glied für den CAN_L- Signalpfad. Das erste RC-Glied hat zusätzlich zu dem Widerstand R_filt_CH_B eine Kapazität C_filt_CH_B. Das zweite RC-Glied hat zusätzlich zu dem Widerstand R_filt_CL_B eine Kapazität C_filt_CL_B. Die Kapazitäten C_filt_CH_B, C_filt_CL_B sind jeweils an einem Ende mit Masse oder dem Anschluss 44 für CAN GND verbunden. Somit verwenden beide Komparatoren 151, 152 denselben Spannungsteiler 1533. Durch die gemeinsame Verwendung des Spannungsteilers 1533 wird die gleichzeitige oder simultane Auswertung von zwei Empfangsschwellen ermöglicht. Die Ansteuerschaltung 158 ermöglicht das Umschalten der Empfangsschwellen T2, T3 in dem zweiten Komparator 152 mit Hilfe eines Signals sw_th. Dies ist in der Tabelle 2 als Zuordnung der Ausgangssignale CA1, CA2 der Komparatoren 151, 152 zu den Empfangsschwellen TI, T2, T3 dargestellt.

Tabelle 2: Erstes Beispiel für eine Zuordnung der Ausgangssignale CA1, CA2 der Komparatoren 151, 152 und der Empfangsschwellen TI, T2, T3

Somit werden mit der Empfangsschaltung 15 die Empfangsschwellen TI, T2 in der Arbitrationsphase 451 gleichzeitig oder simultan ausgewertet, für welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in die Betriebsart SLOW geschaltet wird. Nach Umschaltung der Empfangsschwelle in dem zweiten Komparator 152, wie nachfolgend beschrieben, werden die Empfangsschwellen TI, T3 in der Datenphase 452 gleichzeitig oder simultan ausgewertet, für welche die Sende- /Empfangseinrichtung 12 in eine der Betriebsarten FAST_TX, FAST_RX geschaltet wird.

Gemäß Fig. 7 hat der zweite Komparator 152 eine Betriebsarteinstelleinheit 1520, eine zweistufige Schaltung, die ein erstes Eingangsdifferenzpaar 1521, ein zweites Eingangsdifferenzpaar 1522 und einen ersten bis dritten Stromspiegel 1525, 1526, 1527 aufweist, und einen Ausgangspuffer 1528. Der Ausgangspuffer 1528 treibt das Ausgangssignal CA2. Die Betriebsarteinstelleinheit 1520 wird von der Ansteuerschaltung 158 mit dem Schaltsignal sw_th angesteuert. Das Schaltsignal sw_th schaltet den Komparator 152 entsprechend der Betriebsart, mit welcher die Empfangsstufe 153 die Signale CAN_H, CAN_L zu empfangen, genauer gesagt zu interpretieren, hat, wie zuvor beschrieben.

Die zweistufige Schaltung von Fig. 7 hat die folgenden Elemente, nämlich eine erste bis fünfte Stromquelle II, 12, 13, 14, 15, einen ersten und zweiten Transistor TRI, TR2, die das erste Eingangsdifferenzpaar 1521 bilden, einen Widerstand Rdiff, einen ersten und zweiten Kollektor-Widerstand RC1, RC2, einen dritten und vierten Transistor TR5, TR6 als Emitterfolger, einen fünften und sechsten Transistor TR7, TR8 als Pegelschalter (Levelshifter), einen siebenten und achten Transistor TR9, TRIO, die das zweite Eingangsdifferenzpaar 1522 bilden, den ersten Stromspiegel 1525, der Transistoren TR11, TR12 aufweist, den zweiten Stromspiegel 1526, der Transistoren TR13, TR14 aufweist, den dritten Stromspiegel 1527, der Transistoren TR15, TR16 aufweist. Die Transistoren TRI, TR2, TR5, TR5, TR7, TR8 sind bei dem Beispiel von Fig. 7 npn- Bipolartransistoren. Die Transistoren TR9, TRIO sind bei dem Beispiel von Fig. 7 pnp-Bipolartransistoren. Die Transistoren TR11, TR12, TR13, TR14, TR15, TR16 sind bei dem Beispiel von Fig. 7 Feldeffekttransistoren. Die Transistoren TR11, TR12, TR13, TR14 des ersten und zweiten Stromspiegels 1525, 1526 sind bei dem Beispiel von Fig. 7 NMOS-Transistoren, insbesondere normal sperrende n- Kanal MOSFETS (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Die Transistoren TR15, TR16 des dritten Stromspiegels 1527 sind bei dem Beispiel von Fig. 7 PMOS-Transistoren, insbesondere normal sperrende p- Kanal MOSFETS (Metall-Oxid- Halbleiter- Feldeffekttransistoren).

Die zweistufige Schaltung von Fig. 7 wird über den Anschluss 43 mit der Spannung CAN_SUPPLY versorgt. Jeder der Kollektor-Widerstände RC1, RC2 ist an einem seiner Enden mit dem Anschluss 43 verbunden. Zudem sind die Kollektoren der Transistoren TR5, TR6 mit dem Anschluss 43 verbunden. Außerdem sind die fünfte Stromquelle 15 und der dritte Stromspiegel 1527 mit den Transistoren TR15, TR16 mit dem Anschluss 43 verbunden. Die fünfte Stromquelle 15 speist das zweite Eingangsdifferenzpaar 1522 aus dem siebenten und achten Transistor TR9, TRIO. Die erste Stromquelle II ist an Masse angeschlossen sowie an ihrem anderen Ende an den Emitter des ersten Transistors TRI und an ein Ende des Widerstands Rdiff. Die zweite Stromquelle 12 ist an Masse angeschlossen sowie an ihrem anderen Ende an den Emitter des zweiten Transistors TR2 und an das andere Ende des Widerstands Rdiff. Die Stromquellen II, 12 stellen den Arbeitspunkt für die Transistoren TRI, TR2 ein. Die Empfangsschwelle T2 oder die Empfangsschwelle T3 wird je nach dem Wert des Schaltsignals sw_th über die Stromquellen II, 12 und den Widerstand Rdiff eingestellt, wie in Tabelle 2 zuvor angegeben.

Die Basis des dritten Transistors TR5 ist an die Verbindung zwischen dem ersten Transistor TRI und dem ersten Kollektor- Widerstand RC1 angeschlossen. Die Basis des vierten Transistors TR6 ist an die Verbindung zwischen dem zweiten Transistor TR2 und dem zweiten Kollektor- Widerstand RC2 angeschlossen. An den Emitter des dritten Transistors TR5 ist der fünfte Transistor TR7 mit seinem Kollektor und seiner Basis angeschlossen. An den Emitter des vierten Transistors TR6 ist der sechste Transistor TR8 mit seinem Kollektor und seinem Basis angeschlossen. Der Emitter des dritten Transistors TR5 ist an die Stromquelle 13 angeschlossen. Der Emitter des vierten Transistors TR6 ist an die Stromquelle 14 angeschlossen.

Die Basis des siebten Transistors TR9 ist an die Verbindung zwischen dem fünften Transistor TR7 und der dritten Stromquelle 13 angeschlossen. Die Basis des achten Transistors TRIO ist an die Verbindung zwischen dem sechsten Transistor TR8 und der vierten Stromquelle 14 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren TR9, TRIO sind mit der Stromquelle 15 verbunden. An den Kollektor des siebenten Transistors TR9 ist der Transistor TU des ersten Stromspiegels angeschlossen. An den Kollektor des achten Transistors TRIO ist der Transistor T13 des zweiten Stromspiegels angeschlossen.

Der Transistor T12 des ersten Stromspiegels 1525 ist zwischen den Transistor T15 des dritten Stromspiegels 1527 und Masse geschaltet. Der Transistor T14 des zweiten Stromspiegels 1526 ist zwischen den Transistor T16 des dritten Stromspiegels 1527 und Masse geschaltet. Der Ausgangspuffer 1522 ist an seinem Eingang mit dem Transistor TR14 des zweiten Stromspiegels und dem Transistor TR16 des dritten Stromspiegels verbunden.

Bei dem Beispiel von Fig. 5 bis Fig. 7 ist die Ansteuerschaltung 158 als Transistor ausgestaltet oder hat mindestens einen Transistor. Der Transistor ist insbesondere ein NMOS-Transistor. Die Abkürzung „NMOS“ bezeichnet einen n- Kanal-MOSFET, wobei die Abkürzung „MOSFET“ für Metall-Oxid- Feldeffekttransistor steht. Steuert die Ansteuerschaltung 158 die Betriebsarteinstelleinheit 1520 mit einem Signal sw_th mit dem Wert „high“ an, stellt die Betriebsarteinstelleinheit 1520 die Empfangsschwelle T2 von Fig. 4 ein, wie zuvor beschrieben.

Das heißt, gemäß Fig. 5 bis Fig. 7 liefert der erste Komparator 151 in allen Betriebsarten der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ein Signal CA1, bei dem die Signale S_l, S_2 unter Verwendung der Empfangsschwelle TI ausgewertet wurden. Dagegen gilt für den zweiten Komparator 152, dass das Signal CA1 in den beiden Kommunikationsphasen einer Nachricht 45 mit unterschiedlichen Empfangsschwellen ausgewertet wurde. Liegt das Signal sw_th mit dem Wert „high“ an der Betriebsarteinstelleinheit 1520 an, liefert der zweite Komparator 152 ein Signal CA2, bei dem die Signale S_3, S_4 unter Verwendung der Empfangsschwelle T2 ausgewertet wurden. Dagegen liefert der erste Komparator 151 unabhängig von dem Signal sw_th ein Signal CA1, bei dem die Signale S_l, S_2 unter Verwendung der Empfangsschwelle TI ausgewertet wurden. In anderen Worten, der erste Komparator 151 liefert die Erkennung von Schwelle TI und der zweite Komparator 152 liefert die Erkennung von Schwelle T2.

Hat das Signal sw_th an der Betriebsarteinstelleinheit 1520 dagegen den Wert „low“, liefert der zweite Komparator 152 ein Signal CA2, bei dem die Signale S_3, S_4 unter Verwendung der Empfangsschwelle T3 ausgewertet wurden. Dagegen liefert der erste Komparator 151 wieder unabhängig von dem Signal sw_th ein Signal CA1, bei dem die Signale S_l, S_2 unter Verwendung der Empfangsschwelle TI ausgewertet wurden. In anderen Worten, der erste Komparator 151 liefert die Erkennung von Schwelle TI und der zweite Komparator 152 liefert die Erkennung von Schwelle T3. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Empfangsstufe 15 können zwei unterschiedliche Empfangsschwellen der Empfangsschwellen TI, T2, T3 unabhängig voneinander und somit auch gleichzeitig oder simultan geprüft werden. Zusätzlich dazu kann mit Hilfe der Ansteuerschaltung 158 zwischen zwei Empfangsschwellen der Empfangsschwellen TI, T2, T3 umgeschaltet werden. Dadurch können entweder die Empfangsschwellen TI, T2 gemäß Fig. 4 unabhängig voneinander und gleichzeitig geprüft werden oder die Empfangsschwellen TI, T3 gemäß Fig. 4 unabhängig voneinander und gleichzeitig geprüft werden. Es sind also zwei der drei Empfangsschwellen TI,

T2, T3 je nach Bedarf zu der dritten Empfangsschwelle schaltbar.

Die Betriebsarteinstelleinheit 1520 stellt somit die Empfangsschwellen T2, T3 gemäß der derzeit geforderten Betriebsart (SLOW, FAST_TX, FAST_RX) der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ein.

Gemäß einer Modifikation des vorangehenden Ausführungsbeispiels, stellt ein Signal sw_th an der Betriebsarteinstelleinheit 1520 mit dem Wert „low“ die Empfangsschwelle T2 in dem Komparator 152 ein und ein Signal sw_th mit dem Wert „high“ stellt die Empfangsschwelle T3 in dem Komparator 152 ein.

Gemäß einer zweiten Modifikation des vorangehenden Ausführungsbeispiels stellt der erste Komparator 151 immer die Empfangsschwelle T2 ein und der zweite Komparator 152 kann zwischen den Schwellen TI und T3 umschalten.

Gemäß einer dritten Modifikation des vorangehenden Ausführungsbeispiels kann der erste Komparator 151 der umschaltbare Komparator sein, wie zuvor für den zweiten Komparator 152 beschrieben. Der zweite Komparator 152 ist nicht umschaltbar. Bei dieser Modifikation ist die Zuordnung der Ausgangssignale CA1, CA2 der Komparatoren 151, 152 zu den Empfangsschwellen TI, T2, T3 wie in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3: Zweites Beispiel für eine Zuordnung der Ausgangssignale CA1, CA2 der Komparatoren 151, 152 und der Empfangsschwellen TI, T2, T3

Fig. 8 zeigt eine Sende-/Empfangseinrichtung 120 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Sende-/Empfangseirichtung 120 kann anstelle einer Sende-/Empfangseirichtung 12 in dem Bussystem 1 von Fig. 1 verwendet werden.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 120 hat ein Sendemodul 1210 und ein Empfangsmodul 122. Das Sendemodul 1210 ist in vielen Teilen auf dieselbe Weise aufgebaut wie das Sendemodul 121 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher sind nachfolgend nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben

Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt das Sendemodul 1210 die Signale CAN_H, CAN_L für die zwei Kommunikationsphasen auf dem Bus 40, wie anhand von Fig. 9 bis Fig. 12 nachfolgend beschrieben.

Fig. 9 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 Fig. 9 wechselt das Sendesignal TxD von einem Zustand LW (Niedrig = Low) zu einem Zustand Hl (Hoch = High) und wieder zurück zu dem Zustand LW (Niedrig = Low). Das Empfangssignal RxD ist im Idealfall identisch zu dem Sendesignal TxD. In einem solchen Idealfall gibt es keine Sendeverzögerung /Laufzeit, insbesondere über den Bus 40, und keinen etwaigen Empfangsfehler.

Wie in Fig. 10 genauer gezeigt, kann das Sendemodul 121 für das Sendesignal TxD von Fig. 9 in der Betriebsart CAN SIC oder CAN XL die Signale CAN_H, CAN_L von Fig. 10 für die Busadern 41, 42 erzeugen. Im Unterschied zu Fig. 3, ist bei den Signalen von Fig. 10 zusätzlich ein Zustand 403 (sic) vorhanden. 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 Fig. 10 zu erzeugen, wird das Sendemodul 1210 in eine SIC- Betriebsart (SIC-Mode) geschaltet.

Das Durchlaufen des kurzen sic-Zustands 403_0 ist gemäß dem Standard CiA610-3 für CAN XL 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 Fig.

9.

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=1000hm 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.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel für einen anderen Teil des digitalen Sendesignals TxD, welches das Sendemodul 1210 in der Datenphase 452 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 (Fig. 1) empfängt, und daraus die Signale CAN_H, CAN_L für den Bus 40 erzeugt. In Fig. 11 wechselt das Sendesignal TxD mehrmals von Zustand Hl (Hoch = High) zu einem Zustand LW (Niedrig = Low) und wieder zu einem Zustand Hl (Hoch = High) und so weiter.

Wie in Fig. 12 genauer gezeigt, erzeugt das Sendemodul 1210 für das Sendesignal TxD von Fig. 11 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 LI für einen Zustand Hl (Hoch = High) aus.

Es ist möglich, dass für die zwei Buszustände LO, LI zumindest zeitweise kein dominanter und rezessiver Buszustand verwendet wird, sondern stattdessen ein erster Buszustand und ein zweiter Buszustand verwendet werden, die beide getrieben werden. Ein Beispiel für ein solches Bussystem ist ein CAN XL- Bussystem.

Das Empfangsmodul 122 kann auch die Signale gemäß Fig. 10 und Fig. 12 in den beiden verschiedenen Kommunikationsphasen, nämlich der SIC- Betriebsart oder Arbitrationsphase 451 und der Datenphase 452empfangen. Hierfür schaltet das Empfangsmodul 122 die Empfangsschwellen T2, T3 für die jeweiligen Betriebsarten um, wie zuvor in Bezug auf das vorangehende Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Betriebsarteinstelleinheit 1520 stellt somit die Empfangsschwellen T2, T3 gemäß der derzeit geforderten Betriebsart (SIC, FAST_TX, FAST_RX) der Sende-/Empfangseinrichtung 120 ein.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist auch der erste Komparator 151 ein Komparator, der zwei unterschiedliche Empfangsschwellen einstellen kann, wie zuvor für den zweiten Komparator 152 in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Insbesondere kann der erste Komparator 151 zwischen der ersten und zweiten Empfangsschwelle TI, T2 umgeschaltet werden.

In diesem Fall ist die Logikschaltung 1222 derart ausgestaltet, dass immer beide Komparatorsignale CA1, CA2 an den Treiber 1221 weitergeleitet werden. Das Empfangsmodul 122 wertet die Signale CAN_H, CAN_L immer mit zwei Empfangsschwellen gleichzeitig oder simultan aus, nämlich entweder mit den Empfangsschwellen TI, T2 oder mit den Empfangsschwellen T2, T3. Zudem werden die zwei Empfangsschwellen unabhängig voneinander ausgewertet.

Diese Schaltung kann vorteilhaft sein, wenn auch in der Datenphase 452 die Empfangsschwelle T2 verwendet werden soll, wie in Fig. 4 gezeigt.

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist die zweistufige Schaltung von Fig.

7 nur mit Bipolartransistoren aufgebaut.

Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist zweistufige Schaltung von Fig. 7 nur mit MOSFET-Transistoren aufgebaut.

Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist die zuvor beschriebene zweistufige Schaltung von Fig. 7 einstufig ausgestaltet.

Gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel ist die zuvor beschriebene zweistufige Schaltung von Fig. 7 mehrstufig ausgestaltet.

Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel ist die zuvor beschriebene zweistufige Schaltung von Fig. 7, je nach Pegeln, invertiert oder geflippt mit PMOS- Eingangspaar realisiert. Insbesondere können die Transistoren TRI, TR2, TR9, TRIO als PMOS-Transistoren oder p-Kanal Bipolartransistoren bzw. pnp- Bipolartransistoren sein.

In diesem Fall kann die Ansteuerschaltung 158 mindestens einen Transistor, insbesondere ein MOS-Transistor, aufweisen. Die Ansteuerschaltung 158 steuert die Betriebsarteinstelleinheit 1520 mit dem Signal sw_th mit den entsprechenden Werten an, um entweder die Empfangsschwelle T2 oder die Empfangsschwelle T3 von Fig. 4 einzustellen, wie zuvor beschrieben.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Sendemoduls 121, 1210, des Empfangsmoduls 122, der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 120, 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 40 übertragen werden.

Somit ist die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beispielsweise bei Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 120 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.

Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 gemäß dem ersten und zweiten 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.