本發(fā)明涉及一種用于在串行總線系統(tǒng)中發(fā)送差分信號(hào)的發(fā)送模塊和方法，所述發(fā)送模塊和方法尤其可用于can?xl。

背景技術(shù)：

1、使用串行總線系統(tǒng)用于在技術(shù)設(shè)施中進(jìn)行消息或數(shù)據(jù)傳輸。例如，串行總線系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛或技術(shù)生產(chǎn)設(shè)施等中的傳感器和控制設(shè)備之間的通信。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸存在各種標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。尤其是，can總線系統(tǒng)、lvds總線系統(tǒng)(lvds＝低電壓差分信號(hào)(lowvoltage?differential?signaling))、msc總線系統(tǒng)(msc＝微秒通道(micro-second-channel))以及10base-t1s以太網(wǎng)是已知的。

2、在can總線系統(tǒng)的情況下，借助于can和/或can?fd協(xié)議傳輸消息，如在標(biāo)準(zhǔn)iso-11898-1:2015中作為具有can?fd的can協(xié)議規(guī)范描述的。在can?fd的情況下，當(dāng)在總線上傳輸時(shí)在第一通信階段(仲裁階段)的慢速運(yùn)行模式和第二通信階段(數(shù)據(jù)階段)的快速運(yùn)行模式之間來回切換。在can?fd總線系統(tǒng)的情況下，在第二通信階段中大于每秒1兆位(1mbps)的數(shù)據(jù)傳輸速率是可能的。在車輛中由大多數(shù)制造商例如以500kbit/s仲裁位率和2mbit/s數(shù)據(jù)位率使用can?fd。

3、為了能夠在第二通信階段中實(shí)現(xiàn)還更高的數(shù)據(jù)速率，對(duì)于can?fd存在后繼總線系統(tǒng)，諸如can-sic和can?xl。在按照標(biāo)準(zhǔn)cia601-4的can-sic的情況下，可以在第二通信階段中實(shí)現(xiàn)約5至8mbit/s的數(shù)據(jù)速率。在can?xl的情況下，在第二通信階段需要>10mbit/s的數(shù)據(jù)速率。在組織can?in?automation(cia)的標(biāo)準(zhǔn)cia610-3中規(guī)定對(duì)此的要求。除了通過can總線進(jìn)行純數(shù)據(jù)輸送外，can?xl還應(yīng)該支持其他功能，諸如功能安全(safety)、數(shù)據(jù)安全(security)和服務(wù)品質(zhì)(qos＝quality?ofservice(服務(wù)質(zhì)量))。這些是在自動(dòng)駕駛車輛中需要的基本特性。

4、在所有上面提到的基于can的總線系統(tǒng)的情況下，對(duì)于發(fā)送信號(hào)txd，單獨(dú)地將總線信號(hào)can_h并且理想地同時(shí)將總線信號(hào)can_l驅(qū)動(dòng)到總線上。在此情況下，至少在第一通信階段中，在總線信號(hào)can_h、can_l中主動(dòng)驅(qū)動(dòng)一總線狀態(tài)。另一總線狀態(tài)不被驅(qū)動(dòng)并且由于總線的總線線路或總線芯線的終端電阻而出現(xiàn)。由于不同驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)，在真實(shí)總線系統(tǒng)中，總線信號(hào)can_h、can_l的信號(hào)形狀可能偏離理想信號(hào)形狀。對(duì)此的原因尤其是在于總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)，諸如用于總線信號(hào)can_h、can_l的支線線路、切換級(jí)的切換延遲等。兩個(gè)總線信號(hào)can_h、can_l的這種誤匹配可能在評(píng)估從總線接收的總線信號(hào)時(shí)導(dǎo)致誤差。

5、為了發(fā)送和接收總線信號(hào)，在can總線系統(tǒng)中對(duì)于各個(gè)通信用戶通常使用發(fā)送/接收裝置，所述發(fā)送/接收裝置也被稱為can收發(fā)器或can?fd收發(fā)器等。can收發(fā)器或can?fd收發(fā)器關(guān)于有線輻射或發(fā)射不允許超過針對(duì)在車輛中的運(yùn)行的極限值。用于can?xl的收發(fā)器對(duì)此還必須遵守在準(zhǔn)則iec62228-3中規(guī)定的更加嚴(yán)格的極限值。從而總線系統(tǒng)只能在比在can?fd和can?sic的情況下更高的預(yù)先給定的位率下運(yùn)行。根據(jù)可用的半導(dǎo)體技術(shù)，遵守這些嚴(yán)格的極限值是大的挑戰(zhàn)。

6、即使在用于can-xl的收發(fā)器的情況下，還必須在仲裁階段中產(chǎn)生狀態(tài)隱性(rec)和顯性(dom)。為了滿足準(zhǔn)則iec62228-3的發(fā)射要求，必須將用于信號(hào)can_h、can_l的總線線路的共模電壓在所提到的發(fā)送狀態(tài)、即隱性、顯性下的時(shí)間變化保持在狹窄的極限內(nèi)，因?yàn)樵摃r(shí)間變化是差分系統(tǒng)中電磁發(fā)射的決定性原因。差分信號(hào)分量不引起發(fā)射或引起可忽略不計(jì)的發(fā)射，因?yàn)殡姶艌?chǎng)相互抵消，而所述電磁場(chǎng)在共模信號(hào)分量的情況下相加。

7、為了抑制由非理想收發(fā)器產(chǎn)生的共模信號(hào)變化，在其輸出端處使用共模扼流圈，所述共模扼流圈尤其是在認(rèn)證測(cè)量時(shí)被用于檢驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)則iec62228-3的遵守。共模扼流圈也被稱為共模電感器(common-mode-choke，cmc)。共模扼流圈具有的任務(wù)是盡可能在無(wú)影響的情況下使差分信號(hào)(dm＝差模(differential?mode))通過，并且盡可能完全地抑制共模信號(hào)(cm＝共模(common?mode))。然而，在真實(shí)運(yùn)行中，共模扼流圈以及其他輕微不對(duì)稱的構(gòu)件將差分信號(hào)的一部分轉(zhuǎn)換為共模信號(hào)(dcmr＝differential-to-common-modeconversion(差模-共模轉(zhuǎn)換))。因此，使通過收發(fā)器產(chǎn)生的差分信號(hào)的頻譜特性變?yōu)楸M可能最優(yōu)的也是重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于在串行總線系統(tǒng)中發(fā)送差分信號(hào)的發(fā)送模塊和方法，所述發(fā)送模塊和方法解決前述問題。尤其是，用于在串行總線系統(tǒng)中發(fā)送差分信號(hào)的發(fā)送模塊和方法應(yīng)該使得能夠以高效率并且仍成本低的方式補(bǔ)償對(duì)發(fā)送模塊的發(fā)射行為產(chǎn)生影響的干擾參量。

2、該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的用于在串行總線系統(tǒng)中發(fā)送差分信號(hào)的發(fā)送模塊來解決。發(fā)送模塊具有以全橋連接的第一至第四發(fā)送級(jí)，其中第一和第四發(fā)送級(jí)串聯(lián)連接，并且第三和第二發(fā)送級(jí)串聯(lián)連接，以及具有限流電路，用于測(cè)量和評(píng)估通過連接到全橋上的第一和第二泄漏電阻的電流，其中第一至第四發(fā)送級(jí)為了響應(yīng)于數(shù)字發(fā)送信號(hào)的兩個(gè)不同值而產(chǎn)生用于總線系統(tǒng)的總線的差分總線信號(hào)被設(shè)計(jì)為使得發(fā)送模塊在其第一運(yùn)行模式下在總線上產(chǎn)生第一或第二總線狀態(tài)和在其第二運(yùn)行模式下產(chǎn)生第三或第四總線狀態(tài)，其中總線上的總線信號(hào)形成電壓差，所述電壓差的電壓值對(duì)于第一至第四總線狀態(tài)是不同的，并且其中限流電路被設(shè)計(jì)為基于其對(duì)電流的評(píng)估并且根據(jù)數(shù)字發(fā)送信號(hào)的值和發(fā)送模塊的運(yùn)行模式和預(yù)定極限值來限制通過第二泄漏電阻的電流。

3、所描述的發(fā)送模塊具有相對(duì)不復(fù)雜的限流裝置，所述限流裝置在半導(dǎo)體芯片上需要少的空間并且以不耗費(fèi)的方式構(gòu)建。由此，所描述的發(fā)送模塊在制造中是非常成本低的。然而，所描述的發(fā)送模塊可以非常好且安全地遵守對(duì)于發(fā)送模塊所需要的極限值。

4、尤其是，可以利用所描述的發(fā)送模塊來實(shí)現(xiàn)用于can?xl的發(fā)送/接收裝置的發(fā)射所需要的極限值。該發(fā)送模塊在此尤其是滿足準(zhǔn)則cia610-3，所述準(zhǔn)則為發(fā)送模塊預(yù)先給定特定最大發(fā)送電流，即最大115ma。尤其是，利用所描述的發(fā)送模塊的電路確保全橋的元件將發(fā)送模塊的發(fā)送電流限制到最大115ma。此外，發(fā)送模塊尤其是可以滿足準(zhǔn)則iec62228-3，該準(zhǔn)則規(guī)定用于總線狀態(tài)dom、sic和rec的要遵守的極限值。

5、所描述的發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)方案尤其非常有利地對(duì)干擾發(fā)出的最小化產(chǎn)生作用。對(duì)此的原因是，與在使用布置在用于電壓供應(yīng)的端子(can-supply)和用于接地的端子(can_gnd)處的晶體管代替發(fā)送模塊的電阻的方案的情況下相比，在用于表示全橋的對(duì)應(yīng)內(nèi)阻的發(fā)送模塊的情況下準(zhǔn)備更多的電阻部分和更少的半導(dǎo)體部分(pn結(jié)、晶體管)。在所描述的發(fā)送模塊的情況下從中得出在用于總線的端子處的電壓電平的更好協(xié)調(diào)(matching)。這導(dǎo)致較小的共模幅度，從而較小的發(fā)射。

6、因此，與具有全橋電路的其他發(fā)送模塊相比，所描述的發(fā)送模塊的全橋電路的干擾發(fā)出被進(jìn)一步最小化。這尤其是在考慮工藝波動(dòng)和其他發(fā)送模塊的半導(dǎo)體的阻擋層溫度tj的變化時(shí)適用。

7、所描述的發(fā)送模塊通過將其四個(gè)發(fā)送級(jí)劃分成n個(gè)部分來允許時(shí)間錯(cuò)列的且受控的切換過程。在此可以實(shí)現(xiàn)按照高斯誤差函數(shù)的接通。這使得能夠在接通過程時(shí)設(shè)定軟行為。此外，時(shí)間級(jí)的可能變化在接通時(shí)阻止在輻射頻譜中出現(xiàn)窄帶頻率線。

8、替代地可能的是，利用所描述的發(fā)送模塊在固定的時(shí)間步和變化的電壓步上執(zhí)行錯(cuò)列的且受控的切換過程。由此也可能影響發(fā)送模塊的發(fā)射行為，使得遵守預(yù)先給定的極限值。

9、在從屬權(quán)利要求中描述發(fā)送模塊的有利的其他設(shè)計(jì)方案。

10、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，限流電路被設(shè)計(jì)用于如果對(duì)通過第一和/或第二泄漏電阻的電流的評(píng)估得出電流中的至少一個(gè)的值超過預(yù)定的極限值，則在發(fā)送模塊的第一運(yùn)行模式中操控第一至第四發(fā)送級(jí)用于產(chǎn)生第三總線狀態(tài)。

11、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，限流電路被設(shè)計(jì)用于如果對(duì)通過第一和/或第二泄漏電阻的電流的評(píng)估得出電流中的至少一個(gè)的值超過預(yù)定的極限值，則在發(fā)送模塊的第一運(yùn)行模式中操控第一至第四發(fā)送級(jí)用于以修改的方式產(chǎn)生第一總線狀態(tài)。

12、根據(jù)一種設(shè)計(jì)方案，第一總線狀態(tài)是顯性總線狀態(tài)，并且第二總線狀態(tài)是可以被顯性總線狀態(tài)改寫的隱性總線狀態(tài)，其中限流電路被設(shè)計(jì)為使得發(fā)送信號(hào)處的每個(gè)下降沿激活限流電路，并且其中限流電路被設(shè)計(jì)為在發(fā)送信號(hào)處的每個(gè)上升沿時(shí)，將發(fā)送模塊切換到用于在總線上產(chǎn)生隱性總線狀態(tài)的發(fā)送狀態(tài)。

13、可選地，限流電路具有帶有濾波持續(xù)時(shí)間的濾波器，其中限流電路被設(shè)計(jì)用于在發(fā)送模塊的第一運(yùn)行模式下在濾波持續(xù)時(shí)間到期之后才操控第一至第四發(fā)送級(jí)用于限流。

14、限流電路可以具有第一和第二比較器，其中第一泄漏電阻連接在用于總線電壓供應(yīng)的端子和全橋之間以及連接在第一比較器的輸入端之間，并且其中第二泄漏電阻連接在用于接地的端子和全橋之間，并且連接在第二比較器的輸入端之間。

15、限流電路還可以具有運(yùn)行模式控制塊，所述運(yùn)行模式控制塊被設(shè)計(jì)用于評(píng)估比較器的輸出端。

16、根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，限流電路此外具有適配模塊，用于根據(jù)至少一個(gè)信息和/或參數(shù)適配所述限流，其中至少一個(gè)信息和/或參數(shù)包括：保持時(shí)間，與比較器的輸出信號(hào)無(wú)關(guān)地，在所述保持時(shí)間內(nèi)可以固定由于限流而切換的第三總線狀態(tài)；電流識(shí)別，所述電流識(shí)別在由于限流而切換的第三總線狀態(tài)期間說明，電流是否已下降到對(duì)于第三總線狀態(tài)常見的值以下；瞬態(tài)干擾的識(shí)別，與比較器的輸出信號(hào)無(wú)關(guān)地，對(duì)于所述識(shí)別不激活限流電路。

17、限流電路可能被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)說明限流是激活的，其中在發(fā)送模塊的第一運(yùn)行模式下能夠操控第一至第四發(fā)送級(jí)用于產(chǎn)生第三總線狀態(tài)，還是未激活的。

18、可以設(shè)置全橋的輸出端子用于連接到所述總線的終端電阻上。

19、發(fā)送模塊可以在幀的第一通信階段中被切換到第一運(yùn)行模式，對(duì)于給總線系統(tǒng)的至少一個(gè)其他用戶站的消息產(chǎn)生所述幀，其中發(fā)送模塊在幀的第二通信階段中被切換到第二運(yùn)行模式或第三運(yùn)行模式，并且其中在第一通信階段中，在總線系統(tǒng)的用戶站之間協(xié)商：在緊接在第一通信階段之后的第二通信階段中哪個(gè)用戶站排他性訪問總線系統(tǒng)的總線。

20、可設(shè)想的是，第一發(fā)送級(jí)被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生用于可以發(fā)送到總線系統(tǒng)的總線上的第一信號(hào)的發(fā)送電流，其中第二發(fā)送級(jí)被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生用于第二信號(hào)的發(fā)送電流，所述第二信號(hào)可以作為相對(duì)于第一信號(hào)差分的信號(hào)被發(fā)送到總線上，其中第三發(fā)送級(jí)被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生用于第一信號(hào)的發(fā)送電流，以及其中第四發(fā)送級(jí)被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生用于第二信號(hào)的發(fā)送電流。

21、根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一至第四發(fā)送級(jí)中的每一個(gè)具有至少兩個(gè)彼此并聯(lián)連接的電流級(jí)，其中至少兩個(gè)電流級(jí)中的每一個(gè)具有可切換電阻，并且其中發(fā)送級(jí)的可切換電阻具有不同的電阻值，其中對(duì)于第一至第四發(fā)送級(jí)中的每一個(gè)，至少兩個(gè)電流級(jí)的數(shù)量n是相同的，其中n是大于1的自然數(shù)。在此情況下，至少兩個(gè)電流級(jí)中的每一個(gè)可以具有用于切換電流級(jí)的電阻的cmos晶體管，其中第一發(fā)送級(jí)的電流級(jí)的cmos晶體管是pmos晶體管，其中第二發(fā)送級(jí)的電流級(jí)的cmos晶體管是nmos晶體管，其中第三發(fā)送級(jí)的電流級(jí)的cmos晶體管是pmos晶體管，并且其中第四發(fā)送級(jí)的電流級(jí)的cmos晶體管是nmos晶體管。

22、在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，第一至第四發(fā)送級(jí)中的每一個(gè)此外具有反極性二極管，用于保護(hù)免受到用于總線電壓供應(yīng)的端子中的正反饋和來自用于接地的端子的負(fù)反饋；以及至少一個(gè)共源共柵，用于保護(hù)cmos晶體管，其中至少兩個(gè)共源共柵彼此并聯(lián)連接，其中對(duì)于第一至第四發(fā)送級(jí)中的每一個(gè)，共源共柵的數(shù)量y是相同的，其中y是大于1的自然數(shù)，并且其中至少兩個(gè)共源共柵的導(dǎo)通電阻不同。

23、發(fā)送模塊此外可能具有操控電路，用于根據(jù)數(shù)字發(fā)送信號(hào)和為發(fā)送模塊設(shè)定的運(yùn)行模式來操控第一至第四發(fā)送級(jí)的可切換組件，其中操控電路被設(shè)計(jì)用于對(duì)至少兩個(gè)電流級(jí)的電阻值進(jìn)行時(shí)間錯(cuò)列且受控的切換。

24、先前描述的發(fā)送模塊可以是用于串行總線系統(tǒng)的用戶站的發(fā)送/接收裝置的一部分，所述用戶站此外具有用于從總線接收信號(hào)的接收模塊。

25、發(fā)送/接收裝置可以是用于串行總線系統(tǒng)的用戶站的一部分，所述用戶站此外具有通信控制裝置，用于控制總線系統(tǒng)中的通信并且用于產(chǎn)生用于操控第一至第四發(fā)送級(jí)的數(shù)字發(fā)送信號(hào)。

26、先前提到的任務(wù)此外通過具有權(quán)利要求19的特征的用于在串行總線系統(tǒng)中發(fā)送差分信號(hào)的方法來解決。該方法利用發(fā)送模塊來執(zhí)行，所述發(fā)送模塊具有限流電路和以全橋連接的第一至第四發(fā)送級(jí)，其中該方法具有以下步驟：利用限流電路測(cè)量和評(píng)估通過連接到全橋上的第一和第二泄漏電阻的電流，其中第一和第四發(fā)送級(jí)串聯(lián)連接，并且第三和第二發(fā)送級(jí)串聯(lián)連接，并且響應(yīng)于數(shù)字發(fā)送信號(hào)的兩個(gè)不同的值，利用第一至第四發(fā)送級(jí)產(chǎn)生用于總線系統(tǒng)的總線的差分總線信號(hào)，使得發(fā)送模塊在其第一運(yùn)行模式下在總線上產(chǎn)生第一或第二總線狀態(tài)以及在其第二運(yùn)行模式下產(chǎn)生第三或第四總線狀態(tài)，其中總線上的總線信號(hào)形成電壓差，所述電壓差的電壓值對(duì)于第一至第四總線狀態(tài)是不同的，其中限流電路在發(fā)送模塊的第一運(yùn)行模式下基于其對(duì)電流的評(píng)估并且根據(jù)數(shù)字發(fā)送信號(hào)的值和發(fā)送模塊的運(yùn)行模式和預(yù)定極限值來限制通過第二泄漏電阻的電流。

27、該方法提供與先前關(guān)于發(fā)送模塊提到的相同的優(yōu)點(diǎn)。

28、本發(fā)明的其他可能實(shí)現(xiàn)還包括先前或下面關(guān)于實(shí)施例所描述的特征或?qū)嵤┓绞降奈疵鞔_提到的組合。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將添加單方面作為對(duì)本發(fā)明的相應(yīng)基本形式的改善或補(bǔ)充。