用于串行总线系统的用户站的装置和用于在串行总线系统中进行通信的方法与流程

1.本发明涉及一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，所述串行总线系统以高的数据速率和大的抗错稳健性来工作。


背景技术：

2.对于例如车辆中的传感器与控制设备之间的通信来说，经常使用总线系统，在该总线系统中数据作为消息以标准iso11898-1：2015作为can协议规范用can fd来传输。这些消息在总线系统的总线用户、比如传感器、控制设备、发送器等之间传输。
3.为了能够以比在can的情况下要高的位率来传输数据，在can fd消息格式中设置了用于在消息之内转换到更高的位率的选项。在这样的技术中，通过在数据字段的范围内使用较高的时钟脉冲这种方式，最大可能的数据速率被提高到超过1 mbit/s的数值。这样的消息接下来也被称为can fd帧或can fd消息。
4.用于用can fd来通信的装置目前在车辆中处于引入阶段。在此，由大多数制造商在第一步骤中在车辆中以2mbit/s数据位率和500kbit/s仲裁位率来使用can fd。此外，对can fd来说，有效数据长度从8个扩展到直至64个字节并且数据传输速率明显比在can的情况下高。
5.对于消息中的还更大的数据位率和有效数据长度来说，目前开发了用于can fd的后续总线系统，该后续总线系统在下文中被称为can xl。can xl除了通过can总线进行的纯数据传输之外还应该支持其它功能、例如功能安全性（safety）、数据安全性（security）和服务质量（qos = quality of service）。这些是在自主驾驶车辆中所需要的基本特性。
6.can xl也应该提供基于can或can fd的通信网络系统的仲裁的优点，根据该通信网络系统在数据阶段中仅仅一个用户站具有对总线系统的总线的专用的、无冲突的访问权。这在例如通信的抗错稳健性方面提供了非常多的优点。在仲裁中，在所述总线上存在隐性的和显性的总线电平，其中所述显性的总线电平能够覆盖隐性的总线电平。由于隐性的和显性的总线电平不同强度地被驱动，所述总线上的总线电平不对称地变形。其结果是，所述隐性的和显性的总线电平对于稳健的数据传输来说只能在不超过数据传输的一定的速度的情况下使用。也就是说，如果对于can xl来说数据位率应该比在can fd的情况下大或者高、也就是快，则在can xl中在数据阶段中不再存在隐性的和显性的总线电平。取而代之，在数据阶段中使用其它总线电平，这些电平以下被称为data_0和data_1。由此，对于发送/接收装置（收发器）来说，在can xl中用于在仲裁阶段产生总线电平的运行模式和用于在数据阶段中产生总线电平的运行模式也是不同的。
7.这对于处于can xl数据阶段中的发送/接收装置（收发器）来说具有主要的缺点，即：所述总线系统的被切换到数据阶段运行模式中的第一发送/接收装置不能可靠地识别所述总线系统的被切换到仲裁阶段运行模式中的第二发送/接收装置的电平。此外，所述总线系统的被切换到仲裁阶段运行模式中的第二发送/接收装置也不能可靠地识别所述被切
换到数据阶段运行模式中的第一发送/接收装置的电平。
8.在正常的通信中，在所述总线系统的所有用户站除了经由总线的传播时间之外同时转换其发送/接收装置（收发器）时，不会出现问题。然而，如果在其它用户站发送至少一个can xl帧的同时所述总线系统的一个用户站被接通，则新加入的用户站在帧的末尾不能明确地识别空载状态（idle）。因此，这样的用户站不能正确地加入。这同样适用于以下用户站，所述用户站根据iso11898-1：2015被切换到协议异常状态（protocol-exception-state）中，以用于兼容在所述总线系统中的以下帧的传输，所述用户站未被设计用于所述帧。此外，这同样适用于由于位错误而已经失去连接的用户站。这导致通信中的错误并且由此导致能传输的净数据速率的降低。


技术实现要素：

9.因此，本发明的任务是，提供一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，所述装置和方法解决了前面所提到的问题。尤其是应当提供一种用于串行总线系统的用户站的装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，其中能够以在使用所述总线系统来进行通信的技术设备的运行中的大的灵活性并且以通信的大的抗错稳健性来实现高的数据速率和每帧的有效数据量的提高。
10.该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的用户站的装置来解决。所述装置具有：用于从总线系统的总线处接收信号的接收块，其中所述信号基于发送信号，用该发送信号在所述总线系统的用户站之间交换消息，并且其中所述接收块被设计用于在第一通信阶段中用第一接收阈值来接收所述信号并且在第二通信阶段中用第二接收阈值来接收所述信号，其中在所述第一通信阶段中在所述信号中隐性的总线状态能够被显性的总线状态覆盖写入，并且在所述第二通信阶段中在所述信号中存在与所述隐性的和显性的总线状态不同的总线状态；测评块，该测评块用于用与所述第一接收阈值和第二接收阈值不同的转换-接收阈值对来自总线系统的总线的信号进行测评；以及接收阈值切换块，该接收阈值切换块用于在所述测评块用转换-接收阈值在所述信号中识别出用于发送信号的data_ 1的总线电平时在时间上有限期地将所述接收块的接收阈值从第一接收阈值转换到第二接收阈值上。
11.由于所述装置的设计方案，在其它用户站发送can xl帧的同时所述总线系统的被接通的用户站能够自动地加入到正在进行的通信中。所述装置能够明确地识别空载状态（idle），使得所述用户站能够毫无问题地正确地加入到通信中。在此，所述装置能够将用户站自动切换到对于当前在总线上存在的运行状态为说正确的运行模式中。由此，所述用户站能够正确地识别当前的总线电平。
12.所描述的装置的优点是，所述用户站的发送/接收装置根据可以容易识别的转换条件自动地调节到正确的接收阈值上，所述转换条件在硬件中需要的耗费较少。
13.所描述的用于以下用户站的装置提供相同的优点，所述用户站根据iso11898-1：2015被切换到协议异常状态（protocol-exception-state）中或者由于位错误而已经失去连接。
14.由此而可能的是，在数据阶段中在不损失总线系统的稳健性的情况下在所述数据阶段中在一个帧中主动地驱动两种总线状态。由此，所述装置显著地有助于能够提高所述
总线系统中的净数据速率。
15.由此，所描述的装置防止以下情况，即：所述总线系统的用户站用错误帧仅仅之所以干扰或者中断其他任意的用户站的发送，是因为加入到正在进行的通信中的过程遭遇失败。
16.其结果是，用所述尤其是接收块或发送/接收装置的装置，即使在每帧的有效数据量增加时也能够保证以小的错误率来接收所述帧。由此，在实现高的数据速率并且提高每帧的有效数据量时，也能够在串行总线系统中以大的抗错稳健性进行通信。
17.因此，用所述装置在总线系统中尤其能够在第一通信阶段中保持由can已知的仲裁并且相对于can或can fd仍然再次显著地提高传输速率。
18.这有助于实现至少5 mbit/s到大约8 mbit/s或10 mbit/s或更高的净数据速率。在10mbit/s的传输速度的情况下，一个位的长度小于100 ns。再者，所述总线系统中的有效数据的大小能够为每帧高达4096字节。
19.如果在所述总线系统中也存在至少一个与can fd兼容的、按照标准iso 11898-1：2015来设计的can用户站和/或至少一个根据can协议和/或can fd协议来发送消息的can fd用户站，那也能够使用由所述装置实施的方法。
20.所述装置的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。
21.根据一种实施例，所述接收阈值切换块被设计用于：为了将所述接收块的接收阈值在时间上有限期地从第一接收阈值转换到第二接收阈值上而将所述接收块切换到一种与所述装置的其它三种运行模式不同的运行模式中，其中所述装置的其它三种运行模式包括：用于在第一通信阶段中发送并且/或者接收信号的第一运行模式、用于在第二通信阶段中仅仅接收信号的第二运行模式以及用于在第二通信阶段中发送并且接收信号的第三运行模式。
22.根据一种实施例，所述接收阈值切换块被设计用于：在第一运行模式中进行所述接收块的接收阈值的、在时间上有限期的从第一接收阈值到第二接收阈值的转换，在所述第一运行模式中在所述第一通信阶段中实施所述信号的接收。
23.能够设想，所述测评块是比较器，它具有一个用于连接到总线的两条总线线路的输入端，并且它的输出端被连接到所述接收阈值切换块上。
24.可能的是，所述测评块被设计用于检查，所述转换-接收阈值是否未被所述信号中的用于发送信号的data_1的总线电平超过。在此，所述转换-接收阈值能够是具有负数值的接收阈值。
25.根据一种特殊的实施变型方案，在所述第一通信阶段中从总线处接收的信号的总线状态用与在所述第二通信阶段中接收的信号的总线状态不同的物理层来产生。
26.根据另一种特殊的实施变型方案，在所述第一通信阶段中从总线处接收的信号的总线状态具有比在所述第二通信阶段中接收的信号的总线状态长的位时间。
27.可能的是，在所述第一通信阶段中商定，所述总线系统的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段中获得对总线的至少暂时专用的、无冲突的访问权。
28.此外，所述装置能够具有用于将消息发送到总线系统的总线上的发送块，其中所述发送块在发送消息的不同通信阶段时被设计用于在用于第一通信阶段的发送运行模式与用于第二通信阶段的发送运行模式之间切换。
29.前面所描述的装置能够是用于串行总线系统的用户站的一部分，所述用户站此外具有用于对该用户站与总线系统的至少一个其它用户站的通信进行控制的通信控制装置。
30.在此存在以下选项，即：所述通信控制装置被设计用于：当所述通信控制装置已经在总线上识别出空载状态时，将所述装置切换到用于在第一通信阶段中发送并且/或者接收信号的运行模式中。
31.前面所描述的用户站能够是总线系统的一部分，所述总线系统此外包括一条总线和至少两个用户站，所述用户站通过所述总线如此相互连接，使得所述用户站能够相互串行通信。在此，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是前面所描述的用户站。
32.此外，前面所描述的任务通过一种根据权利要求14所述的用于在串行总线系统中进行通信的方法来解决。所述方法用以下装置来执行，所述装置具有用于从总线系统的总线处接收信号的接收块、测评块和接收阈值切换块，其中所述装置执行以下步骤：用所述接收块从总线处接收信号，该信号基于发送信号，用所述发送信号在总线系统的用户站之间交换消息，其中所述接收块被设计用于设计在第一通信阶段中用第一接收阈值来接收所述信号并且在第二通信阶段中用第二接收阈值来接收所述信号，其中在所述第一通信阶段中在所述信号中隐性的总线状态能够被显性的总线状态覆盖写入，并且在所述第二通信阶段中在所述信号中存在与所述隐性的和显性的总线状态不同的总线状态；用所述测评块用与所述第一接收阈值和第二接收阈值不同的转换-接收阈值对来自总线系统的总线的信号进行测评；并且如果所述测评块用所述转换-接收阈值在所述信号中识别出用于发送信号的data_1的总线电平，就用所述接收阈值切换块将所述接收块的接收阈值从第一接收阈值有限期地转换到第二接收阈值上。
33.所述方法提供与前面关于装置和/或用户站所提到的优点相同的优点。
34.本发明的其它可能的实现方案也包括之前或接下来关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域的技术人员也会将单个方面作为改进或补充添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
35.下面参照附图并且根据实施例来详细描述本发明。其中：图1示出了按照第一种实施例的总线系统的简化的方框图；图2示出了用于说明消息的结构的图表，所述消息能够由用于按照第一种实施例的总线系统的用户站的发送/接收装置来发送；图3示出了按照第一种实施例的总线系统的用户站的简化的示意性的方框图；图4示出了在按照第一种实施例的总线系统的总线上在仲裁阶段中总线信号can-xl_h和can-xl_l的时间上的变化曲线；图5示出了由图4的总线信号can-xl_h和can-xl_l产生的差分电压vdiff的时间上的变化曲线；图6示出了在按照第一种实施例的总线系统的总线上在数据阶段中总线信号can-xl_h和can-xl_l的时间上的变化曲线；图7示出了由图6的总线信号can-xl_h和can-xl_l产生的差分电压vdiff的时间上的变化曲线；
图8示出了差分电压vdiff的时间上的变化曲线，该差分电压按照第一种实施例由于分别用于来自仲裁阶段和数据阶段的截取部分的总线信号can-xl_h和can-xl_l而出现；图9示出了用于按照第一种实施例的发送/接收装置的运行状态的状态图；并且图10示出了用于按照第二种实施例的发送/接收装置的运行状态的状态图。
36.在附图中，只要未作其它说明，相同的或功能相同的元件就设有相同的附图标记。
具体实施方式
37.图1作为实例示出了总线系统1，该总线系统1尤其基本上被设计用于can总线系统、can fd总线系统、can xl总线系统和/或其改动方案，如下面所描述的一样。所述总线系统1能够在交通工具、尤其是机动车、飞机等中或者在医院等中使用。
38.在图1中，所述总线系统100具有多个用户站10、20、30，它们分别被连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。所述总线芯线41、42也能够被称为can_h和can_l或can-xl_h和can-xl_l并且用于在耦合输入电平差或显性电平之后进行电信号传输或者在发送状态中产生用于信号的隐性电平。
39.通过所述总线40能够在各个用户站10、20、30之间串行传输呈信号的形式的消息45、46。所述用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示装置等。
40.如果在所述总线40上的通信中出现错误，如图1中的锯齿状黑色块箭头所示，则能够发送错误帧47（错误标志）。所述错误帧47由六个显性位构成。所有其它用户站10、20、30将这六个彼此先后相随的显性位识别为格式错误或识别为位填充规则的违规，所述位填充规则规定，在消息45、46中在五个相同的位之后必须插入与之相反的位。
41.无错误的消息45、46由接收器通过确认位来确认，所述确认位是在由发送器隐性地发送的确认-时隙中被驱动的显性位。除了确认-时隙之外，消息45、46的发送器期望它在所述总线40上总是看到它自己发送的电平。否则，所述发送器识别出位错误并且将所述消息45、46视为无效。不成功的消息45、46要被重复。
42.如在图1中所示，所述用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和运行模式调节装置15。而所述用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。所述用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和运行模式调节装置35。所述用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接被连接到总线40上，即使这一点在图1中未被图解说明。
43.所述通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30经由总线40与用户站10、20、30中的至少一个其它用户站进行的通信，所述其它用户站被连接到所述总线40上。
44.所述通信控制装置11创建并且读取第一消息45，所述第一消息例如是经修改的can消息45。在此，所述经修改的can消息45基于can xl格式来构建，该can xl格式参考图2进行了更为详细的描述。
45.所述通信控制装置21如传统的、按照iso 11898-1：2015的can控制器那样来制作。所述通信控制装置21创建且读取第二消息46、例如传统的can消息46。所述传统的 can消息46按照传统的基本格式被构建，其中在所述消息46中能够包括直至8个的数据字节。作为替代方案，所述传统的can消息46被构建为can fd消息，在其中能够包括直至64个的数据字节，所述数据字节为此还以比在传统的 can消息46中明显快的数据速率来传输。在后一种
情况下，所述通信控制装置21如传统的can fd控制器那样来制作。
46.所述通信控制装置31能够被制作用于根据需要为所述发送/接收装置32提供或者从所述发送/接收装置32处接收can xl消息45或传统的can消息46。所述通信控制装置31因此创建且读取第一消息45或第二消息46，其中所述第一和第二消息44、46通过其数据传输标准来区分、也就是在这种情况下通过can xl或can 来区分。作为替代方案，所述传统的can消息46作为can fd消息来构建。在后一种情况下，所述通信控制装置31如传统的can fd控制器那样来制作。
47.所述发送/接收装置12除了以下还要更详细地描述的区别之外能够被制作为can xl收发器。所述发送/接收装置22能够如传统的can收发器或can fd收发器那样来制作。所述接收/发送装置32能够被制作用于根据需要为通信控制装置31提供或者从该通信控制装置31处接收按照can xl格式的消息45或者按照目前的can基本格式的消息46。作为补充方案或替代方案，所述发送/接收装置12、32能够如传统的can fd收发器那样来制作。
48.用所述两个用户站10、30能够实现具有can xl格式的消息45的形成并且然后实现其传输以及这样的消息45的接收。
49.图2为消息45示出了如其由发送/接收装置12或发送/接收装置32发送的一样的can xl帧450。所述can xl帧450为了在总线40上的can通信而被分成不同的通信阶段451至453、即仲裁阶段451、数据阶段452和帧末尾阶段453。在两个不同的帧450之间可能在所述总线40上出现空载或准备状态410（idle或standby（空闲或待机）），其中没有用户站10、20、30会将一些信息发送到所述总线40上。所述空载或准备状态（空闲或待机）410在下面被简称为空载状态410。
50.在所述仲裁阶段451中借助于标识符（id）一个位一个位地在用户站10、20、30之间商定，哪个用户站10、20、30想发送具有最高优先权的消息45、46并且因此在随后的数据阶段452中为用于发送的下一时间获得对总线系统1的总线40的专用的访问权。
51.在数据阶段452中发送所述can-xl帧或者消息45的有效数据。所述有效数据能够根据数据长度代码的数值范围而例如具有直至4096个的字节或者更大的数值。在数据阶段452中，在正常运行中所述用户站10、20、30中仅仅一个用户站是帧450的发送器，如之前所描述的那样。因此，所有其它用户站10、20、30是帧450的接收器并且因此被切换到接收运行模式中。
52.在帧末尾阶段453中，例如能够在校验和字段中包含关于包括填充位的数据阶段452的数据的校验和，所述校验和由消息45的发送块分别在预先确定的数量的相同位、尤其是10个或其它数量的相同位之后作为相反的位被插入。此外，在帧末尾阶段453中的结束字段中能够包含至少一个确认位。此外，能够存在表示can xl帧450的结束的11个相同位的序列。用至少一个确认位能够通知，接收块在所接收的can xl帧450或者消息45中是否已经发现了错误，如之前已经提到的那样。
53.在仲裁阶段451和帧末尾阶段453中，使用如在can和can fd中的一样的物理层。所述物理层相应于位传输层或者已知的osi模型（开放系统互连模型）的层1。
54.在阶段451、453期间的一个重要点是，使用已知的csma/cr方法，该csma/cr方法允许用户站10、20、30同时访问总线40，而不破坏具有更高优先权的消息45、46。由此能够相对容易地给所述总线系统1添加其它总线用户站10、20、30，这是非常有利的。
55.所述csma/cr方法引起的结果是，在所述总线40上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态能够由其它用户站10、20、30用总线40上的显性状态来覆盖写入。在隐性状态中，在各个用户站10、20、30上存在高欧姆的关系，这结合总线电路的寄生导致更长的时间常数。这导致现今的can-fd物理层的最大位率被限制到在实际车辆使用中的目前大约每秒2兆比特。
56.只有当所述用户站10作为发送块已经赢得了仲裁并且所述用户站10作为发送块由此为了发送而具有对总线系统1的总线40的专用的访问权时所述消息45的发送块才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。
57.完全普遍而言，在所述具有can xl的总线系统中，与can或can fd相比能够实现以下有差别的特性：a）根据csma/cr方法接收并且必要时调整对can和can fd的稳健性和用户友好性负责的被验证的特性、尤其是具有识别符和仲裁的帧结构，b）将净数据传输率提高到每秒大约10兆比特，c）将每帧有效数据的大小提高到大约4k字节。
58.图3示出了用户站10的基本结构，所述用户站具有通信控制装置11、发送/接收装置12和运行模式调节装置15。所述运行模式调节装置15具有测评块151和接收阈值切换块152。
59.除了所述运行模式调节装置35未被集成到发送/接收装置32中而是与通信控制装置31和发送/接收装置32分开地设置之外，所述用户站30以与在图3中示出的方式相类似的方式来构建。因此，所述用户站30和运行模式调节装置35未单独地被描述。所述装置15的以下描述的功能在所述装置35中相同地存在。
60.根据图3，所述用户站10除了通信控制装置11、发送/接收装置12和装置15之外还具有微控制器13和系统asic 16（asic＝专用集成电路），其中所述通信控制装置11被分配给所述微控制器13，并且所述系统asic 16作为替代方案能够是系统基础芯片（sbc），在所述系统基础芯片上综合了多个对用户站10的电子组件来说必要的功能。在所述系统asic 16中，除了发送/接收装置12之外还安装了能量供给装置17，它向发送/接收装置12供给电能。所述能量供给装置17通常提供5v的电压can_supply。然而，根据需要，所述能量供给装置17能够提供具有其他数值的其他电压。作为补充方案或替代方案，所述能量供给装置17能够被设计为电源。
61.所述发送/接收装置12此外具有发送块121和接收块122。尽管下面总是谈及所述发送/接收装置12，但是作为替代方案能够将所述接收块122设置在发送块121外部的单独装置中。所述发送块121和接收块122能够如在传统的发送/接收装置22中一样地来构建。所述发送块121尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。所述接收块122尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。
62.所述发送/接收装置12被连接到总线40上、更准确地说被连接到其用于can _ h或can-xl_h的第一总线芯线41和其用于can_l或can-xl_l的第二总线芯线42上。通过至少一个接头43实现用于能量供给装置17的电压供给，以用于向第一和第二总线芯线41、42供给电能、尤其是供给电压can-supply。与地线或者can _gnd的连接通过接头44来实现。所述第一和第二总线芯线41、42用终端电阻49来端接。
63.所述第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中不仅与也被称为发送器的发送块121相连接而且与也被称为接收器的接收块122相连接，即使为了简化起见而未在图3中示出所述连接。所述第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中也与装置15相连接。
64.在总线系统1的运行中，所述发送块121能够在发送/接收装置12的发送运行中将通信控制装置11的具有数字状态0和1的发送信号txd或txd如在图3中示意性地示出的那样转换为用于总线芯线41、42的相应的信号data_0和data_1并且将这些信号data_0和data_1在用于can_h和can_l或can-xl_h和can-xl_l的接头上发送到总线40上，如在图4中所示的那样。
65.所述接收块122从由总线40处接收的总线信号can-xl_h和can-xl_l中形成按照图5的差分电压vdiff，并且将其转换为具有数字状态0和1的接收信号rxd或rxd，如在图3中示意性地示出的那样，并且将接收信号rxd或rxd转发给所述通信控制装置11，如在图3中所示。除了空载状态410之外，所述具有接收块122的发送/接收装置12在正常运行中总是监听总线40上的数据或者消息45、46的传输，并且更确切地说，这与所述发送/接收装置12是不是消息45的发送块无关。
66.根据图4，在先前所提到的通信阶段451、453中所述信号can-xl_h和can-xl_l具有显性的和隐性的总线电平401、402，如从can上已知的一样。与此相反，所述信号can-xl_h和can-xl_l在数据阶段452中不同于传统的信号can _h和can_l，如以下还要借助于图6更详细地描述的一样。在所述总线40上，根据图4的信号can-xl_h和can-xl_l而构成在图5中示出的差分信号vdiff＝can-xl_h
ꢀ‑
can-xl_l。所述差分信号vdiff的位具有位持续时间t_bt1。
67.如从图4中可读取的那样，所述发送块121仅仅在前面所提到的通信阶段451、453中不同地驱动着差分的信号can-xl_h、can-xl_l的显性状态402。在此，在前面所提到的通信阶段451、453中，所述总线40上的用于隐性状态401的总线电平等于例如大约5v的电压vcc或者can-supply的一半、即2.5v。在隐性状态401中，所述总线电平不由发送块121驱动，其被终端电阻49中止。相反，所述总线40上的用于显性状态402的总线电平对信号can_ xl_l来说为大约1.5v并且对信号can_xl_h来说为大约3.5v。与此相对应，在图4和图5的实例中，出现了在大约0 v和2 v之间的差分电压vdiff。因此，就电压vdiff＝can-xl_h
ꢀ‑
can-xl_l而言，对于隐性状态401来说（发送信号txd的逻辑的“1”）产生大约0 v的数值，并且对于显性状态402来说（发送信号txd的逻辑的“0”）产生大约2 v的数值。在阶段451、453中，所述接收块122能够借助于在图5中示出的接收阈值t_a识别出状态401、402之间的状态变换。在图5的实例中，所述接收块122的接收阈值t_a被设定为大约0.7v。在常见的收发器组合件或者发送/接收装置12的组合件中，所述接收阈值根据运行温度、运行电压和制造公差处于在t_a_min与t_a_max之间的公差范围内。
68.图6和图7示出了用于数据阶段452的、与图4和图5类似的时间上的变化曲线。因此，所述发送块121在数据阶段452中分别不同地驱动着差分的信号can-xl_h、can-xl_l的总线状态u_d0、u_d1。
69.完全普遍而言，根据图8而适用的是，在通信阶段451、453中在所述帧450的接收器处出现处于用于隐性状态401的最大0.05 v＝vdiff_401_ max与用于显性状态402的至少
1.5v＝vdiff_402_ min之间的差分电压vdiff。此外，根据图8普遍地适用的是，在所述切换块152中所述接收块122的接收阈值t_a处于0.5v的最小的接收阈值t_a_ min与0.9 v的最大的接收阈值t_a_max之间。所述接收阈值t_a的数值根据制造公差以及温度和运行电压的影响而出现。由此，如果所述差分电压vdiff如在图8的左边部分作为实例所示出的那样低于0.5v，那么所述总线电平vdiff_401就可靠地被读取为“隐性的”。如果所述差分电压vdiff的电平高于0.9 v，那么所述总线电平就可靠地被读取为“显性的”。如果所述差分电压vdiff的电平处于0.5v和0.9 v之间，则该电平不能可靠地被识别为“隐性的”或“显性的”。
70.如果所述发送/接收装置12、特别是其装置15识别出仲裁阶段451的结束，则在所述总线系统1的用户站10、20、30中将所述发送/接收装置12、22、32转换到用于数据阶段452的相应的运行模式中，如后面还要借助于图9更详细地阐述的那样。
71.图8在其右边部分中示出了由信号data_0和data_1形成的差分电压vdiff，所述发送块121在数据阶段452的运行模式中将所述差分电压vdiff发送到总线40上。在图6至图8的实例中，所述总线40上的用于data_0状态的总线电平对于信号can_ xl_h来说为大约3v并且对于信号can_ xl_l来说大约为2v。所述总线40上的用于数据阶段452中的data_1状态的总线电平u_ d1对于信号can_ xl_h来说为大约2v并且对于信号can_ xl_l来说为大约3 v。用其它总线电平也可能产生 /-1 v的差分电压vdiff。然而，按照图6的3v和2v的电平在5v的运行电压的情况下相对于2.5v的中心电压对称。对称性有利于减少辐射，所述辐射会使所述总线40上的信号质量变差。
72.根据图8的右边部分，在可选地更快的数据阶段452中，对于总线状态data_0、data_1来说，出现了与发送信号txd的二进制的数据状态0和1相对应的总线状态u_ d0、u_ d1或者差分电压vdiff_d0、vdiff_d1。在图6到图8的实例中，由所述接收器在数据阶段452中预料的用于data_0位的最小的差分电压vdiff_d0_ min为大约0.6v。在图6到图8的实例中，在数据阶段452中，用于data_1位的最大的差分电压vdiff_d1_max为大约
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0.6v。
73.为此，所述发送块121再次不同地驱动差分的信号can-xl_h、can-xl_l的状态，如在先前提到的通信阶段451、453中一样。然而，在数据阶段452中，所述两个总线状态u_d0、u_d1或者差分电压vdiff_d0、vdiff_d1根据发送信号txd的数据状态0和1对称地被驱动。此外，用于所述通信阶段451、453中的数据状态data_0的总线电平不同于所述通信阶段452中的数据状态data_0。此外，用于所述通信阶段451、453中的数据状态data_1的总线电平不同于所述通信阶段452中的数据状态data_1。
74.除了阶段451、453的接收阈值t_a之外，所述接收块122在数据阶段452中还使用接收阈值t_d，其名义上为大约0.0v并且因此处于t_d_max = 0.1 v的最大值与t_d_min =
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0.1 v的最小值之间。所述接收阈值t_d的数值根据制造公差以及温度和运行电压的影响而出现。
75.用于隐性的数据状态的名义上的差分电压、即vdiff_401以0v处于t_d_max与t_d_min之间的范围内，并且因此在使用所述接收阈值t_d时不能明确地被识别。然而，能够用所述接收阈值t_a来识别用于隐性的数据状态的名义上的差分电压、即vdiff_401。所述用于数据状态data_0的最小的差分电压、即vdiff_d0_ min低于t_a_max，并且因此在使用所述接收阈值t_a时不能明确地被识别。然而，能够用所述接收阈值t_d来识别所述用于数据状
态data_0的最小的差分电压、即vdiff_d0_ min。
76.此外，所述接收块122能够在数据阶段452中额外地使用大约为-0.4 v的接收阈值t_c。为此，所述运行模式调节装置15将用于接收块122的、直至现在仅仅在阶段451、453中使用的接收阈值t_a和直至现在仅仅在阶段452中使用的接收阈值t_d调节到三个接收阈值t_a、t_d、t_c上或者根据对于接收阈值t_c的测评而添加接收阈值t_a、t_d之一，如参照图9更详细地描述的那样。
77.即使所述用于接收阈值t_c的数值例如是-0.4 v，但是该数值也能够根据当前使用的can总线拓扑结构来优化。
78.因此，如参照图9更详细地解释的那样，所述发送块121从阶段451、453中的第一运行模式被转换到数据阶段452中的另一运行模式中。在第一运行模式中，所述位具有位持续时间t_bt1，并且存在显性的和隐性的总线状态或总线电平。在数据阶段452的运行模式中，所述位具有位持续时间t_bt2并且不存在显性的和隐性的总线状态或总线电平，而是取而代之存在总线电平data_0和data_ 1。所述位持续时间t_bt2能够小于位持续时间t_bt1，如在图6中所示。所述位持续时间t_bt2、t_bt1可选是相等的。
79.换句话说，在按照图4、图5以及图6的左边部分的第一运行模式中，所述发送块121作为具有用于总线40的两条总线线路41、42的不同的总线电平的总线状态402来产生发送信号txd的第一数据状态、比如0，并且作为具有用于总线40的两条总线线路41、42的相同的总线电平的总线状态401来产生发送信号txd的第二数据状态、比如1。
80.此外，对于在包括数据阶段452的运行模式中的信号can-xl_h、can-xl_l的时间上的变化曲线来说，所述发送块121至少部分地分别驱动着发送信号txd的第一和第二数据状态0、1，从而对于所述总线40的两条总线线路41、42来说构成图6的右边部分的总线电平data_0、data_1。
81.所述通信阶段453、451中的can的物理层与所述数据阶段452中的之前所描述的物理层之间的区别在于，所述具有差分电压vdiff_d1的状态data_ 1在数据阶段452中部分地乃至完全地由所述发送块121或者发送/接收装置12来驱动。例如，对于数据阶段452中的10mbit/ s的位率来说，位时间t_ bt2 = 100 ns.因此，在图6的所示出的实例中，所述数据阶段452中的位持续时间t_bt比在所述仲裁阶段451和帧末尾阶段453中使用的位持续时间t_bt1短。因此，在所述数据阶段452中以比在所述仲裁阶段451和帧末尾阶段453高的位率进行发送。通过这种方式，与在can fd的情况中相比还可以进一步提高所述总线系统1中的传输速度。
82.图9在图表中示出了所述接收块122在通信阶段451、453与通信阶段452之间的转换，其中在所述通信阶段451、453中可选地使用“慢运行模式”b_451或“慢模式”，并且在所述通信阶段452中使用“快运行模式”或“快模式”，如下面更详细地解释的那样。此外，所述发送/接收装置12能够被切换到配置运行模式b_420中，如用运行模式b _451与模式b_420之间的箭头处的转换条件s20所表明的一样。
83.在所述配置运行模式b_420中，能够进行至少一个通信设置，如比如设定用于所述接收阈值t_a、t_d、t_c的数值、设定对于在所述总线系统1中的通信中使用的持续时间而言的数值、规定至少一个标识符或者其它设置。从运行模式b_420到运行模式b_451的返回切换条件s21能够是，所述发送信号txd在预先确定的、例如大于5μs的时间t 里是恒定的，如
用在运行模式b_420、b_451之间的箭头处的返回切换条件s21所表明的那样。所述返回切换条件s21使得用户站10在预先确定的时间t之后又能够可靠地参与在总线系统1中的通信。
84.在通信阶段452中，对所述发送/接收装置12来说、更准确地讲对其接收块122来说，存在三种不同的运行模式、即运行模式b_452_rx、运行模式b_452_tx和运行模式b_452_rx_a。所述运行模式仅仅被设置用于以下用户站10、20、30，所述用户站不知道所述can总线40在哪个阶段中当前被运行并且所述用户站想要加入到通信中。这在下面还要更详细地进行描述。
85.为了识别如在图9中所示的那样应该在运行模式451、452_rx、452_tx、452_rx _a之间进行转换，能够使用所述运行模式调节装置15、更确切地说使用其测评块151。所述测评块151能够被设计为比较器。有意义的是，对所述测评块151的测量结果进行低通滤波，以便借助于所述运行模式调节装置15的块152进行的转换不会由于过冲或反射而错误地被触发。
86.所述接收阈值切换块152被设计用于根据测评块151的测评结果来判定，应该将所述接收块122切换到运行模式451、452_rx、452_tx、452_rx_a中的哪种运行模式中。
87.如果在所述用户站10的正常运行中在所述用户站10还没有赢得仲裁时识别出用于can-xl帧450的仲裁阶段451的结束，则所述接收阈值切换块152就从运行模式b_451切换到运行模式b_452_rx中。在这种情况下，所述发送/接收装置12能够在随后的数据阶段452中仅仅充当接收器。作为替代方案，如果所述用户站10已经赢得仲裁，则所述发送/接收装置12就在随后的数据阶段452中在运行模式b_452_tx中不仅充当帧450的发送器而且充当其接收器。
88.因此，在不取决于所述用户站10是已经输掉还是赢得仲裁的情况下，所述发送/接收装置12、尤其是接收块122从运行模式b_451（在该运行模式中产生按照图4或者图6的左边部分的信号）为数据阶段452转换到运行模式b_452_rx中。所述用户站10因此从运行模式b_451变换到运行模式b_452_rx中，如用图9中的箭头s1所示。因此，所述接收阈值切换块152接通接收阈值t_d以代替接收阈值t_a，如参照图4至图6已经提到的那样。如果所述用户站10已经输掉仲裁，那也将所述发送块121去除激活或闭锁，从而不向所述总线40发送信号，因为所述用户站10仅仅充当帧450的接收器。
89.如果所述用户站10没有输掉仲裁而是已经赢得仲裁，则所述发送/接收装置12、特别是发送块121就从用于数据阶段452的运行模式b_452_rx进一步被转换到运行模式b_452_tx中。所述用户站10因此从运行模式b_452_rx变换到运行模式b_452_tx中，如用图9中的箭头s2所表明的那样。由此，所述发送块121将按照图6的右边部分的信号发送到总线40上。此外，所述接收块122从总线40处接收信号，如在运行模式b_452_rx中并且如前面已经所提到的那样。
90.如果存在以下三种情况之一，如用在所述运行模式b_452_tx、b_451之间的箭头处的返回切换条件s3_1、s3_2、s3_3所表明的那样，那么所述接收阈值切换块152就从运行模式b_452_tx返回转换到运行模式b_451中。
91.如果所述用户站10、例如测评块151在运行模式b_452_tx中识别出所述数据阶段452已结束，则存在所述返回切换条件s3_1。
92.如果所述接收信号rxd包含相同位的太长的序列、也就是比如接收了错误帧47或
者错误地没有将填充位插入到所述帧450中，则存在所述返回切换条件s3_2。
93.如果所述发送/接收装置12识别出所述用户站20、30中的至少一个其它用户站在数据阶段452的期间已经将一些消息发送到总线40上，从而不再存在对所述总线40的专用的、无冲突的访问权并且在所述总线40上出现冲突，则存在所述返回切换条件s3_2。
94.此外，如果存在以下两种情况之一，如用在运行模式b_452_rx、b_451之间的箭头处的返回切换条件s4_1、s4_2所表明的那样，那么所述接收阈值切换块152就从运行模式b_452_rx返回切换到运行模式b_451中。
95.如果所述用户站10、例如测评块151在运行模式b_452_rx中识别出所述数据阶段452已结束，则存在所述返回切换条件s4_1。
96.如果所述发送块121在数据阶段452结束之后又将一些消息发送到总线40上（因为所述用户站10想要参与下一仲裁，以便自身将帧450发送到总线40上），那就存在返回所述切换条件s4_2。
97.如果所述发送块121在连续的数据阶段452的期间将一些消息发送到总线40上，那么为了安全起见所述接收阈值切换块152此外从运行模式b_452_rx返回切换到b_451中。这用在运行模式b_452_rx、b_451之间的箭头处的返回切换条件s5来表明。通常，只有在识别出错误时所述发送块121才在运行模式b_452_rx中将一些消息发送到在总线40上，以便所述发送块121将错误帧47发送到总线上。所述返回切换条件s5代表着一种安全措施，以便能够再次从第一运行模式b_451出发可靠地开始所述总线系统1中的通信。
98.如果所述发送信号txd在预先确定的、例如大于5μs的时间t里是恒定的，则为了安全起见所述接收阈值切换块152此外从运行模式b_452_tx返回切换到运行模式b_451中，如用在运行模式b_452_tx、b_451之间的箭头处的返回切换条件s6所表明的那样。所述返回切换条件s6代表着一种安全措施，以用于使所述总线系统1中的通信相对于错误状态是稳健的。
99.此外，所述接收阈值切换块152被设计用于：在比如存在以下三个接通条件s1_1、s1_2、s1_3之一时，如在图9中在运行模式b_451、b_452_rx_a之间的箭头处所表明的一样，则从运行模式b_451转换到运行模式b_452_rx_a中。所述运行模式b_452_rx_a也能够被称为“自动快速rx”模式。
100.如果所述用户站10被接通并且必须加入到连续的总线通信中，则存在所述接通条件s1_1。
101.如果所述用户站10被转换到协议异常状态（protocol-exception-state）中，则存在所述接通条件s1_2。
102.如果用户站10、30失去与进行发送的用户站10、30的同步，则存在所述接通条件s1_1。
103.在运行模式b_452_rx_a中，所述接收阈值切换块152在使用接收阈值t_c的情况下在“慢”运行模式b_451的接收阈值t_a与“快rx”运行模式b_452_rx的接收阈值t_d之间转换，如下所述。
104.在运行模式b_452_rx _a中，所述发送/接收装置12首先以“慢”运行模式b_451的接收阈值t_a和接收阈值t_c来工作。一旦低于所述接收阈值t_c，所述发送/接收装置12、更准确地说其块152就在预先确定的持续时间t_a里（tauto_mode）将接收阈值t_a转换到“快
rx”运行模式b_452_rx的接收阈值t_d上。在经过所述预先确定的持续时间t_a之后，所述发送/接收装置12、更准确地说其块152就将接收阈值t_d返回切换为“慢”运行模式b_451的接收阈值t_a。例如，在配置运行模式b_420中如此调节所述持续时间t_a，使得所述发送/接收装置12在预先确定的持续时间t_a中——在该预先确定的持续时间t_a中所述发送/接收装置12以“快rx”运行模式b_452_rx的接收阈值t_d来工作——将至少一个填充位转发给通信装置11。通过这种方式，避免在can xl帧450的数据阶段452的期间错误地识别出空载状态410。在can xl帧450的数据阶段452的期间，所述发送/接收装置12能够如前所述地多次转换。
105.因此，如果在预先确定的持续时间t_a里没有低于所述接收阈值t_c，则所述接收阈值切换块152就从运行模式b_452_rx _a返回切换到运行模式b_451中，如用在运行模式b_452_rx_a、b_451之间的箭头处的返回切换条件s4_3所表明的那样。如果所述数据阶段452已经结束并且因此不再有data_1电平被驱动到所述总线40上，则进行返回切换。
106.自动地返回切换到“慢”运行模式b_451的接收阈值t_a这一操作确保了在数据阶段452之后可靠地识别出空载状态410。
107.在识别出空载状态410之后，所述通信装置11被加入到总线通信中并且所述发送/接收装置12从“自动快rx”模式或者运行模式b_452_rx_a转换到“慢”运行模式或者运行模式b_451中。
108.所述返回切换条件s4_3代表着一种用于使用户站10能够加入到总线通信中的措施。在运行模式b_452_rx_a中，所述用户站10能够用接收阈值t_c来避免的情况是，在所述用户站10例如在接通之后还无法知道所述总线系统1中的其它发送/接收装置22、32以哪种运行模式b_451、b_452_rx、b_452_tx工作时，错误地识别出空载状态410。
109.这防止了以下情况，即：所述用户站10——所述用户站10切换其发送/接收装置12以用于加入到“慢模式”或运行模式b_451中——过早地结束所述加入，因为所述用户站10不能可靠地识别连续的can xl帧450的“data_0”位。如果所述用户站10过早地结束所述加入，则所述用户站10可能会干扰通信。
110.此外防止了以下情况，即：如果所述用户站10不能全部识别出静止的can总线40的隐性位401，则所述用户站10——所述用户站10会切换其发送/接收装置12以用于加入到“快模式”或者运行模式b_452_rx中——太迟地结束或者根本没有结束所述加入。如果所述用户站10从未结束所述加入，则所述用户站10不能参与通信。
111.图10示出了状态图，该状态图说明了按照第二种实施例的运行模式调节装置15和接收块122或者发送/接收装置12的一种设计方案。除了下面所描述的区别之外，按照本实施例的运行模式调节装置15和接收块122或者发送/接收装置12如按照前一种实施例的运行模式调节装置15和接收块122或发送/接收装置12那样来制作。
112.与前一种实施例不同，如在图10中所示，所述运行模式调节装置15通过“自动快rx”模式或者运行模式b_452_a来替代“慢”模式或者运行模式b_451。因此，所述用户站10如前面参照图9所描述的那样使用“自动快rx”模式或者运行模式b_452_a不仅以用于进行加入，而且在正常的通信的期间也使用“自动快rx”模式或者运行模式b_452_a。
113.在这种情况下，在本实施例中在所述运行模式调节装置15、特别是其接收阈值切换块152中规定了第二预先确定的时间t_a_10（（tauto_off），在该第二预先确定的时间中
所述接收阈值t_d、t_c的自动转换被切断。在所述通信控制装置11、更准确地说其协议控制器已经转换运行模式之后或者在所述发送/接收装置12的txd输入端由通信控制装置11被设置为“0”之后，所述自动转换例如在时间t_a_10 （tauto_off）里被切断。
114.通过这种方式，用户站10、30——所述用户站例如由于头部校验和中的错误（header-crc-error）而不能识别所接收的can xl帧450的长度——能够等待处于can xl帧450的结尾处的重新加入模式，而没有先前错误地识别空载状态410。
115.由此，所述用户站10、30能够根据错误而重新加入，而不使用传统的can错误帧（error-flag）47。这是非常有利的，因为由此不干扰且中断正在进行的通信。结果，能够进一步提高所述总线系统1中的净数据速率。
116.所述装置15、35、用户站10、20、30、总线系统和在其中所执行的方法的所有之前所描述的设计方案能够单个地或以所有可能的组合来使用。尤其前面所描述的实施例和/或其修改方案的所有特征能够任意地组合起来。作为补充方案或替代方案，尤其能够设想以下修改方案。
117.尽管前面以can总线系统为例描述了本发明，但是本发明能够在每种通信网络系统和/或通信方法中使用，其中使用两个不同的通信阶段，在所述通信阶段中为不同的通信阶段所产生的总线状态不同。本发明尤其能够在开发其它串行通信网络系统、如以太网和/或100 base-t1以太网、现场总线系统等时使用。
118.按照所述实施例的总线系统1尤其能够是一种通信网络系统，其中数据能串行地用两个不同的位率被传输。有利的、然而并非强制的前提是，在所述总线系统1中至少为特定的时间间隔保证用户站10、20、30对共同的信道的专用的、无冲突的访问权。
119.在所述实施例的总线系统1中，所述用户站10、20、30的数量和布置是任意的。尤其所述用户站20能够在总线系统1中取消。可能的是，在所述总线系统1中存在所述用户站10或30中的一个或多个用户站。能够设想的是，所述总线系统1中的所有用户站都相同地来设计，也就是仅仅存在用户站10或仅仅存在用户站30。
120.与前面所作的描述相比，也还能够进一步提高被添加到接收阈值t_d或t_a上的接收阈值t_c的数量。由此还能够进一步改进对正在进行的通信的当前的运行模式的检测的核实。然而，对阈值进行测评的开销随着所添加的接收阈值t_c的数量而增加。
121.所有前面所描述的用于识别运行模式的变型方案都能够经受时间滤波，以便提高关于电磁兼容性（emv）和相对于静电充电（esd）、脉冲和其它干扰的稳健性。