用于串行总线系统的用户站的发送/接收装置和通信控制装置及用于在串行总线系统中通信的方法与流程

1.本发明涉及用于串行总线系统的用户站的发送/接收装置和通信控制装置，以及在以高数据速率且高度抗错误性工作的串行总线系统中通信的方法。


背景技术：

2.为了在传感器和控制设备（例如在车辆中）之间进行通信，经常使用总线系统，在所述总线系统中数据作为iso11898-1：2015标准中的消息进行传输，所述标准是使用can fd的can协议规范。这些消息在总线系统的总线用户之间作为模拟信号传输，所述总线用户例如是传感器、控制设备、发送器等。
3.总线系统的每个总线用户都使用发送/接收装置与总线连接。在所述发送/接收装置中设置了至少一个接收比较器，所述接收比较器接收来自总线的模拟信号并转换为数字信号。数字信号的内容可以由通信控制装置借助于其协议控制器来解释。此外，所述通信控制装置可以创建用于在总线上传输的信号，并使用所述发送/接收装置将该信号发送到总线上。通过这种方式可以在总线用户之间交换信息。
4.为了能够通过总线以比在can中更高的比特率传输数据，在can fd消息格式中以及在can xl消息格式中创建了用于在一个消息内切换到更高比特率的选项。在这样的技术中，通过在数据字段区域中使用与can相比更高的计时来提高最大可能的数据速率。在此，在can fd帧或can fd消息的情况下，将最大可能的数据速率增加到超过1mbit/s（兆比特/秒）的值。此外，有用数据长度从8个字节扩展到多达64个字节。这同样适用于can xl，其中数据传输速度应当提高到例如10base-t1s以太网的范围内，并且迄今为止利用can fd实现的高达64个字节的有用数据长度应当变得更大。由此可以有利地保持基于can或can fd的通信网络的稳健性。
5.为了以更高的比特率传输，应当将发送/接收装置的迄今为止的运行类型从以更低比特率传输的运行类型（运行类型z_sl）切换到其他运行类型。在此应当考虑的是，当以更高的比特率传输时，总线系统中只有一个用户站是消息的发送方，而所有其他用户站只是消息的接收方。因此，在发信号通知更高比特率的运行类型（z_f）时，用户站只是接收方（运行类型z_f_rx）还是也是发送方（运行类型z_f_tx）是有区别的，这是为了对应地切换用户站的发送/接收装置的运行类型。
6.可以想到，通信控制装置向发送/接收装置发信号通知关于将所述发送/接收装置切换到哪种运行类型的信息。然而，由此通信控制装置不知道发送/接收装置是否获得运行类型切换的信令以及发送/接收装置是否正确地解释或执行运行类型切换的信令。


技术实现要素：

7.因此，本发明的任务是提供解决上述问题的用于串行总线系统的用户站的发送/接收装置和通信控制装置以及用于在串行总线系统中通信的方法。特别是应当提供用于串
行总线系统的用户站的发送/接收装置和通信控制装置以及用于在串行总线系统中通信的方法，其中既可以以高稳健性执行所述发送/接收装置的运行类型的切换，又可以在时间和成本方面不费事地检查所述执行。
8.该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的用户站的发送/接收装置来解决。所述发送/接收装置具有：用于接收来自通信控制装置的发送信号的第一连接端；用于将所述发送信号发送到所述总线系统的总线上的发送模块，在所述总线系统中为了在所述总线系统的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段；用于从所述总线接收所述信号的接收模块，其中所述接收模块被设计为根据从所述总线接收的信号产生数字接收信号；用于将所述数字接收信号发送到所述通信控制装置并用于从通信控制装置接收运行类型切换信号的第二连接端；以及用于输出关于基于所述运行类型切换信号而进行了运行类型切换的反馈的切换反馈块，其中所述切换反馈块被设计为经由所述第二连接端并在所述数字接收信号中将反馈输出到所述通信控制装置。
9.所述发送/接收装置可以经由已有的第二连接端在接收信号中向通信控制装置反馈所述发送/接收装置是否获得运行类型切换的信令以及该信令是如何解释的。在此基础上，所述通信控制装置可以检查所述发送/接收装置是否针对当前运行状态或当前通信阶段正确切换。由此可以检查所述发送/接收装置的运行类型切换，这提高了总线系统的稳健性。其原因在于，所述通信控制装置可以在存在错误的情况下有针对性地做出反应，因为所述通信控制装置知道问题所在。
10.此外，在所述发送/接收装置中不需要额外的连接端或协议控制器。所有这些都显著节省了硅片面积并且因此节省了资源、空间和成本。
11.将运行类型切换反馈到通信控制装置还使得通信控制装置能够在错误情况下做出对应的反应。例如，所述通信控制装置可以发送错误帧以中止帧的传输。由此可以尽快中止用错误设置的总线组件进行的传输。这提高了可以在总线系统中传输的净数据速率。由此使得总线系统中的通信更加稳健。
12.将运行类型切换反馈到通信控制装置有助于错误查找，因为所述通信控制装置知道所述发送/接收装置是否能够改变状态。所述通信控制装置也可以通过软件指示所连接的通信控制装置已经k次无法执行切换，其中k为包含0的自然数。k的值可以作为发送/接收装置多快失效的指示。于是为了防止失效，可以在失效之前及时在车间更换所述发送/接收装置。这增加了使用所述总线系统的系统的安全性。
13.此外，使用所述发送/接收装置可以在通信阶段之一中保留从can已知的仲裁，并且与can或can fd相比，传输速率仍然可以显著提高。这可以通过以下方式实现：使用具有不同比特率的两个通信阶段，并且使得所述发送/接收装置可靠地识别和检查第二通信阶段的开始，在所述第二通信阶段中有用数据以比仲裁中更高的比特率传输。结果，可以显著提高比特率并由此显著提高从发送方到接收方的传输速度。然而，在此情况下同时保证了高度的错误稳健性。
14.如果在所述总线系统中还存在根据can协议发送消息的至少一个can用户站和/或根据can fd协议发送消息的至少一个can fd用户站，则也可以使用由所述发送/接收装置执行的方法。
15.在从属权利要求中说明了所述发送/接收装置的有利的进一步设计。
16.所述切换反馈块可以具有：运行类型检测模块，用于从所述发送模块和所述接收模块的输出信号中检测所述发送模块和所述接收模块切换到哪种运行类型；以及运行类型反馈模块，用于使用运行类型切换块的状态信号来评估从所述运行类型检测模块输出的运行类型状态信号，所述运行类型切换块被设计为基于所述运行类型切换信号执行运行类型的切换。
17.在此情况下，所述运行类型反馈模块可以被设计为决定所述运行类型反馈模块是否必须通过数字接收信号向所述通信控制装置提供反馈以及必须何时发送所述反馈。
18.根据一种具体设计，所述运行类型反馈模块可以被设计为在用所述运行类型切换信号发信号通知的运行类型切换之后将所述反馈插入到所述数字接收信号中。
19.根据另一具体设计，所述运行类型反馈模块可以被设计为在所述运行类型切换信号之后，但在用所述运行类型切换信号发信号通知的运行类型切换之前将所述反馈插入到所述数字接收信号中。
20.可以想到，所述运行类型反馈模块被设计为将所述反馈作为具有如下值的至少一个脉冲插入到所述数字接收信号中，所述值与所述数字接收信号的值反向。在此情况下，所述脉冲可以具有预定的绝对持续时间。替代地，所述脉冲被设计为使得所述脉冲在所述数字接收信号中覆盖一个值，该值在所述数字接收信号中的持续时间受到所述数字接收信号中任意两个边沿之间的距离的限制。
21.在此情况下，所述至少一个脉冲可以在总线上持续到随后的边沿变化为止，所述边沿变化跟随在所述数字接收信号中。
22.替代地，可以想到所述运行类型反馈模块被设计为将所述反馈设计为对所述数字接收信号的操纵，使得所述数字接收信号直到预定事件为止具有恒定值。在此情况下，所述预定事件可以是用所述运行类型切换信号重新发信号通知运行类型切换或者在所述发送/接收装置中经过预定时间。
23.所述发送/接收装置还可以具有运行类型切换块，用于评估所述发送信号和在所述第二连接端处从所述通信控制装置接收的运行类型切换信号，其中所述运行类型切换块被设计为根据所述评估的结果将所述发送模块和/或所述接收模块切换到至少三种不同运行类型之一。
24.可能地，在所述第二连接端处从所述通信控制装置接收的运行类型切换信号是具有如下值的脉冲，该值与所述数字接收信号的值反向，其中所述运行类型切换块被设计为当所述切换信号具有所述脉冲且所述发送信号的值对应于所述脉冲的值时将所述接收模块从第一切换运行类型切换到第二运行类型，其中所述运行类型切换块被设计为当所述切换信号具有所述脉冲且所述发送信号的值与所述脉冲的值反向时将所述发送模块和所述接收模块从第一运行类型切换到第三运行类型。在此情况下可以想到，处于第二运行类型的发送/接收装置在第二通信阶段中不是消息的发送方，而处于第三运行类型的发送/接收装置在第二通信阶段中是消息的发送方。
25.上述任务也通过具有权利要求11的特征的用于串行总线系统的用户站的通信控制装置解决。所述通信控制装置具有：通信控制模块，用于产生用于控制所述用户站与所述总线系统中的至少一个其他用户站之间的通信的发送信号，在所述总线系统中为了在所述总线系统中的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段；第一连
接端，用于将所述发送信号发送到发送/接收装置，所述发送/接收装置被设计为将所述发送信号发送到所述总线系统的总线上；第二连接端，用于从所述发送/接收装置接收数字接收信号，其中所述通信控制装置被设计为产生附加信号，所述附加信号向所述发送/接收装置指示应当从当前运行类型切换到至少两个不同运行类型中的另一运行类型，并且所述附加信号实现在所述通信控制模块和所述发送/接收装置之间的内部通信，以及其中所述通信控制模块被设计为经由所述第二连接端将所述附加信号在所述数字接收信号中发送到所述发送/接收装置，并经由所述第二连接端从所述发送/接收装置在所述数字接收信号中接收关于基于运行类型切换信号而进行了运行类型切换的反馈并评估所述反馈。
26.所述通信控制装置提供与上述关于所述发送/接收装置提到的相同的优点。
27.可能地，所述发送模块被设计为在第一通信阶段以第一比特时间将所述信号的比特驱动到所述总线上，所述第一比特时间是所述发送模块在第二通信阶段中驱动到所述总线上的比特的第二比特时间的至少10倍。在此情况下，经由第二连接端的用于发信号通知应当进行运行类型切换的运行类型切换信号可以具有至少一个脉冲，所述至少一个脉冲的持续时间小于所述第一比特时间并且大于所述第二比特时间，或者所述至少一个脉冲的持续时间大致等于所述第二比特时间或小于所述第二比特时间。此外，在此情况下经由所述第二连接端的用于发信号通知已切换了运行类型的反馈可以具有至少一个脉冲，所述至少一个脉冲的持续时间小于所述第一比特时间且大于所述第二比特时间，或者所述至少一个脉冲的持续时间大致等于所述第二比特时间或小于所述第二比特时间。
28.根据一个选项，在第一通信阶段从所述总线接收的信号是用与在第二通信阶段从所述总线接收的信号不同的物理层产生的。
29.可以想到，在第一通信阶段协商所述总线系统的哪个用户站在后续的第二通信阶段至少暂时排他地、无冲突地访问所述总线。
30.上述发送/接收装置和上述通信控制装置可以是总线系统的用户站的一部分，所述总线系统还包括总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站经由所述总线相互连接，使得所述至少两个用户站可以串行地相互通信。在此情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站具有如上所述的发送/接收装置和如上所述的通信控制装置。
31.上述任务还通过根据权利要求16的用于在串行总线系统通信的方法来解决。该方法由用于总线系统的用户站的发送/接收装置执行，在所述总线系统中为了在所述总线系统的用户站之间交换消息而使用至少一个第一通信阶段和第二通信阶段，其中所述用户站具有发送模块、接收模块、切换反馈块、第一连接端和第二连接端，并且其中该方法包括步骤：使用所述接收模块从所述总线系统的总线接收信号，使用所述接收模块根据从所述总线接收的信号产生数字接收信号并且在所述第二连接端上输出所述数字接收信号，使用所述切换反馈块输出关于基于所述运行类型切换信号而进行了运行类型切换的反馈，其中所述切换反馈块经由所述第二连接端并在所述数字接收信号中将所述反馈输出到所述通信控制装置。
32.该方法提供了与上述关于发送/接收装置和/或通信控制装置提到的相同的优点。
33.本发明的进一步可能的实现方式还包括上文或下文关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提及的组合。在此，本领域技术人员还将添加个别方面作为对本发明相应基本形式的改进或补充。
附图说明
34.下面参考附图并基于实施例更详细地描述本发明。其中：图1示出了根据第一实施例的总线系统的简化框图；图2示出了用于说明根据第一实施例的总线系统的用户站可以发送的消息的结构的示意图；图3示出了根据第一实施例的总线系统的用户站的简化示意框图；图4至图6示出了第一实施例中与用户站中的发送/接收装置的运行类型切换的反馈相关的信号示例，该用户站在第二通信阶段（数据阶段）中仅充当接收方；图7至图9示出了第一实施例中与用户站中的发送/接收装置的运行类型切换的反馈有关的信号示例，该用户站在第二通信阶段（数据阶段）中充当发送方；以及图10至图12示出了第一实施例中与用户站中的发送/接收装置的运行类型切换的反馈有关的信号示例，该用户站在第二通信阶段（数据阶段）之后切换到用于第一通信阶段（仲裁阶段）的运行类型。
35.在图中，相同或具有相同功能的元件设有相同的附图标记，除非另有说明。
具体实施方式
36.作为示例，图1示出了总线系统1，该总线系统1特别是基本上被设计用于can总线系统、can fd总线系统、can fd后续总线系统，如下面描述的。总线系统1可以用在车辆（特别是机动车辆）、飞机等中，或者用在医院等中。
37.在图1中，总线系统1具有大量用户站10、20、30，每个用户站连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40。总线芯线41、42也可以称为can_h和can_l并且用于在为发送状态下的信号耦合输入显性电平或产生隐性电平之后进行电信号传输。信号形式的消息45、46可以经由总线40在各个用户站10、20、30之间串行传输。用户站10、20、30例如是机动车辆的控制设备、传感器、显示设备等。
38.如图1所示，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和切换反馈块15。相反，用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和切换反馈块35。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线40，即使这在图1中没有示出。
39.在每个用户站10、20、30中，消息45、46以帧的形式编码地经由txd线路和rxd线路在相应通信控制装置11、21、31和相关联发送/接收装置12、22、32之间逐比特交换。这将在下面更详细地描述。
40.每个通信控制装置11、21、31用于控制相应用户站10、20、30经由总线40与连接到总线40的用户站10、20、30中的至少一个其他用户站的通信。
41.通信控制装置11、31创建并读取第一消息45，所述第一消息例如是经过修改的can消息45，以下也称为can xl消息45。在此情况下，经过修改的can消息45或can xl消息45是基于can fd后续格式构建的，参照图2更详细地对此进行描述。通信控制装置11、31还可以实施为根据需要为发送/接收装置12、32提供can xl消息45或can fd消息46或从发送/接收装置12、32接收can xl消息45或can fd消息46。通信控制装置11、31因此创建和读取第一消息45或第二消息46，其中第一和第二消息45、46通过其数据传输标准而彼此不同，即在这种
情况下为can xl或can fd。
42.通信控制装置21可以像根据iso11898-1：2015的传统can协议控制器或can控制器那样实施，特别是像容忍can fd的经典can控制器或can fd控制器。通信控制装置21创建和读取第二消息46，例如经典can消息或can fd消息46。在can fd消息46中可以包括0到64个数据字节的数量，这些数据字节还以比经典can消息明显更快的数据速率传输。在后一种情况下，通信控制装置21像传统can fd控制器那样实施。
43.除了下面更详细描述的差异之外，发送/接收装置12、32可以实施为can xl收发器。发送/接收装置12、32可以附加地或替代地像传统can fd收发器那样实施。发送/接收装置22可以像传统can收发器或can fd收发器那样实施。
44.利用两个用户站10、30，可以形成并且然后传输具有can xl格式的消息45以及接收这样的消息45。
45.图2针对消息45示出了can xl帧450，其由发送/接收装置12或发送/接收装置32发送。为了在总线40上进行can通信，将can xl帧450细分为不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451、位于仲裁阶段451结束时的第一切换阶段452、数据阶段453、位于数据阶段453结束时的第二切换阶段454以及帧结束阶段455。
46.在仲裁阶段451中，例如在开始时发送一个比特，该比特也称为sof比特并且指示帧的开始（start of frame）。在仲裁阶段451中，还发送用于标识消息45的发送方的例如11比特的标识符。在仲裁期间，借助于所述标识符在用户站10、20、30之间逐比特地协商：哪个用户站10、20、30想发送具有最高优先级的消息45、46并且因此在切换阶段452和随后的数据阶段453中的下一个用于发送的时间内获得对总线系统1的总线40的排他访问。
47.在本实施例中，在第一切换阶段452中准备从仲裁阶段451切换到数据阶段453。切换阶段452可以具有比特al1，该比特具有仲裁阶段451的比特的比特持续时间t_b1并且用仲裁阶段451的物理层发送。该物理层对应于已知的osi模型（开放系统互连模型）的物理层或层1。
48.在数据阶段453中，在dh1比特和dl1比特之后可以首先发送例如8比特长的数据字段标识符，该标识符标识数据字段中内容的类型。例如，该数据字段标识符可以包含值9，该值例如说明数据字段中存在根据互联网协议版本4（ipv4）构建的数据分组。在数据字段标识符之后，例如可以发送11比特长的数据长度代码（data-length-code），该数据长度代码于是例如可以采取从1到2048的值或增量为1的其他值。替代地，数据长度代码可以包括更少或更多的比特，从而值范围和增量可以采取其他值。接下来是另外的字段，例如报头校验和字段。然后发送can xl帧450或消息45的有用数据，这也可以称为消息45的数据字段。有用数据可以具有与数据长度码的值范围相对应的数据，例如具有多达2048个字节或更大数量的字节或任何其他数量的数据。在数据阶段453结束时，例如可以在校验和字段中包含数据阶段453的数据和仲裁阶段451的数据的校验和。消息45的发送方可以分别在预定数量的相同比特、特别是10个相同比特之后将填充比特作为反向比特插入数据流中。特别地，校验和是帧校验和f_crc，帧450的直到校验和字段的所有比特都通过该帧校验和f_crc得到保护。此后可以是具有诸如1100的预定值的fcp字段。
49.在本实施例中，在第二切换阶段454中准备从数据阶段453切换到帧结束阶段455。在此，发送包含在至少一个比特中的协议格式信息，该信息适合于实现切换。切换阶段454
可以具有比特ah1，该比特具有仲裁阶段451的比特的比特持续时间t_b1，但用数据阶段453的物理层发送。
50.在帧结束阶段455中，在结束字段中的两个比特al2、ah2之后，至少一个确认比特ack可以包含在帧结束阶段455中。此后可以是7个相同比特的序列，该序列指示can xl帧450的结束。利用至少一个确认比特ack可以告知接收方是否在接收到的can xl帧450或消息45中发现了错误。
51.至少在仲裁阶段451和帧结束阶段455中如在can和can-fd情况下那样使用物理层。此外，在第一切换阶段452中可以至少部分地，即在开始时如在can和can-fd情况下那样使用物理层。此外，在第二切换阶段454中可以至少部分地，即在结束时如在can和can-fd情况下那样使用物理层。
52.在阶段451、455期间、在阶段452开始时和在阶段454结束时的重要一点是使用已知的csma/cr方法，该方法允许用户站10、20、30同时访问总线40而不会破坏更高优先级的消息45、46。由此可以相对简单地将另外的总线用户站10、20、30添加到总线系统1，这是非常有利的。
53.csma/cr方法的结果是总线40上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态可以由其他用户站10、20、30用总线40上的显性状态覆盖。
54.仅当比特时间明显大于总线系统1的任意两个用户站10、20、30之间的信号传播时间的两倍时，帧450或消息45、46开始时的仲裁以及帧450或消息45、46的帧结束阶段455中的确认才是可能的。因此，将仲裁阶段451、帧结束阶段455和至少部分切换阶段452、454中的比特率选择得比帧450的数据阶段453中的比特率慢。特别地，将阶段451、452、454、455中的比特率选择为500kbit/s（千比特/秒），由此导致比特时间约为2μs，而将数据阶段453中的比特率选择为5至10mbit/s或更高，由此导致大约0.1μs和更短的比特时间。因此，其他通信阶段451、452、454、455中的信号的比特时间至少是数据阶段453中信号的比特时间的10倍。
55.当作为发送方的用户站10赢得仲裁并且作为发送方的用户站10因此为了发送而排他地访问总线系统1的总线40时，消息45的发送方，例如用户站10，才开始将切换阶段452和随后数据阶段453的比特发送到总线40上。发送方可以在切换阶段452的一部分之后变换到更快的比特率和/或其他物理层，或者随着随后数据阶段453的第一个比特、即随着随后数据阶段453的开始变换到更快的比特率和/或其他物理层。
56.通常，与can或can fd相比，在使用can xl的总线系统中可以实现以下不同的特性：a）采用并在必要时适配经过验证的特性，这些特性负责can和can fd的稳健性和用户友好性，特别是根据csma/cr方法的具有标识符和仲裁的帧结构，b）将净数据传输率提高到大约每秒10兆比特，c）将每帧有用数据的大小增加到大约2千比特或任意其他值。
57.图3示出了具有通信控制装置11、发送/接收装置12和切换反馈块15的用户站10的基本结构。用户站30以与图3中所示类似的方式构建，只是块35与通信控制装置31和发送/接收装置32分开设置。因此，用户站30和块35将不分开描述。下面描述的切换反馈块15的功能在切换反馈块35中是相同的。
58.根据图3，通信控制装置11还具有通信控制模块111、发送信号输出驱动器112和rxd连接配置模块113。通信控制装置11被设计为微控制器或具有微控制器。通信控制装置11处理任何应用的信号，例如用于发动机的控制设备、用于机器或车辆的安全系统或其他应用。
59.然而，图3中未示出系统asic（asic＝专用集成电路），该系统asic可以替代地是系统基础芯片（system basis-chip，sbc），用户站10的电子组件所需要的多个功能组合在该系统基础芯片上。在系统asic中尤其是可以安装发送/接收装置12和未示出的能量供应装置，所述能量供应装置为发送/接收装置12供应电能。所述能量供应装置通常提供5v的电压can_supply（can_供应）。然而，根据要求，能量供应装置可以提供具有其他值的其他电压和/或设计为电流源。
60.根据图3，发送/接收装置12还具有发送模块121、接收模块122、用于发送信号txd的驱动器123、接收信号输出驱动器124、将信号rxd_tc输出到切换块126的驱动器125以及切换块126。切换块126从信号rxd_tc、信号txd和作为接收模块122的输出信号的信号s_sw中形成用于切换发送模块121的运行状态切换信号s_op。附加地，切换块126从信号rxd_tc和信号txd、s_sw中形成用于切换接收模块122的接收阈值的运行状态切换信号s_opt。切换块126识别出存在来自通信控制模块111的信令，其方式是切换块126将信号rxd_tc和信号s_sw进行比较，因为信号rxd_tc根据由通信控制模块111发送的信号rxd_k包含至少一个脉冲。这在下面参考图4至图12更详细地描述。
61.图3的发送模块121也称为发射器。接收模块122也称为接收器。切换块126中信号txd的使用是可选的，如图3中信号txd上的虚线所示。信号rxd和信号rxd_tc具有相同的信号变化过程，其中这两个信号通过驱动器125分开。
62.切换块126可以设计为特别是具有至少一个触发器的开关块。
63.切换反馈块15具有运行类型检测模块151和运行类型反馈模块152，它们的功能将在下面更详细地描述。
64.即使总是在下面提及发送/接收装置12，但也可以替代地在发送模块121外部的单独装置中设置接收模块122。发送模块121和接收模块122可以像在传统的发送/接收装置22中那样构建。发送模块121特别是可以具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收模块122特别是可以具有至少一个运算放大器和/或晶体管。
65.如图3中所示，发送/接收装置12连接到总线40，更准确地说连接到总线40的用于can_h的第一总线芯线41和总线40的用于can_l的第二总线芯线42。第一总线芯线41和第二总线芯线42在发送/接收装置12中与发送模块121和接收模块122连接。用于向第一和第二总线芯线41、42供应电能的能量供应装置的电压供应照常进行。此外，与地或can_gnd的连接照常实现。这同样适用于利用终端电阻器来终止第一和第二总线芯线41、42。
66.在总线系统1运行时，发送模块121在用户站10充当发送方时将通信控制装置11的发送信号txd转换为用于总线芯线41、42的对应信号can_h和can_l，并将信号can_h和can_l发送到总线40上。即使这里针对发送/接收装置12提到信号can_h和can_l，这些信号关于消息45也应理解为信号can-xl_h和can-xl_l，这些信号在数据阶段453中与传统信号can_h和can_l的不同之处在于至少一个特征，特别是在为信号txd的不同数据状态形成总线状态方面和/或在电压或物理层和/或比特率方面。
67.作为总线40上的信号的结果，形成差分信号vdiff＝can_h-can_l。除了空闲状态或待机状态（idle或standby）之外，发送/接收装置12在正常运行时利用接收模块122总是监听数据或消息45、46在总线40上的传输，而且与用户站10是否是消息45的发送方无关。接收模块122在此形成信号s_sw，并经由接收信号输出驱动器124将该信号作为数字接收信号rxd转发给通信控制装置11，如图3所示。
68.在仲裁阶段451结束时，很清楚用户站10、30中的哪一个将在随后的数据阶段453中充当发送方并且哪个仅充当接收方。在本示例中，用户站10充当发送方并且还充当接收方，用户站30仅充当接收方。然而，当然替换地，用户站30可以是发送方。
69.切换块126被设计为在从总线40接收到的消息45中识别相应切换阶段452、454的开始，然后根据用户站10在随后通信阶段中的功能，切换发送/接收装置12的特性。在此，切换块126可以在发送/接收装置12的以下运行类型之间切换：a)第一运行类型：用于z_sl=仲裁阶段451的发送/接收属性，
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发送/接收装置12中的发送模块121在总线40上产生显性和隐性状态，
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接收模块122以通常约0.7v的接收阈值t_a工作。附加地，接收模块122，特别是为了将用户站10集成到总线40上正在进行的通信中，可以以负接收阈值工作。
70.c)第二运行类型：作为接收方（接收节点）用于数据阶段453的发送/接收特性，
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发送/接收装置12中的发送模块121产生隐性状态或在切换阶段452之后可选地被关闭，因为发送/接收装置12不是发送方，而是仅充当消息45或帧450的接收方，
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接收模块122以通常约为0.0v的接收阈值t_d工作。
71.c)第三运行类型：作为发送方（发送节点）用于数据阶段453的发送/接收特性，
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发送/接收装置12中的发送模块121根据txd信号驱动0状态或1状态，因为发送/接收装置12充当消息45或帧450的发送方，
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接收模块122以通常约为0.0v的接收阈值t_d工作。
72.通信控制装置11的rxd连接端配置模块113使用模块113的输入端处的信号s1、s2根据所需要的通信方向来配置连接端rxd，如下所述。信号s1可以称为rxd_out_ena，该信号使得无法经由rxd连接端驱动附加信号rxd_tc（第一连接端运行类型）或使得能够经由rxd连接端驱动附加信号rxd_tc（第二连接端运行类型）。信号s2可以称为rxd_out_val。根据信号s2的值，通信控制装置11在两个不同通信阶段之间的切换时间点驱动连接端rxd，以向发送/接收装置12发信号通知要设置的运行类型，即一方面在用于在仲裁阶段451和数据阶段453之间切换的第一切换阶段452，另一方面在用于在数据阶段453和帧结束阶段455之间切换的第二切换阶段454。可选地，根据信号s2的值，通信控制装置11可以在第三连接端运行类型下驱动连接端rxd，该第三连接端运行类型也称为“通话模式”，其中可以在装置11、12之间进行内部通信。否则，连接端rxd（特别是在can的情况下是常见的）是用于通信控制装置11的输入端（input），即不是如上所述的输出端，从而通信控制装置11不驱动连接端rxd。连接端rxd因此可以借助于rxd连接端配置模块113和信号s1、s2双向运行。换句话说，连接端rxd是双向连接端。
73.为此，通信控制装置11和输出驱动器124被设计为使得在以信令为目的进行驱动时，通信控制装置11比输出驱动器124更强烈地驱动连接端rxd。由此避免了如果通信控制装置11和输出驱动器124都驱动连接端rxd并且在连接端rxd处导致两个信号源的叠加，则
rxd线路的值可能是不确定的。因此，如果在连接端rxd处存在两个信号源的这种叠加，则总是通信控制装置11说了算。由此rxd线路的值总是确定的。
74.因此，切换块126可以提供在发送/接收装置12中设置上述至少三种运行类型之一的可能性，这些运行类型经由rxd连接端和txd连接端发信号通知。为此不需要在发送/接收装置12上并且因此也不需要在通信控制装置11上设置其他管脚形式的附加连接端。
75.为此，根据图3，切换块126配备有至少两个输入端，经由这些输入端将信号rxd_tc、信号s_sw和可选的信号txd馈入切换块126中。信号rxd_tc基于从通信控制装置11经由rxd信号的连接端发送到发送/接收装置12的信号。利用信号rxd_tc，通信控制装置11至少向发送/接收装置12发信号通知发送/接收装置12现在已切换到用于数据阶段453的对应运行类型。此外，通信控制装置11用信号rxd_tc和/或信号txd向发送/接收装置12发信号通知应当切换到运行类型z_f_rx、z_f_tx中的哪一个。这在从仲裁阶段451切换到数据阶段453时特别有用。在数据阶段453结束时，通信控制装置11可以使用信号rxd_tc通知发送/接收装置12从数据阶段453的两种运行类型中的每一种切换到用于仲裁阶段451的运行类型z_sl。此外，如前所述，利用信号rxd_tc可以将任何其他信息从通信控制装置11发送到发送/接收装置12。
76.根据图3，发送/接收装置12将信号rxd_tc从连接端rxd经由驱动器125引导至切换块126的用于信号rxd_tc的连接端。相反，信号s_sw是根据从总线40接收的信号生成的。信号rxd_tc在用于rxd信号的连接端和接收信号驱动器124的输出端之间被引导至切换块126。信号s_sw从接收模块122的输出端并且在接收信号驱动器124的输入端之前引导至切换块126。
77.如果切换块126识别出切换阶段452，则利用从切换块126输出的信号s_op、s_opt来切换发送模块121和/或接收模块122的运行状态以及因此发送/接收装置12的运行类型。
78.在切换反馈块15中，运行类型检测模块151从发送模块121和接收模块122的输出信号中检测发送模块121和接收模块122切换到哪个运行类型z_sl、z_f_rx、z_f_zx。特别地，运行类型检测模块151被设计为比较器。运行类型检测模块151将检测结果作为状态信号s_e转发给运行类型反馈模块152。运行类型反馈模块152还从切换块126接收状态信号s_b。状态信号s_b说明是否识别出切换条件的信令。可选地，状态信号s_b附加地说明应当切换到哪种运行类型。借助于这两个状态信号s_e、s_b，运行类型反馈模块152决定运行类型反馈模块152是否必须通过rxd信号向通信控制装置11提供反馈以及必须何时发送所述反馈。
79.如果反馈是肯定的，即发送/接收装置12已经识别出信令并且已经根据要求切换了运行类型，则运行类型反馈模块152改变或操纵rxd信号，使得通信控制装置11经由rxd信号获得所述反馈。
80.发送/接收装置12、32具有至少三种不同的可能性来通过rxd信号执行反馈。这在下面参考图4至图12更详细地描述。在此假设用户站10充当数据阶段453的发送方（发送节点）并且用户站30仅充当数据阶段453的接收方（接收节点）。
81.图4到图6示出了在用户站30（接收节点）中切换阶段452之前、期间和之后的信号示例。在从仲裁阶段451过渡到数据阶段453时，在切换阶段452中将仲裁阶段451的比特持续时间t_b1切换到数据阶段453的更小或更短的比特持续时间t_b2。在此，将发送/接收装
置32的运行类型z_sl切换为发送/接收装置32的运行类型z_f_rx。
82.图4为此示出了由通信控制装置31为了分别针对状态0、z、1切换发送/接收装置32的运行类型而驱动的rxd_k信号的示例。状态z代表高阻抗状态。图5示出了发送信号txd_r的一部分，该发送信号例如由通信控制装置31为发送/接收装置32提供。图6示出了从发送/接收装置32驱动到通信控制装置31的信号rxd_r。信号rxd_r由根据信号s_sw产生的数字信号和发送/接收装置32的对应于模块152的运行类型反馈模块所输出的信号组成。此外，信号rxd_r还包括借助于信号rxd_k的信令，其中信号rxd_k覆盖信号rxd_r，如图6中作为脉冲rxd_tc、ah_l所示。
83.如图4至图6中所示，通信控制装置31在切换阶段452之前在发送信号txd_r中分别发送高状态（第一二进制信号状态），使得发送信号txd_r不会覆盖总线40上的信号状态，所述信号状态根据图6的信号rxd_r依次是fdf比特和xlf比特，每个比特都具有高状态（第一二进制信号状态），然后是resxl比特和al1比特，resxl比特和al1比特中每个比特都具有低状态（第二二进制信号状态）。替代地，运行类型切换块126被设计为在第二运行类型z_f_rx中关闭发送模块121。
84.此后，在仲裁阶段451结束时，基于图4的信号rxd_k从具有比特时间t_b1的仲裁阶段451的比特切换到具有比特时间t_b2的数据阶段453的较短比特，如图4至图6所示。为此，rxd_k或所产生的信号rxd_tc在al1比特中具有至少一个脉冲或脉冲图案ah_1。图4的脉冲图案ah_1的脉冲持续时间比比特时间t_b2短或长。图4的脉冲图案ah_1的脉冲持续时间比比特时间t_b1小或短。数据阶段453的数据在al1比特之后。
85.根据图4至图6，在al1比特中具有信号rxd_k或rxd_tc的至少一个脉冲或脉冲图案ah_1的rxd信令发生以及发送/接收装置32的运行类型的实际切换发生之后，使用模块152进行反馈r_s。切换到第二运行类型z_f_rx意味着发送/接收装置32将其接收模块122中的接收阈值t_a切换到接收阈值t_d。没有来自发送/接收装置32的反馈r_s的信号rxd_r的信号变化过程在图6中以实线绘制。来自发送/接收装置32的反馈r_s的信号变化过程在图6中以粗线绘制。
86.在图6的示例中，发送/接收装置32将反向的脉冲作为反馈r_s插入到信号rxd_r的信号变化过程中，该反向的脉冲一直持续到总线40上的后续边沿变化之一为止。在图6中，反馈r_s一直持续到从信号s_sw中产生的数字信号中的下一个上升沿为止。特别地，反向的脉冲具有例如400ns的绝对持续时间。当然，信号rxd_r的反向的脉冲的其他持续时间也是可能的。
87.如果通信控制装置31，更准确地说是其模块111，在例如典型的80％的采样点处对接收信号rxd_r中的al1比特进行采样，并且在此看到逻辑“1”，则在发送/接收装置32中正确地执行了切换。如果通信控制装置31，更准确地说是其模块111，看到逻辑“0”，则在发送/接收装置32中没有正确执行切换。
88.如果切换不起作用且没有反馈r_s，则出现错误情况。发送/接收装置32保持在用于第一通信阶段（较长的比特持续时间）的运行类型，尽管该发送/接收装置应当切换到针对第二通信阶段（较短的比特持续时间）的运行类型z_f_rx。由于接收模块122中的接收阈值尚未切换到t_d，因此通信控制装置31现在经由第二连接端在信号rxd的比特流中发现比特错误的概率很高。如果通信控制装置31经由第二连接端在信号rxd的比特流中看见比特
错误，则通信控制装置31在随后的错误处理期间不必将发送/接收装置32切换到用于第一通信阶段（较长的比特持续时间）的运行类型z_sl，因为发送/接收装置32已经处于该运行类型。
89.如果发送/接收装置32中的运行类型切换起作用并且借助于反馈r_s的信号变化过程正确地发信号通知，则通信控制装置31知道发送/接收装置32处于运行类型z_f_rx。如果通信控制装置31经由第二端口发现信号rxd的比特流中的比特错误，则通信控制装置31在随后的错误处理中必须特意将发送/接收装置32从第二通信阶段（较长的比特持续时间）的运行类型切换到第一通信阶段（较短的比特持续时间）的运行类型，特别是使用txd信号上脉冲。由此无需在发送/接收装置32中等待较长的流逝持续时间（超时（timeouts）），所述流逝持续时间也将运行类型切换回第一通信阶段的运行类型。其结果是：尽管存在接收错误，发送/接收装置32（接收节点）仍可以识别发送帧450结束时的11个隐性比特的空闲条件（“idle条件”)，并因此可以非常快速地再次集成到总线40上的通信中。
90.附加地，可选地，用户站30可以发送错误帧以中止帧450或消息45的传输。由此可以尽快中止使用错误设置的总线组件的传输。这增加了可以在总线系统1中传输的净数据速率。由此使得总线系统1中的通信更加稳健。
91.图7至图9示出了当在发送/接收装置12中从运行类型z_sl切换到第三运行类型z_f_tx时用户站10（发送节点）中的反馈r_s的示例。除了以下差异之外，适用与以上参考图4至图6所述的相同内容。
92.图7示出了由通信控制装置11为了分别针对状态0、z、1切换发送/接收装置12的运行类型而驱动的rxd_k信号的示例。图8示出了发送信号txd_t的一部分，该发送信号例如由通信控制装置11提供给发送/接收装置12。图9示出了在接收到发送信号txd_t之后在接收模块122的连接端处从发送/接收装置12驱动到通信控制装置11的信号rxd_t。信号rxd_t由根据信号s_sw产生的数字信号和发送/接收装置12的运行类型反馈模块152所输出的信号组成。此外，信号rxd_t还包括借助于信号rxd_k的信令，其中信号rxd_k覆盖信号rxd_r，如图9中作为脉冲rxd_tc、ah_l所示。
93.如图7至图9中所示，通信控制装置11在切换阶段452之前在发送信号txd_t中依次发送fdf比特和xlf比特，每个比特都具有高状态（第一二进制信号状态）。此后是resxl比特，其以低状态（第二二进制信号状态）发送，然后是也以低状态（第二二进制信号状态）发送的al1比特。
94.根据图7至图9，反馈r_s发生在发送/接收装置12的运行类型实际切换之后。更准确地说，反馈r_s在变换为第三运行类型z_f_tx时从al1比特结束起发生。没有来自发送/接收装置12的反馈的数字接收信号rxd_t的信号变化过程在图9中以实线绘制。来自发送/接收装置12的反馈r_s的信号变化过程在图9中以粗线示出。
95.在图9的示例中，发送/接收装置12同样将反向的脉冲作为反馈r_s插入到rxd_t信号的信号变化过程中，该反向的脉冲被设计为使得s_sw信号上的脉冲遭到滤除。脉冲长度由s_sw信号的两个边沿变化确定。换言之，运行类型反馈模块152插入脉冲作为反馈r_s，使得该脉冲在数字接收信号rxd_t中覆盖与脉冲值反向的任何长度或持续时间的值。接收信号rxd_t中的边沿限制该脉冲值的持续时间。由此，数字接收信号rxd_t改变或运行类型反馈模块152从第二连接端处的rxd比特流中滤除下一个0脉冲。替代地，也可以从第二连接端
处的rxd比特流中滤除下一个1脉冲。替代地，可以滤除多于一个脉冲。
96.发送/接收装置12滤除切换后数字接收信号rxd_t中的第一个0脉冲，无论其长度如何，即al1比特结束后的第一个0脉冲。通信控制装置11在扫描信号rxd_t的比特时注意到对数字接收信号rxd_t的这种操纵或改变。经过延迟的反馈r_s就足够了，因为通信控制装置11，特别是其模块111，不会中止消息45的发送，并且也可以在一对比特之后对错误作出反应。
97.根据切换的反馈r_s所说明的内容，通信控制装置11可以如先前关于通信控制装置31所提到的那样进行。
98.图10至图12示出了当在发送/接收装置32中从第二运行类型z_f_rx切换到第一运行类型z_sl时用户站30（接收节点）中的反馈r_s的示例。因此，这种切换发生在数据阶段453之后。
99.图10示出了由通信控制装置11为了分别针对状态0、z、1切换发送/接收装置32的运行类型而驱动的rxd_k信号的示例。图11示出了发送信号txd_r的一部分，该发送信号例如由通信控制装置11提供给发送/接收装置32，如上面已经参照图5所描述的。然而，现在经由总线40在切换阶段454中发送具有高状态（第一二进制信号状态）的ah1比特，然后在帧结束阶段455中发送具有低状态（第二二进制信号状态）的al2比特和具有高状态（第一二进制信号状态）的ah2比特。此后是帧结束阶段455的其他比特。图12示出了从发送/接收装置32驱动到通信控制装置31的信号rxd_r，如先前参考图6所描述的。在此，图12中的rxd_r信号还包括借助于信号rxd_k的信令，其中信号rxd_k覆盖信号rxd_r，如图12中作为脉冲rxd_tc、ah_1所示并且如先前参照图6所解释的。
100.在图12中示出了反馈r_s的两个可能性。因此，反馈r_s可以在发送/接收装置32的运行类型实际切换之前发生，如作为反馈r_s的ah1比特中带有粗线的脉冲所示。替代地，反馈r_s可以在发送/接收装置32的运行类型实际切换之后发生，如作为反馈r_s的al2比特中带有粗线的脉冲所示。运行类型的切换在ah1比特结束时进行。没有来自发送/接收装置32的反馈的数字接收信号rxd_r的信号变化过程在图12中以实线绘制。
101.在图12的示例中，发送/接收装置32将例如200ns的反向的脉冲作为反馈r_s插入到信号rxd_r的信号变化过程中。当然可以为反馈r_s的脉冲选择其他持续时间。
102.根据图12的al2比特中的反馈r_s比根据图12的ah1比特中的反馈r_s更有利，因为al2比特中的反馈r_s不干扰用户站10、30在ah1比特与al2比特之间的边沿处的同步。
103.如果发送/接收装置32从运行类型z_f_tx切换到运行类型z_sl，则在用户站10（发送节点）中也可以进行相同的反馈。
104.由于上述用户站10的配置，通信控制装置11和与其连接的发送/接收装置12上的附加连接端都不需要电流连接，因此通信控制装置11可以传输运行类型切换的时间点并且可以接收反馈r_s。这意味着块15有利地不需要在发送/接收装置12的标准外壳上不可用的附加连接端。因此，由于块15，不必为了提供附加的连接端而更换到其他更大和更昂贵的外壳。
105.此外，块15使得发送/接收装置12可以不需要协议控制器功能性。这种协议控制器尤其可以识别消息45的切换阶段452并据此启动数据阶段453。然而，由于这样的附加协议控制器需要发送/接收装置12或asic中的大量面积，块15导致了资源需求的显著降低。
106.由此，运行类型切换块126和块15与常用发送/接收装置的互连提供了一种非常简单且成本有利的解决方案，用于使发送/接收装置设备12了解应当进行切换以及应当在其不同运行类型之间进行何种切换，即特别是从第一运行类型切换到第二运行类型或者从第一运行类型切换到第三运行类型或者从第二运行类型切换到第一运行类型或者运行类型的其他切换。附加地，块15也可以非常简单且成本有利以及稳健地向通信控制装置12提供关于所述切换的对应反馈r_s。
107.通过所描述的发送/接收装置12、32的设计，可以在数据阶段452中实现比can或can-fd高得多的数据速率。此外，如前所述，可以任意选择数据阶段453的数据字段中的数据长度。由此可以保留can在仲裁方面的优点，并且仍然可以非常安全地并且因此有效地在比以前更短的时间内传输更大量的数据，即无需因错误而重复数据，如下面解释的。
108.另一个优点在于，在总线系统1中在传输消息45时不需要错误帧，但是可以可选地使用错误帧。如果不使用错误帧，则不再破坏消息45，这消除了需要双重传输消息的原因。由此增加了净数据速率。
109.如果总线系统不是can总线系统，则运行类型切换块126可以被设计为对其他切换信号作出反应。这同样适用于块15。在这种情况下，运行类型切换块126根据其评估的结果可以将发送模块121和/或接收模块122切换到至少两种不同运行类型中的一种并且在运行类型切换块126中预设值的持续时间t0过去之后将运行类型中的至少一种切换到运行类型中的另一种。在此，块15可以分别向通信控制设备12提供关于所述切换的对应反馈r_s。
110.根据第二实施例，块15，更准确地说是其模块152，在rxd连接端处发送脉冲图案。例如，如果此时rxd=0，则相应的发送/接收装置12、32可以在连接端rxd处发送脉冲图案010。
111.替代地，块15，更准确地说是其模块152，在rxd连接端处有时间延迟地发送脉冲图案。例如，块15，更准确地说是其模块152，在总线40上的下一个边沿之后才发送所述脉冲图案。
112.否则，第二实施例中的总线系统1以与上面关于第一实施例描述的相同的方式构建。
113.根据第三实施例，块15，更准确地说是其模块152，在连接端rxd：＝“常数0或常数1”处发送信号直到预定事件为止。
114.所述预定事件可以是重新发信号通知从通信控制装置12、32切换到相关联发送/接收装置12、32。替代地，所述预定事件是发送/接收装置12、32中的预定流逝时间（超时（timeout））。
115.因此，只要发送/接收装置12、32处于预定状态，“rxd＝常数”就适用于其rxd连接端。如果发送/接收装置12、32离开该预定状态，则发送/接收装置12、32的rxd信号再次对应于总线40上的值。
116.因此，发送/接收装置12、32中的每一个具有至少3种不同的可能性来利用接收信号rxd、rxd_r、rxd_t执行反馈r_s。为此，发送/接收装置12、32中的每一个向相关联的通信控制装置11、31提供接收信号rxd、rxd_r、rxd_t，该接收信号不像往常一样反映总线40上的状态，而是至少暂时被操纵。基于该操纵，通信控制装置11、31，特别是其模块111，识别来自相关联发送/接收装置12、32的肯定反馈r_s。
117.块15、35、用户站10、20、30、总线系统1和在其中执行的方法的所有先前描述的设计可以单独使用或以所有可能的组合使用。特别地，上述实施例的所有特征和/或其修改可以任意组合。附加地或替代地，特别是可以想到以下修改。
118.即使上面以can总线系统为例描述了本发明，本发明也可以用于任何通信网络和/或通信方法中，其中使用两个不同的通信阶段，在这些通信阶段中为不同的通信阶段产生的总线状态彼此不同。特别地，本发明可用于其他串行通信网络的开发，如以太网和/或100base-t1s以太网、现场总线系统等。
119.借助于基于can协议的总线系统描述了根据实施例的上述总线系统1。然而，根据实施例的总线系统1也可以是其中可以以两种不同的比特率串行传输数据的通信网络。有利的、但不是强制性的前提是，在总线系统1中至少在特定的时间段内保证一个用户站10、20、30对公共信道的排他的、无冲突的访问。
120.在这些实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数量和布置是任意的。特别是可以取消总线系统1中的用户站10。在总线系统1中可以存在用户站10或30中的一个或多个。可以想到，总线系统1中的所有用户站都被相同地设计，即仅存在用户站10或仅存在用户站30。
121.可以任意选择各个发送/接收装置12、32的运行类型切换的信令类型。附加地或替代地，可以任意选择每个单独的发送/接收装置12、32的反馈r_s的类型。此外，针对从仲裁阶段451切换到数据阶段453的反馈r_s可以不同于针对从数据阶段453切换到仲裁阶段451的反馈r_s。在此情况下，反馈r_s的上述实施变体的任意组合是可以想到的。