用于串行总线系统的用户站的发送/接收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发送/接收装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，该串行总线系统以高的数据速率和大的误差稳健性来工作。


背景技术：

2.对于例如交通工具中的传感器与控制设备之间的通信来说，通常使用总线系统，在该总线系统中数据作为消息以iso 11898-1：2015标准作为can协议规范用can fd来传输。消息在总线系统的总线用户、比如传感器、控制设备、发送器等之间作为模拟信号来传输。
3.所述总线系统的每个总线用户用发送/接收装置来连接到总线上。在所述发送/接收装置中设置了至少一个接收比较器，所述接收比较器从总线处接收模拟信号并且将其转换成数字信号。所述数字信号的内容能够由协议控制器来解释。此外，所述协议控制器能够创建用于在总线上传输的信号并且用所述发送/接收装置将该信号发送到总线上，从而能够在总线用户之间交换信息。
4.为了能够通过总线以比在can的情况下高的位速率传输数据，在can fd消息格式中并且在can xl消息格式中提供了用于在消息之内转换到更高的位速率的选项。在这样的技术中，通过在数据字段的区域中使用与can相比更高的时钟脉冲这种方式来提高最大可能的数据速率。在此，对于can fd帧或can fd消息来说，最大可能的数据速率被提高到超过1 mbit/s的数值。此外，有效数据长度从8个字节扩展到64个字节。这类似地适用于can xl，对于can xl来说数据传输的速度应该被提高到示例10 base-t1s以太网的范围内，并且迄今为止用can fd达到的、直至64个字节的有效数据长度应该更大。由此能够有利地保持基于can或can fd的通信网络的稳健性。
5.在详细说明can总线线路上的模拟的串行数据传输的期间，当时为can xl规定了用于每个用户站的发送/接收装置（收发器）的至少一个输入比较器的发送电平和接收阈值。所述发送电平和接收阈值为总线线路拓扑结构的尽可能灵活的设计而优化并且在所述发送/接收装置（收发器）的不同的运行模式中有区别。
6.其缺点是，在进行接收的发送/接收装置被调节到与发送电平在总线上的传输不同的接收阈值上时，所述can总线线路上的两个逻辑的位电平并不总是明确地被识别。这尤其可能在发送/接收装置（收发器）从静止状态中被唤醒并且试图再次加入到总线上的正在进行的通信中时出现。为了能够实现can用户站的这种加入，其中所述can用户站还不知道哪种运行模式是用于发送/接收装置的正确的运行模式，为至少一个输入比较器插入了具有例如-0.4v的数值的第三接收阈值t_oob（threshold out-of-bounds）。
7.然而，成问题的是，所述接收阈值t_oob会干扰用户站的同步。其原因是，在从数据阶段返回切换到仲裁阶段中时，所述接收阈值t_oob对于由所述从总线处接收的信号所形成的rxd信号而移动所述发送/接收装置的接头上的位边沿。


技术实现要素：

8.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发送/接收装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，它们解决了前面所提到的问题。尤其应该提供一种用于串行总线系统的用户站的发送/接收装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，其中can用户站加入到正在进行的通信中的过程得到改进。
9.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发送/接收装置来解决。所述发送/接收装置具有：用于从通信控制装置处接收发送信号的第一接头；用于将发送信号发送到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至少使用一个第一通信阶段和一个第二通信阶段；用于从所述总线处接收信号的接收模块，其中所述接收模块被设计用于从所述由总线处接收的信号中产生数字的接收信号；第二接头，其用于将所述数字的接收信号发送给通信控制装置，以便从所述通信控制装置处接收运行模式-转换信号；以及用于对在第二接头上从所述通信控制装置处接收的运行模式-转换信号进行测评的运行模式-转换块，其中所述运行模式-转换块被设计用于根据测评的结果将所述发送模块和接收模块切换到三种不同的运行模式之一中，并且其中所述运行模式-转换块被设计用于在时间上延迟所述第二通信阶段的运行模式到所述第一通信阶段的运行模式的转换，直到所述通信阶段之间的转换阶段的位边界。
10.用所述发送/接收装置可能的是，在can空闲探测中防止“误报”。作为其结果，能够使用户站加入到总线上的正在进行的通信中。此外，所述发送/接收装置的同步和由此上级用户站（can节点）的同步仍然得到实现或者得到保持。
11.此外，用所述发送/接收装置能够在通信阶段之一中保持由can已知的仲裁并且尽管如此传输速率能够相对于can或can fd再次显著得到提高。这能够通过以下方式来实现，即：使用具有不同位速率的两个通信阶段并且使所述第二通信阶段的开始对所述发送/接收装置来说可以可靠地识别，其中在所述第二通信阶段中有效数据以比在仲裁中高的位速率进行传输。因此，所述发送/接收装置能够可靠地从第一通信阶段转换到第二通信阶段中或返回转换。作为其结果，能够实现位速率的明显提高并且由此能够实现从发送方到接收方的传输速度的明显提高。然而在此同时保证了大的误差稳健性。
12.即使在所述总线系统中也存在按照can协议和/或can fd协议发送消息的至少一个can用户站和/或至少一个can fd用户站，那也能够使用由所述发送/接收装置实施的方法。
13.所述发送/接收装置的其他有利的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
14.如果在由所述接收模块输出的接收信号中出现不同的总线状态之间的边沿并且所述发送/接收装置不是消息的发送方，则所述运行模式-转换块可能被设计用于在从第二通信阶段转换到第一通信阶段中时进行运行模式的转换。
15.所述运行模式-转换块能够被设计用于在第二通信阶段的运行模式中切断发送模块，在所述第二通信阶段中所述发送/接收装置不是消息的发送方。
16.如果所述发送/接收装置在第二通信阶段中是消息的发送方并且在所述发送信号中出现不同的总线状态之间的边沿，那么所述运行模式-转换块可能被设计用于在从第二通信阶段转换到第一通信阶段中时进行运行模式的转换。
17.所述发送模块可能被设计用于在第一通信阶段中用第一位时间将信号的位驱动到总线上，所述第一位时间比以下位的第二位时间大了至少10倍，所述发送模块在第二通信阶段中将所述位驱动到总线上。在此，所述运行模式-转换信号能够通过用于用信令通知运行模式的转换的第二接头而具有至少一个拥有以下脉冲持续时间的脉冲，所述脉冲持续时间大约等于第二位时间或比第二位时间短。
18.所述通信控制装置能够被设计用于：如果应该从第一通信阶段转换到第二通信阶段中，则在用于数字的接收信号的接头上作为运行模式-转换信号将具有预先确定的数值的标识符发送给所述接收模块。
19.例如，所述标识符是具有预先确定的数值或脉冲模式的位，或者所述标识符是预先确定的位模式。
20.根据一个选项，所述在第一通信阶段中从总线处接收的信号用与所述在第二通信阶段从总线处接收的信号不同的物理层来产生。
21.能够考虑，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。
22.前面所描述的发送/接收装置和前面所描述的通信控制装置能够是总线系统的用户站的一部分，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彼此连接，使得所述用户站能够彼此串行通信。在此，所述至少两个用户站中的至少一个用户站具有前面所描述的发送/接收装置。
23.此外，前面所提到的任务通过一种根据权利要求13所述的用于在串行总线系统中进行通信的方法来解决。所述方法利用用于总线系统的用户站的发送/接收装置来执行，其中为了在所述总线系统的用户站之间交换消息而至少使用一个第一通信阶段和一个第二通信阶段，其中所述用户站具有发送模块、接收模块、运行模式-转换块、第一接头和第二接头，并且其中所述方法具有以下步骤：用所述接收模块接收来自所述总线系统的总线的信号；用所述接收模块从所述由总线处接收的信号中产生数字的接收信号并且在所述第二接头处输出所述数字的接收信号；用所述运行模式-转换块对在第二接头处从所述通信控制装置处接收的运行模式-转换信号进行测评；并且用所述运行模式-转换块根据所述测评的结果将所述发送模块和/或接收模块切换到三种不同模式之一中，其中所述运行模式-转换块在时间上延迟所述第二通信阶段的运行模式到所述第一通信阶段的运行模式的转换，直到所述通信阶段之间的转换阶段的位边界。
24.所述方法提供了如前面关于所述发送/接收装置和/或通信控制装置所提到的一样的相同的优点。
25.本发明的其它可能的实现方案也包括前面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方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式中。
附图说明
26.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示出了用于对能够由按照第一种实施例的总线系统的用户站发送的消息的结
构进行说明的图表；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示出了用于转换图3的用户站的发送/接收装置的运行模式的运行模式-转换块的电路图；图5至图9示出了按照第一种实施例的信号的、在以下时间阶段里的时间变化曲线，在所述时间阶段中所述在仲裁阶段（第一通信阶段）中被接通的发送/接收装置的第一种运行模式被切换到所述发送/接收装置的两种运行模式之一中，所述发送/接收装置在作为第二通信阶段的数据阶段中能够转换到该运行模式中；图10至图15示出了按照第一种实施例的信号的、在以下时间阶段里的时间变化曲线，在所述时间阶段中所述发送/接收装置的用于第二通信阶段的运行模式、即所述发送/接收装置的用于数据阶段的运行模式被返回转换为第一种运行模式，该第一种运行模式是所述发送/接收装置的用于仲裁阶段的运行模式；图15至图17示出了当图3的用户站试图加入到总线上的正在进行的通信中时所述用户站中的信号的时间变化曲线；并且图18示出了按照第二种实施例的用于转换图3的用户站的发送/接收装置的运行模式的运行模式-转换块的电路图。
27.在附图中，只要没有另外说明，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
28.图1作为实例示出了总线系统1，该总线系统尤其基本上被设计用于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。
29.在图1中，所述总线系统1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并且用于在耦合输入显性电平或者在发送状态中产生用于信号的隐性电平之后进行电信号传输。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。
30.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和转换块15。而所述用户站20则具有通信控制装置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和转换块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。
31.在每个用户站10、20、30中，所述消息45、46在以帧的形式被编码的情况下通过txd线路和rxd线路在相应的通信控制装置11、21、31与所属的发送/接收装置12、22、32之间逐位地被交换。这将在下面进行更详细的描述。
32.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的、经由总线40与被连接到所述总线40上的用户站10、20、30中的至少一个其它用户站进行的通信。
33.所述通信控制装置11、31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，其在下面也被称为can xl消息45。在此，所述经修改的can消息45或can xl消息45基于can fd后续格式来构建，该can fd后续格式参考图2进行了更详细的描述。所述通
信控制装置11、31此外能够被制作用于：根据需要为发送/接收装置12、32提供或者从其处接收can xl消息45或can fd消息46。所述通信控制装置11、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45、46通过其数据传输标准来区分，也就是说在这种情况下通过can xl或can fd来区分。
34.所述通信控制装置21能够如按照iso 11898-1：2015的传统的can协议控制器或者can控制器那样来制作、尤其如能与can fd相兼容的传统的can控制器或can fd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消息或can fd消息46。在所述can fd消息46中能够包括0至64个数据字节的数量，所述数据字节为此仍以比在传统的can消息中明显更快的数据速率来传输。在后一种情况中，所述通信控制装置21如传统的can fd控制器那样来制作。
35.所述发送/接收装置22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。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。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。
36.用所述两个用户站10、30能够实现具有can xl格式的消息45的形成和而后的传输以及这样的信息45的接收。
37.图2为消息45示出了如由所述发送/接收装置12或所述发送/接收装置32所发送的一样的can xl帧450。所述can xl帧450为了所述总线40上的can通信而被划分成不同的通信阶段451至455、即仲裁阶段451、处于仲裁阶段451结束时的第一转换阶段452、数据阶段453、处于数据阶段453结束时的第二转换阶段454、以及帧结束阶段455。
38.在所述仲裁阶段451中，例如在开始时发送一个位，该位也被称为sof位并且表明帧的开始（或者start of frame）。此外，在所述仲裁阶段451中发送具有例如11位的识别符，用于识别消息45的发送方。在仲裁时，借助于识别符逐位地在用户站10、20、30之间商定：哪个用户站10、20、30想要发送具有最高优先权的消息45、46并且因此在用于发送的下一时间里在转换阶段452和随后的数据阶段453中获得对总线系统1的总线40的专用的访问权。
39.在本实施例中，在所述第一转换阶段452中，准备从所述仲裁阶段451转换为所述数据阶段453。在此，发送在至少一个位中所包含的协议格式信息，其适合用于将can xl帧与can 帧或can fd帧区分开来。所述转换阶段452能够具有位al1，该位al1具有所述仲裁阶段451的位的位持续时间t_b1并且用所述仲裁阶段451的物理层来发送。所述物理层相应于已知的osi模型（开放系统互连模型）的位传输层或层1。此外，能够发送例如12位长的数据长度码（data-length-code），该数据长度码然后例如能够具有1至4096、尤其是直至2048的数值或者具有步长为1的其他数值，或者作为替代方案能够具有0至4095或者更高的数值。作为替代方案，所述数据长度码能够包括更少或更多的位，使得所述数值范围和步长能够具有其他数值。
40.在所述数据阶段453中发送can xl帧450或消息45的有效数据，这也能够被称为消息45的数据字段。所述有效数据能够根据数据长度码的数值范围而具有数据，所述数据例如具有高达4096个字节的数量或者更大数量的字节或者其他任意数量的数据。在数据阶段453结束时，例如能够在校验和字段中包含关于数据阶段453的包括填充位的数据的校验
和，所述填充位由消息45的发送方分别在预先确定数量的相同的位、尤其是10个相同的位之后作为反转位被插入。尤其所述校验和是帧校验和f_crc，用该帧校验和f_crc来保护所述帧450的所有直至校验和字段的位。此后，能够跟随具有预先确定的数值、例如1100的fcp字段。
41.在本实施例中，在所述第二转换阶段454中准备从所述数据阶段453转换为所述帧结束阶段455。在此，发送在至少一个位中所包含的协议格式信息，其适合用于实现所述转换。所述转换阶段454能够具有位ah1，该位ah1具有仲裁阶段451的位的位持续时间t_b1、但是用数据阶段453的物理层来发送。
42.在所述帧结束阶段455中，能够在该帧结束阶段455中的末尾字段中的两个位al2、ah2之后包含至少一个确认位ack。此后，能够跟随表明can xl帧450的结束的11个相同位的序列。用至少一个确认位ack能够通知，接收方在所接收的can xl帧450或者消息45中是否已经发现错误。
43.至少在所述仲裁阶段451和帧结束阶段455中使用如在can和can-fd中那样的物理层。另外，在所述第一转换阶段452中能够至少部分地、即在开始时使用如在can和can-fd中那样的物理层。另外，在所述第二转换阶段454中能够至少部分地、即在结束时使用如在can和can-fd中那样的物理层。
44.在所述阶段451、455的期间、在阶段452开始时且在阶段454结束时的一个重要点是，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。
45.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他用户站10、20、30用总线40上的显性状态来覆盖写入。
46.只有当所述位时间明显长于所述总线系统1的两个任意的用户站10、20、30之间的信号传输时间的两倍时，才能够在帧450或者消息45、46开始时进行仲裁并且在帧450或者消息45、46的帧结束阶段455中进行确认。因此，在所述仲裁阶段451、帧结束阶段455中且至少部分在转换阶段452、454中的位速率被选择得比在帧450的数据阶段453中慢。尤其所述阶段451、452、454、455中的位速率被选择为500 kbit/s，从中产生大约2μs的位时间，而所述数据阶段453中的位速率则被选择为5到10 mbit/s或更大，从而产生大约0.1μs或更短的位时间。因此，在其他通信阶段451、452、454、455中的信号的位时间比在所述数据阶段453中的信号的位时间大了至少10倍。
47.消息45的发送方、例如用户站10，只有当所述用户站10作为发送方已经赢得仲裁并且所述用户站10作为发送方因此为了发送而拥有对总线系统1的总线40的专用的访问权时，才开始将转换阶段452及随后的数据阶段453的位发送到总线40上。所述发送方要么能够在转换阶段452的一部分之后变换到较快的位速率和/或其他物理层上，要么能够随着随后的数据阶段453的第一位、即随着其开始才变换到较快的位速率和/或其他物理层上。
48.完全一般而言，在所述具有can xl的总线系统中，与can或can fd相比尤其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经验证的特性、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，并且c）将每帧有效数据的大小提高到大约4k字节或任意的其他值。
49.图3示出了所述具有通信控制装置11、发送/接收装置12和转换块15的用户站10的基本结构。所述用户站30以与在图3中示出的方式类似的方式构建，除了所述块35与通信控制装置31和发送/接收装置32分开地设置。因此，所述用户站30和块35将不被单独描述。所述转换块15的以下所描述的功能在转换块35中相同地存在。
50.按照图3，所述通信控制装置11此外具有通信控制模块111、发送信号-输出驱动器112和rxd-接头-配置模块113。所述通信控制装置11被设计为微控制器或者具有微控制器。所述通信控制装置11处理任意应用的信号、例如用于马达的控制设备、用于机器或交通工具或其他应用的安全系统的信号。
51.然而，在图3中未示出系统asic（asic=专用集成电路），其能够备选地是系统基础芯片（sbc），在该系统基础芯片上合并了多种对所述用户站10的电子结构组合件来说必要的功能。在所述系统asic中尤其能够安装所述发送/接收装置12和未示出的给所述发送/接收装置12供给电能的能量供给装置。所述能量供给装置通常提供5 v的电压can_supply。然而，根据需要，所述能量供给装置能够提供具有其他值的其他电压并且/或者能够被设计为电流源。
52.按照图3，所述发送/接收装置12此外具有发送模块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和将信号rxd_tc输出给转换块15的驱动器125。所述转换块15由信号rxd_tc和信号s_sw（该信号为接收模块122的输出信号）形成用于切换发送模块121和/或接收模块122的运行状态-切换信号s_op。另外，所述转换块15由信号s_op和信号txd、s_sw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。所述切换信号s_op例如能够在一个位中包含用于发送模块121和接收模块122的切换信号。作为替代方案，所述切换信号s_op能够是两位的宽度的信号，用于分开地操控发送模块121和接收模块122，方法是：比如所述第一位被设置用于切换发送模块121并且所述第二位被设置用于切换接收模块122。当然，能够设想所述切换信号s_op的设计方案的任意备选的可行方案。所述发送模块121也被称为发送器。所述接收模块122也被称为接收器。
53.所述转换块15能够被设计为切换块，该切换块尤其具有至少一个触发器。这在下面参照图4至图14进行更详细的描述。
54.即使下面总是谈及所述发送/接收装置12，然而作为替代方案也能够在发送模块121外部的单独的装置中设置所述接收模块122。所述发送模块121和接收模块122能够如在传统的发送/接收装置22中一样来构建。所述发送模块121尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。所述接收模块122尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。
55.如在图3中所示，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的第一总线芯线41和其用于can_l的第二总线芯线42上。所述第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中与发送模块121和接收模块122相连接。用于为第一和第二总线芯线41、42供给电能的能量供给装置的电压供给如通常那样来进行。此外，与地线或者can_gnd的连接如通常那样来实现。这类似地适用于用终端电阻对第一和第二总线芯线41、42进行的端接。
56.所述转换块15被设计用于在从总线40处接收的消息45中识别相应的转换阶段
452、454的开始并且然后转换所述发送/接收装置12的特性。在此，所述转换块15能够在发送/接收装置12的以下运行模式之间转换：a）第一种运行模式：用于仲裁阶段451的发送/接收特性，b）第二种运行模式：作为发送方（发送节点）用于数据阶段453的发送/接收特性，发送/接收装置12充当消息45或者帧450的发送方并且由此也充当消息45或者帧450的接收方，c）第三种运行模式：作为接收方（接收节点）用于数据阶段453的发送/接收特性，发送/接收装置12不是发送方，而是仅仅充当消息45或者帧450的接收方。
57.如下文所描述的那样，所述rxd-接头-配置模块113根据必需的通信方向在使用在其输入端处的信号s1、s2的情况下对接头rxd进行配置。所述信号s1能够被称为rxd_out_ena，该信号不允许通过rxd接头来驱动额外的信号rxd_tc（第一种接头-运行模式）或者允许通过rxd接头来驱动额外的信号rxd_tc（第二种接头-运行模式）。所述信号s2能够被称为rxd_out_val。根据所述信号s2的数值，所述通信控制装置11在两个不同的通信阶段之间的转换时刻驱动接头rxd，以便将有待设定的运行模式用信令通知发送/接收装置12、即一方面在第一转换阶段452中用于在仲裁阶段451与数据阶段453之间转换并且另一方面在第二转换阶段454中用于在数据阶段453与帧结束阶段455之间转换。可选所述通信控制装置11能够根据信号s2的数值在第三种接头-运行模式中驱动接头rxd，该第三种接头-运行模式也能够被称为“通话模式”，在该通话模式中能够在所述装置11、12之间进行内部通信。在其他方面，所述接头rxd 如尤其在can中常见的那样对于通信控制装置11来说是输入端（input）、即不是如之前所描述的那样是输出端，因而所述通信控制装置11不驱动接头rxd。因此，所述接头rxd能够借助于rxd-接头-配置模块113和信号s1、s2来双向运行。换言之，所述接头rxd是双向接头。
58.为此，所述通信控制装置11和输出驱动器124如此设计而成，使得所述通信控制装置11在为了信令通知的目的而驱动时比所述输出驱动器124更强烈地驱动接头rxd。由此避免的是，在不仅所述通信控制装置11而且所述输出驱动器124都驱动接头rxd并且在所述接头rxd上出现两个信号源的叠加时所述rxd线路的数值可能是不确定的。因此，在所述接头rxd上出现两个信号源的这样的叠加时，所述通信控制装置11总是获得成功。由此，所述rxd线路的数值总是得以确定。
59.由此，所述转换块15能够提供以下可行方案，即：通过所述rxd接头用信令通知在所述发送/接收装置12中的之前所提到的三种运行模式之一的设定，所述运行模式形成所述发送/接收装置12的不同的运行状态。为此，在所述发送/接收装置12上并且由此也在所述通信控制装置11上不需要额外的接头。
60.为此，按照图3，所述转换块15设有三个输入端，信号rxd_tc、信号txd和信号s_sw通过这三个输入端被馈入到所述转换块15中。所述信号rxd_tc基于由所述通信控制装置11通过用于rxd信号的接头发送给发送/接收装置12的信号。所述通信控制装置11用信号rxd_tc一方面发信令通知发送/接收装置12：所述发送/接收装置12现在必须进行朝用于数据阶段453的运行模式中的转换。在数据阶段453结束时，所述通信控制装置11能够用信号rxd_tc将发送/接收装置12从数据阶段453的运行模式转换到用于仲裁阶段451的运行模式中。此外，如前面所提到的那样，能够与所述信号rxd_tc一起由所述通信控制装置11将任意的
其他信息发送给发送/接收装置12。
61.按照图3，所述发送/接收装置12将信号rxd_tc从接头rxd经由驱动器125导引至转换块15的用于信号rxd_tc的接头。而所述信号s_sw则由从总线40处接收的信号生成。所述信号rxd_tc在用于rxd信号的接头与接收信号驱动器124的输出端之间被引导至转换块15。所述信号s_sw从接收模块122的输出端并且在接收信号驱动器124的输入端之前被引导至转换块15。
62.按照在图4中所示出的特殊的实例，所述转换块15具有两个d触发器151、152，所述信号rxd_tc作为时钟信号被输入到所述两个d触发器151、152中。所述两个d触发器151、152对时钟信号、即信号rxd_tc的上升的时钟脉冲边沿进行响应。此外，在所述d触发器151的输入端上用信号s_h加载着高状态或第一二进制信号状态。此外，反信号s_sw作为复位信号被输入到所述d触发器151、152中。所述信号s_sw在输入到d触发器151、152中之前被引导通过反相器155。所述d触发器151、152与逻辑门156、157连接、即与-门156和或-门157连接。所述或-门157的输出信息作为时钟信号被输送给d触发器158，作为复位信号的超时信号s_to也被馈送到所述d触发器中，所述超时信号表明预先确定的持续时间t0的到期。如果在所述总线40上对于预先确定的持续时间t0、例如11个位时间没有发现边沿，则所述信号s_to就变得起作用。所述d触发器158对上升的时钟脉冲边沿作出响应。此外，反相器159被连接到所述d触发器158与所述与-门156的输入端之间。在图4的特殊的实例中，在所述信号s_sw为高时，所述第三d触发器158通过信号rxd_tc的两个下降沿被从0切换至1。如果所述触发器158处于1上，则在所述信号s_sw为高时该触发器就通过信号rxd_tc的下降沿被从1切换至0。在所述信号s_sw为低时，所述两个d触发器151、152被复位并且不对所述信号rxd_tc的上升沿作出响应。
63.借助于块160，所述发送/接收装置12能够在从数据阶段453转变到帧结束阶段455时首先存储转换信号rxd_tc，该转换信号包含至少一个由通信控制装置11驱动的高脉冲。这一点将在下面参照图5至图14进行更详细的描述。
64.当然，前面所描述的转换条件能够不一样来加以规定，在所述信号s_sw为低时，比如存在所述信号rxd_tc上的上升沿。此外，其它电平和/或其它数量的边沿连同所述转换块15中的其它电路是可能的。
65.在图4的特殊的实例中，所述d触发器158驱动着二进制的运行状态-切换信号s_op。如果所述切换信号s_op应该为两位的宽度或者如果应该显示两种以上的运行状态，则需要具有与前面所描述的情况不同的转换条件的额外的d触发器。
66.如果所述转换块15识别出转换阶段452，则用所述由转换块15输出的信号s_op来切换发送模块121和/或接收模块122的运行状态并且由此切换所述发送/接收装置12的运行模式。这一点参照图5至图9进行详细解释。
67.在所述总线系统1的运行中，如果所述用户站10充当发送方，则所述发送模块121就将通信控制装置11的发送信号txd转换为用于总线芯线41、42的相应的信号can_h和can_l并且将这些信号can_h和can_l发送到总线40上，如在图5中为从仲裁阶段451经由转换阶段452朝数据阶段453的转变所示的一样。在此，从所述仲裁阶段451的位持续时间t_b1转换至所述数据阶段453的较短的位持续时间t_b2。即使在这里为所述发送/接收装置12提到了信号can_h和can_l，但是这些信号关于消息45被理解为信号can-xl_h和can-xl_l，这两个
信号在数据阶段453中和传统的信号can_h和can_l在至少一个特征中有差别、特别是关于用于信号txd的不同的数据状态的总线状态的形成并且/或者关于电压或者物理层和/或位速率有差别。在图5的实例中，在数据阶段453中，所述信号can-xl_h和can-xl_l关于用于信号txd的不同的数据状态的总线状态的形成并且关于电压或者物理层和位速率与所述阶段451、452中的传统的信号can_h和can_l有差别。
68.如在图6中所示，由于所述总线40上的信号而构成差分信号vdiff= can_h
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can_l。除了空载状态或者准备状态（空闲或待机）之外，所述具有接收模块122的发送/接收装置12在正常运行中总是侦听数据或者消息45、46在总线40上的传输，并且更确切地说这与所述用户站10是不是消息45的发送方无关。在此，所述接收模块122在仲裁阶段451中并且在转换阶段452开始时使用接收阈值t_a。在转换阶段452结束时且在数据阶段453中，所述接收模块122仅仅使用0v的或者处于 /
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0.1v之间的接收阈值t_d。用于所述数据阶段453中的总线状态d0的差分电压的最小值被称为vdiff_d0_min，其处于用于所述接收阈值t_a的下部范围内。在此，所述接收模块122形成信号s_sw并且将该信号通过接收信号-输出驱动器124作为数字的接收信号rxd转发给通信控制装置11，如在图3中所示。如果所述发送/接收装置12被切换到用于仲裁阶段451的运行模式中，则所述装置12不能可靠地识别数据阶段453的“0
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位，因为当前的切换阈值或者接收阈值t_a处于其下部的公差范围内并且因此可能处于vdiff_d0_ min之下。
69.图7示出了例如由所述用户站10发送到总线40上的发送信号txd的一部分。用在运行中出现的、也被称为发送器回路延迟（transmitter loop delay）的延迟持续时间t_tld，所述用户站10作为发送方来接收信号并且从中用接收模块122和驱动器124形成数字的接收信号rxd_t，如在图8中所示。所述延迟持续时间t_tld取决于温度、工作电压和生产公差并且通常在发送/接收装置12的数据页中加以规定并且在公差范围内得到详细说明。在理想情况下不存在延迟持续时间t_tld。
70.按照图5至图7，所述通信控制装置11在转换阶段452之前在发送信号txd中相继发送分别具有状态高（第一二进制的信号状态）的fdf位和xlf位。此后跟随resxl位，该resxl位用状态低（第二二进制的信号状态）被发送并且被用状态低（第二二进制的信号状态）发送的al1位所跟随。然后，在仲裁阶段451结束时，由于在图8中示出的并且具有脉冲持续时间t_b3的信号rxd_tc而从所述仲裁阶段451的具有位时间t_b1的位转换到所述数据阶段453的位电平和切换阈值上并且用位时间t_b2来转换，如在图5至9中所示。所述脉冲持续时间t_b3大致等于或小于或者短于位时间t_b2。尤其所述脉冲持续时间t_b3等于位时间t_b2。所述脉冲持续时间t_b3小于或短于位时间t_b1。在al1位之后跟随着所述数据阶段453的位dh1、dl1并且接着是有效数据。所述信号rxd_tc仅仅转换所述发送/接收装置12的模拟组件121、122。所述位时间t_b1、t_b2的长度仅仅在数字的通信控制装置11之内被转换。
71.按照图9，所述用户站30（其例如仅仅是来自总线40的信号的接收方）以额外的延迟持续时间t_bld从总线40接收信号，该延迟持续时间t_bld也被称为总线线路延迟（bus line delay）。所述用户站30从中形成数字的接收信号rxd_r，如在图9中所示。因此，所述接收信号rxd_r与接收信号rxd_t相比额外地延迟了延迟持续时间t_bld。
72.因此，按照图8，所述用户站10的发送/接收装置12看到接收信号rxd_t，该接收信号rxd_t在具有第二二进制的信号状态（low）的al1位中在与图7的txd信号的之前描述的变
化曲线不同的情况下具有两个高脉冲al_2。换言之，所述通信控制装置11通过rxd接头发送信号rxd_tc，在该信号中在所述al位中发送呈具有第一二进制的信号状态（高）、即相反的信号状态的两个脉冲al_2的形式的标识符。由此，用信令通知所述发送/接收装置12，从其第一种运行模式转换到其第二种运行模式中，以便从所述发送信号txd的随后的位中产生总线信号can_h、can_l。所述信号rxd_tc在边沿s_td上用转换块15引起转换。在所述第二种运行模式中，所述用户站10用作消息45或帧450的发送方和接收方。
73.而按照图9，所述用户站30的发送/接收装置32则看到接收信号rxd_r，该接收信号有别于图7的txd信号的之前描述的变化曲线而在al1位中具有高脉冲al_1。换言之，所述通信控制装置31通过其rxd接头来发送信号rxd_tc，在该信号中在所述al位中发送呈具有第一二进制的信号状态（高）、即具有相反的信号状态的脉冲al _1的形式的标识符。由此用信令通知所述发送/接收装置32，从其第一种运行模式转换到其第三种运行模式中。所述信号rxd_tc在边沿s_rd上引起用转换块15进行的转换。在所述第三种运行模式中，所述用户站30仅仅充当帧450的接收方，也就是说所述用户站30已经输掉之前的仲裁或者目前没有消息45要发送。
74.因此，所述信令通知能够如此进行，使得两个高脉冲al_2的序列表明从仲裁阶段451（第一种运行模式）到作为发送方的数据阶段452（第二种运动模式）的转变，如在图8中所示，并且高脉冲al_1表明从仲裁阶段451（第一种运行模式）到作为接收方的数据阶段452（第三种运行模式）的转变，如在图9中所示。此后，能够执行帧450的数据字段453的数据的传输。
75.在所述发送/接收装置12的运行模式从第一种运行模式（仲裁）转变为第二种或第三种运行模式时，所述块160的时间延迟被调节到数值零。因此，所述接收模块122立即将其仲裁阶段451的接收阈值t_a切换到数据阶段453的接收阈值t_d上。如果要将所述发送/接收装置12切换到第二种运行模式中，也就是如果所述发送/接收装置12充当帧450的发送方，则所述发送模块121在发送信号txd切换到低（第二种信号状态）时切换。当然，也能够设想其它的切换条件。
76.如借助于图10至图14可以看出的那样，所述发送/接收装置12在从数据阶段453转变至帧结束阶段455时如下进行处理。如在图13中所示，所述发送/接收装置12借助于块160首先存储包含由通信控制装置12驱动的低脉冲的转换信号rxd_tc。所述块160而后等候按照图12的txd信号上的边沿并且而后同时转换其发送模块122并且将其接收模块的接收阈值从数据阶段453的接收阈值t_d转换到用于仲裁的接收阈值t_a、即其接收比较器的切换阈值上。另外，所述发送/接收装置12接通用于其在接收模块中的接收比较器的接收阈值t_oob（threshold out-of-bounds，界外阈值）。
77.与此相比，所述发送/接收装置32（其在所示出的实例中仅仅是帧450的接收方）在从数据阶段453中转变出来时如可以从图11和图14中看出的那样进行处理。所述发送/接收装置32等候总线40上的边沿s_th、即信号s_sw的边沿并且而后才将其接收模块的接收阈值从数据阶段453的接收阈值t_d转换到用于仲裁的接收阈值t_a、即其接收比较器的切换阈值上。另外，所述发送/接收装置32接通用于其在接收模块中的接收比较器的接收阈值t_oob（threshold out-of-bounds）。
78.换言之，所述通信控制装置12、32用信令通知其所属的发送/接收装置12、32转换
所述发送/接收装置12、32的运行模式，所述发送/接收装置12、32延迟所述转换，直到所述发送/接收装置12、32识别出位边界。所述发送方中的发送/接收装置12在txd输入插脚上的边沿上识别出位边界。所述接收方（其不是帧450的发送方）中的发送/接收装置12、32在can总线40上的边沿上识别出位边界。
79.这防止所述接收阈值t_oob通过移动rxd接头上的ah1位的第二边沿这种方式来干扰所述发送/接收装置12从数据阶段453返回切换至仲裁阶段455、451的运行模式。由此，没有干扰所述总线系统1的用户站10、20、30的同步，所述同步否则由于所述rxd接头上的ah1位的第二边沿的移动而被移动。
80.因此，在将用户站10、20、30加入到正在进行的通信中时能够使用所述接收阈值t_oob，如在图15至图17中所示。为此，所述用户站10、20、30寻找11个隐性位的未中断的序列，也就是rxd=1或者rxd_r=1或者rxd_t=1。此后，所述总线被识别为空闲状态、即处于静止状态中。11个隐性位的这个序列出现在一个can帧450的显性的ack位与下一个can帧450的起始位sof之间或者也在甚至根本没有帧450被发送时出现。
81.在图15至图17的实例中，在阶段451、452转换到数据阶段453中之后，进行所述总线40上的通信。已经被接通的用户站首先仅仅用作接收方并且在此作为信号rxd产生接收信号rxd_r，如在图17中所示。所述用户站例如是用户站10。因此，对于所述用户站10来说，所述发送/接收装置12在接通之后首先被切换到用于仲裁阶段451的运行模式中。在此，对于所述接收模块122来说所述接收阈值t_a、t_oob被接通，如在图16中所示。因为所述仲裁阶段451的接收阈值t_a不能可靠地识别出数据阶段453中的逻辑“0”位，所以所述接收阈值t_oob（threshold out-of-bounds）已经变得必要。其原因是，如在iso 11898-2中详细说明的那样，所述接收阈值t_a根据制造公差、温度和工作电压而处于从0.5v到0.9v的范围内。如果所述差分电压vdiff在所述范围之上，则rxd=“0”=显性的。如果所述差分电压vdiff在所述范围之下，则rxd=“1”=隐性的。如果所述差分电压vdiff在所提到的范围之内，则rxd是不确定的。逻辑“0”应该在数据阶段453中作为vdiff=1v来发送。如果这个电压通过总线线路在进行接收的用户站（接收节点）处衰减到vdiff=0.8v，则不能可靠地识别出这种具有接收阈值t_a的电压vdiff。
82.根据图17，所述用户站10从按照图15和图16的从总线40处接收的信号中根据接收阈值t_a和t_oob来形成接收信号rxd_r。状态da_r（其用于差分电压vdiff=can_h
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can_l的电压值u不在为接收阈值t_a规定的公差范围的上限之上）例如被识别为隐性的。与此相比，状态d_d（其差分电压处于接收阈值t_oob之下）则被识别为显性的。这也适用于在时刻t1存在的状态d_d。由于上面所描述的公差，所述用于阈值t_a的数值处于0.5v至0.9v的范围内。
83.因此，所述接收阈值t_oob使得数据阶段453中的“1”位作为“0”位被输出并且如果其差分电压vdiff被衰减到t_a的不安全的范围内，则补偿如此未被识别的“0”位。因此，所述接收阈值t_oob防止：这样的用户站错误地将数据位的序列错误地识别为总线40的静止状态并且因此假定所述can总线40是空闲的并且因此开始自身的帧，所述帧干扰当前已经发送的帧。
84.通过所述用户站10的之前描述的设计方案，不需要分别通过处于所述通信控制装置11及与其连接的发送/接收装置12上的附加的接头来进行电连接，以便所述通信控制装
置11能够将位电平和切换阈值-转换的时刻或其他数据传输给发送/接收装置12。也就是说，所述块15有利地不需要在发送/接收装置12的标准壳体上不可用的附加的接头。因此，通过所述块15不需要更换为其它较大的并且成本高昂的壳体以提供附加的接头。
85.此外，所述运行模式-转换块15允许所述发送/接收装置12不需要协议控制器功能。这种协议控制器尤其能够识别消息45的转换阶段452并且据此开始数据阶段453。然而，由于这种附加的协议控制器在所述发送/接收装置12或asic中需要相当大的面积，所以所述运行模式-转换块15实现资源需求的明显降低。
86.由此，所述运行模式-转换块15与常见的发送/接收装置的连接提供了非常不耗费的并且成本低廉的解决方案，以便使所述发送/接收装置12可以看出应该在其不同的运行模式之间进行转换并且进行何种转换，也就是尤其从第一种运行模式转换为第二种运行模式或从第一种运行模式转换为第三种运行模式或从第二种运行模式转换为第一种运行模式或进行运行模式的其他转换。
87.通过所述发送/接收装置12、32的所描述的设计方案，在所述数据阶段452中能够实现比用can或can-fd能实现的数据速率高得多的数据速率。此外，如前所述，能够任意地选择所述数据阶段453的数据字段中的数据长度。由此能够保持can的关于仲裁的优点并且尽管如此在比迄今为止短的时间里非常可靠地并且由此有效地传输更大数量的数据，也就是说，如下面解释的那样不需要由于错误而重复数据。
88.另一优点在于，在传输消息45时在所述总线系统1中不需要错误帧，然而可选地能够使用所述错误帧。如果不使用错误帧，则消息45不再被破坏，这消除了消息的双重传输的必要性的原因。由此提高了净数据速率。
89.如果所述总线系统不是can总线系统，则所述运行模式-转换块15、35能够被设计用于或者将设计用于对其他转换信号作出响应。在这种情况下，所述运行模式-转换块15、35能够根据其测评的结果将发送模块121和/或接收模块122切换到至少两种不同的运行模式之一中并且在所述运行模式-转换块15、35中预设的持续时间t0到期之后将所述运行模式中的至少一种运行模式转换为所述运行模式中的另一种运行模式。
90.图18示出了一种用于转换块150的变型方案，该转换块根据第二种实施例能够代替转换块15而在用户站10中使用。
91.与前一种实施例不同，所述转换块150取代信号rxd_tc而使用信号s_op来作为输入信息。通过这种方式，能够获得前一种实施例的优点。
92.在其它方面，所述第二种实施例中的总线系统1以与前面关于第一种实施例所描述的方式相同的方式来构建。
93.所述块15、35、150、用户站10、20、30、总线系统1和在其中所执行的方法的所有之前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。作为补充方案或者替代方案，尤其能够考虑以下修改方案。
94.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，在所述不同的通信阶段中为所述不同的通信阶段所产生的总线状态不同。尤其本发明能够在开发其他串行通信网络、比如以太网和/或10 base-t1s以太网、现场总线系统等时使用。
95.按照所述实施例的之前所描述的总线系统1借助于基于can协议的总线系统进行了描述。然而，按照所述实施例的总线系统1也能够是其他类型的通信网络，其中数据能够串行地用两种不同的位速率来传输。有利的、然而并非强制的前提是，在所述总线系统1中至少对特定的时间间隔来说保证了用户站10、20、30对共同的信道的专用的、无冲突的访问权。
96.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。能够考虑的是，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。