Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und

Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Erkennung eines Buskonflikts in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.

Stand der Technik

Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, wird häufig ein Bussystem eingesetzt, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-l:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., seriell übertragen.

Um zunehmenden Datenverkehr im Bussystem und/oder eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit realisieren zu können als bei Classical CAN, wurde im CAN FD-Nachrichtenformat eine Option zur Umschaltung auf eine höhere Bitrate innerhalb einer Nachricht geschaffen. Bei solchen Techniken wird die maximal mögliche Datenrate durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert. Solche Nachrichten werden nachfolgend auch als CAN FD-Rahmen oder CAN FD- Nachrichten bezeichnet. Bei CAN FD ist die maximale Nutzdatenlänge von 8 Bytes bei Classical CAN auf bis zu 64 Bytes erweitert und die Datenübertragungsraten sind deutlich höher als bei Classical CAN. Im Automobilbereich übliche Bussysteme verwenden eine differentielle Zweidraht-Busleitung, die zwischen zwei logischen Bitpegeln unterscheidet. Bei Classical CAN (ISO 11898-2) oder CAN FD und LIN (ISOJ.7987-4) wird nur jeweils einer der beiden logischen Bus-Pegel getrieben, der andere wird über einen Abschlusswiderstand der Busleitung eingestellt. Dadurch kann der getriebene, dominante Bus-Pegel den nicht getriebenen, rezessiven Buspegel überschreiben. Dies wird genutzt, um mittels Arbitration für einen Sender für eine vorbestimmte Zeitdauer einen kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung zu gewährleisten. Gemäß einer anderen Nutzung kann im Fehlerfall ein Fehlerrahmen (Error-Flag) auf den Bus gesendet werden. Bei dem zeitgesteuerten FlexRay (ISO 17458-4) werden beide logischen Buspegel getrieben. Diese symmetrischen Buspegel erlauben eine höhere Bitrate, aber weder Arbitration noch Fehlerrahmen wie bei Classical CAN/CAN FD.

Auch wenn ein Classical CAN oder CAN FD basiertes Kommunikationsnetzwerk im Hinblick auf beispielsweise seine Robustheit sehr viele Vorteile bietet, hat es doch eine deutlich geringere Bitrate im Vergleich zu einer Datenübertragung bei zum Beispiel 100 Base-Tl Ethernet. Außerdem ist die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes für einige Anwendungen zu gering.

Um diese Probleme zu lösen, wird derzeit ein CAN FD- Nachfolgesystem entwickelt, das nachfolgend CAN XL genannt wird. In der Datenphase eines CAN-XL-Rahmens sollen beide Buszustände (0, 1) getrieben werden, um höhere Datenraten zu erreichen.

Wenn nun bei CAN XL in der Datenphase beide Buszustände aktiv getrieben werden, so führt das Senden eines Fehlerrahmens (Error-Flag) zu einer Überlagerung von getriebenen Signalen, wodurch sich „analoge“ Pegel auf dem Bus einstellen. Damit ist das resultierende RxD Signal nicht mehr genau vorhersagbar und somit das Verfahren von Classical CAN / CAN FD in Bezug auf Fehlerrahmen nicht verwendbar.

Offenbarung der Erfindung Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Erkennung eines Buskonflikts in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen ein Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Erkennung eines Buskonflikts in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen eine hohe Datenrate und eine flexible Reaktion auf aktuelle Betriebszustände sowie eine große Fehlerrobustheit der Kommunikation realisiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch einen Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Der Konfliktdetektor hat einen ersten Filterblock zum Filtern eines von einem Bus des Bussystems seriell empfangenen Signals, einen zweiten Filterblock zum Filtern eines digitalen Sendesignals, das von einer Kommunikationssteuereinrichtung der Teilnehmerstation für einen Rahmen seriell zu dem Bus gesendet wurde, und wobei die Teilnehmerstation ausgestaltet ist, in einer ersten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer ersten Betriebsart zu erzeugen und in einer zweiten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer zweiten Betriebsart zu erzeugen, die sich von der ersten Betriebsart unterscheidet, und einen Erfassungsblock, der einen Kondensator aufweist, an dessen einem Anschluss ein Ausgang des ersten Filterblocks und ein Ausgang des zweiten Filterblocks angeschlossen ist, wobei der Erfassungsblock ausgestaltet ist, aus einer Spannung an dem Kondensator zu erfassen, ob die Teilnehmerstation in der zweiten Kommunikationsphase einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat oder nicht.

Aufgrund der Ausgestaltung des Konfliktdetektors kann aus dem Bussignal sehr unaufwändig und dennoch sehr zuverlässig und damit sehr sicher ein Sendekonflikt in der Datenphase erkannt werden, auch wenn in der Datenphase beide Buszustände in einem Rahmen aktiv getrieben werden. Dies gilt auch, wenn es auf dem Bus zu einer Überlagerung von getriebenen Signalen kommt, wodurch sich „analoge“ Pegel auf dem Bus einstellen, so dass das resultierende Empfangssignal RXD nicht mehr genau vorhersagbar ist. Die Erkennung oder Detektion des Buskonfliktes durch Verwendung des Bussignals kann sehr kostengünstig realisiert werden, da durch Rückgriff auf bereits vorhandene Komponenten der Sende-/Empfangseinrichtung einer Teilnehmerstation des Bussystems nur wenige zusätzliche, jedoch kostengünstige Komponenten für die Konfliktdetektion erforderlich sind.

Noch dazu kann die Detektion des Buskonfliktes durch Verwendung des Bussignals und des Sendesignals sehr genau erfolgen.

Damit kann die Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) für CAN XL bei günstigem Preis einen sehr sichereren Betrieb des Bussystems gewährleisten, was den Einsatz von CAN XL begünstigt.

Zusätzlich oder alternativ ist der Konfliktdetektor separat von der Sende- /Empfangseinrichtung (Transceiver) vorgesehen sein. Dabei ist es möglich, dass die Buskonflikt- Erkennung auch mit aktuell verfügbaren CAN Transceivern nutzbar ist.

Daher ist jede Teilnehmerstation des Bussystems aufgrund der Ausgestaltung des Konfliktdetektors in der Lage, die Sendung einer beliebigen anderen Teilnehmerstation mit einem Fehlerrahmen zu stören bzw. zu unterbrechen. Die verwendeten Fehlerrahmen realisieren eine einfache Fehlerbehandlung, was wiederrum die Robustheit des CAN XL Protokolls erhöht. Außerdem kann im Fehlerfall Zeit gespart werden, indem eine derzeit gesendete Nachricht abgebrochen wird und danach andere Information auf dem Bus übertragen werden kann. Das ist insbesondere bei Rahmen von großem Nutzen, die länger sind als ein CAN FD Rahmen mit 64 Byte in der Datenphase, insbesondere bei Rahmen die 2-4kbyte oder mehr enthalten sollen.

Als Folge davon kann mit dem Konfliktdetektor auch bei Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen ein Empfang der Rahmen mit großer Flexibilität im Hinblick auf aktuelle Ereignisse im Betrieb des Bussystems und mit geringer Fehlerquote gewährleistet werden. Somit kann in dem seriellen Bussystem auch mit großer Fehlerrobustheit kommuniziert werden, wenn eine hohe Datenrate und eine Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen erfolgt. Daher ist es mit dem Konfliktdetektor in dem Bussystem insbesondere möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber Classical CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.

Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodaten rate von mindestens 5 Mbit/s bis etwa 8 Mbit/s oder 10 Mbit/s oder höher zu realisieren. In diesem Fall ist ein Bit weniger als 100 ns lang. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten bis zu 4096 Byte pro Rahmen betragen. Selbstverständlich sind beliebige andere Werte für die Anzahl von Byte pro Rahmen möglich, insbesondere 2048 Byte oder ein sonstiger Wert.

Das von dem Konfliktdetektor durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN FD tolerante CAN-Teilnehmerstation, die gemäß dem Standard der ISO 11898-1:2015 ausgestaltet ist, und/oder mindestens eine CAN FD-Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem Classical CAN-Protokoll und/oder CAN FD- Protokoll senden. Prinzipiell kann der Konfliktdetektor auch bei CAN FD eingesetzt werden, um die dort verwendete Transmitter Delay Compensation Funktion zu ersetzen bzw. zu ergänzen. Bei einer solchen Funktion wird die Laufzeit TLD vom TxD-Signal über den Transceiver zum RxD-Signal kompensiert. Die Laufzeit TLD kann auch als Transmitter Loop Delay (TLD) bezeichnet werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Konfliktdetektors sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Möglich ist, dass der Erfassungsblock ausgestaltet ist, mit einem Konfliktanzeigesignal für die Kommunikationssteuereinrichtung anzuzeigen, wenn der Erfassungsblock erfasst, dass die Teilnehmerstation in der zweiten Kommunikationsphase keinen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat.

Gemäß einer Ausgestaltung ist der Erfassungsblock ausgestaltet, die Spannung an dem Kondensator mit einer vorbestimmten Spannungsschwelle zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die Teilnehmerstation in der zweiten Kommunikationsphase keinen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat.

Bei einer speziellen Ausgestaltung weist der erste Filterblock ein erstes Tiefpassfilter und einen ersten Spannungs-Strom-Wandler auf, wobei der erste Spannungs-Strom-Wandler dem ersten Tiefpassfilter nachgeschaltet ist, wobei der zweite Filterblock einen Inverter, ein zweites Tiefpassfilter und einen zweiten Spannungs-Strom-Wandler aufweist, wobei der zweite Spannungs-Strom- Wandler dem zweiten Tiefpassfilter nachgeschaltet ist, und wobei der Kondensator mit dem Ausgang des ersten Spannungs-Strom- Wandlers und dem Ausgang des zweiten Spannungs-Strom-Wandlers verbunden ist.

Hierbei kann das zweite Tiefpassfilter ausgestaltet sein, für den Fall, dass in dem Sendesignal die Anzahl der 1-Zustände zunimmt, das Sendesignal stärker zu befiltern als in dem Fall, dass in dem Sendesignal die Anzahl der O-Zustände zunimmt.

Möglicherweise hat das erste Tiefpassfilter eine Filterzeitkonstante, die kleiner als die Anzahl von Bitzeiten ist, die ein Fehlerrahmen dauert. Zudem kann das zweite Tiefpassfilter eine Filterzeitkonstante haben, die kleiner als die Anzahl von Bitzeiten ist, die ein Fehlerrahmen dauert.

Der Kondensator kann zu einem Widerstand parallel geschaltet sein, wobei der zweite Anschluss des Widerstands mit Masse verbunden ist.

Der Konfliktdetektor hat optional zudem einen Plausibilisierungsblock, wobei der Plausibilisierungsblock ausgestaltet ist, mindestens zweimal in der Zeitdauer eines Fehlerrahmens zu prüfen, ob die Teilnehmerstation in der zweiten Kommunikationsphase keinen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat.

Der zuvor beschriebene Konfliktdetektor kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, und eine Sende- /Empfangseinrichtung zum Senden eines von der

Kommunikationssteuereinrichtung für einen Rahmen erzeugten Signals auf einen Bus des Bussystems und zum Empfangen eines Signals von dem Bus aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung in einer ersten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer ersten Betriebsart erzeugt und in einer zweiten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer zweiten Betriebsart erzeugt, die sich von der ersten Betriebsart unterscheiden.

Möglich ist, dass der Konfliktdetektor in einem Empfangsblock der Sende- /Empfangseinrichtung nach einem Spannungsteiler angeschlossen ist, um das von dem Bus seriell empfangene Signal als heruntergeteiltes Signal abzugreifen.

Bei der Teilnehmerstation können, aufgrund der unterschiedlichen Bitraten in den zwei Kommunikationsphasen, die Buszustände des in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus empfangenen Signals länger sein, insbesondere eine längere Bitzeit haben, als die Buszustände des in der zweiten Kommunikationsphase empfangenen Signals. Zusätzlich oder alternativ wurden die Buszustände des in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus empfangenen Signals mit einem anderen Physical Layer erzeugt als die Buszustände des in der zweiten Kommunikationsphase empfangenen Signals.

Denkbar ist zudem, dass die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, an den Konfliktdetektor ein Einschaltsignal auszugeben, um den Konfliktdetektor nur für die zweite Kommunikationsphase einzuschalten und für die erste Kommunikationsphase auszuschalten, oder den Konfliktdetektor umzuschalten von einer Kommunikationsphase auf eine andere.

Möglicherweise wird in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt. Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.

Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren wird mit einem Konfliktdetektor für eine Teilnehmerstation des serielles Bussystems ausgeführt, wobei der Konfliktdetektor die Schritte ausführt, Filtern, mit einem ersten Filterblock, eines von einem Bus des Bussystems seriell empfangenen Signals, Filtern, mit einem zweiten Filterblock, eines digitalen Sendesignals, das von einer Kommunikationssteuereinrichtung der Teilnehmerstation für einen Rahmen seriell zu dem Bus gesendet wurde, und wobei die Teilnehmerstation in einer ersten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer ersten Betriebsart erzeugt und in einer zweiten Kommunikationsphase Buszustände für den Rahmen mit einer zweiten Betriebsart erzeugt, die sich von der ersten Betriebsart unterscheidet, und

Erfassen, mit einem Erfassungsblock, einer Spannung an einem Kondensator des Erfassungsblocks, wobei an einem Anschluss des Kondensators ein Ausgang des ersten Filterblocks und ein Ausgang des zweiten Filterblocks angeschlossen ist, und wobei bei dem Schritt des Erfassens erfasst wird, ob die Teilnehmerstation in der zweiten Kommunikationsphase einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat oder nicht.

Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf den Konfliktdetektor und/oder die Teilnehmerstation 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 von Nachrichten, die von einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstationen des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 bis Fig. 7 einen zeitlichen Verlauf von Signalen, die im Normalbetrieb in dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftreten;

Fig. 8 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild eines Konfliktdetektors für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 einen zeitlichen Verlauf eines Sendesignals TxDl in einer Datenphase einer Nachricht, die von einer ersten Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet wird;

Fig. 10 einen zeitlichen Verlauf eines Sendesignals TxD2, das von einer anderen Teilnehmerstation zum Abbruch des Sendesignals TxDl von Fig. 8 gesendet wird;

Fig. 11 bis Fig. 13 einen zeitlichen Verlauf von Signalen, die sich aufgrund der Sendesignale TxDl, TxD2 von Fig. 9 und Fig. 10 in dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einstellen;

Fig. 14 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Verschaltung des Konfliktdetektors mit dem Empfangsblock einer Sende- Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Modifikation einer Verschaltung des Konfliktdetektors mit dem Empfangsblock von Fig. 14; und

Fig. 16 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild eines Konfliktdetektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

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

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein Classical CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN XL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon, ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. 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 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L oder CAN-XL_H und CAN-XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der Differenzpegel oder dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln für ein Signal im Sendezustand.

Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.

Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in Fig. 1 dargestellt, kann ein Fehlerrahmen 47 (Error Flag) gesendet werden. Der Fehlerrahmen 47 besteht beispielsweise aus sechs dominanten Bits.

Eine fehlerfreie Nachricht 45, 46 wird von den Empfängern durch ein Acknowledge-Bit bestätigt, das ein dominantes Bit ist, das in einem vom Sender rezessiv gesendeten Acknowledge-Zeitschlitz getrieben wird. Bis auf den Acknowledge- Zeitschlitz erwartet der Sender einer Nachricht 45, 46, dass er auf dem Bus 40 immer den Pegel sieht, den er selbst sendet. Andernfalls erkennt der Sender der Nachricht 45, 46 einen Bitfehler und betrachtet die Nachricht 45, 46 als ungültig. Nicht erfolgreiche Nachrichten 45, 46 werden wiederholt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine

Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und einen Konfliktdetektor 15. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 und optional einen Konfliktdetektor 25. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und einen Konfliktdetektor 35. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in Fig. 1 nicht veranschaulicht ist.

Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 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 Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL- Formats aufgebaut, das in Bezug auf Fig. 2 detaillierter beschrieben ist.

Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede wie ein herkömmlicher CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise Classical CAN- Nachrichten 46. Die Classical CAN-Nachrichten 46 sind gemäß dem Classical Basisformat aufgebaut, bei welchem in der Nachricht 46 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Alternativ ist die CAN-Nachricht 46 als CAN FD-Nachricht aufgebaut, bei welcher eine Anzahl von bis zu 64 Datenbytes umfasst sein können, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei der Classical CAN-Nachricht 46 übertragen werden. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.

Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine Classical CAN-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 erstellt und liest also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN. Alternativ ist die Classical CAN-Nachricht 46 als CAN FD-Nachricht aufgebaut. Im letzteren Fall ist die

Kommunikationssteuereinrichtung 31 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN XL-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL- Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD-Transceiver ausführbar.

Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL- Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar. Fig. 2 zeigt für die Nachricht 45 einen CAN XL-Rahmen 450, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN XL-Rahmen 450 ist für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451 bis 453 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451, eine Datenphase 452 und eine Rahmenendphase 453.

In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers 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 Datenphase 452 werden die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 gesendet. Die Nutzdaten können entsprechend dem Wertebereich eines Datenlängecodes beispielsweise bis zu 4096 Bytes oder einen größeren Wert aufweisen.

In der Rahmenendphase 453 kann beispielsweise in einem Prüfsummenfeld eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sendeblock der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 oder einer anderen Anzahl von gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Außerdem kann ein Re- Integrations- Muster enthalten sein, das den empfangenden Teilnehmerstationen ermöglicht, nach einem Fehler den Beginn der Rahmenendphase 453 zu finden. Zudem kann in einem Endefeld in der Rahmenendphase 453 mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein. 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. Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen.

In der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 453 wird ein Physical Layer wie bei Classical CAN und CAN FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).

Während der Phasen 451, 453 findet das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung, 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 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.

Ein Sendeblock 121 gemäß Fig. 3 zum Senden der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 des Sendeblocks 121 die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 des Sendeblocks 121 damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat.

Ganz allgemein können in dem Bussystem 1 mit CAN XL im Vergleich zu Classical CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden: a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von Classical CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR- Verfahren, b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate auf etwa 10 Megabit pro Sekunde, c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen auf eine beliebige Länge, beispielsweise bis etwa 4 kbyte.

Fig. 3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Konfliktdetektor 15. Der Konfliktdetektor 15 hat einen ersten Filterblock 151, einen zweiten Filterblock 152 und einen Erfassungsblock 153.

Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in Fig. 3 gezeigt, außer dass der Konfliktdetektor 35 nicht in die Sende-/ Empfangseinrichtung 32 integriert ist, sondern separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 vorgesehen ist. Ist der Detektor 25 vorhanden, ist die Sende-/ Empfangseinrichtung 22 in Bezug auf den Detektor 15 identisch wie die Sende-/ Empfangseinrichtung 12 aufgebaut. Daher werden die Teilnehmerstationen 20, 30 und die Konfliktdetektoren 25, 35 nicht separat beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Funktionen des Konfliktdetektors 15 sind bei den Konfliktdetektoren 25, 35 identisch vorhanden.

Gemäß Fig. 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Konfliktdetektor 15 zudem einen Mikrocontroller 13, welchem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende- /Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise von einem Anschluss 43 eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 17 als Stromquelle ausgestaltet sein.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem einen Sendeblock 121 und einen Empfangsblock 122. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende- /Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, den Empfangsblock 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendeblock 121 vorzusehen. Der Sendeblock 121 und der Empfangsblock 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Der Sendeblock 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Der Empfangsblock 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Über mindestens den Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert.

Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sendeblock 121, der auch als Transmitter bezeichnet wird, und mit dem Empfangsblock 122 verbunden, der auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in Fig. 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist. Die Signale CAN_H, CAN_L der ersten und zweiten Busader 41, 42 in der Sende- /Empfangseinrichtung 12 auch für den Konfliktdetektor 15 verfügbar. Hierfür können die erste und zweite Busader 41, 42 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 auch mit dem Konfliktdetektor 15 verbunden sein. Dies ist in Bezug auf Fig. 8 nachfolgend noch genauer beschrieben.

Im Betrieb des Bussystems 1 kann der Sendeblock 121, im Sendebetrieb der Sende-/Empfangseinrichtung 12, ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 mit digitalen Zuständen 0 (Zustand L) und 1 (Zustand H) in entsprechende Signale Data_0 und Data_l für die Busadern 41, 42 umsetzen. Das Sendesignal TXD oder TxD ist schematisch in Fig. 3 und genauer in Fig. 4 veranschaulicht. Der Sendeblock 121 kann dann diese Signale Data_0 und Data_l gemäß Fig. 4 an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L oder CAN-XL_H und CAN-XL_L auf den Bus 40 senden, wie in Fig. 5 gezeigt.

Der Empfangsblock 122 von Fig. 3 bildet aus vom Bus 40 an den Anschlüssen CAN_H, CAN_L empfangenen Bussignalen auf CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß Fig. 5 eine Differenzspannung VDIFF gemäß Fig. 6 und wandelt diese um in ein Empfangssignal RXD oder RxD mit digitalen Zuständen 0 (Zustand L) und 1 (Zustand H), wie schematisch in Fig. 3 veranschaulicht und wie in Fig. 7 genauer gezeigt. Der Empfangsblock 122 von Fig. 3 gibt das Empfangssignal RXD oder RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in Fig. 3 gezeigt. Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby) hört die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfangsblock 122 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45,

46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob der Sendeblock 121 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht.

Fig. 4 bis Fig. 7 veranschaulichen Signale im Normalbetrieb des Bussystems 1. Somit setzt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 im Laufe der Zeit t ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 gemäß Fig. 4 in entsprechende Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40, wie in Fig. 5 gezeigt. Aus den Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L von Fig. 5 bildet sich auf dem Bus 40 über der Zeit t eine Differenzspannung VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, deren Verlauf in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Abfolge der Datenzustände H, L von Fig. 4 und somit der daraus resultierenden Buszustände U_D0, U_D1 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in Fig. 5 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDIFF von Fig. 6 und des Empfangssignals RxD von Fig. 7 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Abfolge der Datenzustände H, L von Fig. 4 und somit der daraus resultierenden Buszustände U_D0, U_D1 in Fig. 5 und der Signale von Fig. 6 und Fig. 7 ist je nach Bedarf wählbar.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 bildet aus vom Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L mit Empfangsschwellen T_u, T_d gemäß Fig. 6 das Empfangssignal RXD oder RxD, wie in Fig. 7 über der Zeit t gezeigt.

Für die Phasen 451, 453 wird im Normalbetrieb mindestens eine Empfangsschwelle T_u verwendet, die in dem schraffierten Bereich in dem linken Teil von Fig. 6 liegt. Wie in Fig. 6 dargestellt, verwendet die Sende- /Empfangseinrichtung 12 in den Kommunikationsphasen 451, 453 die von Classical CAN / CAN FD bekannte erste Empfangsschwelle T_u mit der typischen Lage von 0,7 V gemäß der ISO11898-2:2016, um die Buszustände 401, 402 in der ersten Betriebsart sicher erkennen zu können. Dagegen wird für die Datenphase 452 auf mindestens eine Empfangsschwelle T_d umgeschaltet, die in dem schraffierten Bereich in dem rechten Teil von Fig.6 liegt. Die Sende- /Empfangseinrichtung 12 gibt das Empfangssignal RXD oder RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in Fig. 3 gezeigt.

Gemäß dem Beispiel von Fig. 5 und Fig. 6 haben die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 453 entsprechend den Zuständen H (High), L (Low) des Sendesignals TxD von Fig. 4 die dominanten Buspegel 401 und rezessiven Buspegel 402, wie von CAN bekannt. Dagegen unterscheiden sich die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß Fig. 5 in der Datenphase 452 von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L. In der Datenphase 452 werden anstelle der Buspegel 401, 402 nun die Buspegel U_D1, U_D0 entsprechend den Datenzuständen H, L des Sendesignals TXD aktiv getrieben. Auf dem Bus 40 bildet sich das Differenzsignal VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, wie in Fig. 6 gezeigt.

Zudem wird von einer ersten Bitzeit T_btl in den Phasen 451, 453 auf eine zweite Bitzeit T_bt2 in der Phase 452 umgeschaltet. Die erste Bitzeit T_btl kann größer als die zweite Bitzeit T_bt2 sein, auch wenn dies in Fig. 4 bis Fig. 7 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. In diesem Fall werden die Bits der Signale in den Phasen 451, 453 langsamer übertragen als in der Datenphase 452. Bei einer Bitrate von beispielsweise 10Mbit/s in der Datenphase 452 hat die zweite Bitzeit T_bt2 den Wert 100ns.

Somit ist die Bitzeitdauer T_bt2 in der Datenphase 452 bei dem zuvor beschriebenen Beispiel von Fig. 4 bis Fig. 7 deutlich kürzer als die Bitzeitdauer T_btl, die in der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 453 verwendet wird. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 wird also von dem Zustand, der dem linken Teil von Fig. 5 entspricht, für die Datenphase 452 in den Zustand umgeschaltet, der dem rechten Teil von Fig. 5 entspricht. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 wird somit von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart umgeschaltet.

Fig. 8 zeigt einen Aufbau des Konfliktdetektors 15, der für einen Betriebsfall in der Datenphase 452 nutzbar ist, der anhand von Fig. 9 bis Fig. 13 veranschaulicht und nachfolgend beschrieben ist.

Der Konfliktdetektor 15von Fig. 8 hat in dem ersten Filterblock 151 ein Tiefpassfilter 1511 und einen Spannungs-Strom-Wandler 1512. Zudem hat der zweite Filterblock 151 ein Tiefpassfilter 1521 und einen Spannungs-Strom- Wandler 1522. Der Erfassungsblock 153 hat einen Widerstand 1531 und einen Kondensator 1532, die parallel geschaltet sind. Zudem hat der Erfassungsblock 153 einen Detektor 1533, dessen Eingang an den Ausgang des ersten Filterblocks 151 und an den Ausgang des zweiten Filterblocks 152 angeschlossen ist. Zudem ist der Eingang des Detektors 1533 an das Ende der Parallelschaltung aus Widerstand 1531 und Kondensator 1532 angeschlossen, das an den Ausgang des ersten Filterblocks 151 und an den Ausgang des zweiten Filterblocks 152 angeschlossen ist. Das andere Ende der Parallelschaltung aus Widerstand 1531 und Kondensator 1532 ist an einen Anschluss 43 für die Systemmasse CAN_GND angeschlossen. An dem Kondensator 1532 und somit dem Detektor 1533 liegt eine Spannung U_C an.

Erkennt oder erfasst der Detektor 1533 durch Auswerten der Spannung U_C, dass auf dem Bus 40 eine Kollision mit einem Fehlerrahmen 47 auftritt, erzeugt der Detektor 1533 einen entsprechenden Zustand in einem Konfliktanzeigesignal S_K. Der Kollisionsdetektor 15 kann somit die Kollision und damit den Konflikt auf dem Bus 40 mit dem Konfliktanzeigesignal S_K anzeigen, wie nachfolgend beschrieben. Das Konfliktanzeigesignal S_K kann insbesondere über den Anschluss RxD oder über einen zusätzlichen Anschluss an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 gesendet werden.

Im Betrieb des Bussystems 1 empfängt der Konfliktdetektor 15 mit dem ersten Filterblock 151 die Differenzspannung VDIFF und bildet daraus mit dem Tiefpass 1511 eine gefilterte Differenzspannung VDIFF_F, die in Fig. 12 gezeigt ist. Der Spannungs-Strom-Wandler 1512 wandelt die gefilterte Differenzspannung VDIFF_F in einen elektrischen Strom II, der den Kondensator 1532 lädt. Außerdem empfängt der Konfliktdetektor 15 mit dem zweiten Filterblock 152 das Sendesignal TxD und bildet daraus mit einem Inverter 1520 ein invertiertes Sendesignal und mit dem Tiefpass 1521 ein gefiltertes invertiertes Sendesignal TxD_F, genauer gesagt eine gefilterte invertierte Sendesignalspannung TxD_F, die in Fig. 9 gezeigt ist. Der Spannungs-Strom-Wandler 1522 wandelt das gefilterte invertierte Sendesignal TxD_F in einen elektrischen Strom 12, der den Kondensator 1532 entlädt.

Mit anderen Worten, die Differenzspannung VDIFF lädt den Kondensator 1532 auf, das invertierte Signal TxD entlädt den Kondensator 1532. Haben beide Signale den gleichen Signalverlauf, bleibt die Spannung U_C am Kondensator auf 0V.

Hat die Differenzspannung VDIFF mehr logische O-Pegel (VDIFF >0) als per Sendesignal TxD gesendet werden, wird der Kondensator 1532 aufgeladen und U_C steigt an, bis der Konflikt auf dem Bus 40 erkannt wird.

Der Summenstrom 13 am Kondensator 1532 errechnet sich gemäß Gleichung (1) als

13 = II - 12 ... (1)

Sind die beiden Ströme II und 12 betragsmäßig gleich groß, so ist der Strom 13 = 0 A. Damit beträgt die Spannung U_C = 0 V. Somit wird der Kondensator 1532 nicht geladen.

Geringe Abweichungen zwischen den Strömen II und 12 lassen sich mit dem Widerstand 1531 abführen. Dadurch ist eine Fehlanpassung der beiden Spannungs-/Strom-Wandler 1512, 1522 von Fig. 8 kompensierbar.

Steigt jedoch die Differenzspannung VDIFF und dadurch auch die gefilterte Differenzspannung VDIFF_F an, wohingegen das Sendesignal TxD und dadurch das gefilterte invertierte Sendesignal TxD_F konstant bleibt, dann wird der Kondensator 1532 geladen. Dadurch steigt die Spannung U_C über dem Kondensator 1532 an und wird von dem Detektor 1533 mit einer vorbestimmten Spannungsschwelle T_K geprüft, die in Fig. 12 gezeigt ist.

Die vorbestimmte Spannungsschwelle T_K kann von einem Benutzer konfigurierbar sein. Die vorbestimmte Spannungsschwelle T_K wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der Signalverläufe von Fig. 9 bis Fig. 13 bestimmt.

Bei dem in Fig. 9 bis Fig. 13 gezeigten Fall, sendet beispielsweise die Sende- /Empfangseinrichtung 12 das Sendesignal TxDl als Sendesignal TxD für einen Rahmen 450, wobei beispielsweise die Teilnehmerstation 30, die in der Datenphase 452 eigentlich nur Empfänger des Rahmens 450 ist, einen Abbruch des Rahmens 450 erreichen möchte und daher das Sendesignal TxD2 sendet. Somit tritt auf dem Bus 40 ein Sendekonflikt auf, bei dem die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 keinen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff mehr auf den Bus 40 hat.

Es gibt verschiedene Gründe, warum ein Abbruch des Rahmens 450 erfolgen soll:

- die Teilnehmerstation 30 als RX-Teilnehmerstation hat einen Fehler in der Kopfprüfsumme (Header Prüfsumme oder CRC = Cyclic Redundancy Check) der CAN XL-Nachricht 45 festgestellt, und möchte dies signalisieren, und/oder

- die Teilnehmerstation 20, die eine CAN FD Teilnehmerstation ist, hat eventuell das Umschalten zu dem Format des Rahmens 450 aufgrund eines Bit Fehlers nicht erkannt und sendet einen Fehlerrahmen 47 während der Datenphase 452 des Rahmens 450, und/oder

- die Teilnehmerstation 30 als RX-Teilnehmerstation hat eine Nachricht 45, 46 mit höherer Priorität zu senden, und/oder

- zwei CAN-XL-Teilnehmerstationen, beispielsweise die Teilnehmerstationen 10, 30 verwenden versehentlich den gleichen Identifizierer und senden somit beide in der Datenphase 452. Möchte beispielsweise die Teilnehmerstation 30 einen Abbruch des Rahmens 450 erreichen, welchen die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Signal TxDl von Fig. 9 sendet, so sendet die Teilnehmerstation 30 das Sendesignal TxD2 gemäß Fig. 10 zum Bus 40. In der Phase 455 des Sendens des Fehlerrahmens 47, die mit der fallenden Flanke des Sendesignals TxD2 bei einem Zeitpunkt t2 beginnt, ergeben sich daher gemäß Fig. 11 und Fig. 12 Spannungszustände für CAN_XL_H, CAN_XL_L auf dem Bus 40, die von den Spannungszuständen auf dem Bus 40 im Normalbetrieb der Datenphase 452 gemäß Fig. öabweichen.

Ganz allgemein gilt, dass die sendende Teilnehmerstation, die das Sendesignal TxDl sendet, in der Datenphase 452 zum Treiben der Busadern 41, 42 auf einen Sende-Betriebsmodus umschaltet. Dagegen wird für alle empfangenden Teilnehmerstationen, wie die Teilnehmerstationen 10, 30, die in Fig. 11 gezeigte mindestens eine Empfangsschwelle Td eingeschaltet. Hierbei bleibt jedoch der Bustreiber der nur empfangenden Teilnehmerstation 30 im passiven Empfangszustand (CAN-recessive-state), bis die empfangende Teilnehmerstation 30 eventuell den Fehlerrahmen 47 sendet, wie in Fig. 10 für das Sendesignal TxD2 gezeigt und zuvor erwähnt. Der Fehlerrahmen 47 gemäß dem rechten Teil von Fig. 10 wird dann aktiv als "dominant" gesendet werden.

Um die Interoperabilität von CAN XL und CAN FD zu ermöglichen, wird ein Fehlerrahmen 47 wie bereits bei CAN / CAN FD durch die Aneinanderreihung von 6 oder mehr (je nach Bit- Stuffing- Methode) Bits mit positivem VDIFF repräsentiert.

Wird in dem zuvor beschriebenen Fall von Teilnehmerstation 30 ein Fehlerrahmen 47 gesendet, ändert sich in der Folge gemäß Fig. 11 der transiente Verlauf der Differenzspannung VDIFF sehr stark. Aus Sicht aller Teilnehmerstationen 10, 20, 30 wird ein Bit mit positiver Differenzspannung VDIFF, also der Buszustand U_D1, noch verstärkt bzw. die positive Differenzspannung VDIFF wird vergrößert. Dagegen wird ein Bit, das sich als der Buszustand U_D0 auf dem Bus 40 ausbildet, von der Differenzspannung VDIFF = -2 V auf eine Differenzspannung VDIFF von etwa 0V erhöht. Der entstehende Spannungswert für den Buszustand U_D0 hängt stark von den Parametern der treibenden Sende- /Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 bzw. des Senders 121, sowie der Anordnung der Abschlusswiderstände 49 ab.

Über die Darstellung von Fig. 12 hinaus ist die Differenzspannung VDIFF im realen Fall noch von hochfrequenten Schwingungen überlagert, welche durch Bustopologie, Phasenlage und Impedanz der Teilnehmerstation bestimmt sind, die den Fehlerrahmen 47 sendet. Verkürzte oder verlängerte 1-Pluse (oder 0- Pulse) können auch von einem von CAN FD bekannten TDC-Verfahren (TDC = Transmitter Delay Compensation = Verzögerungskompensation der Sende- /Empfangseinrichtung) in den meisten Fällen nicht erkannt werden.

Der Konfliktdetektor 15 von Fig. 8 vergleicht daher mit dem Detektorblock 1533 die Spannung U_C mit der Spannungsschwelle T_K von Fig. 12.

Wird die Spannungsschwelle T_K überschritten, so wird dies als Kollision mit einem Fehlerrahmen 47 erkannt, der gemäß Fig. 10 ab dem Zeitpunkt t2 mit dem Sendesignal TxD2 versendet wird. Wird die Spannungsschwelle T_K überschritten, zeigt der Kollisionsdetektor 15 dies mit dem Konfliktanzeigesignal S_K an.

Steigt die gefilterte Differenzspannung VDIFF_F an und wird das gefilterte Sendesignal TxD_F reduziert, dann wird der Kondensator 1532 nicht weiter geladen. Als Folge davon bleibt die Spannung U_C bei etwa 0V. Die Spannung U_C wird ebenfalls von dem Detektorblock 1533 mit der Spannungsschwelle T_K von Fig. 12 geprüft und/oder verglichen. Wird die Spannungsschwelle T_K von Fig. 12 von der Spannung U_C nicht überschritten, so wird dies derart interpretiert, dass keine Kollision mit einem Fehlerrahmen 47 stattfindet.

Mit anderen Worten, um einen Konflikt zwischen mehreren, jedoch mindestens zwei, Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 zu erkennen, wird das Signal VDIFF im von dem Konfliktdetektor 15, 25, 35 erfasst und tiefpassgefiltert. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 1511 wird beobachtet. Steigt das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 1511 an, so kann dies folgende Ursachen haben: 1.) Es wurde durch eine andere Teilnehmerstation 10, 20, 30 ein Fehlerrahmen 47 auf den Bus 40 gesendet.

2.) Die von der Teilnehmerstation 10 gesendeten Daten enthalten mehr 0- Zustände (L-Zustände) als bei der letzten Messung oder Erfassung, was ebenfalls zu einem Anstieg der gefilterten Differenzspannung VDIFF_F führen würde.

Kann die Ursache 2.) ausgeschlossen werden, handelt sich um ein Fehlerrahmen 47 bzw. liegt die Ursache 1.) vor. Um die Ursache 2.) ausschließen zu können, wird auch das invertierte TxD-Signal tiefpassgefiltert. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 1521 wird beobachtet. Steigt die Spannung VDIFF_F bei gleichbleibendem Signal TxD_F an, so muss dies die Ursache 1.) haben, also ein Fehlerrahmen 47 vorliegen.

Bei dem Konfliktdetektor 15 ist die Filterzeitkonstante tau_TP für jeden der Tiefpassfilter 1512, 1522 nach folgender Vorschrift ausgelegt:

TLD < tau_TP < 6x T_btl ...(2)

Somit sollte die Filterzeitkonstante tau_TP für jeden der Tiefpassfilter 1512, 1522 größer als die Laufzeit TLD jedoch kleiner als 6 Bitzeiten T_btl für Bits in den Phasen 451, 453 sein. Ganz allgemein sollte die Filterzeitkonstante tau_TP für jeden der Tiefpassfilter 1512, 1522 einen Wert haben, der kleiner als die Anzahl von Bitzeiten T_btl ist, die ein Fehlerrahmen 47 dauert. Hat ein Fehlerrahmen 47 eine Anzahl von 6 Bits der Arbitrationsphase 451, kann beispielsweise gelten 255ns < tau_TP < 6 x 2ps, wenn gilt T_btl = 2ps.

Außerdem ist der Konfliktdetektor 15 derart ausgestaltet, dass die Tiefpassfilterung des Sendesignals TxD asymmetrisch ausgestaltet ist. Hierfür wird das Sendesignal TxD, wenn die 1- oder H-Zustände in dem Sendesignal TxD zunehmen, mit dem Tiefpassfilter 1521 stärker befiltert als das Sendesignal TxD befiltert wird, wenn die 0- oder L-Zustände in dem Sendesignal TxD zunehmen. Die Filterzeitkonstante tau_TP des zweiten Tiefpassfilters 1522 ist also im Betrieb des Bussystems 1 variabel. Dadurch werden die folgenden beiden Fälle ausgeglichen.

Für den Fall, dass die 0- oder L-Zustände in dem Signal TxD zunehmen, würde der aus dem gefilterten invertierten Sendesignal TxD_F gebildete Strom 12 früher zunehmen als der aus dem gefilterten Signal VDIFF_F gebildete Strom II. Durch die asymmetrische Filterung des Tiefpassfilters 1521 wird vermieden, dass fälschlicherweise ein Fehlerrahmen 47 erkannt wird, wenn die gefilterte Spannung VDIFF_F ansteigt.

Für den Fall, dass die 1- oder H-Zustände in dem Signal TxD zunehmen, würde der aus dem gefilterten Sendesignal TxD_F gebildete Strom 12 früher abnehmen als der aus dem gefilterten Signal VDIFF_F gebildete Strom II. Dadurch würde die Spannung U_C steigen und fälschlicherweise ein Fehlerrahmen 47 erkannt werden. Durch die asymmetrische Filterung des Tiefpassfilters 1521 kann eine solche fehlerhafte Detektion des Erfassungsblocks 153 vermieden werden.

Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass durch die Laufzeit TLD (Propagation Delay) nicht fälschlicherweise mit dem Konfliktdetektor 15 eine Erfassung eines Sendekonflikts oder Buskonflikts angezeigt wird.

Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 reagiert in der Datenphase 452 auf den mit dem Signal S_K signalisierten Sendekonflikt bzw. Buskonflikt mit dem Abbruch der Datenphase 452 und gegebenenfalls zusätzlich mit dem Senden eines Bitmusters, beispielsweise eines Fehlerrahmens 47, das den anderen Teilnehmerstationen 20, 30 das Ende der Datenphase 452 signalisiert. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 schaltet in die Arbitrationsphase 451 zurück.

Bei den Teilnehmerstationen 20, 30 kann die Signalisierung des Konflikts in der Datenphase 452 durch das Konfliktanzeigesignal S_K von der jeweiligen Sende- /Empfangseinrichtung 22, 32 an die zugehörige

Kommunikationssteuereinrichtung 21, 32 erfolgen. Das Signal kann das Empfangssignal RXD sein, welches die entsprechende Sende- /Empfangseinrichtung 22 oder der Konfliktdetektor 35 mit einem vorbestimmen Bitmuster abändert, um den Konflikt zu signalisieren. Alternativ oder zusätzlich kann die entsprechende Sende-/Empfangseinrichtung 22, 32 oder der Konfliktdetektor 25, 35 ein separates Signal erzeugen, das über eine separate Signalleitung an die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 21, 31 gesendet wird und insbesondere mindestens einen Schaltimpuls oder ein vorbestimmtes Bitmuster zur Signalisierung des Konflikts hat.

Weil in der Datenphase 452 der Sendekonflikt bzw. Buskonflikt an die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31 signalisiert wird, kann die im klassischen CAN herkömmliche Bitfehler-Prüfung durch den Vergleich von Sendesignal TXD mit Empfangssignal RXD ersetzt werden durch die Prüfung des Konfliktanzeigesignals S_K. Das Konfliktanzeigesignal S_K hat insbesondere ein vorbestimmtes Bitmuster, das den Sendekonflikt bzw. Buskonflikt signalisiert bzw. anzeigt. Insbesondere kann das Konfliktanzeigesignal S_K eine T als "OK-Signal" und eine 'O' als "Konflikt- Meldung" senden.

Besonders vorteilhaft an den zuvor beschriebenen Varianten der Bewertung ist, dass die Ausgestaltung der Sende-/Empfangseinrichtung 12 sowohl für homogene CAN-XL-Bussysteme, bei welchen nur CAN XL-Nachrichten 45 und keine CAN FD-Nachrichten 46 versandt werden, als auch für gemischte Bussysteme einsetzbar ist, bei welchen entweder CAN XL-Nachrichten 45 oder CAN FD-Nachrichten 46 versandt werden. Daher ist die Sende- /Empfangseinrichtung 12 universell einsetzbar.

Ein zusätzlicher Vorteil der zuvor beschriebenen Funktion des Konfliktdetektors 15 ist, dass der Konfliktdetektor 15 keine Information über die Anzahl der Bits in einer Phase, insbesondere der Datenphase 452, benötigt. Noch dazu ist der Konfliktdetektor 15 implizit in der Lage, auch zusätzliche Flankenwechsel zu detektieren, die nur im Falle eines Buskonflikts erwartet werden. Vom Buskonflikt erzeugte zusätzliche Flanken im RxD-Signal würden nämlich dazu führen, dass die Auswertelogik der Kommunikationssteuereinrichtung lldurcheinander kommt. Fig. 14 zeigt eine Konfiguration eines Empfangsblocks 122, der mit einem Konfliktdetektor 15A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel verschaltet ist. Der Empfangsblocks 122 hat einen eingangsseitig an den Busadern 41, 42 vorgesehenen Spannungsteiler 1221, ein Vorspannungsmodul 1222, einen Empfangskomparator 1223 und einen Komparator 1224 für eine Aufweckschaltung 126. Die Aufweckschaltung 126 kann einen Energiesparmodus realisieren, bei dem der Empfangsblock 122 nur mit elektrischem Strom versorgt wird, wenn auf dem Bus 40 eine Kommunikation stattfindet.

Im Unterschied zu herkömmlichen Empfangsblöcken und der vorangehenden Ausführung von Fig. 8 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Empfangsblock 122 anstelle von VDIFF = CAN_H - CAN_L bzw. VDIFF = CAN_XL_H - CAN_XL_L das durch den Spannungsteiler 1221 heruntergeteilte Signal VDIFF_D für den Konfliktdetektor 15 verwendet. Für den Abgriff des Signals VDIFF_D kann ein Knoten im Empfangskomparator 1223 des Empfangsblocks 122 gewählt werden.

Auf diese Weise kann die Schaltung für den Konfliktdetektor 15A von Fig. 8 im Niederspannungsbereich (5V-Bereich) ausgeführt werden. Dies verkleinert den Halbleiterflächenbedarf der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Dadurch werden der Platzbedarf und die Kosten für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 verringert, was sehr vorteilhaft ist.

Optional sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 und/oder die Sende- /Empfangseinrichtung 12 an den Konfliktdetektor 15A ein Enable-Signal oder Einschaltsignal S_E, wenn der Konfliktdetektor 15A nur während eines gültigen Sendevorgangs arbeiten soll. Insbesondere kann die

Kommunikationssteuereinrichtung 11 ausgestaltet sein, an den Konfliktdetektor 15A ein Einschaltsignal S_E auszugeben, um den Konfliktdetektor 15A nur für die Datenphase 452 einzuschalten und für die anderen Phasen 451, 453 auszuschalten. Möglich ist insbesondere alternativ, dass der Konfliktdetektor 15A mit dem Signal S_E von einer Kommunikationsphase auf eine andere Kommunikationsphase umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann ein Energiesparmodus des Konfliktdetektors 15 realisiert werden. Fig. 15 zeigt eine Konfiguration eines Empfangsblocks 1220, der mit dem Konfliktdetektor 15A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verschaltet ist. Hierbei ist das durch den Spannungsteiler 1221 heruntergeteilte Signal VDIFF_D für den Konfliktdetektor 15 nicht im Empfangskomparator 1223 abgegriffen, sondern direkt nach dem Spannungsteiler 1221.

Auch auf diese Weise kann die Schaltung für den Konfliktdetektor 15A von Fig. 8 im Niederspannungsbereich (5V-Bereich) ausgeführt werden, so dass dieselben Vorteile in Bezug auf den Halbleiterflächenbedarf der Sende- /Empfangseinrichtung 12 erzielt werden können.

Fig. 16 zeigt eine Konfiguration eines Konfliktdetektors 15B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Bei dem Konfliktdetektors 15B wird, im Unterschied zu dem Konfliktdetektor 15 von Fig. 8, die Abfrage des Detektor- Ergebnisses mehrmals, jedoch mindestens zweimal, innerhalb der Zeit eines möglichen Fehlerrahmens 47 wiederholt. Die Zeit eines möglichen Fehlerrahmens 47 dauert beispielsweise 6 Zeitdauern T_btl eines Bits der Arbitrationsphase 451.

Hierfür hat der Konfliktdetektor 15B des vorliegenden Ausführungsbeispiels zusätzlich in seinem Erfassungsblock 153B einen Plausibilisierungsblock 1534 am Ausgang des Konfliktdetektors 15B. Der Plausibilisierungsblock 1534 hat mindestens ein Flip- Flop 341, 342, das als Schieberegister verschaltet ist. Erst wenn eine vorbestimmte Anzahl von U_C-Pegeln erkannt wurde, die auf einen Konflikt auf dem Bus 40 hindeuten, wird ein Konflikt mit einem Fehlerrahmen 47 erkannt. In Folge dessen kann der Konfliktdetektor 15B den Konflikt mit dem Konfliktanzeigesignal S_K signalisiert, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben.

Dadurch kann der Konfliktdetektor 15B im Vergleich zu dem Konfliktdetektor 15 von Fig. 8 zusätzlich die Sicherheit gegen fälschliches Auslösen des Konfliktdetektors 15A erhöhen. Somit ist das von dem Konfliktdetektor 15A erzeugte Konfliktanzeigesignal S_K noch genauer und erfasst den Konflikt auf dem Bus 40 noch sicherer als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Konfliktdetektoren 15, 15A, 15B, 25, 35 und deren Modifikationen, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.

Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie insbesondere Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.

Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk sein, bei welchem Daten seriell mit zwei verschiedenen Bitraten übertragbar sind. 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 einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.

Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur Teilnehmerstation 30 vorhanden sind. Alle zuvor beschriebenen Varianten für die Erkennung des Buskonflikts können zeitlicher Filterung unterliegen, um die Robustheit in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und gegenüber elektrostatischer Aufladung (ESD), Pulsen und anderen Störungen zu erhöhen.