DE3826774A1 - Netzwerkschnittstelle - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Netzwerkschnitt­ stelle nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Netzwerkschnittstellen sind beispielsweise in der Computertechnik weit verbreitet. Es sind insbesondere sogenannte Controller-Area-Network-Schnittstellen für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Vielzahl von Kompo­ nenten, Subsystemen und/oder Systemen verbinden. Die Informationen des Netzwerks laufen über zwei Busleitungen. Jeder Ausfall einer der beiden Signal­ leitungen durch Kurzschluß oder Unterbrechung hat zur Folge, daß das gesamte Netzwerk zusammenbricht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schnittstelle mit den in An­ spruch 1 aufgeführten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei Ausfall einer der Signal- bzw. Busleitungen eines Netzwerks bzw. bei Störungen einer mit den Busleitungen verbundenen Treiberstufe eines Netzteilnehmers der Schnittstellenbetrieb auf­ rechterhalten und der Defekt diagnostiziert werden kann. Sobald festgestellt wird, daß eine der Buslei­ tungen funktionsunfähig ist, wird eine Notlaufschal­ tung aktiviert, die es ermöglicht, daß auch mit nur einer betriebsbereiten Busleitung alle am Bus ange­ schlossenen Teilnehmer arbeitsfähig bleiben.

Bevorzugt wird ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Überwachungsschaltung einen den Busleitungen zugeordneten Zähler aufweist. Der Zähler ist bei­ spielsweise so ausgelegt, daß er kontinuierlich auf­ wärts zählt. Durch auf den Busleitungen eintreffende Signale wird er zurückgesetzt. Treffen auf den Si­ gnalleitungen keine Informationen mehr ein, so wird der Zähler nicht mehr zurückgesetzt, er zählt konti­ nuierlich weiter. Bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstands wird die Notlaufschaltung aktiviert, so daß ein Eindrahtbetrieb aufrecht erhalten werden kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist den Busleitungen mindestens ein Fensterkomparator zugeordnet, der die an den Busleitungen liegende Spannung erfaßt. Sobald das Potential außerhalb einer vorgegebenen Spanne liegt, wird von dem Fensterkomparator ein Steuersignal an die Notlauf­ schaltung abgegeben, die dann den Eindrahtbetrieb einstellt.

Vorzugsweise wird den Busleitungen bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ein vorgegebenes Potential zugeordnet, das sich von den übrigen im Netzwerk bzw. Kraftfahr­ zeug vorkommenden Potentialen unterscheidet. Dadurch sind Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder Verbindungen mit einer Spannungsquelle des Netzwerks sowie einge­ koppelte Störungen besonders leicht erkennbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der im Hauptanspruch angegebenen Netzwerk­ schnittstelle möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Schnittstelle nicht nur zur Aufrechterhaltung des Schnittstellenbetriebs bei Ausfall einer Leitung verwendbar ist, sondern daß auch, aufgrund der Si­ gnalredundanz, die Störsicherheit verbessert wird. Dadurch ergibt sich eine hohe Verfügbarkeit der Schnittstelle.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittstelle nach dem Stand der Technik zur Erläuterung des Grundprinzips;

Fig. 2 den Verlauf der an den Bus- bzw. Signal­ leitungen anliegenden Potentiale sowie ein Dif­ ferenzsignal;

Fig. 3 den Spannungsverlauf am Eingang der Empfän­ ger- bzw. Signalauswertungsschaltung eines Netzwerk­ teilnehmers, die einen Komparator aufweist;

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Zusatzbeschaltung einer Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zusatz­ beschaltung einer Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Netzwerkschnittstelle und

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild der Schnittstelle gemäß Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die im folgenden beschriebene Schnittstelle ist all­ gemein für Computernetzwerke verwendbar, insbesondere zur Verbindung einer Vielzahl von Komponenten, Subsy­ stemen und/oder Systemen, wie sie auch bei Fertigungsstraßen Verwendung finden. Insbesondere ist die Schnittstelle als sogenannte Controller-Area-Net­ work-Schnittstelle (CAN-Schnittstelle) für Kraftfahr­ zeuge geeignet. Anhand dieses Beispiels soll auch die folgende Beschreibung erfolgen.

Zum besseren Verständnis des Grundprinzips wird in den Fig. 1 bis 3 auf eine bekannte Schnittstelle sowie auf die bei dieser Schaltung vorhandenen Si­ gnale eingegangen, wobei davon ausgegangen werden soll, daß vorzugsweise serielle Datenübertragung er­ folgt.

Fig. 1 zeigt eine Netzwerkschnittstelle, wobei zur besseren Übersichtlichkeit lediglich ein Teilnehmer auf einem CAN-IC, dessen externe Beschaltung sowie zwei Signal- bzw. Bus-Leitungen dargestellt sind. Der Teilnehmer weist eine erste Treiberstufe T 1 auf, die der Busleitung "0" zugeordnet ist. Zur Vereinfachung ist hier lediglich ein elektronischer Schalter der Treiberstufe dargestellt, der einerseits mit der Ver­ sorgungsspannung U _B von +5V verbunden ist und ande­ rerseits mit der Ausgangsklemme TXO des CAN-IC′s. Die Klemme ist über einen ersten Widerstand R 11 mit der Signalleitung "0" verbunden. Über einen zweiten Wi­ derstand R 12 liegt die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Widerstand R 11 und der Signalleitung "0" an Masse. Wenn die Treiberstufe T 1 hochohmig ist, liegt also die Busleitung "0" auf Masse, ist die Treiberstufe T 1 niederohmig, liegt die Busleitung "0" an U _B .

Eine zweite Treiberstufe T 2, von der zur Vereinfa­ chung ebenfalls lediglich ein elektronischer Schalter dargestellt ist, liegt an der Ausgangsklemme TX 1 des CAN-IC′s. Der elektronische Schalter liegt einerseits an Masse und andererseits an der Ausgangsklemme TX 1. Diese ist über einen Widerstand R 21 mit der Buslei­ tung "1" verbunden, wobei die Verbindungsleitung über einen Widerstand R 22 an der Versorgungsspannung U _B von +5V liegt. Ist also die Treiberstufe T 2 hochoh­ mig, liegt die Busleitung "1" an U _B , ist sie nie­ derohmig, an Masse. Die Treiberstufen T 1 und T 2 sind also invers geschaltet.

Über die Treiberstufen werden Signale des Busteilneh­ mers an die Bus- bzw. Signalleitungen "1" und "0" abgegeben.

An den Klemmen RX 0 und RX 1 des IC′s ist eine Signalauswertungs- bzw. Emfängerschaltung angeschlos­ sen, die einen Komparator 1 aufweist, der mit den Klemmen RX 0 und RX 1 des IC′s verbunden ist. Die Empfängerschaltung setzt die Signale um, die auf den Busleitungen für den Teilnehmer eintreffen. Die Klemme RX 0 ist daher über einen Widerstand R 31 mit der Busleitung "0" und die Anschlußklemme RX 1 über einen Widerstand R 32 mit der Busleitung "1" verbunden. Die Klemmen sind überdies mit einem zwi­ schen der Versorgungsspannung U _B und Masse liegenden Spannungsteiler verbunden, der die Widerstände R 33, R 34 und R 35 aufweist. Die Verbindungsstelle der Wi­ derstände R 33 und R 34 ist über einen Widerstand R 36 mit der Klemme RX 0 und die Verbindungsstelle der Wi­ derstände R 34 und R 35 über einen Widerstand R 37 mit der Klemme RX 1 verbunden.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden für die Widerstände R 11, R 12, R 21 und R 22 Wider­ standswerte von 1 kΩ gewählt. Die Treiberstufen T 1 und T 2 sind also hochohmig an die Busleitungen "1" und "0" angekoppelt. Die Anschlußklemmen RX 0 und RX 1 sind über 100 kΩ an die Busleitungen angekoppelt. Der Spannungsteiler dient der Grundeinstellung und der Symmetrierung des Komparators 1. R 33 und R 35 haben Werte von 1 kΩ, R 36 und R 37 von 15 kΩ und R 34 von 180 Ω. Auf diese Weise ergibt sich für die Eingangs­ klemme RX 0 ein Grundpotential von ca. 2,7 V und für die Eingangsklemme RX 1 ein Eingangspotential von ca. 2,3 V.

Die an den Eingängen des Komparators 1 der Empfänger­ schaltung bzw. an den Eingangsklemmen RX 0 und RX 1 an­ liegenden Potentiale werden mit V 0 und V 1 bezeichnet.

Aus Fig. 2 sind die an den Busleitungen anliegenden Signale ersichtlich. Außer den Bussignalen ist die Differenz der Bussignale dargestellt, wobei das Si­ gnal an der Busleitung "1" von dem an der Busleitung "0" abgezogen wird. Wenn das Signal an der Busleitung "1" den Wert NULL annimmt, ergibt sich ein Potential von ca. 2,7 V. Wenn das Signal an der Busleitung "0" den Wert EINS annimmt, so ergibt sich ein Potential von ca. 2,3 V. Die Signale EINS und NULL auf den Busleitungen werden von entsprechenden Treiberstufen der Netzwerk-Teilnehmer erzeugt. Durch die hochohmige Ankopplung der Treiberstufen, die gemäß Fig. 1 durch die Widerstände R 11 und R 21 sichergestellt ist, erge­ ben sich die abgerundeten Flanken der Bussignale, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Durch die Kopplungs­ widerstände ergeben sich mit den Leitungskondensato­ ren entsprechende RC-Glieder. Ein derartiger Potenti­ alverlauf wird zur Vermeidung von Störungen gewählt, die durch die Einspeisung der Signale der Treiber­ stufen hervorgerufen werden können.

In Fig. 3 sind die an den Eingängen des Eingangskom­ parators bzw. an den Klemmen RX 0 und RX 1 anliegenden Potentiale V 0 und V 1 dargestellt. Außerdem ist die Differenz V 1- V 0 eingezeichnet. Der Kompensator schal­ tet bei der vorliegenden Wahl der Beschaltungsele­ mente von ca. +0,3 V auf ca. -0,3 V, je nachdem, ob die Differenz V 0- V 1 positiv oder negativ ist. Wichtig ist, daß das Differenzsignal die Nullinie schneidet. Wenn dies nicht der Fall ist, kippt der Komparator nicht mehr.

Bei Ausfall einer der beiden Signalleitungen durch Kurzschluß nach Masse oder U _B , durch Unterbrechungen sowie durch eingekoppelte Störungen, beispielsweise durch Defekt einer Treiberstufe, wird das Differenz­ signal so verzerrt, daß es nicht mehr die Nullinie schneidet. Die Signalauswertungsschaltung bzw. der Eingangskomparator dieser Schaltung ist dann nicht mehr in der Lage, die Eingangsspannungen korrekt aus­ zuwerten.

Aus der Darstellung in Fig. 3 ist ersichtlich, daß die absolute Höhe der Potentiale auf das Differenzsi­ gnal keinen Einfluß hat. Sogenannte Gleichtaktstö­ rungen, die beispielsweise auf einem Masseversatz des Teilnehmers selbst oder eines anderen Systems beru­ hen, werden also unterdrückt.

Fig. 4 zeigt eine erste Überwachungsschaltung, die fehlerhafte Signalleitungen erfaßt und im Fehlerfall eine Notlaufschaltung aktiviert. Durch eine gestri­ chelte Linie ist ein CAN-IC angedeutet, der dieselbe Beschaltung wie der in Fig. 1 hat. Hier in Fig. 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Treiber­ stufen weggelassen. Überwachungsschaltung und Not­ laufschaltung sind also zwischen die Klemmen RX 0 und RX 1 des IC′s und die Eingangsklemmen des Komparators 1 der Empfängerschaltung geschaltet.

Die Überwachungsschaltung 10 umfaßt einen Zähler 11, der über eine Leitung 12 mit dem Ausgang 13 des Kom­ parators 1 verbunden ist. Der Zähler ist so ausge­ legt, daß er im Betrieb ständig aufwärts zählt. Wenn auf dem Ausgang 13 Informationen eintreffen, wird der Zähler rückgestellt. Am Ausgang 13 des Komparators 1 treffen nur Informationen ein, wenn die beiden Si­ gnal- bzw. Busleitungen "0" und "1" ordnungsgemäß funktionieren.

Wenn durch einen Fehlerfall, beispielsweise durch Kurzschluß oder Unterbrechung, keine Informationen auf den Busleitungen eingehen, so wird der Zähler nicht mehr zurückgesetzt. Der Zählvorgang wird da­ durch fortgesetzt, bis ein vorgegebener Zählerstand erreicht ist. Sobald dieser Zählerstand erreicht ist, wird über eine Leitung 14 ein Signal "ERROR STATUS" abgegeben und eine die Notlaufschaltung 20 steuernde Steuerschaltung angesteuert. Diese kann beispiels­ weise als Register, als sogenanntes Statusregister 15 ausgelegt sein.

Die Notlaufschaltung 20 umfaßt einen ersten, z.B. als FET-Schalter ausgebildeten Analogschalter 21 so­ wie einen zweiten, ebenfalls als FET-Schalter ausgebildeten Analogschalter 22. Beide Schalter sind einerseits mit einer Notlauf-Spannung U _B /2 verbunden. Diese Notlauf-Spannung wird durch einen zwischen der Versorgungsspannung und Masse liegenden Spannungstei­ ler aus R 1 und R 2 gewonnen. Im vorliegenden Beispiel ist ein Impedanzwandler 23 zur niederohmigen Ankopp­ lung vorgesehen. Der erste Analogschalter 21 liegt andererseits an der Klemme RX 1, also an einem ersten Eingang des Komparators 1. Der zweite Analogschalter 22 liegt andererseits an der Klemme RX 0 bzw. an einem zweiten Eingang des Komparators 1. Die Analogschalter 21 und 22 werden über eine Ansteuerleitung 24 bzw. 25, die mit dem Statusregister 15 verbunden ist, an­ gesteuert.

Im folgenden wird auf die Ansteuerung der Notlauf- Schaltung 20 noch genauer eingegangen:

Sobald der Zähler 11, der durch Hardware oder auch Software realisiert werden kann, den vorgegebenen, einen Fehler anzeigenden Zählerstand erreicht, gibt er über die Leitung 14 ein Signal "ERROR STATUS" an eine zentrale Rechnereinheit 16 (CPU) ab. Anhand die­ ses Signals erkennt die CPU 16, daß auf den Busleitungen ein Fehler eingetreten ist. Per Definition kann zum Beispiel festgelegt werden, daß eine ununterbrochene Sequenz von sechs Einsern auf einer der Signalleitungen als Fehler gedeutet wird.

Die CPU 16 steuert bei Eintreffen des Signals ERROR STATUS zunächst das Statusregister 15 über eine Lei­ tung 17 so an, daß ein sogenanntes STATUS BIT über die Leitung 24 an den ersten Analogschalter 21 abge­ geben wird. Dadurch wird an den mit der Klemme RX 1 verbundenen Eingang des Komparators 1 die Notlauf- Spannung U _B /2 gelegt. Wenn nun wieder Informationen auf dem Ausgang 13 des Komparators 1 eintreffen und der Zähler 11 rechtzeitig vor Erreichen des vorgege­ benen Zählerstands rückgesetzt wird, ist ein Fehler auf der Busleitung "1" lokalisiert. Der Komparator kann nun im Eindraht-Betrieb arbeiten und Informatio­ nen auf der Busleitung "0" korrekt auswerten. Aller­ dings ist in diesem Betriebszustand die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen nicht mehr gegeben.

Tritt auch nach der Ansteuerung des ersten Analog­ schalters 21 das Signal ERROR STATUS auf, wird also der Zähler 11 nicht rechtzeitig zurückgesetzt, steu­ ert die CPU 16 über eine Leitung 18 das Statusregi­ ster 15 an, das daraufhin über die Leitung 25 ein STATUS BIT an den zweiten Analogschalter 22 abgibt. Dadurch wird der mit der Klemme RX 0 verbundene Ein­ gang des Komparators 1 mit der Notlauf-Spannungs­ quelle verbunden. Wenn nun am Ausgang 13 des Kompa­ rators 1 wieder verwertbare Informationen eintreffen und der Zähler 11 rechtzeitig rückgesetzt wird, ist die Busleitung "0" fehlerhaft. Der Komparator 1 kann also durch Ansteuerung des zweiten Analogschalters 22 im Eindraht-Betrieb auf der Busleitung "1" eintref­ fende Informationen korrekt auswerten.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Überwachungsschaltung 10 als auch die Notlaufschaltung 20 auf dem CAN-IC angeordnet.

Die übrigen in Fig. 4 dargestellten Bauelemente ent­ sprechen denen in Fig. 1. Sie sind mit gleichen Be­ zugszeichen bzw. Bezeichnungen versehen. Auf ihre Be­ schreibung kann hier also verzichtet werden. Es ist ersichtlich, daß die Klemme RX 0 des CAN-IC′s mit der Busleitung "0" verbunden ist und die Klemme RX 1 mit der Busleitung "1".

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Notlaufschaltung dargestellt. Die Überwachungsschal­ tung entspricht der in Fig. 4. Sie ist hier aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht darge­ stellt.

Die Notlaufschaltung 200 weist hier einen ersten Ana­ logschalter 201 und einen zweiten Analogschalter 202 auf. Beide sind der Klemme RX 1 zugeordnet, die mit der ersten Busleitung "1" verbunden ist. Die Notlauf­ schaltung 200 weist überdies einen dritten Analog­ schalter 203 sowie einen vierten Analogschalter 204 auf, die beide der Klemme RX 0 zugeordnet sind, die ihrerseits mit der Busleitung "0" verbunden ist. Die der Klemme RX 1 zugeordneten Analogschalter 201 und 202 sind über eine Leitung 205 mit dem zugehörigen, hier nicht dargestellten Statusregister verbunden. Die der Klemme RX 0 zugeordneten Analogschalter 203 und 204 sind über eine Leitung 206 mit dem zugehöri­ gen Statusregister verbunden.

Die durch zwei Leitungen paarweise angesteuerten Ana­ logschalter 201 und 202 bzw. 203 und 204 sind komple­ mentär ausgelegt, das heißt der erste Analogschalter 201 ist, ebenso wie der dritte Analogschalter 203 als Schließer ausgelegt, während der zweite Analogschalter 202 bzw. der vierte Analogschalter 204 als Öffner ausgelegt sind. Insgesamt wird hier eine Umschaltfunktion realisiert.

Der erste Analogschalter 201 ist einerseits mit einer Notlauf-Spannung U _B /2 und andererseits mit dem Ein­ gang des Komparators 1 verbunden. In der Verbindungs­ leitung zwischen dem Komparator 1 und der Klemme RX 1 liegt der zweite, als Öffner ausgelegte Analogschal­ ter 202. Der dritte Analogschalter 203 ist entsprechend mit seiner einen Seite mit der Notlauf- Spannungsquelle U _B /2 verbunden und andererseits mit dem zweiten Eingang des Komparators 1. In der Verbindungsleitung dieses Eingangs mit der Klemme RX 0 ist der vierte, als Öffner ausgelegte Analogschalter 204 angeordnet.

Bei einem Fehler auf einer der Busleitungen wird zunächst auf der Leitung 205 das sogenannte STATUS BIT abgegeben, durch welches der erste Analogschalter 201 und der zweite Analogschalter 202 angesteuert werden. Dadurch wird einerseits die Verbindung des Komparators 1 zur Klemme RX 1 getrennt und anderer­ seits die der Klemme RX 1 zugeordnete Eingangsklemme der Komparators 1 mit der Notlauf-Spannungsquelle verbunden. Wenn nun am Ausgang 13 des Komparators 1 wieder auswertbare Signale eintreffen, ist ein Fehler auf der Busleitung "1" lokalisiert. Der Komparator wertet nun im Eindrahtbetrieb Informationen auf der Busleitung "0" aus.

Wird durch die Überwachungsschaltung jedoch festge­ stellt, daß weiterhin am Ausgang 13 des Komparators 1 Fehler auftreten, so werden der dritte Analogschalter 203 und der vierte Analogschalter 204 durch ein STA­ TUS BIT auf der Leitung 206 aktiviert, so daß der Komparator 1 von der Signalleitung "0" getrennt und statt dessen mit der Notlauf-Spannungsquelle verbun­ den wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch einen Span­ nungsteiler mit den Widerständen R 207 und R 208, die zwischen der Spannung U _B und Masse liegen, die Not­ lauf-Spannung U _B /2 erzeugt.

Die Verbindung der Klemme RX 0 mit der Signalleitung "0" und die der Klemme RX 1 mit der Signalleitung "1" ist identisch wie in Fig. 1. Gleiche Teile sind wie­ derum mit gleichen Bezugszeichen bzw. Bezeichnungen versehen, so daß auf deren Beschreibung hier verzich­ tet werden kann.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungs­ beispiele zeichnen sich dadurch aus, daß die Überwa­ chungsschaltung software-gesteuert ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Überwachungsschaltung 100, die eine Notlaufschaltung 210 steuert. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Notlaufeigenschaften durch Hard­ ware erreicht werden.

Das Schaltbild gemäß Fig. 6 zeigt mit gestrichelter Umrandung einen CAN-IC, auf dem beispielshaft ein Teilnehmer mit zwei Treibern T 10 und T 20 unterge­ bracht ist, die über eine Datenleitung 50 angesteuert werden. Die erste Treiberstufe T 10 liegt zwischen der Versorgungsspannung U _B und einer ersten Ausgangs­ klemme TX 0 des CAN-IC′s. Parallel zur ersten Treiber­ stufe liegt eine Zenerdiode ZD 1, deren Kathode eben­ falls an der Versorgungsspannung liegt. Angesteuert wird die erste Treiberstufe T 10 über einen Inverter 51, der mit der Datenleitung 50 verbunden ist. Die zweite Treiberstufe T 20, der ebenfalls eine Zenerdi­ ode ZD 2 parallel geschaltet ist, wird unmittelbar über die Datenleitung 50 angesteuert. Die zweite Treiberstufe T 20 liegt zwischen einer zweiten Aus­ gangsklemme TX 1 und Masse. Die beiden Treiberstufen werden invers geschaltet.

Vorzugsweise werden für die Treiberstufen elektroni­ sche Schalter, beispielsweise CMOS-Schalter verwen­ det.

Die Treiberstufen sind hochohmig, hier über Wider­ stände R 1 und R 2 von vorzugsweise 1 kΩ an die Buslei­ tungen "0" und "1" angekoppelt. Zusätzlich sind Ent­ kopplungsdioden vorgesehen, wobei an der Klemme TX 0 die Anode der ersten Entkopplungsdiode D 1 angeschlos­ sen ist und an der Ausgangsklemme TX 1 die Kathode der zweiten Diode D 2.

Die Busleitungen "0" und "1" sind an eine geeignete Abschlußeinheit angeschlossen, die hier einen Impe­ danzwandler und einen Ankopplungswiderstand pro Bus­ leitung aufweist. Der erste Impedanzwandler OP 1 der Busleitung "0" liegt an einer vorwählbaren Spannung von beispielsweise 1,5 V. Der Ankopplungswiderstand R 3 hat beispielsweise einen Wert von 2 kΩ. Der Impedanzwandler OP 2 der Busleitung "1" liegt an einer vorwählbaren Spannung von beispielsweise 3,5 V. Ihm ist ein Ankopplungswiderstand R 4 von 2 kΩ nachgeschal­ tet.

Als Potentiale für die Busleitungen werden vorzugs­ weise Spannungen gewählt, die ansonsten in der Schal­ tung nicht vorkommen. Die Werte von 0 V und 5 V werden also möglichst vermieden. Statt 1,5 V und 3,5 V können aber auch beispielsweise 1 V und 4 V für die Busleitun­ gen gewählt werden.

Die Signalauswertung erfolgt auch hier mittels einer an den Klemmen RX 0 und RX 1 angeschlossenen Signalaus­ wertungs- bzw. Eingangsschaltung, die einen Kompara­ tor K aufweist. Die Anschlußklemme RX 0 ist über einen hochohmigen Ankopplungswiderstand R 5 von vorzugsweise 150 kΩ mit der Busleitung "0" verbunden. Die An­ schlußklemme RX 1 ist über einen Ankopplungswiderstand R 6 mit gleichem Wert an die Busleitung "1" ange­ schlossen. Auf dem CAN-IC wird die Notlauf-Spannung U _B /2 erzeugt und über einen Impedanzwandler 52 an die Ausgangsklemme NL gelegt. Sowohl die Klemme RX 0 als auch die Klemme RX 1 sind mit der Ausgangsklemme NL verbunden und zwar über einen Vorwiderstand R 7 bzw. R 8, deren Wert bei diesem Ausführungsbeispiel auf 15 kΩ festgelegt ist. Die Widerstände R 7 und R 8 dienen der Ruhepotentialeinstellung des Komparators K. Durch die Beschaltung ist hier sichergestellt, daß der Po­ tential der Klemme NL etwa in der Mitte zwischen den Potentialen der Busleitungen liegt.

Die Verbindungsleitung 53 des Inverters 52 mit der Anschlußklemme NL ist über einen ersten Analogschal­ ter 211 mit der Verbindungsleitung des Komparators mit der Klemme RX 0 verbunden und über einen zweiten Analogschalter 212 mit der Verbindungsleitung des Komparators K mit der Klemme RX 1. Als Analogschalter können auch hier beispielsweise FET-Schalter verwen­ det werden, deren Innenwiderstand kleiner als 100 Ω ist. Der erste Analogschalter 211 ist über eine Lei­ tung 213 mit dem ersten Element eines Statusregisters 115 und der zweite Analogschalter 212 über eine Lei­ tung 214 mit dem zweiten Element des Statusregisters 215 verbunden.

Die beiden Analogschalter 211 und 212 sowie der In­ verter 52 sind Teil der Notlaufschaltung 210.

Die Überwachungsschaltung 100 ist hier als Vorschalt- IC ausgebildet, der über die Klemmen P 1 und P 2 mit dem CAN-IC verbunden ist. Die Notlaufschaltung 100 wird einerseits von der Spannung U _B versorgt und liegt andererseits an Masse.

Die Notlaufschaltung 100 umfaßt einen ersten Fen­ sterkomparator FK 1, der über einen ersten Ankopp­ lungswiderstand R 9 mit der Busleitung "0" verbunden ist. Er liegt andererseits an der Klemme P 1. Ein zweiter Fensterkomparator FK 2 steht über einen An­ kopplungswiderstand R 10 mit der Busleitung "1" in Verbindung und liegt andererseits an der Klemme P 2.

Der Spannungsbereich der Fensterkomparatoren FK 1 und FK 2 richtet sich nach den an den Busleitungen liegen­ den Spannungen bzw. nach den im Fehlerfall auftreten­ den Potentialen. Bei einem Kurzschluß mit Masse lie­ gen die Busleitungen an 0 V bei einem Kurzschluß mit der Spannungsversorgung auf 5 V. Der Spannungsbereich der Fensterkomparatoren liegt daher im Bereich von 1 V bis 4 V.

Sobald die Spannung an einer Busleitung außerhalb des vorgewählten Spannungsbereichs eines Fensterkompara­ tors liegt, gibt dieser ein Fehlersignal an die zuge­ hörige Klemme P 1 bzw. P 2 ab. Um Fehlersignale zu ver­ meiden, die nicht auf Störungen des Busses beruhen, sondern darauf, daß zufällig mehrere Treiberschaltun­ gen gleichzeitig durchgeschaltet haben, sind den Fen­ sterkomparatoren FK 1 und FK 2 Totzeitglieder, bei­ spielsweise RC-Glieder zugeordnet, deren Totzeit T 1 etwa 300 µs beträgt.

Die Klemme P 1 ist über eine Steuerleitung 216 mit dem ersten Element des Statusregisters 215 verbunden und die Klemme P 2 über eine Steuerleitung 217 mit dessen zweiten Element.

Bei Kurzschluß einer Busleitung nach Masse oder U _B oder bei Defekt eines Treibertransistors liegt das Potential der betroffenen Busleitung außerhalb des Spannungsbereichs des zugehörigen Fensterkomparators. Wenn dieser Fehlerzustand länger als 300 µs andauert, gibt der entsprechende Fensterkomparator ein Steuer­ signal an die zugehörige Klemme P 1 bzw. P 2 ab. Auf diese Weise wird bei einem Fehler auf der Busleitung "0" ein Signal des Fensterkomparators FK 1 über die Klemme P 1 und die erste Steuerleitung 216 an das er­ ste Element des Statusregisters 215 abgegeben. Dar­ aufhin wird ein STATUS BIT über die Leitung 217 dem ersten Analogschalter 211 zugeführt, der im vorlie­ genden Fall als Schließer ausgebildet ist. Das heißt, die Notlauf-Spannung U _B /2 wird an die Verbindungslei­ tung des Komparators K mit der Klemme RX 0 gelegt.

Bei einem Fehler auf der Busleitung "1" wird ein ent­ sprechendes Steuersignal des Fensterkomparators FK 2 über die Klemme P 2 und über die zweite Steuerleitung 217 an das zweite Element des Statusregisters 215 ge­ legt. Dieser gibt ein Status bit ab, das über die Leitung 214 an den zweiten Analogschalter 212 gelegt wird, der ebenfalls als Schließer wirkt. Dadurch wird die Verbindungsleitung des Komparators K mit der Klemme RX 1 an die Spannung U _B /2 gelegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 werden die an den Klemmen P 1 und P 2 liegenden Signale unmittelbar an das Statusregister 215 weitergeleitet. Durch die gestrichelte Darstellung der Leitungen 216 und 217 soll aber klargestellt werden, daß die Auswertung der an den Klemmen P 1 und P 2 liegenden Informationen und die Ansteuerung des Statusregisters 215 auch mit Hilfe von Software erfolgen kann.

Anhand von Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Kompa­ rator K nur dann auswertbare Signale abgibt, wenn die Differenz der am Komparator anliegenden Spannungen einen Nulldurchgang aufweist. Dies ist bei Ausfall bzw. bei einer Störung einer der Busleitungen nicht mehr gewährleistet. Dadurch aber, daß eine der Eingangsleitungen des Komparators mit Hilfe der Analogschalter 211 und 212 im Fehlerfall zwangsweise auf U _B /2 gelegt wird, ist sichergestellt, daß der Komparator wieder auswertbare Ausgangssignale liefert.

Anhand der Fehlersignale der Fensterkomparatoren FK 1 und FK 2 kann festgestellt werden, welche der Buslei­ tungen defekt ist. Mit Hilfe dieser Schaltung wird also nicht nur ein Notbetrieb aufrechterhalten son­ dern auch die Möglichkeit geschaffen, die fehlerhafte Busleitung zu erfassen.

In Fig. 7 ist nochmals ein Funktionsschaltbild dar­ gestellt, das zwei Busleitungen "0" und "1" wieder­ gibt. An die Busleitungen ist eine Abschlußeinheit 70 angeschlossen, die, wie in Fig. 6 beschrieben, einen ersten Operationsverstärker OP 1 sowie einen Ankopp­ lungswiderstand R 3 für die Busleitung "0" sowie einen zweiten Operationsverstärker OP 2 mit einem zu­ gehörigen Widerstand R 4 aufweist. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der ersten Busleitung "0" ein Po­ tential von 1,5 V und der zweiten Busleitung "1" ein Potential von 3,5 V zugeordnet.

An die Busleitungen können mehrere Systeme bzw. Sub­ systeme angeschlossen werden, von denen eines hier dargestellt und mit dem Bezugszeichen 71 versehen ist.

Die an die Klemmen TX 0 und TX 1 angeschlossenen Trei­ berstufen T 10 und T 20 sind identisch mit denen in Fi­ gur 6. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, auf ihre ausführliche Beschreibung wird hier daher verzichtet.

Bei dem Teilnehmer 71 handelt es sich hier wieder um ein CAN-IC. Auf dem IC wird, wie in Fig. 6, die Not­ lauf-Spannung U _B /2 erzeugt, die über einen Impedanz­ wandler 52 an die Klemme NL des IC gelegt wird. Die Busleitung "0" ist über einen Kopplungswiderstand R 5 von 150 kΩ mit der Klemme RX 0 des IC′s verbunden. Die Busleitung "1" ist über einen Kopplungswiderstand R 6 von 150 kΩ mit der Klemme RX 1 des IC′s verbunden. Zur Einstellung des Ruhepotentials einer einen Komparator K aufweisenden Signalauswertungs- bzw. Empfängerschaltung, die auf dem IC vorgesehen und an den Klemmen RX 0 und RX 1 angeschlossen ist, ist ein erster Widerstand R 7 von 15 kΩ mit der Klemme NL und der Klemme RX 0 sowie ein zweiter Widerstand R 8 von beispielsweise 15 kΩ mit der Klemme RX 1 und der Klemme NL des IC′s verbunden. Die in Fig. 6 dargestellte Überwachungsschaltung 100 sowie die Notlauf-Schaltung 210 sind hier in Fig. 7 zu einem Block, der Bus-Mo­ nitorschaltung 300, zusammengefaßt.

Während in Fig. 6 die Überwachungsschaltung 100 dem gestrichelt dargestellten Teilnehmer vorgeschaltet ist, ist dieser Schaltungsteil in Fig. 7 auf dem CAN-IC angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 zeichnet sich durch seinen einfachen und übersichtlichen Aufbau aus. Die einzelnen Baugruppen sind also sehr kompakt und einfach an die Busleitungen anzuschließen.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 7 weitere Teilnehmer nicht dargestellt. Es sind ledig­ lich deren Anschlußleitungen angedeutet.

Die Funktion der Schaltung in Fig. 7 ist identisch mit der in Fig. 6. Das heißt also Fehler auf einer der Busleitungen werden vom Busmonitor 300 erkannt. Im Falle eines Fehlers wird die Notlauf-Spannung an den der fehlerhaften Busleitung zugeordneten Eingang des Komparators K gelegt.

Nach allem ist also deutlich, daß durch die hier be­ schriebene CAN-Schnittstelle auch bei Ausfall einer von zwei Busleitungen der Schnittstellenbetrieb auf­ rechterhalten werden kann. Es ist allerdings festzu­ halten, daß die sogenannten Gleichtaktstörungen wäh­ rend des Notlaufbetriebs nicht unterdrückt werden können.

Claims (15)

1. Netzwerkschnittstelle, insbesondere für Kraftfahr­ zeuge mit wenigstens zwei Rechnern und mit mindestens zwei Busleitungen, gekennzeichnet durch eine die Funktionsfähigkeit der Buslei­ tungen ("0", "1") erfassende Überwachungsschaltung (10; 100) und eine von dieser gesteuerte Notlaufschal­ tung (20; 200; 210).

2. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (10) einen den Busleitungen ("0", "1") zugeordneten Zähler (11) aufweist, der durch auf den Busleitungen eintreffende Signale rück­ gesetzt wird und der bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstands die Notlaufschaltung (20; 200) aktiviert.

3. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zähler (11) bei Erreichen des vorgebbaren Zähler­ stands ein STATUS BIT abgibt, durch das die Notlauf­ schaltung (20; 200) gesteuert wird.

4. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (100) mindestens je einen einer Busleitung ("0", "1") zugeordneten Fensterkomparator (FK 1, FK 2) aufweist, der ein Steuersignal an die Not­ laufschaltung (210) abgibt, wenn das an einer Buslei­ tung liegende Potential außerhalb eines vorgebbaren Bereichs liegt.

5. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung falscher Steuersignale eines Fensterkomparators (FK 1, FK 2) aufgrund kurzzeitiger Potentialschwankungen eine Totzeit vorgesehen ist, innerhalb derer Potentialschwankungen nicht berück­ sichtigt werden.

6. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Totzeit durch ein zwischen Fensterkomparator (FK 1, FK 2) und Notlaufschaltung (210) geschaltetes RC- Glied einstellbar ist.

7. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Fensterkomparatoren (FK 1, FK 2) zur Steuerung der Notlaufschaltung (210) ein Statusregister (215) zugeordnet ist, das von den Ausgangssignalen der Fen­ sterkomparatoren gesetzt wird.

8. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlaufschaltung (20; 200; 210) den der fehler­ haften Busleitung ("0", "1") zugeordneten Eingang einer einen Komparator (1; K) aufweisenden Signalauswertungsschaltung eines Netz-Teilnehmers auf ein vorgegebenes Potential legt.

9. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Notlaufschaltung elektrische und/oder elektronische Schalter (21, 22; 201, 202, 205, 204; 211, 212) aufweist, die von den STATUS BITS aktiviert werden, und die im aktivierten Zustand den zugehörigen Eingang des Kom­ parators mit einer Notlauf-Spannungsquelle (U _B /2) verbinden.

10. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß je einem Eingang des Komparators zwei elektronische Schalter (201, 202; 203, 204) zugeordnet sind, die kom­ plementär wirken, so daß sie im aktivierten Zustand den zugehörigen Eingang mit einer Notlauf-Spannungs­ quelle (U _B /2) verbinden und gleichzeitig die Verbin­ dung zur zugehörigen gestörten Busleitung ("0", "1") unterbrechen.

11. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schalter (21, 22; 202, 203, 204; 211, 212) als Analogschal­ ter ausgebildet sind.

12. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß als Analogschalter FET-Schalter verwendet werden.

13. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Busleitungen ("0", "1") auf ein vorge­ gebenes Potential gelegt werden, wobei die Fenster­ komparatoren (FK 1, FK 2) auf dieses Potential einge­ stellt sind.

14. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Überwachungsschaltung und die Not­ laufschaltung zu einer Bus-Monitor-Schaltung (300) zusammenfaßbar sind.

15. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Busmonitorschaltung (300) auf dem Chip der Netzwerk­ schnittstelle integriert ist.