СХЕМНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ОТКЛЮЧАЕМОЙ ОКОНЕЧНОЙ НАГРУЗКИ ЛИНИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ШИНЫ Российский патент 2019 года по МПК G06F13/40 H04L25/02 

Изобретение относится к схемному узлу для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины и относится, в частности, к схемному узлу для электронного подключения оконечной нагрузки к CAN-шине и/или ее отключения.

В различных областях техники, например в автомобилестроении, для объединения в сеть блоков управления широко применяют конфигурации последовательной шины, например CAN (Controller Area Network - Сеть Контроллеров), FlexRay (высокоскоростной сетевой протокол) и т.п. Например, CAN-шина работает по принципу «ведущий-ведущий» (Multi-Master-Prinzip) и объединяет несколько равноправных блоков управления. Методом CSMA/CR решают коллизии, т.е. одновременное подключение, без повреждения, получаемой более приоритетной информации. Для этого используют биты - доминантные или рецессивные, в зависимости от состояния (доминантный бит переписывает рецессивный). Логическая 1 является рецессивной (Wired-AND=ИС) для проводных соединений. Физически шина может выполняться с использованием медных проводов или оптических волокон.

Шины данных указанного типа должны быть очень стабильными, в частности в автомобилестроении, из-за необходимой устойчивости к помехам, и поэтому их выполняют, как правило, в виде линейных шин. При этом шина на обоих концах ее геометрической длины оканчивается соответствующим оконечным резистором (окончанием шины), согласованным с характеристическим импедансом линий шины. В результате, шина может работать оптимально за счет минимизации отражений, возникающий в линиях шины при высокочастотной передаче данных. Так как система CAN-шины – это последовательно работающая 2-проводная шина с открытой архитектурой, в которой преимущественно используются ТР-кабели (витая пара) с номинальным импедансом 120 Ом в качестве передающей среды, то обычный оконечный резистор или обычное окончание шины составляет примерно 120 Ω на каждом из двух концов шины, в случае CAN-шины.

При тенденции увеличения скорости передачи данных в современных шинных системах из-за их способности работать в реальном времени и из-за возрастающей нагрузки, правильное окончание шины абсолютно необходимо для надежной передачи данных. По причине разной степени оснащенности соответствующих транспортных средств или из-за установки одинаковых блоков управления или одинаковых ECU (Электронных Блоков Управления) в разных транспортных средствах, может существовать необходимость в расположении или исключении указанных оконечных резисторов в различных местах шины в сети транспортного средства. Иными словами, оконечный резистор должен присутствовать в зависимости от места подключения ECU к шине, или от указанного оконечного резистора можно или необходимо отказаться.

Известные схемы, которые могут содержать оконечные резисторы, которые могут подключаться вручную, например, с помощью проволочных перемычек и перемычек в кабельном жгуте или аналогичным образом, являются негибкими в отношении универсальности и имеют недостаток в том, что невозможно предотвратить изменение параметров шины и обеспечить функциональность без негативного влияния на коммуникационные свойства шины.

Поэтому в основу изобретения положена задача, предложить схемный узел для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины, схемный узел, который обеспечивает подключение (установку) или отключение (отказ от) требующихся оконечных резисторов в зависимости от фактической конфигурации последовательной шины или конфигурации соответствующей шины и блока управления.

Кроме того, необходимо, чтобы схемный узел для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины не изменял бы параметры подключаемой шины и обеспечивал бы функциональность без негативного влияния на передачу сигналов.

Согласно изобретению, эту задачу решают посредством схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины с признаками по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты в частных случаях осуществления изобретения изложены в соответствующих зависимых пунктах формулы.

В основу изобретения положен общий замысел, предложить схемный узел, обеспечивающий реализацию оконечной нагрузки линии или оконечного резистора последовательной шины, например CAN-шины, в отключаемом виде, с возможностью электронного подключения или отключения посредством электронно-управляемых коммутирующих элементов и микроконтроллера, или предпочтительно его компьютерного порта, имеющегося в электронном блоке управления микроконтроллера. Это обеспечивает предпочтительную возможность подключения/отключения оконечного резистора (согласующего резистора), например, в рамках программирования конца линии во время изготовления транспортного средства.

Согласно изобретению, это обеспечивает предпочтительную возможность программирования различных параметров сопротивления, выполнения переключаемой в соответствии с транспортно-техническими характеристиками и геометрией транспортного средства оптимизируемой нагрузки шины, максимально возможное качество передачи данных и предотвращение рассогласования с линией шины.

В соответствии с вышеизложенным задачу в конкретных случаях решают посредством схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки последовательной шины с электронным коммутирующим устройством, подключенным между сигнальными линиями последовательной шины, управляемого блоком управления электронного устройства управления и предназначенного для подключения к последовательной шине заданной оконечной нагрузки или отключения оконечной нагрузки от последовательной шины.

Предпочтительно электронное коммутирующее устройство содержит первый и второй электронное коммутирующие элементы, а оконечная нагрузка линии шины содержит первый и второй оконечные элементы линии, первый и второй электронные коммутирующие элементы подключены друг к другу встречно последовательно; и первый и второй электронные коммутирующие элементы выполнены с возможностью подключать одновременно первый и второй оконечные элементы линии к первой и второй сигнальным линиям последовательной шины соответственно или одновременно отключать их от последовательной шины, симметрично и при управлении посредством напряжения.

Предпочтительно первый оконечный элемент линии является резистором, второй оконечный элемент линии является резистором, первый и второй оконечные элементы линии подключены последовательно и выполнены с возможностью создания оконечного устройства с заданным согласующим резистором линии для физического окончания последовательной шины.

Предпочтительно установлены блокирующее устройство с запирающим элементом и третий электронный коммутирующий элемент; третий электронный коммутирующий элемент выполнен с возможностью управления первым электронным коммутирующим элементом и вторым электронным коммутирующим элементом путем подачи или неподачи управляющего напряжения, причем запирающий элемент поддерживает первый электронный коммутирующий элемент и второй электронный коммутирующий элемент в закрытом состоянии, если третий электронный коммутирующий элемент не подает управляющее напряжение на первый электронный коммутирующий элемент и на второй электронный коммутирующий элемент.

Предпочтительно первый электронный коммутирующий элемент и второй электронный коммутирующий элемент являются полевыми транзисторами (FETs). Из-за особенности переменного напряжения шинного сигнала полевые транзисторы более подходящие, чем, например, биполярные транзисторы, для подключения или отключения оконечных согласующих резисторов, так как в отличие от биполярных транзисторов они способны коммутировать биполярные напряжения/токи.

Предпочтительно последовательная шина является CAN-шиной, а первый электронный коммутирующий элемент и второй электронный коммутирующий элемент предназначены для работы в синфазном диапазоне CAN-шины. Однако, возможно подключение и других дифференциальных шин.

Предпочтительно обеспечено устройство вывода напряжения, предназначенное для вывода среднего напряжения последовательной шины при высоком импедансе.

Предпочтительно обеспечено устройство формирования источника напряжения, выполненное с возможностью формирования низкоомного источника напряжения для обеспечения управляющего напряжения для первого и второго электронных коммутирующих элементов из полученного среднего напряжения шины, причем указанное управляющее напряжение формируется таким образом, чтобы в синфазном диапазоне последовательной шины для первого электронного коммутирующего элемента и второго электронного коммутирующего элемента обеспечивалось напряжение сток-исток, которое их надежно активирует.

Предпочтительно устройство формирования источника напряжения выполнено с возможностью формирования управляющего напряжения для первого и второго электронных коммутирующих элементов в синфазном диапазоне последовательной шины на основе полученного среднего напряжения шины и, в случае сдвига среднего напряжения шины в связи с эксплуатацией шины, обеспечить управляющее напряжение и связанные с ним возможности коммутации первого электронного коммутирующего элемента и второго электронного коммутирующего элемента по меньшей мере в границах синфазного диапазона последовательной шины.

Предпочтительно обеспечено устройство регулирования напряжения, предназначенное для установки заданной величины управляющего напряжения, генерированного устройством формирования источника напряжения.

Предпочтительно обеспечены фильтр, устройство подавления помех или интегрирующий элемент для подавления помех от пиков управляющего напряжения, в частности для формирования среднего напряжения шины.

Предпочтительно обеспечено устройство для защиты устройства формирования источника напряжения от перенапряжения.

Предпочтительно обеспечен выход напряжения, с которого можно выводить выходное напряжение устройства формирования источника напряжения на внешнее устройство в целях диагностики.

Далее изобретение более подробно описано на основе предпочтительных вариантов его осуществления с привлечением чертежей, на которых изображено:

фиг. 1 – схематичное изображение принципиальной схемы схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины в соответствии с изобретением;

фиг. 2 – схематичное изображение фрагмента схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины в соответствии с изобретением; и

фиг. 3 – схематичное изображение фрагмента сигнального профиля на примере CAN-шины.

Следует отметить, что на чертеже идентичные или эквивалентные по функции элементы имеют одинаковые или по меньшей мере схожие условные обозначения, без повторного их описания.

На фиг. 1 показано схематичное изображение принципиальной схемы схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины в соответствии с изобретением.

Согласно фиг. 1 микроконтроллер μС или его заданные порты соединены входными/выходными линиями или линиями управления со схемой К, которая в данном примере осуществления изобретения образует схемный узел для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины. Схема К содержит оконечную нагрузку или согласующие резисторы (линии) для последовательной шины и выполнена таким образом, чтобы, от случая к случаю, подключать или отключать эту оконечную нагрузку или согласующие резисторы к/от сигнальным линиям CAN_H, CAN_L последовательной шины посредством электронных коммутирующих элементов или ключей S1, S2.

Первый резистор R1 и второй резистор R2 подключены последовательно между электронными коммутирующими элементами S1, S2 и имеют общее место подключения, в котором первый конденсатор С1 соединен с массой или с опорным потенциалом. Первый резистор R1, второй резистор R2 и конденсатор С1 предназначены для того, чтобы максимально симметрично закончить подключенную дифференциальную шину в отношении среднего напряжения U_rez, так как асимметрия относительно среднего напряжения U_rez является помехой для работы шины.

На фиг. 2 показано схематичное изображение фрагмента схемного узла для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Согласно фиг. 2 схемный узел в данном примере осуществления изобретения содержит первый конденсатор С1, первый резистор R1, второй резистор R2, операционный усилитель ОР1, первый диод D1 (например 10V) и второй диод D2, выполненные, например, в виде диодов Зенера, первый транзистор Т1, третий резистор R3, например от 10 kQ, второй транзистор Т2, третий транзистор Т3, четвертый резистор R4, пятый резистор R5, шестой резистор R6, четвертый транзистор Т4, предпочтительно в виде полевого транзистора, пятый транзистор Т5, также предпочтительно в виде полевого транзистора, и второй конденсатор С2.

В данном примере осуществления изобретения четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 образуют электронное коммутирующее устройство с первым электронным коммутирующим элементом и вторым электронным коммутирующим элементом; пятый резистор R5 и шестой резистор R6 образуют заданную оконечную нагрузку линии, имеющую первый элемент оконечной нагрузки линии и второй элемент оконечной нагрузки линии. Кроме того, четвертый резистор R4 образует запирающий элемент блокирующего устройства, которое обеспечивает заблокированное (отключенное) состояние обоих транзисторов Т4 и Т5, если коммутирующий транзистор Т2 отключен, второй транзистор Т2 образует третий электронный коммутирующий элемент, четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 образуют блокирующее устройство для блокировки двух ключей, которые подключают согласующий резистор к шине; первый резистор R1, второй резистор R2 и первый конденсатор С1 образуют устройство вывода напряжения.

Схемный узел, соответствующий примеру осуществления изобретения, по существу следует рассматривать как расположенный между сигнальными линиями последовательной шины. Т.е. часть необходимых для схемного узла сигналов управления и/или питания поступает из последовательной шины. Кроме того, напряжение питания подается также извне схемного узла, а схемный узел соединен с линиями портов Вход/Выход с микроконтроллером μС внешнего электронного блока управления или ECU.

В частности, первый конденсатор С1 подключен, с одной стороны, к заземлению или опорному потенциалу и, с другой стороны, к месту подключения, соединяющему также первый резистор R1 и второй резистор R2. На конденсатор С1 подается указанное среднее напряжение U_rez шины. Один из разъемов первого резистора R1 соединен с одной из сигнальных линий CAN-шины, в данном примере - с CAN_H, а один из разъемов второго резистора R2 соединен с другой сигнальной линией CAN-шины, в данном примере - с CAN_L.

Место подключения также соединено с положительным входом ("+"-) операционного усилителя ОР1, который работает в данной конфигурации в качестве повторителя напряжения или преобразователя импеданса. Инвертирующий вход ("-"-) операционного усилителя или преобразователя импеданса ОР1 соединен с анодом первого диода D1, катод которого соединен через дополнительное место подключения с третьим резистором R3. Другой разъем третьего резистора R3 находится под потенциалом (питания) UB_S.

Операционный усилитель ОР1 также соединен с первым транзистором Т1, коллектор которого находится перед резистором R3 под потенциалом UB_S, а его эмиттер соединен с положительным входом напряжения операционного усилителя ОР1. База первого транзистора Т1 соединена с катодом первого диода D1 и катодом второго диода D2.

В этом примере осуществления изобретения второй диод D2, образующий устройство подавления помех и устройство защиты от перенапряжения, предназначен для подавления помех от слишком высоких пиков управляющего напряжения Vcc и для защиты операционного усилителя ОР1 от перенапряжения. Отрицательный вход напряжения операционного усилителя соединен с заземлением или опорным потенциалом и с анодом второго диода D2.

В примененной конфигурации операционный усилитель ОР1, работающий в качестве повторителя напряжения или преобразователя импеданса, образует неинвертирующий (линейный) усилитель, инвертирующий вход которого напрямую соединен с выходом. Прямая отрицательная обратная связь образует коэффициент усиления 1, в результате чего выходное напряжение точно соответствует входному напряжению при нормальной работе, и выходное напряжение непосредственно отслеживает входное напряжение. Так как входной импеданс положительного входа очень высокий, а по сравнению с ним выходной импеданс очень низкий, операционный усилитель ОР1 действует как буфер между источником напряжения с высоким импедансом (в данном случае, среднего напряжения шины U_rez шины, которое выводится при высоком импедансе) и низкоимпедансной последующей нагрузкой. Поэтому, нагрузка на входе высокоимпедансного источника напряжения является минимальной и уровень напряжения искажается настолько мало, насколько это возможно. Поэтому операционный усилитель ОР1 в качестве преобразователя импеданса создает или формирует низкоимпедансный источник напряжения, который может нагружаться последовательными схемами от относительно высокоимпедансного источника напряжения (т.е. среднего напряжения шины, которое выводится), и, таким образом, в данном примере осуществления изобретения, образует устройство формирования источника напряжения или устройство регулирования напряжения в сочетании с первым диодом D1, третьим резистором R3 и первым транзистором Т1.

Естественно возможны и другие коэффициенты усиления.

Напряжение на выходе операционного усилителя ОР1 (приблизительно U_rez), которое также подается на анод первого диода D1, может подаваться на аналого-цифровой или A/D-порт микроконтроллера μС, в данном примере осуществления изобретения, например, в целях диагностики и т.п., и может запускать сообщение об ошибке в общей системе, например в транспортном средстве, в случае величины, которая ниже или выше порогового значения.

В данном примере осуществления изобретения посредством первого диода D1 (Зенера) и третьего резистора R3, которые образуют в этой конфигурации стабилизирующую схему, соответствующим образом генерируется напряжение питания для ОР1. Подробное описание схемы следующее: ОР1 запитано напряжением Vcc. Предполагая, что на выходе ОР1 присутствует неопределенное напряжение, примерно 0 V, непосредственно после включения ЭБУ, Vcc ограничено диодом Зенера D2 до величины напряжения D2 (например 20 V). ОР1 получает среднее напряжение U_rez шины и выводит его на выходе ОР1 при низком импедансе, а анод D1 подключен к выходу ОР1. В результате, Vcc = U_rez + UD1, т.е. Vcc регулируется посредством ОР1, а не UD2. Необходимо, чтобы UD1 < UD2, а Vcc всегда должно быть ниже допустимого UGS обоих полевых транзисторов Т4/Т5.

На фиг. 2 в схемном узле согласно примеру осуществления изобретения на эмиттер транзистора Т2 подается напряжение Vcc; база второго транзистора Т2 соединена с седьмым резистором R7; другая сторона седьмого резистора R7 соединена с коллектором третьего транзистора Т3; коллектор второго транзистора Т2 соединен с затвором четвертого (полевого) транзистора Т4, затвором пятого (полевого) транзистора Т5 и с одним из разъемов четвертого резистора R4. На базу третьего транзистора Т3 подается сигнал завершения, подключения или отключения микроконтроллером μС внешнего электронного блока управления, а эмиттер третьего транзистора Т3 соединен с заземлением или опорным потенциалом.

В случае четвертого транзистора Т4 его сток соединен с линией высокого уровня CAN_H шины, а его исток соединен с разъемом пятого резистора R5, в отличие от пятого транзистора Т5, сток которого соединен с линией низкого уровня CAN_L шины, а его исток соединен с разъемом шестого резистора R6. Соответствующие другие разъемы четвертого резистора R4, пятого резистора R5 и шестого резистора R6 объединены в общем месте соединения, с которым соединен и второй конденсатор С2, другой разъем которого на заземлении или под опорным потенциалом. Таким образом, в данной конфигурации четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 подключены встречно последовательно (соответствующие зоны истоков соединены с общим местом соединения через резисторы R5, R6). Следует отметить, что на второй конденсатор С2 также подается среднее напряжение U_rez шины.

Далее со ссылкой на фиг. 3 дополнительно более подробно раскрыт способ работы схемного узла, описанного со ссылкой на фиг. 2.

Согласно данному примеру осуществления изобретения два согласующих резистора или оконечные нагрузки, т.е. пятый резистор R5 и шестой резистор R6, образующие здесь оконечное устройство, симметрично или одновременно подключены к двум полевым транзисторам, т.е. к четвертому транзистору Т4 и пятому транзистору Т5.

Два полевых транзистора Т4, Т5 подключены относительно друг друга встречно-последовательно и в активном состоянии соединяют два резистора R5, R6 с подключенной шиной. На полевые транзисторы управляются напряжением, т.е. без тока.

В этой связи четвертый резистор R4 предназначен для блокировки обоих полевых транзисторов Т4, Т5 до тех пор, пока второй транзистор Т2 не подает сигнал напряжения, т.е. такой сигнал не попадает на четвертый и пятый транзисторы Т4, Т5. Это соответствует состоянию, в котором согласующие резисторы R5, R6 отсоединены или отключены от последовательной шины.

Для подключения полевым транзисторам Т4, Т5 требуется напряжение сток-исток или напряжение включения, или управляющее напряжение Vcc минимум 5 V. Предпочтительно управляющее напряжение Vcc должно составлять по меньшей мере 10 V, максимально около 20 V. Так как синфазный (Common Mode) диапазон последовательной CAN-шины, который в данном примере осуществления, например, между -5 V и +12 V, не подлежит ограничению, управляющее напряжение Vcc должно обеспечивать во всем синфазном диапазоне напряжение сток-исток по меньшей мере 5 V или предпочтительно 10 V.

На фиг. 3 показано схематичное изображение фрагмента прохождения сигнала на примере CAN-шины, а точнее перепадов напряжения в линиях CАN-шины при смене доминантного и рецессивного состояний.

В нерабочем состоянии заданный уровень нерабочего состояния для обеих шинных линий составляет 2,5 V. Этот уровень нерабочего состояния называют также рецессивным состоянием. В доминантном состоянии напряжение на линии CAN-High превышает рецессивный уровень по меньшей мере на 1 V. Напряжение на линии CAN-Low падает ниже рецессивного уровня по меньшей мере на 1 V. Это означает, что рост напряжения на линии CAN-High в активном состоянии составляет по меньшей мере 3,5 V (2,5V + 1V = 3,5V), а напряжение на линии CAN-Low падает до максимально 1,5 V (2,5V - 1 V = 1 ,5V). Перепад напряжения между линиями CAN-High и CAN-Low в рецессивном состоянии составляет 0 V, а в доминантном состоянии по меньшей мере 2V.

Для обеспечения указанного управляющего напряжения в данном примере осуществления изобретения по указанному выше принципу среднее напряжение U_rez шины (как указано выше, примерно +2,5V) выводят с CAN-шины при высоком импедансе через первый и второй резисторы R1, R2, выполненные по сути одинаково, и через первый конденсатор С1 в качестве фильтра. Высокоимпедансный вывод обеспечивает при этом минимальное воздействие на шину. Работающий в качестве преобразователя импеданса операционный усилитель ОР1 преобразует отобранное среднее напряжение U_rez шины в источник низкоимпедансного напряжения, как указано выше. Начиная с выхода операционного усилителя ОР1, первый диод Зенера D1, например с 10 V, подключен к третьему резистору R3, работающему в качестве последовательно включенного резистора, и к первому транзистору Т1, работающему в качестве последовательно включенного транзистора, которые вместе образуют регулятор переменного напряжения. В этом случае управляющее напряжение Vcc устанавливается на значении, равном примерно сумме напряжения первого диода Зенера D1 и напряжения U_rez на выходе операционного усилителя ОР1.

Отобранное среднее напряжение U_rez также подается в место соединения или центральную точку двух оконечных или согласующих резисторов R5, R6 и второго конденсатора С2, при условии что четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 включены. Кроме того, отобранное среднее напряжение U_rez подается на выводы истоков четвертого транзистора Т4 и пятого транзистора Т5. Чтобы включить четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5, напряжение сток-исток на обоих транзисторах Т4, Т5 должно составлять по меньшей мере 5 V. Для этого управляющее напряжение Vcc должно быть выше отобранного среднего напряжения U_rez шины + 5V. Схемный узел в данном примере осуществления изобретения рассчитан на напряжение затвор-исток приблизительно 10 V и поэтому может полностью обеспечить активацию четвертого транзистора Т4 и пятого транзистора Т5. Активированное или включенное состояние четвертого транзистора Т4 и пятого транзистора Т5 соответствует состоянию, которое обеспечивает подключение согласующих резисторов R5, R6 к последовательной шине.

Далее рассмотрены минимальные условия работы синфазного диапазона последовательной шины, который, как указано выше, не должен рассматриваться ограничительным и соответствует диапазону от -5 V до +12 V.

Например, если из-за ошибки шины или уровней смещения массы среднее напряжение шины или сигнальное напряжение шины или синфазное напряжение переходит на максимум 12 V, как верхнюю границу синфазного режима, операционный усилитель ОР1 сдвигает управляющее напряжение Vcc на этот уровень и в этом случае на четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 поступает соответственно напряжение сток-исток 22 V. Следовательно, схемный узел по данному примеру осуществления не ограничивает синфазный режим в этом направлении.

Если, в отличие от этого, отобранное среднее напряжение U_rez шины падает ниже потенциала массы или опорного потенциала (например, заземления GND), на выходе операционного усилителя ОР1остается потенциал массы или опорный потенциал. В этом случае управляющее напряжение Vcc в любом случае достигает благодаря первому диоду D1 10 V, а четвертый транзистор Т4 и пятый транзистор Т5 надежно активированы с напряжением сток-исток примерно 10 V или 15 V. Следовательно, схемный узел по данному примеру осуществления не ограничивает синфазный режим в этом направлении.

Таким образом, выше был описан схемный узел для переключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины, который содержит электронное коммутирующее устройство Т4, Т5, подключенное между сигнальными линиями последовательной шины и предназначенный, при управлении устройством управления электронного блока управления, для подключения заданной оконечной нагрузки линии к последовательной шине или для отключения оконечной нагрузки линии от последовательной шины. Электронное коммутирующее устройство Т4, Т5 включает в себя первый и второй коммутирующие элементы Т4, Т5, а оконечная нагрузка R5, R6 линии содержит первый и второй элемент оконечный элемент R5, R6 линии. Первый и второй электронные коммутирующие элементы Т4, Т5 подключены относительно друг друга встречно-последовательно и предназначены для подключения соответственно первого и второго оконечных элементов (R5, R6) линии к первой и ко второй сигнальным линиям CAN_H, CAN_L последовательной шины или отключения их от последовательной шины, симметрично и с управлением посредством напряжения.

Иными словами, электронное коммутирующее устройство Т4, Т5 содержит первый электронный коммутирующий элемент Т4 и второй электронный коммутирующий элемент Т5, а оконечная нагрузка R5, R6 линии содержит первый оконечный элемент R5 линии и второй оконечный элемент R6 линии. Первый электронный коммутирующий элемент Т4 установлен между первой сигнальной линией CAN_H последовательной шины и первым оконечным элементом R5 линии и предназначен для подключения первого оконечного элемента R5 линии к первой сигнальной линии CAN_H последовательной шины или для отключения от нее при управлении посредством напряжения. Второй электронный коммутирующий элемент Т5 установлен между второй сигнальной линией CAN_L последовательной шины и вторым оконечным элементом R6 линии и предназначен для подключения второго оконечного элемента R6 линии ко второй сигнальной линии CAN_L последовательной шины или для отключения от нее при управлении посредством напряжения. Первый и второй электронные коммутирующие элементы Т4, Т5 подключены относительно друг друга встречно-последовательно и выполнены с возможностью управления для симметричного подключения к первому оконечному элементу R5 линии и второму оконечному элементу R6 линии соответственно и подключения их к соответствующей сигнальной линии CAN_H, CAN_L последовательной шины или с возможностью их отключения от последовательной шины.

Ясно, что изобретение не ограничено конкретно описанным выше примером его осуществления и существует возможность его модификации с образованием эквивалентных, сравнимых или аналогичных конфигураций, легко понятных для специалиста и поэтому не являющихся отклонением от объекта изобретения, охарактеризованного в последующей формуле изобретения.

Перечень условных обозначений

K схемный узел

µC микроконтроллер

C1 первый конденсатор

C2 второй конденсатор

T1 первый транзистор

T2 второй транзистор

T3 третий транзистор

T4 четвертый транзистор

T5 пятый транзистор

R1 первый резистор

R2 второй резистор

R3 третий резистор

R4 четвертый резистор

R5 пятый резистор

R6 шестой резистор

R7 седьмой резистор

D1 первый диод

D2 второй диод

ОP1 операционный усилитель

Vcc управляющее напряжение

UB_S питающее напряжение

U_rez среднее напряжение шины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к схемным узлам для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины. Технический результат заключается в обеспечении подключения (установки) или отключения (отказа от) требующихся оконечных резисторов в зависимости от фактической конфигурации последовательной шины или конфигурации соответствующей шины и блока управления и в обеспечении функциональности без негативного влияния на передачу сигнала. Достигается тем, что схемный узел обеспечивает реализацию оконечной нагрузки линии или оконечного резистора последовательной шины, например CAN-шины, в отключаемом виде, с возможностью электронного подключения или отключения посредством электронно-управляемых коммутирующих элементов и микроконтроллера, или предпочтительно его компьютерного порта, имеющегося в электронном блоке управления микроконтроллера. Это обеспечивает предпочтительную возможность подключения/отключения оконечного резистора (согласующего резистора), например, в рамках программирования конца линии во время изготовления транспортного средства. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Схемный узел для отключаемой оконечной нагрузки линии последовательной шины, содержащий электронное коммутирующее устройство (T4, T5), включающее в себя первый и второй электронные коммутирующие элементы (Т4, Т5), подключенное между сигнальными линиями последовательной шины и выполненное с возможностью подключать заданную оконечную нагрузку (R5, R6) линии, содержащую первый и второй оконечные элементы (R5, R6) линии, к последовательной шине или отключать указанную оконечную нагрузку линии от последовательной шины при управлении посредством устройства управления электронного блока управления,

при этом указанный схемный узел также содержит блокирующее устройство и третий электронный коммутирующий элемент (Т2),

третий электронный коммутирующий элемент (Т2) выполнен с возможностью управления первым электронным коммутирующим элементом (Т4) и вторым электронным коммутирующим элементом (Т5) путем подачи или неподачи управляющего напряжения (Vcc), третий электронный коммутирующий элемент (Т2) является электронным ключом, который переключается на основе сигнала управления от внешнего устройства управления,

отличающийся тем, что

указанный схемный узел также содержит запирающий элемент (R4), который поддерживает первый электронный коммутирующий элемент (Т4) и второй электронный коммутирующий элемент (Т5) в закрытом состоянии, если третий электронный коммутирующий элемент (Т2) не подает управляющее напряжение (Vcc) на первый электронный коммутирующий элемент (Т4) и на второй электронный коммутирующий элемент (Т5),

при этом запирающий элемент (R4) является резистором, подключенным к общему месту соединения первого оконечного элемента (R5) линии и второго оконечного элемента (R6) линии.

2. Схемный узел по п. 1, в котором

первый и второй электронные коммутирующие элементы (Т4, Т5) подключены друг к другу встречно-последовательно; и

первый и второй электронные коммутирующие элементы (Т4, Т5) выполнены с возможностью подключать первый и второй оконечные элементы (R5, R6) линии к первой и второй сигнальным линиям (CAN_H, CAN_L) последовательной шины соответственно или отключать их от последовательной шины, симметрично и при управлении посредством напряжения.

3. Схемный узел по п. 1 или 2, в котором

первый оконечный элемент (R5) линии является резистором;

второй оконечный элемент (R6) линии является резистором;

первый и второй оконечные элементы (R5, R6) линии подключены последовательно и выполнены с возможностью создания оконечного устройства с заданным согласующим резистором линии для физического окончания последовательной шины.

4. Схемный узел по п. 1, в котором

третий электронный коммутирующий элемент (Т2) является биполярным транзистором или полевым МОП-транзистором.

5. Схемный узел по любому из пп. 1-4, в котором

первый электронный коммутирующий элемент (Т4) и второй электронный коммутирующий элемент (Т5) образуют блокирующее устройство, выполненное с возможностью блокировки сигнала переменного напряжения от последовательной шины.

6. Схемный узел по любому из пп. 1-5, в котором

первый электронный коммутирующий элемент (Т4) и второй электронный коммутирующий элемент (Т5) являются полевыми транзисторами, в частности полевыми МОП-транзисторами.

7. Схемный узел по любому из пп. 1-6, в котором последовательная шина является дифференциальной шиной, в частности CAN-шиной, а первый электронный коммутирующий элемент (Т4) и второй электронный коммутирующий элемент (Т5) выполнены с возможностью работать в синфазном диапазоне шины.

8. Схемный узел по любому из пп. 1-7, содержащий

устройство (R1 , R2, C1) вывода напряжения, выполненное с возможностью выводить среднее напряжение (U_rez) последовательной шины при высоком импедансе.

9. Схемный узел по п. 8, содержащий

устройство формирования источника напряжения (ОР1), выполненное с возможностью формирования низкоомного источника напряжения для обеспечения управляющего напряжения (Vcc) для первого и второго электронных коммутирующих элементов (Т4, Т5) из полученного среднего напряжения шины, причем указанное управляющее напряжение формируется таким образом, чтобы в синфазном диапазоне последовательной шины для первого электронного коммутирующего элемента (Т4) и второго электронного коммутирующего элемента (Т5) обеспечивалось напряжение сток-исток, которое их надежно активирует.

10. Схемный узел по п. 9, в котором устройство (ОР1) формирования источника напряжения выполнено с возможностью формирования управляющего напряжения (Vcc) для первого и второго электронных коммутирующих элементов (Т4, Т5) в синфазном диапазоне последовательной шины на основе полученного среднего напряжения шины и, в случае сдвига среднего напряжения шины в связи с эксплуатацией шины, обеспечить управляющее напряжение (Vcc) и связанные с ним возможности коммутации первого электронного коммутирующего элемента (Т4) и второго электронного коммутирующего элемента (Т5) по меньшей мере в границах синфазного диапазона последовательной шины.

11. Схемный узел по п. 9 или 10, содержащий устройство (ОР, D1 , R3, T1) регулирования напряжения, выполненное с возможностью регулировать управляющее напряжение (Vcc) для установки напряжения, генерированного регулятором напряжения (ОР1), на заданную величину.

12. Схемный узел по любому из пп. 1-11, содержащий устройство (D2) ограничения перенапряжения для подавления помех от пиков управляющего напряжения (Vcc).

13. Схемный узел по любому из пп. 9-12, содержащий устройство (D2) защиты от перенапряжения, предназначенное для защиты устройства (ОР1) формирования источника напряжения от перенапряжения.

14. Схемный узел по любому из пп. 9-12, содержащий выход напряжения, с которого выходное напряжение устройства (ОР1) формирования источника напряжения подается на внешнее устройство для диагностических целей.