專利名稱：用于在數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中補償接地偏移的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中補償接地偏移(groundoffset)的裝置，所述數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括多個通信設(shè)備，其中每個通信設(shè)備由電壓源提供工作電壓、接地并具有數(shù)據(jù)總線連接器，通過該數(shù)據(jù)總線連接器(connection)所述通信設(shè)備被連接至數(shù)據(jù)總線。
接地偏移被認(rèn)為是指不同接地點之間的電位差，其中這些接地點可以被分配給相同的電氣用戶，或者也可以分配給不同的電氣用戶。如果接地點之間的電連接存在歐姆電阻，則就會存在接地偏移。通常離得相對較遠的接地點就是這種情況，其中因為大的距離而存在明顯的歐姆電阻。但是在不利的條件下，對于相對較小的距離也可能存在接地偏移。不利的條件通常會在車輛中發(fā)現(xiàn)，其中接地點存在于車身上。由金屬制成的車身是導(dǎo)電的，這是正確的，但是經(jīng)驗告訴我們，在許多地方存在著過渡電阻器，而該電阻器則會導(dǎo)致接地偏移的發(fā)生。
接地偏移會引發(fā)電位的偏移，這會顯著地影響電氣系統(tǒng)的運行。當(dāng)發(fā)送信號的電壓電平被改變?nèi)绱酥啵灾劣谒鼈儾辉俦蛔R別的時候，尤其靈敏的就是數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。特別是在單線數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中，對于其中接地偏移超過某一量值的情況下，因為接收機不再看到在數(shù)據(jù)總線線路上用于接收所需的電壓電平，所以接地偏移相對較快地導(dǎo)致通信故障。
在DE 36 14 208 C2中，公開了一種用于將功率輸出電路連接至總線耦合設(shè)備的裝置，其中具有施密特觸發(fā)器特性和阻塞輸入的中間電路被插入到總線耦合設(shè)備與功率輸出電路之間的數(shù)據(jù)線路中，以及此外，高阻的阻擋層電阻(barrier resistance)被包含在所述數(shù)據(jù)線路中，該數(shù)據(jù)線路從總線耦合設(shè)備延伸至中間電路。由于高阻的阻擋層電阻器，在總線耦合邏輯與包括功率放大器的輸出電路之間實現(xiàn)了電位的準(zhǔn)分離。這提供了整個電路的大的EMC穩(wěn)定性。
WO 95/34152公開了一種用在車輛中的通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。該收發(fā)器的發(fā)送器包括電子接地偏移電路，該電路被連接至獨立的DC接地返回線(return line)，并相對于在此接地返回線上的地電位相應(yīng)地調(diào)節(jié)將要發(fā)送的信號的電壓電位。與數(shù)據(jù)線一起，該獨立的DC電壓接地返回線通向接收器，其中存在互補的接地偏移電路，以便相對于實際存在于此的接地比(ground ratio)來相應(yīng)地轉(zhuǎn)換回所接收信號的電壓電位。該裝置適合于二線總線系統(tǒng)，但不適合于單線總線系統(tǒng)。
GB 2 284 954A示出了一種產(chǎn)生偏置電壓的數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器，在通信網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點中的該驅(qū)動器通過數(shù)據(jù)總線線路將偏置電平信號切換至每個外圍節(jié)點，以便抵消不同的地電位。
US 5,513,218 A描述了一種接地偏移補償電路，該電路包括所謂的積分器，其用于模擬線路的地電壓，并將此電壓施加到發(fā)送器的接地端。該積分器包括一個小的電流源和一個非常大的電流吸收器(sink)，以能夠跟隨線路的地電位。
本發(fā)明的目的是提出一種用于補償接地偏移的裝置，該裝置具有簡單的結(jié)構(gòu)，并且還特別適合于單線數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。
該目的的實現(xiàn)在于在開頭段落中所提到的類型的裝置中的至少一個分壓設(shè)備，該分壓設(shè)備的輸出被耦合至至少一個通信設(shè)備的數(shù)據(jù)總線連接器，以及其分壓比被選擇，從而使得所述通信設(shè)備的接地偏移相對于另一個通信設(shè)備的接地端來說實際上(in essence)得到補償，所述通信設(shè)備的數(shù)據(jù)總線連接器被耦合至所述分壓設(shè)備。
本發(fā)明利用了由于接地偏移而存在流經(jīng)通信設(shè)備間的數(shù)據(jù)總線線路的均衡電流的認(rèn)識。該均衡電流通過分壓設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的裝置而減少，以及相應(yīng)選擇的分壓比至少使得接地偏移實際上被補償。
有利的是，本發(fā)明特別適合于單線總線系統(tǒng)，但是也推薦用于具有分離終端的二線總線系統(tǒng)。
有利的是所述分壓比可以進行調(diào)節(jié)。
如果所述分壓設(shè)備包括在工作電壓與數(shù)據(jù)總線連接器之間連接的至少第一電阻器以及在數(shù)據(jù)總線連接器與接地端之間的至少第二電阻器，則第一和/或第二電阻器的電阻值應(yīng)當(dāng)是可以改變的。
可選擇的是，另外的電阻器可以與第一和/第二電阻器串聯(lián)連接，這些另外的電阻器可選地可以通過另外的開關(guān)裝置進行橋接。
在另一個可選擇的實施例中，可選地可以是連接的或斷開的另外的電阻器可以與第一和/或第二電阻器并聯(lián)聯(lián)接。
還可以想得到的是將電流源與第一和/或第二電阻器并聯(lián)連接。
有利的是提供用于調(diào)節(jié)所述分壓比的調(diào)節(jié)設(shè)備。該調(diào)節(jié)設(shè)備可以相應(yīng)地控制第一和/或第二電阻器的電阻值或者控制所述開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置用于橋接并聯(lián)電阻器，或者打開和關(guān)閉串聯(lián)電阻器。該調(diào)節(jié)設(shè)備還可以相應(yīng)地控制上述電流源。
優(yōu)選地，可以設(shè)置所述分壓設(shè)備的分壓比，從而使得在相關(guān)通信設(shè)備的總線連接器上的空載電壓大約等于工作電壓的一半。
特別是為了限制電流，可以在數(shù)據(jù)總線連接器與數(shù)據(jù)總線線路之間插入端接電阻器。
本發(fā)明的這些及其他方面從以下描述的實施例將是顯而易見的，并且將參照所述實施例對其進行說明。
在附圖中附

圖1示出了包括兩個通信終端的單線總線系統(tǒng)的電路圖；附圖2示出了除了附加有表示接地偏移的替代電壓源之外與附圖1相同的電路圖；附圖3示出了與附圖1相同的總線系統(tǒng)，其中所述通信終端還附加有簡單的分壓器，以增加其數(shù)據(jù)總線連接器上的空載電壓；以及附圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的通信終端的一部分的電路圖，該通信終端具有其分壓比可以進行調(diào)節(jié)的擴展分壓器；以及附圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的通信終端的一部分的電路圖，該通信終端具有用于調(diào)整分壓比的可控電流源。
附圖1示出了一個典型的單線總線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括例如兩個通信終端。單線總線系統(tǒng)以前非常適用，因為連接通信終端的數(shù)據(jù)總線線路僅具有一根導(dǎo)線，并因此僅包括單根“線”，以及各個通信終端還接地。這種總線概念用在例如車輛中，其中通過由金屬制成的車身形成接地端。
附圖1中所示的第一通信終端2包括電源或變壓器4，其被提供有外部電壓UBAT，并產(chǎn)生通信節(jié)點2的模塊所需的內(nèi)部工作電壓U0。特別是在車輛中，通常由電池提供可用的外部電壓UBAT。所述電源或變壓器4還分別連接到接地端G1。此外還示意性地示出了發(fā)送晶體管T1，其集電極被施加工作電壓U0，以及其基極被連接至發(fā)送信號所存在的連接器T×D。發(fā)送晶體管T1的發(fā)射極通過第一電阻器R1轉(zhuǎn)接到接地端G1。此外，發(fā)送晶體管T1的發(fā)射極通過端接電阻器R2連接至數(shù)據(jù)總線連接器6，由發(fā)送晶體管T1放大的發(fā)送信號被施加至該端接電阻器的終端。發(fā)送晶體管T1構(gòu)成發(fā)送級的一部分，這里沒有進一步示出，其中產(chǎn)生早期提到的發(fā)送信號。此外耦合至數(shù)據(jù)總線連接器6的是連接器R×D0，從該連接器R×D0接收信號被分接，所述信號被施加至圖1中沒有示出的接收級。
第一通信終端2通過數(shù)據(jù)總線連接器6連接至數(shù)據(jù)總線線路8，該數(shù)據(jù)總線線路8分別包括單個導(dǎo)線或單個“線”。
該數(shù)據(jù)總線線路8通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)總線連接器12連接至第二通信終端10。第二通信終端10具有類似于圖1中表示的第一通信終端2的結(jié)構(gòu)。第二通信終端10也分別包括電源或變壓器14，其通常被提供與第一通信終端2相同的外部電壓URAT。所述電源或變壓器14分別轉(zhuǎn)接至接地端G2并產(chǎn)生內(nèi)部工作電壓U0，該內(nèi)部工作電壓U0被施加到發(fā)送晶體管T2的集電極，該發(fā)送晶體管T2的基極耦合至連接器T×D，發(fā)送信號被施加至該連接器T×D。發(fā)送晶體管T2的發(fā)射極通過第三電阻器R3轉(zhuǎn)接至接地端G2。此外，端接電阻器R4連接發(fā)送晶體管T2的發(fā)射極至數(shù)據(jù)總線連接器12。對于第二通信終端10同樣，附圖1中表示的發(fā)送晶體管T2構(gòu)成發(fā)送級的一部分(沒有進一步示出)，其中產(chǎn)生所述發(fā)送信號。不僅由發(fā)送晶體管T2放大的發(fā)送信號通過數(shù)據(jù)總線連接器12發(fā)送，而且通過連接器R×D0獲得被饋給接收級(也沒有示出)的接收信號。
如果在兩個通信終端2、10之間存在接地偏移，從而在接地端G1與接地端G2之間存在電位差，則該偏移可由正如在附圖2中示意性示出的替代電壓源V1表示。在圖2所示的情況下，由于接地偏移，在第一通信終端2與接地端G1之間產(chǎn)生電壓。因此，均衡電流I0從第一通信終端2經(jīng)數(shù)據(jù)總線線路8流到第二通信終端10，并且通過電阻器R3和R4產(chǎn)生偏置電壓，該電壓破壞了連接器R×D0上的輸入信號。以這種方式，電壓可以被施加到接收級(未示出)的輸入上，其超出了用于識別有效數(shù)據(jù)信號的接收閾值，因而兩個通信終端2、10之間的通信受到干擾或者甚至完全被防止。
附圖3示出了其中空載電壓通過簡單分壓器被增加至工作電壓的一半U0/2的裝置。這是通過分別將第一通信終端2中的第五電阻器R5連接在電源或變壓器4與端接電阻器R2之間以及分別將第二通信終端10中的第六電阻器R6連接在電源或變壓器14與端按電阻器R4之間來實現(xiàn)的。因此，在第一通信終端2中的電阻器R1和R5以及在第二通信終端10中的電阻器R3和R6構(gòu)成一個簡單的分壓器。從接收級(未示出)被分接的電壓現(xiàn)在在R×D0與接地端之間不再存在，正如圖1中所示的裝置，而是存在于R×D0與另一個連接器R×D1之間，該另一個連接器R×D1一方面被耦合至電阻器R1與R5或R3與R6之間的節(jié)點，另一方面被耦合至接收級(附圖3中未示出)，并且因此被分別耦合至端接電阻器R2或R4。接地偏移的問題還是可以感覺得到，這是事實，但是現(xiàn)在要考慮的第二通信終端10中的附加電壓URIAS通過端接電阻器R4而降低。
附圖4圖解示出了用于補償接地偏移的簡單概念。
為此，在所示的裝置中通信終端10的接地端G2與第一通信終端2的接地端G1相比，其接地端G2位于較低的電位，因此偏移是“向下”的，該通信終端10包括附加的第七、第八和第九電阻器R7、R8和R9，這些電阻器與第六電阻器R6并聯(lián)連接，并且可以通過相關(guān)的第一、第二和第三開關(guān)S1、S2和S3被接通。以這種方式在第二通信終端中構(gòu)成可以微調(diào)的分壓器，該分壓器可以通過選擇性地接通和斷開附加電阻器R7、R8和R9來進行調(diào)節(jié)，從而均衡電流I0以及由接地偏移引起的UBIAS可以減少或者甚至完全被消除。根據(jù)施加到“向下”第三電阻器R3的電壓U3來實施附加電阻器R7-R9的接通。通常，為此電壓U3確定一個最小閾值。然后連接附加電阻器R7-R9，以使電壓U3至少稍微高于此閾值。這樣，用于第二通信終端的接地端G2被升高到與第一通信終端2的“向上”偏移接地端G1相同的電位，并且因此而匹配。在這點上，為了完整起見，應(yīng)當(dāng)注意到代替三級附加電阻器的實現(xiàn)方案，也可以根據(jù)需要提供較少量或較大量的附加電阻器，或者甚至可以僅提供單個附加電阻器。
附圖4還示意性地示出了接收級作為工作放大器并且由附圖標(biāo)記16表征，其一個輸入被耦合至R×D0，另一個輸入被耦合至R×D1。
在所示實施例的例子中，第二通信終端10中的分壓比通過選擇性地打開和關(guān)閉開關(guān)S1-S3來微調(diào)。為此，控制設(shè)備20被提供，其例如通過測量點22測量第三電阻器R3上的電壓U3，并且根據(jù)事先設(shè)置的閾值，相應(yīng)地打開和關(guān)閉開關(guān)S1-S3。這在接地偏移波動的情況下是特別有利的。
其他還可以想得到的措施是設(shè)置分壓比，從而補償接地偏移。例如，代替附加電阻器R7-R9，可以插入電流源24，如圖5所示該電流源相應(yīng)地由控制設(shè)備20進行控制。
此外，應(yīng)當(dāng)觀察到在這點上，例如如在附圖4和5中所示的調(diào)節(jié)分壓比的可能性不必僅在第二通信終端10中發(fā)生，而是優(yōu)選地也可以另外以相應(yīng)的方式在第一通信終端2中進行。通常，事先并不知道在工作時哪個通信終端具有接地“偏移”，就此而言，也可以在操作時進行改變。
最后應(yīng)當(dāng)指出的是，上文描述的概念也可以用于補償例如具有所謂的分離終端的二線總線系統(tǒng)的接地偏移。
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中補償接地偏移的裝置，該數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括多個通信設(shè)備(2，10)，每個通信設(shè)備由電壓源(4；14)提供工作電壓(U0)、接地(G1；G2)并且具有數(shù)據(jù)總線連接器(6；12)，所述通信設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線連接器被連接至數(shù)據(jù)總線線路(8)，其特征在于至少一個分壓設(shè)備(R3，R6，R7，R8，R9)，該分壓設(shè)備的輸出被耦合至至少一個通信設(shè)備(10)的數(shù)據(jù)總線連接器(12)，且其分壓比被選擇以使得該通信設(shè)備(10)的接地端(G2)的偏移相對于另一個通信設(shè)備(2)的接地端(G1)來說實際上得到補償，該通信設(shè)備(10)的數(shù)據(jù)總線連接器(12)被耦合至所述分壓設(shè)備(R3，R6，R7，R8，R9)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分壓比可以進行調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述分壓設(shè)備包括在工作電壓(U0)與數(shù)據(jù)總線連接器(12)之間連接的至少第一電阻器(R6)以及在數(shù)據(jù)總線連接器(12)與接地端(G2)之間連接的至少第二電阻器(R3)，其特征在于第一和/或第二電阻器(R6，R3)的電阻值可以改變。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述分壓設(shè)備包括在工作電壓與數(shù)據(jù)總線連接器之間連接的至少第一電阻器以及在數(shù)據(jù)總線連接器與接地端之間連接的至少第二電阻器，其特征在于另外的電阻器與第一和/或第二電阻器串聯(lián)連接，所述另外的電阻器根據(jù)需要可以通過開關(guān)裝置進行橋接。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述分壓設(shè)備包括在工作電壓(U0)與數(shù)據(jù)總線連接器(12)之間連接的至少第一電阻器(R6)以及在數(shù)據(jù)總線連接器(12)與接地端(G2)之間連接的至少第二電阻器(R3)，其特征在于另外的電阻器(R7，R8，R9)與第一和/或第二電阻器(R6)并聯(lián)連接，所述另外的電阻器(R7，R8，R9)根據(jù)需要可以通過開關(guān)裝置(S1，S2，S3)接通或斷開。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述分壓設(shè)備包括在數(shù)據(jù)總線連接器(12)與接地端(G2)之間連接的至少第二電阻器(R3)，其特征在于電流源(24)與第一和/或第二電阻器(R6)并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求2-6中的至少一個所述的裝置，其特征在于用于調(diào)節(jié)分壓比的調(diào)節(jié)設(shè)備(20)，從而使得所述通信設(shè)備(10)的接地偏移(G2)相比于另一個通信設(shè)備(2)的接地端(G1)來說得到補償，所述通信設(shè)備(10)的數(shù)據(jù)總線連接器(12)被耦合至所述分壓設(shè)備(R3，R6，R7，R8，R9)。
8.如權(quán)利要求3和7之一所述的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)設(shè)備(20)控制第一和/或第二電阻器的電阻值。
9.如權(quán)利要求4或5以及權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)設(shè)備(20)控制所述開關(guān)裝置(S1，S2，S3)。
10.如權(quán)利要求6和7所述的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)設(shè)備(20)控制所述電流源(24)。
11.如前述權(quán)利要求中的至少一個所述的裝置，其特征在于設(shè)置所述分壓設(shè)備的分壓比，以使得在數(shù)據(jù)總線連接器(12)上的空載電壓大約等于工作電壓(U0)的一半。
12.如前述權(quán)利要求中的至少一個所述的裝置，其特征在于端接電阻器(R2；R4)被連接在數(shù)據(jù)總線連接器(6；12)與數(shù)據(jù)總線線路(8)之間。
13.一種包括多個通信設(shè)備(2，10)的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，每個通信設(shè)備由電壓源(4；14)提供工作電壓(U0)、接地(G1；G2)并且具有數(shù)據(jù)總線連接器(6；12)，所述通信設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線連接器被連接至數(shù)據(jù)總線線路(8)，其特征在于如前述權(quán)利要求的至少一個中所述的裝置。
全文摘要
用于在數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中補償接地偏移的裝置的說明被給出，所述數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括多個通信設(shè)備(2，10)，每個通信設(shè)備由電壓源(4；14)提供工作電壓(U0)、接地(G
文檔編號H04L25/02GK1751299SQ200480004115
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月13日
發(fā)明者B·埃倫德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司