专利名称：用于数据和能量传送的网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个网络，该网络包括至少两条线和网络用户。这种网络以很多形式公知和用于在网络用户之间传送数据。
用于交通工具中的几种总线系统也公知。在最近的几年中，CAN总线已变得特别公知。尤其是用于传送控制信息和用于传感器检测。然而，像其它已知的总线系统一样，这种总线系统不能为网络用户既传送数据又传送能量。
本发明的一个目的是提供一个网络，该网络同等地适合于数据和能量传送并且对于该网络来说最小数目的连接线就足够了。
按照本发明，这个目的是这样实现的，网络的两条线构成为既用于在网络用户之间数据传送，又用于从电压源到网络用户的能量传送；通过两条线数据对称地和差动地传送；电源的一端连接到这两条线；网络用户经由与该网络分离的不同的电连接，连接到电源的另一端；网络用户经由网络的两条线对称地耦合输出能量传送；以及该两条线互相绝缘。
该网络因此包括两条线，其构成为既用于在网络用户之间传送数据又用于为网络用户的能量传送。电压源的一端经由网络的两条线连接到网络用户，另一端经由不属于网络的另一条路径连接到网络用户。
数据传送经过两条线路对称地和差动地发生，即通过两条线路一个数据比特以不同的极性传送。
然而，能量传送以这种方式实现，即可能相等的电流流进两条线中。这由网络用户借助于对称耦合从网络的两条线路中的输出能量来实现。
因此两条线路既适合于能量传送又适合于数据传送。
由于在两条线路上数据的差动传递和电流的对称传输，则得到电源线上的干扰仅对数据传递有很小的影响，因此在这些情况下，信息的传递不受影响。
与已知的解决方法比较，不仅需要的线很少而且需要的接触点很少，这提高了可靠性。
由于一个能量传送终端通过网络的两条线共同地传送，因此在线路或这个线路与网络用户的连接脱落的情况下仍然保证能量传送。这时只有数据传送被干扰；然而例如利用一个应急程序，网络用户仍然能继续工作。这是非常重要的，特别是在交通工具中。通过经由网络的两条线共同传送能量传递的一个极，与最初的电源线比较，单线的横截面可以被减半以便信号传送基本不需要任何附加线的横截面。
在网络的两条线之间应该有很好的磁的和电容性耦合。例如可以通过绞合这些线来达到。由于在两条线之间达到良好的耦合，则周围磁和电交变场基本上对两条线具有共模干扰效果，因此不干扰差动发生的数据传送。
如在权利要求2中限定的本发明一个实施例提供特别用于网络用户的有利实施例。这些实施例可以容性或感性地耦合输入或耦合输出数据。特别因为从网络的两条线来的其消耗电流的对称耦合输出是重要的，则在网络用户中配置电感，经由电感这些电流被耦合输出。同时，这些电感使两条线互相去耦，这对于数据传送是必需的。以此相对简单的方式，因此能够获得两条线路的去耦和消耗电流的对称耦合输出。
如在权利要求3中限定的另一个的实施例所提供的利用一个微分放大器可以有利地实现通过网络的两条线传送的数据的微分评估。
如在权利要求4中限定的那样，通过一个有各自连接到网络的两条线之一同相和反相输出的放大器，耦合输入又可被有利地实现。
如在权利要求5中限定的另一个实施例中，网络应基本安排为一个星形结构，在网络中环形配线可能引起低频电流。为了避免低频电流，有利地提供一个环形耦合器，它在这样的电路中DC隔开这些线路。在如此的一个环路中因此防止了低频电流的短路。如权利要求6中限定的，可以获得在网络的两条线路之间的有利地用于网络的运行的磁和容性耦合，例如通过绞合这些线。
如已在上面描述的那样，能源的一端可经网络连接，另一端经不同的路径连接到网络用户。例如，在交通工具中，这可能是底盘。然而，在已给出的应用中，如在权利要求8中限定的那样，按照本发明能够提供两个网络，每一个占据用于能源一个端。在这种情况下，数据则可通过这两个网络有利地冗余传送，这导致了一个传送或防止故障的安全度的附加可靠性。
参考随后描述的实施例，这些方面和本发明的其它方面是显然的和将说明。
图1示出按照本发明的一个网络布局。
例如网络可能是一种用于交通工具中互连车辆用的多个网络用户的型式，该网络有两条线1和2，该两条线应该良好地电和磁的互相耦合，为此例如绞合在一起。
网络用户3、4、5和6通过两条网络线1和2连接在一起，也提供网络用户7，网络用户7提供能量给网络。
网络用户3、4、5和6经由具有两条线1和2的网络交换数据，进一步，它们经由网络连接到一个电源端。
数据的传送经由线1和2对称地差动地发生，即通过两条线1和2数据比特以相反的极性传送和据此由接收的网络用户评估。
能源经两条线1和2对称地出现，在这方面，网络用户3、4、5和6从两条线1和2对称耦合输出电源电流是很重要的，即每一个网络用户从这两条线路耦合输出相同的电源电流。
电压源UB的一端的耦合输入是受网络用户7影响的。在这种情况下，两条线路1和2以一个同样的方式耦合输入到电压源UB的正端是很重要的，以便通过两条线路1和2流动的电源电流大小相等。电压源UB的另一端可以例如经由交通工具的底盘连接。因为其它的网络用户3、4、5和6也连接到交通工具的底盘上，能源的第二端经由交通工具的底盘可以无任何问题地连接到用户。
网络用户3、4、5和6，每一个都有一个耦合电路8，参考图2到4将进一步说明它的结构。这个耦合电路8确保一个目标，一方面，由网络用户3到6从网络的两条线路1和2耦合输出的电源电流是对称的，即每一个网络用户从两条线路1和2中耦合输出等值的电源电流。此外，通过两条线路1和2耦合电路8需要能够耦合输入和耦合输出对称地和差动地传送的数据。
图1所示的网络布局有一个星形结构以便没有环形单元在网络中形成。然而，当环形单元在网络的一部分中形成时，低频电流在这些部分中流动是可能的，因为这是应避免的，一个环形耦合器在这样的一个环中有利地提供，在电路中环形耦合器DC隔开这些线路。
参考图2、3和4将随后详细说明在如图1所示的网络用户3、4、5和6中的耦合器电路8的一些可能的实施例。
图2示出用于这样一个耦合电路的第一实施例，其中数据经网络的两条线1和2容性地耦合输入和输出。能源的一端经由这个耦合电路也由两条线1和2耦合输出。
图2示出两个电感13和14，经过它们一个电源端15耦合到网络的两条线1和2。为了以需要的方式从网络的两条线1和2获得相同的电源电流，两个电感13和14应该绝对地有相同的值。
数据经两个电容16和17耦合输入和输出，电容各自以一端连接到网络的两条线1和2和各自以另一端连接到放大器18和19。
配置了图2所示耦合电路的网络用户，使得数据在第一数据端20通过可用网络进行传送。这些数据(在图中表示为D_in)加到第一放大器18。第一放大器18具有连接到电容16的一个同相输出端。一个第二反相输出端连接至耦合到网络的线路1的电容17。数据D_in因此在网络的两条线路1和2上经电容16和17以对称和差动的方式进行传送。例如，在网络的线路2上数据比特以正极性耦合和在网络的线路1数据比特以负极性耦合。
通过网络的两条线路1和2传送的数据经电容16和17施加到第二放大器19，这些数据被配置了图2的耦合电路的网络用户进行评估。第二放大器19是一个微分放大器，其一个输入端接收经线路2传送的具有正极性的数据和另一个输入端接收经线路1传送的具有负极性的数据。微分放大器的输出提供一个数据信号D_out，该信号在源21对配置了图2的耦合电路的网络用户是可用的。
由于经两条线路1和2差动地和对称地传送的数据的容性耦合输出，可以达到DC干扰或具有一个很低频率的干扰对数据估计或者还对于将数据耦合到线路没有任何影响。相反地，经两个电感13和14的电源电流对称耦合输出具有数据传送不被干扰的效果。
图3示出一个耦合电路的第二实施例，其中数据是感性耦合输入和输出的。电源电压+Ub在端15对配置了耦合电路的网络用户是可用的。经由来自网络的两条线路1和2的两个电感22和23，耦合输出发生。这里电感22和23有相同的值是很重要的。
图3电路和图2的一个重要的差别是图3的电路感性地耦合数据输入和输出。
经由磁耦合25，第三电感24被提供磁耦合到两个电感22和23是可实现的。
第三电感24的两端连接到具有一个反相输出和同相输出的放大器18的输出端。这个放大器提供从数据端20来的数据D_in。而且，第三电感24的两端连接到放大器19的反相输入端和同相输入端，放大器19的输出端在数据端21提供数据D_out。放大器18、19和数据端20、21的电路因此相应于图2的耦合电路的第一实施例的电路。
图4示出在实际中利用电感22、23和24如何实现电感耦合输出。在图4中这三个电感作为线圈22、23和24配置在一公共磁心26，这些电感经由公共磁心互相磁耦合。
总而言之，如图1至4所示的按照本发明的网络的实施例，既表示经网络的两条线1和2的差动对称的数据传送又表示经能源的一端的传送可以发生，而这些线互相之间没有干扰。
网络是通用的。例如，没有必要所有的网络用户实际使用数据终端。另一个可能是连接用户到独占使用能源的网络。然而，这时也应该保证电源电流能够从网络的两条线路1和2对称地耦合输出。
网络可以冗余地实现，即它可以设计为双结构形式，其中数据可冗余地通过两个网络传送，能源端又可通过两个网络传送。同样，两个网络也可提供为这样的形式，每一个网络连接一个能源端到网络用户，在这种情况下，例如，在一个交通工具中，能源的极经交通工具的底盘的传送是不再需要的了。在这两种情况下，通过两个网络数据可以冗余地传送以便获得一个附加的防止故障的保证。
这样的网络当然不仅可用于交通工具而且也可用于其它的领域，其中在电源传送和通信之间连接是有优势的，例如工业自动化，特定领域总线系统，航空技术和网络可用于其中的家庭自动化，例如，电灯技术、报警、供热设备或空调系统。
权利要求
1.一个网络包括至少两条线路(1、2)和网络用户(3、4、5、6)，其特征在于该网络的两条线路(1、2)构成为既用于在网络用户(3、4、5、6)之间的数据传送，又构成为用于从一个电压源到网络用户(3、4、5、6)的能量传送；数据通过两条线路(1、2)对称地和差动地传送，电压源一端连接到这两条线路(1、2)上；经由与网络隔开的一个不同的电连接，网络用户(3、4、5、6)连接到电压源另一端；经由网络的两条线路(1、2)，网络用户(3、4、5、6)对称地耦合输出传送的能量；两条线路(1、2)互相绝缘。
2.如权利要求1要求的一个网络，其特征在于网络用户(3、4、5、6)感性或容性地耦合输入或耦合输出数据，配置了电感(13、14；22、23)，经网络的两条线(1、2)，通过这些电感网络用户对称耦合输出它们的消耗电流和通过这些电感两条线路(1、2)相互去耦。
3.如权利要求2要求的一个网络，其特征在于网络用户(3、4、5、6)微分评估通过微分放大器(19)由线路(1、2)耦合输出的数据。
4.如权利要求2要求的一个网络，其特征在于网络用户(3、4、5、6)通过一个有同相和反相输出的放大器(18)差动地提供数据。
5.如权利要求1要求的一个网络，其特征在于网络基本以星形结构配置和可以提供装备有环形连接器的两条线路的闭合电路，该环形连接器在电路中DC分隔开这两条线路。
6.如权利要求1要求的一个网络，其特征在于在两条线路(1、2)之间有磁性的和容性的耦合。
7.如权利要求1要求的一个网络，其特征在于两条线的横截面是以通过两条线足够共同传送能量的方式选定的。
8.如权利要求1要求的一个网络，其特征在于配置了两个网络，经由该两个网络一个电源端连接到网络用户，和通过这两个网络冗余传送数据。
9.如权利要求1要求的网络用于交通工具，其中交通工具电池的正端连接到网络和负端连接到交通工具的底盘。
10.如权利要求1要求的网络用于电源和家用电器的通信。
全文摘要
网络包括至少两条线和网络用户,通过网络实现既传送数据又用另一端传送能量。网络的两条线路(1、2)构成为既用于用户(3、4、5、6)之间的数据传送和又用于从电源到网络用户(3、4、5、6)的能量传送,通过两条线路(1、2)数据对称地和差动地传送,电源一端连接到两条线路(1、2),网络用户经由与网络隔开的不同电连接,连接电源的另一端,经由网络的两条线路,网络用户对称地耦合输出能量转换,两条线路互相绝缘。
文档编号H04B3/54GK1289186SQ0013139
公开日2001年3月28日 申请日期2000年9月11日 优先权日1999年9月14日
发明者M·温德特, W·布德, P·福尔曼 申请人:皇家菲利浦电子有限公司