本发明涉及一种用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置，并且尤其涉及一种用于电子式地接通和/或断开在can总线上的端接(terminierung)的电路装置。
背景技术：
如can(controllerareanetwork：控制器局域网)、flexray和诸如此类的用于控制设备的联网的串行总线装置散布在不同类型的技术领域如例如汽车技术中。can总线例如根据所谓的多主原理(multi-master-prinzip)工作并且使多个权利平等的控制设备连接。csma/cr方法解决冲突、即同时的总线访问，而不破坏获得的、较高优先级的消息。为此，位元——根据状态——为显性的或者隐性的(显性的位元覆盖隐性的位元)。在此，逻辑1为隐性的(wired-and：线与)。总线可以在物理上具有比如铜线路地实施或者通过玻璃纤维实施。
以上所提到的类型的数据总线由于尤其在汽车环境中要求的抗干扰性而必须是非常稳定的并且因此通常实施为线性总线。在此，总线在其几何结构的扩展的两个物理端部上以分别一个与总线线路的波阻抗匹配的终端电阻(总线端接)终止或者端接。由此，可以使在总线线路上的在较高频率的数据传输率的情况下出现的反射最小，并且使总线最优地运行。因为can总线系统是具有开放式架构的、串行地工作的2线-总线，所述2线-总线主要使用具有120欧姆的额定阻抗的、绞转的tp(twistedpair：双绞线)电缆作为传输介质，所以在can总线中，通常的终端电阻或者通常的总线端接分别在总线的两个端部上为大约120ω。
因为当前的总线系统的波特率由于总线系统的实时能力和增加的总线负荷而趋向于越来越高的值，所以必然需要用于可靠的通信的正确的总线终端。
在车辆网络内，由于相应的车辆的不同的装备等级或者由于同一控制设备或同一ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)在不同的车辆类型中安装在总线的不同的位置上而存在以下必要性：分别布置或者省去以上所提到的终端电阻。换言之，根据ecu在总线上的连接位置，必须存在终端电阻，或者可以或者必须省略所述终端电阻。
例如可以包括手动地通过线桥、在电缆束中的桥和诸如此类的可接通的终端电阻的已知的装置就此而言是不灵活的并且如下地不利的：不能够排除总线的特征数据的改变并且不能够在没有对总线通信的任何影响的情况下确保功能。
技术实现要素：
因此，本发明基于以下任务：提供一种用于串行总线的可切换的线路终端的电子电路装置，所述电子电路装置根据串行总线的现有配置或相应的总线配置和控制设备配置允许接通(设置)或者关断(可以省略)所需的终端电阻。
此外，应提供一种用于串行总线的可切换的线路终端的电子电路装置，所述电子电路装置不改变所连接的总线的特征数据并且在不影响通信的情况下确保功能。
根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1的特征的、用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置解决。本发明的有利的扩展方案为所附的从属权利要求的主题。
本发明基于以下的一般性的想法：提供一种电子电路装置，借助于所述电子电路装置可切换地实现并且可以通过电子式地工作的开关元件和在电子控制单元中本来存在的微控制器或者优选所述微控制器的计算机端口来电子式地接通或者关断串行总线——例如can总线——的线路终端或终端电阻。由此可以有利地在例如车辆的制造期间例如在下线编程(bandendeprogrammierung)的框架内执行终端电阻(端接电阻)的接通/关断。
根据本发明，作为优点，可以实现不同的电阻值的至少一种可编程性、一种与车辆技术的和/或几何上的给定条件可匹配和可优化的可变的总线终端、尽可能好的数据传输质量和与总线线路的失配的消除。
与以上一致地，详细地，所述任务通过一种用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置来解决，所述电路装置包括电子开关设备，所述开关设备连接在所述串行总线的信号线路之间并且布置成受电子控制单元的控制装置控制地将预先确定的线路终端连接到串行总线上或者将线路终端从串行总线断开。
优选地，所述电子开关设备包括第一电子开关装置和第二电子开关装置，所述线路终端包括第一线路终端元件和第二线路终端元件，其中，所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置彼此反串联地连接，并且，所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置布置成对称地并且受电压控制地分别将所述第一线路终端元件和所述第二线路终端元件连接到所述串行总线的第一信号线路和第二信号线路上或者将所述第一线路终端元件和所述第二线路终端元件从所述第一信号线路和所述第二信号线路同时断开。
优选地，所述第一线路终端元件为欧姆电阻，所述第二线路终端元件为欧姆电阻，并且，所述第一线路终端元件和所述第二线路终端元件串联地连接并且布置成提供用于所述串行总线的物理端部的、具有预先确定的线路终端电阻的端接装置。
优选地，设置具有阻断元件的阻断装置并且设置第三电子开关装置，所述第三电子开关装置布置成通过供给或者不提供(vorenthalten)控制电压来控制所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置，其中，当所述第三电子开关装置不提供所述控制电压给所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置时，所述阻断元件将所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置保持在阻断状态中。
优选地，第一电子开关装置和第二电子开关装置分别为场效应晶体管(fet)。由于总线信号的交变电压特性，场效应晶体管更好地适合作为例如用于接通或者关断终端电阻的双极型晶体管，因为它们可以与双极型晶体管相反地接通双极的电压/电流。
优选地，串行总线为can总线，并且第一电子开关装置和第二电子开关装置布置成在can总线的共模范围内工作。然而，也可以连接其他的差分总线。
优选地，设置电压耦合输出装置，所述电压耦合输出装置布置成以高欧姆的方式耦合输出串行总线的中等总线电压。
优选地，设置电压源产生装置，所述电压源产生装置布置成由耦合输出的中等总线电压产生用于为所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置提供所述控制电压的、低欧姆的电压源，其中，如此产生所述控制电压，使得在所述串行总线的共模范围以内为所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置提供可靠地接通所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置的栅极/源极电压。
优选地，电压源产生装置布置成在所述串行总线的共模范围以内基于所述耦合输出的中等总线电压来为所述第一电子开关装置和所述第二电子开关装置产生所述控制电压，并且，在所述中等总线电压由运行决定地出现偏移的情况下，至少在所述串行总线的共模范围的边界以内跟踪(nachführen)所述控制电压并且与此关联地跟踪所述第一电子开关装置的和所述第二电子开关装置的可切换性。
优选地，设置电压调节装置，所述电压调节装置布置成将通过电压源产生装置产生的控制电压调节到预先确定的值上。
优选地，设置滤波器、抗干扰装置或者用于抑制控制电压上的电压峰值的干扰的积分环节(integrationsglied)，尤其用于产生中等总线电压。
优选地，设置过电压保护装置用于保护电压源产生装置以防过电压。
优选地，设置电压输出端，在所述电压输出端上，为了诊断目的，可以将电压源产生装置的输出电压向外部的装置导出。
附图说明
以下根据优选的实施例参照附图详细地描述本发明。
图1示出用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置的、根据本发明的作为基础的原理性的配置的示意性的示图；
图2示出根据一个优选的实施例的、用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置的局部的示意性的示图；以及
图3以can总线为例示出关于局部的信号变化曲线的示意性的示图。
要指出，在附图中，等效的或者相同地起作用的元件可以具有相同或者至少类似的附图标记并且在这种情况下分别不再次描述。
具体实施方式
图1示出用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置的、根据本发明的作为基础的原理性的配置的示意性的示图。
根据图1，微控制器μc或者其预先确定的端口通过输入端线路/输出端线路或者控制线路与电路装置k连接，在当前的实施例中，所述电路装置k构成用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置。电路装置k包括用于串行总线的端接电阻或者(线路)终端电阻并且布置成借助于电子开关装置或者开关s1、s2将这些端接电阻或者终端电阻按具体情况连接在串行总线的信号线路can_h，can_l上或者将端接电阻或者终端电阻断开。
第一电阻r1和第二电阻r2借助共同的节点串联连接地位于电子开关装置s1、s2之间，第一电容器c1相对于地或者参考电位连接在所述共同的节点上。第一电阻r1、第二电阻r2和电容器c1用于，使所连接的差分总线相对于其中等电压u_rez尽可能对称地终止，因为相对于中等电压u_rez的不对称性可能干扰总线的功能。
图2示出根据一个优选的实施例的、用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置的局部的示意性的示图。
根据图2，根据当前的实施例的电路装置包括第一电容器c1、第一电阻r1、第二电阻r2、运算放大器op1、第一二极管d1(例如10v)和例如设置为齐纳二极管的第二二极管d2、第一晶体管t1、例如可以设有10kω的值的第三电阻r3、第二晶体管t2、第三晶体管t3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、优选以场效应晶体管形式设置的第四晶体管t4、优选也以场效应晶体管形式设置的第五晶体管t5和第二电容器c2。
在当前的实施例中，第四晶体管t4和第五晶体管t5构成具有第一电子开关装置和第二电子开关装置的电子开关设备，并且第五电阻r5和第六电阻r6构成具有第一线路终端元件和第二线路终端元件的、预先确定的线路终端。此外，第四电阻r4构成阻断装置的阻断元件，当开关晶体管t2关断时，所述阻断装置使这两个晶体管t4和t5保持在阻断(关断的状态中)，第二晶体管t2构成第三电子开关装置，第四晶体管t4和第五晶体管t5构成用于阻断这两个开关的阻断装置，所述两个开关将终端电阻连接到总线上，并且第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容器c1构成电压耦合输出装置。
基本上，根据所述实施例的电路装置可以视为位于串行总线的信号线路之间。即，由电路装置所需要的控制和/或供电的一部分来源于串行总路。此外，从电路装置外部供给供电电压，并且，电路装置与到在外部进行控制的电子控制单元或ecu的微控制器μc的端口线路连接或者与来自在外部进行控制的电子控制单元或ecu的微控制器μc的端口线路连接。
详细地，第一电容器c1在一侧位于地或者参考电位上并且在另一侧位于一节点上，该节点也使第一电阻r1和第二电阻r2连接。在第一电容器c1上存在先前提到的中等总线电压u_rez。第一电阻r1的接头中的一个与can信号线路中的一个——在当前的实施例中与can_h——连接，并且，第二电阻r2的接头中的一个与can信号线路中的另一个——在当前的实施例中与can_l——连接。
此外，该节点导至运算放大器op1的正的(“+”)输入端，在当前的配置中，所述运算放大器作为电压跟随器或者阻抗变换器工作。运算放大器的或者阻抗变换器op1的反相(“-”)输入端与第一二极管d1的阳极连接，该第一二极管的阴极通过另外的节点与第三电阻r3连接。第三电阻r3的另一接头位于(供电)电位ub_s上。
此外，运算放大器op1与第一晶体管t1连接，该第一晶体管的集电极在电阻r3之前位于电位ub_s上并且该第一晶体管的发射极与运算放大器op1的正的电压输入端连接。第一晶体管t1的基极与第一二极管d1的阴极和第二二极管d2的阴极连接。
在该实施例中构成抗干扰装置和过电压保护装置的第二二极管d2设置用于抑制控制电压vcc上的过高的电压峰值的干扰并且设置为用于运算放大器op1的过电压保护。运算放大器的负的电压输入端与地或者参考电位连接并且与第二二极管d2的阳极连接。
在这里使用的配置中，作为电压跟随器或者阻抗变换器工作的运算放大器op1构成非反相的(线性)放大器，所述放大器的反相输入端直接与输出端连接。直接的负反馈产生放大因子1，从而输出电压在正常功能的情况下恰好与输入电压一致并且输出电压直接跟随输入电压。因为正的输入端的输入端电阻非常大，并且，与之相比，输出端电阻非常小，所以运算放大器op1作为在高欧姆的电压源(在这里，以高欧姆的方式耦合输出的中等总线电压u_rez)和后续的低欧姆负载之间的缓冲器起作用。因此，使在输入端上的高欧姆的电压源最小地负荷并且使其在电压高度方面尽可能小地失真。因此，作为阻抗变换器的运算放大器op1可以由相对高欧姆的电压源(即耦合输出的中等总线电压)作出或者产生低欧姆的、可通过时序控制电路负荷的电压源并且因此在该实施例中与第一二极管d1、第三电阻r3和第一晶体管t1连接地构成电压源产生装置或电压调节装置。
其他的放大因子自然是可能的。
在当前的实施例中，例如为了诊断目的和诸如此类的，可以将在运算放大器op1的输出端上的电压(接近u_rez，该电压也位于第一二极管d1的阳极上)供给给微控制器μc的模拟/数字端口或者a/d端口，并且，在位于边界值以下或者以上的值的情况下在总系统中、例如在车辆中触发故障信息。
在当前的实施例中，此外，借助在该配置中构成稳定电路的第一(齐纳)二极管d1和第三电阻r3以适宜的方式产生用于op1的供电电压。具体地，如下描述电路：op1通过电压vcc供电。在假定直接在接通ecu之后op1的输出端还位于接近0v的未定义的电压上的情况下，通过z-二极管d2将vcc限制在d2的电压值(例如20v)上。op1检测到中等总线电压u_rez并且在op1的输出端上低欧姆地耦合输出中等总线电压u_rez，d1的阳极连接到op1的输出端上。因此产生vcc为vcc＝u_rez+ud1，即vcc现在通过op1调节并且不再通过ud2调节。以下适用：ud1<ud2，并且，vcc必须总是小于两个fet(t4/t5)的允许的ugs。
根据图2，在根据所述实施例的电路装置中，此外，第二晶体管t2的发射极位于电压vcc上，第二晶体管t2的基极与第七电阻r7连接，并且第七(必要时请改编号！)电阻r7的另一侧与第三晶体管t3的集电极连接，并且第二晶体管t2的集电极与第四(场效应)晶体管t4的栅极、第五(场效应)晶体管t5的栅极并且与第四电阻r4的接头中的一个接头连接。端接接通信号或者断开信号由外部电子控制单元的微控制器μc供给给第三晶体管t3的基极，并且第三晶体管t3的发射极与地或参考电位连接。
此外，在第四晶体管t4的情况下，第四晶体管的漏极与较高电平的总线线路can_h连接并且第四晶体管的源极与第五电阻r5的一个接头连接，而在第五晶体管t5的情况下，第五晶体管的漏极与较低电平的总线线路can_l连接并且第五晶体管的源极与第六电阻r6的一个接头连接。第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6的分别另外的接头在共同的节点上聚集，第二电容器c2也与该共同的节点连接，所述第二电容器的另外的接头位于地或者参考电位上。就此而言，在该配置中，第四晶体管t4和第五晶体管t5反串联地布置(相应的源极区通过电阻r5、r6位于共同的节点上)。要指出，在第二电容器c2上也存在中等总线电压u_rez。
以下进一步参照图3补充地和详细地阐述到目前为止参照图2描述的电路装置的功能原理。
根据当前的实施例，在该实施例中构成端接装置的这两个终端电阻或者端接电阻、即第五电阻r5和第六电阻r6对称地或者同时与这两个场效应晶体管、即第四晶体管t4或者第五晶体管t5连接。
两个fett4、t5彼此反串联地连接，并且，在导通的状态中，两个电阻r5、r6连接到所连接的总线上。fet受电压控制、即无电流。
在此，第四电阻r4布置成只要第二晶体管t2没有提供电压信号，即不提供这样的电压信号给第四和第五晶体管t4、t5，就使两个场效应晶体管t4、t5保持阻断。这相当于以下状态：在所述状态中，端接电阻r5、r6从串行总线断开或者关断。
为了接通，场效应晶体管t4、t5需要至少5v的栅极/源极电压或者接通电压或者控制电压vcc。优选地，控制电压vcc应为至少10v，最大大约20v。因为不允许限制串行总线的共模(gleichtakt-bzw.commonmode)范围，例如在该实施例中使用的can总线中，所述共模范围在-5v和+12v之间，因此，在该总的共模范围内的控制电压vcc必须能够提供至少5v或者优选10v的栅极/源极电压。
图3以can总线为例示出关于局部的信号变化曲线的示意性的示图，更准确地，在显性状态和隐性状态之间切换时关于在can线路上的电压改变。
在静止状态中，两个总线线路位于相同的预先设定的2.5v的静电平(ruhepegel)上。该静电平也称作隐性状态。在显性状态中，在can-high线路上的电压超过隐性电平上升至少1v。在can-low线路上的电压在隐性电平以下下降至少1v。由此得出，在can-high线路上的电压在激活状态中上升到至少3.5v(2.5v+1v＝3.5v)，并且，在can-low线路上的电压下降到还最大1.5v(2.5v-1v＝1.5v)。因此，在can-high线路和can-low线路之间的电压差在隐性状态中为0v并且在显性状态中为至少2v。
因此，为了获得以上提到的控制电压，基于以上所提到的，在该实施例中，通过像这样相同地构造的第一和第二电阻r1、r2和作为滤波器的第一电容器c1以高欧姆的方式从can总线中耦合输出中等总线电压u_rez(如以上说明的那样，例如+2.5v)。在这里，高欧姆的耦合输出确保总线的尽可能小的影响。作为阻抗变换器工作的运算放大器op1将耦合输出的中等总线电压u_rez如以上描述的那样转换成低欧姆的电压源。从运算放大器op1的输出端出发，第一(齐纳)二极管d1以例如10v连接到作为串联电阻(vorwiderstand)工作的第三电阻r3上和作为串联晶体管
如果第四晶体管t4和第五晶体管t5接通，则耦合输出的中等总线电压u_rez也存在于两个终端电阻或者端接电阻r5、r6的和第二电容器c2的节点或者中点上。此外，耦合输出的中等总线电压u_rez存在于第四晶体管t4的和第五晶体管t5的两个源极接头上。为了接通第四晶体管t4和第五晶体管t5，在晶体管t4、t5上的栅极/源极电压必须为至少5v。为此，控制电压vcc必须大于耦合输出的中等总线电压u_rez+5v。当前的实施例的电路装置设计用于大约10v的栅极/源极电压，并且，因此可以使第四晶体管t4和第五晶体管t5完全地导通。第四晶体管t4的和第五晶体管t5的导通或者接通的状态相当于以下状态：在所述状态中，端接电阻r5、r6接通或者连接到串行总线上。
以下进行串行总线的共模范围的边界考虑，所述共模范围如以上所提到的那样不允许被限制并且所述共模范围位于大约-5v和+12v之间。
如果由于例如总线故障或者接地偏移而使中等的总线电压或者信号电压或者共模电压向作为共模范围的上边界的最大12v偏移，则运算放大器op1跟踪控制电压vcc到该水平上，并且，在这种情况下，第一晶体管t4和第二晶体管t5相应地借助大约22v的栅极/源极电压控制。因此，通过根据当前的实施例的电路装置，共模范围在该方向上不被限制。
如果与之相对地，耦合输出的中等总线电压u_rez下降到地电位或者参考电位(例如gnd)以下，则运算放大器op1的输出端保持地电位或者参考电位。在这种情况下，控制电压vcc由于第一二极管d1而无论如何达到大约10v，并且，第四晶体管t4和第五晶体管t5与大约10v或者15v的栅极/源极电压可靠地接通。因此，通过根据当前的实施例的电路装置，共模范围在该方向上也不被限制。
因此，以上已经描述了一种用于串行总线的可切换的线路终端的电路装置，所述电路装置包括电子开关设备t4、t5，所述电子开关设备连接在串行总线的信号线路之间并且布置成受电子控制单元的控制装置控制地将预先确定的线路终端连接到串行总线上或者使线路终端从串行总线断开。电子开关设备t4、t5包括第一电子开关装置和第二电子开关装置t4、t5，并且，线路终端r5、r6包括第一线路终端元件和第二线路终端元件r5、r6。第一电子开关装置和第二电子开关装置t4、t5彼此反串联地连接并且布置成对称地并且受电压控制地分别将第一线路终端元件和第二线路终端元件(r5、r6)连接到串行总线的第一信号线路和第二信号线路can_h、can_l上或者将第一线路终端元件和第二线路终端元件(r5、r6)从所述第一信号线路和第二信号线路can_h、can_l断开。
换言之，电子开关设备t4、t5包括第一电子开关装置t4和第二电子开关装置t5，并且，线路终端r5、r6包括第一线路终端元件r5和第二线路终端元件r6。第一电子开关装置t4位于串行总线的第一信号线路can_h和第一线路终端元件r5之间并且布置成受电压控制地将第一线路终端元件r5连接到串行总线的第一信号线路can_h上或者从其断开。第二电子开关装置t5位于串行总线的第二信号线路can_l和第二线路终端元件r6之间并且布置成受电压控制地将第二线路终端元件r6连接到串行总线的第二信号线路can_l上或者从其断开。第一电子开关装置和第二电子开关装置t4、t5彼此反串联地连接并且可控制用于使第一线路终端元件r5和第二线路终端元件r6对称地连接并且使它们与串行总线的相应的信号线路can_h、can_l连接或者与其分开。
不言而喻地，本发明不限于以上具体描述的实施例，而是引起等效的、可比的或者类似的配置的改动对于本领域工作人员而言容易地显而易见并且因此不可评定为与本发明的如在接下来的权利要求中限定的主题偏离。
附图标记列表
k电路装置
μc微控制器
c1第一电容器
c2第二电容器
t1第一晶体管
t2第二晶体管
t3第三晶体管
t4第四晶体管
t5第五晶体管
r1第一电阻
r2第二电阻
r3第三电阻
r4第四电阻
r5第五电阻
r6第六电阻
r7第七电阻
d1第一二极管
d2第二二极管
op1运算放大器
vcc控制电压
ub_s供电电压
u_rez中等总线电压