用于在串行通信总线系统中传输数据的方法、参与者及通信总线系统与流程

本发明涉及一种用于在串行通信总线系统中传输数据的方法。在该通信总线系统中，总线主机与大量参与者的串联电路串联连接。所述通信总线系统具有用预给定的共模目标电平运行的差分双线数据总线，该双线数据总线用于借助于差分电信号将数据从所述总线主机传输到至少一个所述参与者。在所述总线主机的总线连接端和所述参与者的串联电路中与所述总线主机相邻的参与者之间存在双线线路区段。这种双线线路区段还将所述参与者的串联电路内的参与者连接起来。每个参与者都具有输入端和输出端，所述输入端具有两个连接到双线线路区段的输入连接端，所述输出端也具有两个连接到双线线路区段的输出连接端。除了所述参与者的串联电路的最后一个参与者之外，输出端均与双线线路区段连接。此外，本发明涉及一种供用于在串行通信总线系统中传输数据的方法使用的参与者。最后，本发明还涉及具有多个这种参与者并且用于数据传输的通信总线系统。

背景技术：

1、这种菊花链通信总线系统原则上是已知的，并且由于其简单的结构和由此带来的成本有利的构造而被优先用于涉及经由串行电信号的传输来控制通信总线系统的参与者的情况。在此，参与者在其输入端处从其与总线主机(即上游)相邻的参与者的输出端接收数据流，识别该数据流并在其输出端处产生相同的数据流以转发到其下游的相邻参与者(如果数据流不是或不仅仅是为所述参与者确定的)。菊花链通信总线系统特别适合于车辆内部和外部的光技术应用，而且例如用于环境光应用。

2、菊花链通信总线系统的某种缺点在于，总线上的通信原则上总是从总线主机到至少一个(或所有)参与者地进行。然而，有时希望参与者至少向总线主机回报状态信息，例如对分配给参与者的地址的确认。

3、这种所谓“上游”通信信道的概念描述在us-a-5 485 488和us-b-6 813 483中。然而，这些概念的实施相对费事。

技术实现思路

1、在这方面，本发明的任务是创建一种用于在串行通信总线系统中沿着与使用差分电信号从一个或多个参与者到总线主机的通信方向相反的通信方向进行通信的简化概念。de-b-10 2018 104 865公开了一种用于操控机动车辆模块的电气组件和/或电子组件的设备以及这种具有利用时钟同步的自动模块寻址的机动车辆模块。

2、为了解决这个问题，本发明提供了一种用于在串行通信总线系统中传输数据的方法，其中总线主机和作为串联电路的大量参与者与所述总线主机的总线连接端和参与者之一之间的双线线路区段连接，并且与差分双线数据总线的每个将相邻参与者连接的双线线路区段连接，所述差分双线数据总线将在预给定的共模目标电平下运行并且用于借助于差分电信号(例如差分电压信号)将数据从所述总线主机传输到至少一个所述参与者，其中每个参与者具有输入端和输出端，所述输入端具有连接到双线线路区段的两个输入连接端，所述输出端具有两个也连接到双线线路区段的输出连接端，其中在该方法中-数据经由所述双线数据总线在与借助于差分电信号的数据传输相反的方向上从第一参与者传输到所述总线主机，其方式是

3、a)第一参与者在其输入连接端处为了借助于非差分信号将数据传输到经由双线线路区段连接的相邻的第二参与者，重复地以脉冲方式馈入或提取具有预给定大小的数据传输电流，

4、b)第二参与者在其输出连接端处为了保持预给定的共模目标电平，重复地以脉冲方式提取或馈入与所述数据传输电流相对应的补偿电流，其中在所述第二参与者中产生的、具有保持共模目标电平所需的大小的补偿电流脉冲代表从所述第一参与者到所述第二参与者的二进制数据传输，

5、c)所述第二参与者在其输入连接端处为了借助于非差分信号将数据传输到经由双线线路区段相邻的第三参与者，重复地以脉冲方式馈入或提取具有预给定大小的数据传输电流，

6、d)对布置在所述第一参与者和所述总线主机之间的每个参与者执行步骤b)和c)，以及

7、e)所述总线主机在其与双线线路区段连接的总线连接端处为了保持预给定的共模目标电平，重复地以脉冲方式提取或馈入补偿电流，其中在所述总线主机中产生的、具有保持所述共模目标电平所需的大小的补偿电流脉冲代表从经由双线线路区段与所述总线主机连接的参与者到所述总线主机的二进制数据传输，由此完成了从所述第一参与者到所述总线主机的数据传输。

8、本发明利用将共模电平调节至其目标电平的分析。当没有数据传输时，将双线数据总线的两个线路保持在相对于同一个参考电势(例如地)的公共电压电平。现在，为了将数据从总线主机出发朝最后一个参与者的方向在参与者之间传输，以已知的方式传输差分电信号，其方式是参与者在其输入端处将电流馈入一个双线线路并从另一个双线线路提取电流。由于两个双线线路之间存在电阻(即例如终端电阻)，这会在下游的相邻参与者的输入端处产生差分电压，将对所述差分电压进行评估。

9、根据本发明，现在为了朝相反方向(即从参与者到总线主机)传输数据，参与者在其输入连接端处以脉冲方式重复地馈入电流。该电流在下文中被称为数据传输电流。该电流具有预给定的大小。馈入(或提取)该脉冲式数据传输电流的结果现在是，输出端连接到所述参与者的输入端的参与者尝试保持所述双线线路区段上的共模目标电平。为此，该参与者在其输出端处将补偿电流馈入所述双线线路区段中，如果相邻参与者已经为了数据传输而提取了数据传输电流的话。如果该参与者为了数据传输而馈入数据传输电流，则相邻参与者在其输出端处提取补偿电流，从而共模目标电平保持被调控并且因此不会产生共模目标电平的变化，并且尤其是不会产生共模目标电平的突然变化。这种突然变化会导致额外的emf问题，其影响又必须通过对策来加以补偿。这些对于本发明都是不需要的。

10、因此通过这个概念，实现了数据从上述第一参与者到其相邻参与者的传输。在此情况下至关重要的是，共模目标电平在所述双线线路区段上不改变。因此，对于数据传输来说例如不使用共模电平跳变等，而是分析调控和保持共模目标电平所需的补偿电流，并将该补偿电流的脉冲式变化解释为所述参与者处的二进制数据传输。

11、为了使连接两个参与者的双线线路区段上的共模目标电平最终不变，补偿电流应当能够比数据传输电流变化得更快。因此，如果两个电流可以以可通过时间常数描述的变化率变化，则补偿电流变化的时间常数小于数据传输电流变化的时间常数。因此，由于在参与者的输入端处馈入或提取数据传输电流而导致的共模目标电平的最小偏差可以立即通过在相邻参与者的输出端处提取或馈入补偿电流来得到补偿，使得共模目标电平在数据传输期间保持不变。

12、因此，为了使参与者与总线主机或其最靠近总线主机的相邻参与者进行通信，根据本发明评估调节信号，利用该调节信号来操控总线主机或相邻参与者的提供补偿电流的电流源(电流源的调节变量)。共模电平或该电平与目标电平的偏差对于数据传输和总线上游传输的数据的评估不起作用。

13、因此，上述数据传输从参与者到相邻参与者再到参与者的串联电路中与总线主机连接的参与者连续地进行。如果向总线主机传输数据的参与者是与总线主机相邻并经由双线线路区段与该总线主机连接的参与者，则数据传输通过由该参与者在其输入连接端处重复地以脉冲方式馈入或提取数据传输电流以及通过由总线主机在其总线连接端处重复地以脉冲方式提取或馈入补偿电流来进行。

14、在串行通信总线系统的正常运行期间，共模目标电平会经受波动，所述波动例如可能由于电磁影响而产生。因此，持续地调节到目标电平。现在，为了将“打算”用于数据传输的对共模电平的影响识别为用于向总线主机进行数据传输的影响，适宜的是，以脉冲方式馈入或提取数据传输电流的重复率以小于或等于第一截止频率的频率进行，其中仅将在参与者的输出连接端处或在总线主机的总线连接端处这种馈入或这种提取补偿电流解释为经由双线线路段的以下数据传输，该数据传输的重复率小于或等于第一截止频率。

15、根据本发明，可以在上述根据本发明的用于将数据从参与者传输到总线主机的方法中使用的参与者设置有

16、-具有两个输入连接端的输入端和具有两个输出连接端的输出端，

17、-可控的数据传输电流源，用于在两个输入连接端处重复地以脉冲方式馈入或提取数据传输电流以用于将数据传输到另一个参与者，所述另一个参与者的输出连接端与所述参与者的输入连接端连接，

18、-调节回路，用于在两个输出连接端处保持预给定的共模目标电平，以及

19、-可控的补偿电流源，用于在输出连接端处重复地以脉冲方式提取或馈入补偿电流，

20、-其中所述调节回路具有操控所述补偿电流源的调节信号，用于为了保持预给定的共模目标电平的目的而馈入或提取补偿电流，基于所述调节信号，当所述调节信号的变化超过预给定的每单位时间最小数值时，能够控制所述数据传输电流源在两个输出连接端处重复地以脉冲方式馈入和提取数据传输电流。

21、如上所述，共模目标电平在下游的更远离总线主机的相邻参与者上借助于来自每个参与者的调节回路来调节。现在如果控制参与者的补偿电流源的调节信号每单位时间的变化超过预给定的最小量，则这表明数据以二进制形式传输。这里，为了区分共模目标电平的“正常”调控与用于数据传输的调控，仍然以具有以下频率的重复率以脉冲方式馈入或提取数据传输电流，所述频率小于或等于第一截止频率，并且可以将所述调节信号输送给具有第一截止频率的第一低通滤波器。

22、根据本发明的一种可以有利地与根据本发明的上述方法以及根据本发明的上述参与者组合应用的变型，还可以选择性地通过以下方式将共模通信信道(即共模目标电平与目标值的最小偏差的调节)用于将数据从所述总线主机传输到所述参与者之一以及因此在与借助于差分电信号进行数据传输相同的数据传输方向上从所述总线主机传输到至少一个所述参与者，即

23、-所述总线主机在其总线连接端处将所述共模电平重复地以脉冲方式从目标电平开始改变位于预给定范围内的值，

24、-在经由双线线路区段与所述总线主机连接的第一参与者中识别在其输入连接端处所述共模电平改变了预给定的值，

25、-这代表借助于非差分电信号(例如非差分电压信号)从所述总线主机到所述第一参与者的二进制数据传输。

26、在本发明的该变型中，总线主机重复地以脉冲方式影响共模电平，而且是从目标电平开始并且改变位于预给定范围内的值。这种改变在与总线主机连接的参与者的输入端处被感测到，并被解释为二进制数据传输。所述参与者现在又在自己这一侧改变以下双线线路区段上的共模电平，其输出连接端经由该双线线路区段连接到参与者的串联电路中下一个参与者的输入连接端。于是，这种连续的二进制数据传输在参与者之间继续下去。

27、这里，同样在有利的扩展中，所述共模电平以脉冲方式改变预给定值的重复率以小于或等于第二截止频率的频率进行，并且只有在参与者中识别出的共模电平改变预给定值才被解释为从总线主机到参与者的以下二进制数据传输，该二进制数据传输的重复率等于或小于第二截止频率。因为即使在非差分的二进制数据传输时，由打算的二进制数据传输感应出的共模电平偏差也必须能够与共模电平的“正常”偏差区分开来，该正常偏差可能是在通信总线系统的运行时特别是由于来自外部的电磁影响而产生的。

28、如果现在想要共同使用本发明的两个变型，则两个截止频率应当不同，而且相差至少10倍或100倍或1000倍，其中特别有利的是，所述第二截止频率低于所述第一截止频率。由此通过非差分信号从总线主机到参与者的传输的带宽小于通过非差分信号从参与者或参与者之一到总线主机的二进制数据传输的带宽。两个非差分数据传输信道又具有比所述通信总线系统的借助于差分电压信号工作的数据传输信道更小的带宽。

29、如上所述，可以用于借助于诸如差分电压信号的非差分电信号的附加下游传输信道的参与者根据本发明设置有

30、-可控的参考电压源，用于在输出连接端处将共模电平重复地以脉冲方式相对于预给定的目标电平改变位于预给定范围内的值，以及

31、-检测电路，用于识别输入连接端处的共模电平相对于目标电平偏差了预定值，并在识别出所述共模电平偏差了预给定的最小值时输出检测信号，

32、-其中能够基于所述检测电路的检测信号控制所述参考电压源以改变所述共模电平。

33、对于这种参与者有利的是，以小于或等于第二截止频率的重复率以脉冲方式改变所述共模电平，并且能够将所述检测信号输送给具有所述第二截止频率的第二低通滤波器。

34、这里也适用的是，当使用可以通过非差分电压信号实现二进制数据传输的参与者时，两个截止频率彼此相差至少10倍或100倍或1000倍，其中适宜的是，所述第二截止频率低于所述第一截止频率。

35、本发明特别适用于lvds总线系统(low voltage differential signal，低电压差分信号)。lvds总线系统现在还可以例如在车辆内用于内部空间照明或用于环境光应用。这种系统的硬件被成本有利且简单地设计，这对于大规模应用特别有利，这在汽车领域是期望的。

36、上述发明还可以与用于自动对菊花链总线系统的参与者进行寻址的方法组合使用，该方法是本技术人2020年12月29日的欧洲专利申请2020 217 493.4的主题，该申请的主题由此通过引用并入本专利申请的内容。

37、此外，根据本发明的方法还可以与用于桥接菊花链总线系统中的非功能性参与者的方法组合使用，该方法是本技术人2020年12月29日的欧洲专利申请20 217 497.5的主题，其主题由此通过引用并入本专利申请的内容。