用于檢測差分總線上的故障的方法、裝置和電路裝置制造方法
【專利摘要】示例性實施例涉及一種用于檢測差分總線上的故障的方法。該方法可以包括：基于最小負載和最大負載確定差分總線的允許電壓范圍；將差分總線電壓與允許電壓范圍進行比較；在差分總線電壓在允許電壓范圍之外的情形下，確定故障狀態(tài)。
【專利說明】用于檢測差分總線上的故障的方法、裝置和電路裝置

【技術領域】
[0001] 本公開涉及電路【技術領域】，并且更具體而言涉及用于檢測差分總線上的故障的方 法、裝置和電路裝置。

【背景技術】
[0002] 由于網(wǎng)絡參數(shù)、接地偏移、共模扼流圈（CMC)效應以及外部干擾等的高可變化性， 所以檢測高速網(wǎng)絡中的故障可以呈現(xiàn)復雜的任務。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本公開的一個方面，提供一種用于檢測差分總線上的故障的方法，所述方法 包括：基于最小負載和最大負載檢測所述差分總線的允許電壓范圍；將差分總線電壓與所 述允許電壓范圍進行比較；在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下，確定 故障狀態(tài)。
[0004] 根據(jù)本公開的另一方面，提供一種用于檢測差分總線上的故障的設備，其中，所述 設備包括處理單元，所述處理單元用于：基于最小負載和最大負載確定所述差分總線的允 許電壓范圍；將差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較；在所述差分總線電壓在所述 允許電壓范圍之外的情形下，確定故障狀態(tài)。
[0005] 根據(jù)本公開的又一方面，提供一種用于檢測差分總線上的故障的設備，所述設備 包括：用于基于最小負載和最大負載確定所述差分總線的允許電壓范圍的裝置；用于將差 分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較的裝置；用于在所述差分總線電壓在所述允許電 壓范圍之外的情形下確定故障狀態(tài)的裝置。
[0006] 根據(jù)本公開的又一方面，提供一種用于檢測差分總線上的故障的電路裝置，所述 差分總線包括第一總線接線和第二總線接線，所述電路裝置包括：用于儲存所述第一總線 接線與所述第二總線接線之間的差分總線電壓的存儲器，基于最小負載和最大負載提供允 許電壓范圍的單元，用于將儲存在所述存儲器中的所述差分總線電壓與所述允許電壓范圍 進行比較的比較器單元，切換單元，所述切換單元用于：在加載階段（phase)將所述總線接 線連接至所述存儲器；在比較階段將所述存儲器和用于提供所述允許電壓范圍的單元連接 至所述比較器單元，其中，在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下，所述比 較器單元檢測所述故障。
[0007] 根據(jù)本公開的又一方面，提供一種系統(tǒng)，包括上述的至少一個設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 參考附圖對實施例進行了示出和圖示。附圖用于圖示基本原理，因此僅圖示了理 解基本原理所需的方面。附圖不一定按照比例制成。在附圖中，相同的附圖標記表示相似 的特征。
[0009] 圖1示出了 FlexRay網(wǎng)絡的示意圖；
[0010] 圖2示出了包括切換網(wǎng)絡、參考發(fā)生器和比較器以及用于確定故障狀況的邏輯電 路裝置的故障檢測電路的示意圖概念；
[0011] 圖3示出了包括根據(jù)圖2的示意圖的多個信號的邏輯圖；
[0012] 圖4示出了在信號Data_l的傳輸期間FlexRay發(fā)射器的示意電路圖；
[0013] 圖5不出了在信號Data_0的傳輸期間圖4中的FlexRay發(fā)射器；
[0014] 圖6示出了處理由圖2所示電路提供的信號Comp OUTPUT的示意電路圖；
[0015] 圖7示出了包括根據(jù)圖2和圖6的示意電路圖的多個信號的邏輯圖；
[0016] 圖8示出了在發(fā)射器的輸出級中可以確定高側(cè)電流iHS和低側(cè)電流込的情況下參 考發(fā)生器的示例性實施方式；
[0017] 圖9示出了在高側(cè)電流iHS和低側(cè)電流込不能隔離的情況下基于圖4和圖5的發(fā) 射器的輸出級，該發(fā)射器具有集成的電阻器r min和rmx ;
[0018] 圖10示出了根據(jù)圖9的參考發(fā)生器的替代實施方式；
[0019] 圖11示出了包括根據(jù)圖8和圖10的示意圖的多個信號的邏輯圖；
[0020] 圖12示出了包括基于圖2和圖6所示電路裝置的多個信號的邏輯圖，其中，參考 發(fā)生器可以根據(jù)圖8和圖10所示的電路裝置來實施；
[0021] 圖13示出了包括基于圖2和圖6所示電路裝置的多個信號的邏輯圖，其中，參考 發(fā)生器可以根據(jù)圖8或圖10所示電路裝置來實施，圖示了如何通過利用固定延遲T FIX可以 更快地獲得電路OUTPUT信號處的結(jié)果；
[0022] 圖14示出了示例表，該示例表總結(jié)了與滿足（或未滿足）故障狀況（比較）相關 的多種故障類型。

【具體實施方式】
[0023] 第一實施例涉及一種用于檢測差分總線上的故障的方法，其包括步驟：
[0024] -基于最小負載和最大負載來確定差分總線的允許電壓范圍；
[0025] -將差分總線電壓與允許電壓范圍進行比較；
[0026] -如果差分總線電壓在允許電壓范圍之外，則確定故障狀態(tài)。
[0027] 第二實施例涉及一種用于檢測差分總線上的故障的設備，其中，該設備包括處理 單元，該處理單元被布置用于：
[0028] -基于最小負載和最大負載確定差分總線的允許電壓范圍；
[0029] -將差分總線電壓與允許電壓范圍進行比較；
[0030] -如果差分總線電壓在允許電壓范圍之外，則確定故障狀態(tài)。
[0031] 第三實施例涉及一種用于檢測差分總線上的故障的設備，所述設備包括：
[0032] -用于基于最小負載和最大負載來檢測差分總線的允許電壓范圍的裝置；
[0033] -用于將差分總線電壓與允許電壓范圍進行比較的裝置；
[0034] -用于如果差分總線電壓在允許電壓范圍之外則確定故障狀態(tài)的裝置。
[0035] 第四實施例涉及一種用于檢測差分總線上的故障的電路裝置，差分總線包括第一 總線接線和第二總線接線，該電路裝置包括：
[0036] -用于儲存第一總線接線與第二總線接線之間的差分總線電壓的存儲器，
[0037] -基于最小負載和最大負載提供允許電壓范圍的單元，
[0038] -用于將儲存在存儲器中的差分總線電壓與允許電壓范圍進行比較的比較器單 元，
[0039] -切換單元，切換單元用于：
[0040] -在加載階段將總線接線連接至存儲器；
[0041] -在比較階段將存儲器和用于提供允許電壓范圍的單元連接至比較器單元，
[0042] -其中，如果差分總線電壓在允許電壓范圍之外，則比較器單元檢測到故障。
[0043] 第五實施例涉及一種包括本文所述的至少一個設備的系統(tǒng)。
[0044] 示例具體涉及差分數(shù)據(jù)總線環(huán)境（例如，網(wǎng)絡）中的總線故障（例如，總線物理故 障）的檢測，在這類差分數(shù)據(jù)總線環(huán)境中，差模數(shù)據(jù)可以用于數(shù)據(jù)傳輸。一種示例性差分 總線環(huán)境采用FlexRay協(xié)議。FlexRay協(xié)議的詳細內(nèi)容參見http://en. wikipedia. org/ wiki/FlexRay。另一示例為 CAN 總線（同樣參見例如 http: //en. wikipedia. org/wiki/ Controller area network)。
[0045] 采用能夠進行對稱傳輸?shù)牟罘挚偩€的方法尤其有用。這類總線可以基于例如 FlexRay 協(xié)議。
[0046] 例如，在CAN系統(tǒng)中，所允許的差模（DM)負載R_可以在50 Ω和65 Ω之間的范 圍內(nèi)；在FlexRay系統(tǒng)中，DM負載1?_可以在40 Ω和55 Ω之間的范圍內(nèi)。然而，不同的數(shù) 量或范圍也可以適用于此處所提到的系統(tǒng)或其它系統(tǒng)。
[0047] 經(jīng)受檢測的故障可以是如下故障中的至少一種：
[0048]-斷裂的總線接線（例如，總線的一條或兩條接線斷裂）；
[0049] -彼此短路的總線接線（存在或不存在接至固定電壓的附加短路）；_總線的一條 接線例如短路至接地（GND)、電源電壓（V cc)或電池電壓（VBAT)。
[0050] 本文的示例可以用在各種使用情況中，尤其可以用在汽車環(huán)境中，例如在交通工 具中操作的總線系統(tǒng)中。
[0051] 可以根據(jù)例如EPL(EPL :電氣物理層）規(guī)范預先限定FlexRay或CAN系統(tǒng)的（總 的）DM負載的范圍。該DM負載的范圍在本文中也稱為"DM負載要求"。
[0052] DM負載要求可以用于檢測數(shù)據(jù)總線接線上的物理故障。當發(fā)射器的"等效DM負 載"（即，VDM/I DM，總線上基于生成的DM電流的DM電壓）不滿足DM負載要求時，可以指示 (例如，標記）故障。
[0053] 所提出的方案的一個示例可以是FlexRay系統(tǒng)或網(wǎng)絡，將在后文對其進行說明。 然而，該方案不限于FlexRay場景，其可以用在任何其它DM系統(tǒng)中，尤其可以用在CAN網(wǎng)絡 中。
[0054] 圖1示出了包括總線接線101和102、第一網(wǎng)絡節(jié)點103和第二網(wǎng)絡節(jié)點104的 FlexRay網(wǎng)絡的示意圖。多于兩個的網(wǎng)絡節(jié)點可以連接至總線接線101和102。每個網(wǎng)絡 節(jié)點103U04包括用于跨總線接線101U02傳送數(shù)據(jù)的發(fā)射器和接收器（"發(fā)射器"和"接 收器"也可組合稱為"收發(fā)器"）。在總線的兩端處，總線接線1〇1、1〇2經(jīng)由端接電阻器105 和106彼此連接（每個電阻器也稱為"端子"）。
[0055] 斷裂的接線：
[0056] 高頻網(wǎng)絡通常以兩個相等的DM阻抗端接，這兩個相等的DM阻抗基本上彼此并聯(lián) 連接。每個端子可以連接至（數(shù)據(jù)）總線的一端以避免反射。在一條或兩條斷裂總線接線 的情況下，網(wǎng)絡分為兩個子網(wǎng)絡。這兩個子網(wǎng)絡在兩個端子中的一個端子上大體上彼此獨 立地繼續(xù)工作。影響傳輸節(jié)點的等效DM負載是無錯誤情況下的負載的兩倍。對于CAN而 言，該DM負載可以介于100 Ω和130 Ω之間，而對于FlexRay而言，該DM負載可以介于80 Ω 和110Ω之間。因此，可以檢測到斷裂的接線的故障。
[0057] 彼此短路的總線接線:
[0058] 在這種情況下，DM負載很低且趨于0,這便能夠檢測到該類故障。
[0059] 短路至接地的一個總線接線:
[0060] 高側(cè)和低側(cè)之間的網(wǎng)絡對稱性（在Vcc/2處）失調(diào)。高的共模（CM)電流生成并通 過端子流入接地。該高CM電流生成差模電壓分量，該差模電壓分量加入到DM電流生成的 普通電壓中。影響發(fā)射器的"有效DM負載"(VDM/IDM，總線上基于生成的DM電流的DM電壓） 不滿足DM負載要求。
[0061] 故瞳檢測：
[0062] 因而，在數(shù)據(jù)傳輸期間，基于總線上DM電壓的預定"在線"允許范圍和將總線上的 有效電壓與該允許范圍進行比較，可以檢測故障。
[0063] 通過如下方式可以從在發(fā)射器的輸出級中經(jīng)測量的高側(cè)電流和低側(cè)電流生成允 許的DM電壓范圍：
[0064] (1)在信號 Data_l 期間：
[0065] RmIN · iDMl〈 Vmallowed〈 RmAX · IdMI
[0066] 其中：
[0067] iDM1為第一信號Data_l期間的有效（尤其是，經(jīng)測量的）DM電流；
[0068] RMra為預定的（例如，由某個規(guī)范預定的）最小負載；
[0069] Rjm為預定的（例如，由某個規(guī)范預定的）最大負載；以及
[0070] VTX1為在第一信號Data_l期間傳輸節(jié)點的接收器處的允許的DM電壓。
[0071] (2)在信號 Data_0 期間：
[0072] RmAX · iDMCI〉VTXCIallowed〉RmIN · iDMO
[0073] 其中：i_為在信號Data_0期間的有效（尤其是，經(jīng)測量的）DM負電流；以及
[0074] VTX(lallOTed為在第一信號Data_0期間傳輸節(jié)點的接收器處的允許的DM服電壓。
[0075] 所提供的方案尤其允許將信號"Data_l"（VTX1)和/或"Data_0"（VTX0)期間總 線上的差模電壓（也稱為DM總線電壓）與允許的DM總線電壓范圍進行比較，該允許的DM 總線電壓范圍例如根據(jù)在考慮的收發(fā)器中流動的DM電流限定。Data_l可以指示與邏輯"1" 對應的信號，而Data_0可以指示與邏輯"0"對應的信號。Data_0和Data_l都是可以用于 對差分總線系統(tǒng)上的單個比特信息進行編碼的差分信號。
[0076] DM電流（iDM1和i_)可以為正電流，從而離開正的總線接線（BP)并且進入負的 總線接線（BM);或者，在CAN系統(tǒng)的情況下，離開CANH( "H"對應于"高"電位）并且進入 CANL( "L"對應于"低"電位）。因而，DM電流可以如下限定：
[0077] 對于FlexRay而言

【權利要求】
1. 一種用于檢測差分總線上的故障的方法，包括： 基于最小負載和最大負載檢測所述差分總線的允許電壓范圍； 將差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較； 在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下，確定故障狀態(tài)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括： 基于至少一個經(jīng)測量的差模電流確定所述差分總線的所述允許電壓范圍。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，將差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較 包括： 基于所述最小負載和所述最大負載針對第一信號進行比較； 基于所述最小負載和所述最大負載針對第二信號進行比較。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述第一信號和所述第二信號為所述差分總線 的兩個總線線路之間的差分信號。
5. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，針對所述第一信號進行的比較包括： Rmin · IdMI〈 VtXI〈 RmAX · IdMI 其中： iDM1為所述第一信號期間的差模電流； rmin為所述最小負載； rmx為所述最大負載；以及 VTX1為所述第一信號的所述允許電壓范圍。
6. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，針對所述第二信號進行比較包括： · iDMO〈 VTX0〈 Ι?ΜΙΝ · iDM0 其中： i_為在所述第二信號期間的差模負電流； rmin為所述最小負載； rmx為所述最大負載；并且 V?為所述第二信號的所述允許負電壓范圍。
7. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述故障狀態(tài)是基于針對所述第一信號和所述 第二信號的若干比較。
8. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述比較包括： (a) 針對所述第一信號： VTX1 < Rmin · iDM1 (b) 針對所述第一信號： VTX1 > Rmx · iDM1 (c) 針對所述第二信號： Vtxo I〈 Rmin · I iDM〇 (d) 針對所述第二信號： Vtxo I〉Rmax · I iDM〇 其中： iDM1為在所述第一信號期間的差模電流； i_為在所述第二信號期間的差模電流； rmin為所述最小負載； rmx為所述最大負載； VTX1為所述第一信號的差?？偩€電壓； V?為所述第二信號的差?？偩€電壓。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，包括： 迭代地應用比較周期，其中，所述比較周期包括所述比較（a)至所述比較（d)。
10. 根據(jù)權利要求8所述的方法，包括： 在所述比較（b)和所述比較（d)為真而所述比較（a)和所述比較（c)為假的情形下， 檢測所述差分總線的至少一個斷裂的接線。
11. 根據(jù)權利要求8所述的方法，包括： 在所述比較（a)和所述比較（c)為真而所述比較（b)和所述比較（d)為假的情形下， 檢測總線接線之間的短路。
12. 根據(jù)權利要求8所述的方法，包括： 在應用了如下組合中的一種組合的情形下，檢測所述正總線接線與接地的連接，或者 檢測所述負總線接線與電源電壓或電池電壓VBAT的連接： 所述比較（a)和所述比較⑷為真而所述比較（b)和所述比較（c)為假； 所述比較⑷為真而所述比較（a)、所述比較（b)和所述比較（c)為假； 所述比較（a)為真而所述比較（b)、所述比較（c)和所述比較⑷為假。
13. 根據(jù)權利要求8所述的方法，包括： 在應用了如下組合中的一種組合的情形下，檢測所述正總線接線與所述電源電壓Vcc 或所述電池電壓VBAT的連接，或者檢測所述負總線接線與接地的連接： 所述比較（b)和所述比較（c)為真而所述比較（a)和所述比較⑷為假； 所述比較（c)為真而所述比較（a)、所述比較（b)和所述比較（d)為假； 所述比較（b)為真而所述比較（a)、所述比較（c)和所述比較（d)為假。
14. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述最小負載是基于所述差分總線上允許的最 小負載的一部分，其中，所述最大負載是基于所述差分總線上允許的最大負載的一部分。
15. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述差分總線系統(tǒng)的規(guī)范設置所述最小負 載和所述最大負載。
16. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，同時或者相繼地執(zhí)行將所述差分總線電壓與所 述允許電壓范圍進行比較。
17. 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括在檢測所述故障狀態(tài)之后的以下項中的至少一 項： 提供關于故障類型的信息； 發(fā)出警報通知； 改變電路裝置、設備或系統(tǒng)的狀態(tài)； 進入安全狀態(tài)； 斷電； 啟動維修動作。
18. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，根據(jù)FlexRay協(xié)議來操作所述差分總線。
19. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述差分總線包括CAN總線。
20. -種用于檢測差分總線上的故障的設備，其中，所述設備包括處理單元，所述處理 單元用于： 基于最小負載和最大負載確定所述差分總線的允許電壓范圍； 將差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較； 在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下，確定故障狀態(tài)。
21. 根據(jù)權利要求20所述的設備，其中，所述處理單元被布置用于在確定故障狀態(tài)之 后執(zhí)行如下措施中的至少一個措施： 提供關于故障類型的信息； 發(fā)出警報通知； 改變電路裝置、設備或系統(tǒng)的狀態(tài)； 進入安全狀態(tài)； 斷電； 啟動維修動作。
22. -種用于檢測差分總線上的故障的設備，所述設備包括： 用于基于最小負載和最大負載確定所述差分總線的允許電壓范圍的裝置； 用于將差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較的裝置； 用于在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下確定故障狀態(tài)的裝置。
23. -種用于檢測差分總線上的故障的電路裝置，所述差分總線包括第一總線接線和 第二總線接線，所述電路裝置包括： 用于儲存所述第一總線接線與所述第二總線接線之間的差分總線電壓的存儲器， 基于最小負載和最大負載提供允許電壓范圍的單兀， 用于將儲存在所述存儲器中的所述差分總線電壓與所述允許電壓范圍進行比較的比 較器單元， 切換單元，所述切換單元用于： 在加載階段將所述總線接線連接至所述存儲器； 在比較階段將所述存儲器和用于提供所述允許電壓范圍的單元連接至所述比較器單 元， 其中，在所述差分總線電壓在所述允許電壓范圍之外的情形下，所述比較器單元檢測 所述故障。
24. 根據(jù)權利要求23所述的電路裝置，其中，所述存儲器包括至少一個電容器。
25. 根據(jù)權利要求23所述的電路裝置，其中，所述切換單元用于在所述比較階段期間 將所述總線接線從所述存儲器斷開連接。
26. 根據(jù)權利要求23所述的電路裝置，其中，所述加載階段包括： 第一加載階段，在所述第一加載階段中所述總線接線以第一極連接至所述存儲器；以 及 第二加載階段，在所述第二加載階段中所述總線接線以相反極連接至所述存儲器。
27. 根據(jù)權利要求23所述的電路裝置，其中，所述存儲器包括兩個存儲器單元，所述兩 個存儲器單元的一端可連接在一起，并且其剩余端均可連接至所述總線接線中的一個總線 接線。
28. 根據(jù)權利要求27所述的電路裝置， 其中，所述切換單元用于： 將所述第一總線接線與第一節(jié)點連接并且將所述第二總線接線與第二節(jié)點連接，或者 將所述第一總線接線與所述第二節(jié)點連接并且將所述第二總線接線與所述第一節(jié)點 連接， 其中，所述第一節(jié)點連接至所述存儲器單元的一個剩余端，所述第二節(jié)點連接至所述 存儲器單元的另一剩余端。
29. 根據(jù)權利要求23所述的電路裝置，包括采樣保持級以將所述比較器單元的輸出保 持預定時間量或者保持直至下一比較結(jié)果可用。
30. -種系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求23所述的至少一個設備。
【文檔編號】H04B3/46GK104283583SQ201410320327
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2013年7月6日
【發(fā)明者】D·特羅姆貝蒂 申請人:英飛凌科技股份有限公司