CN105812014B

CN105812014B - 控制控制器局域网收发器电路的方法及其设备

Info

Publication number: CN105812014B
Application number: CN201510727921.2A
Authority: CN
Inventors: 金辰; 朴俊奎; 权纯明
Original assignee: Modern Auto Co Ltd; Kia Motors Corp
Current assignee: Modern Auto Co Ltd; Kia Corp
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: US20160204818A1; CN105812014A; KR101596763B1; US9461694B2

Abstract

本发明提供一种控制器局域网(CAN)收发器电路，包括第一开关部分电路、第二开关部分电路、接收部分电路、发送部分电路、电源电路、CAN‑低(CANL)线路和CAN‑高(CANH)线路。所述第一开关部分电路连接在电源电路和发送部分电路之间，并且所述第二开关部分电路连接在电源电路和接收部分电路之间。

Description

控制控制器局域网收发器电路的方法及其设备

技术领域

本公开涉及一种控制器局域网(CAN：controller area network)收发器电路，以及更具体地，涉及一种用于控制CAN收发器电路的方法及其设备。

背景技术

构成车载网络的骨干网络的控制器局域网(CAN)协议由CAN控制器和CAN收发器实现。

参考图1，CAN协议包括CAN控制器120和CAN收发器130。此外，CAN协议连接到微型计算机(以下称为MCU)110。CAN控制器120具有内部缓冲器，并且确定从CAN收发器130接收到的消息是否是有效的并且将该消息发送到MCU110。CAN控制器120将来自MCU110的数据发送到CAN收发器130。

CAN收发器130将从CAN总线或MCU110接收到的发送/接收数据转换成电信号。CAN收发器130将从MCU110接收到的数据转换成用于CAN通信的数据，并且将从CAN总线接收到的用于CAN通信的数据转换成发送到MCU110的数据。

CAN收发器130可以具有与用于车辆的一般收发器相同或类似的功能。CAN收发器130工作在上电待机状态、待机状态、正常状态、休眠状态或睡眠状态，其可以在MCU110的控制下进行改变。

CAN收发器130利用两个场效应管(FET)生成CANH/CANL信号。两个FET包括如图2A所示的一个P沟道型MOSFET和如图2B所示的一个N沟道型MOSFET。

在图2A所示的P型元件具有较低的FET速度，但是驱动器的价格便宜。此外，该P型元件不需要升压电路，并且能够容易的实现。在图2B所示的N型元件具有较高的FET速度，但是其驱动器的价格昂贵。此外，N型元件需要升压电路，并且其实现的容易度降低。

由于P型元件和N型元件的不同开/关速度，CANH和CANL线路的开/关波形可能不同。因此，不能正确地配置比特(bit)时间。

发明内容

因此，本发明涉及一种控制CAN收发器电路的方法及其设备，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种用于实现有效的CAN协议的电路和控制该电路的方法。

本发明的其他优点、目的和特点将会在下文描述中做部分阐述，并且部分地通过对接下来的内容的考察，对本领域技术人员来说是显而易见的，或者能够从本发明的实践中理解。本发明的目的和其他优点能够通过说明书、权利要求以及附图中具体指出的结构实现和获得。

为实现这些目的和其他优点且根据本发明的目的，如文中实施和充分描述的那样，一种控制器局域网(CAN)收发器电路包括：第一开关部分电路、第二开关部分电路、接收部分电路、发送部分电路、电源电路、CAN-低(CAN-low；CANL)线路和CAN-高(CAN-high；CANH)线路。该第一开关部分电路连接在电源电路和发送部分电路之间，并且该第二开关部分电路连接在电源电路和接收部分电路之间。该电源电路将用于控制每个开关部分电路的输出波形的逻辑数据发送到第一开关部分电路和第二开关部分电路。通过CANL线路和CANH线路发送的消息基于在CANL线路和CANH线路之间的预定的电压差表示为占有电平(dominant level)(高电平)或闲置电平(recessive level)(低电平)。

第一开关部分电路可以包括n个第一开关电路，以及第二开关部分电路可以包括m个第二开关电路。包括在第一开关部分电路中的每个第一开关电路可以包括至少一个电阻和至少一个P沟道型MOSFET。P沟道型MOSFET的源极可以串联连接到至少一个电阻。P沟道型MOSFET的漏极可以连接到晶体管的栅极，其中该晶体管构成发送部分电路的驱动电路。构成驱动电路的晶体管可以是P沟道型MOSFET。n可以等于或大于2。

上述第一开关部分电路可以串联连接到包括N沟道型MOSFET的驱动器。N型沟道MOSFET的源极可以连接到地面。

包括在第二开关部分电路中的每个第二开关电路可以包括至少一个电阻和至少一个N沟道型MOSFET。N沟道型MOSFET的漏极可以串联连接到至少一个电阻。连接到N沟道型MOSFET的漏极的电阻可以连接到晶体管的栅极，其中该晶体管构成接收部分电路的驱动电路。N沟道型MOSFET的源极可以接地。该构成驱动电路的晶体管可以是N沟道型MOSFET。m等于或大于2。

上述发送部分电路的驱动电路可以连接到CAN-高(CANH)端，以及上述接收部分电路的驱动电路可以连接到CAN-低(CANL)端。

在本发明的另一方面中，一种在微型计算机(MCU)中控制控制器局域网(CAN)收发器电路的方法包括：将信号发送到CAN收发器电路，并且基于终端电阻值来发送用于第一开关部分电路和第二开关部分电路的逻辑数据。基于该逻辑数据确定第一开关部分电路的阻抗和第二开关部分电路的阻抗。

基于上述逻辑数据，该第一开关部分电路和第二开关部分电路可以被控制，使得总线线路(CAN-高(CANH)和CAN-低(CANL))的波形变得相同。

上述第一开关部分电路的输出信号可以被输入到第一发送部分电路，以及通过CAN-高(CANH)端输出，并且上述第二开关部分电路的输出信号可以被输入到第二发送部分电路以及通过CAN-低(CANL)端输出。

应当理解，本发明的上述一般描述和以下详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在对所要求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图被纳入以提供对本发明的进一步理解并被合入并构成本申请的一部分，这些附图示出说明本发明的实施方式并与具体实施方式一起解释本发明的原理。在这些附图中：

图1是示出CAN协议的简单的实施例的图；

图2A和图2B示出用于本发明实施方式的FET端子的图；

图3是示出根据本发明实施方式的CAN内部电路的框图；

图4A—图4C示出FET端子的性能的图；

图5是示出根据本发明另一实施方式的CAN内部电路的框图；

图6示出包括多个电子控制单元(ECU)的CAN网络。

具体实施方式

根据预定的格式，通过将本发明的构成部件和特性结合起来，提出以下实施方式。在没有附加备注的情况下，应该任意的考虑各构成部件或特性。如果有需要，各构成部件或特性可以不与其他组件或特性相结合。此外，一些构成部件和/或特性可以结合以实现本发明的实施方式。本发明实施方式中所公开的操作的顺序可以改变。任何实施方式的某些组件或特性也可以包括在其他实施方式中，或者可以在必要时与其他实施方式替换。

应该注意本发明所公开的具体术语用于便于描述和更好地理解本发明，以及在本发明的技术范围或精神内，这些具体术语的使用可以改变成另一种形式。

在某些情况下，公知结构和设备被省略以为了避免模糊本发明的概念，并且该结构和设备的重要功能以框图的形式被示出。相同的附图标记将通篇用于指代相同或相似的部件。

在本说明书中，单数形式可以包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括”、“包含”等是指存在几个组件或几个步骤，并且可以不包括部分组件或步骤，或者还可以包括额外的组件或步骤。下文中，根据本发明的方法和设备的实施方式将被描述。虽然详细的例子被用于描述该实施方式，但本发明不限于此。

本发明涉及车辆的通信系统，以及更特别地，涉及利用控制器局域网(CAN)作为通信协议的通信系统。

图3是示出根据本发明实施方式的CAN内部电路的框图。该电路包括用于常规收发器的一般端子，例如，连接到通信总线(或CAN总线)的端子CANH和CANL、用于从通信控制器接收逻辑数据并且将逻辑数据发送到通信控制器的端子CANRX和CANTX、用来提供电压的端子V5CAN1和提供接地的端子CGND。根据现有技术该电路还可以包括激活输入端子ENA。一些端子为了简化可以省略。

上述CAN电路基于输入到通信控制器的发送端子CANTX的发送信号来生成用于总线端子CANL和CANH的输出信号。此外，该CAN电路基于总线端子CANL和CANH的输入信号之间的至少一个差值来生成发送到通信控制器的接收端子CANRX的接收信号。

收发器全部连接到CANL线路和CANH线路。连接到CANH的线路是3a以及连接到CANL的线路是3b。传输线在终端电阻r5和r6处终止。传输线3a和3b基于CANH和CANL之间的差值来传输具有不同电平(低电平和高电平)的信号。

CAN收发器130包括驱动电路21、22、31、32和电源电路40。该驱动电路21和22构成发送部分电路(未示出)，以及该发送部分电路将通过CANTX端接收到的数据转换成差分信号并且将该差分信号输出到CANH端和CANL端。该驱动电路31和32构成接收部分电路(未示出)，以及该接收部分电路将通过CANH端和CANL端接收到的差分信号解调成数据信号，并且将该数据信号发送到CANRX端。

每个驱动电路21、22、31和32包括电阻、晶体管和二极管。第一驱动电路21的晶体管T1的栅极连接到电源电路40，其漏极连接到CANH端以及其源极连接到电阻r1。该电阻r1的另一端连接到二极管D1的阴极。

第三驱动电路31的晶体管T3的栅极连接到电源电路40，其漏极连接到二极管D3的阴极，以及其源极连接到电阻r3。该二极管D3的阳极连接到CANL端。该电阻r3的另一端接地。

上述CAN收发器的发送器将在CANTX处发送的发送信号转换成通信信号(差分信号)，并且将该通信信号发送到CANL和CANH。更具体地，如果发送信号是在低电平，则通过在终端电阻之间生成电压差使得该发送信号被转换成闲置状态下的差分信号。与之相反，如果发送信号是在高电平，则通过在终端电阻之间生成电压差使得该发送信号被转换成占有状态下的信号。下文中，术语“占有”是指CANL和CANH之间的差值大于或等于特定的阈值，以及“闲置”是指CANL和CANH之间的差值小于特定的阈值。

更具体地，该通信控制器120将闲置电平(低电平)的通信信号发送到总线，并且将占有电平(高电平)的通信信号发送到总线。

上述电源电路40输出高电平信号将其作为输入到晶体管T1的驱动信号，并且输出低电平信号将其作为输入到晶体管T3的驱动信号，同时从控制器120接收到的发送信号是在低电平。在这种状态下，晶体管T1和T3是关断的。因此，CANL线路和CANH线路处的差分电压是在低电平，即，处于等于或接近0的闲置状态。

相反，当从控制器120接收到的发送信号在高电平(处于占有状态)时，该电源电路40输出低电平的驱动信号到晶体管T1。此外，该电源电路40输入高电平信号到晶体管T3。当晶体管T1和T3导通时，CANL线路和CANH线路处的差分电压是在高电平(处于占有状态)。

参考图3，CANH线路由P沟道DMOSFET构成以及CANL线路由N沟道DMOSFET构成。图4A-图4C示出用于栅极输入波形的MOSFET的波形。根据图2A和图2B的描述，当栅极电压施加到N沟道DMOSFET时，N沟道电压(Nch Vgs)(图4B)迅速变化；相反，当图4A的栅极电压施加到P沟道DMOSFET时，P沟道电压(Pch Vgs)(图4C)不会立即改变。因此，当CAN收发器130生成输出信号时，CANH线路和CANL线路的波形不具有理想的输出曲线。为了解决这个问题，因为电感器和电容器的配置被改变或者分裂电容是必需的，因此根据半导体使得控制器和系统的配置可能会改变，从而开发成本可能会增加。例如，可能需要额外地配置例如连接到图3的终端电阻r5和r6的电容器、电感器等。

本发明提出一种用于配置并控制电路来可变地设置CANH线路和CANL线路的FET的阻抗值的方法，其目的是为了防止由于CAN收发器130和CAN总线系统的半导体工艺而导致的通信延迟，并且减少外部电路的改变和配置。

图5是示出根据本发明的另一实施方式的CAN电路的框图。

本发明提出一种通过添加第一开关部分电路50和/或第二开关部分电路的60而可变的控制CANH线路和CANL线路的FET的开/关时间的方法。

上述第一开关部分电路50可以包括n个第一开关电路。该第二开关部分电路60可以包括m个第二开关电路。

每个第一开关电路可以由P沟道MOSFET和一个电阻构成。该P沟道MOSFET的源极串联连接到电阻，以及其漏极可以连接到第一驱动电路21的晶体管T1的栅极。该P沟道MOSFET的栅极连接到电源部分电路40以从CANTX端接收逻辑数据。该n个第一开关电路可以在第一开关部分电路中并联连接。n可以等于或大于2，优选地，n＝3。此外，该开关电路的电阻可以具有相同的值或不同的值。

上述第一开关部分电路50可以连接到一个N沟道MOSFET和电阻。该N沟道MOSFET和电阻可以对应于如图3所示的驱动电路22。该N沟道MOSFET的源极接地，并且其栅极连接到电源部分电路40以从CANTX端接收逻辑数据。该N沟道MOSFET的漏极可以连接到电阻，并且该电阻的另一端连接到第一开关部分电路50。

从CAN控制器120发送的逻辑数据可以被控制，以控制N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的操作，从而切换根据现有技术控制比特时间(bit time)的操作和根据本发明控制比特时间的操作。该逻辑数据可以根据第一开关部分电路来被控制以控制阻抗。该逻辑数据可以通过考虑终端电阻值来被设置。

上述第二开关电路可以由N沟道MOSFET和一个电阻构成。该N沟道MOSFET的源极可以串联连接到电阻，并且其漏极可以连接到第三驱动电路31的晶体管T3的栅极。第二开关电路的栅极可以从CAN控制器120接收逻辑数据。

上述m个第二开关电路可以在第二开关部分电路中并联连接。第二开关部分电路中的第二开关电路接地。第一开关电路和第二开关电路的P沟道MOSFET和/或N沟道MOSFET的栅极可以从电源部分10接收发送信号。靠近电源部分10的第一开关电路和第二开关电路的P沟道MOSFET和/或N沟道MOSFET的栅极可以从电源部分10接收发送信号。m可以等于或大于2，优选，m＝3。即，第二开关部分电路可以包括三个第一开关电路。另外，第二开关电路的电阻可以具有相同的值或不同的值。

上述第二开关部分电路60可以连接到一个P沟道MOSFET和一个电阻。该N沟道MOSFET和电阻可以对应于如图3所示的驱动电路32。该P沟道MOSFET的源极接地，其栅极连接到电源部分电路40，以及其漏极连接到电阻。该电阻的另一端连接到第二开关部分电路60。

每个第二开关电路的栅极可以从CAN控制器120接收逻辑数据。该开关的开/关状态可以根据逻辑数据的值来进行控制。因此，该栅极可以通过控制输入到每个栅极的逻辑数据来进行控制。即，对于第二开关部分电路，根据输入到栅极的逻辑数据可以控制八个阻抗值。

上述N沟道MOSFET或P沟道MOSFET的操作可以通过从CAN控制器120发送的逻辑数据来进行控制。第一开关部分电路连接到包括N沟道MOSFET的驱动电路。因此，可能通过第一开关部分电路利用逻辑数据来控制阻抗，并且仅利用包括N沟道MOSFET的驱动电路(例如，驱动电路32)来实现传统的CAN收发器电路。第二开关部分电路连接到包括P沟道MOSFET的驱动电路。因此，可能通过第一开关部分电路利用逻辑数据来控制阻抗，并且仅利用包括P沟道MOSFET的驱动电路(例如，驱动电路22)来实现传统的CAN收发器电路。

即，现有技术的操作和根据本发明的控制阻抗的操作可以进行切换。根据第二开关部分电路60使得逻辑数据可以被控制以控制阻抗。通过考虑终端电阻值使得逻辑数据可以被设置。

上述开关的开/关状态可以通过控制输入到每个开关电路的逻辑数据而被设置。开关的值可以利用CANH/CANL线路的8(2ⁿ)(n＝3)个阻抗值而被控制。其结果是，有可能实现16个属性。

开关部分的阻抗值可以由MCU100进行控制。当MCU110启动(boot up)时，该阻抗值可以被自动设置。该MCU110可以通过考虑终端电阻值来控制阻抗值。该阻抗值可以通过逻辑数据的发送以及由控制N沟道MOSFET和P沟道MOSFET的操作而被设置。

根据上述配置，该收发器电路能够不添加外部配置(例如，电容器、电感器等)地，通过开关电路，考虑终端电阻值，来可变地控制比特时间。

图6使示出包括多个电子控制单元(ECU：electronic control unit)的CAN网络的图。每个ECU连接到CAN总线。

参考图6，CAN网络包括n个ECU(n小于或等于16)，并且每个ECU的节点连接到CAN总线。每个ECU包括通过CAN协议连接的MCU110。该MCU110可以包括CAN控制器130和CAN收发器120。通过CAN收发器转换成电信号的差分信号发送到CAN总线。CAN总线从CAN收发器接收信号或发送信号到CAN收发器。CAN总线包括CANH线路和CANL线路，并且在其末端包括终端电阻。

当根据本发明的开关电路被添加以构成CAN收发器电路时，该ECU可以利用终端电阻值，利用开关电路来控制阻抗。其结果是，能够不添加外部组件地，通过CANH线路和CANL线路来理想地实现输出。

当根据本发明的开关电路被添加时，相比于传统的CAN电路结构能够降低开发成本、减少开发时间以及提高质量。因此，控制器可以不根据半导体工艺和网络状态而进行改变。此外，安装在CAN收发器外部的无源元件的部件的数量可以被最小化，从而实现降低成本。

根据本发明，能够防止由于P型元件和N型元件的性能导致的通信延迟，并且有效地控制CAN电路。

因此，相比于传统的电路能够降低开发成本、减少开发时间以及提高质量。

本领域技术人员可以明显看出，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明中各种修改和变化可以被实现。因此，可以预期的是，只要落在所附权利要求及其等同形式的范围之内，本发明涵盖本发明的修改和变化。

Claims

1.一种控制器局域网CAN收发器电路，包括：第一开关部分电路、第二开关部分电路、接收部分电路、发送部分电路、电源电路、CAN-低CANL线路和CAN-高CANH线路，其中

所述第一开关部分电路连接在电源电路和发送部分电路之间，并且所述第二开关部分电路连接在电源电路和接收部分电路之间，

所述发送部分电路连接至CANL线路和CANH线路，并且所述接收部分电路连接至CANL线路和CANH线路，

所述电源电路将用于控制每个开关部分电路的输出波形的逻辑数据发送到第一开关部分电路和第二开关部分电路，以及

基于CANL线路和CANH线路之间的电压差与预定阈值，通过CANL线路和CANH线路发送的消息被表示为占有状态下的信号或闲置状态下的信号，

所述发送部分电路包括P沟道型MOSFET，所述接收部分电路包括N沟道型MOSFET，

其中控制所述第一开关部分电路和所述第二开关部分电路，使得所述CANH线路和所述CANL线路的每一个波形等于所述逻辑数据。

2.根据权利要求1所述的CAN收发器电路，其中所述第一开关部分电路包括n个第一开关电路，以及所述第二开关部分电路包括m个第二开关电路。

3.根据权利要求2所述的CAN收发器电路，其中包括在所述第一开关部分电路中的每个第一开关电路包括至少一个电阻和至少一个P沟道型MOSFET。

4.根据权利要求3所述的CAN收发器电路，其中所述至少一个P沟道型MOSFET的源极串联地连接到至少一个电阻。

5.根据权利要求4所述的CAN收发器电路，其中所述至少一个P沟道型MOSFET的漏极连接到P沟道型晶体管的栅极，其中所述P沟道型晶体管构成所述发送部分电路的第一驱动电路。

6.根据权利要求5所述的CAN收发器电路，其中构成发送部分电路的第一驱动电路的所述晶体管是P沟道型MOSFET。

7.根据权利要求2所述的CAN收发器电路，其中n等于或大于2。

8.根据权利要求2所述的CAN收发器电路，其中包括在所述第二开关部分电路中的每个第二开关电路包括至少一个电阻和至少一个N沟道型MOSFET。

9.根据权利要求8所述的CAN收发器电路，其中所述至少一个N沟道型MOSFET的漏极串联连接到至少一个电阻。

10.根据权利要求9所述的CAN收发器电路，其中连接到所述至少一个N沟道型MOSFET的漏极的电阻连接到N沟道型晶体管的栅极，其中所述N沟道型晶体管构成接收部分电路的第三驱动电路。

11.根据权利要求10所述的CAN收发器电路，其中所述至少一个N沟道型MOSFET的源极接地。

12.根据权利要求10所述的CAN收发器电路，其中所述构成接收部分电路的第三驱动电路的晶体管是N沟道型MOSFET。

13.根据权利要求10所述的CAN收发器电路，其中所述接收部分电路的第三驱动电路连接到CAN-低CANL端。

14.根据权利要求2所述的CAN收发器电路，其中m等于或大于2。

15.根据权利要求2所述的CAN收发器电路，其中所述第二开关部分电路串联地连接到包括P沟道型MOSFET的第四驱动电路。

16.根据权利要求1所述的CAN收发器电路，其中：

所述第一开关部分电路串联地连接到包括N沟道型MOSFET的第二驱动电路，

所述第二驱动电路包括N沟道型MOSFET和一个电阻，以及

所述第二驱动电路的N沟道型MOSFET的源极接地。

17.一种在微型计算机MCU中控制如权利要求1所述的控制器局域网CAN收发器电路的方法，所述方法包括以下步骤：

将信号发送到所述CAN收发器电路；以及

基于终端电阻值来发送用于所述第一开关部分电路和所述第二开关部分电路的逻辑数据，

其中基于所述逻辑数据确定第一开关部分电路的阻抗和第二开关部分电路的阻抗，使得总线线路的CAN-高线路和CAN-低线路的每一个波形等于所述逻辑数据。