DE19826387A1 - Überwachungsschaltung für ein Datenübertragungsnetz - Google Patents
Überwachungsschaltung für ein DatenübertragungsnetzInfo
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Abstract
Überwachungsschaltung für ein Datenübertragungsnetz mit einer Mehrzahl von sende- und empfangsfähigen Netzknoten und mit einem die Netzknoten verbindenden, der redundanten Doppelübertragung von digitalen Nachrichten dienenden Doppelleitungsbus mit einer ersten Leitung (A) und einer zweiten Leitung (B), über welche in Form von zeitlich voneinander beabstandeten Impulsfolgen übertragene Nachrichtenimpulse zeitlagenmäßig gleichlaufend übertragen werden, wobei mindestens ein Teil der Netzknoten den Empfang der jeweiligen Impulsfolge durch das Senden eines Bestätigungsimpulses während einer vorbestimmten, für alle Netzknoten gleichen Zeitlage bestätigt; in mindestens einem Teil der Netzknoten die erste Leitung (A) über einen ersten Widerstand (RA) mit einer netzknoteneigenen Betriebspotentialquelle (VK) und über einen ersten steuerbaren Schalter (SA) mit einer Bezugspotentialquelle (GND) und die zweite Leitung (B) über einen zweiten Widerstand (RB) mit der Bezugspotentialquelle (GND) und über einen steuerbaren zweiten Schalter (SB) mit der Betriebspotentialquelle (VK) verbunden ist; die beiden Schalter (SA, SB) zum Senden eines Nachrichtenimpulses eines ersten Logikwertes gleichzeitig nichtleitend und zum Senden eines Nachrichtenimpulses eines zweiten Logikwertes gleichzeitig leitend gesteuert werden; eine Potentialwechseldetektoreinrichtung (CA, CB) vorgesehen ist, mittels welcher die beiden Leitungen (A, B) je auf das Vorliegen von Potentialwechselaktivitäten überwachbar ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für ein
Datenübertragungsnetz, insbesondere CAN-Netz, mit einer Mehrzahl
von sende- und empfangsfähigen Netzknoten und mit einem die
Netzknoten verbindenden, der redundanten Doppelübertragung von
digitalen Nachrichten dienenden Doppelleitungsbus mit einer ersten
Leitung und einer zweiten Leitung, über welche Nachrichtenimpulse, die
in Form von zeitlich voneinander beabstandeten Impulsfolgen übertragen
werden, zeitlagenmäßig gleichlaufend, jedoch amplitudenmäßig
vorzugsweise gegenläufig übertragen werden. Dabei wird ein erster
Logikwert der binären Daten durch einen hohen Potentialwert auf der
ersten Leitung und einen niedrigen Potentialwert auf der zweiten Leitung
und ein zweiter Logikwert der binären Daten durch einen niedrigen
Potentialwert auf der ersten Leitung und einen hohen Potentialwert auf
der zweiten Leitung dargestellt.
Der Begriff CAN steht für Controller-Area Network. Nähere Angaben
hierzu finden sich in dem Buch "Controller-Area Network: CAN" von
Konrad Etschberger, Carl Hanser Verlag 1994, ISBN-Nr.
3-446-17596-2. Interessant im vorliegenden Zusammenhang sind
insbesondere die Abschnitte-Protokolleigenschaften auf den Seiten 25
und 26 und Daten/Rahmen-Format auf den Seiten 37 bis 43.
Einsatz finden derartige CAN-Systeme beispielsweise im
Kraftfahrzeugbereich.
Für das CAN-System gibt es eine gemeinsame
Versorgungsspannungsquelle, z. B. in Form einer Kraftfahrzeugbatterie,
die beispielsweise eine Batteriespannung von 12 V liefert. Außerdem
besitzt jeder Netzknoten eine netzknoteneigene, individuelle
Betriebsspannungsquelle, die aus der Versorgungsspannung eine den
jeweiligen Netzknoten versorgende geregelte Betriebsspannung erzeugt,
beispielsweise in Höhe von 5 V. Jede Betriebsspannungsquelle liefert an
einem ersten Anschluß ein Betriebspotential und an einem zweiten
Anschluß ein Bezugspotential, beispielsweise Massepotential oder 0 V.
Mindestens ein Teil der Netzknoten kann sowohl als Sender als auch als
Empfänger fungieren. Zu diesem Zweck weisen solche Netzknoten einen
Sendeteil und einen Empfangsteil auf.
Der Sendeteil eines solchen Netzknotens weist zwei Widerstände und
zwei steuerbare elektronische Schalter auf, die mit den beiden Leitungen
des Doppelleitungsbus verbunden sind. Eine dieser Leitungen ist über
einen ersten dieser Widerstände mit dem Betriebspotential (5 V) und
über einen ersten dieser Schalter mit dem Bezugspotential (0 V)
verbunden. Die andere Leitung ist über den zweiten Widerstand mit dem
Bezugspotential (0 V) und über den zweiten Schalter mit dem
Betriebspotential (5 V) verbunden. Zum Senden von digitalen
Nachrichten werden die beiden Schalter synchron entweder in einen
leitenden Zustand oder in einen nichtleitenden Zustand gesteuert. Bei
nichtleitend gesteuerten Schaltern liegt an der einen Leitung das
Betriebspotential und an der anderen Leitung das Bezugspotential.
Diesem Schalterzustand wird beispielsweise der Logikwert "1"
zugeordnet. Bei leitend gesteuerten Schaltern liegt an der einen Leitung
das Bezugspotential und an der anderen Leitung das Betriebspotential.
Diesem Schalterzustand wird dann der Logikwert "0" zugeordnet.
Da die Sendeteile aller sendefähigen Netzknoten bezüglich der beiden
Leitungen parallel geschaltet sind, kann das dem Logikwert "0"
zugeordnete Potentialverhältnis auf den beiden Leitungen durch
Schließen der beiden Schalter eines jeden der sendefähigen Netzknoten
erzeugt werden. Andererseits kann der nichtleitende Zustand der beiden
Schalter eines jeden Netzknotens durch den leitenden Zustand der beiden
Schalter eines anderen Netzknotens überspielt werden. Daher nennt man
den Logikwert, der einem geschlossenen Schalterpaar zugeordnet ist
(Logikwert "0"), dominant und den Logikwert, der einem nichtleitenden
Schalterpaar zugeordnet ist (Logikwert "1"), rezessiv.
Der Empfangsteil eines jeden empfangsfähigen Netzknotens weist einen
Komparator auf, der die jeweiligen Potentiale auf den beiden Leitungen
miteinander vergleicht. Beim Empfang eines rezessiven Bits (Logikwert
"1") entsteht am Ausgang des Komparators beispielsweise ein positives
Potential, dem der Logikwert "1" zugeordnet wird. Beim Empfang eines
dominanten Bits (Logikwert "0") steht am Ausgang des Komparators ein
dem Bezugspotential entsprechendes Potential, dem dann der Logikwert
"0" zugeordnet wird. Der Komparator bildet somit einen Decoder für
die dem jeweils gesendeten Bit entsprechenden Potentialverhältnisse auf
den beiden Leitungen.
Die beiden Leitungen werden aus Redundanzgründen neben der
Systemmasse verwendet. Die dem Potentialwert des jeweils gesendeten
Bits entsprechende Nachrichteninformation wird auf diese Weise sowohl
über die eine Leitung als auch über die andere Leitung übertragen. Fällt
eine der beiden Leitungen aus, kann der weitere Sendebetrieb auf die
nicht ausgefallene Leitung beschränkt werden. Zur Erfassung von
Leitungsausfällen können zwei weitere Komparatoren vorgesehen sein,
von denen einer das Potential der einen Leitung und der andere das
Potential der anderen Leitung mit einem zwischen dem Betriebspotential
und dem Bezugspotential liegenden Mittenpotential vergleicht.
Es können verschiedene Leitungsausfälle oder Leitungsfehler
vorkommen, beispielsweise in Form von Kurzschlüssen zwischen den
beiden Leitungen, Kurzschlüssen zur Systemmasse, Kurzschlüssen zur
Betriebspotentialquelle, Kurzschlüssen zur Versorgungsspannungsquelle
oder in Form von offenen Leitungen. Es gibt Leitungsfehler, die ein
sicheres Decodieren der gesendeten Nachrichten nicht behindern. Es gibt
andere Leitungsfehler, gegen die bestimmte Maßnahmen erforderlich
sind, um weiterhin eine korrekte Dekodierung zu ermöglichen. Näheres
hierzu findet man in der DE 195 23 031 A1.
Bei einem CAN-Netz werden die Nachrichten in Form von zeitlich
voneinander beabstandeten Impulsfolgen oder Rahmen übertragen. Das
übliche CAN-Protokoll sieht vor, daß zwischen den einzelnen Rahmen
ein zeitlicher Mindestabstand vorhanden ist, daß innerhalb eines
Rahmens nicht mehr als eine vorbestimmte Anzahl rezessiver oder
dominanter Bits aufeinanderfolgen darf und daß alle empfangsfähigen
Netzknoten den Empfang der jeweiligen Impulsfolge durch das Senden
eines Bestätigungsimpulses während einer vorbestimmten, für alle
Netzknoten gleichen Zeitlage (im folgenden Bestätigungszeitlage
genannt) am Ende der jeweiligen Impulsfolge bestätigen. Das Senden des
Bestätigungsimpulses erfolgt, indem in jedem bestätigenden Netzknoten
der zweite Schalter leitend gesteuert wird.
Weist diejenige Leitung, welche über ihren Widerstand mit dem
Bezugspotential verbunden ist, einen Kurzschluß zur Systemmasse auf,
sind während der Bestätigungszeitlage die netzknoteneigenen
Betriebspotentialquellen (5 V) aller bestätigenden Netzknoten über den je
zugehörenden zweiten Schalter und über diesen Kurzschluß mit der
Systemmasse kurzgeschlossen. Als Folge davon fließt während einer
solchen Bestätigungszeitlage über die kurzgeschlossene Leitung ein hoher
Stromimpuls. Weist das CAN-Netz beispielsweise 40 empfangsfähige
Netzknoten auf und liefert die netzknoteneigene
Betriebsspannungssquelle eines jeden dieser 40 Netzknoten in die
kurzgeschlossene Leitung einen Strom von 200 mA, kommt es auf dieser
kurzgeschlossenen Leitung während der Bestätigungsimpulslage zu einem
Gesamtstromimpuls in Höhe von 8 A.
Derartige hohe Stromimpulse belasten nicht nur die
Versorgungsspannungsquelle sondern können auch Störungen im
Datenübertragungsnetz verursachen. Während des hohen
Kurzschlußstroms wird in der Leitungsinduktivität der kurzgeschlossenen
Leitung induktive Energie gespeichert, die sich nach dem Öffnen der
zweiten Schalter der bestätigenden Netzknoten in Form eines
Spannungsimpulses auf der kurzgeschlossenen Leitung entlädt. Dieser
Spannungsimpuls kann durch Nebensprechen auf die nicht
kurzgeschlossene andere Leitung übergreifen und dort einen Störimpuls
verursachen. Dieser Störimpuls wird fälschlicherweise als ein
Nachrichtenbit interpretiert und der letzte gesendete Rahmen wird als
nicht korrekt übertragen bewertet, was zur wiederholten Aussendung
dieses Rahmens führt. Wenn der Leitungskurzschluß während der
Bestätigungszeitlage für diesen wiederholt gesendeten Rahmen noch
besteht, kommt es erneut zu einem hohen Stromimpuls auf der
Kurzschlußleitung, in dessen Folge zu einem erneuten Störbit auf der
nicht kurzgeschlossenen Leitung und zu einem erneut wiederholten
Senden des bereits wiederholten Rahmens. Dies geht dann immer so
weiter und das Datenübertragungsnetz bleibt in dieser Schleife gefangen.
Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und derartige
Störungen zu vermeiden.
Dies gelingt mit einer Überwachungsschaltung der in Anspruch 1
angegebenen Art, die gemäß den Unteransprüchen weitergebildet werden
kann.
Mit der Erfindung wird verfügbar gemacht eine Überwachungsschaltung
für ein Datenübertragungsnetz mit einer Mehrzahl von sende- und
empfangsfähigen Netzknoten und mit einem die Netzknoten
verbindenden, der redundanten Doppelübertragung von digitalen
Nachrichten dienenden Doppelleitungsbus mit einer ersten Leitung und
einer zweiten Leitung, über welche in Form von zeitlich voneinander
beabstandeten Impulsfolgen übertragene Nachrichtenimpulse
zeitlagenmäßig gleichlaufend übertragen werden. Dabei bestätigt
mindestens ein Teil der Netzknoten den Empfang der jeweiligen
Impulsfolge durch das Senden eines Bestätigungsimpulses während einer
vorbestimmten, für alle Netzknoten gleichen Zeitlage. In mindestens
einem Teil der Netzknoten ist die erste Leitung über einen ersten
Widerstand mit einer netzknoteneigenen Betriebspotentialquelle und über
einen ersten steuerbaren Schalter mit einer Bezugspotentialquelle und ist
die zweite Leitung über einen zweiten Widerstand mit der
Bezugspotentialquelle und über einen steuerbaren zweiten Schalter mit
der Betriebspotentialquelle verbunden ist. Die beiden Schalter werden
zum Senden eines Nachrichtenimpulses eines ersten Logikwertes
gleichzeitig nichtleitend und zum Senden eines Nachrichtenimpulses
eines zweiten Logikwertes gleichzeitig leitend gesteuert. Es ist eine
Potentialwechseldetektoreinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die
beiden Leitungen je auf das Vorliegen von Potentialwechselaktivitäten
überwachbar sind und mittels welcher ein Zustand detektierbar ist, in
welchem während einer Impulsfolge Potentialwechselaktivitäten nur auf
der ersten Leitung, nicht jedoch auf der zweiten Leitung auftreten.
Ferner ist eine erste Zeitmeßeinrichtung vorgesehen, mittels welcher
eine zeitliche Messung der Dauer eines solchen Zustandes durchführbar
ist und mittels welcher beim Überschreiten einer vorbestimmten
Zeitdauer eines solchen Zustands ein Fehlersignal erzeugbar ist,
aufgrund dessen die zweiten Schalter mindestens eines Teils der
Netzknoten zwangsweise nichtleitend steuerbar sind.
Bei der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung werden die beiden
Leitungen je getrennt auf das Vorliegen von Potentialwechselaktivitäten
überwacht. Wird eine unsymmetrische Potentialwechselaktivität
festgestellt, bei welcher Potentialwechselaktivitäten nur auf der ersten
Leitung stattfinden, nicht jedoch auf der zweiten Leitung, wird davon
ausgegangen, daß ein Leitungsfehler in Form eines Kurzschlusses der
zweiten Leitung nach Systemmasse hin vorliegen kann. Bei der
Feststellung einer derartigen unsymmetrischen Potentialwechselaktivität
wird aber nicht sofort ein Fehlersignal erzeugt sondern erst, wenn eine
derartige unsymmetrische Potentialwechselaktivität für eine vorbestimmte
Zeitdauer aufgetreten ist. Zu diesem Zweck ist die erste
Zeitmeßeinrichtung vorgesehen, die an ihrem Ausgang ein Fehlersignal
erst dann erzeugt, wenn diese Zeitdauer überschritten ist. In
Abhängigkeit von diesem Fehlersignal werden dann die zweiten Schalter
sämtlicher empfangsfähigen Netzknoten oder mindestens eines Teils der
empfangsfähigen Netzknoten zwangsweise nichtleitend gesteuert.
Dadurch wird in allen solchen Netzknoten verhindert, daß deren
jeweilige Betriebsspannungsquelle einen Kurzschlußstrom über die
kurzgeschlossene Leitung in die Systemmasse liefert.
Eine Unsymmetrie hinsichtlich der Potentialwechselaktivitäten auf beiden
Leitungen kann auch durch vereinzelte Störimpulse auf nur einer der
beiden Leitungen verursacht werden. Mit der ersten Zeitmeßeinrichtung
wird verhindert, daß solche Störimpulse, wenn sie nur auf der ersten
Leitung auftreten, das Fehlersignal und damit ein zwangsweises Schalten
der zweiten Schalter in den nichtleitenden Schaltzustand auslösen. Die
Meßdauer der ersten Zeitmeßeinrichtung wird so gewählt, daß
aufeinanderfolgende Störimpulse bis zu einer vorbestimmten Anzahl,
beispielsweise bis zur Anzahl drei, das Fehlersignal noch nicht auslösen
können. Es findet somit eine Unwirksamkeits-Maskierung hinsichtlich
solcher Störimpulse statt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Zeitmeßeinrichtung
mit einem Aufwärts/Abwärts-Zähler aufgebaut, der Potentialwechsel der
ersten Leitung aufwärts und Potentialwechsel der zweiten Leitung
abwärts zählt und beim Erreichen eines vorbestimmten Zählwertes, der
beispielsweise größer als drei ist, ein Fehlersignal abgibt. Solange beide
Leitungen gleich viele Potentialwechsel aufweisen, was bei einem
fehlerfreien Bus der Fall ist, finden aufeinanderfolgend abwechselnd
Aufwärts- und Abwärtszählvorgänge statt, so daß der vorbestimmte
Zählwert von beispielsweise drei nicht erreicht wird. Tritt ein
Kurzschluß der zweiten Leitung gegen Systemmasse hin auf, von wo ab
Potentialwechsel nur noch von der ersten Leitung gemeldet werden,
führt der Aufwärts/Abwärts-Zähler nur noch Aufwärts-Zählvorgänge
durch und erreicht nach drei Potentialwechseln auf der ersten Leitung
den vorbestimmten Zählwert, der zur Abgabe eines Fehlersignals am
Ausgang des Aufwärts/Abwärts-Zählers führt.
Die Potentialwechseldetektoreinrichtung kann zwei
Komparatoreinrichtungen aufweisen, mittels welchen die Potentiale der
beiden Leitungen je mit einem zwischen dem Betriebspotential und dem
Bezugspotential liegenden Mittenpotential verglichen werden. Dabei ist
die die erste Leitung überwachende Komparatoreinrichtung mit dem
Aufwärts-Zähleingang und die die zweite Leitung überwachende
Komparatoreinrichtung mit dem Abwärts-Zähleingang des Aufwärts-
Abwärts-Zählers gekoppelt.
Vorzugsweise befinden sich zwischen den beiden
Komparatoreinrichtungen und den beiden Zähleingängen des Aufwärts-
Abwärts-Zähleingangs je ein Differenzierglied, mittels welchem
Potentialwechsel in zählbare Impulse umgeformt werden. Die
Differenzierglieder können gleichrichtend ausgebildet sein, damit jeder
Potentialwechsel zu einem zählbaren Impuls werden kann.
Hat der Aufwärts/Abwärts-Zähler den vorbestimmten Zählwert erreicht,
bei welchem er ein Fehlersignal abgibt, bleibt dieses Fehlersignal
stehen, und zwar unabhängig davon, ob auch der zugrundeliegende
Leitungsfehler noch besteht oder nicht. Dies kann beabsichtigt sein,
beispielsweise um zu einem Inspektions- oder Diagnosezeitpunkt
feststellen zu können, daß ein solcher Fehler aufgetreten war, auch wenn
er zum Zeitpunkt der Inspektion oder Diagnose nicht mehr vorliegt.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei welcher immer wieder
überprüft wird, ob der Leitungsfehler noch vorliegt oder nicht.
Beispielsweise kann ein Kurzschluß einer Leitung zur Systemmasse hin
jeweils nur kurzfristig auftreten, z. B. wenn eine hinsichtlich ihrer
Isolierung durchgescheuerte Leitung nur bei extremen Erschütterungen
eines Kraftfahrzeugs kurzfristig die Systemmasse berührt, die meiste
Zeit aber von der Systemmasse entfernt ist.
Zu diesem Zweck sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
eine Schaltungseinrichtung vor, mittels welcher beim Beginn einer jeden
neuen Impulsfolge oder eines neuen (Nachrichten-) Rahmens überprüft
wird, ob der während des vorausgehenden Rahmens festgestellte
Leitungsfehler noch vorliegt oder nicht. Hierfür kann eine rücksetzbare
zweite Zeitmeßeinrichtung vorgesehen werden, die eingangsseitig mit
dem Fehlersignal beaufschlagbar ist und ausgangsseitig ein die zweiten
Schalter zwangsweise nichtleitend steuerndes Schaltersteuersignal
abgeben kann und die eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Ende eines
Rahmens rückgesetzt wird und vom jeweiligen Rücksetzzeitpunkt ab ein
etwa vorhandenes Fehlersignal für eine vorbestimmte Meßzeitdauer
maskiert. D.h., daß sich ein zum Zeitpunkt des Rücksetzens noch
vorhandenes Fehlersignal nur dann zur Abgabe des genannten
Schaltersteuersignals auswirken kann, wenn das Fehlersignal auch nach
Ablauf der Meßzeitdauer der zweiten Zeitmeßeinrichtung noch anliegt.
Während dieser Meßzeitdauer wird dem Aufwärts/Abwärtszähler die
Gelegenheit gegeben, unter den das Fehlersignal auslösenden Zählwert
herabzuzählen, wenn der Leitungsfehler beim Beginn des nächsten
Rahmens nicht mehr vorliegt.
Die zweite Zeitmeßeinrichtung kann durch einen Zähler gebildet sein,
der einen mit einer Zähltaktquelle verbundenen Takteingang und einen
der Beaufschlagung mit dem Fehlersignal dienenden Zählfreigabeeingang
aufweist. Nur wenn dieser Zähler nach dem Rücksetzen auf einen
vorbestimmten Zählwert hochzählt, weil seinem Zählfreigabeeingang das
Fehlersignal entsprechend lange zugeführt worden ist, wird an seinem
Ausgang das Schaltersteuersignal abgegeben.
Damit dann, wenn beim Beginn eines neuen Rahmens der betrachtete
Leitungsfehler nicht mehr vorliegt, der Aufwärts/Abwärts-Zähler
innerhalb der Maskierungszeit der zweiten Zeitmeßeinrichtung rasch und
sicher von dem Zählwert herabzählen kann, auf Grund dessen er
während des vorausgehenden Rahmens das Fehlersignal abgegeben hat,
sieht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Überwachungsschaltung eine Vorrangschaltung zwischen der
Potentialwechseldetektoreinrichtung und den Zähleingängen des
Aufwärts/Abwärts-Zählers vor. Werden beiden Zähleingängen
Potentialwechselimpulse zugeführt, weil wieder beide Leitungen
Potentialwechselaktivitäten aufweisen, wird mittels dieser
Vorrangschaltung erreicht, daß das Abwärtszählen entsprechend der
Potentialwechselaktivität der zuvor fehlerhaften Leitung Vorrang hat vor
dem Aufwärtszählen entsprechend der Potentialwechselaktivität der
anderen Leitung.
Zur Erfassung des jeweiligen Rahmenendes kann eine dritte
Zeitmeßeinrichtung vorgesehen sein, der Änderungen der
Potentialdifferenz zwischen den beiden Leitungen signalisiert werden und
die bei jeder signalisierten Potentialdifferenzänderung in einen
Anfangszustand rücksetzbar ist. Wird eine vorbestimmte Zeitdauer ab
dem letzten Rücksetzvorgang überschritten, ohne daß eine neue
Rücksetzung stattfindet, wird davon ausgegangen, daß das Ende des
jeweiligen Rahmens erreicht worden ist, und gibt die dritte
Zeitmeßeinrichtung ein Rücksetzsignal ab, mittels welchem die zweite
Zeitmeßeinrichtung rückgesetzt wird. Auf diese Weise wird die zweite
Zeitmeßeinrichtung vor dem Beginn eines jeden neuen Rahmens in ihren
maskierenden Zeitmeßzustand versetzt, innerhalb welchem das
Fehlersignal von der ersten Zeitmeßeinrichtung nicht in ein
Schaltersteuersignal für das zwangsweise nichtleitend Schalten der
zweiten Schalter der empfangsfähigen Netzknoten umgesetzt wird.
Die dritte Zeitmeßeinrichtung kann mit einem dritten Zähler aufgebaut
sein, dem an einem Zähltakteingang Zähltakte zugeführt werden und
dem an einem Rücksetzeingang als Rücksetzsignal das Signal für
Potentialdifferenzänderungen auf den beiden Leitungen zugeführt wird.
Vorzugsweise ist auch dem Rücksetzeingang der dritten
Zeitmeßeinrichtung ein Differenzierglied vorgeschaltet, das vorzugsweise
gleichrichtend wirkt, um jede signalisierte Potentialdifferenzänderung in
einen Impuls umzusetzen.
Die Erfindung sowie weitere Aufgabenaspekte und Vorteile der
Erfindung werden nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Netzknotens eines CAN-Systems mit
Überwachungsschaltung; und
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Differenziergliedes, wie es in Fig.
1 vorhanden ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform umfaßt einen Doppelleitungsbus
mit zwei Leitungen A und B eines CAN-Systems. Dieses System umfaßt
eine Mehrzahl, beispielsweise ca. 40, Netzknoten. In Fig. 1 sind
Schaltungskomponenten nur eines einzigen Netzknotens dargestellt. Die
weiteren Netzknoten sind mindestens zum Teil identisch aufgebaut.
Die erste Leitung A ist über einen ersten Widerstand RA mit einer
netzknoteneigenen Betriebspotentialquelle VK (beispielsweise 5 V)
verbunden, während die zweite Leitung über einen zweiten Widerstand
RB mit einer Bezugspotentialquelle GND (beispielsweise 0 V) verbunden
ist. Außerdem ist die erste Leitung A über einen ersten Schalter SA mit
der Bezugspotentialquelle GND verbunden und ist die zweite Leitung B
über einen zweiten Schalter SB mit der Bezugspotentialquelle VK
verbunden. Die beiden Schalter werden mittels einer Sendesignalquelle
TS beide gleichzeitig entweder in einen leitenden Zustand oder einen
nichtleitenden Zustand gesteuert. Im nichtleitenden Zustand der beiden
Schalter SA und SB liegt auf Leitung A das Betriebspotential VK,
beispielsweise 5 V, und an der Leitung B das Bezugspotential,
beispielsweise 0 V. Diesem Schalter- und Potentialzustand sind der
Begriff "rezessiv" und der Logikwert "1" zugeordnet. Bei leitend
gesteuerten Schaltern SA und SB liegt die erste Leitung A auf dem
Bezugspotential (0 V) und die zweite Leitung B auf dem
Betriebspotential (5 V). Diesem Schalter- und Potentialzustand sind der
Begriff "dominant" und der Logikwert "0" zugeordnet. Bei einem
Logikwertwechsel des über den Doppelleitungsbus übertragenen binären
Nachrichtensignals findet somit auf den beiden Leitungen je ein
Potentialwechsel von 5 V nach 0 V bzw. von 0 V nach 5 V statt. Auf
Grund der synchronen Steuerung beider Schalter SA und SB werden auf
beiden Leitungen A und B Nachrichtenimpulse zeitlagenmäßig
gleichlaufend jedoch amplitudenmäßig gegenläufig übertragen.
Die Potentiale auf den beiden Leitungen A und B werden durch die
Schaltzustände der beiden Schalter SA und SB sämtlicher beteiligter
Netzknoten bestimmt. Der nichtleitende Schalterzustand der beiden
Schalter SA und SB eines oder mehrerer Netzknoten kann durch die
leitende Schalterstellung der beiden Schalter SA und SB eines oder
mehrerer anderer Netzknoten überspielt werden. Aus diesem Grund wird
der nichtleitende Zustand der beiden Schalter SA und SB eines
Netzknotens als rezessiv und deren leitender Schalterzustand als
dominant bezeichnet.
Der Empfangsteil des jeweiligen Netzknotens umfaßt eine
Potentialwechseldetektoreinrichtung in Form eines Komparators CD,
mittels welchem die Differenz zwischen dem Potential auf der Leitung A
und dem Potential auf der Leitung B gebildet wird. Weist Leitung A ein
höheres Potential als Leitung B auf, erscheint am Ausgang des
Komparators CD der Logikwert "1", ansonsten der Logikwert "0".
Einem rezessiven Zustand oder Logikwert "1" auf dem
Doppelleitungsbus ist somit ein Logikwert "1" am Ausgang des
Komparators CD zugeordnet, während bei einem dominanten Zustand
oder Logikwert "0" auf dem Doppelleitungsbus am Ausgang des
Komparators CD ein Logikwert "0" erscheint. Der Komparator CD
dient daher als Dekodierer für die Nachricht, die in Form der
beschriebenen Potentiale über den Doppelleitungsbus übertragen werden.
Jeder Netzknoten weist eine eigene Betriebsspannungsquelle auf, welche
aus der dem gesamten Datenübertragungssystem gemeinsamen
Versorgungsspannungsquelle, beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie,
als geregelte Spannung gewonnen wird. Der
Versorgungsspannungsquelle ist eine Systemmasse, im Fall eines
Kraftfahrzeugs in Form von Karosserieblech, zugeordnet. Bei
praktischen Ausführungsformen ist das Bezugspotential GND der
netzknoteneigenen Betriebsspannungsquelle üblicherweise gleich dem
Systemmassepotential, nämlich 0 V. Betrachtet man ein fahrzeugeigenes
CAN-Netz, werden die beiden Leitungen A und B des Doppelleitungsbus
üblicherweise an Karosserieteilen entlanggeführt. Es kann dabei
passieren, daß ein Kurzschluß der Leitung A und/oder der Leitung B
nach Systemmasse hin entsteht, beispielsweise infolge von
Durchscheuern der Isolierung der betroffenen Leitung.
Nach dem bereits erwähnten Protokoll, wie es beispielsweise für CAN-
Netze gilt, werden gesendete Nachrichten in Form von Impulsfolgen
oder (Impuls-)Rahmen übertragen, die einen vorgeschriebenen zeitlichen
Mindestabstand voneinander haben und innerhalb welcher nicht mehr als
eine vorgeschriebene Anzahl von Bits gleichen Logikwertes
aufeinanderfolgen dürfen. Außerdem sieht dieses Protokoll vor, daß am
Ende eines gesendeten Rahmens sämtliche empfangsfähigen Netzknoten
während einer vorbestimmten, für alle Netzknoten gleichen
Bestätigungszeitlage einen Bestätigungsimpuls senden. Dies führt zu den
bereits erläuterten Problemen, wenn ein Leitungsfehler in der Art
vorliegt, daß die Leitung B einen Kurzschluß zur Systemmasse hin
aufweist, weil dann während der Bestätigungszeitlage sämtliche
netzknoteneigenen Betriebsspannungsquellen VK Strom über die
kurzgeschlossene Leitung B zur Systemmasse hin liefern, mit den bereits
erläuterten Auswirkungen.
Da sich die vorliegende Erfindung nur auf die Überwindung dieses
speziellen Problems richtet, befaßt sich die Erfindung lediglich mit
diesem Leitungsfehler, nicht jedoch mit allen anderen Leitungsfehlern,
die in einem solchen Datenübertragungsnetz auftreten können.
Liegt ein Kurzschluß der Leitung B nach Systemmasse hin vor, ist
jedoch das Leitungssystem hinsichtlich Leitung A in Ordnung, treten auf
Leitung A weiterhin Potentialwechsel zwischen 5 V und 0 V auf,
während Leitung B während des Andauerns des Kurzschlusses nach
Systemmasse hin permanent auf dem Potential 0 V bleibt. Am Ausgang
des Komparators CD treten mit den Potentialwechseln auf Leitung A
weiterhin Wechsel zwischen den Logikwerten in "1" und "0" auf, so
daß die Dekodierung der gesendeten Nachricht weiterhin funktioniert.
Da aus dem Ausgangssignal des Komparators CD keine Erkenntnis
dahingehend möglich ist, daß ein Leitungsfehler in Form eines
Kurzschlusses der Leitung B nach Systemmasse hin vorliegt, sind bei
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Überwachungsschaltung zwei weitere Komparatoren CA und CB
vorgesehen. Mit CA werden Potentialwechselaktivitäten auf Leitung A
und mit CB werden Potentialwechselaktivitäten auf Leitung B erfaßt. CA
und CB vergleichen das Potential der Leitung A bzw. der Leitung B mit
je einem zwischen dem Betriebspotential und dem Bezugspotential
liegenden Mittenpotential, beispielsweise von 2,5 V. Bei fehlerfreiem
Doppelleitungsbus liefern die Ausgänge beider Komparatoren CA und
CB das gleiche Ausgangssignalmuster wie der Komparator CD, nämlich
einen Logikwert "1" bei rezessivem Zustand oder Logikwert "1" auf
dem Doppelleitungsbus und einen Logikwert "0" bei dominantem
Zustand oder Logikwert "0" auf dem Doppelleitungsbus. Im Fall eines
Kurzschlusses der Leitung B nach Systemmasse hin liefern die Ausgänge
der Komparatoren CD und CA weiterhin ein derartiges Signalmuster mit
abwechselnden Logikwerten "1" und "0", während der Ausgang des
Komparators CB während der Kurzschlußdauer permanent auf dem
Logikwert "1" stehen bleibt.
Des weiteren weist die Überwachungsschaltung drei Differenzierglieder
DiffA, DiffB und DiffD auf, deren Eingänge mit dem Ausgang des
Komparators CB bzw. dem Ausgang des Komparators CA bzw. dem
Ausgang des Komparators CD verbunden sind. Mit diesen
Differenziergliedern werden die Potentialwechselflanken im
Ausgangssignal des je zugehörigen Komparators in Impulse
umgewandelt. Auf Grund eines Schaltungsaufbaus, wie er nachfolgend
anhand von Fig. 2 näher erläutert wird, wirken die Differenzierglieder
sowohl differenzierend als auch gleichrichtend, so daß alle
Potentialwechsel oder alle Flanken im Ausgangssignal des je
zugehörigen Komparators am Ausgang des jeweiligen Differenziergliedes
zu Ausgangsimpulsen gleicher Polarität führen.
Die Ausgänge der Differenzierglieder DiffA und DiffB sind über eine
Vorrangschaltung VR mit einem Abwärtszähleingang down bzw. mit
einem Aufwärtszähleingang up eines Aufwärts/Abwärts-Zählers Z0
verbunden. Dieser weist einen Zählsignalausgang Z0A auf, der mit
einem Zählfreigabeeingang EE eines zweiten Zählers Z2 verbunden ist.
Letzterer weist außerdem einen Zähltakteingang Z2T, einen
Rücksetzeingang RESET und einen Zählerausgang Z2A auf. Der
Rücksetzeingang RESET von Z2 ist mit einem Zählerausgang Z1A eines
dritten Zählers Z1 verbunden, der einen Rücksetzeingang reset und
einen Zähltakteingang Z1T aufweist. Dessen Rücksetzeingang reset ist
an den Ausgang des Differenziergliedes DiffD angeschlossen. Den
Zähltakteingängen Z1T und Z2T der Zähler Z1 und Z2 wird ein internes
Taktsignal INTclk zugeführt, das vorzugsweise im jeweiligen Netzknoten
selbst erzeugt wird.
Der Aufwärts/Abwärts-Zähler bildet eine erste Zeitmeßeinrichtung, der
Zähler Z2 bildet eine zweite Zeitmeßeinrichtung und der Zähler Z1
bildet eine dritte Zeitmeßeinrichtung.
Die Vorrangschaltung VR umfaßt ein UND-Glied AND mit einem mit
dem Ausgang von DiffA verbundenen nicht-negierenden Eingang, einem
mit dem Ausgang von DiffB verbundenen negierenden Eingang und
einem mit dem Aufwärtszähleingang up von Z0 verbundenen Ausgang.
Somit ist der Abwärtszähleingang down direkt mit dem Ausgang von
DiffB verbunden, während der Aufwärtszähleingang up über das UND-
Glied AND nur indirekt sowohl mit dem Ausgang von DiffA als auch
mit dem Ausgang von DiffB verbunden ist.
Das am Zählerausgang Z2A des Zählers Z2 auftretende Signal dient als
Schaltersteuersignal SC, welches die zweiten Schalter SB vorzugsweise
aller empfangsfähiger Netzknoten für den Fall zwangsweise in einen
nichtleitenden Zustand schaltet, daß Leitung B einen Kurzschluß nach
Systemmasse hin aufweist.
Eine das CAN-Protokoll berücksichtigende praktische Ausführungsform
ist so ausgelegt, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler Z0 beim Erreichen
eines Zählstandes von mehr als drei an seinem Zählerausgang Z0A ein
Fehlersignal E abgibt, daß der Zähler Z2 beim Überschreiten eines
Zählstandes von 114 ein den zweiten Schalter SB zwangsweise in den
nichtleitenden Zustand steuerndes Schaltersteuersignal SC liefert und daß
der Zähler Z1 beim Überschreiten eines Zählstandes von 200 an seinem
Zählerausgang Z1A ein Rücksetzsignal R abgibt. Bei dieser praktischen
Ausführungsform entspricht die Dauer eines Bits der
Nachrichtenimpulsfolge der Dauer von 10 Zähltaktimpulsen. Für diesen
Fall gibt der dritte Zähler Z1 an seinem Ausgang das Rücksetzsignal R
erst ab, wenn seit dem letzten ihm signalisierten
Potentialdifferenzwechsel eine Zeitdauer überschritten worden ist,
welcher der Zeitdauer von 20 Bits entspricht. Bei diesem Beispiel
bewirkt die zeitliche Maskierung durch den zweiten Zähler Z2, daß von
dessen Rücksetzung an der ihm vom ersten Zähler Z0 gemeldete Fehler
E länger dauern muß als die Zeitdauer von 11 Bits, um das die zweiten
Schalter SB zwangsweise in den nichtleitenden Zustand steuernde
Schaltersteuersignal SC zu erzeugen.
Die das Rücksetzsignal R bzw. das Schaltersteuersignal SC auslösenden
Zählwerte der Zähler Z1 bzw. Z2 sind unter Berücksichtigung des
speziellen Protokolls des Datenübertragungsnetzes, in dem die
erfindungsgemäße Überwachungsschaltung zur Anwendung kommt, zu
wählen.
Es wird nun die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung in der
genannten praktischen Ausführungsform betrachtet.
Der Zähler Z1 erreicht einen Zählwert von 200, wenn seit der letzten
ihn rücksetzenden Potentialwechselaktivität auf dem Doppelleitungsbus
eine Zeitdauer vergangen ist, die 20 Nachrichtenbits entspricht. Nach
dem CAN-Protokoll dürfen während eines Nachrichtenrahmens nicht
mehr als 11 Bits gleichen Logikwertes aufeinanderfolgen, darf also
während eines Rahmens eine Potentialwechselpause nicht größer sein,
als es der Zeitdauer von 11 Bits entspricht. Ist seit dem letzten
Rücksetzen des Zählers Z1 ein Zählwert von 200 erreicht worden, was
einer Zeitdauer von zwanzig Nachrichtenbits entspricht, wird daher
davon ausgegangen, daß zum Zeitpunkt des Erreichens des Zählwertes
200 eine Rahmenpause vorliegt. Der Zähler Z2 wird zu diesem
Zeitpunkt rückgesetzt und für den Beginn eines neuen Rahmens
vorbereitet. Da der Zähler Z1 erst beim Beginn eines neuen Rahmens
wieder rückgesetzt wird, hält dessen Ausgangssignal den Zähler Z2 bis
zu einem solchen neuen Rahmenbeginn rückgesetzt. Der Zähler Z2 wird
daher für einen neuen Zählvorgang erst freigegeben, wenn der Zähler
Z1 beim Beginn eines neuen Rahmens rückgesetzt wird. Der Zähler Z2
maskiert daher ein eventuell noch vorhandenes Fehlersignal E am
Ausgang des Zählers Z0 über eine Zeitdauer, die mit dem jeweiligen
Rahmen beginnt und der Zeitdauer von 114 Taktimpulsen des internen
Taktsignals INTclk entspricht oder einer Zeitdauer von 11,4
Nachrichtenbits. Nur wenn das Fehlersignal E auch nach dieser
Zeitdauer von 114 Taktimpulsen noch vom Zähler Z0 abgegeben wird,
wird davon ausgegangen, daß der Fehler auch während dieses neuen
Rahmens noch vorhanden ist und werden die zweiten Schalter SB der
Netzknoten wieder zwangsweise in den nichtleitenden Zustand
geschaltet.
Liegt beim Beginn eines neuen Rahmens der Fehler nicht mehr vor, hat
der Zähler Z0 für die Dauer von 114 Taktimpulsen oder 11,4
Nachrichtenbits Zeit, unter den Zählwert von 4 herabzuzählen, um an
seinem Ausgang kein Fehlersignal E mehr abzugeben und somit kein
erneutes zwangsweises nichtleitend Schalten der zweiten Schalter SB der
Netzknoten auszulösen. Ein entsprechend rasches Herabzählen wird dem
Zähler Z0 durch die Vorrangschaltung VR ermöglicht.
Es wird nun zunächst einmal davon ausgegangen, daß ein Kurzschluß
zwischen Leitung B und Systemmasse nicht vorliegt, und daß gerade
eine Rahmenpause vorliegt, somit auf keiner der beiden Leitungen A
und B Potentialwechselaktivitäten vorhanden sind, und zwar schon so
lange, daß der Zähler Z2 bereits rückgesetzt ist.
Beim Beginn eines nachfolgenden Rahmens, d. h. einer nachfolgenden
Nachrichtenimpulsfolge, führen die Potentialwechselaktivitäten auf
beiden Leitungen A und B dazu, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler Z0
wechselweise aufwärts und abwärts zählt, somit einen Zählstand von
größer als 3 nicht erreicht. Daher wird an seinem Ausgang Z0A auch
kein Fehlersignal E abgegeben. Dies wiederum führt dazu, daß das
Zählen des Zählers Z2 nicht freigegeben wird und dieser den Zählstand
nicht erreichen kann, bei welchem er das die zweiten Schalter SB in den
nichtleitenden Zustand zwingende Schaltersteuersignal SC abgibt.
Als nächstes wird angenommen, daß während eines laufenden Rahmens
ein Kurzschluß zwischen Leitung B und Systemmasse auftritt. Da von
diesem Zeitpunkt ab nur noch die Leitung A Potentialwechselaktivitäten
aufweist, jedoch nicht mehr die Leitung B, liefern nur noch die
Ausgänge der Komparatoren CA und CD Potentialwechselsignale,
jedoch nicht mehr der Ausgang des Komparators CB. Als Folge davon
führt der Zähler Z0 nur noch Aufwärts-Zählvorgänge durch. Sobald er
den Zählwert von 3 überschreitet, gibt er an seinem Ausgang Z0A das
Fehlersignal E ab, welches den Zähler Z2 zum Zählen der Taktimpulse
INTclk freigibt. Dauert das Fehlersignal länger, als es der Zeitdauer von
114 Taktimpulsen entspricht, wird am Ausgang von Z2 das
Schaltersteuersignal SC an die zweiten Schalter SB vorzugsweise aller
empfangsfähiger Netzknoten geliefert, so daß alle diese Schalter
zwangsweise in den nichtleitenden Zustand gebracht werden. Während
der nachfolgenden Bestätigungsimpulszeitlage am Ende des betrachteten
Rahmens können die zweiten Schalter SB dieser Netzknoten daher nicht
in den leitenden Zustand geschaltet werden, so daß die Potentialquellen
VK aller dieser Netzknoten daher nicht in einen Kurzschluß mit
Systemmasse gebracht werden können. Der hohe Stromimpuls, der
durch ein leitend Schalten aller dieser zweiten Schalter SB während der
Bestätigungszeitlage auftreten würde, wird somit verhindert.
Während des laufenden Rahmens wird der Zähler Z1 bei jedem vom
Komparator CD signalisierten Potentialdifferenzwechsel rückgesetzt, so
daß er kein Rücksetzsignal R an den Zähler Z2 liefern kann. Das
Schaltersteuersignal am Ausgang von Z2 bleibt somit bestehen.
Während der nächsten Rahmenpause bleiben die den Zähler Z1
rücksetzenden Signale vom Ausgang des Komparators CD aus und Z1
kann den Zählwert von 200 überschreiten und damit den Zähler Z2 in
einen Anfangszählstand von z. B. 0 rücksetzen. Das Schaltersteuersignal
SC am Ausgang von Z2 hört damit auf und die zwangsweise Steuerung
der zweiten Schalters SB der Netzknoten in den nichtleitenden Zustand
wird wieder aufgehoben.
Es wird nun angenommen, daß zu Beginn eines nachfolgenden weiteren
Rahmens der Kurzschluß zwischen Leitung B und Systemmasse noch
vorhanden ist. In diesem Fall beginnt der Zähler Z0 beim Beginn dieses
Rahmens wieder mit einer Aufwärtszählung, ohne vom Ausgang des
Komparators CB Abwärtszählsignale zu erhalten, so daß Z0 weiter über
den Zählstand von drei hinauszählt und weiterhin das Fehlersignal E
liefert. Damit ist Z2 wieder rum Zählen von Zähltaktimpulsen
freigegeben und liefert nach dem Überschreiten eines Zählstandes von
114 an die zweiten Schalter SB wieder das sie zwangsweise nichtleitend
steuernde Schaltersteuersignal SC.
Es wird nun angenommen, daß bei einem neuen Rahmenbeginn der
Kurzschluß zwischen Leitung B und Systemmasse nicht mehr vorliegt.
Während der vorausgehenden Rahmenpause hat der Zähler Z1 den
Zählwert 200 überschritten und den Zähler Z2 rückgesetzt. Der Zähler
Z0 befindet sich noch auf einem Zählstand, in welchem er das
Fehlersignal E abgibt. Da nun wieder beide Leitungen A und B
Potentialwechselaktivitäten aufweisen, liefern auch wieder die Ausgänge
beider Komparatoren CA und CB Potentialwechselimpulse, so daß
wieder abwechselnd Aufwärts- und Abwärts-Zählvorgänge stattfinden
können. Da die Vorrangschaltung VR bewirkt, daß dann, wenn sowohl
DiffA als auch DiffB Zählimpulse liefert, das Abwärtszählen Vorrang
vor dem Aufwärtszählen hat, erfolgt ein rasches Herabzählen des
Zählers Z0 und somit eine rasche Beendigung des Fehlersignals E am
Ausgang von Z0. Der während der letzten Rahmenpause zurückgesetzte
Zähler Z2 kann daher den Zählstand von 114 nicht mehr überschreiten
und liefert während dieses neuen Rahmens nicht mehr das
Schaltersteuersignal SC an seinem Ausgang Z2A.
Ein Ausführungsbeispiel eines Differenziergliedes, wie es für DiffA,
DiffB und/oder DiffD verwendet werden kann, ist in Fig. 2 gezeigt. Ein
solches Differenzierglied ist mit einem D-Flipflop FF und mit einem
XOR-Glied aufgebaut. Ein D-Eingang des Flipflops FF ist mit dem
Ausgang des zugehörigen der Komparatoren CA, CB und CD
verbunden. Ein Takteingang von FF wird mit einem Taktsignal
beaufschlagt, vorzugsweise mit dem netzknoteninternen Taktsignal
INTclk. Ein erster Eingang des XOR-Gliedes ist mit einem Q-Ausgang
des Flipflop FF und ein zweiter Eingang des XOR-Gliedes ist mit dem
D-Eingang von FF verbunden. Ein Ausgang des XOR-Gliedes bildet den
Ausgang des Differenzgliedes.
In Fig. 2 ist als Beispiel und stellvertretend für alle drei
Differenzierglieder das Differenzierglied DiffA betrachtet, dessen D-
Eingang mit dem Ausgang des Komparators CA und dessen Ausgang
mit dem einen Eingang der Vorrangschaltung VR verbunden sind. Der
von CA kommende jeweilige Flankenwechsel wird vom D-Flipflop FF
erst mit dem jeweils folgenden Taktimpuls INTclk übernommen und am
Q-Ausgang von FF dargestellt. Da ein XOR-Glied einen Logikwert "1"
oder ein Potential H nur abgibt, wenn seinen beiden Eingängen
unterschiedliche Logikwerte zugeführt werden, entstehen am Ausgang
von DiffA Impulse nur während der Verzögerungszeitdauer zwischen
dem Erscheinen des jeweiligen Flankenwechsels am D-Eingang bzw. am
Q-Ausgang von FF. Mit einem Differenzierglied der in Fig. 2 gezeigten
Art wird somit sowohl ein Differenzieren der aufeinanderfolgenden
Potentialwechsel oder Logikwertübergänge als auch eine Gleichrichtung
der differenzierten Impulse erreicht. Als Folge davon löst jeder
Potentialwechsel bzw. Logikwertübergang am Ausgang des zugehörigen
Komparators einen Zählvorgang des Zähler Z0 aus.
Claims (15)
1. Überwachungsschaltung für ein Datenübertragungsnetz mit einer
Mehrzahl von sende- und empfangsfähigen Netzknoten und mit
einem die Netzknoten verbindenden, der redundanten
Doppelübertragung von digitalen Nachrichten dienenden
Doppelleitungsbus mit einer ersten Leitung (A) und einer zweiten
Leitung (B), über welche in Form von zeitlich voneinander
beabstandeten Impulsfolgen übertragene Nachrichtenimpulse
zeitlagenmäßig gleichlaufend übertragen werden, wobei:
- a) mindestens ein Teil der Netzknoten den Empfang der jeweiligen Impulsfolge durch das Senden eines Bestätigungsimpulses während einer vorbestimmten, für alle Netzknoten gleichen Zeitlage bestätigt;
- b) in mindestens einem Teil der Netzknoten die erste Leitung (A) über einen ersten Widerstand (RA) mit einer netzknoteneigenen Betriebspotentialquelle (VK) und über einen ersten steuerbaren Schalter (SA) mit einer Bezugspotentialquelle (GND) und die zweite Leitung (B) über einen zweiten Widerstand (RB) mit der Bezugspotentialquelle (GND) und über einen steuerbaren zweiten Schalter (SB) mit der Bertriebspotentialquelle (VK) verbunden ist;
- c) die beiden Schalter (SA, SB) zum Senden eines Nachrichtenimpulses eines ersten Logikwertes gleichzeitig nichtleitend und zum Senden eines Nachrichtenimpulses eines zweiten Logikwertes gleichzeitig leitend gesteuert werden;
- d) eine Potentialwechseldetektoreinrichtung (CA, CB) vorgesehen ist, mittels welcher die beiden Leitungen (A, B) je auf das Vorliegen von Potentialwechselaktivitäten überwachbar sind und mittels welcher ein Zustand detektierbar ist, in welchem während einer Impulsfolge Potentialwechselaktivitäten nur auf der ersten Leitung (A), nicht jedoch auf der zweiten Leitung (B) auftreten;
- e) und eine erste Zeitmeßeinrichtung (Z0) vorgesehen ist, mittels welcher eine zeitliche Messung der Dauer eines solchen Zustandes durchführbar ist und mittels welcher beim Überschreiten einer vorbestimmten Zeitdauer eines solchen Zustands ein Fehlersignal (E) erzeugbar ist, in Abhängigkeit von welchem die zweiten Schalter (SB) mindestens eines Teils der Netzknoten zwangsweise nichtleitend steuerbar sind.
2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, bei welcher die erste
Zeitmeßeinrichtung (Z0) einen Aufwärts/Abwärts-Zähler aufweist,
der durch von der Potentialwechseldetektoreinrichtung (CA, CB)
signalisierte Potentialwechsel auf der ersten Leitung (A) zur
Aufwärtszählung und durch von der
Potentialwechseldetektoreinrichtung (CA, CB) signalisierte
Potentialwechsel auf der zweiten Leitung (B) zur Abwärtszählung
veranlaßt wird und der beim Erreichen eines vorbestimmten
Zählwertes ein als Fehlersignal (E) dienendes Zählerausgangssignal
abgibt.
3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 2, bei welcher die
Potentialwechseldetektoreinrichtung (CA, CB) eine erste
Komparatoreinrichtung (CB) und eine zweite Komparatoreinrichtung
(CB) aufweist, mittels welchen das Potential der zweiten Leitung
(B) bzw. der ersten Leitung (A) mit einem ersten bzw. einem
zweiten Mittenpotential (2,5 V), die je zwischen dem
Betriebspotential (5 V) und dem Bezugspotential (0 V) liegen,
vergleichbar ist, und bei welcher der Aufwärts/Abwärts-Zähler
(Z0) einen mit einem Komparatorausgang des zweiten Komparators
(CA) gekoppelten Aufwärtszähleingang (up) und einen mit einem
Komparatorausgang des ersten Komparators (CB) gekoppelten
Abwärtszähleingang (down) aufweist.
4. Überwachungsschaltung nach Anspruch 3, bei welcher zwischen der
ersten Komparatoreinrichtung (CB) und der
Aufwärts/Abwärtszähleinrichtung (Z0) und zwischen der zweiten
Komparatoreinrichtung (CA) und der
Aufwärts/Abwärtszähleinrichtung (Z0) je ein Differenzierglied
(DiffA, DiffB) angeordnet ist.
5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit
einer rücksetzbaren zweiten Zeitmeßeinrichtung (Z2),
mittels welcher eine zeitliche Messung der Fehlersignaldauer
durchführbar ist,
die beim Überschreiten einer vorbestimmten Fehlersignaldauer ein Schaltersteuersignal (SC) abgibt, mittels welchem die zweiten Schalter (SB) in den zwangsweise nichtleitenden Zustand steuerbar sind,
und die durch ein Rücksetzsignal (R) in einen Anfangszustand rücksetzbar ist.
die beim Überschreiten einer vorbestimmten Fehlersignaldauer ein Schaltersteuersignal (SC) abgibt, mittels welchem die zweiten Schalter (SB) in den zwangsweise nichtleitenden Zustand steuerbar sind,
und die durch ein Rücksetzsignal (R) in einen Anfangszustand rücksetzbar ist.
6. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit
einer rückstellbaren dritten Zeitmeßeinrichtung (Z1), der
Änderungen der Potentialdifferenz zwischen den beiden Leitungen
(A, B) signalisiert werden, die bei jeder signalisierten
Potentialdifferenzänderung in einen Anfangszustand rücksetzbar ist
und von der nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit dem
letzten Rücksetzvorgang ein Rücksetzsignal (R) erzeugbar ist,
mittels welchem die zweite Zeitmeßeinrichtung (Z2) in einen
Anfangszustand rücksetzbar ist.
7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 6, mit einer die Potentiale
der beiden Leitungen (A, B) vergleichenden dritten
Komparatoreinrichtung (CD) mit einem Komparatorausgang, der mit
einem Rücksetzeingang (reset) der dritten Zeitmeßeinrichtung (Z1)
gekoppelt ist.
8. Überwachungsschaltung nach Anspruch 7, bei welcher zwischen der
dritten Komparatoreinrichtung (CD) und der dritten
Zeitmeßeinrichtung (Z1) ein weiteres Differenzierglied (DiffD)
angeordnet ist.
9. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei
welcher mindestens eines der Differenzierglieder (DiffA, DiffB,
DiffD) sowohl differenzierend als auch gleichrichtend wirkt.
10. Überwachungsschaltung nach Anspruch 9, bei welcher das jeweilige
Differenzierglied (DiffA, DiffB, DiffD) aufweist:
ein D-Flipflop (FF) mit einem mit dem Ausgang der zugehörigen Komparatoreinrichtung (CA, CB, CD) gekoppelten D-Eingang, einem mit einer Taktimpulsquelle (INTclk) verbundenen Takteingang und einem Q-Ausgang (Q);
und ein XOR-Glied (XOR) mit einem mit dem D-Eingang verbundenen ersten Eingang, einem mit dem Q-Ausgang verbundenen zweiten Eingang und einem den Differenziergliedausgang bildenden Ausgang.
ein D-Flipflop (FF) mit einem mit dem Ausgang der zugehörigen Komparatoreinrichtung (CA, CB, CD) gekoppelten D-Eingang, einem mit einer Taktimpulsquelle (INTclk) verbundenen Takteingang und einem Q-Ausgang (Q);
und ein XOR-Glied (XOR) mit einem mit dem D-Eingang verbundenen ersten Eingang, einem mit dem Q-Ausgang verbundenen zweiten Eingang und einem den Differenziergliedausgang bildenden Ausgang.
11. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei
welcher zwischen die beiden Leitungen (A, B) und den
Aufwärts/Abwärts-Zähler (Z0) eine Vorrangschaltung (VR)
geschaltet ist, mittels welcher dann, wenn auf beiden Leitungen (A,
B) Potentialwechsel auftreten, dem Abwärtszählen Vorrang vor dem
Aufwärtszählen eingeräumt wird.
12. Überwachungsschaltung nach Anspruch 11, bei welcher die
Vorrangschaltung (VR) ein UND-Glied (UND) aufweist, von dem
ein invertierender erster Eingang mit einem Ausgang des ersten
Differenziergliedes (DiffB), ein nicht-invertierender zweiter Eingang
mit einem Ausgang des zweiten Differenziergliedes (DiffA) und ein
Ausgang mit dem Aufwärtszähleingang (up) der
Aufwärts/Abwärtszähleinrichtung (Z0) verbunden ist.
13. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei
welcher die zweite Zeitmeßeinrichtung (Z2) mit einem zweiten
Zähler aufgebaut ist, der einen mit einer Zähltaktquelle (IntCLK)
verbundenen Takteingang und einen der Beaufschlagung mit dem
Fehlersignal (E) dienenden Zählfreigabeeingang aufweist.
14. Überwachungsschaltung nach Anspruch 13, bei welchem der zweite
Zähler (Z2) einen mit einem Ausgang (Z1A) der dritten
Zeitmeßeinrichtung (Z 1) gekoppelten Rücksetzeingang (RESET)
aufweist.
15. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, bei
welcher die dritte Zeitmeßeinrichtung (Z1) mit einem dritten Zähler
aufgebaut ist, der einen mit einer Zähltaktquelle (IntCLK)
verbundenen Takteingang und einen mit einem Ausgang der dritten
Komparatoreinrichtung (CD) gekoppelten Rücksetzeingang (RESET)
aufweist.
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