專利名稱：一種車載can總線光纖集線器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種車載CAN總線光纖集線器，涉及汽車內(nèi)部各電子裝置之間信息交換的一種串行通信裝置。
背景技術(shù)：
CAN總線是實現(xiàn)現(xiàn)代汽車內(nèi)部各電子裝置之間信息交換的一種串行通信方式。其方法是，利用一對金屬雙絞線分別連接各個電子裝置中CAN通信接口集成電路的輸出信號CANH和CANL信號輸出端，構(gòu)成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，完成汽車內(nèi)部電子裝置之間的信息交換。
汽車內(nèi)部各電子裝置之間的數(shù)據(jù)交換對實時性要求較高，現(xiàn)有汽車內(nèi)部的CAN總線系統(tǒng)中，其通信介質(zhì)是金屬雙絞線。隨著汽車內(nèi)部電子裝置的增加，電子裝置之間的數(shù)據(jù)交換越來越頻繁，提高CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，是保證數(shù)據(jù)實時性的一項行之有效的措施。由于汽車內(nèi)部惡劣的電磁環(huán)境，阻礙了基于金屬雙絞線CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的提高和數(shù)據(jù)傳輸成功率的提高。塑料光纖具有成本低、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗電磁干擾能力強和數(shù)據(jù)傳輸安全等特點，隨著塑料光纖實用化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，為車載CAN總線系統(tǒng)提供了一種以低成本獲得高數(shù)據(jù)傳輸率和高數(shù)據(jù)傳輸成功率傳輸介質(zhì)的選擇機會。但是CAN總線有一特殊的總線仲裁機制——無損仲裁。無損仲裁是實施CAN總線多主拓撲結(jié)構(gòu)的重要機制。該機制是如果總線上的電子裝置都發(fā)送高電平時，其總線上所有電子裝置接收到的都是高電平；如果總線上的電子裝置中只有一個發(fā)送低電平，其總線上所有電子裝置接收到的都是低電平，這實質(zhì)上是將各個電子裝置中發(fā)出的信號經(jīng)邏輯與運算在總線上傳輸。如果總線上發(fā)送高電平的電子裝置檢測到總線傳輸?shù)氖堑碗娖?，則停止高電平的發(fā)送。
在以金屬雙絞線為通訊介質(zhì)的CAN總線系統(tǒng)中，無損仲裁是由各個電子裝置內(nèi)部的CAN總線接口電路和金屬雙絞線協(xié)同完成。由于總線上所有電子裝置都是通過金屬雙絞線連接到一起的，而CAN總線接口電路的輸出采用的是三極管集電極開路方式，將所有以三極管集電極開路方式構(gòu)成的CAN總線接口集成電路用金屬導(dǎo)線連接到一起，其實質(zhì)是進行線與邏輯運算。而塑料光纖的光特性和金屬雙絞線的電特性有著明顯的區(qū)別，它是不能通過簡單的方式直接相連接的，也就是塑料光纖代替金屬雙絞線的CAN總線系統(tǒng)中，是不可能借助CAN總線的現(xiàn)有技術(shù)通過簡單的變換實現(xiàn)CAN總線特有的無損仲裁，同時塑料光纖作為一種新型的通信介質(zhì)，其在實際的應(yīng)用還處于拓展階段，用塑料光纖取代現(xiàn)有CAN總線系統(tǒng)傳輸介質(zhì)——金屬雙絞線是一項核心技術(shù)。目前在中國汽車電子領(lǐng)域中還沒有見到塑料光纖在CAN總線的應(yīng)用實例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種車載CAN總線光纖集線器，在塑料光纖的配合下取代現(xiàn)有CAN總線的CAN接口集成電路和金屬雙絞線，由該集線器完成以塑料光纖為傳輸介質(zhì)CAN總線系統(tǒng)的無損仲裁和數(shù)據(jù)分配。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將電子控制裝置中CAN總線控制集成電路的輸入連接塑料光纖接收元件，CAN總線控制集成電路的輸出連接塑料光纖發(fā)送元件，利用兩根塑料光纖連接到本發(fā)明的車載CAN總線塑料光纖集線器對應(yīng)的發(fā)送接收裝置上，通過車載CAN總線塑料光纖集線器實現(xiàn)各個電子裝置之間數(shù)據(jù)傳輸。車載CAN總線塑料光纖集線器含有N對塑料光纖接收電路、無損仲裁電路及其塑料光纖發(fā)送電路、信號變換電路。從塑料光纖傳送來的光信號經(jīng)塑料光纖接收電路變換為電信號后，通過塑料光纖接收電路相關(guān)聯(lián)的線與邏輯運算二極管進行處理，再經(jīng)過信號變換電路變換為適合塑料光纖發(fā)送電路的電信號后，最后通過塑料光纖發(fā)送電路變換為光信號，再由塑料光纖傳送到其它電子裝置，由此實現(xiàn)CAN總線塑料光纖傳輸。
和現(xiàn)有CAN總線車載網(wǎng)絡(luò)相比，本發(fā)明解決了CAN總線系統(tǒng)用塑料光纖替代現(xiàn)有金屬雙絞線的核心技術(shù)問題，實現(xiàn)了車載CAN總線系統(tǒng)以低成本獲得高數(shù)據(jù)傳輸率和高數(shù)據(jù)傳輸成功率。
本發(fā)明的有益效果是使車載CAN總線系統(tǒng)繼承了現(xiàn)有CAN總線固有的特性，提高CAN總線的數(shù)據(jù)通信速率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，保證了數(shù)據(jù)的實時性。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是本發(fā)明的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的信號變換電路原理圖。
圖4是由本發(fā)明組成的車載CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
詳細說明本發(fā)明的電路原理和工作原理。
圖1是本發(fā)明“車載CAN總線塑料光纖集線器”具體實施方式
的結(jié)構(gòu)方框圖，它由N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路I、信號變換電路II組成，通過電線將N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路I和信號變換電路II連接為一體；11是可實施線與邏輯運算的接收信號；12為N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的發(fā)送信號。每個獨立塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路對應(yīng)一個CAN總線電子控制器。圖1I中的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的詳細說明如圖2所示。
圖2是本發(fā)明“車載CAN總線塑料光纖集線器”的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路原理圖，它由塑料光纖收發(fā)元件23、電阻R21、電容器C21、電容C22、電容C23、電容C24和二極管D21組成。電容器C21和電容C22、電容C23和電容C24并聯(lián)后一端接+5V電源，另一端接電源地，構(gòu)成電源去耦電路。電容C21和C23可選擇容量為0.01uF至0.1uF的陶瓷電容，電容C22和C24可選擇容量為4.7uF至10uF的陶瓷電容。塑料光纖收發(fā)元件23是Infineon公司生產(chǎn)的SPF MIR302塑料光纖發(fā)送接收元件，其輸入/輸出電信號電平符合TTL電平，最高數(shù)據(jù)率可達到50 Mbaud；塑料光纖收發(fā)元件23的3腳和9腳接+5V電源，2腳和6腳接電源地，構(gòu)成供電回路；4腳通過電阻R21連接到電源地，改變R21的阻值可改變發(fā)送電流的大小，其阻值范圍為130KΩ至250KΩ；1腳連接到發(fā)送信號22，構(gòu)成發(fā)送電路；8腳連接到二極管D21的陰極，接收信號21連接到二極管D21的陽極；N個獨立的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的接收信號21連接到一起，構(gòu)成圖1I中可實施線與邏輯運算的接收信號11；N個獨立的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的發(fā)送信號22連接到一起，構(gòu)成圖1I中的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路發(fā)送信號12。
由于在光電接收電路的輸出增加了一個二極管D21，塑料光纖收發(fā)元件23的電信號輸出通過二極管D21實現(xiàn)線與邏輯運算，因此當(dāng)塑料光纖收發(fā)元件23輸出為低電平時，由于二極管D21的作用，其接收信號21的電平將在1V左右，而塑料光纖收發(fā)元件23的發(fā)送信號22要求的低電平應(yīng)小于0.8V，因此接收信號21線與后的11不能直接作為塑料光纖收發(fā)元件23的發(fā)送信號，需要將接收信號21的低電平變換到0.8V以下時，才能滿足塑料光纖收發(fā)元件23的發(fā)送信號要求。信號變換由圖3所示的電路來完成。
圖3是本發(fā)明“車載CAN總線塑料光纖集線器”的信號變換電路原理圖。它由接收信號31、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電容C31、電容C32、發(fā)光二極管D31、比較器U31A和發(fā)送信號32組成。發(fā)光二極管D31為正向壓降小于1.6V的普通發(fā)光二極管。電阻R31一端連接到+5V電源電壓，另一端連接到發(fā)光二極管D31的陽極和比較器U31A的負輸入2腳，電阻R31的阻值范圍為330Ω至1KΩ；發(fā)光二極管D31的陰極連接到地，為比較器U31A提供1.5V左右的比較參考電壓；阻值范圍為3KΩ至10KΩ的電阻R32一端連接到+5V電源電壓，另一端與比較器U31A的正輸入3腳和接收信號31連接一起，再與圖1I中的11連接，在塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路中的二極管D21的配合下，組成線與邏輯運算單元；阻值范圍為1KΩ至10KΩ電阻R33的一端連接到+5V電源電壓，另一端連接到比較器U31A的輸出1腳和輸出信號32，再與圖2I中的12連接，增加R33的阻值將降低功耗，但負載能力下降；容量為0.01uF至0.1uF的陶瓷電容C31和容量為4.7uF至10uF的陶瓷電容C32并聯(lián)后，一端連接到+5V電源壓，另一端連接到電源地構(gòu)成電源去耦電路。當(dāng)圖1I中所有塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路輸出高電平時，此時接收信號31上的電平將大于1.5V，比較器的正端電壓高于負端電壓，此時比較器的輸出為高電平。因為比較器的輸出就是發(fā)送信號32，而發(fā)送信號與圖2I中所有光纖發(fā)送電路的輸入12是連接到一起的，通過塑料光纖傳輸，此時圖4IV所有電子裝置的CAN控制器接收到的是高電平；當(dāng)圖1I中只要有一路塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路輸出低電平時，此時接收信號31上的電平將小于1V，比較器的正端電壓低于負端電壓，此時比較器的輸出為低電平，通過塑料光纖傳輸，此時圖4IV所有電子裝置的CAN控制器接收到的是低電平；從而完成了CAN總線的實現(xiàn)CAN總線的無損仲裁和數(shù)據(jù)分配。
圖中所有電阻的功率為0.25W，電容的耐壓在10V至50V之間，比較器的型號為LM193，二極管D21的型號為1N4148。實現(xiàn)線與邏輯運算的二極管D21可根據(jù)不同的要求采用硅二極管和肖特基二極管。
圖4由本發(fā)明構(gòu)成的車載CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，它由N個含有塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的CAN總線電子裝置III和車載CAN總線塑料光纖集線器IV組成，III和IV用塑料光纖連接為一體。一個車載CAN總線塑料光纖集線器可以連接N個電子裝置，N的數(shù)量取決于車載CAN總線塑料光纖集線器，綜合多種因素，在本發(fā)明中N不大于32。
該車載CAN總線集線器的工作過程是當(dāng)圖4IV中的所有CAN總線電子裝置發(fā)送的電平都是高電平時，經(jīng)過塑料光纖的傳輸后，圖2中塑料光纖收發(fā)元件23的輸出信號將是高電平，與圖2二極管D21陽極相連接的接收信號21也為高電平，即圖1I中所有光電發(fā)送接收電路的輸出都是高電平，因為圖1I中所有塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路的輸出通過一個二極管D21連接到一起實施線與邏輯運算，則圖1中的11也為高電平，因圖1中的11是和圖3中的接收信號31是相連的，而高電平是大于1.5V，所以圖3中的發(fā)送信號32也為高電平，此高電平信號經(jīng)圖1 12后分配到圖2中收發(fā)元件的發(fā)送信號22，經(jīng)塑料光纖最后傳輸?shù)綀D4IV中的所有CAN總線電子裝置的也是高電平。當(dāng)圖4IV中的所有CAN總線電子裝置中，只要有一個CAN總線電子裝置發(fā)送的是低電平，經(jīng)過塑料光纖的傳輸后，其圖2中相應(yīng)收發(fā)元件23的輸出信號將是低電平，其接收信號21也是低電平，因為圖1I中光電發(fā)送接收電路的輸出通過一個二極管連接到一起實施的線與邏輯運算，則圖2中的21同樣是低電平，與其相連圖3中的接收信號31將小于1.5V，所以圖3中的發(fā)送信號32將是低電平，此低電平信號經(jīng)圖1 12分配到圖2中各光電發(fā)送接收電路中的發(fā)送信號22，最后經(jīng)塑料光纖傳輸?shù)綀D4IV中所有CAN總線電子裝置的也是低電平，從而實現(xiàn)CAN總線的無損仲裁。
本發(fā)明不但適用汽車行業(yè)，而且還適用于采用CAN通信的工業(yè)控制及其它電磁環(huán)境惡劣的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種車載CAN總線光纖集線器，其特征是由N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路[I]、信號變換電路[II]組成，通過電線將N個塑料光纖發(fā)送接收電路[I]和信號變換電路[II]連接為一體；每個獨立塑料光纖發(fā)送接收電路對應(yīng)一個CAN總線電子控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載CAN總線光纖集線器，其特征是所述的塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路[I]由塑料光纖收發(fā)元件[23]、電阻[R21]、電容[C21]、電容[C22]、電容[C23]、電容[C24]和二極管[D21]組成；電容器[C21]和電容[C22]、電容[C23]和電容[C24]并聯(lián)后一端接+5V電源，另一端接電源地，構(gòu)成電源去耦電路；塑料光纖收發(fā)元件[23]的3腳和9腳接+5V電源，2腳和6腳接電源地，構(gòu)成供電回路；4腳通過電阻[R21]連接到電源地，改變[R21]的阻值可改變發(fā)送電流的大??；1腳連接到發(fā)送信號[22]，構(gòu)成發(fā)送電路；8腳連接到二極管[D21]的陰極，接收信號[21]連接到二極管[D21]的陽極；所有N個獨立的塑料光纖發(fā)送接收電路的接收信號[21]連接到一起構(gòu)成實施線與邏輯運算后的接收信號[11]，所有N個獨立的塑料光纖發(fā)送接收電路的發(fā)送信號[22]連接到一起構(gòu)成光纖發(fā)送接收電路[I]的發(fā)送信號[12]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載CAN總線光纖集線器，其特征是所述的信號變換電路[II]由接收信號[31]、電阻[R31]、電阻[R32]、電阻[R33]、電容[C31]、電容[C32]、發(fā)光二極管[D31]、比較器[U31A]和發(fā)送信號[32]組成；發(fā)光二極管為正向壓降小于1.6V的普通發(fā)光二極管；電阻[R31]一端連接到+5V電源電壓，另一端連接到發(fā)光二極管[D31]的陽極和比較器[U31A]的負輸入2腳，發(fā)光二極管[D31]的陰極連接到地，為比較器[U31A]提供1.5V左右的比較參考電壓；電阻[R32]一端連接到+5V電源電壓，另一端與比較器[U31A]的正輸入3腳和接收信號[31]連接一起，再與光纖發(fā)送接收電路[I]中的[11]連接，在塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路中的二極管[D21]的配合下，組成線與邏輯運算單元；電阻[R33]的一端連接到+5V電源電壓，另一端連接到比較器[U31A]的輸出1腳和輸出信號[32]，再與塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路[I]中的[12]連接；電容[C31]和電容[C32]并聯(lián)后，一端連接到+5V電源電壓，它們的另一端連接到電源地構(gòu)成電源去耦電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一項所述的車載CAN總線光纖集線器，其特征是所述的塑料光纖收發(fā)元件[23]的電信號輸出通過二極管[D21]實現(xiàn)線與邏輯運算，二極管[D21]可采用硅二極管或肖特基二極管。
全文摘要
一種車載CAN總線光纖集線器，涉及汽車內(nèi)部各電子裝置之間信息交換的一種串行通信裝置。它由N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路I、信號變換電路II組成，通過電線將N個塑料光纖發(fā)送接收及無損仲裁電路I和信號變換電路II連接為一體。從塑料光纖傳送來的光信號經(jīng)塑料光纖接收電路變換為電信號后，通過與光電接收電路相關(guān)聯(lián)的線與邏輯運算二極管進行處理，再經(jīng)信號變換電路變換為適合塑料光纖發(fā)送電路的電信號，最后通過塑料光纖發(fā)送電路變換為光信號，再由塑料光纖傳送到其它電子裝置，由此實現(xiàn)CAN總線塑料光纖傳輸。本發(fā)明用塑料光纖替代現(xiàn)有金屬雙絞線，成本低廉，提高CAN總線的數(shù)據(jù)通信速率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β剩ＷC了數(shù)據(jù)的實時性。
文檔編號B60R99/00GK1629019SQ200310121369
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者唐曉泉, 王麗芳, 周超, 胡廣艷 申請人:中國科學(xué)院電工研究所