连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器制造技术

公开了一种收发器装置和一种方法，用于在至少两个不同的电压域，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域与具有较低第二电源电压的第二电源电压域之间进行介接。收发器装置具有：第一接口，由第一电源电压供电并适用于与在第一电源电压域中操作的至少一个外部第一数字装置介接；第二接口，由所述第二电源电压供电并适用于与在第二电源电压域中操作的外部通信总线介接；第一内部通信链路，适用于将可由在第一电源电压域中操作的外部第一数字装置生成的传输数据从第一接口传送到第二接口；以及第二内部通信链路，适用于将可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应的传输数据从第二接口传送到第一接口。

【技术实现步骤摘要】
连接到两个不同的电源电压域的单片高压收发器
本专利技术涉及用于在至少两个不同的电压域之间进行介接的收发器装置，并且涉及在至少两个不同的电压域之间进行介接的方法。
技术介绍
在汽车工业中，除努力减少CO2排放之外，已引入了轻度混合动力车辆(MHEV)，其具有两个板网电压域，具体地说，一方面为12V或24V的板网电压域，另一方面为48V的板网电压域。在这样的MHEV中，包括车辆电动机(例如电起动发电机)的电力大功率应用连接到48V的板网，其通常在1至15kW的范围内工作。控制器局域网(CAN)总线通常用于汽车和工业自动化应用中。CAN总线系统由博世(Bosch)公司于1983年开发，并于1986年与英特尔(Intel)公司一起公开发布。CAN总线已经发展成为汽车和工业自动化应用中的总线标准，并在ISO11898中进行了描述。在扩展CANFD的情况下，如果正确终止网络拓扑，CAN总线可支持高达8Mbps的比特率，该扩展CANFD由博世公司在2011年开发，并在2012年发布。在MHEV中，12V的板网电子控制单元(ECU)和48V的板网单元连接到同一控制器局域网(CAN)总线网络。为了实现这种12V/48V的混合CAN网络，运行在48V的ECU的CAN收发器必须容许共模差，并具有限制CAN总线线路上的最大潜在电压和限制进入CAN总线线路的反向电流的规定。在12V/48V的混合CAN网络中，运行在48V的ECU通常具有四个电源连接器引脚：VBN48：48V的板网连接器(例如K1.40)，>GND48：48V的板网接地连接器(例如K1.41)，VBN12/24：12V或24V的板网连接器(例如K1.30)，以及GND12/24：12V或24V的板网接地连接器(例如K1.31)。48V的CAN收发器通常连接在12V/24V的电压电源域与48V的电压电源域之间，如图1所示和下文进一步描述的。在MHEV中，两个板网域(电源电压域)的接地在某处连接。这种共用接地连接的位置取决于汽车制造商。尽管接地是在某处连接的，但是与(长的)线束结合的汽车瞬变过程会导致ECU接地引脚，即GND12/24与GND48之间的接地偏移和共模瞬变。这样可能会导致通信干扰。此外，可能会出现接地失效的情形，从而导致GND12/24与GND48之间的高电压差。为了克服目前48V的ECU中存在的这些问题，使用具有高压电隔离的CAN收发器来处理或连接到两个板网域。作为电隔离屏障，可使用以下方法：(电压)变压器、电容器或光耦合器。所有这些已知的电隔离屏障都是昂贵的解决方案，因为这样的CAN收发器由一个封装(多芯片模块封装)中的多个集成电路管芯组成。甚至更糟的是，可应用包括单独的CAN收发器装置和一个或多个单独的电隔离装置的分立解决方案。尽管本专利技术的
技术介绍
的上述描述涉及在48V、48V的CAN收发器和12V/48V或24V/48V的混合CAN网络上运行的现有技术的ECU，这些ECU已在汽车工业中针对MHEV进行了开发，如将在下文公开的，本专利技术已经在该
中进行了初步开发，但本专利技术可推广应用于与其它总线系统的介接，诸如局域互连网络(LIN)总线(如ISO17987中所述)和FlexRay总线(如ISO17458-1至17458-5中所述)，或者更一般地涉及包括例如以太网的通信介质，在具有不同于12/24V和48V(如在汽车工业中使用的)的电源电压的不同电源电压域之间介接。
技术实现思路
本专利技术涉及用于在至少两个不同的电压域之间进行介接的收发器装置，并且涉及在至少两个不同的电压域之间进行介接的方法。本专利技术的总体目的是提供一种用于在高电压电源域与低电压电源域之间进行数字介接的装置和一种用于在高电压电源域与低电压电源域之间进行数字介接的方法，以在没有电隔离的情况下减小或消除接地偏移、共模瞬变和接地失效情形的影响，从而实现具有单个集成电路管芯的解决方案。本专利技术的进一步目的包括提供共模容限，并采取措施防止从一个域到另一个域的高电压和电流通过。该目的是通过具有根据独立权利要求的特征的标的物来实现的。在从属权利要求中描述了优选的和有利的实施例。具体地说，该目的是通过根据所附独立权利要求1的收发器装置和根据所附独立权利要求19的方法来实现的。在从属权利要求中描述了本专利技术的其它实施例。根据本专利技术的第一示例性实施例，提供了一种收发器装置，用于在至少两个不同的电压域，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域与具有较低第二电源电压的第二电源电压域之间进行介接，其中该收发器装置具有：第一接口，其由第一电源电压供电并适用于与在第一电源电压域中操作的至少一个外部第一数字装置介接；第二接口，其由第二电源电压供电并适用于与在第二电源电压域中操作的外部通信总线介接；第一内部通信链路，其适用于将可由在第一电源电压域中操作的外部第一数字装置生成(或可生成)的传输数据从第一接口传送到第二接口，以及第二内部通信链路，其适用于将可从在第二电源电压域中操作的外部通信总线供应(或可供应，或可提供)的传输数据从第二接口传送到第一接口。这里，具体地说，接收数据可源自在第二电源电压域中操作并连接到通信总线的装置。通过提供用于传输传输数据和接收数据的第一内部通信和第二内部通信，对于双工传输，可在不提供电隔离的情况下解决接地偏移、共模瞬变和接地失效情形的影响。这又实现了以下有利的实施例。根据本专利技术的第一示例性实施例的收发器装置可具有多于一个的第一内部通信链路和第二内部通信链路，例如，用于传输装置模式指示信号的另一第一内部通信链路和第二内部通信链路，以及用于传输装置状态信息信号的又一第一内部通信链路和第二内部通信链路。在本专利技术的有利实施例中，包括第一接口、第二接口、第一内部通信链路和第二内部通信链路，特别是另外的第一内部通信链路和第二内部通信链路的收发器装置可实现为单片集成电路。在其特定的有利实施例中，单片集成电路以绝缘体上硅(SOI)技术实施。在本专利技术的实施例中，收发器装置还可具有至少两个接地引脚，包括适用于连接到第一电源电压域的接地电势的第一接地引脚和适用于连接到第二电源电压域的接地电势的第二接地引脚。在本专利技术的实施例中，收发器装置还可具有共模和接地偏移范围，其在从大于约±3V开始但不超过约±70V的范围内。在本专利技术的实施例中，第一电源电压基本上为标称48V或更高。在本专利技术的实施例中，第二电源电压基本上为标称12V或基本上为标称24V。在本专利技术的实施例中，第一接口可具有：传输数据输入端，其适用于例如从在第一电源电压域中操作的第一数字装置接收传输数据；接收数据输出端，其适用于例如向在第一电源电压域中操作的第二数字装置传输接收数据。在该实施例的进一步发展中，在第一电源电压域中操作的第一数字装置和第二数字装置可为同一数字装置，和/或在第一电源电压域中操作的第一数字装置和第二数字装置可共同形成微控制器单元。在本专利技术的实施例中，第二接口可具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种收发器装置(100)，用于在至少两个不同的电压域(12，14)，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域(12)与具有较低第二电源电压的第二电源电压域(14)之间进行介接，其特征在于，所述收发器装置(100)具有：/n第一接口(110)，其由所述第一电源电压供电并适用于与在所述第一电源电压域(12)中操作的至少一个外部第一数字装置(20)介接；/n第二接口(120)，其由所述第二电源电压供电并适用于与在所述第二电源电压域(14)中操作的外部通信总线(24)介接；/n第一内部通信链路(130)，其适用于将可由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述外部第一数字装置(20)生成的传输数据从所述第一接口(110)传送到所述第二接口(120)，以及/n第二内部通信链路(170)，其适用于将可从在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)供应的接收数据从所述第二接口(120)传送到所述第一接口(110)。/n

【技术特征摘要】
20200206 EP 20155913.51.一种收发器装置(100)，用于在至少两个不同的电压域(12，14)，即具有较高第一电源电压的第一电源电压域(12)与具有较低第二电源电压的第二电源电压域(14)之间进行介接，其特征在于，所述收发器装置(100)具有：
第一接口(110)，其由所述第一电源电压供电并适用于与在所述第一电源电压域(12)中操作的至少一个外部第一数字装置(20)介接；
第二接口(120)，其由所述第二电源电压供电并适用于与在所述第二电源电压域(14)中操作的外部通信总线(24)介接；
第一内部通信链路(130)，其适用于将可由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述外部第一数字装置(20)生成的传输数据从所述第一接口(110)传送到所述第二接口(120)，以及
第二内部通信链路(170)，其适用于将可从在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)供应的接收数据从所述第二接口(120)传送到所述第一接口(110)。


2.根据权利要求1所述的收发器装置(100)，其特征在于，具有以下特征中的至少一个：
i)所述收发器装置(100)实现为单片集成电路，
具体地说，其中，所述单片集成电路以绝缘体上硅SOI技术实施；
ii)所述收发器装置(100)具有至少两个接地引脚(114，124)，包括适用于连接到所述第一电压电源域(12)的接地电势的第一接地引脚(114)和适用于连接到所述第二电压电源域(14)的接地电势的第二接地引脚(124)；
iii)所述收发器装置(100)具有共模和接地偏移范围，所述共模和接地偏移范围在从大于约±3V开始但不超过约±70V的范围内；
iv)所述第一电源电压基本上为标称48V或更高；
v)所述第二电源电压基本上为标称12V或基本上为标称24V。


3.根据权利要求1或2所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第一接口(110)具有：
传输数据输入端(116)，其适用于例如从在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置(20)接收所述传输数据，以及
接收数据输出端(118)，其适用于例如向在所述第一电源电压域(12)中操作的第二数字装置(22)传输所述接收数据，
具体地说：
其中，在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置和所述第二数字装置(20，22)为同一数字装置(30)，和/或
其中，在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置和所述第二数字装置(20，22)共同形成微控制器单元(32)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第二接口(170)具有：
至少一个通信总线引脚(126，128)，其适用于向在所述第二电源电压域(14)中操作的所述通信总线(24)传输所述传输数据和/或从所述通信总线(24)接收所述接收数据，
具体地说：
其中，在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)从由CAN总线、Flexray总线、LIN总线和以太网组成的组中选择。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的收发器装置(100)，其特征在于，分别关于传输数据和接收数据的所述传输，所述第一内部通信链路和所述第二内部通信链路(130，170)基于差动电压传输(140，180)。


6.根据权利要求5所述的收发器装置(100)，其特征在于，所述第一内部通信链路(130)包括：
第一差动电压发送器(141)，其参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，所述第一差动电压发送器(141)适用于经由所述第一接口(110)接收由在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第一数字装置(20)生成的所述传输数据，并且适用于生成并输出用于传输所述传输数据的第一差动电压信号，以及
第一差动电压接收器(144)，其参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，所述第一差动电压接收器(144)适用于接收由所述第一差动电压发送器(141)传输的所述差动电压信号，并且适用于经由所述第二接口(120)向在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)第二数字装置(26)传输用于传输所述传输数据的第一单端数字信号，
具体地说，其中，所述第二内部通信链路(170)包括：
第二差动电压发送器(181)，其参考，特别是由所述第二电源电压域(14)供电进行操作，所述第二差动电压发送器(181)适用于经由所述第二接口(120)接收可从在所述第二电源电压域(14)中操作的所述外部通信总线(24)供应的所述接收数据，并且适用于生成并输出用于传输所述接收数据的第二差动电压信号，以及
第二差动电压接收器(184)，其参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，所述第二差动电压接收器(184)适用于接收由所述第二差动电压发送器(171)传输的所述差动电压信号，并且适用于经由所述第一接口(110)向在所述第一电源电压域(12)中操作的所述第二数字装置(22)传输用于传输所述接收数据的第二单端数字信号。


7.根据权利要求6所述的收发器装置(100)，其特征在于：
所述第一差动电压发送器(131，141)具有第一基于开关的H桥(142)，所述H桥(142)参考，特别是由所述第一电源电压域(12)供电进行操作，以及
所述第一差动电压接...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞奈尔·埃文斯，杰拉尔德·夸克纳特，马蒂亚斯·伯特霍尔德·穆斯，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL