控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線驅(qū)動(dòng)器及用于控制所述驅(qū)動(dòng)器的方法
【專利說(shuō)明】控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線驅(qū)動(dòng)器及用于控制所述驅(qū)動(dòng)器的方法
[0001]相關(guān)串請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案基于且主張2014年9月26日申請(qǐng)的第62/056，240號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，其由本發(fā)明的發(fā)明者轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人且以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線傳輸器，且特定來(lái)說(shuō)，涉及減少共模波動(dòng)的總線驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0004]控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898經(jīng)設(shè)計(jì)以允許裝置使用2線總線彼此通信。ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)以引用的方式并入本文中?？偩€上的數(shù)據(jù)信號(hào)是差分的，因此任何共模信號(hào)被理想地廢止。所述標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于車輛中的通信，且可在總線上通信的裝置的實(shí)例包含發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制單元、安全氣囊控制單元、音頻系統(tǒng)控制單元、電動(dòng)車窗控制單元等等。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)也可應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境(例如，機(jī)械手控制單元)、娛樂(lè)環(huán)境(例如，視頻游戲控制單元)及其它環(huán)境。
[0005]各種控制單元通常產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)，且所述數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議被封裝在幀中且作為差分位信號(hào)在總線上串行傳輸。由所述標(biāo)準(zhǔn)指定沖突及仲裁規(guī)則。
[0006]本發(fā)明僅處理CAN中的總線驅(qū)動(dòng)器(傳輸器)，其通常耦合到雙絞線。
[0007]圖1說(shuō)明用于接收線12上的串行數(shù)據(jù)的特定裝置的現(xiàn)有技術(shù)CAN總線驅(qū)動(dòng)器10。在一個(gè)實(shí)例中，總線驅(qū)動(dòng)器10接收線12上的邏輯0位，且柵極驅(qū)動(dòng)器14產(chǎn)生用于接通PM0S晶體管16的低PGATE電壓及產(chǎn)生用于接通NM0S晶體管18的高NGATE電壓。因此，Vcc被施加到高側(cè)總線線路20，且系統(tǒng)接地被施加到低側(cè)總線線路22。線20及22經(jīng)由任選反向電流阻擋二極管26及28以及總線端子CANH及CANL耦合到雙絞線纜線24 (總線)。針對(duì)邏輯1位的電壓差分應(yīng)大于1.5伏特。此被稱作顯性狀態(tài)。針對(duì)線12上的邏輯1位，晶體管16及18兩者皆斷開(高阻抗)，且120歐姆終端電阻器30及32使總線上的差分電壓返回到0伏特。此被稱作隱性狀態(tài)。
[0008]各種裝置將耦合到纜線24且也包含類似于驅(qū)動(dòng)器10的總線驅(qū)動(dòng)器。
[0009]共模電壓(其等于CANH及CANL端子電壓的平均)在從隱性狀態(tài)到顯性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間及在從顯性狀態(tài)返回隱性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間理想地保持恒定。共模電壓的波動(dòng)導(dǎo)致電磁發(fā)射(ΕΜΕ)，其在電子系統(tǒng)中是非所要的。
[0010]在從隱性狀態(tài)到顯性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，PM0S晶體管16應(yīng)在與NM0S晶體管18完全相同的時(shí)間及以與NM0S晶體管18完全相同的速率接通以便于CANH及CANL端子電壓的平均貫穿顯性狀態(tài)保持大約恒定。同樣地，在從顯性狀態(tài)到隱性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，PM0S晶體管16應(yīng)在與NM0S晶體管18完全相同的時(shí)間及以與NM0S晶體管18完全相同的速率斷開。
[0011]在實(shí)際的電子裝置中，很難確保不同類型(PFET對(duì)NFET)的兩個(gè)不同開路漏極FET在完全相同的時(shí)間以完全相同的速率接通和斷開。如果兩個(gè)裝置不以相同的速率接通或斷開，那么共模電壓大的改變可在轉(zhuǎn)變期間出現(xiàn)，從而導(dǎo)致EME。CAN總線驅(qū)動(dòng)器10極易產(chǎn)生大的共模變化。這是因?yàn)閮蓚€(gè)晶體管16及18在其接通和斷開時(shí)充當(dāng)高阻抗電流源，在此期間，兩個(gè)晶體管16及18的柵極到源極電壓(Vgs)為低且其漏極到源極電壓(Vds)為高。在此條件下，共模負(fù)載為這兩個(gè)晶體管的并聯(lián)輸出阻抗(加CAN總線上的CAN接收器的并聯(lián)阻抗)。此導(dǎo)致可為幾十千歐姆的高共模負(fù)載阻抗。在這些條件下，由PMOS晶體管16及NMOS晶體管18在接通或斷開轉(zhuǎn)變期間同時(shí)傳導(dǎo)的電流的小分?jǐn)?shù)差可導(dǎo)致一伏特或一伏特以上的共模電壓波動(dòng)。這在許多系統(tǒng)中針對(duì)ΕΜΕ考慮是不可接受的。
[0012]所需要的是受由主要驅(qū)動(dòng)器晶體管在顯性狀態(tài)與隱性狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變期間所傳導(dǎo)的不相等電流的較小影響的CAN驅(qū)動(dòng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明涉及CAN總線驅(qū)動(dòng)器，其中主要驅(qū)動(dòng)器晶體管輔以互補(bǔ)源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)樵礃O跟隨器FET通過(guò)其源極而非其漏極驅(qū)動(dòng)其相應(yīng)CAN總線線路，所以其輸出阻抗與開路漏極驅(qū)動(dòng)器相比非常低。互補(bǔ)源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器在主要驅(qū)動(dòng)器FET接通稍前接通且在主要驅(qū)動(dòng)器FET斷開稍后斷開，以提供在顯性狀態(tài)與隱性狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變期間低得多的共模負(fù)載阻抗，借此極大地減少?gòu)闹饕?qū)動(dòng)器FET中的傳導(dǎo)電流不匹配所產(chǎn)生的共模電壓波動(dòng)。
[0014]源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器含有互補(bǔ)斜坡產(chǎn)生器電路，其產(chǎn)生高度匹配地相等且相反的兩個(gè)上升及下降波形。良好匹配是可能的，因?yàn)榧呻娐芳夹g(shù)使高度匹配的互補(bǔ)電流源及高度匹配的電容器成為可能?；パa(bǔ)的上升及下降斜坡是通過(guò)將相等但相反的電流接入一對(duì)相匹配的電容器而產(chǎn)生。
[0015]當(dāng)主要驅(qū)動(dòng)器晶體管完全接通時(shí)，總線由主要驅(qū)動(dòng)晶體管及其相應(yīng)并聯(lián)傳導(dǎo)的源極跟隨器驅(qū)動(dòng)。
[0016]在另一實(shí)施例中，如果源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器與主要驅(qū)動(dòng)器FET同時(shí)切換則實(shí)現(xiàn)類似益處，原因是源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器的低阻抗主導(dǎo)切換效果，但此精確定時(shí)在實(shí)際電路中是相對(duì)困難的。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)CAN總線驅(qū)動(dòng)器。
[0018]圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的CAN總線驅(qū)動(dòng)器。
[0019]圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的CAN總線驅(qū)動(dòng)器，其中額外共源極FET以反并聯(lián)方式與源極跟隨器FET中的每一者連接以允許在實(shí)現(xiàn)相同總體輸出驅(qū)動(dòng)電流的情況下將主要驅(qū)動(dòng)器FET做的更小。
[0020]圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的CAN總線驅(qū)動(dòng)器，其中排除圖3中的主要驅(qū)動(dòng)器FET，同時(shí)增加源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器中的FET的大小以實(shí)現(xiàn)相同總體輸出驅(qū)動(dòng)電流。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖2說(shuō)明改進(jìn)的CAN總線驅(qū)動(dòng)器40，其中與圖1中的元件等效的元件標(biāo)有相同數(shù)字。驅(qū)動(dòng)器40進(jìn)一步包含上拉源極跟隨器42及下拉源極跟隨器44。
[0022]上拉源極跟隨器42包含NM0S晶體管46，其漏極耦合到電源電壓Vcc且其源極耦合到充當(dāng)保護(hù)性高電壓共源共柵裝置的PM0S晶體管48的源極。PM0S晶體管48的漏極耦合到高側(cè)總線線路20。PM0S晶體管48的柵極耦合到系統(tǒng)接地以將其接通，且NM0S晶體管46的柵極經(jīng)耦合以接收由斜坡產(chǎn)生器50產(chǎn)生的控制電壓。
[0023]下拉源極跟隨器44包含PM0S晶體管52，其漏極耦合到系統(tǒng)接地且其源極耦合到充當(dāng)保護(hù)性高電壓共源共柵裝置的NM0S晶體管54的源極。NM0S晶體管54的漏極耦合到低側(cè)總線線路22。NM0S晶體管54的柵極耦合到系統(tǒng)電源電壓Vcc以將其接通，且PM0S晶體管52的柵極經(jīng)耦合以接收由斜坡產(chǎn)生器50產(chǎn)生的控制電壓，其中針對(duì)PM0S晶體管52及NM0S晶體管46的控制電壓互補(bǔ)，如由斜坡產(chǎn)生器50內(nèi)的互補(bǔ)波形NSLW (N扭轉(zhuǎn))及PSLW (P扭轉(zhuǎn))所展示。
[0024]PM0S晶體管52與NM0S晶體管46相匹配以使得在兩個(gè)晶體管接通或斷開時(shí)其傳導(dǎo)約相同電流。
[0025]高側(cè)總線線路20耦合到主要驅(qū)動(dòng)器56中的PM0S晶體管16的漏極，且低側(cè)總線線路22耦合到主要驅(qū)動(dòng)器56中的NM0S晶體管18的漏極。
[0026]因?yàn)镹M0S晶體管46及PM0S晶體管52通過(guò)其源極而非其漏極驅(qū)動(dòng)其相應(yīng)CAN總線線路20/22，所以其輸出阻抗與開路漏極驅(qū)動(dòng)器相比非常低。由于由總線線路20或22上的波動(dòng)導(dǎo)致的Vgs的任何改變產(chǎn)生通過(guò)晶體管的電流的大的改變，因此輸出阻抗低。
[0027]由于NM0S晶體管46與PM0S晶體管52相匹配且跟隨斜坡產(chǎn)生器50的匹配良好的互補(bǔ)輸出，且因?yàn)槠漭敵鰹榈妥杩闺妷涸炊歉咦杩闺娏髟?，因此源極跟隨器42及44在其接通或斷開時(shí)產(chǎn)生非常少的共模電壓波動(dòng)。此外，當(dāng)主要驅(qū)動(dòng)器56接通和斷開時(shí)，源極跟隨器42及44提供主要驅(qū)動(dòng)器56上的低阻抗共模負(fù)載。
[0028]源極跟隨器42及44的低得多的共模負(fù)載阻抗借此極大地減少?gòu)脑诟淖儬顟B(tài)時(shí)主要驅(qū)動(dòng)器56晶體管16及18中的傳導(dǎo)電流不匹配所產(chǎn)生的共模電壓波動(dòng)。
[0029]被視為總體源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器電路58的部分的互補(bǔ)斜坡產(chǎn)生器50產(chǎn)生兩個(gè)上升及下降波形(NSLW及PSLW)，其高度匹配地相等且相反。良好匹配是可能的，因?yàn)榧呻娐芳夹g(shù)使高度匹配的互補(bǔ)電流源及高度匹配的電容器成為可能。互補(bǔ)的上升及下降斜坡是通過(guò)將相等但相反電流接入一對(duì)相匹配的電容器而產(chǎn)生。
[0030]為了讓源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器58提供在主要驅(qū)動(dòng)器晶體管16及18接通及斷開的時(shí)間期間用于主要驅(qū)動(dòng)器56的共模負(fù)載，其必須在主要驅(qū)動(dòng)器56接通稍前接通且在主要驅(qū)動(dòng)器56斷開稍后斷開。通過(guò)數(shù)據(jù)輸入線12與源極跟隨器驅(qū)動(dòng)器58及主要驅(qū)動(dòng)器56的輸入之間的延遲電路60及62來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。