CN102273126A - 用于发射/接收组件之间的时间校准的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在第一发射/接收组件(SG)与至少一个第二发射/接收组件(Sen)之间进行时间信号校准的方法，求得第二发射/接收组件(Sen)的基本时钟并且借助于校正因数以适当的方式补偿所述基本时钟用于进一步处理。

Description

用于发射/接收组件之间的时间校准的装置和方法

技术领域

本发明涉及两个发射/接收组件之间的信号传输，尤其是所传输的信号的时间上的校准。特别地，本发明涉及数据、尤其是传感器数据、地址或指令的传输。此外，本发明还涉及发射/接收电路，可借助所述发射/接收电路执行所述方法，并且本发明还涉及发射/接收电路在超声波测量距离中的应用。

现有技术

通过时间模拟并且数值离散的信号进行第一发射/接收组件、例如控制设备与作为其他发射/接收组件的、与其连接的传感器之间的数据传输。在时间模拟的信号传输中，不仅在信号产生时而且在信号分析处理时都需要参考时钟的高精准度。这不仅适于发射组件而且适用于具有数据接口的传输信道。为此，必须尽可能无误地接收和分析处理包含在信号中的时间信息。

由DE 101 38 883公开了一种用于两个逻辑/存储组件之间的同步信号传输的方法。一个组件的内部时钟信号被用作发射组件的参考时钟。如此处理所述参考时钟，使得所发射的信号与接收机组件的内部时钟是同步的。

为了遵循规定的公差，需要比较精准的时钟发生器，用于发射/接收组件，尤其是用于可以连接在组件之间的接口。另外，由于成本规定，需要在所期望的精确度与组件单件成本之间进行妥协。

在使用具有较大公差的、比较简单并且由此成本有利的组件时，例如在使用超声波传感器时，可能负面地影响信号传输时的测量精确度。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于一个第一发射/接收组件与至少一个第二发射/接收组件之间的时间上的信号校准的方法，从而在相对不精准的基本时钟(Grundtakt)下也足够良好地工作。

所述任务通过根据权利要求1的方法来解决。所述方法允许一个第一发射/接收组件(SG)、例如控制设备与至少一个第二发射/接收组件、例如超声波传感器之间的时间上的信号校准，其中，第一和第二发射/接收组件可以通过至少一个双向的数据接口彼此连接。第一发射/接收组件(SG)提供在外部或在内部产生的第一时间单位(tSG)而第二发射/接收组件(Sen)提供内部时钟信号(t_Sen)。使用以下方法步骤：

a)由第一发射/接收组件(SG)发射确定的(definiert)信号序列(t_{1_SG}；t_{SG_sent_1})至第二发射/接收组件(Sen)；b)通过第二发射/接收组件(Sen)接收所述信号序列(t_{1_Sen}；t_{SG_receive_1})；c)由第二发射/接收组件(Sen)发射确定的应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)至第一发射/接收组件(SG)；d)通过第一发射/接收组件(SG)接收所述应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)以及测量所述应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)的时间特征(t_{2_SG}，t_{3_SG}，...，t_{5_SG}；t_{SG_receive_2}，t_{SG_receive_3})以及最后e)求得时间校正因数(t_Sen，x，y，z，w)。

第一发射/接收组件在运行期间求得第二发射/接收组件的内部基本时钟(步骤a)至d))并且修正接收到的数据用于进一步的信号处理(步骤e)之后)。尤其是，第一发射/接收组件求得所有对于数据传输重要的边沿陡度y₁，y₂，z₁和z₂并且以合适的、例如在从属权利要求中所述的方式补偿这些边沿陡度。

换言之，所述方法可以简略地描述如下：第一发射/接收组件发射具有确定的持续时间的确定的信号序列。第二发射/接收组件反之对此以具有确定的持续时间的确定的应答信号序列进行应答。第一发射/接收组件分析处理所接收的消息的时间特征并且由此导出校正。对于这些校正而言，第一发射/接收组件的外部时钟发生器或内部时钟发生器如何精准在一定范围内是不重要的，因为校准仅仅使用第二发射/接收组件的标度。这在多个第二发射/接收组件与第一发射/接收组件通过至少一个数据接口连接时也适用。尤其是可以在超声波测量中使用所述方法时使用第一发射/接收组件的时基。

因此，能够以有利的方式实现具有相对不精准的基本时钟的两个发射/接收组件的电路。由此在第二发射/接收组件中节省了昂贵的部件，所述第二发射/接收组件尽管如此仍然满足了对数据传输的精确度的高要求。此外，在第一和第二发射/接收组件中节省了昂贵的部件，因为补偿了传输信道中的公差。

在所述方法的一个实施方式中，第二发射/接收组件的参数值、例如内部时间单位(时钟)的确定的倍数对于第一发射/接收组件而言是公开的。尤其是，这些参数值可以存储在第一发射/接收组件的存储器中。

在另一个实施方式中，在步骤a)开始后的第一时间f^*t_Sen时以第一长度m^*t_Sen发射应答信号序列的第一消息(步骤b))以及在步骤a)结束后的第二时间g^*t_Sen时以所述第一消息开始后的第二长度n^*t_Sen发射第二消息。借助于由第一发射/接收组件测量的时间可以求得所有重要的校正因数。

可以特别有利地在使用以下公式中的一个或多个的情况下求得校正因数：

$\left(1\right)---t_{\mathrm{Sen}}=\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

$\left(2\right)---y=t_{5\mathrm{SG}}-n*t_{\mathrm{Sen}}=t_{5\mathrm{SG}}-n*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

(3)w＝t_2SG-f*t_Sen，

(4)z＝t_2SG-t_3SG+(g-f)*t_Sen，

在此，t_2SG至t_5SG是所测量的时间，z是步骤b)中的时间偏移，而y是步骤d)中的时间偏移。y＝y2-y1，z＝z1-z2并且w＝z1+y1，时间偏移z1和y1是在相应信号开始时的并且z2和y2是在相应信号结束时的。时间偏移涉及上升边沿或下降边沿，并且优选地被定义为信号开始(转折点)直至达到下降边沿或上升边沿上的阈值之间的时间。

可以通过以下方式进一步改进所述方法：借助于校正因数在使用

(5)t_{SG_sent_1}＝t_{Sen_receive_1}+z₁-z₂＝t_{Sen_receive_1}+z

的情况下可如此选择所发射的信号序列的一个消息的长度，使得第二发射/接收组件接收具有确定的长度的消息。

可以通过以下方式进一步改进所述方法：借助于

$\left(6\right)---x_{\mathrm{sent}\_2}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}2}-w}{t_{\mathrm{Sen}}}$ 和

$\left(7\right)---x_{\mathrm{sent}\_3}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}3}-y}{t_{\mathrm{Sen}}}$

求得应答信号序列的一个消息的时间偏移和长度，其中，t_{SG_receive2}和t_{SG_receive3}是由第一发射/接收组件求得的时间。

此外，所述任务可以通过根据权利要求7的方法解决。所述方法允许一个第一发射/接收组件(SG)、例如控制设备与至少一个第二发射/接收组件、例如超声波传感器之间的时间上的信号校准，其中，第一和第二发射/接收组件可以通过至少一个数据接口彼此连接。第二发射/接收组件(Sen)提供内部时钟信号(t_Sen)。使用以下方法步骤：a)由第二发射/接收组件(Sen)发射确定的信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)至第一发射/接收组件(SG)；b)通过第一发射/接收组件(SG)接收所述信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)以及测量所述信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)的时间特征(t_{4_SG}，t_{5_SG})以及最后c)求得时间校正因数(t_Sen，y)。

借助于第二发射/接收组件(Sen)的信号序列可以求得校正因数t_Sen和y。为此，第一发射/接收组件(SG)的信号序列不是必需的。例如，可以在第二发射/接收组件(Sen)的加电复位(Power-On-Reset)之后发射所述信号序列。

校准因数t_Sen可以特别有利地在使用公式(1)的情况下求得。

校正因数y可以特别有利地在使用以下公式的情况下求得：

$\left(2\right)---y=t_{5\mathrm{SG}}-n*t_{\mathrm{Sen}}=t_{5\mathrm{SG}}-n*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$ 或

$y=t_{4\mathrm{SG}}-m*t_{\mathrm{Sen}}=t_{4\mathrm{SG}}-m*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m}$

此外，提出了一种用于实施所述方法的发射/接收电路，所述发射/接收电路具有一个第一发射/接收组件和至少一个第二发射/接收组件。在此，第一发射/接收组件可以是具有存储器的控制设备和/或第二发射/接收单元可以是传感器组件，尤其是电声转换器。

在所述发射/接收电路中，这些发射/接收组件(SG，Sen)中的至少一个可以实现为逻辑/存储组件。

此外，根据一个扩展构型，在第一和第二发射/接收组件之间设置有至少一个数据接口。所述数据接口例如可以用于所传输的信号序列的外部测量并且因此应当是可相应地进行访问的。

附图说明

以下根据附图示例性地详细说明本发明。

附图示出

图1：发射/接收电路的一个优选实施形式的电路图，

图2：发射/接收电路的另一个优选实施形式的电路图，

图3：根据权利要求1的用于信号校准方法的流程图，

图4：根据图1施加在数据接口上的信号序列的示图，

图5：根据图1施加在数据接口上的另一个信号序列的示图，

图6：根据图1施加在数据接口上的另一个信号序列的示图。

图7：用于求得校正因数t_Sen和y的一个信号序列的示图。

图8：用于求得校正因数t_Sen和y的另一个信号序列的示图。

具体实施方式

图1示出适于实施权利要求1中所述的用于时间上的信号校准的方法的第一发射/接收电路。所述电路具有控制设备形式的第一发射/接收组件SG和超声波传感器形式的第二发射/接收组件Sen。第一和第二发射/接收组件通过双向的数据接口(点)彼此连接。第一发射/接收组件SG提供第一内部时钟信号t_SG而第二发射/接收组件Sen提供第二内部时钟信号t_Sen。

替换地，图2示出另一个发射/接收电路，其同样适于实施权利要求1中所述的用于时间上的信号校准的方法。在所述电路中，通过时钟发生器CLK向第一发射/接收组件SG提供外部时钟信号t_SG EXT。此外，第一发射/接收组件SG控制两个发射/接收组件Sen和Sen’。

在图3中示出了用于校准方法的流程示意图，其中，可以借助在图1或图2中示出的电路执行所述方法。为了第一发射/接收组件SG与至少一个第二发射/接收组件Sen之间的时间上的信号校准，在步骤a)中由第一发射/接收组件SG发射确定的信号序列t_{1_SG}至第二发射/接收组件Sen。随后(步骤b))由第二发射/接收组件(Sen)接收所述信号序列。在步骤c)中由第二发射/接收组件(Sen)发射确定的应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)至第一发射/接收组件(SG)，以及在步骤d)中通过第一发射/接收组件SG接收所述应答信号序列。此外，通过第一发射/接收组件SG进行应答信号序列的时间特征(t_{2_SG}，t_{3_SG}，...，t_{5_SG}；t_{SG_receive_2}，t_{SG_receive_3})的测量。在步骤e)中求得重要的校正因数(t_Sen，x，y，z，w)。在步骤f)中以及在必要时在其他步骤中，分析处理所述信号并且将所述信号提供给进一步的信号处理。

在图4中示例性并且示意性地示出了第一信号序列，如其可以施加在根据图1的数据接口上。为了校准传输信道中的公差(例如边沿陡度)或者第二发射/接收组件的内部时钟发生器的偏差，作为第一发射/接收组件的控制设备发射具有确定的持续时间t_{1_SG}的信号。由于边沿陡度，具有内部时钟发生器(图1或图2)的、例如超声传感器形式的第二发射/接收组件Sen时间偏移持续时间z₁地接收所述信号的开始并且时间偏移持续时间z₂地接收信号结束。传感器Sen以确定的应答信号序列来应答所述信号。所述应答信号序列的第一消息在确定的持续时间f^*t_Sen后开始并且持续m^*t_Sen。所述应答信号序列的第二消息在控制设备SG向传感器Sen发射的消息结束后在确定的持续时间g^*t_Sen后开始。第二消息在第一传感器消息开始后在确定的时间n^*t_Sen后结束。在此，参数f，g，m和n是传感器内部的时间单位的确定的倍数。这些参数存储在控制设备SG的存储器中或者在需要时提供给所述控制设备使用。可以看出，控制设备分别偏移持续时间y₁地接收应答信号序列、尤其是传感器消息的开始并且偏移持续时间y₂地接收信号结束。

借助于由控制设备SG测量的时间t_{2_SG}，t_{3_SG}，...，t_{5_SG}可以求得所有重要的校正因数，其中，仅仅出于简化的原因，以y＝y₂-y₁，z＝z₁-z₂和w＝z₁+y₁概括一些边沿组合。校正因数由以下得出

$\left(1\right)---t_{\mathrm{Sen}}=\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

$\left(2\right)---y=t_{5\mathrm{SG}}-n*t_{\mathrm{Sen}}=t_{5\mathrm{SG}}-n*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

(3)w＝t_2SG-f*t_Sen，和

(4)z＝t_2SG-t_3SG+(g-f)*t_Sen.

应当理解的是，本发明不限于使用以上所述的校正因数并且同样不限于在图4至6中示出的信号序列。

此外假设，边沿陡度(时间y₂，y₁，z₁和z₂)以及传感器内部的时间单位或基本时钟仅仅非常缓慢地变化并且在两次校准之间是几乎恒定的。

图5清楚地示出，借助于校正因数z、z₁和z₂在使用公式

t_{SG_sent_1}＝t_{Sen_receive_1}+z₁-z₂＝t_{Sen_receive_1}+z

的情况下可如此选择所发射的信号序列的消息t_{SG_sent_1}的长度，使得第二发射/接收组件Sen接收具有确定的长度的消息t_{Sen_receive_1}。

最后，图6示出如何可借助于公式

$x_{\mathrm{sent}\_2}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}2}-w}{t_{\mathrm{Sen}}}$ 和

$x_{\mathrm{sent}\_3}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}3}-y}{t_{\mathrm{Sen}}}$

确定应答信号序列的消息的时间偏移x_{sent_2}和长度x_{sent_3}，其中，t_{SG_receive2}和t_{SG_receive3}是由第一发射/接收组件求得的时间。

在图7中示例性并且示意性地示出了用于求得校正因数t_Sen和y的信号序列。传感器Sen发射具有确定的信号序列的信号。所述信号序列的第一消息持续m^*t_Sen。第二消息在第一消息结束后开始并且在确定的时间n^*t_Sen后结束。在此，参数m和n是传感器内部的时间单位的确定的倍数。这些参数存储在控制设备SG的存储器中或者在需要时提供给所述控制设备使用。再次可以看出，所述控制设备分别偏移持续时间y₁地接收应答信号序列、尤其是传感器消息的开始以及偏移持续时间y₂地接收信号结束。

根据由控制设备SG测量的时间t_{4_SG}，t_{5_SG}可以求得校正因数t_Sen和y，其中，如以上所述出于简化的原因概括边沿组合。校正因数由以下得出：

$\left(1\right)---t_{\mathrm{Sen}}=\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$ 和

$\left(2\right)---y=t_{5\mathrm{SG}}-n*t_{\mathrm{Sen}}=t_{5\mathrm{SG}}-n*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$ 或

$y=t_{4\mathrm{SG}}-m*t_{\mathrm{Sen}}=t_{4\mathrm{SG}}-m*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m}$

在图8中示例性并且示意性地示出了用于求得校正因数t_Sen和y的替换的信号序列。与在图7中示出的信号序列不同地，所述信号序列的第二消息在此在第一传感器消息开始后在确定的时间n^*t_Sen后结束。借助于关于图7所述的公式进行校正因数t_Sen和y的计算。

Claims (13)

1.用于一个第一发射/接收组件(SG)与至少一个第二发射/接收组件(Sen)之间的时间上的信号校准的方法，其中，所述第一发射/接收组件和所述第二发射/接收组件通过至少一个双向的数据接口彼此连接，其中，所述第一发射/接收组件(SG)提供第一时钟信号(t_SG)而所述第二发射/接收组件(Sen)提供第二内部时钟信号(t_Sen)，所述方法具有以下方法步骤：

a)由所述第一发射/接收组件(SG)发射确定的信号序列(t_{1_SG}；t_{SG_sent_1})至所述第二发射/接收组件(Sen)；

b)通过所述第二发射/接收组件(Sen)接收所述信号序列(t_{1_Sen}；t_{SG_receive_1})；

c)由所述第二发射/接收组件(Sen)发射确定的应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)至所述第一发射/接收组件(SG)；

d)通过所述第一发射/接收组件(SG)接收所述应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)以及测量所述应答信号序列(f^*t_Sen，g^*t_Sen；m^*t_Sen，n^*t_Sen)的时间特征(t_{2_SG}，t_{3_SG}，...，t_{5_SG}；t_{SG_receive_2}，t_{SG_receive_3})；

e)求得校正因数(t_Sen，x，y，z，w)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二发射/接收组件(Sen)的参数值(f，g，m，n)对于所述第一发射/接收组件(SG)而言是公开的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤a)开始后的第一时间f^*t_Sen时以第一长度m^*t_Sen发射步骤b)中的所述应答序列的第一消息，在步骤a)结束后的第二时间g^*t_Sen时以所述第一消息开始后的第二长度n^*t_Sen发射第二消息。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在使用以下公式(1)至(4)中的至少一个的情况下求得所述校正因数：

$\left(1\right)---t_{\mathrm{Sen}}=\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

$\left(2\right)---y=t_{5\mathrm{SG}}-n*t_{\mathrm{Sen}}=t_{5\mathrm{SG}}-n*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m}$ 或

$y=t_{4\mathrm{SG}}-m*t_{\mathrm{Sen}}=t_{4\mathrm{SG}}-m*\frac{t_{5\mathrm{SG}}-t_{4\mathrm{SG}}}{n-m},$

(3)w＝t_2SG-f*t_Sen，

(4)z＝t_2SG-t_3SG+(g-f)*t_Sen，

其中，t_2SG至t_5SG是所测量的时间，z是步骤b)中的时间偏移，而y为步骤d)中的时间偏移，y＝y2-y1，z＝z1-z2并且w＝z1+y1，时间偏移z1和y1是在相应信号开始时的并且z2和y2是在相应信号结束时的。

5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，借助于所述校正因数(z，z1，z2)在使用

(5)t_{Sen_sent_1}＝t_{Sen_receive_1}+z₁-z₂＝t_{Sen_receive_1}+z

的情况下可如此选择所发射的信号序列的一个消息(t_{SG_sent_1})的长度，使得所述第二发射/接收组件接收具有确定的长度的消息(t_{SG_receive_1})。

6.根据权利要求1至5所述的方法，其中，借助于

$\left(6\right)---x_{\mathrm{sent}\_2}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}2}-w}{t_{\mathrm{Sen}}}$

和

$\left(7\right)---x_{\mathrm{sent}\_3}=\frac{t_{\mathrm{SG}\_\mathrm{receive}3}-y}{t_{\mathrm{Sen}}}$

求得所述应答信号序列的一个消息的时间偏移x_{sent_2}和长度x_{sent_3}，其中，t_{SG_receive2}和t_{SG_receive3}是由所述发射/接收组件求得的时间。

7.用于一个第一发射/接收组件(SG)、例如控制设备与至少一个第二发射/接收组件、例如超声波传感器之间的时间上的信号校准的方法，其中，所述第一发射/接收组件和所述第二发射/接收组件可以通过至少一个数据接口彼此连接，其中，所述第二发射/接收组件(Sen)提供内部时钟信号(tSen)，所述方法具有以下方法步骤：

a)由所述第二发射/接收组件(Sen)发射确定的信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)至所述第一发射/接收组件(SG)；

b)通过所述第一发射/接收组件(SG)接收所述信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)以及测量所述信号序列(m^*t_Sen，n^*t_Sen)的时间特征(t_{4_SG}，t_{5_SG})，以及最后

c)求得时间校正因数(t_Sen，y)。

8.用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的发射/接收电路，所述发射/接收电路具有一个第一发射/接收组件(SG)和至少一个第二发射/接收组件(Sen)。

9.根据权利要求8所述的发射/接收电路，其中，所述第一发射/接收组件是具有存储器的控制设备。

10.根据权利要求8或9所述的发射/接收电路，其中，所述第二发射/接收组件是传感器组件、尤其是电声转换器。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的发射/接收电路，其中，所述发射/接收组件(SG，Sen)中的至少一个是逻辑/存储组件。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的发射/接收电路，其中，在所述第一发射/接收组件和所述第二发射/接收组件之间设置至少一个数据接口。

13.根据权利要求8至12所述的发射/接收电路的应用，用作用于机动车泊车辅助装置的电路。

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