CN102833009B - 用于在汽车应用中发送信号脉冲成形的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于在汽车应用中发送信号脉冲成形的系统和方法。将电子部件结合到汽车的汽车制造商必须考虑可能取决于特定地域市场和包括在特定汽车设计内的其他电子部件的发射要求屏蔽。提供可被配置为使用针对调制和波形成形模块指定的可配置的参数在多个发射配置中操作的物理层设备。

Description

用于在汽车应用中发送信号脉冲成形的系统和方法

技术领域

本发明主要涉及脉冲成形，更具体地，涉及用于在汽车应用中发送信号脉冲成形的系统和方法。

背景技术

汽车已经变得越来越复杂，结合了大量增加的电子内容。由于汽车结合各种电子设备并与各种电子设备互操作，所以预计在可预见的未来该趋势将继续存在。例如，汽车结合了用于汽车本身的操作的越来越多的电子控制单元（ECU），并且结合了越来越多的支持汽车中的移动通信、娱乐和导航系统、安全系统等的设备或者与这些设备互操作。

在汽车中的电子内容数量的增长导致了检查由各种电子系统所产生的电磁发射的影响的更大需求。不仅这些电磁发射对于汽车本身而言值得关注，而且它们对汽车外部的系统的影响也值得注意。应理解，由汽车内的电子设备产生的未经检查的电磁发射可能对路边设备的操作产生负面影响。不能从单个汽车的角度来看这种影响。而应该从在公路网上运行的车流来看这种影响。

汽车制造商通常开发自己的内部标准，这些内部标准使得制造商能够制造出满足销售他们的汽车的各地区市场的要求的汽车。当制造商寻求减少各种不同制造部件的生产成本时，这些不同的要求可能对汽车制造商增加很大的负担。

因此，需要这样一种机制，该机制使得制造商能够针对一套特定的发射和噪声要求灵活地调整方案，所述发射和噪声要求被设计用于限制对车载设备和外部设备的影响。

发明内容

本发明的一个方面涉及在物理层设备中的方法，用于在汽车的数据网络应用中控制辐射发射，包括：通过在所述物理层设备中的控制模块从控制寄存器检索配置参数；通过所述控制模块基于检索出的配置参数配置在所述物理层设备中的调制模块的发送符号速率和发送功率水平；以及通过所述控制模块基于所述检索出的配置参数配置在所述物理层设备中由波形成形模块实现的波形成形函数，所述波形成形模块将所配置的波形成形函数应用于由所述调制模块以所配置的发送符号速率和所配置的发送功率水平产生的调制信号；其中，在所述汽车的通信电缆线路中发送波形成形的调制信号时，应用于所述调制信号的所配置的波形成形函数减少信号发射。

附图说明

为了描述可获得本发明的上述和其他优点和特征的方式，将结合在附图中示出的具体实施方式对在上文简述的本发明进行更具体的说明。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型实施方式，因此不应认为是对本发明范围的限制，将用其他特征和细节通过使用附图描述和说明本发明，其中：

图1示出了汽车应用的发射要求屏蔽（emission requirement mask）的实例。

图2示出了使得能进行发射和噪声的可编程控制的机制的实施方式。

图3示出了波形成形滤波器的实例。

图4示出了使用可配置的波形成形的标准化功率谱密度的实例。

图5示出了本发明的处理流程图。

具体实施方式

以下详细阐述本发明的各种实施方式。尽管阐述了具体的实施方案，但是应当理解，这仅用于示例性说明目的。相关领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和范围的前提下可使用其他部件和配置。

针对汽车构建的数据通信设备需要满足某些发射要求。图1示出可在汽车应用中用作设计指导的发射要求屏蔽的实例。通常，发射要求屏蔽关于频谱来定义干扰电压水平。在图1的实例中，与频谱较低部相比，发射要求屏蔽在更高的频率范围内定义更严格的干扰电压水平。

可以应用到特定的汽车系统的发射要求屏蔽可显著不同。例如，这是由于汽车将运行的特定目标地理区域。由于一些地理区域将要求更严格的发射要求，因此可产生发射要求屏蔽的范围。作为实际问题，发射要求屏蔽的该范围可能导致应用于多地域市场的过于严格的设计，或者单独针对特定地域市场的多个专用设计。

对于给定的发射要求屏蔽的设计过程中也可能遇到大量挑战。更具体地说，设计用于汽车应用的物理层设备（PHY）可能被要求支持由不同的制造商代表的各种类型的装置。例如，不同的制造商可以使用不同类型的电缆线路（cabling）（例如双绞线、光纤等）以与电子系统互连。能够理解的是，在制造商确定使用非屏蔽铜电缆时，发射控制变得尤为重要。

在地区市场和所用的电缆线路类型以外的许多其他因素可能影响发射要求。例如，诸如汽车车身设计、电缆线路的位置和用在同一汽车中的其他电子设备等因素可影响应用于特定汽车的所需发射限制。为此，不太可能应用单个发射要求屏蔽。

本发明的特征是通过能被配置为满足特定发射要求屏蔽的灵活PHY设计能够容许多个发射要求屏蔽的存在。这种可配置性使得PHY设计能够应用于多个汽车制造商，以及应用于特定汽车制造商的多个发射要求设计方案。

现在参照图2，在该图中示出使得能够对发射和噪声进行可编程控制的PHY的实例。如图2所示，PHY包括基于输入的数据调制载波信号的调制器202。在一个实施方式中，调制器202是脉冲幅度调制（PAM）调制器。在本发明中，调制器202可以具有在在多个发送符号速率、多个发送功率水平和多个调制水平下进行操作的能力。

由调制器202产生的调制信号通过波形成形模块204。为了在减少在较高频率范围的发射的同时实现最大的噪声抗扰度，波形成形模块204生成定制发送信号（custom transmit signal），该信号成形发射要求屏蔽的发送信号的频谱。这里，应注意的是，在没有适当的光谱成形的情况下，将不得不减少发送信号电平以通过特定的发射屏蔽。然而，当考虑对噪声抗扰度和电缆延伸（cable reach）的影响，该平坦功率（flat power）降低将有很大的限制。

由波形成形模块204所产生的定制发送信号被传送到数字模拟转换器（DAC），其将模拟发送信号传送到线路驱动器（line driver）208用于发送到接收器。应理解，接收器可以包括与波形成形函数相对应的固定/适应性反向滤波器以帮助接收器的决定点信噪比（SNR）优化。

波形成形模块204被设计为实现可根据需要成形发送信号的特定波形成形函数。在一个实例中，由以下形式的可编程数字滤波器代表波形成形函数：F（z）=a+z^-1，a表示滤波器系数，并且z表示z域符号（domainnotation），是在频域的z变换中的z域。

图3示出a=3和a=2的滤波器的标准化频率响应。如图所示，滤波器在奈奎斯特频率（即发送符号速率的一半）处提供6dB或9.5db抑制（rejection）。能够理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，其他波形成形函数可以由波形成形模块204实现。

图4示出了针对一个实例配置的标准化功率谱密度（PSD）。在该实例中，符号速率是133.3MHz，并且该PSD示出滤波器系数的三种选择（即，a=0、2、3）。对于a=0，实质上没有通过数字滤波器应用的成形。

对于a=2、3，在66.7MHz的奈奎斯特频率提供光谱形状，更好地匹配诸如图1示出的发射要求屏蔽。

应理解，通过使用在芯片上（on chip）或在芯片外（off chip）的模拟滤波器可实现PSD的进一步成形。例如，线路驱动器208后的无源滤波器可在车上用于特定的系统数据速率以允许根据需要进一步减少发送PSD侧波瓣（lobe）或主波瓣的边缘。

如图2所示，由PHY控制212影响调制器模块202、波形成形模块204、锁相环路（PLL）208和线路驱动器210的控制。在本发明中，由PHY控制212对调制器202和波形成形模块204施加的控制使得可以被配置为提供定制波形成形的PHY设计能够适应特定的发射要求屏蔽。

这里，认识到波形成形模块204选择应用的波形成形函数可基于固定波形成形函数的选择和/或可变波形成形函数的一个或多个系数的选择。波形成形模块204选择应用的波形成形函数可基于控制寄存器214。

通常，控制寄存器（如非易失性存储器）可以被设计为存储可由PHY控制212使用的参数。在PAM调制器的实例中，存储的参数可由PHY控制212使用以控制发送符号速率、发送信号电平（或功率）和由调制器模块202实现的PAM调制类型（和可选编码）。存储的参数也可由PHY控制212用于控制波形成形模块204。例如，存储的参数可以用于选择特定的波形成形格式（如果使用一个以上的滤波器类型）和用于特定波形成形格式的波形成形系数。此外，存储的参数可用于配置PHY控制212。例如，存储的参数可用于指引在PHY控制的各阶段的配置改变。

在组合中，存储在控制寄存器214的参数可由PHY控制212使用以调整PHY来满足针对特定汽车定义的特定发射要求屏蔽。作为一辆汽车的最优解决方案可能与另一汽车的不同，控制寄存器214提供基于查找表的机制，通过其可针对特定汽车制造商的特定汽车所需的特定设置定制PHY。

已经描述了结合可配置的波形成形的PHY的实施实例，现在参照图5，该图示出了本发明的处理实例的流程图。如图所述，该处理从步骤502开始，其中参数被定义用于多个发射配置。通常，期望将单个PHY设计的多个发射配置应用于汽车制造商所使用的多个发射要求屏蔽。

在一个实施方式中，通过一组唯一的可配置的参数值的识别定义多个发射配置中的每个。如上文所述，该组可配置的参数可包括定义发送符号速率、发送信号电平（或功率）、调制类型（和可选编码）、波形成形格式、波形成形系数和PHY控制配置的参数。在一个简单的实例中，可定义两个不同的发射配置，其中，第一发射配置的波形成形系数具有第一值（例如，a=2），而第二发射配置的波形成形系数具有第二值（例如，a=3）。

在步骤502的处理中，可配置的参数值的特定组合被定义以针对各个定义的发射要求屏蔽。然后，在步骤504中，所产生的多个可配置参数值的多个组合将存储在PHY可访问的配置寄存器中。在配置寄存器中的可配置参数值的存储将使得PHY对于特定发射配置中的有源操作是可配置的。

更具体地，在步骤506，PHY控制将识别应该由PHY使用的特定PHY发射配置。在一个实施方式中，要使用的特定PHY发射配置的识别可基于PHY控制配置参数，其识别汽车制造商期望在该应用中使用的一组发射配置中的一个。

然后，基于该识别的PHY发射配置，PHY控制可使用从配置寄存器检索的配置参数配置PHY。例如，PHY控制可以配置调制模块以基于检索出的配置参数在特定的发送符号速率、发送信号电平（或功率）以及调制类型（和可选编码）下操作，并且配置波形成形模块以基于检索的配置参数用特定波形成形格式和波形成形系数操作。

如上所述，容许各种发射配置的PHY的可配置性对汽车制造商在特定汽车内实施电子通信部件提供了很大的灵活性。这样的设计过程严重依赖目标地区市场和所要包括的其他电子部件。由于设计代表改良过程，提供灵活的设计工具提高了汽车制造商整体控制所产生的汽车的发射要求的能力。

通过阅读前述的详细描述，本发明的上述方面和其他方面对于本领域技术人员将变得显而易见。尽管上文已经描述了本发明的大量特征，但是本发明能够为其它实施方式并且能够以各种方式实施和执行，这对于阅读本发明公开内容后的本领域技术人员而言将是显而易见的，因此以上描述应不应被认为排除了其他实施方式之外。此外，应理解的是，这里使用的措辞和术语仅用于描述目的，而不应被视为限制的。

Claims (13)

1.一种在物理层设备中的方法，用于在汽车的数据网络应用中控制辐射发射，包括：

由所述物理层设备中的控制模块从控制寄存器检索配置参数；

由所述控制模块基于检索出的配置参数配置所述物理层设备中的调制模块的发送符号速率和发送功率水平；以及

由所述控制模块基于所述检索出的配置参数配置由所述物理层设备中的波形成形模块实现的波形成形函数，所述波形成形模块将所配置的波形成形函数应用于由所述调制模块以所配置的发送符号速率和所配置的发送功率水平产生的调制信号，

其中，当在所述汽车的通信电缆线路中发送应用了所述波形成形函数的所述调制信号时，应用于所述调制信号的所述波形成形函数减少信号的发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调制模块具有脉冲幅度调制能力。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于针对所述汽车定义的信号发射要求来定义所述控制寄存器的内容。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波形成形函数的形式为F(z)＝a+z^-1，a表示滤波器系数，并且z表示z域符号。

5.一种物理层设备，该物理层设备控制汽车的数据网络应用中的辐射发射，包括：

调制模块，被设计为基于由所述调制模块接收的数据流产生调制信号；

波形成形模块，接收由所述调制模块产生的所述调制信号，所述波形成形模块根据使用控制信号确定的波形成形函数对所接收的调制信号进行成形处理；以及

控制模块，被配置为产生所述控制信号，所述控制模块根据能够由所述物理层设备访问的控制寄存器的内容产生所述控制信号，所述控制寄存器的所述内容被用于配置由所述波形成形模块实现的所述波形成形函数以减少所述汽车的通信环境中的信号发射。

6.根据权利要求5所述的物理层设备，其中，所述调制模块具有脉冲幅度调制能力。

7.根据权利要求5所述的物理层设备，其中，所述调制模块具有在多个发送符号速率和多个发送功率水平下操作的能力。

8.根据权利要求5所述的物理层设备，其中，基于针对所述汽车定义的信号发射要求来定义所述控制寄存器的所述内容。

9.根据权利要求5所述的物理层设备，其中，所述波形成形函数的形式为F(z)＝a+z^-1，a表示滤波器系数，并且z表示z域符号。

10.一种在物理层设备中的方法，用于在汽车的数据网络应用中控制辐射发射，包括：

通过所述物理层设备中的调制模块基于由所述调制模块接收的数据流来产生调制信号；

通过所述物理层设备中的波形成形模块成形所述调制信号以产生波形成形调制信号，所述成形基于由所述波形成形模块实现的波形成形函数；以及

通过所述物理层设备将基于所述波形成形调制信号的信号发送到包含在所述汽车中的电缆线路上，

其中，将基于所述波形成形调制信号的信号发送到所述电缆线路上的步骤使得发射减少，该发射减少基于所述调制模块的发送符号速率和发送功率水平以及所述波形成形模块的所述波形成形函数的预配置，所述预配置基于从所述物理层设备可访问的控制寄存器检索出的配置参数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述调制模块具有脉冲幅度调制能力。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，基于针对所述汽车定义的信号发射要求来定义所述控制寄存器的内容。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述波形成形函数的形式为F(z)＝a+z^-1，a表示滤波器系数，并且z表示z域符号。