CN103973320A - 用于在机动车用的电流接口中减少线性失真的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于减少在机动车中、优选在电流接口中传输二进制编码的信号时的信号失真的方法和系统，其特征在于，所述二进制编码的信号的边沿成形是在发射器中通过对谐波的频率特性和相位特性的适配这样实施，使得补偿在整个传输线路上要预料的信号失真。

Description

用于在机动车用的电流接口中减少线性失真的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车中、优选在电流接口中传输二进制编码的信号时减少信号失真的方法和系统。
背景技术
在通过电流接口传输二进制编码的信号时，导线特性、尤其是导线电感和传感器电容、但还有其他在总线系统中并联设置的、带有传感器的负载电容的传感器（发射器）对在接收器上到达的信号的失真有显著的影响。通过这样的失真，使在接收器侧上的评价变得困难或者可能甚至使得其不可能。
这样的线性失真尤其是通过传感器侧上的电容而造成。这些电容与导线电感一起形成振荡电路，该振荡电路可能产生要传输的二进制信号的强烈线性失真。
在电流接口的传感器侧上的电容具有抑制耦合的干扰电压的任务并且因此是不可缺少的。这意味着，在传输线路上发射信号的不同的频谱的分量在振幅和相位方面线性失真。这导致，例如发射的近似的矩形信号在接收器侧上或多或少强烈失真地到达。这使二进制的信号在接收器侧上的无错误的接收显著地变得困难。
为了避免这样的失真的导线特性，通常使传输导线在两个端部上以特性电阻“结束”，例如在双导线的每个端部上以120欧姆结束。
原理上这即使在所谓的电流接口时也是可能的。但因为用于为传感器供电的电流也必须流过信号导线，所以该数量级的终端电阻是不希望的。这些终端电阻导致提高的电压降和提高的损耗功率。因为在计算实例中在传感器的端子上的电源电压为5V，电阻为120欧姆并且 电流为20mA，所以对于传感器电路仅还剩下5.0V-2.4V=2.6V的电压。因此为了避免该电压降或使其保持得小，代替120欧姆仅可以接受少量欧姆的阻尼电阻。出于该原因，必须以未按标称校准的终端电阻工作。随着增加的导线长度和由此造成的增加的导线电感，在每个信号边沿上发生过冲或阻尼的振荡。
由DE102004030728A1已知一种用于在传输信号、尤其是脉冲宽度调制的信号时减少干扰的方法。在此为了改变边沿曲线，在要改变的边沿施加在装置的输入端上时，将在存储器中存储的数字化的边沿曲线从存储器中读出并且借助数模转换器转换成具有改变过的边沿曲线的模拟信号。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于在机动车用的电流接口中减少线性失真的方法和系统，在该方法中，自动地一起算出包含在信号中的谐波的绝对最小值。
为了解决该任务，本发明与权利要求1的前序部分相结合，其特征在于，所述二进制编码的信号的边沿成形是在发射器中通过对谐波的频率特性和相位特性的匹配这样实施，使得补偿在整个传输线路上要预料的信号失真。
本发明的特别的优点在于，不是以通常的方式使传输导线的振荡特性衰减，而是在发射器中信号产生时就已经补偿、但最迟在接收器中的阈值开关之前补偿传输导线的振荡特性。
基本上只有包含在发射信号中的频率可能失真。如果将发射信号的频谱减少到不可缺少的最小值，则也减少了整个任务的复杂性。
在原理上只使用第一谐波作为载波就已经足够。然而实际中这样的正弦信号的小的边沿陡度在接收器侧上将使二进制的信号形状的解码变得困难。然而恰好也鉴于不希望的干扰发射，应该为信号形成使用尽可能少的谐波。
按照本发明的一种进一步扩展方案，除了第一谐波之外，在振幅 和相位方面相对于第一谐波调整在信号中使用的其他谐波，从而补偿传输线路的频率特性和相位特性。
因此为了避免失真和不希望的干扰发射，首先将发射信号的频谱减少到对于边沿陡度不可缺少地需要的离散的频率。对于多个电流接口，对于载波（未调制的信号）例如除了第一谐波之外为了提高边沿陡度仅还加上第三谐波就已经足够。
载波因此不是由矩形信号利用不希望的频率分量的附加的减弱来产生，而是例如通过由第一谐波和第三谐波的合成来生成。
按照本发明的一种优选的实施形式，在接收器上到达的信号的失真通过连接在阈值开关之前的校正电路来校正。
为了补偿整个传输线路对信号形状的影响，第三（或其他的使用的）的谐波的振幅和相位这样调整，使得希望的尽可能无偏的信号形状到达在接收器中的阈值开关上。
优选甚至可以将用于在接收器控制仪中的阈值开关之前进行干扰抑制的低通滤波器一起包括到所述补偿装置中。这点允许显著更好的干扰抑制和更健壮的信号传输。
在传输线路的低通特性时，例如第三谐波的信号振幅在传感器中必须与在传输线路上的信号衰减相符合地被提升并且相位通过微分作用被提前。
因为在机动车中的导线情况参照确定的传感器地址是基本上已知的并且恒定的，所以按照这种方式尽管在接收器侧上或在阈值开关上的不利的导线情况，还是容易地能够产生几乎理想的信号形状。
因此原则上足够的是，将使用的谐波的振幅和相位相对于第一谐波在传感器中这样调节，使得在传输线路上的失真恰好被补偿。借助于对于传输线路、其他可能连接的传感器的传输线路和接收器的输入电路的传输线路的仿真模型，简单地线性化总频率特性和相位特性并且产生用于接收器的希望的输入信号。
按照本发明的一种优选的实施形式，可选地并联的发射器的影响通过相应地配属的表格来补偿，其中，可以设有接收器控制仪，该接 收器控制仪向发射器通知，对于相应的配置应该选择哪个表格。
在仿真中优化的信号形状（边沿形状）可以在传感器中存储在小的表格中并且在每个要输出的边沿时读取并且利用DAC转换回模拟形式中。对于不同的导线情况，可以将专门适配的表格存储在传感器中并且按照需要来选择。
本发明还涉及一种用于在机动车中、优选在电流接口中传输二进制编码的信号时减少信号失真的系统，其特征在于，所述系统包括一个适配模块，该适配模块对谐波的频率特性和相位特性进行适配来在发射器中实施所述二进制编码的信号的边沿成形，使得补偿在整个传输线路上要预料的信号失真。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，所述适配模块一起补偿并联的发射器的信号影响。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，所述适配模块通过相应地配属的表格来补偿可选地并联的发射器的影响，其中，能够设有接收器控制仪，该接收器控制仪向发射器通知对于相应的配置应该选择哪个表格。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，所述适配单元由少量离散频率合成发射信号。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，除了第一谐波之外，所述适配单元相对于第一谐波在振幅和相位方面调整在信号中使用的其他谐波，从而补偿传输线路的频率特性和相位特性。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，合成的边沿形状存储在数字存储器中并且在每个边沿时通过DAC输出。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，代替希望的信号形状，在所述表中存储希望的信号形状的导数，并且通过对表格值进行积分来重建原始的信号用于输出。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，设有积分器，该积分器为了减少与DAC的系统时钟的不希望的混合积以模拟的方式实施。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，在接收器上到达的信号 的失真通过连接在阈值开关之前的校正电路来校正。
按照本发明的系统的一种实施方式规定，所述校正电路能对于不同的导线特性编程，其中，在多个发射器并联时，能够为每个发射器配属专门的程序设计。
本发明其他的优点由其他的从属权利要求得出。
附图说明
以下借助附图更详细地阐述本发明的实施例。图中：
图1示出简化的确定尺寸的电路的原理电路图，
图2示出用于阐述失真的频率电流的原理性问题的图形，以及
图3示出发射电流的按照本发明的优化的图形。
具体实施方式
在图1中示出简化的确定尺寸的电路的原理电路图。该原理电路简化为基本的。
本发明专利申请的工作方式和优点借助原理电路图和仿真的信号来描述。以下更详细地阐述原理电路图的各个方面。
电流源1产生125kHz的第一谐波。电流源2产生375kHz的第三谐波。通过并联这两个电流源形成总发射电流。1毫欧姆的电阻3IRMessS在该仿真中仅用于测量发射电流。
电容器4Csensor是传感器的总电容。利用调制器5将两个电流源由未更详细示出的且要传输的数据内容调制。在生成曼彻斯特码时，在曼彻斯特码的每个相移时将所述两个正弦源1和2的相位和振幅近似冻结半个时钟周期（DAC相应分别停止4μs）。
Irmess是整个电路的总电阻。在总电阻上可以测量接收器电流。导线电感6的总和在该仿真示例中为10μH，导线电容和负载电容7的总和为1pF，传感器电容4为17nF并且电路中的电阻8的总和为10欧姆。通过电阻8（IRmess）的电流应该在干扰耦合和干扰发射方面尽可能具有理想的信号形状。
在图2中示出用于阐述失真的频率电流的原理性问题的图形。以下更详细地阐述各个曲线分布。
曲线1示出上述的由125kHz正弦波和375kHz正弦波所合成的希望的未调制的载波信号。如该载波信号以理想的方式应该到达接收器上。
曲线2示出10μH的导线电感在负载电容为1pF时以在接收器的信号输入端上的强烈过冲形式的失真效应。在大的导线电感时，虽然信号边沿的陡度上升，但过冲是不能接受的。
曲线3与此相反地示出50nF的负载电容7在导线电感为1nH时的衰减效应（在此0μH和0nF的值不被仿真工具接受）。在大的负载电容7和小的导线电感6时与此相反地没有过冲，然而边沿陡度过小。
在两种情况中，失真通过导线的或者可能并联的、具有附加的负载电容的其他传感器的与频率相关的特性而发生。
现在构思是，通过相应的超前（Vorhalt），在相位和振幅方面已经在传感器（发射器）中补偿该失真的导线特性。
具体来说，第三谐波的数值和相位为此必须相对于第一谐波在接收器输入端上（在接收器中的阈值开关的输入端上更好）尽可能等于希望的额定值。
因此与导线的特性有关地，具有375kHz的第三谐波相对于具有125kHz的第一谐波不仅在相位方面而且在振幅方面调整到希望的目标值。
因为在这里说明的示例中除了第一谐波之外仅使用一个另外的频率，所以该任务的解决方案设计得特别简单：对于真实的应用例如经验地这样匹配第三谐波的数值和相位，使得在接收器上达到希望的信号形状。
在图3中示出发射电流的按照本发明的优化的图示。以下更详细地阐述各个曲线分布。
曲线1作为参照示出对于在接收器输入端上的典型信号电流的目标值。
曲线2示出对于10μH的导线电感和1pF优化的发射电流。
曲线3示出对于1nH的导线电感和50nF的负载电容优化的发射电流。
曲线2和曲线3示出，不仅大的导线电感而且大的负载电容能够被完美地补偿。
上述的图中的曲线的时间上的位错对于在接收器中的评价没有影响。
由于对于在接收器中评价的完美信号形状能够以非常小的信号振幅工作，由此能够减少损耗功率和电压降。
如果相同的传感器连接到不同的导线阻抗上，则可以根据传感器地址通过传感器地址自动选择所属的适配的曲线形状。而如果以RC元件（Glied）进行适配，则这点仅通过装备选装件才是可能的。然而那时需要强制地改变传感器。
原则上还直接在接收器中的阈值开关之前减少信号失真也是可能的。然而如果在并联连接到总线上的发射器中的失真显著不同，则需要在校正器中与恰好活动的发射器同步进行转换。在这里也有利的是，单独为每个发射器可编程地设计校正器特性。
附图标记列表
1 电流源
2 电流源
3 电阻
4 电容器
5 调制器
6 导线电感的总和
7 导线电容和负载电容的总和
8 电阻的总和

Claims (20)

1.用于在机动车中、优选在电流接口中传输二进制编码的信号时减少信号失真的方法，其特征在于，所述二进制编码的信号的边沿成形是在发射器中通过对谐波的频率特性和相位特性的适配这样实施，使得补偿在整个传输线路上要预料的信号失真。
2.按照权利要求1所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，一起补偿并联的发射器的信号影响。
3.按照权利要求1或2所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，可选地并联的发射器的影响通过相应地配属的表格来补偿，其中，能够设有接收器控制仪，该接收器控制仪向发射器通知对于相应的配置应该选择哪个表格。
4.按照权利要求1至3之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，发射信号由少量离散频率合成。
5.按照权利要求1至4之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，除了第一谐波之外，在信号中使用的其他谐波在振幅和相位方面相对于第一谐波调整，从而补偿传输线路的频率特性和相位特性。
6.按照权利要求1至5之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，合成的边沿形状存储在数字存储器中并且在每个边沿时通过DAC输出。
7.按照权利要求1至6之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，代替希望的信号形状，在所述表中存储希望的信号形状的导数，并且通过对表格值进行积分来重建原始的信号用于输出。
8.按照权利要求1至7之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，设有积分器，该积分器为了减少与DAC的系统时钟的不希望的混合积以模拟的方式实施。
9.按照权利要求1至8之一所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，在接收器上到达的信号的失真通过连接在阈值开关之前的校正电路来校正。
10.按照权利要求9所述的用于减少信号失真的方法，其特征在于，所述校正电路能为不同的导线特性编程，其中，在多个发射器并联时，能够为每个发射器配属专门的程序设计。
11.用于在机动车中、优选在电流接口中传输二进制编码的信号时减少信号失真的系统，其特征在于，所述系统包括一个适配模块，该适配模块对谐波的频率特性和相位特性进行适配来在发射器中实施所述二进制编码的信号的边沿成形，使得补偿在整个传输线路上要预料的信号失真。
12.按照权利要求11所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，所述适配模块一起补偿并联的发射器的信号影响。
13.按照权利要求11或12所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，所述适配模块通过相应地配属的表格来补偿可选地并联的发射器的影响，其中，能够设有接收器控制仪，该接收器控制仪向发射器通知对于相应的配置应该选择哪个表格。
14.按照权利要求11至13之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，所述适配单元由少量离散频率合成发射信号。
15.按照权利要求11至14之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，除了第一谐波之外，所述适配单元相对于第一谐波在振幅和相位方面调整在信号中使用的其他谐波，从而补偿传输线路的频率特性和相位特性。
16.按照权利要求11至15之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，合成的边沿形状存储在数字存储器中并且在每个边沿时通过DAC输出。
17.按照权利要求11至16之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，代替希望的信号形状，在所述表中存储希望的信号形状的导数，并且通过对表格值进行积分来重建原始的信号用于输出。
18.按照权利要求11至17之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，设有积分器，该积分器为了减少与DAC的系统时钟的不希望的混合积以模拟的方式实施。
19.按照权利要求11至18之一所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，在接收器上到达的信号的失真通过连接在阈值开关之前的校正电路来校正。
20.按照权利要求19所述的用于减少信号失真的系统，其特征在于，所述校正电路能对于不同的导线特性编程，其中，在多个发射器并联时，能够为每个发射器配属专门的程序设计。
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