CN104205712A - 差分多信道传输链路的监视 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监视具有多个信道的传输链路(10)的功能状态的监视装置以及方法，所述多个信道分别设置用于差分信号传输，所述方法具有以下步骤：在待监视的传输链路(10)的第一端处馈入(S10)差分信号；将在所述待监视的传输链路(10)的第二端处接收的信号转换成差信号，其中对于每一个信道形成一个差信号；将取决于所述差信号的值的分布的品质度量(σ²)与一个阈值进行比较。所述品质度量(σ²)例如取决于所述信道上的差信号的对数的方差。

Description

差分多信道传输链路的监视

技术领域

本发明涉及一种用于监视差分信号传输的传输链路的功能状态的方法。

背景技术

差分的或对称的信号传输是已知的并且是广泛的传输技术。所述差分的或对称的信号传输由于其高抗干扰性尤其用于高频的数据传输。在差分传输中，在第一导体上传输所期望的信号，而同时在第二导体上传输与所期望的信号相反的参考信号、例如相应于所期望的信号的负信号。在传输链路的接收位置处可以通过由所述信号和所述参考信号形成差信号获得差分信号分量，其中振幅相应于所期望的信号的两倍，并且可以通过求差消除或降低以同样的方式作用到两个导体上的干扰。

为了提高可靠性已知的是，监视差分信号传输链路的功能状态。

EP 0 621 702 A2描述一种用于监视传输链路的信号线路的功能状态的电路，在所述传输链路上可以通过以下方式双向地传输差信号：一个信号线路采用供给电压源的电势+5V，而另一个信号线路采用接地参考的电势0V。桥式整流器与传输链路的信号线路连接并且与比较器连接。桥式整流器将传输链路的符合规定的功能状态中的信号线路上的差信号的持续变化转换成输出电极上的恒定电势。当在信号线路的受干扰的状态中桥式整流器的输出端上的定义的电压消失时，通过电路迫使比较器上的电压具有与导出的电压相反的符号，从而比较器的输出信号说明信号线路的受干扰的功能状态。

DE 102 37 696 B3描述差分信号技术中的用于报告数据导线上的传输故障的方法和装置。为了识别故障，分析处理位于两个信号线路的两个信号电平之间的中间电势区域中的平均电平。当所传输的二进制信息变化时，即当从逻辑“1”转换到逻辑“0”或者相反转换时，平均电平保持不变。在故障、例如信号导体与地电势短路时，平均电平偏移，并且产生故障信号。为了检测信号电平，使用两个采样保持装置，其中的一个用于在逻辑“1”的情形中检测平均电平，而另一个用于在逻辑“0”时检测平均电平。为了产生故障信号，考虑由两个采样保持装置存储的测量参量。

在已知的用于差分信号传输链路的监视装置中，在信号线路上需要附加的电路来识别故障。因此，在多信道传输链路中，电路开销增加。

此外，在传输具有连续变化的或在多于两个值上变化的信号振幅的信号时不能考虑将与二进制信号传输相匹配的已知监视电路用于监视。

发明内容

本发明的任务是，实现一种用于监视具有多个差分信道的传输链路的功能状态的方法，借助所述方法可以可靠地探测例如在差分信道的一个导体的损坏或短路时出现的信号衰减。

根据本发明，所述任务通过一种用于监视具有多个信道的传输链路的功能状态的方法解决，所述多个信道分别设置用于差分信号传输，所述方法具有以下步骤：

·在待监视的传输链路的第一端处馈入差分信号；

·将在待监视的传输链路的第二端处接收的信号转换成差信号，其中对于每一个信道形成一个差信号。

·将取决于信道的差信号的值的分布的品质度量与一个阈值进行比较。例如根据比较结果产生功能信号，所述功能信号表示信道中的至少一个中的故障。

所述方法能够仅仅通过分析处理所传输的信号、即在无需测量附加参数的情况下实现故障的识别。

所述品质度量优选取决于信道的差信号的对数的分布。由此，可以特别好地探测信号电平以最小值d的变化、尤其衰减——即差信号的对数方面的变化。差信号和待探测的信号衰减的对数值的考虑优选适于探测倍增地影响信号电压的信号衰减。例如当一个信道的两个导体中的一个导体不提供信号时，出现6dB的衰减、相应于电压的减半或信号能量的减半。作为对数，在此以及以下优选使用以十为底的对数。

品质度量优选取决于信道上的差信号的方差，尤其优选取决于信道上的差信号的对数的方差。例如由信道的差信号的对数计算所述品质度量。

所馈入的差分信号例如是测试信号。

所述方法优选包括数字化所形成的差信号的步骤。然后有利地可以由数据处理单元实施比较步骤。如果总归由数据处理单元处理所接收的信号，则可以在接收侧由数据处理单元实施比较步骤，从而尤其简化所述方法的实现。因为品质度量仅仅取决于所接收的差信号，所以信道的差信号是所述比较所基于的唯一的测量参量。因此，可以借助经数字化的差信号进行所述比较。如果在传输链路的运行中总归设有所接收的差信号的数字化，则这是特别有利的。则不需要导致成本并且需要电路板空间的附加分析处理电路。

优选地，在比较步骤中将满足以下条件(公式1)的阈值与方差形式的品质度量(公式2)进行比较：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{th}}^2>\frac{n}{n-1}\·\frac{a^2}{4}---\left(1\right)$

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{1}{n-1}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2---\left(2\right)$

其中a：差信号的在传输链路的运行(funktionierend)状态中预期的摆幅(英语：range)，定义为信道的对数差信号的最大值与最小值之间的差：

a＝max(x₁，...，x_n)-min(x₁，...，x_n)；

n：差分信道的数量；

x₁，...，x_n：信道1至n的差信号的对数；

μ：信道的差信号的对数的平均值，即x₁，...，x_n的算术平均值。

这能够实现可靠地探测信道的对数差信号的衰减(英语：drop)了以下值(公式3)：

$d=\sqrt{4n\·{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{th}}^2}---\left(3\right)$

因为在这样的信号衰减的情况下方差σ²至少取阈值尤其可以可靠地探测甚至直至n-1个信道中的衰减d。此外，通过公式(1)的条件确保在传输链路的运行状态中达不到所述阈值。因此排除错误的故障探测。此外，通过与阈值的比较，除有错误的信号衰减以外，也可以探测一个或多个信道中的至少d的有错误的信号增大。

如果对于具有用于所馈入的差分信号的n＝4个差分信道的传输链路在传输链路的运行状态中预期其摆幅a小于2.57dB的所接收的差信号，则可以通过选择阈值可靠地探测一个信道中、尤其甚至直至三个信道中的d＝6dB的衰减。

例如在信道的一个导体中断的损坏情形中出现相应于差信号的减半的6dB的衰减，从而对于所接收的信号到差信号的转换仅仅提供信号电压的半值。当所接收的信号的分析处理基于信道的差信号的振幅、尤其相对振幅时，所述功能故障的识别具有重大的实际意义。

为了探测减性地或加性地影响信号电压的信道故障，可以以相应的方式通过非对数值的处理替代以上和以下描述的对数值的处理。值x₁，...，x_n则是信道1至n的差信号，μ为其平均值，a＝max(x₁，...，x_n)-min(x₁，...，x_n)是其摆幅，而d相应于信道的差信号的所探测的绝对衰减或绝对增大的量值。例如，在运行状态中接收位置处的最小信号电压给定的情况下，相应于电压的减半的信号衰减也理解为减性衰减了取决于信号值的信号电压并且视为减性衰减了至少一个最小衰减d(d＞0)。只要对于非对数差信号的摆幅a而言满足了以上公式(1)，则也可以确保在传输链路的运行状态中不达到满足公式(3)的阈值。

此外，通过用于具有多个信道的传输链路的监视装置解决所述任务，所述多个信道分别设置用于差分信号传输，所述监视装置包括：

·至少一个转换器，用于转换待监视的传输链路的所接收的差分信号，其中所述至少一个转换器设置用于对于每一个信道形成一个差信号；

·一个比较装置，其设置用于将取决于信道上的差信号的值的分布的品质度量与一个阈值进行比较并且根据比较结果产生功能信号。

在从属权利要求中说明本发明的其他有利构型。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例并且在以下描述中进一步阐述这些实施例。

附图示出：

图1：具有多信道的差分信号传输链路和用于所述差分信号传输链路的监视装置的电路的框图；

图2：用于阐明完好传输链路与具有电平衰减的传输链路的区别的示图；

图3：用于监视多信道的差分信号传输链路的功能状态的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出的电路包括传输链路10，所述传输链路具有多个信道，所述多个信道分别设置用于差分的信号传输。信道的数量用n表示。信道数量n优选大于或等于2、尤其大于或等于4。信道数量例如为4(即n＝4)。

所述电路还包括至少一个电路模块12和一个数据处理单元14，所述数据处理单元通过传输链路10与电路模块12连接。所述数据处理单元14例如设置用于处理、尤其分析处理由电路模块12提供的信号，所述信号借助差分传输技术通过传输链路10传输。数据处理单元14例如是处理器控制的数据处理单元——例如微控制器或算术逻辑单元(ALU：arithmetic logicunit)。

电路模块12例如涉及用于雷达应用的具有发射/接收模块16的半导体模块，所述发射/接收模块具有用于发射和/或接收雷达信号的集成天线元件18。由天线元件18接收的雷达信号通过本身已知的方式下混频到基频带上。电路模块12设置用于以差分信号的形式提供各个发射/接收模块16的经下混频的基带信号并且将所述基带信号馈入传输链路10中。

在传输链路10的另一端，一个相应的信道的两个导体通过耦合电容器20与相应的转换器22交流电压耦合。转换器22设置用于将一个信道的所接收的信号转换成差信号。为此，形成由一个信道的两个导体接收的信号的差，从而降低或抑制在一个信道的两个导体上以相同的方式起作用的可能的干扰。此外，通过与导体串联设置的耦合电容器20的交流电压耦合抑制信道的可能的直流电压分量。

借助A/D转换器24数字化相应信道的由转换器22形成的差信号并且将所述差信号以电压电平的数字值、尤其差信号的以十为底的对数的形式提供给数据处理单元14。差信号的对数以下也称为对数差信号并且对于相应的信道1至n说明为x₁至x_n。

数据处理单元14以本身已知的方式设置用于分析处理发射/接收模块16的以差信号x₁至x_n的形式得到的基带信号来定位一个或多个对象。所述电路例如是雷达传感器、尤其用于对象的间距测量和/或速度测量的机动车雷达传感器的一部分。所述雷达传感器例如是机动车雷达系统、尤其驾驶员辅助系统的机动车雷达系统的组成部分。根据雷达传感器的结构，所定位的对象的角度分析处理尤其可以决定性地基于差信号的振幅。

如果在传输链路10的差分信道之一中一个导体失效，则这典型地可能通过基本上两种故障机制引起，以下阐述所述两种故障机制。在导体或耦合电容器20的拆除的情况下，相应的转换器输入端失去与传输链路的电接触。由此，可供通过转换器22的处理使用的电压降低一半，相应于6dB的差信号衰减。如果一个差分信道的导体对地或对供电电压Vcc短路，则可供通过转换器22的转换使用的电压同样降低一半。同样得到6dB的差信号衰减。

可以通过所述电路的以下描述的监视装置探测这些损坏。由此可以防止由于错误的信号电平出现雷达传感器的错误目标解释。所描述类型的连接故障的识别在以下电路中是尤其重要的：在所述电路中电路模块12或发射/接收模块16实施为MMIC类型(microwave monolithic integrated circuit：微波单片集成电路)的集成微波电路并且差分基带信号通过外部的连接元件、例如焊球形式的3D连接结构与另一个电路部分、如电路板连接。发射/接收模块16例如实施为eWLB类型(embedded waver level ball grid array；eingebettetes Gitter-Array auf Waverebene：嵌入式晶片级球栅阵列)的晶片组件。在此，所述组件制造为具有晶片级的IC部件的重新布线层的IC组件。

电路模块12设置用于将测试信号馈入传输链路10的信道中。电路模块12例如包括测试信号发生器26和开关装置28，以便替代差分基带信号将差分测试信号在传输链路10的第一端馈入信道中。例如通过外部的控制输入端由数据处理单元14来控制测试信号发生器26和开关装置28。

数据处理单元14例如触发监视循环，所述监视循环包括测试信号的馈入并且以下参考图3描述所述监视循环。例如以规则的时间间隔触发所述监视循环。

在传输链路10的另一端以与基带信号相同的方式通过耦合电容器20和转换器22将测试信号转换成相应的差信号并且借助A/D转换器24数字化所述测试信号，所述测试信号优选对于所有n个信道是相同的。所得到的n个信道的对数差信号x₁至x_n提供给计算单元30。计算单元30设置用于计算取决于信道上的差信号的对数的方差的品质度量σ²。品质度量优选涉及根据以上公式(2)的方差σ²。

数据处理单元14的比较装置32设置用于将所计算的品质度量与由以上公式(3)得到的用于阈值的值进行比较，其中待探测的衰减d具有值d＝6dB。因此，作为用于比较的阈值使用(公式4)：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{th}}^2=\frac{1}{n}\·{\left(\frac{d}{2}\right)}^2---\left(4\right)$

当品质度量达到所述阈值、即时，则比较装置32输出相应的功能信号34。所述功能信号34说明：在n个信道的至少一个上出现了6dB的电压衰减并且因此表示传输链路10的相应损坏。所述功能信号34例如提供给数据处理单元14。例如可以通过功能信号34触发数据处理单元14的中断。通过品质度量与阈值的比较可以可靠地探测直至n-1个信道、即直至3个信道中的定义的信号衰减d。

可选择地，数据处理单元14还包括用于探测所有n个信道的同时失效的单元36。单元36例如设置用于将n个信道的差信号的对数的最小值与第二阈值进行比较并且在低于所述阈值时产生第二功能信号38，所述第二功能信号表示所有n个信道的同时失效。可以通过与第一功能信号34相同的方式分析处理所述功能信号38。功能信号34和38可以连接或逻辑组合成一个共同的功能信号，其表示传输链路的至少一个信道中的故障。

传输链路10的监视基于：在传输链路10的功能良好的状态中在馈入测试信号时对数差信号x₁至x_n具有摆幅a，所述摆幅满足以上公式(1)。在阈值的以上定义中必须满足(公式5)：

$a<\sqrt{\frac{n-1}{n^2}\&CenterDot;d^2}---\left(5\right)$

为了在传输链路10的运行状态中使差信号的摆幅a保持得尽可能小，在分析处理差信号时为了计算信道的方差或最小值能够可选地考虑相应的校正值。例如可以以用于差信号的校正因数或校正加数的形式考虑校正值40。在校准时，所述校正值40例如可以存储在数据处理单元14中。

此外，数据处理单元14能够可选地包括校准单元42，所述校准单元设置用于基于差信号x₁至x_n校准所述校正值40。例如，当摆幅a超过小于根据公式(5)的最大允许的摆幅a的校准阈值时，才可以进行校准。优选地，仅当所述品质度量σ²没有达到其阈值时，才实施校准。因此，当例如信道由于热效应和/或机械效应与其原始参数偏差并且这导致摆幅a的变化时，可以通过自动的并且自主实施的重新校准实现在传输链路10的运行状态中出现的摆幅a的减小。由此，在雷达传感器的使用寿命过程中出现的传输链路10的传输参数的逐渐变化的情况下也可以确保可靠的监视。

计算单元30、比较装置32、单元36和/或校准单元42例如可以涉及数据处理单元14的软件单元或软件模块。

所描述的监视基于：在传输链路运行的情形中，在待探测的信号衰减与信号电平的“自然”方差的比例足够大的情况下，可以可靠地进行值d的信号衰减的探测。

图2借助预给定的测试信号的仿真信号振幅示出得到的对数差信号振幅的方差。分别对于完好的传输链路的情况以及对于信道中的6dB衰减的情况示出对于具有四个信道的示例的振幅x₁至x_n的标准差。在此假设在传输信道10的运行状态中得到2dB的信道振幅的自然方差。分别示出在接收侧求取的对数差信号的标准差的频度。所述标准差σ相应于根据公式(2)计算的方差σ²的方根。

在X轴上说明标准差的值，而在Y轴上说明在仿真中所述标准差出现的绝对频度。

对于传输链路10的运行的情形，所得到的标准差σ分别明显位于值σ_th＝1.5以下，所述值相应于用于方差σ²的阈值并且表示为虚线。

在信道的差信号的6dB的仿真衰减时出现的标准差以阴影线表示并且全部位于1.5以上。因为绝对不存在两种情形的分布的重叠，所以根据差信号的唯一测量已经明确地并且无误地探测到故障情形。

图3描绘用于监视传输链路的功能状态的方法的可能流程并且例如相应于根据图1的电路的监视装置的工作方式，如以上阐述的那样。

当触发监视循环时，在步骤S10中将测试信号在待监视的传输链路10的第一端馈入监视路径的信道。在步骤S12中转换、在步骤S14中数字化并且可选地在步骤S16中借助校正值40校正所接收的信号。

在步骤S18中根据公式(2)进行方差σ²的计算。

在步骤S20中，将所计算的方差σ²与阈值进行比较。在达到阈值的情况下，在步骤S22中进行相应的功能信号34以故障信号形式的输出。

如果没有达到阈值，则可选地在另一步骤S24中将所接收的差信号的最小值与第二阈值进行比较，并且在低于阈值的情况下在步骤S26中进行第二功能信号38以故障信号形式的输出。

否则，可选地在步骤S28中进行差信号的摆幅a与用于所述摆幅的校准阈值的比较，并且在低于所述阈值的情况下在步骤S30中确定用于信道的至少一个新的校正值40。

由此监视循环结束，并且重新记录传输链路的运行。

在描述的示例中耦合电容器20、转换器22和A/D转换器24以及数据处理单元14是需监视其传输链路10的电路一部分，而它们替代地也可以作为单独的组件提供。优选地，输出功能信号34并且可选地输出第二功能信号38。所述功能信号例如可以以中断信号的形式输出给需监视其传输链路的设备或电路。例如通过上述的设备进行测试信号发生器的控制。

所述测试信号发生器26和/或开关装置28不一定是监视装置的组成部分。因此，也可以外部提供测试信号。必要时，替代测试信号也可以使用其他信号用于监视，只要所述其他信号在传输链路的运行状态中导致具有足够小的摆幅a的差信号。

通过在所描述的监视装置和所描述的方法中仅仅测量由传输链路传输的信号而不测量例如温度、车间参数(Werksparameter)或类似参量，不仅能够提高监视的稳健性而且能够降低监视装置的制造开销。传输链路的功能状态的稳健且可靠的监视尤其对于雷达传感器的安全相关的应用(例如自动的紧急制动辅助)是特别重要的。

为了阐明本发明，在信号的交流电压耦合的情况下已经示例性地描述了所述监视装置和所述方法，并且所述监视装置和所述方法对于1至n个信道中的信号衰减的情形能够实现可靠的故障探测。在没有耦合电容器20的电路中，可以以相应的方式通过所引起的6dB的信号衰减探测导体损坏的或导体中断的以及对地短路的故障机制。同样可以探测以下故障：出现一个或多个信道对供电电压的短路并且不导致衰减而导致信号增大，只要对于每个信道由此引起的信号增大至少为d；为了探测所有信道的相应的同时失效，所述单元36则例如实施信号电平的最大值与另一个阈值的比较。

Claims (11)

1.一种用于监视具有多个信道的传输链路(10)的功能状态的方法，所述多个信道分别设置用于差分信号传输，所述方法具有以下步骤：

在待监视的传输链路(10)的第一端处馈入(S10)差分信号；

将在所述待监视的传输链路(10)的第二端处接收的信号转换(S12)成差信号，其中，对于每一个信道形成一个差信号；

将取决于所述信道的差信号的值的分布的品质度量(σ²)与一个阈值进行比较(S20)。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：数字化(S14)所形成的差信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述品质度量(σ²)取决于所述信道上的所述差信号的对数的方差。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述比较的步骤中，所述阈值基于所述传输链路(10)的信道的数量(n)和一个信道的待探测的信号变化的值。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述方差形式的品质度量与一个阈值进行比较，其中，n为所述传输链路(10)的信道的数量，x₁，...，x_n为所接收的差信号的对数，μ是所接收的差信号的对数的平均值，而d是在有故障的信道的情形中差信号的待探测的衰减的对数。

6.一种用于具有多个信道的传输链路(10)的监视装置，所述多个信道分别设置用于差分信号传输，所述监视装置包括：

至少一个转换器(22)，其用于转换待监视的传输链路的所接收的差分信号，其中，所述至少一个转换器(22)设置用于对于每一个信道形成一个差信号；

比较装置(32)，其设置用于将取决于所述信道上的所述差信号的值的分布的品质度量(σ²)与一个阈值进行比较。

7.根据权利要求6所述的监视装置，所述监视装置还具有至少一个A/D转换器(24)，其用于数字化所形成的差信号。

8.根据权利要求6或7所述的监视装置，其中，所述比较装置(32)通过处理器控制的数据处理单元(14)的程序单元形成。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的监视装置，所述监视装置还具有计算单元(30)，其用于由所述传输链路(10)的信道的差信号的对数计算所述品质度量(σ²)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的监视装置，所述监视装置还具有至少一个测试信号发生器，其用于产生用于所述传输链路(10)的测试信号。

11.一种多信道雷达传感器，所述多信道雷达传感器具有用于雷达信号的至少一个的发射/接收模块(16)，其中，所述至少一个发射/接收模块(16)的信道的基带信号通过多信道差分信号传输链路输送给数据处理单元(14)，并且所述多信道雷达传感器具有根据权利要求6至10中任一项所述的用于所述数据传输链路(10)的监视装置。