CN104933000B - 基于边沿的通信 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于边沿的通信。公开了方法、设备及系统，其中主动驱动数据线路至第一电压，随后主动驱动数据线路至第二电压，以生成脉冲。

Description

基于边沿的通信

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月20日提交的申请号为61/955,997的美国临时专利申请的优先权。

背景技术

对于设备之间的通信，例如，在汽车应用中，使用各种不同的协议。一个经常采用的协议是SENT协议(单边半字节传输)。可将该协议用于例如将高分辨率数据例如从传感器设备传输到电子控制单元(ECU)的应用中。

SPC协议(短PWM码；PWM表示脉宽调制)是SENT协议的扩展，且旨在提高通信链路的性能并同时降低系统成本。某种程度上，SPC允许双向通信且其为基于边沿的PWM协议的一个示例。例如，SPC可引入半双工同步通信。接收器(例如，主设备)在通信线路上通过在所定义的时间量内将脉冲拉低来产生例如主设备触发脉冲。通过发送器(例如，从设备)例如传感器来测量脉宽(对应于所定义的时间量)，且只有当脉宽在所定义的限度内时才开始传输例如SENT传输。SPC协议允许在各种不同协议模式之间进行选择。例如，可使用同步模式，利用范围选择的同步模式或利用ID选择的同步传输，其中可将多达四个传感器与ECU并联连接。在后者情况中，上述触发脉冲的脉宽可定义哪个传感器或哪个其它实体将开始进行传输。例如，触发脉冲的长度可表明所选的用于传输的传感器或其它从属设备的ID。传感器或其它实体可以其自身的同步开始传输，该同步可将数据脉冲例如与同步脉冲重叠，该同步脉冲可以但不是必需与数据脉冲之后的触发脉冲重叠。

在传统的基于SPC的通信中，在主设备侧和从设备侧上使用漏极开路输出或电流吸收器。在被动状态下，没有任何通信设备(主设备或从设备)主动地驱动线路，且线路由例如上拉电阻器保持，或在电流吸收器的情况下，线路由例如传感器保持。在后者情况下，可以省略设备之间的第三连接。

在这种情况中，信号的上升沿可受到通信线路的寄生特性的影响，例如，受寄生电容性负载的影响。这在一些情况下，特别是在SPC协议或其它基于边沿的协议的脉冲识别中可能导致问题，因为例如它可能导致触发脉冲的时间测定的不确定性，该触发脉冲又用作从设备侧上的标识脉冲。另外，传输可能受这种行为干扰，该行为可被称作“较高欧姆”行为。寄生负载的干扰当它们导致对下降沿的错误识别时，在一些情况中可能甚至会影响数据传输本身。基于电流的传输可克服上述对于漏极开路设置的一些限制，但可能引起其他问题，例如驱动器的较高功率消耗，和EMC(电磁兼容性)问题，像在开关过程中的辐射和稳健性，因为在这些情况下，期望将功率耗散电流脉冲保持尽可能地短(只要需要可靠的检测，与在漏极开路模式中的边沿检测相似)。

附图说明

图1是根据一些实施例的通信系统的简化的方框图。

图2是根据实施例的通信系统的方框图。

图3是示出了根据实施例的方法的流程图。

图4是示出了通信系统的示意性电路图。

图5是示出了图4中系统的示例信号的图。

图6是示出了根据实施例的通信系统的示意性电路图。

图7是示出了图6中系统的示例信号的示意图。

图8是示出了根据实施例的通信系统的示意性电路图。

图9是示出了图8中系统的示例信号的示意图。

图10是示出了根据实施例的通信系统的示意性电路图。

图11是示出了图10的系统中的示例信号的示意图。

图12是示出了可选实施方案中图4的系统的示例信号的示意图。

图13是示出了可选实施方案中图6的系统的示例信号的示意图。

图14是示出了可选实施方案中图8的系统的示例信号的示意图。

图15是示出了可选实施方案中图10的系统的示例信号的示意图。

图16是示出了可选实施方案中示例系统的图。

图17是示出了图16的系统的可选示例信号的示意图。

图18是示出了图16的系统的可选示例信号的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图对各个实施例进行详述。实施例仅应被理解为示例性的示例，且不应被理解为限制性的。例如，尽管可将实施例描述为包括多个特征或元件，但在其它实施例中，可将这些特征或元件中的一些省略，和/或由可替换的特征或元件进行替换。在其它实施例中，可提供另外的特征或元件。

只要基本保持了用于例如传输特定种类的信号和/或传输特定种类的信息的连接或耦合的一般用途，则在附图中示出的或本文中描述的任意连接或耦合可被实施为直接连接或耦合(即，无需中间元件的连接或耦合)或实施为间接连接或耦合(即，利用一个或多个中间元件的连接或耦合)。除非特别指出，否则连接或耦合可以为基于有线的连接或耦合，或也可以是无线的连接或耦合。

另外，可将来自不同实施例的特征进行组合以形成附加的实施例。

在实施例中，提出了SPC协议的扩展。但是，也可将这些扩展应用于其它通信协议，例如，一般性的双向基于边沿的PWM(脉宽调制)通信协议。

在一些实施例中，可改善上升沿的陡度，和/或改善传输过程中的抗干扰的稳定性。在一些实施例中，例如在基于SPC的通信系统或任意其他双向基于边沿的PWM(脉宽调制)通信系统中，在主设备侧上和/或在从设备侧上使用推挽式驱动器以提供通信系统中的定义的上升沿和下降沿。

图1中示出了根据一个实施例的通信系统10包括接收器11和发射器12。接收器11通过13处的一条或多条通信路径与发送器12通信耦合。在一个实施例中，接收器11是一个集成电路芯片的部分，且发送器12是另一个集成电路芯片的部分。在其它实施例中，接收器11和发送器12可以是同一集成电路芯片的部分。在一个实施例中，接收器11可以是控制器，例如ECU。在一些实施例中，发送器12可以是传感器或其它设备。在一些实施例中，接收器22和发送器24可通过SPC协议或其它双向基于边沿的PWM协议进行通信，将额外信息(additions)概述如下。基于边沿的PWM协议是一种其中检测脉宽调制信号的边沿且将待传输的如数据之类的信息在例如脉宽调制信号的脉冲长度上进行编码的协议。在其它实施例中，可使用其它通信技术。在一些实施例中，发送器12和/或接收器11可包括推挽式驱动器，用于在通信路径13上驱动信号。

在另外的实施例中，如图2所示，接收器或其它控制器22(例如，主设备)可与多个发送器进行通信，发送器例如系统20中的传感器24和26。所示实施例中的控制器22通过三线连接与传感器24和26中的每个电耦合。在另外的实施例中，可使用两线连接或任意其它连接。控制器22可例如基于SPC协议或其它双向基于边沿的PWM协议与传感器24和26通信，将额外信息或修改概述如下。在图2所示实施例中，将三线连接控制器22与第一传感器24和第二传感器26电耦合包括VDD电源线28、数据线路25和诸如接地线27之类的基准线。在实施例中，系统20可以是汽车电子系统的部分。在另外的实施例中，可使用另外数量的传感器或其它元件。在实施例中，控制器22通过推挽式驱动器和一个或多个上拉电阻器与第一传感器24和第二传感器26进行通信。例如，系统20包括上拉电阻器23，该上拉电阻器23具有电耦合至电源线28的第一端和电耦合至数据线路25的第二端，且控制器22包括第一晶体管21，该第一晶体管21具有其漏源路径电耦合到数据线路25的一端和电耦合到接地线27的另一端。此外，控制器22包括第二晶体管29，该第二晶体管29具有其漏/源路径电耦合至数据线路25的一端和电耦合至VDD线28的另一端。晶体管21、29共同形成了推挽式驱动器。通过选择性地激活晶体管21或29之一，数据线路25可被主动地拉至第一电压，在这种情况下第一电压为接地(通过激活晶体管21)，或可被主动地推至第二电压，在这种情况下第二电压为VDD(通过激活晶体管29)。在非激活状态下，晶体管21和29二者可能均未被激活，即，两者被切换到漏/源路径基本非导通的状态。在一些实施方案中，这种状态可以是三态的。在这种非激活状态下，只要控制器24和传感器25、26之一都不激活，则上拉电阻器23可将数据线路25拉向VDD，相对于通过晶体管21、29或任意其他推挽式驱动器的主动的推或拉，这在本申请的上下文中可被视为“被动的”。

传感器24和26可包括漏极开路晶体管(未示出，且对应于例如只具有晶体管21的驱动器)或可包括推挽式驱动器。控制器22和第一传感器24和第二传感器26的每个共用单一的通信路径，该路径通过在数据线路25上的电压信号例如PWM信号进行通信。

当根据例如SPC协议通信时，控制器22可发送请求信号，该请求信号由第一传感器24和第二传感器26通过数据线路25接收。该请求信号可包括触发信号和/或传感器标识信号，该传感器标识信号选择第一传感器24和第二传感器26中的一个。另外，请求信号的其余部分可包括任意其它待发送至所选传感器的命令和/或数据。例如，触发信号可能是控制器22通过晶体管21将数据线路25拉至接地的脉冲，该脉冲的持续时间表明传感器的ID。

第一传感器24和第二传感器26接收包括触发信号和传感器标识信号的请求信号。通过传感器标识信号选择第一传感器24和第二传感器26中的一个，该传感器标识信号例如是在脉冲宽度、脉冲高度或其它中编码的，并且所选传感器通过数据线路28发送回复信号。

在一些实施例中，与传统的使用漏极开路输出的SPC系统相比，由于在控制器22中提供推挽式驱动器，因此可更好地定义上述触发脉冲，特别是针对于该触发脉冲的上升沿。在一些实施例中，这可防止在一些情况下的触发脉冲的错误解读，例如指示出与预计ID不同的ID的对触发脉冲的解读。

图3中示出了根据实施例的方法。图3所示方法可在图1或图2所示的系统中实现，例如通过对应地驱动图2的晶体管21、29，但也可以在其他设备和系统中实现，例如，在下面将要进一步详述的设备和系统中。

在图3中的30处，例如使用推挽式驱动器的第一晶体管，将数据线路(例如，数据线路25)在脉冲开始时拉低。该脉冲可例如是SPC系统或其他双向基于边沿的PWM系统中的触发脉冲。在31处，在脉冲结束时将数据线路推高，例如至VDD。这可通过使用推挽式驱动器的第二晶体管实现，以将数据线路耦合至高电势。

在脉冲结束之后，在一些实施例中，在30处拉低或在31处推高之后的预定时间之后，在32处，数据线路可由另一设备(例如，图2的示例系统中的传感器24和26中的一个)驱动。在实施例中，预定时间可保证在数据线路上不发生设备之间的冲突。

在另外的实施例中，可将逻辑反向。例如，在可选实施例中，可在脉冲的开始时将数据线路推高，并在脉冲的结束时将数据线路拉低。

下面，将参考图4至图18通过示例信号对通信系统和设备的各种实施例进行讨论和描述。系统、设备和信号仅作为非限制性的示例，且例如在其他实施方式中可使用其他信号。

出于比较目地，图4和图5示出了仅使用漏极开路驱动器的通信系统。

图4中，在主设备侧上，在数据线路和接地之间提供晶体管43作为漏极开路驱动器，类似于图2的晶体管21。此外，在数据线路和正电压例如VDD之间提供上拉电阻器40。限幅器41作为主设备侧上的接收器。在从设备侧上，提供在数据线路和接地之间的漏极开路晶体管44。此外，提供限幅器42以接收数据。

对于从主设备向从设备的传输，晶体管43可主动将数据线路拉低以在数据线路上生成脉冲。当晶体管43为非激活时，通过上拉电阻器40将数据线路向正电压上拉。随后，通过限幅器42检测数据线路上的该电压或在数据线路上检测到的电流，限幅器42可基于数据线路上的电压，输出例如逻辑1或逻辑0。相反地，对于从从设备向主设备的传输，晶体管44选择性地将数据线路耦合至接地以主动地将数据线路拉至接地。之后，当晶体管44为非激活时，通过上拉电阻器40将数据线路再次向正电压上拉。

图5中示出了图4系统中信号的示例。在图5的示例中，主设备首先发送触发脉冲。在标有“主设备驱动”且由虚线标出的时间段内，例如，晶体管43将数据线路拉向接地。在触发脉冲的结束时，晶体管43变为非激活(在源极和漏极之间不导通)，且如点划线和虚线51表示的上拉电阻器40将数据线路拉向正电压。该点划线和虚线51表示触发脉冲的各种可能的长度。触发脉冲的长度可指出将响应触发脉冲的从设备的ID，从设备例如图2的传感器24、26之一。如所示，由51指出的上升沿具有相对较长的上升时间，这可取决于例如与数据线路耦合的电阻性和/或电容性负载。例如，如果上升时间变的很慢，脉冲可能比预计的长，这可导致触发脉冲错误地被接收。

例如，在触发脉冲的开始或结束后的特定的等待时间之后，从设备侧驱动总线以首先发送同步脉冲(在图5中所标出的同步脉冲)，其次为数据脉冲和暂停脉冲。实线示出了由从设备通过晶体管44主动驱动数据线路的效果。当晶体管44每次变为非激活时，上拉电阻器40将数据线路再次上拉，再次如点划线所示。同样在这种情况下，如52所示，上升沿的上升时间和波形可取决于例如与数据线路耦合的电阻性和电容性负载。同样在这种例如取决于上升时间的情况下，可能出现传输错误。

在图6中示出了根据实施例的通信系统。图6的实施例基于图4的系统，并且相同元件具有相同的编号，且不再详述。

相对于图4，漏极开路晶体管44在图6中由推挽式驱动器60代替，该推挽式驱动器同样可以被设定成是三态的。通过推挽式驱动器60，可将数据线路主动驱动至高电势或低电势。图6中的系统可向后与之前的基于SPC通信或其他双向基于边沿的PWM通信的产品兼容，例如，在使用多于一个从设备的情况下。

图7示出了图6的系统中的示例信号。触发脉冲对应于参考图5讨论的触发脉冲，其中使用可取决于电阻性和/或电容性负载的如70所示的上拉，主设备使用晶体管43将数据线路驱动至低。另一方面，在从设备侧上现使用推挽式驱动器，其导致在同步脉冲、数据脉冲和暂停脉冲中的更陡的上升沿，如例如图7的71所示。在图7中，基本上通过推挽式驱动器60驱动从设备的整个传输，如图7中实线所示。

在暂停脉冲之后，插入预定的等待时间以例如覆盖主设备/从设备振荡器的不匹配。在该等待时间中，仅上拉电阻器将总线拉向正电压，且没有主动驱动发生。

图8中示出了通信系统的另一实施例。图8的实施例再次基于图4的实施例，且相同的元件具有相同的编号，且不再详述。

相对于图4的系统，在图8中，在主设备侧上的漏极开路晶体管43由推挽式驱动器80代替，该推挽式驱动器80同样具有三态模式。图9示出了与图8的实施例相关联的示例系统。在此，在触发脉冲过程中，主设备同样主动地在触发脉冲的结束时使用推挽式驱动器将数据线路向高电压驱动，如虚线所示的触发脉冲的特定示例和如点线所示的触发脉冲的其他可能示例。如90所示，在实施例中，其可导致比图5的可比性示例更陡或被更好定义的上升沿。在触发脉冲之后，提供了用于覆盖主设备/侧体振荡器不匹配的间隔，其中没有驱动器起作用且仅上拉电阻器40将电压上拉。该间隔可以是在触发脉冲的下降或上升沿之后的预定时间。

在间隔之后，从设备传输对应于参考图5讨论的传输，其中类似于图5中由52指出的上升沿，上升沿91可具有依赖于电阻性和电容性负载的波形和上升时间。

图10中示出了通信系统的另一实施例，其再次基于图4的系统。相同的元件具有相同的编号，且不再详述。在图10的系统中，图4的晶体管43已被推挽式驱动器80取代，类似于图8的实施例，且晶体管44已被推挽式驱动器60取代，类似于图6的实施例。因此，在某些方面，图10的实施例是图6和图8的实施例的组合。另外，在其中涉及的所有设备例如连接到总线的所有设备使用类似于在图10中示出的配置的推挽式配置的实施例中，可在所有设备上使用恰当的(对称的)线路终端，以在一些实施例中降低在总线上的反射并提高电信号的完整性。

图11示出了对应信号的示例。在这种情况下，在触发脉冲期间，信号对应于图9的信号，并具有相对较陡的上升沿，如110所示。在该时间期间，从设备驱动总线(同步脉冲、数据脉冲、暂停脉冲)，曲线类似于图7中的曲线，同样具有相对较陡的上升沿，如图11中111所示。

除了上面所讨论的修改之外，参考图6至图11所讨论的实施例基本对应于参考图4和图5讨论的系统。

在参考图4至图11讨论的示例和实施例中，在由主设备发送的触发脉冲之后，由从设备发送同步脉冲。在另外的实施例中，定时可以不同，使得同步脉冲至少部分地与触发脉冲重合地被传输。这等于主设备和从设备之间的定时的改变，且可例如在图4、图6、图8和图10的通信系统中实现。

图12至图15示出了这些实施例的信号。图12示出了图4的系统的示例信号，图13示出了图6的实施例的示例信号，图14示出了图8的实施例的示例信号，并且图15示出了图10的实施例的示例信号。除了同步脉冲与触发脉冲重叠之外，图12至图15中的信号基本分别对应图5、图7、图9和图11中的信号。

在图12中，类似于图5，当在主设备和从设备侧上使用漏极开路晶体管时，触发脉冲的上升沿120或由从设备驱动的脉冲的上升沿，如121所示，可具有例如由电容器或电阻器负载影响的波形和/或上升时间，这在一些情况下可导致传输错误。在图13的示例中，当在从设备侧上使用推挽式驱动器时，如131所示，由从设备侧驱动的数据脉冲具有相对较陡的上升沿，而例如由130所示的触发脉冲的上升沿与图12中的情况相似。

在图14的示例中(对应图8的实施例)，当在主设备侧上使用推挽式驱动器时，如图14中140所示的触发脉冲的上升沿相对较陡。由从设备侧引起的脉冲的上升沿具有较长的上升时间和波形，这可能更强烈地依赖电阻性或电容性负载，如图14中141所示。在图15中，对应于图10的实施例，主设备和从设备都使用推挽式驱动器。因此，例如由150所示的触发脉冲的上升沿和例如由151所示的由从设备引起的脉冲的上升沿二者均相对较陡，具有降低的电阻性或电容性负载的影响。

如所述，除了重叠的同步脉冲之外，图12至图15的信号分别对应于图5、图7、图9和图11所示的信号。尽管在图4、图6、图8和图10中仅示出了单一从设备，但其他系统可包括多于一个从设备。

在上面所讨论的实施例中，例如，推挽式驱动器将电流馈入数据线路或将电流从数据线路中引出，以分别将数据线路推向高电压或将数据线路拉至低电压。在其他实施例中，如前面所阐述的，可采用在数据线路上使用电压和/或电流的其他可能性。图16中示出一个示例，其中在主设备侧上提供电压调节器160，该电压调节器160选择两个电压之一以提供至数据线路。在从设备侧上提供耦合至数据线路的电流源164。另外，在从设备侧上提供限幅器163以检测来自主设备侧的电压信号。在主设备侧上提供限幅器161和电压至电流转换器162，该电压至电流转换器162测量经过电阻器的电压降并将该电压降转换为电流。在这样的实施例中，从设备在数据线路上发送电流脉冲，且主设备发送电压脉冲。

图17和图18中示出了对应信号的示例。图17示出了由从设备脉冲发送的同步脉冲跟随触发脉冲的情况。如图17所示该触发脉冲是电压脉冲，之后是由从设备发送的电流脉冲(同步脉冲和数据脉冲以及暂停脉冲)。

图18示出了在图16的系统中的同步与触发脉冲重合的情况。除此之外，图18的信号对应图17的信号，即，图18和图17仅在信号定时上不同。也可采用其他种类的数据线路上的信号产生，且在实施例中，可与本文所述的技术是系统兼容的。

上述实施例仅作为示例，且在其他实施例中可使用其他特征或技术。

Claims (14)

1.一种通信方法，包括：

在双向基于边沿的脉宽调制通信系统中的数据线路上生成脉冲，其中所述脉冲是指示从设备的标识的触发脉冲，其中生成所述脉冲包括：

在所述触发脉冲的开始时，通过激活第一晶体管来主动驱动所述数据线路至第一电压，

在所述触发脉冲的结束时，通过激活第二晶体管来主动驱动所述数据线路上的电压至不同于所述第一电压的第二电压，所述第一晶体管和所述第二晶体管形成推挽式驱动器，以及

在所述触发脉冲之后，通过所述从设备驱动所述数据线路，

其中通过所述从设备驱动所述线路包括：在主动驱动至所述第一电压或主动驱动至所述第二电压之一后的预定时间，发送同步脉冲。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在驱动至所述第二电压后，通过电阻器将所述线路拉至所述第二电压。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述从设备驱动所述线路包括：主动驱动所述线路至所述第一电压，以及主动驱动所述线路至所述第二电压。

4.一种通信方法，包括：

在双向基于边沿的脉宽调制通信系统中的数据线路上生成脉冲，其中所述脉冲是指示从设备的标识的触发脉冲，其中生成所述脉冲包括：

在所述触发脉冲的开始时，通过激活第一晶体管来主动驱动所述数据线路至第一电压，

在所述触发脉冲的结束时，通过激活第二晶体管来主动驱动所述数据线路上的电压至不同于所述第一电压的第二电压，所述第一晶体管和所述第二晶体管形成推挽式驱动器，以及

在所述触发脉冲之后，通过所述从设备驱动所述数据线路，

其中通过所述从设备驱动所述数据线路包括：传输与所述触发脉冲重叠的同步脉冲。

5.一种通信设备，适于基于脉宽调制的基于边沿的协议进行通信，所述设备包括驱动器，所述驱动器被配置用于通过激活第一晶体管来主动地向第一电压驱动数据线路，且在主动地将所述数据线路驱动至所述第一电压之后，通过激活第二晶体管来主动地将所述数据线路向第二电压驱动，以在所述数据线路上生成脉冲，所述第一晶体管和所述第二晶体管形成推挽式驱动器，其中所述设备被配置为在接收到最后下降沿或最后上升沿之一后等待预定时间，直到产生脉冲。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述驱动器包括推挽式驱动器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述推挽式驱动器具有三态模式。

8.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备是主设备，且其中所述脉冲包括标识从设备的触发脉冲。

9.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备是从设备。

10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述设备包括适当的线路终端、上拉电阻器或下拉电阻器中的至少一个。

11.一种通信系统，包括：

主设备，以及

至少一个从设备，

所述主设备和所述至少一个从设备被配置用于通过双向基于边沿的脉宽调制协议进行通信，

所述主设备包括与数据线路耦合的推挽式驱动器，

其中所述主设备被配置用于使用所述推挽式驱动器生成标识所述从设备的触发脉冲，以及

其中所述从设备被配置用于发送与所述触发脉冲重叠的同步脉冲。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述从设备包括与所述数据线路耦合的另一推挽式驱动器。

13.一种通信系统，包括：

主设备，以及

至少一个从设备，

所述主设备和所述至少一个从设备被配置用于通过双向基于边沿的脉宽调制协议进行通信，

所述主设备包括与数据线路耦合的推挽式驱动器，

其中所述主设备被配置用于使用所述推挽式驱动器生成标识所述从设备的触发脉冲，

其中所述从设备被配置用于在接收到所述触发脉冲后在所述数据线路上发送同步脉冲。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述主设备包括线路终端、上拉电阻器或下拉电阻器中的至少一个。