CN106468913A - 使用终止对称物理层的电流环路传感器接口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用终止对称物理层的电流环路传感器接口。一种传感器系统或传感器总线包括通过总线一起耦合到控制器以用于感测物理参数和响应于物理参数的改变的多个传感器。总线包括具有第一导线和第二导线的双导线总线，其被配置成向多个传感器传送供给信号和由来自多个传感器或控制器的经电流调制的信号生成的数据通信信号。多个传感器和控制器包括可变电流源。传感器的可变电流源在第一频率范围中生成数据通信信号，而控制器和传感器的可变电流源在不同的频率范围中调整来自总线的供给信号。具有总线的两端处的终止、划分器的终止网络在第一频率范围内匹配总线的负载阻抗和线路阻抗，第一频率范围是第二频率范围的大约五到十倍。

Description

使用终止对称物理层的电流环路传感器接口

技术领域

本公开在传感器的领域中，并且更具体地，涉及使用终止对称物理层的传感器接口。

背景技术

现代车辆包括大量的传感器，诸如气囊传感器、轮胎气压传感器、发动机传感器、安全带传感器和许多其它传感器。传感器向诸如机动车控制单元（ACU）、发动机控制单元（ECU）或其它控制单元之类的控制器或处理器提供关于车辆的操作（例如车轮速度、减速等）的数据。基于在总线（例如双绞线或其它有线的总线）上从传感器接收到的传感器通信数据，控制单元可以确定是否应当采取行动（例如气囊展开或任何车辆系统行动）。

外围传感器接口5（PSI5）协议和分布式系统接口3（DSI3）协议是限定机动车通信总线的示例标准。连接到通信总线的ECU表现为例如电压供给，并且因此不一定操作为通过总线到传感器的欧姆电压源。通过通信总线连接到ECU的传感器的网络可以配置有一个或多个保护组件以防止设备破坏或不稳定。例如，网络的传感器可以具有一系列电阻器，其具有闭锁元件或特征，其由于某些行为依赖性而可能是低效的。通信总线上的网络的行为由于总线的传感器侧上的相对于线路阻抗的相对低或高欧姆终端和根据ECU规范的ECU侧上的低欧姆终端而可能是不可预测的，倘若其操作为低欧姆供给的话。

网络的不可预测的信号行为在线路或总线长度从大约半米改变到例如十二米时可能进一步成问题。不同反射行为可能发生在具有未指定终端的线路上。诸如控制器区域网络（CAN）总线之类的典型终止总线也利用两个导线，但是不提供供给所连接的总线参与者的能力。CAN通信导线被终止并且用于数据通信。如果总线节点不具有其自身的电力供给，还将要求另两个导线，如对于传感器而言的情况那样。这两个导线不可以被终止，因为它们必须被低欧姆驱动以供给所连接的电子组件。四个导线源自总线的一个区段或端部，并且因此，连接每一个传感器与所有四个延长的CAN导线是昂贵的并且增加关于更复杂连接器的问题的概率。

另一问题在于针对一些机动车应用（例如充电或混合电动机或电子操作的自动传输齿轮箱的控制）的数据速率，传输要求比通过所实现的标准PSI5或其它总线协议传输的那些更高的数据速率。为此的原因在于以所建立的传感器总线的低数据速率的消息交换向控制环路中引入等待时间，这对于反馈环路的稳定性极其关键。这些问题需要改进的总线系统，其允许在类似于CAN总线的范围中的传输数据速率，但是使用两个导线以通信并且同时为传感器供给从ECU侧递送的能量。

附图说明

图1是依照各种实施例的传感器通信系统的框图。

图2是依照各种实施例的用于传感器通信系统的不同通信模式的示例。

图3是依照各种实施例的传感器通信系统的另一框图。

图4是依照各种实施例的传感器通信系统的另一框图。

图5是依照各种实施例的用于传感器通信系统的不同通信模式的示例。

图6图示了依照各种实施例的操作传感器通信系统的方法。

具体实施方式

现在参照附图来描述所要求保护的主题，其中相同的参考标记自始至终用于指代相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述大量具体细节以便提供所要求保护的主题的透彻理解。然而，可以显然的是，所要求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下被实践。

现在将参照随附附图来描述本公开，其中相同的参考标记自始至终用于指代相同的元件，并且其中所图示的结构和设备不一定被绘制成比例。如本文所利用的，术语“组件”、“系统”、“接口”等意图指代计算机相关实体、硬件、软件（例如在执行中）和/或固件。例如，组件可以是处理器、在处理器上运行的过程、控制器、电子电路、对象、可执行文件、程序、存储设备和/或具有处理设备的计算机。作为说明，在服务器上运行的应用和服务器也可以是组件。一个或多个组件可以驻留在过程内，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。可以在本文中描述元件的集合或其它组件的集合，其中术语“集合”可以被解释为“一个或多个”。

另外，这些组件可以诸如例如用模块从具有存储在其上的各种数据结构的各种计算机可读存储介质执行。组件可以经由本地和/或远程过程通信，诸如依照具有一个或多个数据包（例如经由信号来自在本地系统、分布式系统中和/或跨诸如因特网、局域网、广域网或具有其它系统的类似网络之类的网络与另一组件交互的一个组件的数据）的信号通信。

作为另一示例，组件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部分所提供的具体功能的装置，其中电气或电子电路可以通过由一个或多个处理器或控制器执行的软件应用或固件应用来操作。一个或多个处理器可以在装置内部或外部并且可以执行软件或固件应用的至少部分。作为又一示例，组件可以是在没有机械部分的情况下通过电子组件提供具体功能的装置；电子组件可以在其中包括一个或多个处理器以执行至少部分地授予电子组件的功能的软件和/或固件。

词语示例性的使用意图以具体的方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语“或”意图意指包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非以其它方式指定，或者从上下文是清楚的，否则“X采用A或B”意图意指任何自然包括性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B二者，则在任何前述实例下面满足“X采用A或B”。此外，如本申请和随附权利要求中所使用的冠词“一”和“一个”应当一般地被理解为意指“一个或多个”，除非以其它方式指定或从上下文清楚的指向单数形式。另外，就术语“含有”、“包含”、“具有”、“有着”、“带有”或其变型被用在详细描述和权利要求中的范围而言，这样的术语意图以类似于术语“包括”的方式是包括性的。

考虑到以上描述的缺陷，传感器总线通信系统（例如车辆传感器系统）和对应操作克服连接传感器网络和控制单元（例如发动机控制单元或其它控制器）的通信总线上的不可预测的和不想要的信号行为（例如线路谐振效应、电压下降等）。传感器总线通信系统可以动态地终止不同反射行为并且动态地适配总线线路电压下降而不管每一个传感器与控制器之间的总线线路的长度或总线的总长度如何。总线可以是例如具有比具有添加的供给线路的CAN总线的典型四个导线线路更少的有线线路的双导线通信总线，并且还配置有使得能够实现超过标准PSI5或DIS3数据速率的数据速率的增加的终端能力。这种数据速率的增加还使得能够实现信号调制中的改进的信道编码方案（例如CRC长度、模式生成等）以用于生成传感器与控制单元之间的数据通信，并且因而使得能够以未检测到的比特误差的降低概率实现更高安全性和完整性。

尽管沿总线线路实现电阻器可以用于改进线路终端，如果电阻器被选择成在线路阻抗（例如大约120欧姆）的范围内的话，但是这还可以创建降低可用于传感器的供给电压的电压下降。与围绕线路适配的问题联合的这些问题可能在使用通信总线中的仅两个导线的架构中进一步恶化。

各种实施例通过一起解决线路适配和可容许的供给电压下降来克服这些问题。例如，双导线通信总线操作成用在涉及ECU和网络的传感器之间的线路谐振效应的特定频率范围内匹配总线的任一侧或两侧（ECU侧或传感器网络侧）上的阻抗的终端网络来终止两个总线线路。

在其它实施例中，数据通信信号（例如传感器数据或控制数据）的生成（或调制）操作在与通过终端网络匹配的阻抗近似相同的特定频率范围内。这使得能够实现通过传感器与控制单元之间的通信总线的数据信号的数据速率的改进，其进一步使得能够改进传感器与控制单元之间的数据的信道编码。

在一个示例中，传感器包括调制电流信号以在高的频率范围（第一频率范围）中生成和向控制单元提供传感器数据信号的电流源。这些电流源另外操作为电流吸收器和电压调整器以使在比用于数据生成和阻抗终端的第一频率范围低的第二频率范围中提供给传感器的供给信号（例如电流或电压）选择性地变化。例如，在作为用于数据通信的电流信号调制和终端网络的第一频率范围的近似五分之一到十分之一倍的第二频率范围中执行调整操作。该差异确保用于传感器处的供给信号调整和数据调制的两个频率范围之间的适当分离。以下参照附图来进一步描述本公开的附加细节和实施例。

最初参照图1，所图示的是传感器总线系统100，其包括耦合到传感器网络104的电子控制单元（ECU）102。ECU 102连接到通信总线114的一侧（ECU侧），其进一步连接到传感器网络104，传感器网络104连接到通信总线114的另一侧（传感器侧）。ECU 102可以包括相同管芯或衬底上或与ECU 102的其它组件分离的衬底上的诸如控制单元106之类的一个或多个处理器。控制单元106经由通信总线114连接到多个传感器（例如传感器104a、… 、104n）和终端网络112。

控制单元106可以通过总线114向传感器网络104传输供给信号以用于为传感器104a、… 、104n供电。为了向传感器104a、… 、104n传输信息，控制单元106调制供给电压（例如DC供给电压的改变）以向一个或多个传感器传输信息（例如DC）。当不传输数据时，控制单元106可以向传感器104a、… 、104n提供未经调制的供给信号（例如DC供给电压）。这些供给信号可以通过控制单元106在例如相比于作为控制数据或作为传感器数据而由传感器网络104在与第一频率范围相比不同的更高频率范围中生成的经调制的通信信号而言低的频率范围内调整。

控制单元106可以在比涉及供给信号的频率范围（例如是第一频率范围的五分之一到十分之一倍的第二不同频率范围，或者在第一频率范围以下大约1 MHz或小于第一频率范围的第二不同频率范围）高的第一频率范围中接收和解调由传感器104a、… 、104n调制的传感器数据（通信）信号。换言之，第一频率范围包括例如大约1 MHz或更大的拐角频率，并且第二频率范围包括是第一频率范围的拐角频率的至多1/5到1/10倍的不同拐角频率。控制单元104然后可以基于用于经由总线114的数据传输的信道编码的模式处理数据信号，并且响应于经解调的数据，实现另外的动作或操作（例如车辆气囊释放或其它系统功能）。

传感器104a、… 、104n可以在较低（第二）频率范围中调整从通信总线114接收的供给信号以便消除/减少总线114上的电流消耗中的波动，而同时还操作成并发地调制诸如经调制的信号之类的数据以用于在较高（第一）频率范围中沿总线114的数据通信。例如，传感器104a、… 、104n可以每一个包括电流源110a、… 、110n，其操作成生成经电流调制的信号以用于在较高频率范围中传送传感器数据并且并发地在较低频率范围中调整供给信号。电流源110a、… 、110n操作为电流吸收器以接收供给信号，并且操作为电压调整器以稳定化在所接收到的供给信号中出现的波动。

通过传感器的电流源110a、… 、110n进行的这两个功能（调整和调制）在其相应频率范围中清楚地分离。供给调整的控制比模式生成（数据调制）低得多，因为如果控制较快，则其将改变网络的阻抗并且使其是较低欧姆的，或者换言之，再次生成总线侧之间的失配。连接到ECU侧上的终端130和最终终端128之间的总线114的传感器104a、… 、104n可以包括在通信信号的频率范围（第一、高频率范围）中的阻抗，其可以是线路阻抗（例如对于双绞线线路而言在120欧姆的范围中）的至少五到十倍。因此，传感器应当在第一、更高频率范围中具有至少大约1千欧姆或10千欧姆的阻抗。可以或连接到总线的传感器越多，第一频率范围中的线路阻抗和传感器阻抗之间的因子越高。如果满足该条件因素，则来自一起连接在总线114上的一个传感器到五个或更多个的多个传感器在操作期间将不显著地影响总体总线阻抗和线路的任一侧上的终止条件。

传感器网络104在数目上可以包括高达n个传感器，其连接到双导线通信总线114。多个传感器中的每一个传感器的负载阻抗还可以是线路阻抗的N倍，其中N大于一并且N/n小于1。例如，如果N为二并且n=4个传感器，则N/n=½，其中N和n可以被设计成在几何上对称或与一成比例。

电流源110a、… 、110n耦合到传感器模块120a、… 、120n，其可以包括组件（未示出），诸如但不限于供给电压连接Vcc、用于为各种传感器组件（未示出）供电的接地连接、用于检测物理参数的至少一个传感器元件、控制器、一个或多个电压调整器、振荡器或其它传感器组件，诸如除了例如主传感器元件以外的其它传感器元件。在一个实施例中，电流源110a、… 、110n可以调整在反馈（控制）环路122a、… 、122n内跨缓冲电容器Cs1、… 、Csn检测到的电压（例如供给电压），并且因而稳定化来自通过传感器104a、… 、104n发生的任何波动的电压，波动可以源自传感器的操作（例如不同模式、时钟操作、测量等）。

每一个传感器模块120a、… 、120n可以监视跨电容器Cs1、… 、Csn的电压，电容器Cs1、… 、Csn是还可以保护传感器104a、… 、104n以防高频率行为的隔直流或缓冲电容器Cs1、… 、Csn。基于跨电容器Cs1、… 、Csn检测到的供给电压的改变，传感器模块120a、… 、120n控制由电流源110a、… 、110n提供的电流以便然后调整跨电容器Cs1、… 、Csn的电压供给并且稳定化通信信号频谱（第一频率范围）以下的第二频率范围中的任何波动。

由电流源110a、… 、110n提供的电流基于利用电容器Cs1、… 、Csn对反馈环路122a、… 、122n的控制是可适配或可变的。随着每一个传感器104a、… 、104n的电流消耗增加，传感器模块120a、… 、120n的电压调整增加由反馈环路122a、… 、122n汲取的电流并且稳定化每一个传感器104a、… 、104n的供给电压。由于调整操作是缓慢作用的，因此传感器104a、… 、104n不对与用于数据调制的相同的频率范围的改变起反应。照此，传感器104a、… 、104n的反馈环路122a、… 、122n受限于在比通过终端网络112进行的数据调制操作或匹配过程更低的频率内操作，以下对数据调制操作或匹配过程进一步详述。

在总线114的ECU侧上，ECU 102与电流源108一起操作以递送用于所有传感器的平均电流，其操作为低频率调整电流源而不是电流吸收器。控制单元106利用电流源108来调整在节点Vcc处在总线114上检测到的供给电压。控制单元106利用控制环路124监视总线线路，并且基于在控制环路124中从Vcc节点或跨电阻器Re检测到的改变而调整电压改变。控制单元106可以基于预确定的参考值（例如5V、3.3V或其它值）而使电流源108选择性地变化以适应存在于线路上的波动并且稳定化总线114上的供给。

线路126可以可选地从控制单元106被提供到电阻器Re以下以基于经高通滤波的信号V_Re改进接收或者接入经低通滤波的供给信号V_Ce以用于限带供给电压的调整。该虚线126或连接可以使得能够实现传感器数据的更快收集并且操作为例如解调吸收器。

经电流调制的消息或传感器数据的解调还可以由控制单元106通过观察所汲取的当前调制电流在总线电压Vcc或跨ECU侧终端电阻器Re的电压V_Re上所导致的电压下降来执行。Re*Ce的时间常数被选择成在用于数据通信的频率以下并且因而跨Ce的电压可以被假定在调制（例如电流调制或电压调制）期间保持几乎恒定。

在一个实施例中，传感器总线系统100操作成由于电压调整环路124的操作而通过使针对总线114的ECU侧上的经调整的电流源108是低欧姆的（或具有相比于总线的传感器侧的低阻抗）来保持传感器总线标准（例如PSI5或DSI3）的行为，并且还保持在传感器侧上连接到总线的电流源110a、… 、110n的阻抗在用于数据通信的第一频率范围以下的DC范围（频率第二范围）内是高欧姆的。

此外，传感器总线系统100还操作成通过使传感器104a、… 、104n中的任一个上以及总线114的ECU侧上的经调整的电流源110a到110n或108的阻抗相比于针对用于通信信号的第一频率范围的总线114的任一侧上的终端网络/设备128和130的阻抗为高来改变传感器总线标准（例如PSI5或DSI3）的行为。由于通信信号的第一频率范围中的受控电流源的高阻抗，该频率范围中的线路终端可以由具有终端设备128和130的终端网络112来控制。

终端网络112包括终端设备128，其包括在总线114的传感器侧上串联的电阻器Rterm和电容器Cterm。终端网络112还可以包括ECU端子设备130，其包括在总线114的ECU侧上耦合的电阻器V_Re和电容器Ce。具有端子128的终端网络112被配置成由于串联电容器114而具有低频处的高阻抗。例如，终端网络112的高阻抗可以为用于数据通信的范围（例如大约1 MHz或更大）内的总线114的阻抗的近似五倍或更大。例如，用于通信的频率范围（第一频率范围）内的阻抗匹配到所使用的通信线缆或总线114的线路阻抗，例如对于双绞线导线而言120欧姆。通信频率范围中的匹配通过适当地选择终端设备中的电阻器Re和Rterm并且以RC元件的时间常数在通信信号频谱的较低拐角频率的倒数以下安全的方式设计对应电容器Ce和Cterm的大小来实现。

在另一实施例中，总线114包括作为总线114的高侧的第一导线116以及作为总线114的低侧的第二导线118，其中第一和第二导线116,118用于供给传感器和传输数据。总线114因而是双导线总线，其中终端网络112具有匹配到针对双绞线的线路阻抗（例如大约120欧姆）的终端电阻器Rterm。总体阻抗对于总线114的电阻近似中性，这意味着其是由于总线线路（例如双绞线）上的反射而停止谐振的具有频率范围的终端。对于阻抗匹配而言相关的频率范围明显高于用于供给传感器110a至110n的频率，其中匹配阻抗可以是线路阻抗的大约五倍或更大。终端设备128的电容器Cterm耦合被终止，因此频率范围可以利用电容来进行修改或减小。终端网络提供在关于数据通信的相同频率（第一频率范围）内的线路阻抗的0.5到2倍的精确范围内的匹配精度。

在一个优点方面，在传感器侧上或在ECU侧上不再反射由总线114上的数据通信的生成导致的瞬变。因此，波动变得在总线线路114上不存在，所述波动正常将使通信信号严重失真。这使得能够使用于数据通信信号的数据速率增加到PSI5标准或DSCI5标准的大约10倍。

参照图2，所图示的是依照各种实施例的调制方案200的示例。电流源110a、… 、110n例如可以操作在大约1 MHz或更大的第一频率范围中，该第一频率范围在频率上是用于供给调整的第二频域的若干倍，以便作为用于传感器数据的电流开关而调制电流信号。同样地，ECU 102的电流源108还可以用于生成协议数据并且经由电流调制信号在第一频率内与传感器通信。

第一调制方案202可以用于模式生成并且通过每一个传感器104a、… 、104n处的传感器电流的增加而传输通信数据。电流源110a、… 、110n可以通过基于所检测到的物理参数（例如磁力、压力或其它物理性质）的改变而增加电流来调制电流信号。分别对应于多个传感器104a、… 、104n的多个电流源110a、… 、110n被配置成基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的增加而生成包括仅上升信号水平的数据通信信号的模式。

第二调制方案204使得能够实现传感器功率消耗的减少。电流源110a、… 、110n通过基于传感器处的电流的减小而生成模式来生成作为用于传输的通信数据的传感器数据。每一个电流源110a、… 、110n可以与彼此独立地操作和传送数据。分别对应于多个传感器的电流源110a、… 、110n因而操作成通过基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的减小而生成包括仅下降信号水平的数据通信信号的模式来减小平均功率消耗。

调制现在沿总线线路114对称并且可以在通信频率范围内对总线114的两侧（传感器侧和ECU侧）做出，因此总线114的两侧匹配总线114的线路阻抗并且因而近似相等。由于传感器104a、… 、104n表现为电流吸收器，因此电容器Csa、… 、Csn还可以在传感器数据的生成（调制）或传输期间被放电而不干扰用于为相应传感器供电的供给电压。

现在参照图3，所图示的是包括与图1的系统100类似的方面的传感器总线通信系统300的另一实施例。系统300提供传感器网络104，其具有在与终端设备128集成的传感器网络104的多个传感器104a、… 、302n之中的传感器302n中的一个，如与如图1中的与传感器网络104的传感器104a、… 、104n分离相反的那样。传感器304n和终端设备可以例如实现为在相同电路板上的传感器衬底的部分，或者管芯而不是与彼此分离。尽管总线114的传感器侧上的终端设备128与传感器302n组合或集成，但是其它传感器中的任何一个可以具有与其集成的终端设备128，使得传感器网络104的传感器104a、… 、302n中的仅一个与终端设备128集成。例如，终端设备128可以替代性地仅与传感器104a集成。

可替换地，在其它实施例中，终端可以在所有传感器104a、… 、302n上分布，其中每一个传感器可以具有线路阻抗RL并且端子阻抗可以被选择为Rterm=RL*n，其中n为连接到总线114的传感器的数目。在一个示例中，线路阻抗对于双绞线线路而言可以是120欧姆，或者对于作为总线114的典型同轴线路而言为50欧姆。在该情况中现在每一个传感器104a、… 、302具有终端的部分，其可以包括一个总线114上（例如在一个和四个传感器之间）的多个传感器。例如在一个至四个传感器的情况下，终端电阻器Rterm可以被选择为线路电阻的两倍。电阻可以选择成相比于其中仅一个电阻器与总线114上的一个传感器连接的情况中的线路阻抗的120欧姆更高的240欧姆的终端阻抗。在总线114上的两个电阻器和两个传感器的情况中，每一个可以并联配置为240欧姆以实现线路阻抗的120欧姆。在三个电阻器和传感器的情况下，每一个可以并联配置为240欧姆以得到具有为线路阻抗的2/3的80欧姆的总线的终端，并且在四个电阻器的情况下，则每一个电阻器可以并联配置有240欧姆以得到120欧姆的一半总线线路阻抗，并且以此类推，使得阻抗类似于例如其中终端电阻过小的另一侧。这些阻抗是示例并且不限于任何具体值，如本领域普通技术人员将领会到的那样。

在图3的另一实施例中，传感器网络104的至少一个（例如传感器104a）包括第一电流源110a和第二电流源304。电流源110a和304被配置成与彼此独立地调整电压和调制电流。每一个传感器处的电压可以如以上关于图1的电流源110a、… 、110n所讨论的那样通过响应于电压的减小而增加多个传感器中的传感器处的电流并且响应于电压的增加而减小电流来调整。例如可以由传感器104a的第一电流源110a在比电流调制更慢或更低的频率中执行或控制供给电压调整，该电流调制可以经由第二电流源304分离地控制。因此缓慢供给电压调整和电流调制在频率范围中分离。

第一电流源110a是缓慢调整电流源以便稳定化传感器104a的电压供给。第二电流源304直接创建经调制的电流，其为用于数据传输的电流。对于电流调制，第二电流源304可以调制电流信号以向传感器网络104上的其它传感器或向控制单元106传送。电流源110a和304二者可以由传感器模块120a控制，传感器模块120a可以从处理器生成分离控制信号以用于控制涉及调整和调制的操作。

在一个示例中，诸如所检测到的改变或涉及由传感器感测的参数的其它数据之类的物理性质的测量数据可以经由来自传感器网络104的传感器104a、… 、302n的经电流调制的信号来传送。控制单元106可以检测节点Vcc处的电流或跨电阻器Re在电压V_Re中的波动。数据还可以作为选择信号、设置配置或其它通信而被传送至其它传感器。同样地，控制单元106可以生成作为到传感器104a、… 、302n的数据的调制信号，传感器104a、… 、302n可以解调信号并且从利用其检测到的电压中的模式解码数据。

在与第二频率范围相当的低频率中，传感器电流源110a、… 、110n和304关于ECU电流源108朝向总线114是高欧姆的，ECU电流源108相比之下起因于利用控制单元106的闭环控制操作而朝向总线114是低欧姆的。终端网络因而是高欧姆的，这由电容器Ce和Cterm促成。

在与第一频率范围相当的高频率中，传感器电流源110a、… 、110n和304仍旧是高欧姆的，并且ECU电流源108由于控制环路的带宽安全地在电流调制频谱以下也是高欧姆的。具有终端设备128和130的终端网络112具有分别由Rterm或Re限定的匹配的阻抗，因为电容器在高频率处是可忽略的。

参照图4，所图示的是依照各种实施例的传感器总线通信系统400。传感器总线通信系统400类似于以上讨论的系统，并且还包括附加传感器连接402和404，连同可替换的架构配置。

系统400的配置具有与传感器104a、… 、104n分离或超出总线线路114的终端设备128，其包括作为总线114的高侧的第一导线116和作为总线114的低侧的第二导线118。至少一个传感器104n和至少一个传感器104a分别利用附加导线402和404耦合到总线。例如，传感器104n包括从传感器模块120n到第一线路116（高侧）的连接402，并且传感器104a包括从传感器模块120a到第二线路115（低侧）的连接404。

传感器104a、… 、104n单独能够以与ECU 102类似的方式监视总线114，并且因而能够解码来自控制单元106或其它传感器的消息。这种沿总线114的对称通信提供相比于比如PSI5或DSI3的电流环路传感器连接的现有技术实现方式的大优点。总线114操作成实现或包括两个方向上的对称数据速率，作为双向或半复用双导线总线。

在一个实施例中，描绘在总线线路114的极左侧上的传感器104n通过作为连接在总线114的高侧116上的电流吸收器的电流源110n来供给。传感器104a通过作为连接在总线114的低侧118上的电流吸收器的电流源110a来供给。分别与附加连接402和404一起，传感器104a、… 、104n被配置成经由传感器模块120a、… 、120n监视或测量端子128与连接导线402或404之间的供给信号。所测量的供给信号然后由电流源110a、… 、110n调制，电流源110a、… 、110n能够以与ECU 102或控制单元106类似的方式测量或监视总线114上的电压。

在另一实施例中，传感器104a、… 、104n被配置成在它们自身之间或之中以及在控制单元106之间传送数据。因为传感器104a、… 、104n可以以与具有控制单元106的总线114的ECU侧类似的方式测量总线114上的供给信号，并且双向通信是可能的。传感器104a、… 、104n能够在与总线114上的通信数据范围相同的频率范围中调制电流，其中总线线路116和118被终止并且还能够接收这样的通信信号。传感器可以在双导线总线中在传感器网络104中连接到彼此并且实现高于PSI5、DSI3或用于机动车车辆中的传感器标准的其它协议的对称、双向数据速率。

在一个示例中，控制单元106或另一传感器然后可以选择传感器网络104的另一传感器或者改变传感器的操作的改变校准设置、模式或者传送其它数据。双向总线114允许以高数据速率在总线114的传感器侧和ECU侧之间来回地传输。测试信号例如还可以被用作总线上的数据通信，使得测试信号在传感器、控制单元106或其组合之中传送，这可以是对于系统上的测试需求而言针对可以利用总线114实现的功能安全性的大优点。其它类型的通信数据可以包括从一个传感器到另一个传感器或控制单元106的附加数据，其可以要求特定传感器改变其设置或者某个过程，或者例如降低其数据速率。在本文中没有限制对传感器自身、控制单元106或组合之间的数据的一种数据类型或功能响应，如本领域普通技术人员将领会到的那样。

在另一实施例中，由于传感器104a或网络104中的其它传感器的电流调制器和信号解调器操作可以在低侧上，因此电流源110a可以利用N型金属氧化物半导体（NMOS）晶体管实现，而不是P型金属氧化物半导体（PMOS）晶体管实现，如同电流源110n那样。这可能在一些情况中是优点，因为现在电流源110a可以包括小于PMOS的NMOS晶体管以用于操作（例如调制和调整）。

具有双导线通信总线114的传感器总线系统包括总线两侧上的对称终端，其促进从总线114的任一侧到另一侧的通信。此外，调制和调整操作二者可以利用总线114的两侧上的电压或电流来执行，如与其中仅在ECU侧上执行电压调制并且在传感器侧上执行电流调制的现有方法相反的那样。由于总线114的传感器侧上的开路（高欧姆）终端或总线114的短路（低欧姆）ECU侧处的反射，线路终端网络112防止电流调制干扰总线114上的供给信号。

参照图5，所图示的是依照各种实施例的用于数据信号的电流调制的示例模式500。如以上陈述的，对应于每一个传感器的电流源110a、… 、110n根据供给（例如电压）调整操作和数据（例如电流信号）调制操作而变化。对于数据调制，电流源110a、… 、110n在所生成的模式的高和低水平之间切换。传感器运转在频率范围中减缓到调制频率的五分之一或十分之一倍，并且因而传感器在频率范围中具有简单切换以用于生成用于数据通信或信道编码的模式。电流源110a、… 、110n可以切换到增加用于模式生成502的电流或切换到减小该电流，并且因而例如还可以创建模式生成504中的减小电流、平均电流和增加电流之间的代码字母表。

模式生成信号（数据通信信号）可以例如在大约1 MHz至10 MHz或更高之间的频率范围中的某处。传感器和ECU侧上的电压调整功能可以例如在大约200 kHz以下，或者是数据信号（例如经电流调制的信号）的调制的五分之一到十分之一倍。经修改的信号可以包括平均馈送信号，或者当在正常操作中没有在系统中发生改变时可以近似等于系统的无功电流的电流信号。第一模式502可以是二进制代码，其中调制类似于图2中生成的模式。模式502以半步向上发起并且利用正一或负一步长进行调制，同时以半步向下结束。利用总线114上的低通滤波器，总线114还可以进一步被滤波并且DC水平不改变，这是大优点，因为供给不需要对不再改变平均供给电压的电流调制起反应，这进一步提供由通过降低供给调制带宽创建的保护带分离两个频率范围的余量。

在一个示例中，曼彻斯特码（Manchester code）可以被用在传感器与控制单元106之间的总线上。数据通信还可以被高效地滤出并且还不影响供给信号，并且同样地供给调整或电压调整不影响数据调制。

第二模式504从使用曼彻斯特码（如PSI5）和从非平均自由信号（如DSI3）离开，并且是用于利用数据速率的增加来得到改进的信道编码的通信的平均信号自由字母表。存在六个可能的信号506，其以包括具有高峰值、低峰值和系列（平坦）线路的相继次序的信号一开始是平均自由的，其中“系列”意味着零幅度水平。信号二包括低、高和系列。信号三包括高、系列和低。信号四具有低、系列和高。信号五具有系列、高和低，并且信号六反过来具有系列、低和高。这些各种信号选项506可以在模式504的每一个框内的代码以诸如通过第一、高频率范围中的电流调制沿总线114传送各种不同水平或类型的数据或命令。信号模式504的优点在于其提供数据速率中的附加优点，因为三个脉冲可以在六个不同状态中传输，不同于第一模式502中的曼彻斯特码，并且现在可以利用3个脉冲传输2.5位，而不是利用2个脉冲传输1位，并且使得能够更好地利用总线114的总线带宽。然而这仅仅是一个示例，并且更复杂的代码字母表可以进一步改进优点，并且作为使得能够实现改进的信道编码的增加的数据速率的结果，使得更容易通过选择2^n个有效符号来将二进制字匹配到代码字母表。

虽然以下将所公开的方法图示和描述为一系列动作或事件，但是将领会到，不以限制性含义来解释这样的动作或事件的所图示的顺序。例如，一些动作可以以除了本文所图示和/或描述的那些以外的顺序发生和/或与其它动作或事件并发地发生。此外，并非所有所图示的动作可被要求以实现本文中的描述的一个或多个方面或实施例。另外，本文所描绘的动作中的一个或多个可以在一个或多个分离的动作和/或阶段中执行。

参照图6，所图示的是其中可以促进数据速率的增加的用于传感器总线通信的方法600。方法600发起并且在602处包括在第一频率范围中经由传感器的多个电流源由多个传感器生成多个数据通信信号。

在604处，方法还包括在第一频率范围中经由包括连接多个传感器和控制器的第一导线和第二导线的双导线通信总线在多个传感器与控制器之间传送多个数据信号。

在606处，方法包括在第二频率范围中经由双导线通信总线从控制器向多个传感器传送供给信号。该供给信号的通信例如可以与总线上的数据通信信号的传送并发、大约同时或同时。

在608处，方法包括在第二频率范围中基于在双导线通信总线上检测到的供给信号调整多个传感器的供给电压。例如，在第二频率范围中的调整可以包括基于在沿总线的一个或多个传感器处跨传感器反馈环路内的缓冲电容器的缓冲电压的检测将双导线通信总线上的电流信号经由多个电流源适配于多个传感器中的一个或多个传感器。方法还可以包括经由控制器的电流源通过检测跨控制器处的终端设备的电阻器或节点处的电压改变来调整双导线通信总线上的电压供给信号。电压调整可以包括响应于在传感器处检测到电压的减小而经由一个或多个传感器的一个或多个电流源增加相应传感器处的电流，以及响应于传感器处检测到的电压的增加而减小电流。

在610处，方法包括在第一频率范围中匹配双导线通信总线的第一导线和第二导线的两侧上的负载阻抗和线路阻抗。

在另一实施例中，方法400还可以包括一个或多个动作，其包括经由多个电流源中的至少一个电流源生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的增加的仅上升信号水平的多个数据通信信号的模式；通过生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的减小的仅下降信号水平的数据通信信号的模式来减少平均功率消耗；生成包括基于半步的正和负幅度的二进制代码的数据通信信号的模式；或者生成包括包含来自具有平均值零的M个脉冲的符号并且包含每个符号的至少一个边沿的代码的数据通信信号的模式，其中M大于或等于三（例如四）。

特别地关于由以上描述的组件或结构（组装件、设备、电路、系统等）执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语（包括对“构件”的引用）意图对应于（除非另行指示）执行所描述的组件的指定功能的任何组件或结构（例如其在功能上等效），即便在结构上不等同于执行在本文中说明的本公开的示例性实现方式中的功能的所公开的结构。此外，虽然可能已经关于若干实现方式中的仅一个公开了特定特征，但是这样的特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合，如可能针对任何给定或特定应用而言所期望的和有利的那样。另外，在术语“含有”、“包含”、“具有”、“有着”、“带有”或其变型被用在详细描述和权利要求中的程度上，这样的术语意图以类似于术语“包括”的方式是包括性的。

Claims (28)

1.一种传感器总线系统，包括：

双导线通信总线，包括耦合到多个传感器和控制单元的第一导线和第二导线，其中双导线通信总线被配置成在第一频率范围中在多个传感器与控制单元之间传送数据通信信号，并且在不同于第一频率范围的第二频率范围中从控制单元供给信号；

终端网络，被配置成在通信信号的第一频率范围中匹配双导线通信总线的第一导线和第二导线的两侧上的负载阻抗和线路阻抗；以及

分别对应于多个传感器的多个电流源，被配置成在第一频率范围中生成数据通信信号，并且在第二频率范围中调整在多个传感器处检测到的电压。

2.权利要求1的传感器总线系统，其中控制单元包括电流源，电流源被配置成在第二频率范围中经由反馈环路调整双导线通信总线上的电压供给信号。

3.权利要求1的传感器总线系统，其中多个电流源还被配置成通过响应于电压的减小而增加多个传感器中的传感器处的电流并且响应于电压的增加而减小电流来独立于彼此地调整电压。

4.权利要求1的传感器总线系统，其中多个传感器包括连接到双导线通信总线的在数目上高达n个传感器，并且多个传感器中的至少一个传感器的负载阻抗是线路阻抗的N倍，其中N大于一并且N/n小于1。

5.权利要求1的传感器总线系统，其中第一频率范围包括大约1MHz或更大的拐角频率，并且第二频率范围包括是第一频率范围的拐角频率的至多大约1/5至1/10倍的不同的拐角频率。

6.权利要求1的传感器总线系统，其中双导线通信总线包括双向通信总线或者半复用通信总线，并且终端网络被配置成在通信信号的第一频率范围中对称地匹配双导线通信总线的第一导线和第二导线的两侧上的负载阻抗和线路阻抗。

7.权利要求1的传感器总线系统，其中终端网络与多个传感器中的一个集成，并且分别对应于多个传感器的多个电流源的至少一个传感器被配置成与在第二频率范围中调整在多个传感器处检测到的电压独立地在第一频率范围中分离地生成数据通信信号。

8.权利要求1的传感器总线系统，其中终端网络在多个传感器上分离地分布以基于多个传感器的平均终端阻抗在第一频率范围中匹配双导线通信总线的第一导线和第二导线的两侧上的负载阻抗和线路阻抗。

9.权利要求1的传感器总线系统，其中双导线通信总线还被配置成促进对称数据通信速率或高于外围传感器接口5（PSI5）协议或分布式系统接口3（DSI3）协议的数据通信速率，并且还包括双向通信总线或半复用通信总线。

10.权利要求1的传感器总线系统，其中多个电流源包括N型金属氧化物半导体（NMOS）晶体管或P型金属氧化物半导体（PMOS）晶体管，其分别被配置成响应于跨传感器的电容器的电压改变而改变多个传感器中的传感器处的电流。

11.权利要求1的传感器总线系统，其中分别对应于多个传感器的多个电流源还被配置成生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的增加的仅上升信号水平的数据通信信号的模式。

12.权利要求1的传感器总线系统，其中分别对应于多个传感器的多个电流源还被配置成通过生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的减小的仅下降信号水平的数据通信信号的模式来减少平均功率消耗。

13.权利要求1的传感器总线系统，其中控制单元被配置成生成到多个传感器的平均电流供给，并且基于跨耦合在第一导线与第二导线之间的控制单元的终端电阻器或总线电压节点上的电压下降而解调来自多个传感器的数据通信信号。

14.权利要求1的传感器总线系统，其中分别对应于多个传感器的多个电流源还被配置成关于PSI5总线标准或DSI3总线标准内可实现的较低数据速率而增加双导线通信总线的数据速率。

15.权利要求1的传感器总线系统，其中分别对应于多个传感器的多个电流源还被配置成基于半步的正和负幅度而生成包括二进制代码的数据通信信号的模式。

16.权利要求1的传感器总线系统，其中分别对应于多个传感器的多个电流源被配置成生成包括包含来自具有平均值零的M个脉冲的符号并且包含每个符号至少一个边沿的代码的数据通信信号的模式，其中M大于或等于三。

17.权利要求1的传感器总线系统，其中多个电流源中的一个或多个电流源的阻抗是线路阻抗的至少五到十倍。

18.权利要求1的传感器总线系统，其中终端网络提供在第一频率范围内的所使用的总线线路的线路电阻的0.5到2倍的精确范围内的匹配精度。

19.一种用于传感器总线的方法，包括：

在第一频率范围中通过多个传感器的多个电流源生成多个数据通信信号；

经由包括连接多个传感器和控制器的第一导线和第二导线的双导线通信总线在多个传感器与控制器之间传送多个数据通信信号；

在第二频率范围中经由双导线通信总线从控制器向多个传感器提供供给信号；

在第二频率范围中基于在双导线通信总线上检测到的供给信号调整多个传感器的供给电压；以及

在第一频率范围中匹配双导线通信总线的第一导线和第二导线的两侧上的负载阻抗和线路阻抗。

20.权利要求19的方法，其中在第二频率范围中调整包括基于跨分别在一个或多个传感器处的传感器反馈环路内的缓冲电容器的缓冲电压的检测经由多个电流源将双导线通信总线上的电流信号适配到多个传感器中的一个或多个传感器。

21.权利要求19的方法，还包括：

通过检测跨控制器处的终端设备的电阻器或节点处的电压改变来经由控制器的电流源调整双导线通信总线上的电压供给信号。

22.权利要求19的方法，还包括：

经由多个电流源响应于传感器处的电压的减小而增加多个传感器中的传感器处的电流；以及

响应于传感器处的电压的增加而减小电流。

23.权利要求19的方法，还包括：

经由多个电流源中的至少一个电流源生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的增加的仅上升信号水平的多个数据通信信号的模式；

通过生成包括基于用于数据传输的第一频率范围中的调制电流的减小的仅下降信号水平的数据通信信号的模式来减少平均功率消耗；

基于半步的正和负幅度而生成包括二进制代码的数据通信信号的模式；或者

生成包括包含来自具有平均值零的M个脉冲的符号并且包含每个符号至少一个边沿的代码的数据通信信号的模式，其中M大于或等于三。

24.一种传感器系统，包括：

第一传感器和第二传感器，配置成检测一个或多个物理参数并且在第一频率范围中在总线上向控制单元提供作为经电流调制的信号的数据通信信号，在第二频率范围中在总线上从控制单元并发地接收功率信号，并且在第二频率范围中基于在传感器反馈环路处检测到的电压而调整功率信号；以及

终端网络，包括总线的传感器侧处的第一终端设备和总线的控制单元侧处的第二终端设备，其配置成在第一频率范围中匹配总线的传感器侧和控制单元侧上的负载阻抗和线路阻抗。

25.权利要求24的传感器系统，其中第一传感器和第二传感器的多个电流源被配置成操作为电流吸收器，在第二频率范围中基于在传感器反馈环路的缓冲电容器处所检测到的电压的改变来调节传感器电流以进一步稳定化传感器的电压供给，其中第一传感器包括被配置成在第二频率范围中与配置成生成用于数据通信信号的经电流调制的信号的第一传感器的第二电流源的操作独立地调整传感器电流的第一电流源。

26.权利要求24的传感器系统，其中总线包括被配置为高侧的第一导线和被配置为低侧的第二导线，并且其中第一传感器包括从第一传感器模块到低侧的第一附加连接以接收低侧上的功率信号，并且第二传感器包括从第二传感器模块到高侧的第二附加连接以并发地接收高侧上的功率信号。

27.权利要求26的传感器系统，其中第一传感器和第二传感器被配置成在双向通信中经由总线并发地传输和接收数据通信信号，并且以比PSI5总线标准或DSI3总线标准的较低数据速率大的数据速率调制电流信号。

28.权利要求24的传感器系统，其中控制单元被配置成基于第二终端设备的电阻器或节点处所检测到的电压下降经由控制环路检测数据通信信号，并且基于所限定的值利用控制环路的电流源调整总线上的供给电压。