CN108702175B - 数据传输系统、控制设备和用于数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据传输系统(1)，其中数据传输系统(1)具有第一控制设备(2)和第二控制设备(3)，其中两个控制设备(2，3)之间的传输线路至少部分通过双线导线(5)构成，有用信号作为差分信号经由双线导线在第一控制设备(2)与第二控制设备(3)之间传输，其中第一控制设备(2)具有收发器(9)，第二控制设备(3)具有接收器(8)，其中在第二控制设备(3)的接收器(8)前面布置测量电路(10)，其构造为用于采集有用信号中的共模分量，其中设置误差校正电路(11)，其构造为用于依据采集的共模分量产生校正信号(F)，其中在接收器(8)后面布置补偿电路(12)，其中补偿电路(12)构造为用于借助校正信号(F)校正通过接收器(8)接收的有用信号，本发明还涉及控制设备和用于数据传输的方法。

Description

数据传输系统、控制设备和用于数据传输的方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输系统、一种控制设备和一种用于数据传输的方法。

背景技术

汽车内部的技术研发快速推进，由此，汽车内部的电气和电子系统的数量明显提高：系统控制局域网(CAN)、安全系统、通信、移动多媒体、包括无线听筒的信息娱乐系统、直流电机和控制器(仅提到其中一些)。汽车设计中的极端的尺寸和重量限制要求这些系统具有非常小的(物理)形状系数。但这不一定意味着电磁发射(EME)也会更小。如果现在将大量的电气和电子系统放置到(汽车的)非常有限的空间中，则基于通过导线和辐射发射导致的相互干扰造成的电磁干扰(EMI)的问题提高。电磁干扰的现象也被称为串扰(Crosstalk)。如果没有相应地在系统设计的范围内考虑到该串扰，则可能会导致相互干扰，直到造成系统故障。由于汽车的电气化，限制EMI的必要性比以往任何时候都更重要。

汽车或载货车辆中的各个组件的联网在将来基于(汽车)IEEE标准1000Base-T1的电气收发器。该标准在每个通道中使用唯一的非屏蔽双绞线(UTP)来传送直至1Gbit/s的数据。由于电磁干扰，除了别的之外，另外的UTP导线耦合到传输通道中，并且影响/歪曲所传输的数据信号的共模(共模分量)和差模。相应地，非常复杂的输入滤波器(和另外的共模扼流圈等)例如被用于共模抑制。

基于66MHz的非常小的信号带宽，上面描述的问题对于之前的标准100Base-T1(OABR)来说是几乎没有问题的。其对于具有大约350-500MHz带宽的新的标准1000Base-T1来说是有明显的问题的，因此EMI减小了接收器的信噪比(SNR)，并且因此提高了误码率(Bit-Error Rate)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，实现一种数据传输系统，其更全面地克服电磁干扰的问题。另外的技术问题是，实现一种合适的控制设备和提供一种合适的用于数据传输的方法。

上述技术问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的数据传输系统、具有权利要求8的特征的控制设备和具有权利要求10的特征的方法给出。另外的有利的设计方案由从属权利要求给出。

为此，数据传输系统具有第一控制设备和第二控制设备，其中，两个控制设备之间的传输线路至少部分通过双线导线构成。经由双线导线，有用信号作为差分信号在第一控制设备与第二控制设备之间传输，其中，第一控制设备具有收发器，第二控制设备具有接收器。在第二控制设备的接收器前面布置测量电路，其构造为，用于采集有用信号中的共模分量。此外设置误差校正电路，其构造为，用于依据采集的共模分量产生校正信号。此外，在接收器后面布置补偿电路，其构造为，用于借助校正信号校正通过接收器接收的有用信号。也就是根据本发明，主要不是试图在接收器之前抑制共模分量。相反地，确定由于共模分量造成的负面影响，并且在接收器后面进行校正。这允许明显更全面地补偿干扰影响，随后还将进一步阐述这一点。第一控制设备与第二控制设备之间的数据传输优选是双向的，从而用于第一控制设备的实施方案也适用于第二控制设备，反之亦然。数据传输系统优选是以太网传输系统。双线导线优选是非屏蔽双绞线UTP。优选地，误差校正电路和补偿电路集成在接收器的共同的芯片中。这减小了部件差异，并且允许具有少量部件的非常紧凑的结构形式。测量电路也可以集成到接收器的芯片中。

尤其是在机动车领域中，通过发动机中的开关过程产生大的干扰信号。在双线导线上的在此感应出的电压在此可以是非常高的，并且在芯片上产生问题。因此，在一种实施方式中，在接收器前面布置共模滤波器。共模滤波器在此可以是独立的或集成的无源网络，或者构造为共模扼流圈(Common-mode Choke)。

在另外的实施方式中，共模滤波器集成在接收器的芯片中，例如作为LC网络或作为有源的组件，例如作为具有高的共模抑制的差分放大器。这允许紧凑的结构形式和很小数量的组件。

在另外的实施方式中，在共模滤波器前面或其中布置测量电路。相对于在共模滤波器后面的原则上可能的结构形式的优点是：待采集的共模信号是更大的，并且能够更简单地采集。

在另外的实施方式中，误差校正电路和/或补偿电路构造为，用于补偿有用信号中基于共模分量的差分信号误差。这种误差通过传输通道中的非对称性形成，例如因为双线导线的两个电线不是正好一样长。这种误差不能够通过纯共模抑制(如由现有技术已知的那样)来校正。然而根据本发明可以实现这一点，因为共模分量被测量技术地采集。

在此要注意的是，基于共模分量的差分信号误差是与频率有关的。因此优选地，测量传输线路，并且确定传输函数。其说明了，共模分量依据频率导致了什么样的差分信号误差。

因此原则上可能的是，事先确定该传输函数，并且根据采集的共模分量确定和校正该差分信号误差。

在另外的实施方式中，依据至少一个参数确定差分信号误差。这种参数例如是温度。因此，例如可以针对不同的温度存储传输函数，或者参数作为校正系数在差分信号误差的确定中被考虑。

替换地或补充地可以设置，在运行期间确定或检验该传输函数。为此，第一控制设备构造为，用于在校准模式中将至少一个共模信号传输至另外的控制设备，其中，采集基于共模信号产生的差分信号，并且用于调节错误校正电路和/或补偿电路。在此考虑到的是，在运行情况下共模耦合的位置通常不是第一控制设备，而是在双线导线上的任何位置。但这是可忽略的，或者必要时通过校正项来补偿。

在构造控制设备和方法方面可以完全参考之前的实施方案。

本发明的优选的应用领域是在机动车中的以太网传输系统中的应用。

附图说明

随后借助优选的实施例详细阐述本发明。

附图中：

图1示出了在第一实施方式中的数据传输系统的示意性的方框图，

图2示出了控制设备的子方框图，

图3示出了在第二实施方式中的数据传输系统的示意性的方框图，

图4示出了控制设备的子方框图，和

图5示出了根据现有技术的数据传输系统的示意性的方框图。

具体实施方式

在详细阐述本发明之前，应该首先借助图5简短地阐述现有技术。数据传输系统1具有第一控制设备2和第二控制设备3，通过它们可以实现双向的点对点通信。在每个控制设备2、3前面布置独立的第一共模滤波器4，其例如构造为共模扼流圈，在那里，双线导线5的两个电线反向地围绕共同的铁氧体芯或铁氧体环缠绕。双线导线5在其端部上与连接器或插头6连接。在此，在插头6与共模滤波器4之间还可以布置以变压器7形式的电气隔离装置。替换地，变压器7也可以通过电容耦合器替代。在两个控制设备2、3之间的有用信号通过差分信号来传输，其中，通过电磁干扰EMI导致的共模分量通过共模滤波器4滤除。

图1现在示出了在根据本发明的第一实施方式中的数据传输系统1。在此，共模滤波器4集成到控制设备3中，更精确地集成到控制设备3的接收器8和收发器9的芯片中，其中，对于第二控制设备3的随后的实施也适用于第一控制设备2。控制设备3此外具有测量电路10，其布置在共模滤波器4前面，并且采集共模分量。此外，控制设备3具有误差校正电路11，其输出校正信号F并且将其传送至补偿电路12。在补偿电路12中，从由接收器8接收的有用信号中减去校正信号F，其中，校正信号F尤其考虑基于共模信号的差分误差。在此，接收器8、收发器9、测量电路10、误差校正电路11和补偿电路12可以在芯片上实现。在此附加地，在控制设备3前面可以布置另外的共模滤波器4'，这以虚线示出。该共模滤波器4'具有如下功能：尽可能滤除共模分量，然而尤其是将共模分量减小为可以更好地在控制设备3中处理的电压水平。此外要注意的是，变压器7是可选的。此外要注意的是，误差校正电路11构造为，将校正信号F的运行时间与有用信号相协调，使得其同步地施加在补偿电路12上。在此，误差校正电路11也可以构造为，在确定校正信号F时考虑之前的信号，例如以便考虑电容量的再充电过程。

在图2中示例性地示出了第二控制设备3的部分的可能的详述的实施方式。与根据图1的图示不同地，测量电路10不是位于共模滤波器4前面，而是位于其内。此外，在接收器8和误差校正电路11的放大器13后面分别布置A/D转换器14、15，其中，补偿电路12可以构造为数字滤波器。

在图3中示出了对于数据传输系统1的替换的实施方式。与根据图1的实施方式不同地，共模滤波器4布置在外部，并且测量电路10集成到共模滤波器4中。在此，控制设备3必须相应地具有用于测量电路10的测量设备的另外的输入端。在其他方面可以参考图1的实施。

最后在图4中示出了第一控制设备2的部分。在此，控制设备2具有微处理器16，其产生有用信号。有用信号通过第一放大器17放大，并且通过反相放大器18反相，从而有用信号作为差分信号施加在复用器19上。

此外，现在被放大的有用信号被连接到复用器19的另外的输入端。通过控制信号S，微处理器16可以将两个被放大的有用信号的差分信号或者共模信号连接至收发器9。借助共模信号，尤其是基于共模信号的差分误差，由此可以确定传输线路的传输函数。在此还要注意的是，对于第一控制设备2的实施也适用于第二控制设备3，反之亦然。

Claims (7)

1.一种数据传输系统（1），其中所述数据传输系统（1）具有第一控制设备（2）和第二控制设备（3），其中两个控制设备（2，3）之间的传输线路至少部分通过双线导线（5）构成，有用信号作为差分信号经由双线导线在第一控制设备（2）与第二控制设备（3）之间传输，其中第一控制设备（2）具有收发器（9），第二控制设备（3）具有接收器（8），其中，在第二控制设备（3）的接收器（8）前面布置测量电路（10），测量电路构造为用于采集有用信号中的共模分量，其中设置误差校正电路（11），误差校正电路构造为用于依据采集的共模分量产生校正信号（F），其中在接收器（8）后面布置补偿电路（12），其中补偿电路（12）构造为用于借助校正信号（F）校正通过接收器（8）接收的有用信号，其中在接收器（8）前面布置共模滤波器（4）,

其特征在于，所述第一控制设备（2）构造为，用于在校准模式中将至少一个共模信号传输至第二控制设备（3），其中，采集基于共模信号产生的差分信号以确定传输函数，并且用于调节误差校正电路（11）和/或补偿电路（12）。

2.根据权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述共模滤波器（4）集成在接收器（8）的芯片中。

3.根据权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，在共模滤波器（4）前面或其中布置测量电路（10）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数据传输系统，其特征在于，误差校正电路（11）和/或补偿电路（12）构造为，用于补偿有用信号中基于共模分量的差分信号误差。

5.根据权利要求4所述的数据传输系统，其特征在于，依据至少一个参数确定所述差分信号误差。

6.一种控制设备（2，3），包括接收器（8），其特征在于，所述控制设备（2，3）具有误差校正电路（11），误差校正电路构造为，用于依据采集的共模分量产生校正信号（F），其中在接收器（8）后面布置补偿电路（12），其中补偿电路（12）构造为，用于借助校正信号（F）校正通过接收器（8）接收的有用信号，其中在接收器（8）前面布置共模滤波器（4），

其特征在于，所述控制设备（2，3）附加地具有收发器（9），其中控制设备（2，3）构造为，用于能够在校准模式中传输至少一个共模信号，其中，采集基于共模信号产生的差分信号以确定传输函数，并且用于调节误差校正电路（11）和/或补偿电路（12）。

7.一种用于借助第一控制设备（2）和第二控制设备（3）在数据传输系统（1）中传输数据的方法，其中两个控制设备（2，3）之间的传输线路至少部分通过双线导线（5）构成，有用信号作为差分信号经由双线导线在第一控制设备（2）与第二控制设备（3）之间传输，其中第一控制设备（2）具有收发器（9），第二控制设备（3）具有接收器（8），其中，在第二控制设备（3）的接收器（8）前面布置测量电路（10），其构造为，用于采集有用信号中的共模分量，其中误差校正电路（11）依据采集的共模分量产生校正信号（F），校正信号被输送给在接收器（8）后面布置的补偿电路（12），补偿电路借助校正信号（F）校正由接收器（8）接收的有用信号，其中在接收器（8）前面布置共模滤波器（4），

其特征在于，所述第一控制设备（2）构造为，用于在校准模式中将至少一个共模信号传输至第二控制设备（3），其中，采集基于共模信号产生的差分信号以确定传输函数，并且用于调节误差校正电路（11）和/或补偿电路（12）。

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