DE10161631B4

DE10161631B4 - Verfahren zur Korrektur des Beginns der Abtastung einer seriellen Bitfolge eines Ausgangssignals eines Filters

Info

Publication number: DE10161631B4
Application number: DE10161631A
Authority: DE
Inventors: Michael Cuylen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2021-12-15
Also published as: WO2003052679A2; CA2470086A1; DE10161631A1; US20050055616A1; WO2003052679A3; EP1454448A2

Abstract

Verfahren zur Korrektur des Beginns der Abtastung des Startbits einer seriellen Bitfolge eines Ausgangssignals eines Filters, insbesondere eines Schreib-/Lesegeräts zur Übertragung von HF-Datensignalen zwischen dem Schreib-/Lesegerät und einem mobilen Datenträger, wobei die serielle Bitfolge des empfangenen Signals mit einer Filterzeit F gefiltert und das Ausgangssignal des Filters mit einer darauffolgenden ersten Abtastzeit und mit weiteren Abtastzeiten abgetastet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
– Beginn der Filterung des empfangenen Signals bei Detektion eines ersten Flankensignals (z.B. eines 1-0-Übergangs) des empfangenen Signals,
– Feststellung einer Störung bei Detektion eines zweiten Flankensignals (z.B. eines 0-1-Übergangs) des empfangenen Signals vor dem Ablauf von Filterzeit F, wobei die Zeitdauer t der Störung erfasst wird,
– Verminderung der ersten Abtastzeit um einen Zeitraum 2t,
– Beginn der Abtastung des Startbits nach Ablauf einer vollständigen Filterzeit F sowie der verminderten ersten Abtastzeit und darauffolgende Abtastung von Datenbits mit weiteren Abtastzeiten.

Description

Verfahren zur Korrektur des Beginns der Abtastung einer seriellen Bitfolge eines Ausgangssignals eines Filters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Beginns der Abtastung des Startbits einer seriellen Bitfolge eines Ausgangssignals eines Filters insbesondere eines Schreib-/Lesegeräts mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Als Stand der Technik z.B. aus der DE 100 28 077 A1 sind Verfahren zur bidirektionalen elektromagnetischen Kommunikation insbesondere zwischen Schreib-/Lesegeräten und mobilen Datenträgern z.B. in den Bereichen Fertigung, Lagerhaltung, Transport, Verkehr und/oder Personenkontrolle bekannt.

Schreib-/Lesegeräte und mobile Datenträger werden z.B. in technischen Einrichtungen eingesetzt, wo eine Vielzahl von Objekten bzw. Gütern möglichst schnell und frei zumindest bewegt werden müssen. Die Objekte können dabei unterschiedlichster Art sein, z.B. Pakete in einer Versandeinrichtung, Montageteile in einer Fertigungsanlage, Gepäckstücke in einem Transportsystem und vieles mehr. Dabei ist es in aller Regel erforderlich, an bestimmten Stellen der Einrichtung, z.B. einer Fertigungsanlage, etwa die Art und den Zustand der in einer räumlichen Nähe zu diesen Stellen aktuell befindlichen Objekte schnell und ungehindert zu erfassen. Hierzu werden einerseits die Objekte mit mobilen Datenspeichern versehen, welche z.B. die Art und den aktuellen Zustand des Objektes kennzeichnende Daten enthalten. Andererseits sind an den bestimmten Stellen der Einrichtung Schreib-Lese-Geräte platziert und häufig mit zentralen Datenverarbeitungseinrichtungen verbunden.

Bei einer individuell spezifischen Maximaldistanz zwischen dem Schreib-/Lesegerät und einem zugeordneten mobilen Daten träger können Störungen der Kommunikation aufgrund sehr kleiner empfangener Signale auftreten. Die Signalkontinuität kann durch Digitalisierungslücken unterbrochen werden, so daß bei der Abtastung einer übertragenen seriellen Bitfolge Abtastfehler auftreten.

Als weiterer Stand der Technik ist ferner aus der DE 40 15 041 A1 ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Daten nach dem Start-Stop-Prinzip bekannt, welches eine besonders große Übertragungssicherheit bieten soll.

In der DE 196 42 017 C1 wird ferner eine Datenempfangsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei der Daten- und Steuersignale sicher und möglichst schnell erkannt werden sollen.

Aus der EP 0 600 556 A1 ist schließlich ein elektromagnetisches Identifikationssystem bekannt, bei dem eine unerwünschte mehrfache Datenübertragung vermieden werden soll.

Die US 5,623,522 betrifft eine asynchrone serielle Datenempfangseinrichtung, welche mit hoher Sicherheit ein Start-Bit auch bei starken Störgeräuschen erkennen soll.

In der US 3,909,724 ist eine weitere asynchrone Datenempfangseinrichtung beschrieben, welche ebenfalls einen störungssicheren Start-Bit-Detektor aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtastung einer seriellen Bitfolge aufzubieten, bei welchem Störungen der seriellen Bitfolge bei der Abtastung erkannt und korrigiert werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten werden in den Unteransprüchen 2–4 beschrieben.

Das im Schreib-/Lesegerät empfangene HF-Datensignal eines mobilen Datenträgers durchläuft zur Demodulation ein Filterelement des Schreib-/Lesegeräts. Das Ausgangssignal des Filterelements dient zur Abtastung und Erkennung der übertragenen seriellen Bitfolge über ein an sich bekanntes Abtastelement.

Erfindungsgemäß beginnt die Filterung des empfangenen Signals im Filterelement des Schreib-/Lesegeräts bei Detektion eines ersten Flankensignals, z.B. vereinbarungsgemäß eines logischen 1-0-Übergangs. Nach Beginn der Filterung (Triggerung des Filterelements) durchläuft das gefilterte Signal das Filterelement bei Abwesenheit von Störungen in der Filterzeit F. Danach beginnt die Abtastung des Ausgangssignals des Filterelements mit einer Abtastzeit A1 (erste Abtastzeit) und das Startbit und die weiteren Datenbits der seriellen Bitfolge jeweils mit äquidistanten Abtastzeiten A2 (weiteren Abtastzeiten) werden abgetastet, bis das Ende der seriellen Bitfolge, also des übertragenen Bytes, erreicht ist.

Erfindungsgemäß wird eine Störung der zu filternden und abzutastenden Signalfolge detektiert, falls ein zweites Flankensignal des empfangenen Signals vor dem Ablauf der Filterzeit F festgestellt wird. Beim Auftreten einer derartigen Störung wird die Zeitdauer t der Störung erfasst.

Wenn nun eine einzige Störung mit der Zeitdauer t₁ vorliegt, findet eine erfindungsgemäße Korrektur des Beginns der Abtastung der seriellen Bitfolge statt, indem die sich an die Filterzeit F anschließende Abtastzeit A1 um den Zeitraum 2t₁ vermindert wird. Nach Ablauf dieser verminderten Abtastzeit A1 beginnt die Abtastung des Startbits und der weiteren Datenbits mit äquidistanten und unveränderten Abtastzeiten A2 bis die serielle Bitfolge vollständig abtastet und abgeschlossen ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden somit während der Übertragung des Startbits einer seriellen Bitfolge auftretende Störungen erfasst und eine entsprechende Korrektur des Beginns der Abtastung der seriellen Bitfolge eingeleitet. Damit wird der Anfang der seriellen Bitfolge, nämlich die Abtastung des Startbits zuverlässig auch bei auftretenden Störungen erreicht.

Das erste und das zweite Flankensignal sind insbesondere entgegengesetzte Signale. Bei einer Signaldefinition der Ruhelage als logische "1" kann das erste Flankensignal als logischer 1-0-Übergang und das zweite Flankensignal als logischer 0-1-Übergang realisiert sein.

Wenn mehrere Störungen während der Übertragung der Startbits vorliegen, werden diese auch in ihrer Gesamtzeitdauer T erfasst und es findet eine entsprechende verstärkte Korrektur des Beginn der Abtastung mit einer entsprechend verminderten Abtastzeit A1 statt.

Erfindungsgemäß soll die Gesamtzeitdauer T der einzelnen Störungen mit den einzelnen Zeitdauern t die Hälfte der ersten Abtastzeit A1 nicht überschreiten, da ansonsten keine erfindungsgemäße Korrektur des Beginns der Abtastung stattfinden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Erfassung und Korrektur von Störungen, die während des Empfangs des Startbits einer seriellen Bitfolge auftreten. Diese Störungen werden durch entsprechende Verminderung einer voreingestellten Abtastzeit A1 korrigiert, so daß der Beginn der Abtastung mit den äquidistanten Abtastzeiten A2 unter korrekter Zuordnung zum Startbit der seriellen übertragenen Bitfolge stattfindet.

Erfindungsgemäß beginnt die Abtastung mit der unverminderten und voreingestellten Abtastzeit A1 nach Ablauf einer vollständigen Filterzeit F ohne Detektion einer Störung. Damit ergibt sich eine Gesamtverzögerung des gefilterten und abgetasteten Signals, welches sich aus der Summe von Filterzeit F und Abtastzeit A1 zusammensetzt.

Zur Erfassung der Zeitdauer t jeder einzelnen Störung kann ein Zähler verwendet werden, der bei Beginn der Filterung, also z.B. bei Detektion eines ersten beschriebenen Flankensignals ausgehend von einem Anfangswert (z.B. der Zahl 1) in eine (z.B. zunehmende) Richtung zu laufen beginnt und nach Ablauf der Filterzeit F ohne auftretende Störungen, einen Endwert N (z.B. die Zahl 100) erreicht. Wenn nun Störungen auftreten und diese durch Detektion eines beschriebenen zweiten Flankensignals festgestellt werden, ändert der Zähler seine Richtung und zählt in umgekehrter Richtung, bis wieder ein erstes Flankensignal festgestellt wird.

Der Beginn der Abtastzeit A1 wird erst dann ausgelöst, wenn der Zähler ausgehend vom Anfangswert den Endwert erreicht.

Das Verfahren ist anhand der Zeichnungsfigur an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt.
Signal 1 zeigt eine vom Schreib-/Lesegerät empfangene serielle Bitfolge, bei dem entsprechend einem vereinbartem Datenprotokoll zur Übertragung von HF-Datensignalen zwischen dem Schreib-/Lesegerät und dem mobilen Datenträger die Ruhelage als logische "1" (kurz: log 1) vereinbart ist. Danach beginnt die übertragene serielle Bitfolge mit einem Startbit (log 0) durch ein erstes Flankensignal, nämlich einen logischen 1-0-Übergang zwischen Ruhelage und Startbit.
Auf das Startbit folgen das erste und weitere Datenbits der gesamten übertragenen seriellen Bitfolge, wobei in der Zeichnungsfigur nur die ersten drei Datenbits (log 1, log 0 und log 1) der seriellen Bitfolge dargestellt sind.
Im Filterelement des Schreib-/Lesegeräts wird Signal 1 innerhalb der Filterzeit F (hier: F = 17 μs) gefiltert (vgl. Signal 2). Nach Ablauf der Filterzeit F ohne Störungen beginnt die Abtastung gemäß Signal 3 im Abtastelement des Schreib-/Lesegeräts mit der ersten Abtastzeit A1 (hier: A1 = 34 μs).
Nach Ablauf von A1 beginnen äquidistante Abtastzeiten von A2 (hier: A2 = 52 μs) mit einer Abtastung des Ausgangssignals des Filterelements. Dabei wird die gesamte empfangene serielle Bitfolge beginnend mit dem Startbit, dem ersten und den weiteren Datenbits abgetastet. Das empfangene Signal 1 wurde während der Übertragung des Startbits nicht gestört, so daß die voreingestellte Abtastzeit A1 im Anschluss an die Filterzeit F unvermindert beibehalten wurde. Damit wird gemäß Signal 3 die übertragene Bitfolge gemäß Signal 1 mit einer Gesamtverzögerung F + A1 (hier also: 17 μs + 34 μs = 51 μs) abgetastet.
Signal 4 zeigt ein während des Startbits gestörtes empfangenes Signal 1 des Schreib-/Lesegeräts, bei dem nach dem ersten Flankensignal, also dem logischen 1-0-Übergang zwischen Ruhelage und Startbit nach einer Zeitdauer von 4 μs die Störung t₁ mit einer Zeitdauer von 4 μs und nach einer weiteren ungestörten Zeitdauer von 8 μs die Störung t₂ mit ebenfalls 8 μs auftritt. Nach dem Ende der Störung t₂ beginnt die Filterzeit F wieder zu laufen und wird nicht durch Störungen unterbrochen.
Danach schließt sich die Abtastzeit A1 an, jedoch nicht mit dem voreingestellten Wert A1 = 34 μs, sondern gekürzt um die doppelte Zeitdauer der Störungen (t₁ = 4 μs , t₂ = 8 μs , mithin um 24 μs). Damit ergibt sich eine neue verminderte Abtastzeit A1* von 10 μs, nämlich A1* = A1 – 2(t₁ + t₂) (hier: 10 μs = 34 μs – 2(4 μs + 8 μs)). Signal 6 ist somit ein mit einem korrigierten Beginn der Abtastung (A1* = 10 μs statt A1 = 34 μs) abgetastetes Signal, welches nach Korrektur der Abtastzeit A1 wieder mit den äquidistanten und unveränderten Abtastzeiten A2 abgetastet wird. In allgemeiner Form lautet die Formel für die Korrektur des Abtastzeitpunktes A1 bei n Störungen mit den Zeitdauern t₁, t₂, t₃ ... t_n:
A1* = A1 – 2(t1 + t2 + t3 + ... + tn)
Dabei gilt als Bedingung für T = t₁ + t₂ + t₃ + ... + t_n:
T ≤ 0,5 * A1
Falls keine Korrektur des Beginns der Abtastung, also keine Verminderung der Abtastzeit A1 auftritt, schließt sich nach Ablauf der Filterzeit F gemäß Signal 7 die unverminderte Abtastzeit A1 von A1 = 34 μs an, an deren Ende die Abtastung mit den Abtastzeiten A2 beginnen würde. Diese Abtastung würde zum Zeitpunkt A im abgetasteten Signal 5 einen logischen "1"-Zustand als Beginn der seriellen Bitfolge feststellen, obwohl gemäß dem korrigierten Signal 6 das Startbit mit logischem "0"-Zustand abgetastet werden müsste.
Bei fehlender Korrektur des Beginns der Abtastung der Startbits würde die Abtastung mit der Abtastzeit A2 verspätet auftreten. Der für eine korrekte Abtastung der seriellen Bitfolge unerlässliche Bezug zum Start des Startbits wird somit bei Signal 7 nicht erreicht. Damit würde die übertragene serielle Bitfolge fehlerhaft abgetastet.

Claims

Verfahren zur Korrektur des Beginns der Abtastung des Startbits einer seriellen Bitfolge eines Ausgangssignals eines Filters, insbesondere eines Schreib-/Lesegeräts zur Übertragung von HF-Datensignalen zwischen dem Schreib-/Lesegerät und einem mobilen Datenträger, wobei die serielle Bitfolge des empfangenen Signals mit einer Filterzeit F gefiltert und das Ausgangssignal des Filters mit einer darauffolgenden ersten Abtastzeit und mit weiteren Abtastzeiten abgetastet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Beginn der Filterung des empfangenen Signals bei Detektion eines ersten Flankensignals (z.B. eines 1-0-Übergangs) des empfangenen Signals, – Feststellung einer Störung bei Detektion eines zweiten Flankensignals (z.B. eines 0-1-Übergangs) des empfangenen Signals vor dem Ablauf von Filterzeit F, wobei die Zeitdauer t der Störung erfasst wird, – Verminderung der ersten Abtastzeit um einen Zeitraum 2t, – Beginn der Abtastung des Startbits nach Ablauf einer vollständigen Filterzeit F sowie der verminderten ersten Abtastzeit und darauffolgende Abtastung von Datenbits mit weiteren Abtastzeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flankensignal und das zweite Flankensignal entgegengesetzte Signale darstellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer t jeder einzelnen Störung durch einen Zähler erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler bei Detektion eines ersten Flankensignals in eine Richtung zu laufen beginnt und bei Detektion eines zweiten Flankensignals seine Richtung ändert und in umgekehrter Richtung zu zählen beginnt, bis wieder ein erstes Flankensignal detektiert wird.