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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie
mit einem in einem Kraftfahrzeug angeordneten Hauptgerät, das mit
einem Lichtsender versehen ist, und mit einem über einen Lichtleiter an das
Hauptgerät
angeschlossenen Nebengerät,
das mit einem Lichtempfänger
ausgestattet ist, der über
den Lichtleiter mit dem Lichtsender des Hauptgeräts verbunden ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 199 26 846 A1 bekannt. Bei der bekannten
Vorrichtung handelt es sich um eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete
elektrische Einrichtung, die zwei Komponenten umfasst, die über einen
optischen Bus miteinander verbunden sind. Eine der beiden Komponenten kann
die jeweils andere Komponente aus einem Schlafzustand in einen Wachzustand
versetzen, indem an die sich im Schlafzustand befindende Komponente
ein optisches Wecksignal ausgesandt wird. Dieses optische Wecksignal
wird von einem Strahlteiler auf einen Phototransistor gelenkt, der
die Versorgungsspannung für
den Empfänger
der aufzuweckenden Komponente durchschaltet.
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Ein
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist der hohe Verkabelungsaufwand,
da die beteiligten Komponenten an mehrere Lichtleitfasern des optischen
Busses und an weitere Kupferkabel angeschlossen werden müssen, die
der Stromversorgung sowie dem Datenaustausch mit weiteren Komponenten
dienen.
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In
letzter Zeit hat die Zahl der elektrischen Geräte in Kraftfahrzeugen kontinuierlich
zugenommen. Damit geht ein sehr hoher Verkabelungsaufwand einher,
da die elektrischen Geräte
untereinander verbunden werden müssen.
Abgesehen von dem hohen Verkabelungsaufwand steigt bei der Verwendung
von Kupferkabeln die Gefahr von Interferenzen mit der zunehmenden
Zahl der verwendeten Kabel. Zwar können Datenverluste mit Hilfe
von Korrekturverfahren unterbunden werden, aber bei sicherheitsrelevanten
Komponenten steht die dafür
notwendige Zeit nicht in jedem Fall zur Verfügung, da es bei sicherheitsrelevanten
Komponenten auf eine rasche Reaktion der beteiligten Komponenten
ankommt. Dies gilt insbesondere für sicherheitsrelevante Komponenten
wie Airbags oder Antiblockiersysteme.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen ist, dass die vorhandenen
Kupferkabel die Datenrate begrenzen, mit der Daten ausgetauscht werden
können.
Die ausgetauschten Datenmengen nehmen jedoch kontinuierlich zu.
Damit steigen auch die Anforderungen an die Datenrate.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung
von Daten und Energie zu schaffen, die mit möglichst geringem Aufwand installiert
werden kann und ein hohes Maß an
Datensicherheit sowie an Bandbreite zur Verfügung stellt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon
abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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Bei
der Vorrichtung findet die Energieübertragung und die Datenübertragung
zwischen einem Hauptgerät
und einer Vielzahl von Nebengeräten statt,
wobei die zum Betrieb der Nebengeräte erforderliche Energieversorgung
ausschließlich
vom Hauptgerät
aus über
den Lichtleiter erfolgt und der an das Hauptgerät angeschlossene Lichtleiter über eine Verzweigungsstelle
mit mehreren einzelnen Lichtleitern verbunden ist, die jeweils an
einem der Nebengeräte
angeschlossen sind. Über
die Lichtleiter können
Lichtenergie und Daten an die Nebengeräte übertra gen werden. Im Vergleich
zum Stand der Technik reduziert sich dadurch der Verkabelungsaufwand
erheblich. Ferner sind keine Interferenzen zwischen den einzelnen
Lichtleitern möglich,
so dass keine Datenverluste aufgrund Interferenzen auftreten können. Die
Vorrichtung ist daher hinsichtlich der Fehleranfälligkeit der Datenübertragung
wesentlich zuverlässiger
als herkömmliche
Vorrichtungen.
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Um
die vom Lichtsender an den Lichtempfänger übertragene Energie zu speichern,
ist einem der Lichtempfänger
vorzugsweise ein Energiespeicher nachgeschaltet.
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Um
die Datenübertragung
auch in die Gegenrichtung zu ermöglichen,
kann eines der Nebengeräte
mit einem Lichtsender und das Hauptgerät mit einem Lichtempfänger ausgestattet
sein. Ferner sind im Hauptgerät
und im Nebengerät
geeignete Strahlteiler vorgesehen, mit denen das vom Lichtsender
des Hauptgeräts
ausgesandte Licht zum Lichtempfänger
des Nebengeräts
und das vom Lichtsender des Nebengeräts ausgesandte Licht zum Lichtempfänger des
Hauptgeräts
lenkbar ist. Auf diese Weise kann eine bidirektionale Datenübertragung zwischen
dem Hauptgerät
und dem Nebengerät
eingerichtet werden.
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Um
die Energieübertragung
von der Datenübertragung
zu entkoppeln, können
unterschiedliche Frequenzbänder
für die
Energieübertragung
und die Datenübertragung
vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Datenübertragung unabhängig von
der Energieübertragung
erfolgen. Ferner kann vorgesehen sein, dass für die Energieübertragung
und die Datenübertragung
vom Hauptgerät
zum Nebengerät
ein Frequenzbereich verwendet wird, der sich von dem für die Datenübertragung
vom Nebengerät
zum Hauptgerät
verwendeten Frequenzbereich unterscheidet. In diesen Fällen werden
zum Entkoppeln der Energieströme
und Datenströme
vorzugsweise frequenzselektive Strahlteiler verwendet.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung im Einzelnen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 eine
Schaltungsanordnung mit einem Hauptgerät und zwei Nebengeräten; und
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2 ein
Spektrum, in das zwei Frequenzkanäle eingetragen sind.
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1 zeigt
eine Übertragungsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug
mit einem Hauptgerät 2 und zwei
Nebengeräten 3 und 4.
Bei dem Hauptgerät 2 kann
es sich beispielsweise um eine zentrale Fahrzeug- oder Motorsteuerung
handeln, während
die Nebengeräte 3 und 4 Sensoren
oder Aktoren sind.
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Das
Hauptgerät 2 umfasst
eine Hauptgeräteschaltung 5,
die für
das Hauptgerät 2 erforderliche Funktionen
bereitstellt. Ferner umfasst das Hauptgerät 2 einen Signalgenerator 6 und
eine optische Schnittstelle 7. Die optische Schnittstelle 7 umfasst einen
Lichtsender 8, bei dem es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode
oder eine Laserdiode handeln kann. Die optische Schnittstelle 7 verfügt ferner über einen
Lichtempfänger 9,
bei dem es sich beispielsweise um eine Photodiode oder eine Photozelle
handelt. Die optische Schnittstelle 7 ist schließlich noch mit
einem Strahlteiler 10 ausgestattet. Die Hauptgeräteschaltung 5 kann
schließlich
noch über
herkömmliche
Schnittstellen an externe Komponenten 11 angeschlossen
sein.
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Die
Nebengeräte 3 und 4 umfassen
eine Nebengeräteschaltung 12,
einen Energiespeicher 13 und eine optische Schnittstelle 14,
die jeweils mit einer Lichtsender 15 und einem Lichtemp fänger 16 sowie
mit einem Strahlteiler 17 ausgestattet sind. Die optische
Schnittstelle 7 des Hauptgeräts 2 ist mit den optischen
Schnittstellen 14 der Nebengeräte 3 und 4 über einen
Lichtleiter 18, der in einem Koppelelement 19 verzweigt,
verbunden.
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Über den
Lichtleiter 18 kann Energie vom Lichtsender 8 des
Hauptgeräts 2 an
die Lichtempfänger 16 der
Nebengeräten 3 und 4 übertragen
werden. Zu diesem Zweck wird ein kontinuierliches oder gepulstes
Lichtsignal von den Lichtsendern 8 ausgesandt, das durch
die Strahlteiler 10 hindurchtritt, am Koppelelement 19 aufgeteilt
wird und an den Strahlteilern 17 jeweils zu den Lichtempfängern 16 reflektiert
wird. Die dabei übertragene
Energie wird in die Energiespeicher 13 übertragen, die in 1 mit Kondensatorsymbolen
angedeutet sind. Mit dem der Übertragung
von Energie dienenden Signal können auch
Daten vom Hauptgerät 2 an
die Nebengeräte 3 und 4 übertragen
werden. Dazu kann das Signal auf geeignete Weise moduliert werden.
Infrage kommt insbesondere die Amplituden- und Frequenzmodulation.
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Daneben
ist es auch möglich,
Daten in die entgegengesetzte Richtung von den Nebengeräten 3 und 4 an
das Hauptgerät 2 zu übertragen.
Zu diesem Zweck wird ein Lichtsignal von den Lichtsendern 15 der
Nebengeräte 3 und 4 ausgesandt,
das durch die Strahlteiler 17 hindurchtritt und nach einer
Reflexion an dem Strahlteiler 10 des Hauptgeräts 2 von
dem Lichtempfänger 9 empfangen
wird. Die Energie des von den Nebengeräten 3 oder 4 an
das Hauptgerät 2 übertragenen
Datensignals kann gegebenenfalls im Hauptgerät 2 zurückgewonnen
werden, um zusätzlich
Energie zu sparen.
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Um
Verluste an den Strahlteilern 17 nach Möglichkeit zu vermeiden, sind
diese vorzugsweise als frequenzselektive Strahlteiler ausgeführt. Dementsprechend
wird beispielsweise die Energie- und Datenübertragung von dem Hauptgerät 2 zu
den Nebengeräten 3 gemäß 2 in
einem Frequenzband 20 durch geführt, das auf die Frequenz f1 zentriert ist. Die Datenübertragung
von den Nebengeräten 3 und 4 zu
dem Hauptgerät 2 kann
dann in einem weiteren Frequenzband 21 erfolgen, das auf
die Frequenz f2 zentriert ist.
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Ferner
ist es möglich,
dass beispielsweise die Energieübertragung
in dem höherfrequenten
Frequenzband 21 erfolgt, und die Datenübertragung in beiden Richtungen
auf das Frequenzband 20 beschränkt ist. Entsprechend der Verteilung
der Funktionen auf die verschiedenen Frequenzbänder können auch unterschiedliche
Arten von Lichtsendern vorgesehen sein. Beispielsweise kann die
Energieübertragung
mit Hilfe von Laserdioden und die Datenübertragung mit Hilfe von Leuchtdioden
erfolgen.
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Es
sei angemerkt, dass auch mehr als zwei Nebengeräte mit einem Hauptgerät über Lichtleiter verbunden
sein können.
Gegebenenfalls kann über weitere
Koppelelemente 19 dem Lichtleiter 18 eine baumförmige Struktur
gegeben werden. Daneben ist es möglich,
die Nebengeräte über eine
Vielzahl von sternförmig
an das Hauptgerät 2 angeschlossenen Lichtleitern
mit dem Hauptgerät 2 zu
verbinden.
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Ferner
sei angemerkt, dass die Lichtsender 8 und Lichtsender 15 sowie
die Lichtempfänger 9 und 16 im
gesamten optischen Spektrum vom Infraroten bis zum Ultravioletten
betrieben werden können.
Bevorzugt wird der infrarote Wellenlängenbereich.
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Die
hier beschriebene Übertragungsvorrichtung 1 weist
eine Reihe von Vorteilen auf. Im Vergleich zum Stand der Technik
wird der Verkabelungsaufwand deutlich reduziert, da jeweils nur
ein einzelner Strang des Lichtleiters 18 zwischen den Nebengeräten 3 oder 4 und
dem Hauptgerät 2 verlegt
werden muss.
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Ferner
werden Störeinflüsse reduziert,
da die optische Datenübertragung
frei von Abstrahlungen arbeitet. Daher findet keine Störung oder
Beeinflussung der Datenübertragung
zwischen den einzelnen Datenpfaden statt.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Datenrate im Vergleich zur Datenübertragung
mit Hilfe von Kupferkabeln wesentlich gesteigert werden kann.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im
Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben
worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden
können,
außer
wenn dies aus Gründen
der Kompatibilität
ausgeschlossen ist.
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Schließlich wird
noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung
der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang
etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel
verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.
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- 1
- Übertragungsvorrichtung
- 2
- Hauptgerät
- 3
- Nebengerät
- 4
- Nebengerät
- 5
- Hauptgeräteschaltung
- 6
- Signalgenerator
- 7
- optische
Schnittstelle
- 8
- Lichtsender
- 9
- Lichtempfänger
- 10
- Strahlteiler
- 11
- externe
Komponente
- 12
- Nebengeräteschaltung
- 13
- Energiespeicher
- 14
- optische
Schnittstelle
- 15
- Lichtsender
- 16
- Lichtempfänger
- 17
- Strahlteiler
- 18
- Lichtleiter
- 19
- Koppelelement
- 20
- Frequenzband
- 21
- Frequenzband