DE102007007838A1

DE102007007838A1 - System und Methode zur Datenübertragung zwischen einem Transmitter und einem Empfänger über eine Übertragungsleitung

Info

Publication number: DE102007007838A1
Application number: DE102007007838A
Authority: DE
Inventors: Gangolf Dr. Hirtz; Wilhelm Seel
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US20080198940A1

Abstract

Ein Empfänger überträgt Daten an einen Treiber über eine Differential-Paar-Leitung während Abschaltperioden, und zwar in einem System, welches eine Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung anwendet.

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Systeme und Methoden zur Datenübertragung zwischen einem Transmitter und einem Empfänger über eine Übertragungsleitung.
2. Diskussion
Die Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung (LVDS) kann auf Datenleitungen, wie getwisteten Paaren von Kupferkabeln, hohe Geschwindigkeiten erzielen und ist ein Schnittstellenstandard für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Der Standard des American National Standards Institute/Telecommunications Industry Association/Electronic industries Alliance-644-1995 spezifiziert die physikalische Schicht als eine elektronische Schnittstelle.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der Erfindung können die Form eines Systems zur Datenübertragung haben. Das System umfasst eine Übertragungsleitung, einschließlich erster und zweiter Leiter, deren jeder so konfiguriert ist, dass er einen durch eine Stromquelle getriebenen Strom trägt. Das System inkludiert auch einen Treiber, einschließlich einer Stromquelle, die mit der Übertragungsleitung elektrisch verbunden ist. Der Treiber führt wahlweise während einer aktiven Übertragungsperiode Strom von der Stromquelle zu einem der Leiter. Zwischen den Leitern liegt während der aktiven Übertragungsperiode ein Spannungsdifferential vor. Das System umfasst ferner einen Empfänger, einschließlich eines Anschlusswiderstandes, der mit der Übertragungsleitung elektrisch verbunden ist. Der Empfänger, die Übertragungsleitung und der Treiber formen wahlweise einen kontinuierlichen elektrischen Pfad für Strom, der von der Stromquelle über einen der Leiter zu dem Anschlusswiderstand und von dem Anschlusswiderstand über den anderen der Leiter zurück zu dem Treiber fließt. Der Empfänger detektiert während der aktiven Übertragungsperiode eine Polarität einer Spannung über den Anschlusswiderstand und überträgt während einer stillen Übertragungsperiode Daten auf der Übertragungsleitung an den Treiber.
Ausführungsformen der Erfindung können die Form eines Niederspannungs-Differential-Signalübermittlungs-System zur Datenübertragung haben. Das System umfasst eine Übertragungsleitung, einschließlich erster und zweiter Leiter, und einen elektrisch mit der Übertragungsleitung verbundenen Treiber. Das System umfasst auch einen elektrisch mit der Übertragungsleitung verbundenen Empfänger. Der Treiber überträgt während einer aktiven Periode auf der Übertragungsleitung Informationen an den Empfänger, und zwar mittels einer Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung. Der Empfänger überträgt während einer stillen Periode an den Treiber auf der Übertragungsleitung Informationen durch wahlweises Abziehen einer Spannung von zumindest einem der Leiter derart, dass diese substantiell einer Spannung auf dem anderen der Leiter gleicht.
Ausführungsformen der Erfindung können die Form eines Verfahrens zum Übertragen von Daten zwischen einem Empfänger und einem Transmitter auf einer Übertragungsleitung haben, die erste und zweite Leiter inkludiert. Das Verfahren umfasst das wahlweise Übertragen von Daten von dem Transmitter auf der Übertragungsleitung an den Empfänger in Form einer Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung während einer aktiven Periode. Das Verfahren umfasst auch das wahlweise Abziehen, bei dem Empfänger, einer Spannung von zumindest einem der Leiter, derart, dass diese substantiell einer Spannung des anderen der Leiter während einer stillen Periode gleicht. Das Verfahren umfasst ferner das Abgeben einer ersten Spannung an dem Treiber, falls eine Spannung des ersten Leiters substantiell einer Spannung des zweiten Leiters gleich ist, um dadurch Daten von dem Empfänger auf der Übertragungsleitung an den Treiber zu übermitteln.
Obwohl erfindungsgemäß nur beispielsweise Ausführungsformen illustriert und offenbart sind, soll die Offenbarung nicht als Beschränkung für die Patentansprüche ausgelegt werden. Es wird antizipiert, dass verschiedene Modifikationen und alternative Ausbildungen gemacht werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines äquivalenten Systems zur Datenübertragung über eine Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung;
2 ist eine Umgebungsansicht der Steuereinheit und des Displays, welche über die Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung kommunizieren, und zeigt, dass die Steuereinheit von dem Display entfernt ist; und
3 ist eine Darstellung eines Ausgangssignals eines logischen Glieds während einer Zeitperiode und zeigt, dass während der Abschaltperiode der Empfänger Daten an den Transmitter überträgt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In einigen Ausführungsformen ist ein Differential-Treiber mit einer Stromquelle vorgesehen, welcher die Stromabgabe begrenzt, und ein Schaltkasten, der Strom durch einen Widerstand eines Hochimpedanz-Differentialempfängers über Übertragungsleitungen steuert. Der Differential-Treiber produziert eine Sondermodus-Übertragung, d. h., einen gleichen und entgegengesetzten Stromfluss in den Übertragungsleitungen. Der Hochimpedanz-Differentialempfänger detektiert Differentialsignale und verstärkt diese in logische Standardpegel. Der über eine der Übertragungsleitungen an den Widerstand gelieferte Strom kehrt über die andere der Übertragungsleitungen zu dem Treiber zurück.
Die oben beschriebene Konfiguration kann zu einer schwachen elektromagnetischen Interferenz (EMI) führen und kann es gestatten, Allgemeinmodus-Rauschen bis beispielsweise zu ±1V auszuschließen. Falls die Stromquelle zum Begrenzen von Stromspitzen konfiguriert ist, sind Datenraten von 1,5 Gbps ohne substantielle Zunahmen bei der Leistungsaufzehrung möglich. Weiterhin kann das Signal eine Treiberabweichung von 1,2 V haben, und kann der Empfänger einen Eingabebereich zur Erdung von 2,4 V akzeptieren.
In anderen Ausführungsformen kann ein Transmitter wahlweise einen Strom, z. B. 3,5 mA, in einen Draht eines getwisteten Drahtpaares leiten. Der Strom geht dann durch einen Widerstand am empfangenden Ende hindurch, z. B. 100 Ω. Der Strom kehrt dann in der entgegengesetzten Richtung entlang des anderen Drahtes des getwisteten Paares der Drähte zurück. Der Empfänger detektiert die Polarität der Spannung über den Widerstand, um einen logischen Pegel zu bestimmen, z. B. 1 oder 0.
1 ist ein schematisches Diagramm eines äquivalenten Systems 10 zur Datenübertragung über Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung. Das System 10 umfasst einen Transmitter 12, einen Empfänger 14 und ein Paar Differential-Leitungen 16, 18. Der Trans mitter 12 umfasst einen Stromtreiber 20, Schalter 22, 24, 26, 28, z. B. Feldeffekttransistoren, und ein logisches Glied 30, z. B. ein logisches XOR-Glied oder NAND-Glieder, die so konfiguriert sind, dass sie als ein XOR-Glied agieren. Der Empfänger 14 umfasst einen Widerstand 32, einen Verstärker 33 und Schalter 34, 36.
Die Steuereinheit 38 und ein Display 40 sind jeweils mit dem Transmitter 12 und dem Empfänger 14 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 38 ist konfiguriert, um die Schalter 22, 24, 26, 28 wahlweise zu öffnen und/oder zu schließen. Das Display 40 ist konfiguriert, um die Schalter 34, 36 wahlweise zu öffnen oder zu schließen. Das Display 40 kann, beispielsweise, Signale von einer fern liegenden Steuervorrichtung (nicht gezeigt) empfangen. Die Informationen, die in diesen Signalen enthalten sind, können über die Leitungen 16, 18 durch das wahlweise Öffnen und/oder Schließen von Schaltern 34, 36 von dem Display 40 an die Steuereinheit 38 übertragen werden, wie dies untenstehend erläutert wird.
2 ist eine Umgebungsansicht der Steuereinheit 38 und des Displays 40, welche über die Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung kommunizieren, und zeigt, dass die Steuereinheit 38 vom Display 40 entfernt ist. Das Display 40 kann in einer Kopfstütze 42 eines Sitzes 44 montiert sein, während die Steuereinheit 38 in einem Armaturenbrett 46 eines Fahrzeugs 48 montiert sein kann. In alternativen Ausführungsformen können das Display 40 und die Steuereinheit 38 auch wo anders montiert sein, z. B. im Dachbereich der Innenkabine oder im Lenkrad.
Die LVDS-Übertragung kann benutzt werden für die Übertragung von Audio/Video (A/V)-Signalen mit einer hohen Datenrate. Die Übertragung von A/V-Signalen umfasst normalerweise horizontale und vertikale Abschaltperioden. Während dieser Abschaltperioden werden A/V-Informationen nicht übertragen. Wie unten erklärt, ist das System 10 konfiguriert zum Übertragen von Informationen von dem Empfänger 14 während dieser Abschaltperioden über die Differentialleitungen 16, 18 an den Transmitter 12.
Während der Datenübertragung vom Transmitter 12 an den Empfänger 14 sind die Schalter 34, 36 offen. Die Steuereinheit 38 kann wahlweise die schaltenden Paare 22, 24 und 26, 28 öffnen und schließen, um Strom in jede der Leitungen 16, 18 des Differentialpaars zu leiten. Falls die Schalter 22, 24 geschlossen und die Schalter 26, 28 offen sind, fließt der Strom von dem Stromtreiber 20 in die Leitung 16, über den Widerstand 32 und über die Leitung 18 zurück zu den Transmitter 12. Der Verstärker 33 kann eine hohe Eingangs-Impedanz auf weisen, damit der größte Teil des Stroms, der vom Transmitter 12 zum Empfänger 14 fließt, über den Widerstand 32 geht. Falls die Schalter 26, 28 geschlossen und die Schalter 22, 24 offen sind, wird Strom in der gegenüber der oben erwähnten Richtung entgegengesetzten Richtung fließen. Der Empfänger 14 ist auch ausgebildet, unter Verwendung konventioneller Techniken, die Richtung des Stromflusses zu detektieren, wobei, beispielsweise, ein Stromfluss in einer Richtung das Äquivalent einer logischen 1 ist, während ein Stromfluss in der entgegengesetzten Richtung das Äquivalent einer logischen 0 ist. Das logische Glied 30 wird während der Operation des Systems 10 ein Spannungshoch abgegeben, z. B. eine digitale 1, wie oben beschrieben.
Wie oben erläutert, ist 1 ein äquivalentes System für eine LVDS-Übertragung. Andere Schaltungstopologien, z. B. Mehrfachwiderstände, Multipoint, etc., werden hier auch mit umfasst. Weiterhin werden auch andere Anwendungsfälle, z. B. stapelbare Speicherknoten für Datenkommunikationen, periphere Geräte wie Kopiermaschinen, etc., auch mit umfasst.
3 ist eine Darstellung der Abgabe des logischen Gliedes 30 während einer Zeitperiode t und zeigt den Empfänger 14 beim Übertragen von Daten an den Transmitter 12 während einer Abschaltperiode. Von der Zeitperiode t₀ zu t₁ sind die Schalter 24, 36 des Empfängers 14 offen und überträgt der Transmitter 12 Informationen an den Empfänger 14, wie oben beschrieben. t₁ zeigt den Beginn einer Abschaltperiode an. Für die Zwecke dieses Beispiels wird diese Abschaltperiode von t₁ bis t₂ andauern. Die Dauer und Frequenz solcher Abschaltperioden sind bestimmt durch konventionelle Protokolle, wie sie für die LVDS-Datenübertragung verwendet werden. Der Transmitter 12 und der Empfänger 14 sind somit so synchronisiert, dass jeder davon über die Zeiten informiert ist, während welcher Abschaltperioden beginnen und/oder enden.
Die Schalter 34, 36 werden während der Abschaltperiode so wahlweise geöffnet und geschlossen, dass die Differential-Paar-Leitungen 16, 18 intermittierend zu derselben Spannung gezogen werden, z. B. zur Erdung oder zu einem Spannungshoch. Das logische Glied 30 wird ein Spannungstief abgeben, z. B. eine digitale 0, falls die Differential-Paar-Leitungen 16, 18 dieselbe Spannung führen. Das logische Glied 30 wird ein Spannungshoch abgeben, z. B. eine digitale 1, falls die Differential-Paar-Leitungen 16, 18 unterschiedliche Spannungen führen. Die Abgabe des logischen Gliedes 30, gegen eine zeitliche Sequenz, während der Abschaltperiode, gestattet es, beispielsweise dem Empfänger, aufeinanderfolgende digitale Nullen oder Einsen zu übertragen.
Von dem Empfänger 14 können digitale Informationen über die Differential-Paar-Leitungen 16, 18 an den Transmitter 12 übertragen werden, im Gegensatz zu einer zusätzlichen Leitung zwischen dem Empfänger 14 und dem Transmitter 12. Die Steuereinheit 38, oder jegliche andere passende Vorrichtung, kann die Signalabgabe des logischen Gliedes 30 interpretieren. Informationen können vom Empfänger 14 während der gesamten oder eines Abschnitts einer jeden Abschaltperiode an den Transmitter 12 übertragen werden.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung illustriert und beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibender und nicht beschränkender Natur, und ist anzumerken, dass verschiedene Abänderungen durchgeführt werden können, ohne aus dem Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung herauszufallen.

Claims

System zur Datenübertragung, mit: einer Übertragungsleitung, einschließlich erster und zweiter Leiter, deren jeder konfiguriert ist, durch eine Stromquelle getriebenen Strom zu tragen; einem Treiber, einschließlich einer Stromquelle, der mit der Übertragungsleitung elektrisch verbunden und konfiguriert ist, um Strom wahlweise von der Stromquelle zu einem der Leiter während einer aktiven Übertragungsperiode zu geben, wobei zwischen den Leitern während der aktiven Übertragungsperiode ein Spannungsdifferential vorliegt; und einem Empfänger, einschließlich eines Anschlusswiderstandes, der mit der Übertragungsleitung elektrisch verbunden ist, wobei der Empfänger, die Übertragungsleitung und der Treiber ausgebildet sind, um wahlweise einen kontinuierlichen elektrischen Pfad für einen Strom zu bilden, der von der Stromquelle zu dem Anschlusswiderstand über einen der Leiter und von dem Anschlusswiderstand zurück zu dem Treiber auf dem anderen der Leiter fließt, wobei der Empfänger ausgebildet ist, eine Polarität einer Spannung über den Anschlusswiderstand während der aktiven Übertragungsperiode zu detektieren und während einer stillen Übertragungsperiode Daten über die Übertragungsleitung an den Treiber zu übertragen.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger weiterhin ausgebildet ist, um während der stillen Übertragungsperiode eine Spannung von zumindest einem der Leiter abzuziehen, derart, dass diese substantiell gleich ist mit der Spannung auf dem anderen der Leiter.
System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger weiterhin ausgebildet ist zum wahlweisen Erden der Leiter.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber weiterhin ausgebildet ist zum Abgeben einer ersten Spannung, falls eine Spannung auf dem ersten Leiter substantiell verschieden ist von einer Spannung auf dem zweiten Leiter.
System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber weiterhin ausgebildet ist zum Abgeben einer zweiten Spannung, falls die Spannung auf dem ersten Leiter substantiell gleich mit der Spannung auf dem zweiten Leiter ist.
System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber ferner ein logisches Glied inkludiert, das mit den Leitern elektrisch verbunden ist, und dass das logische Glied zum Abgeben der ersten und zweiten Spannungen ausgebildet ist.
System gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das logische Glied ein logisches XOR-Glied aufweist.
System gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das logische Glied ein logisches NAND-Glied aufweist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten digitale Daten sind.
Niederspannungs-Differential-Signalübermittlungs-System zur Datenübertragung, mit: einer Übertragungsleitung, einschließlich erster und zweiter Leiter; einem elektrisch mit der Übertragungsleitung verbundenen Treiber; und einem mit der Übertragungsleitung elektrisch verbundenen Empfänger, wobei der Treiber auf der Übertragungsleitung während einer aktiven Periode mittels einer Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung an den Empfänger Informationen überträgt, und wobei der Empfänger während einer stillen Periode Informationen über die Übertragungsleitung an den Treiber überträgt durch wahlweises Abziehen einer Spannung von zumindest einem der Leiter derart, dass diese Spannung substantiell gleich ist mit einer Spannung des anderen der Leiter.
System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger weiterhin ausgebildet ist, um die Leiter wahlweise zu erden.
System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber weiter ausgebildet ist zum Abgeben einer ersten Spannung, falls eine Spannung auf den ersten Leiter substantiell verschieden ist von einer Spannung auf dem zweiten Leiter.
System gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber weiterhin ausgebildet ist zum Abgeben einer zweiten Spannung, falls die Spannung auf dem ersten Leiter substantiell gleich ist mit der Spannung auf dem zweiten Leiter.
Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem Empfänger und einem Transmitter auf einer Übertragungsleitung mit ersten und zweiten Leitern, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: wahlweises Übertragen von Daten von dem Transmitter auf der Übertragungsleitung an den Empfänger durch eine Niederspannungs-Differential-Signalübermittlung während einer aktiven Periode; wahlweises Abziehen, an dem Empfänger, einer Spannung von zumindest einem der Leiter derart, dass diese Spannung substantiell gleich ist mit einer Spannung auf dem anderen der Leiter während einer stillen Periode; und Abgeben einer ersten Spannung, an dem Treiber, falls eine Spannung des ersten Leiters substantiell gleich ist mit einer Spannung des zweiten Leiters, um auf diese Weise von dem Empfänger auf der Übertragungsleitung Daten an den Treiber zu übertragen.
Verfahren gemäß Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch die Abgabe einer zweiten Spannung, an dem Treiber, falls die Spannung auf dem ersten Leiter substantiell verschieden ist von der Spannung auf dem zweiten Leiter.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung niedriger ist als die zweite Spannung.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des wahlweisen Abziehens einer Spannung von zumindest einem der Leiter das Erden der Leiter umfasst.