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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer drahtgebundenen Übertragung von Daten, wie sie
beispielsweise zwischen einem Sensor und einem Steuergerät stattfindet.
Zur Einsparung von Leitungen werden sowohl die Versorgungsspannung
als auch das zu übertragende
Datensignal über
dieselbe Leitung übertragen.
Das Gebiet der Erfindung betrifft die Extraktion von Datensignalen
aus einer Versorgungsspannungsleitung.
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Gemäß dem Stand
der Technik werden die Daten mittels Impulsen, vorzugsweise Rechteckimpulsen,
die die Versorgungsspannung überlagern, übertragen.
Beispielsweise bei der Übertragungstechnik
PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) wird eine Zweidrahtleitung
verwendet, die zum Anschluss ausgelagerter Sensoren an elektronische
Steuergeräte
verwendet wird. Bei der Übertragung
mittels einer PSI5-Schnittstelle wird ein Tiefpass mit sehr großer Zeitkonstante
verwendet, der eine schwankende Gleichstromkomponente ausgleicht,
die sich durch langsame Spannungsänderungen in der Spannungsphase
ergibt. Der Tiefpass wird als RC-Schaltung ausgebildet, wobei die
Kapazität
einen großen
Wert aufweisen kann, da die Zeitkonstante RC ungefähr Faktor
50 zur Pulsbreite der Spannungsmodulation betragen sollte. Die Kapazität kann als
externe Kapazität
vorgesehen werden, da eine integrierte Lösung eventuell eine zu große SI-Fläche benötigt. Die
Kapazität
bzw. einen sehr hochohmigen Widerstand zu integrieren führt zu erhöhten Herstellungs-
und Bauteilkosten. Zudem ist wegen der großen Zeitkonstante eine Auf-
bzw. Entladung vor jedem Datenempfang in einer Initialisierungsphase
notwendig. Die Instandhaltung gemäß dem Stand der Technik ist
somit erst nach einer gewissen Zeitdauer betriebsbereit.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Empfängerschaltung und ein zugehöriges Empfangsverfahren
vorzusehen, mit dem sich die Kosten sowie die Zeit zur Initiali sierung
verringern lassen, außerdem
sollte die Pulsbreite nicht die Zeitkonstante bestimmen. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass auch die Pulsbreite bestimmt
werden kann und nicht nur eine Pulserfassung erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung lässt
sich mit einer kostengünstigen
und einfachen Schaltung realisieren, erfordert keine Anpassung an
schwierig zu erfassende Schwankungen des Stromversorgungsnetzes
und kann unmittelbar und ohne Wartezeit in Betrieb genommen werden.
Die Erfindung ermöglicht
den Empfang von Daten, die über
eine Spannungsversorgung übertragen
werden, beispielsweise über
eine Spannungsversorgung innerhalb eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere
ist die Erfindung geeignet, um Daten über eine Spannungsversorgungsleitung
zu übermitteln,
die von einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs direkt oder über ein
Steuergerät
gespeist wird. Die Erfindung ermöglicht
die Übertragung
von Daten von einem Steuergerät
zu einem externen Sensor und von einem externen Sensor zu einem
Steuergerät,
die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt sind. Insbesondere ist die
Erfindung geeignet zur Übertragung
von Daten, die auf einer Gleichspannung aufmoduliert sind, die Gleichspannung
ist dabei an keinen festen Wert gebunden. Die Erfindung erfordert
keinerlei Filter zur Abtrennung des Gleichspannungsanteils von dem modulierten
Steuersignal und kann somit mit einem Minimum an Energiespeichern
wie Spulen und Kapazitäten
aufgebaut werden, die insbesondere bei der Integration in eine integrierte
Schaltung schwierig zu handhaben sind. Die Verfolgung einer Spannungsschwankung,
die nicht durch Signalmodulation hervorgerufen wird, wird durch
die Erfindung ohne eine vorgegebene Zeitkonstante ermöglicht,
wobei die Verfolgungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches höher ausgestaltet
werden kann als bei Empfängern
gemäß dem Stand
der Technik, bei denen eine serielle kapazitive Ankopplung zur Abtrennung
des Gleichspannungsanteils dient. Dies ermöglicht prinzipiell eine deutlich
höhere
Datenrate, wobei ferner die erfindungsgemäß vorgesehene Zeitkonstante
lediglich an eine bekannte Pulsweite oder an ein bekanntes Pulsweitenintervall
angepasst werden kann. Die Erfindung ermöglicht eine besonders hohe
Integrationsdichte und stellt keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit
von Bauteilwerten. Die Erfindung erfordert keine diskreten Bauteile
außerhalb
einer integrierten Schaltung.
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Die
Erfindung sieht vor, das aufmodulierte Datensignal mittels Komparatoren
zu erfassen, wobei die Komparatoren nicht mit einer festen Spannungsreferenz
als Schwellwert arbeiten, sondern Schwellwerte aufweisen, die sich
mit der Versorgungsspannung ändern.
Zur Abtrennung des aufmodulierten Signals werden Komparatoren vorgesehen, die
zum einen ein von der Versorgungsspannung abgeleitete Signal sowie
ein Signal erhalten, das ebenso von der Versorgungsspannung abgeleitet
ist, jedoch zusätzlich
tiefpassgefiltert ist. Insbesondere werden zwei Komparatoren verwendet,
ein Komparator zur Erfassung eines High-Pegels (präziser: einer
steigenden Flanke, die zum High-Pegel führt) des aufmodulierten Signals,
und ein Komparator zur Erfassung des Low-Pegels (präziser: einer
fallenden Flanke, die zum Low-Pegel führt) des aufmodulierten Signals.
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Hierzu
wird ein Versorgungspotentialanschluss und ein Massepotentialanschluss
vorgesehen, an dem die vollständige
modulierte Spannung anliegt. Ein Tiefpassfilter sowie die Vergleicher
erhalten ihr Eingangssignal von dem Versorgungspotentialanschluss
und dem Massepotentialanschluss, vorzugsweise über einen Spannungsteiler,
der die Spannung teilt, welche zwischen Versorgungspotentialanschluss
und Massepotentialanschluss anliegt. Die Vergleicher erhalten somit
ein tiefpassgefiltertes Signal, das der Versorgungsspannung entspricht,
die mittels Spannungsteiler geteilt wurde. Zum anderen sind die
Vergleicher mit einem jeweiligen Schwellwert vorgesehen, der von
Versorgungspotential ohne Tiefpassfilterung abgeleitet wird, beispielsweise über einen
ersten Eingang in den jeweiligen Vergleicher eingespeist, wohingegen
ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Tiefpassfilters verbunden
ist, um das tiefpassgefilterte Signal des Spannungsteilers zu erfassen.
Damit ist man in die Lage versetzt, flächengünstig Niedervolt-Bauelemente
schon relativ früh
in die Signalkette einzugliedern. Erfindungsgemäß werden die Schwellwerte von
einem jeweiligen Schwellwertgenerator erzeugt, der den jeweiligen
Schwellwert gemäß dem Ausgangssignal
des Vergleichers anpasst. Hierdurch ergeben sich bei jedem Überschreiten
oder Unterschreiten des jeweiligen Schwellwerts zusätzliche
Erhöhungen
oder Verringerungen des jeweiligen Schwellwerts, wodurch der gerade
unterschrittene oder überschrittene
Schwellwert sich weiter von dem aktuellen Empfangssignal des Vergleichers
entfernt. Daher ergibt sich bei jedem Überschreiten oder Unterschreiten
eines Schwellwerts eines Vergleichers ein stabiler Zustand, wobei das
Absenken oder das Anheben des Schwellwerts Über- bzw. Unterschreitung des
Schwellwerts, die aus Fehlern bzw. Spannungssprüngen in der Versorgungsspannung
resultiert, verhindert. Die Erfindung ist somit auf die Erfassung
von Über-
bzw. Unterschreitungen von Schwellwerten fokussiert, wobei die Anpassung
des Schwellwerts und diese Fokussierung dazu führen, dass Schwankungen der
Versorgungsspannung, die nicht von einer gezielten Signalmodulation
herrühren,
keinen Einfluss auf das Ergebnis haben. Zum einen kann durch den
Betrag der Absenkung bzw. Betrag der Erhöhung die Erfindung an die Amplitudenschwankungen
durch Signalmodulation angepasst werden, so dass kleinere Schwankungen
der Versorgungsspannung, die nicht Teil der Signalmodulation sind,
nicht in das Ergebnis einfließen.
Zum anderen kann der Tiefpass an die Pulsweite der Signalmodulation
angepasst werden, so dass auch hinsichtlich des Zeitverlaufs die
Erfassung auf die Modulation selbst fokussiert ist, und davon zeitlich
abweichende Änderungen
in der Versorgungsspannung davon getrennt werden können und
nicht in das Ergebnis einfließen.
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Für jeden
Vergleich ist vorzugsweise eine Spannungsteilerschaltung vorgesehen,
deren beiden äußeren Anschlüsse an Versorgungspotential
und -masse angeschlossen sind. Somit teilt jede Spannungsteilerschaltung
die Versorgungsspannung, die zwischen Versorgungspotentialanschluss
und Massepotentialanschluss anliegt. Die Vergleicher werden über die
Spannungsteiler mit ihren Schwellwerten versorgt, so dass ein Schwellwerteingang
eines Komparators mit der jeweiligen Spannungsteilerschaltung verbunden
ist, insbesondere mit einem Abgriff der Spannungsteilerschaltung
zwischen Versorgungspotential und Massepotential. Zudem ist an der Spannungsteilerschaltung
jedes Vergleichers vorzugsweise ein zugehöriger Schwellwertgenerator
angeschlossen, so dass der Schwellwertgenerator über die Spannungsteilerschaltung
den Schwellwert beeinflussen kann. Gemäß einer ersten Sichtweise ist der
Schwellwertgenerator außerhalb
des Spannungsteilers und mit diesem verbunden, wobei der Spannungsteiler
mit dem Schwellwerteingang des jeweiligen Vergleichers verbunden
ist, so dass der Schwellwertgenerator über die Spannungsteilerschaltung
den Schwellwerteingang des Vergleichers beeinflussen kann. Gemäß einer
weiteren Sichtweise ist jedoch ein Teil des Schwellwertgenerators
durch die Spannungsteilerschaltung realisiert, da diese die geteilte
Versorgungsspannung mit einer äußeren Schwellwerteingabe
kombiniert. Gemäß dieser
Sichtweise wird ein Teil des Schwellwertgenerators durch die Spannungsteilerschaltung
vorgesehen, da die Spannungsteilerschaltung zur Anpassung des Schwellwerts
dadurch beiträgt,
dass diese die geteilte Versorgungsspannung mit einem äußeren (d.
h. außerhalb
der Spannungsteilerschaltung) Signal den Schwellwert verändert.
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Die
Spannungsteilerschaltung wird vorzugsweise von vier in Reihe geschalteten
Widerständen vorgesehen,
deren äußeren Anschlüsse an die
Versorgungsspannung angeschlossen sind, und deren Zwischenabgriffe
zum einen zum Anschluss an die jeweiligen Schwellwerteingänge vorgesehen
ist, wobei ein weiterer Anschluss zur Eingabe eines äußeren Signals,
das den Schwellwert verändert,
vorgesehen ist. Alternativ kann die Spannungsteilerschaltung auch
mit drei Widerständen
vorgesehen werden, wobei die resultierenden zwei Abgriffe zum einen
zum Anschluss an den Schwellwerteingang des Vergleichers und zum
anderen zum Anschluss eines äußeren Signals,
das den Schwellwert verändert, verwendet
wird. Vorzugsweise sind alle Spannungsteiler der Vergleicher identisch
und unterscheiden sich gegebenenfalls lediglich durch die Beschaltung ihrer
Anzapfung bzw. ihrer Abgriffe. Darüber hinaus ist für den Tiefpass
ein Spannungsteiler vorgesehen, der vorzugsweise das gleiche Teilungsverhältnis wie die
Spannungsteiler der Vergleicher hat.
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Die
Tiefpass-Spannungsteilerschaltung umfasst einen Reihenwiderstand,
sowie einen Parallelwiderstand, der parallel zu einem Kondensator
des Tiefpasses angeschlossen ist. Der Parallelwiderstand bildet
zum einen zusammen mit dem Kondensator einen Tiefpass und bildet
zum anderen zusammen mit dem Reihenwiderstand einen Spannungsteiler.
Die Widerstände
des Tiefpass-Spannungsteilers verhalten sich vorzugsweise im Verhältnis wie
die Spannungsverteilerschaltungen der Vergleicher bezogen auf den
Abgriff, der mit dem Schwellwerteingang des Komparators verbunden
ist. Die Widerstandswerte des Reihenwiderstands und des Parallelwiderstands
können
auch den Widerstandswerten der Spannungsteilerschaltung des Komparators
entsprechen, die die Anzapfung, welche mit dem Schwellwerteingang
des Komparators verbunden ist, mit dem Versorgungspotentialanschluss
bzw. mit dem Massepotentialanschluss verbinden.
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Das
vom Vergleicher ausgegebene Ergebnis wird vorzugsweise zwischengespeichert
mittels eines Speicherelements. Das Speicherelement umfasst vorzugsweise
so viele Eingänge,
wie Komparatoren vorliegen, deren Ergebnis zu speichern ist. Obwohl
die Erfindung sich insbesondere für binäre Signale eignet, d. h. für ein mehrstufiges
Signal mit exakt zwei verschiedenen Pegeln (high und low), kann
das erfindungsgemäße Prinzip
grundsätzlich
auch für wertdiskrete
Signale verwendet werden, die in Form von mindestens drei Pegeln
auf der Versorgungsspannung aufmoduliert sind. Vorzugsweise ist
jedoch ein zweistufiges Signal auf der Versorgungsspannung aufmoduliert,
so dass das Speicherelement zwar Eingänge umfasst, wobei ein Eingang
mit einem Vergleicher (dem High-Vergleicher) und ein Eingang mit
dem zweiten Vergleicher (dem Low-Vergleicher) verbunden ist. Die
Verbindung kann direkt vorgesehen sein, oder kann über einen
Glitch-Filter vorgesehen sein, um Störungen an Versorgungsspannungsleitungen
zu filtern bzw. zu unterdrücken.
Der Speicher ist vorzugsweise ein Flip- Flop, insbesondere ein RS-Flip-Flop,
wobei der S-Eingang (der Set-Eingang) mit dem Ausgang des High-Vergleichers
verbunden ist und der R-Eingang (der Reset-Eingang) des RS-Flip-Flops
mit dem Ausgang des Low-Vergleichers verbunden ist. Die Glitch-Filter sind hierbei notwendig,
um unzulässige
Eingaben an den R- und S-Eingängen
zu vermeiden. Die Glitch-Filter sind lediglich optional, können beispielsweise
auch durch Tiefpässe
ersetzt werden oder können
durch eine entsprechende Schaltung eines JK-Flip-Flops (welches dann auch das Speicherelement
vorsieht) realisiert werden. Neben Glitch-Filtern können auch
logische Kombinationsschaltungen vorgesehen sein, die beispielsweise
bei unzulässigen
Eingaben die beiden Signale der Komparatoren so miteinander verknüpfen, dass
sich ein zulässiges
Eingangssignal für
den RS-Flip-Flop ergibt. Die Komparatoren werden vorzugsweise von
der Versorgungsspannung versorgt sowie auch das Speicherelement
und gegebenenfalls zugehörige
Kombinationsschaltungen oder die Glitch-Filter mit der Versorgungsspannung
versorgt werden.
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Die
Vergleicher können
im Falle einer binären
Empfangsstufe oder eines binären
Empfangsverfahrens der High- und der Low-Vergleicher als Komparatoren
oder als Operationsverstärker
ausgebildet sein, vorzugsweise als zwei Komparatoren oder zwei Operationsverstärkern mit
jeweils zwei Eingängen. Vorzugsweise
weist jeder Vergleicher jeweils einen nicht-invertierten und einen
invertierten Eingang auf. Der nicht-invertierte Eingang des High-Vergleichers ist
vorzugsweise der High-Schwellwerteingang, wobei der invertierte
Eingang der Empfangssignalanschluss ist, der mit dem Tiefpass-Spannungsteiler verbunden
ist. Der nicht-invertierte Eingang des Low-Vergleichers bildet vorzugsweise
den Empfangssignaleingang des Low-Vergleichers und ist mit der Tiefpass-Spannungsteilerschaltung
bzw. mit dem Tiefpass verbunden. Der invertierte Eingang des Low-Vergleichers
ist mit dem Low-Spannungsteiler verbunden und bildet somit den Low-Schwellwerteingang.
Die Vorsilbe High- und Low- bezieht sich auf Komponenten, die eine
zum High-Pegel führende Flanke
erfassen (High-Komponente), bzw. die eine zum Low-Pegel führende Flanke
erfassen (Low-Komponente).
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Der
Schwellwertgenerator ist vorzugsweise über die Spannungsteilerschaltung
des zugehörigen Vergleichers
mit dem Vergleicher bzw. mit dem Schwellwerteingang des Vergleichers
verbunden. Prinzipiell kann nur ein Schwellwertgenerator für beide
(oder für
alle) Schwellwerteingänge
vorgesehen sein, wobei vorzugsweise jedoch für jeden Vergleicher ein Schwellwertgenerator
vorgesehen ist. Prinzipiell kann der Schwellwertgenerator mit dem
zugehörigen
Vergleicher über
eine Einkopplungsschaltung verbunden werden, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform
ein Teil der Spannungs teilerschaltung, die dem Komparator angehört, die
Einkopplungsschaltung vorsieht. Die Einkopplungsschaltung ermöglicht das
Zuführen
eines äußeren Signals,
das den Schwellwert verändert,
d. h. das Signal eines (äußeren) Schwellwertgenerators,
wobei die Einkopplungsschaltung dieses Signal mit dem Versorgungsspannungssignal
(d. h. dem geteilten Versorgungsspannungssignal) mischt.
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Der
Schwellwertgenerator umfasst eine Rückkopplungsschaltung, die ihr
Eingangssignal von dem Ausgang des zugehörigen Vergleichers bezieht, sowie
vorzugsweise eine Treiberstufe, die das vom Ausgang des Vergleichers
rückgekoppelte
Signal in die zugehörige
Einkopplungsschaltung einspeist und somit den Schwellwert des Komparators
verändert bzw.
vorsieht. Dadurch wird erreicht, dass stets genügend Störabstand zu den jeweiligen
Eingangskomparator vorliegt, wenn sich die beiden Eingangssignale
nähern,
so dass eine Komparatoroszillation verhindert wird. Die Treiberstufe
kann eine digitale oder analoge Treiberstufe sein, eine steuerbare
Stromquelle oder eine steuerbare Spannungsquelle. Vorzugsweise wird
eine Treiberstufe verwendet, die ein binäres Signal abhängig von
ihrem Eingang abgibt, d. h. ein Signal, das im Wesentlichen zwei
Pegelzustände
kennt. Andere Treiberstufen können
für ein
unteres Eingangsspannungsintervall beispielsweise nur einen geringen
Strom liefern, und können
ab einer Eingansspannung, die über
dem unteren Intervall liegt, mit der Eingangsspannung ansteigen,
vorzugsweise mit einer hohen Empfindlichkeit, um ab Beginn eines
oberen Eingangsspannungsintervalls einen oberen Pegel vorzusehen.
Die Treiberstufe kann von einer doppelten Invertiererschaltung,
von einer nicht-invertierenden Treiberschaltung, von einer Emitterfolgerschaltung
oder von einer Kollektorfolgerschaltung vorgesehen sein. Das Ausgangssignal des
Vergleichers (bzw. jeden Vergleichers) wird somit über eine
Treiberstufe zu dem Schwellwerteingang des Vergleichers zurückgekoppelt,
wobei das Treiberausgangssignal mit einem Signal kombiniert wird, beispielsweise
addiert wird, welches von der Versorgungsspannung abgeleitet ist.
Das von der Versorgungsspannung abgeleitete Signal ist vorzugsweise das
Signal an einer Anzapfung der zugehörigen Spannungsteilerschaltung.
Die Treiberstufe wird vorzugsweise von der Versorgungsspannung mit
elektrischer Leistung versorgt.
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Die
Rückkopplung
erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der Treiber von dem Ausgang des
zugehörigen
Vergleichers angesteuert wird, und das Ausgangssignal des Treibers
in die Spannungsteilerschaltung (d. h. die Low-Spannungsteilerschaltung oder
die High-Spannungsteilerschaltung)
eingespeist wird. Hierzu umfasst die Spannungsteilerschaltung vorzugsweise
eine Rückkopplungsanzapfung,
die sich von der Anzapfung unter scheidet, die mit dem Schwellwerteingang
des Vergleichers verbunden ist, wodurch der Schwellwert zum einen
durch den Spannungsteiler (und somit durch die Versorgungsspannung)
und zum anderen durch das rückgekoppelte Komparatorsignal
vorgesehen wird. Anstatt einer Rückkopplungsschaltung,
die den Ausgang des Komparators verwendet, kann eine zusätzliche Schaltung
vorgesehen sein, die ein Signal abgibt, welches ein Vergleichsergebnis
zwischen Versorgungsspannung (oder einem davon abgewandelten Signal)
und dem tiefpassgefilterten Signal abgibt, um über eine Kombinationsschaltung,
die mit einem Schwellwerteingang eines Vergleichers verbunden ist,
den Schwellwert gemäß Vergleichsergebnis
zu verändern.
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In
einer besonders einfachen Ausführungsform
wird der Tiefpassfilter durch eine Kapazität vorgesehen, an die ein Parallelwiderstand
angeschlossen ist. Zusammen mit einem Reihenwiderstand, der mit
der Kapazität
und mit dem Parallelwiderstand verbunden ist, wird somit zum einen
der Tiefpassfilter und zum anderen die Tiefpass-Spannungsteilerschaltung vorgesehen.
Das nicht mit dem Kondensator verbundene Ende des Reihenwiderstands
ist mit dem Versorgungspotentialanschluss verbunden, wohingegen
die Enden des Parallelwiderstands und des Kondensators, die nicht
mit dem Reihenwiderstand verbunden sind, mit dem Massepotentialanschluss verbunden
sind. Der Verknüpfungspunkt
zwischen Kondensator, Parallelwiderstand und Reinwiderstand bildet
zusammen mit dem Massepotentialanschluss (oder auch zusammen mit
dem Versorgungspotentialanschluss) den Ausgang des Tiefpassfilters,
der mit den Empfangssignaleingängen
der Komparatoren verbunden ist. Grundsätzlich kann anstatt eines Tiefpassfilters
erster Ordnung auch ein Tiefpassfilter höherer Ordnung gebildet werden.
Die Zeitkonstante des durch den Parallelwiderstand und den Kondensator
gebildeten Tiefpassfilters erster Ordnung ist gegeben durch das
Produkt R × C,
wobei diese Zeitkonstante die Anstiegsgeschwindigkeit bei einem
Eingangssignalsprung wiedergibt. Die Zeitkonstante ist vorzugsweise
an die Pulsdauer des aufmodulierten Signals angepasst, so dass der
Tiefpassfilter und die gesamte Empfangsstufe optimal auf das aufmodulierte
Signal ansprechen kann. Die Zeitkonstante des Tiefpassfilters (beispielsweise
erster Ordnung) liegt in derselben Größenordnung wie die Pulsbreite
des Signals und beträgt
vorzugsweise maximal 10%, maximal 20%, maximal 30%, maximal 50%,
maximal 75%, maximal 100%, maximal 150% oder maximal 200% der Pulsbreite.
Insbesondere bevorzugt sind Tiefpassfilter (erster Ordnung) mit
einer Zeitkonstante, die 10–40%
und vorzugsweise 15–30%
der Länge eines
Pulses des modulierten Signals entspricht. Somit kann durch die
Dimensionierung des Tiefpassfilters die Empfangsstufe an das zu
erwartende modulierte Signal angepasst werden. in gleicher Weise können die
Schwellwertgeneratoren an das aufmodulierte Signal angepasst werden,
indem der Schwellwert um einen Betrag angehoben bzw. abgesenkt wird,
der der Größenordnung
des Spannungshubs des modulierten Signals entspricht. Vorzugsweise
entspricht der Betrag zwischen 10% und 300%, vorzugsweise zwischen
20% und 100% und insbesondere bevorzugt zwischen 25% und 75% des Spannungshubs
des Signals, das auf die Versorgungsspannung aufmoduliert ist.
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Die
Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Empfangsstufe sowie ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Empfangen des aufmodulierten Signals. Die Verfahrensschritte
des Tiefpassfilters werden von dem Tiefpass ausgeführt, die
Schritte des Vergleichens werden durch die Vergleiche der Empfangsstufe
ausgeführt,
und die Schwellwerte werden angepasst durch die Schwellwertgeneratoren,
die den Schwellwert gemäß Vergleichsergebnis
anheben oder absenken. Die Spannungsteiler bzw. Spannungsteilerschaltungen
der Vergleicher haben zum einen die Aufgabe, die Versorgungsspannung
zu teilen und zum anderen, die Ausgaben der Schwellwertgeneratoren
mit der geteilten Spannung zu kombinieren, um den Schwellwert vorzusehen
und um den Schwellwert somit gemäß Vergleichsergebnis
anzuheben oder abzusenken. Die Ergebnisse werden durch das Speicherelement
gespeichert, das gegebenenfalls die Ergebnisse logisch miteinander
verknüpft
und ferner das verknüpfte
Ergebnis speichert. Das Tiefpassfiltern wird vorzugsweise gemäß den Eigenschaften
des Tiefpassfilters ausgeführt,
sowie auch das Vergleichen und das Erzeugen der Schwellwerte gemäß der Vergleicher
bzw. der Schwellwertgeneratoren ausgeführt wird.
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Die
Versorgungsspannung, zusammen mit dem modulierten mehrstufigen Signal
liegt kombiniert als Spannungsdifferenz zwischen Versorgungspotentialanschluss
und Massenpotentialanschluss an. Als Anschlussspannung wird somit
die kombinierte Spannung aus Versorgungsspannung und moduliertem
Signal vorgesehen, wobei die Anschlussspannung der Spannungsdifferenz
entspricht, die zwischen Versorgungspotentialanschluss und Massepotentialanschluss
anliegt.
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Wie
bereits bemerkt ist die Erfindung für die Übertragung von Daten innerhalb
eines Gleichstrom-Bordnetzes insbesondere von Kraftfahrzeugen geeignet.
Die Erfindung ist insbesondere vorgesehen, um Daten von einem Sensor
an eine Steuerungseinrichtung zu übertragen, wobei die Steuerungseinrichtung
durch die gleiche Verbindung den Sensor mit elektrischer Leistung,
d. h. mit Gleichspannung versorgt, die auch zum Übertragen der Daten vom Sensor
zum Steuergerät
vorgesehen ist. Grundsätzlich
kön nen
jedoch die Signale an beliebigen Komponenten vorgesehen sein, beispielsweise am
Sensor, um Steuerdaten vom Steuerungsgerät zu empfangen. Darüber hinaus
kann prinzipiell das Steuergerät
nicht nur mit einem Sensor sondern mit auch anderen Komponenten,
beispielsweise mit anderen Fahrzeugkomponenten, kommunizieren. Eine Datenübertragung über das
gesamte Bordnetz hinweg ist denkbar, beispielsweise eine Datenübertragung
von einem Steuergerät
eines Kraftfahrzeugs an eine weitere elektrische Kraftfahrzeugkomponente, beispielsweise
an einen Aktor wie Gebläse,
Heizelemente und ähnliches.
Die Erfindung wird ferner umgesetzt von einem Steuergerät mit einem
erfindungsgemäßem Empfänger oder
von einem Sensor oder einer Aktorkomponente innerhalb eines Kraftfahrzeugs
mit einem erfindungsgemäßem Empfänger.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Ausführung
der erfindungsgemäßen Empfängerschaltung
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2 den
Signalverlauf bei Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
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3a–3c den
Signalverlauf bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter verschiedenen
Bedingungen
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4 ein
Schaltungsbeispiel für
einen erfindungsgemäßen Schwellwertgenerator
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Ausführungsformen der Erfindung
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In
der 1 ist ein Schaltbild einer Ausführung einer
erfindungsgemäßen Empfangsstufe
dargestellt. Die Empfangsstufe umfasst einen Versorgungspotentialanschluss 10,
V0, und einen Massepotentialanschluss 12, zwischen denen
die Versorgungsspannung mit modulierten mehrstufigen Signalen bzw.
die Anschlussspannung anliegt. Die Schaltung von 1 umfasst
einen ersten Spannungsteiler 20, ein zweiten Spannungsteiler 30 und
einen dritten Spannungsteiler 40. Die Spannungsteiler 20, 30 und 40 können mit
gleichen Widerstandswerten ausgebildet sein. Die Spannungsteiler
umfassen zur besseren Darstellung des Teilungsverhältnisses
die Widerstände
R1–R4.
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Die
Schaltung umfasst ferner zwei Vergleicher 50, 52,
d. h. einen High-Vergleicher 50 sowie einen Low-Vergleicher 52.
Der nicht-invertierte Eingang des High-Vergleichers 50 dient
zur Eingabe des High-Schwellwerts V1 und ist mit dem High-Spannungsteiler 20 verbunden.
Der High-Schwellwert V1 dient zur Erfassung der zum High-Pegel führenden Flanke
und ist der untere Schwellwert der beiden Schwellwerte V1 und V3.
Zwischen den Widerständen
R2 und R3 ist somit die Schwellwertanzapfung für V1 vorgesehen.
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In
gleicher Weise ist der invertierte Anschluss des Vergleichers 52 zum
Erfassen des Low-Schwellwerts V3 mit einer Schwellwertanzapfung
zwischen R2 und R3 des Low-Spannungsteilers 30 verbunden.
Der Low-Schwellwert V3 dient zur Erfassung der zum Low-Pegel führenden
Flanke und ist der obere Schwellwert der beiden Schwellwerte V1 und
V3.
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Der
Spannungsteiler 40 umfasst eine Anzapfung, die zum einen
mit dem invertierten Eingang des High-Vergleichers 50,
d. h. mit dessen Empfangssignaleingang, sowie mit dem nicht invertierten
Eingang des Low-Vergleichers 52, d. h. mit dem Eingangssignaleingang
des Low-Vergleichers 52 verbunden. An den Spannungsteiler 40 ist
ferner ein Kondensator C angeschlossen, der mit den Widerständen R3
+ R4 als Parallelwiderstand und R1 + R2 als Reihenwiderstand ein
RC-Glied bildet. Mit V2 ist somit zum einen das Signal der Empfangssignaleingänge der
Vergleicher 50 und 52 bezeichnet, und zum anderen
der Ausgang des Tiefpass, der von C und R3 + R4 gebildet wird. Die
Zeitkonstante τ des
Tiefpass 60 errechnet sich durch ((R1 + R2)||(R3 + R4)) × C.
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Die
Ausgabe des High-Generators 50, SET, wird zu einem High-Schwellwertgenerator 70 geleitet,
und die Ausgabe des Low-Generators 52, RESET, wird zu einem
Low-Schwellwertgenerator 71 weitergeleitet.
Die Stromflussrichtungen der Schwellwertgeneratoren sind in 1 der
besseren Übersicht
wegen gleich dargestellt, d. h. in die Spannungsteiler hinein, wobei
jedoch die Stromflussrichtung des High-Schwellwertgenerators 70 vorzugsweise
zum Ausgang des High-Vergleichers hin gerichtet ist (negativer Stromfluss),
während
die Stromflussrichtung des Low-Schwellwertgenerators 71 vorzugsweise
zum Low-Spannungsteiler 30 hin gerichtet ist (positiver
Stromfluss). Die von den Schwellwertgeneratoren erzeugten Ströme haben
somit vorzugsweise entgegengesetzte Vorzeichen. Die Schwellwertgeneratoren 70, 71 sind
als schaltbare Stromquellen vorgesehen (vergleiche 4 und
zugehörige
Beschreibung), die wiederum mit einer Anzapfung des Low-Spannungsteilers 30 bzw.
des High-Spannungsteilers 20 verbunden sind. Die entsprechende
Anzapfung wird als Rückkopplungsanzapfung
bezeichnet. Zwischen Rückkopplungsanzapfung
(zwischen R1 und R2 bzw. zwischen R3 und R4) und Schwellwertanzapfung
V1 bzw. V3 ist jeweils ein Widerstand (R2 bzw. R3) der jeweiligen
Spannungsteilerschaltung zwischengeschaltet. Über diesen Widerstand beeinflusst
der Schwellwertgenerator 70, der von den Vergleichsergebnissen
der Vergleicher 50, 52 abhängt, den Low-Schwellwert V3 bzw.
den High-Schwellwert V1. Die schaltbaren Stromquellen, die zusammen
mit Teilen der daran angeschlossenen Spannungsteilerschaltung den Schwellwertgenerator
bilden, prägen
einen Offsetstrom lof an der Rückkopplungsanzapfung
in die jeweilige Spannungsteilerschaltung ein. Dadurch wird auch
das Potential der Schwellwerte V1 und V3 geändert.
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Das
damit verglichene Signal V2 ist von der Zeitkonstanten wie folgt
abhängig:
V2 = V0 × [(R3
+ R4)/(R1 + R2 + R3 + R4)]/(1 +jωτ), mit: τ = C × (R1 + R2)||(R3
+ R4). Die zur Erzeugung der Triggerschwellen maßgeblichen Größen lof
und R1, R2, R3 und R4 bzw. das Verhältnis der Widerstände R1,
R2, R3 und R4 untereinander. lof und R1, R2, R3 und R4 des High-Spannungsteilers
und lof und R1, R2, R3 und R4 des Low-Spannungsteilers sind vorzugsweise derart
ausgestaltet, dass der High-Schwellwert und der Low-Schwellwert
symmetrisch zueinander sind. Vorzugsweise entspricht die an R1 des High-Spannungsteilers 20 abfallende
Spannung der an R4 des Low-Spannungsteilers 30 abfallenden Spannung,
wenn SET und RESET den gleichen Pegel aufweisen, d. h. sowohl bei
aktiven Stromquellen 70, 71 (beide aktiv) als
auch bei inaktiven Stromquellen 70, 71 (beide
inaktiv mit lof = 0).
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Die
Ausgaben der Komparatoren, d. h. SET, RESET werden jeweils über ein
optionales Glitch-Filter 80, 82 abgegeben, um
Störungen,
beispielsweise in Form von Spannungsspitzen auszufiltern, insbesondere
auch Störungen
in der Versorgungsleitung. Die gefilterten Signale werden von den
Glitch-Filtern als SET' und
RESET' ausgegeben.
Diese werden dem SET-Eingang S und dem RESET-Eingang R eines RS-Flipflops 90 eingegeben,
das als Speicherelement fungiert. Die Ausgabe des RS-Flipflop 90,
Q, entspricht dem Signal R × D
und gibt das aufmodulierte Signal (um die Glitch-Filter 80, 82 zeitverzögert) wieder.
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Die 2 zeigt
die einzelnen Signale, wie sie bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auftreten, im Verlauf der Zeit T. Die dargestellten Verläufe beziehen sich
auf den Betrieb der in 1 dargestellten Schaltung, die
Signalbezeichnungen sind daher identisch.
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Zunächst sind
die beiden Schwellwerte V3 und V1 dargestellt, siehe gestrichelte
Linien V3 und V1, wobei V1 dem High-Schwellwert entspricht und V3
dem Low-Schwellwert entspricht. Die Vorsilben „High” und „Low” beziehen sich hier nicht
auf die Pegel der Schwellwerte bzw. Pegelverhältnisse zwischen den Schwellwerten,
sondern auf die Taktflanken, die zu den jeweiligen Pegelzuständen des
modulierten Signals beziehen. Der High-Schwellwert ist also für die Erfassung
der Flanken relevant, die zum High-Pegel des Signals V0' führen,
und der Low-Schwellwert ist also für die Erfassung der Flanken
relevant, die zum Low-Pegel des Signals V0' führen.
In 2 ist der High-Schwellwert
V1 der untere Schwellwert und der Low-Schwellwert V3 ist der obere
Schwellwert.
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V0' entspricht einer
unbeeinflussten spannungsgeteilten Anschlussspannung V0 mit V0' = V0 × (R3 +
R4)/(R1 + R2 + R3 + R4). Ferner zeigt 2 den Verlauf
des tiefpassgefilterten Signals, das dem Ausgabesignal des Tiefpassfilters
entspricht, der mit V0' (bzw.
V0) beaufschlagt wird. V0' zeigt
gemäß der Modulation
zu Beginn des Zeitintervalls TP eine Aufwärtsflanke
und eine entsprechende Abwärtsflanke am
Ende des Intervalls TP. Diese Modulation
gibt ein Informationselement wieder, das von einem Sender aufmoduliert
wurde. Gemäß der Zeitkonstanten steigt
V2 mit der Taktflanke an und nähert
sich, ausgehend vom unteren Pegel von V0', dem oberen Pegel von V0'. Währenddessen
sind die Schwellwerte V1 und V3 bis zu dem Schwellwert konstant,
bis das tiefpassgefilterte Signal V2 (= Empfangssignal der Komparatoren
bzw. Vergleicher) einen Schwellwert der beiden Komparatoren erreicht,
in diesem Fall den High-Schwellwert
V1. Beim Erreichen dieses Schwellwerts kippt der High-Vergleicher
den Ausgangswert von 0 auf 1 (bzw. von einem entsprechenden unteren
Pegel auf einen oberen Pegel), wodurch der High-Schwellwertgenerator
den High-Schwellwert (beide zur Erfassung der zum High-Pegel führenden
Flanke) absenkt. Dies wird dadurch erreicht, dass die schaltbare
Stromquelle 70, vergleiche 1, von einem
Offset-Strom IOF1 in einen zweiten Strom IOF übergeht und somit das Potential
des High-Schwellwerts
V1 zur Masse absenkt. In 2 ist dieser Spannungsabfall
als sprungartige Abwärtsflanke
dargestellt, wobei in einer nicht dargestellten Ausführungsform
das Absenken (und somit auch das Anheben) der Schwellwerte kontinuierlich
vollzogen wird, beispielsweise mittels eines Tiefpassfilters eines
Integrators, eines vorgegebenen zeitlichen Verlaufs oder ähnliches.
Gleichzeitig bleibt der Low-Schwellwert V3 konstant, da dieser nicht überschritten
wurde. Zu Beginn des Zeitintervalls TP steigt der
High-Schwellwert V1 sowie auch der Low-Schwellwert V3 mit der Spannung
V0', die sich von
der Anschlussspannung V0 ableitet.
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In
gleicher Weise sinken die Schwellwerte V1 und V3 beim Absinken des
Pegels von V0' auf
einen unteren Pegel nach dem Ende von TP.
Durch das Absinken am Ende von TP fallen
beide Schwellwerte um den gleichen Betrag, wobei das Tiefpass gefilterte
Signal V2 gemäß der Zeitkonstante
der abfallenden Flanke folgt. Wenn nach der abfallenden Flanke am
Ende des Intervalls TP die Spannung V2 den Schwellwert
V3 erreicht, wird der Low-Schwellwert V3 unterschritten, so dass
der Ausgang des Komparators 52, RESET, auf einen hohen
Pegel geht, und somit die schaltbare Stromquelle des Low-Schwellwertgenerators 71 auf
einen anderen Wert stellt. Dadurch wird der Low-Schwellwert zum
Versorgungspotential V0 hin angehoben, gemäß lof der Stromquelle 71 und
den zugehörigen
Widerständen
des Low-Spannungsteilers 30, so dass V3 wieder angehoben
wird, wenn V2 unter V3 fällt.
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Die
zugehörigen
Ausgabesignale der Komparatoren 50 und 52 bzw.
der Glitch-Filter 80 und 82 sind ebenso in 2 dargestellt.
Zunächst
steigt der SET-Ausgang des Vergleichers 50 an, woraufhin, verzögert durch
das Glitch-Filter 80, das Signal SET' nach der Zeit tFILTER ansteigt.
Das Ausgangssignal des Vergleichers 50 wird mit dem Anheben
des High-Schwellwerts V1 auf einen hohen Pegel gesetzt, da V2, d.
h. das Empfangssignal am Empfangssignaleingang unter dem Low-Schwellwert
V1 liegt. Dies ist der Fall bis V2 den High-Schwellwert V1 erreicht,
woraufhin der Ausgang des High-Vergleichers 50 wieder
auf einen unteren Pegel fällt.
In gleicher Weise wird zum Ende des Intervalls TP das
Ausgangssignal des Low-Vergleichers 52, RESET, auf einen
hohen Pegel gesetzt, da V2 zum Ende von TP über V3 liegt.
Ursache hierfür
ist das sprungartige Abfallen von V3 zum Ende von TP.
Die Signale SET' und
RESET' sind über die
Glitch-Filter 80, 82 gegenüber den Signalen SET, RESET
verzögert.
Die Verzögerungsdauer
entspricht tFILTER. Das sich am Ausgang
des RS-Flipflops 90 ergebende Signal wird durch R × D dargestellt,
und entspricht (hinsichtlich des Verlaufs) dem Verlauf des Signals
von V0, bis auf eine Verzögerung
von tFILTER, die durch die Glitch-Filter 80, 82 hervorgerufen
wurde. Somit wird der Verlauf des modulierten Signals durch das
Ausgangssignal des RS-Flipflops 90, R × D, wiedergegeben. Der Pegelunterschied
der Ausgangssignale des Komparators, der Glitch-Filter und des RS-Flipflops
ist allein durch die Versorgungsspannung bestimmt, das Ausgangssignal
des Flip-Flops 90, R × D,
weist nur zwei Pegel auf.
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Steckt
somit die zu übertragene
Information in der Pulsbreite, muss sowohl die steigende als auch die
fallende Flanke ausgewertet werden. Dies ist durch den Einsatz des
RS-Flipflops und durch die Bildung der oberen und unteren Triggerschwellen
möglich.
Erhöht
sich die Spannungsdifferenz zwischen Versorgungspotentialanschluss
und Massepotentialanschluss (= die Anschlussspannung) um mehr als die
Triggerschwelle, wird das RS-Flipflop gesetzt; fällt die Anschlussspannung unter
die Triggerschwelle wieder zurück,
wird das RS-Flipflop zurückgesetzt. Aus 2 ist
ferner ersichtlich, dass der Tiefpass den Verlauf des Signals V2
gegenüber
dem Signal V0' gemäß dem Lade-
bzw. Entladevorgang des Energiespeichers (= Kondensator C) verzögert. Da
die Zeitkonstante an die (kurze) Pulsbreite angepasst ist (und nicht
an langsam schwankende grundlegende Versorgungsspannungen), kann
die Kapazität
C sehr klein vorgesehen werden, vorzugsweise im Pikofaradbereich
(beispielsweise < 1 μF, < 100 nF, < 10 nF oder < 1 nF) oder kleiner,
um mit der restlichen Schaltung in einer integrierten Schaltung
realisiert zu werden. Es sei angemerkt, dass Kapazitätswerte
im Nanofaradbereich und größer nur
mit sehr hohem Flächenaufwand,
wenn überhaupt,
integriert werden können.
Die erreichte Zeitkonstante lehnt sich somit an die relativ kurze
Pulsbreite an, die deutlich kürzer als
die Zeitkonstante bei Empfängern
des Stands der Technik ist, die sich an die Schwankungsgeschwindigkeit
der Versorgungsspannung anlehnt.
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Die
in 2 dargestellten Schwellen sind vorzugsweise symmetrisch
zu V0' (sofern die
jeweiligen Schwellen nicht unterschritten bzw. überschritten wurden), so dass
die beiden Ströme
lof der Stromquellen 70 und 71 vorzugsweise vom
Betrag her gleich sind oder die Beträge derart gewählt sind,
dass sie, zusammen mit den Widerstandswerten der zugehörigen Spannungsteilern,
die gleiche Spannungsdifferenz zu V0 bzw. zur Masse erzeugen, wenn
sie aktiviert sind. Die Spannungsdifferenz dient zur erfindungsgemäßen Anpassung
der Schwellwerte. Ferner ist vorzugsweise das Verhältnis von
R1 + R2 und R3 + R4 im High-Spannungsteiler derselbe wie im Low-Spannungsteiler.
Ferner sind die Aktivierungsschwellen der Spannungsquellen vorzugsweise
identisch und hängen
beispielsweise nur von einer Bandgap-Spannung eines Treibertransistors
ab.
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In 3a ist
der Verlauf des Ausgabesignals des Vergleichers 50, SETs,
zusammen mit den Schwellwerten V1 und V3 und der (spannungsgeteilten)
Anschlussspannung V0' dargestellt.
Das zu unterst dargestellte Signal ist um tFILTER verzögert, wobei diese Zeitdauer
durch das (optionale) Glitch-Filter verursacht ist. Es ist dargestellt,
dass die Pulsbreite des SET-Signals länger als tFILTER ist,
wobei sich die Pulsbreite des SET-Signals aus der Anstiegsgeschwindigkeit
und somit aus der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters ergibt, sowie
aus dem dazugehörigen Ansteigen
des Schwellwertsignals V1 mit Anstieg von V0'. Auf Grund der längeren Dauer des High-Zustands
des SET-Signals
wird die Pegelerhöhung durch
das Glitch-Filter hindurch übertragen.
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Im
Gegensatz hierzu ist in 3b ein
zu kurzes High-Signal von V0' dargestellt,
so dass durch die Pegeländerung
bei Beginn von tFILTER zwar ein SET-Signal
erzeugt wird, das jedoch nicht lang genug ist, um den Glitch-Filter
zu kommen. Der Ausgang des Glitch-Filters SET' übernimmt
somit die Impulsänderung
von SET nicht. Auf diese Weise können kurze
Spannungsspitzen, die fälschlicherweise
für Modulationsereignisse
gehalten werden könnten, von
tatsächlichen
Modulationen unterschieden werden, indem die Zeitdauer des Glitch-Filters
und auch die Zeitdauer des Tiefpass an die Pulsbreite des modulierten
Signals angepasst werden. Hierdurch wird insbesondere die elektromagnetische
Verträglichkeit des
Empfängers
erhöht.
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In 3c ist
ein moduliertes Signal V0' dargestellt,
das mit einem kurzen Spannungseinbruch überlagert ist. Hat die Eingangsspannung
V0' die Triggerschwelle
bereits überschritten/unterschritten, so
wird die Schwelle so angepasst, dass die Störungen mit sehr kleiner Amplitude
den Komparator nicht beeinflusst. Es ist klar zu erkennen, dass
das Empfangssignal der Komparatoren, V2, durch die Erhöhung des
Schwellwerts V1 deutlich von diesem beabstandet ist, so dass keine
falschen Resultate erzeugt werden. Im Vergleich zu 3b kann
in 3c erkannt werden, dass die Störsignale allein durch die Dimensionierung
des Tiefpassfilters (welches den Verlauf von V2 definiert) und durch
die Definition des Pegelsprungs der beiden Schwellwerte V1 und V3 die
Beeinflussung eines Störsignals
verhindert werden kann. Durch die Dimensionierung der entsprechenden
Komponenten bzw. des Glitch-Filters kann somit die elektromagnetische
Verträglichkeit
der Übertragung
erhöht
werden.
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In 3d ist
ein weiteres Ereignis dargestellt, wobei einen kurzen Spannungsanstieg
der Spannung von 0' ein
kurzer durch Störungen
bedingter Spannungseinbruch folgt. Die Spannung V2 steigert mehrmals
den zugehörigen
Schwellwert im Bereich der kleinen nachgelagerten Störung, so
dass sich ein nicht entprelltes SET-Signal ergibt. Es ist ohne weiteres
ersichtlich, dass ein nachgelagertes Glitch-Filter das dargestellte SET-Signal
zu filtern vermag und ein entprelltes Ausgangssignal wiedergibt,
welches den wesentlichen Verlauf von V0', d. h. die Aufwärtsflanke, korrekt wiedergibt.
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In
der 4 ist eine Schaltung dargestellt, die eine bevorzugte
Ausführungsform
eines Schwellwertgenerators detailliert darstellt. Die Schaltung
von 4 umfasst einen High-Vergleicher 150 und
einen daran angeschlossenen, zugehörigen High-Spannungsteiler 120. Das Empfangssignal
V2 wird von einem Tiefpass 160 bereitgestellt, der in bekannter Weise
zusammen mit einem Spannungsteiler 140 ausgebildet ist.
Die beiden Spannungsteiler sind zwischen Versorgungspotential und
Masse angeschlossen. Der High-Schwellwertgenerator 170 empfängt das
Ausgangssignal des Vergleichers 150, d. h. das SET-Signal,
welches über
einen Invertierer 172 und eine MOSFET-Treiberstufe rückgekoppelt
wird. Die Treiberstufe 174 ist an einen Spannungsteiler
bestehend aus zwei Referenzwiderständen Rref1 und
Rref2 angeschlossen bzw. an deren Verknüpfungspunkt. Einer
der Referenzwiderstände,
Rref2, ist mit Masse verbunden, wohingegen
der andere Referenzwiderstand Rref1 über eine
zweite Treiberstufe 176 mit dem High-Spannungsteiler 120 bzw.
der Rückkopplungsanzapfung
verbunden ist. Die Treiberstufe 176 wird angesteuert von
einem rückgekoppelten
Operationsverstärker 178,
an dessen nicht-invertierten Eingang eine Bandlückenspannung VBG anliegt. Diese
lässt sich
ohne weiteres über
einen üblichen
PN-Übergang
erzeugen. Dadurch bezieht sich der Aktivierungspunkt der Stromquelle
des High-Schwellwertgenerators
auf eine Absolutspannung, VBG, die durch zugehörige Bauteile, jedoch nicht
durch die modulierte Versorgungsspannung definiert ist. Zum einen
ließe
sich über
VBG und zum anderen über
die beiden Referenzwiderstände
Rref1 und Rref2 der
Grad des Einflusses auf den zugehörigen Schwellwert verändern. Mit
anderen Worten kann der Betrag, um den der Schwellwert angehoben
oder abgesenkt wird, durch den Wert der Widerstände Rref1,
Rref2, deren Verhältnis zueinander sowie durch
VBG und durch die Eigenschaften der Transistoren 174 und 176 einstellen.
Wie bereits bemerkt, sollte sich der Betrag, um den der Schwellwert
angehoben oder abgesenkt wird, auf den Pegelhub der aufmodulierten
Spannung beziehen, vorzugsweise entspricht der Betrag, um den der
Schwellwert angehoben und abgesenkt wird ca. 40–45% des aufmodulierten Signals,
das beispielsweise ein Signal mit zwei verschiedenen Pegeln ist,
d. h. ein binäres
Signal, und einen Spannungshub zwischen den beiden Pegeln von beispielsweise
3 V vorsieht. Transistor 176 und die beiden Referenzwiderstände Rref1 und Rref2 bilden
mit dem Operationsverstärker 178 einen
Spannungs-Stromwandler.
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Die
zugehörige
Versorgungsspannung beträgt
beispielsweise 12 V (nominell), kann jedoch zwischen 6 V und 30
V schwanken, je nach Ladezustand der Batterie und Aufladestrom des
Generators. Als Vergleich wird vorzugsweise ein Operationsverstärker eingesetzt.
-
In
dieser Beschreibung und in den Ansprüchen sind die einzelnen, mit
den Vorsilben Low- und High- versehenen Komponenten durch diese
Vorsilbe der ansteigenden Flanke (High-), d. h. der zum High-Pegel
führenden
Flanke, und der abfallenden Flanke (Low-), d. h. der zum Low-Pegel
führenden Flanke
zugeordnet. Die Zuordnung betrifft somit nicht eine Zuordnung hinsichtlich
eines Pegels des modulierten Signals, sondern dient zur Kennzeichnung
der zugehörigen
zu erfassenden Taktflanke, die zum jeweligen Pegel führt bzw.
diesem vorausgeht. Neben Modulationssignalen, bei denen beide Taktflanken eine
Rolle spielen, können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch modulierte Signale erfasst werden, bei denen nur eine Flanke,
beispielsweise die steigende Flanke, relevant ist.