DE102012224390A1 - Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug und Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses - Google Patents

Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug und Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfangsanordnung (3) für ein Steuergerät in einem Fahrzeug mit einem Spannungsgenerator (30) zur Erzeugung eines Synchronisationspulses (Psync), welcher eine erste Spannungsquelle (3.1), eine Stromquelle (3.5) und eine Stromsenke (3.6) umfasst, wobei der Spannungsgenerator (30) den Synchronisationspuls (Psync) innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen (Vo, Vu) mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten erzeugt, und wobei die Empfangsanordnung (3) den Synchronisationspuls (Psync) zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung über einen Datenbus (5) an mindestens einen Sensor (7) ausgibt, wobei der Spannungsgenerator (30) den Synchronisationspuls (Psync) über die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) durch Aufladen und/oder Entladen einer Buslast im Wesentlichen als Sinusschwingung erzeugt, sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses (Psync). Erfindungsgemäß vergleicht der Spannungsgenerator (30) einen Spannungswert am Ende (12) des Synchronisationspulses (Psync) mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle (3.2) der Restempfängerschaltung (3.3) und ermittelt eine Spannungsdifferenz (Udiff), wobei der Spannungsgenerator (30) in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz (Udiff) die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) so ansteuert, dass die ermittelte Spannungsdifferenz (Udiff) unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und von einem zugehörigen Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 8.
  • Zur Übertragung von Sensordaten an ein zentrales Steuergerät (ECU) in einem Fahrzeug nutzen periphere Sensoren für Insassenschutzsysteme meist Stromschnittstellen (z.B. PAS4, PSI5). Bei Stromschnittstellen der neuesten Generation (PSI5) wird mittels Synchronisierung der Busbetrieb mit mehreren Sensoren an einem Empfänger ermöglicht. Für die Funktion der Synchronisierung wird vom zentralen Steuergerät (ECU) ein Arbeitstakt in Form eines Spannungspulses erzeugt, welcher von den Sensoren am Bus detektiert wird und den Beginn eines neuen Zyklus für die Datenübertragung kennzeichnet. Dieser Spannungspuls wird als Synchronisationspuls bezeichnet und entsteht mit Hilfe von Stromquellen und Stromsenken, welche die Buslast auf- bzw. entladen. Typischerweise wird dieser Spannungspuls alle 500 µs wiederholt.
  • Damit ein synchrones Bussystem mit einem Sensor oder mehreren Sensoren funktioniert, ist es wichtig, dass der Synchronisationspuls für alle möglichen Buskonfigurationen und unter allen möglichen Betriebsbedingungen eine bestimmte Form und ein bestimmtes zeitliches Verhalten aufweist. Daher wird bei bekannten synchronen Bussystemen in der Regel ein trapezförmiger Synchronisationspuls mit einer vorgegebenen Flankensteilheit verwendet. Hierbei liegt die Flankensteilheit zwischen einer Flankensteilheit einer ersten Kennlinie, welche eine untere Grenze repräsentiert, und einer Flankensteileinheit einer zweiten Kennlinie, welche eine obere Grenze repräsentiert. Während des synchronen Busbetriebs führt die Trapezform des Synchronisationspulses durch den hohen Oberwellenanteil zu verstärkter elektromagnetischer Abstrahlung (EMV) im Frequenzspektrum der Signalübertragung. Dem kann in gewissem Maße beispielsweise durch einen Synchronisationspuls entgegengewirkt werden, welcher eine Trapezform mit vier abgerundeten Ecken aufweist.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 370 A1 werden eine Empfangseinrichtung zum Aufnehmen von Stromsignalen, eine Schaltungsanordnung mit einer solchen Empfangseinrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Stromsignalen über ein Bussystem beschrieben. Die beschriebene Empfangseinrichtung umfasst zum Aufnehmen von Stromsignalen mehrerer Sender mindestens zwei Busanschlusseinrichtungen, wobei jede Busanschlusseinrichtung zum Anschluss an jeweils mindestens eine Busverbindung ausgebildet ist, und eine Steuereinrichtung zur Ausgabe von Synchronisationspulsen an die Busanschlusseinrichtungen zur Synchronisierung der Sender. Die Busanschlusseinrichtungen geben die Synchronisationspulse mit mindestens einem Zeitversatz zueinander an die mehreren Sender aus, wobei die Synchronisationspulse jeweils eine Trapezform mit abgerundeten Ecken ausweisen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 haben demgegenüber den Vorteil, dass beim Start des Synchronisationspulses eine korrekte Übernahme des Ruhestroms durch die Stromquellen des Synchronisationspulsgenerators gewährleistet wird.
  • Durch die automatische Regelung des Ruhestroms in der Restempfängerschaltung, die zum gegenwärtigen Stand der Technik gehört, ist ein Maß für die Größe des Ruhestroms vorhanden. Diese Information kann vom Spannungsgenerator zur Erzeugung des Synchronisationspulses verwendet werden, um den Ruhestrom mit den Lade- bzw. Entladestromquellen korrekt zu übernehmen. Bei dieser Übernahme kann es zu Ungenauigkeiten kommen, da die Schaltung zur Erfassung des Ruhestroms unabhängig ist von der Schaltung zur Erzeugung des Synchronisationspulses.
  • Der Kern der Erfindung liegt in der Minimierung der Ungenauigkeiten bei der Übernahme des Ruhestroms aus der Spannungsversorgung des Empfängers durch die Lade- und Entladestromquellen zur Erzeugung des Synchronisationspulses. Zusätzlich unterstützen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Einhaltung der Grenzen gemäß der aktuellen PSI5 Spezifikation.
  • Da der Spannungsgenerator zur Erzeugung des Synchronisationspulses und die Schaltung zur Erfassung des Ruhestroms in der Restempfängerschaltung unabhängig voneinander sind, kann sich der von der Ruhestromregelung erfasste Strom von dem vom Synchronisationspulsgenerator angesteuerten Strom unterscheiden. Ist der Ladestrom aus dem Spannungsgenerator beispielsweise größer als der Ruhestrom der Restempfängerschaltung, kann dies am Ende des Synchronisationspulses zu einem positiven Spannungsoffset bzw. einer positiven Spannungsdifferenz führen. Ist der Ladestrom aus dem Spannungsgenerator kleiner als der Ruhestrom, kann dies am Ende des Synchronisationspulses zu einem negativen Spannungsoffset bzw. zu einer negativen Spannungsdifferenz führen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beginnen den Synchronisationspuls mit einer Spannung, welche ungefähr dem Wert einer Ruhespannung der Versorgungsspannung der zweiten Spannungsquelle entspricht und in der Regel keine deutliche Spannungsdifferenz bzw. keinen deutlichen Spannungsoffset aufweist. Dies ist darin begründet, dass die Buskapazität den Strom auf dem Bus integriert und kurze Einbrüche oder Anhebungen im Strom geglättet in der Spannung darstellt. Die Spannungsdifferenz ist daher am deutlichsten am Ende des Synchronisationspulses erkennbar. Daher wird die Pulsspannung des erzeugten Synchronisationspulses gegen Ende des Synchronisationspulses überwacht und kontinuierlich mit der von der zweiten Spannungsquelle erzeugten Versorgungsspannung für den Empfänger verglichen. Sollte sich die Pulsspannung von der Versorgungsspannung unterscheiden, so wird die Ansteuerung der Stromquelle und der Stromsenke entsprechend angepasst.
  • Zudem kann durch die sinusförmige Ausbildung des Synchronisationspulses in den vorgegebenen Grenzen eine möglichst geringe elektromagnetische Abstrahlung, insbesondere im Spektralbereich der Signalübertragung (100kHz bis 300kHz), erreicht werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug zur Verfügung, welche einen Spannungsgenerator zur Erzeugung eines Synchronisationspulses aufweist, welcher eine erste Spannungsquelle, eine Stromquelle und eine Stromsenke umfasst. Der Spannungsgenerator erzeugt den Synchronisationspuls innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten, und die Empfangsanordnung gibt den Synchronisationspuls zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung über einen Datenbus an mindestens einen Sensor aus. Der Spannungsgenerator erzeugt den Synchronisationspuls über die Stromquelle und die Stromsenke durch Aufladen und/oder Entladen einer Buslast im Wesentlichen als Sinusschwingung. Erfindungsgemäß vergleicht der Spannungsgenerator einen Spannungswert am Ende des Synchronisationspulses mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle der Restempfängerschaltung und ermittelt eine Spannungsdifferenz. Der Spannungsgenerator steuert in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz die Stromquelle und die Stromsenke so an, dass die ermittelte Spannungsdifferenz unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt. Vorzugsweise wird versucht, die Spannungsdifferenz auf 0V zu regeln. Hierbei kann die Stromquelle beispielsweise Stromwerte bereitstellen, welche größer oder gleich 0mA sind, und die Stromsenke kann beispielsweise Stromwerte bereitstellen, welche kleiner als 0mA sind.
  • Zudem wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung zwischen einer Empfangsanordnung und mindestens einem Sensor über einen Datenbus in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Der Synchronisationspuls wird innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten erzeugt und zu Beginn der Signalübertragung zwischen dem mindestens einen Sensor und der Empfängeranordnung von der Empfängeranordnung an den mindestens einen Sensor übertragen, wobei der Synchronisationspuls im Wesentlichen als Sinusschwingung erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird ein Spannungswert am Ende des Synchronisationspulses mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle der Restempfängerschaltung verglichen und eine Spannungsdifferenz ermittelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz werden die Stromquelle und die Stromsenke so angesteuert, dass die ermittelte Spannungsdifferenz unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt. Vorzugsweise wird versucht, die Spannungsdifferenz auf 0V zu regeln.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der Spannungsgenerator mindestens eine digitale Ansteuerschaltung und mindestens einen Digital-Analog-Wandler umfasst, welche einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromquelle und die Stromsenke ausgeben. So können beispielsweise eine erste digitale Ansteuerschaltung und ein erster Digital-Analog-Wandler einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromquelle ausgeben. Eine zweite digitale Ansteuerschaltung und ein zweiter Digital-Analog-Wandler können ebenfalls einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromsenke ausgeben. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sehr robuste Realisierung des Synchronisationspulses und eine reduzierte elektromagnetische Abstrahlung. Hinzu kommt, dass die Ansteuerung des Synchronisationspulses vollständig in den Digitalteil der Schaltung ausgelagert werden kann, was aufgrund der immer fortschrittlicheren Skalierung der Halbleitertechnologie zu einer flächeneffizienten Lösung führen kann. Eine Spannungsversorgung des Empfängers kann während des Synchronisationspulses vom Datenbus abgekoppelt werden, während der Spannungsgenerator zur Erzeugung des Synchronisationspulses aktiviert wird. Da der Spannungsgenerator zur Erzeugung des Synchronisationspulses eine Stromquelle und eine Stromsenke umfasst, kann die Notwendigkeit für einen zusätzlichen Schalter in Serie mit der Stromquelle und der Stromsenke entfallen. Alternativ können eine gemeinsame digitale Ansteuerschaltung und ein gemeinsamer Digital-Analog-Wandler einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromquelle und die Stromsenke ausgeben. Durch eine gemeinsame Nutzung der digitalen Ansteuerschaltung und des Digital-Analog-Wandlers kann die Anzahl der Bauteile des Spannungsgenerators reduziert und Layoutfläche eingespart werden.
  • Die Form des Synchronisationspulses kann entweder im Digitalteil bzw. in der digitalen Ansteuerschaltung hinterlegt oder mit Hilfe eines Algorithmus berechnet werden. Der Digital-Analog-Wandler erzeugt aus einem N-Bit Datenwort einen Referenzstrom, welcher über die Stromquelle bzw. Stromsenke auf den Datenbus geleitet wird und die am Datenbus anliegende Last auflädt bzw. entlädt. Um einen im Wesentlichen sinusförmigen Synchronisationspuls, d.h. einen sinusförmigen oder einen annähernd sinusförmigen Synchronisationspuls, zu erzeugen, wird sowohl die Stromquelle als auch die Stromsenke sinusförmig oder annähernd sinusförmig angesteuert. Die Auflösung des Datenworts kann aus Abstrahlgründen derart gewählt werden, dass der Synchronisationspuls ohne signifikante Sprünge abgebildet werden kann. Die Kapazität der Buslast integriert den Busstrom und glättet auf diese Weise die Spannung auf dem Datenbus.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Empfangsanordnung kann die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung den Synchronisationspuls basierend auf dem Ruhestrom und der Buslast regeln. Vorzugsweise liefert eine Ruhestromregelung der Restempfängerschaltung ein Maß für den Ruhestrom. Des Weiteren kann eine erreichte Synchronisationspulsamplitude ein Maß für die Buslast liefern. Die Synchronisationspulsamplitude kann durch eine Bewertung der Busspannung ermittelt werden. Die Information über die erreichte Synchronisationspulsamplitude wird über die Bewertung der Busspannung gewonnen. Zur Bewertung der Busspannung wird beispielsweise eine Entscheidungsschwelle definiert und innerhalb eines definierten Zeitfensters, beispielsweise von einem Komparator überwacht. Die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung erkennt eine zu hohe Synchronisationspulsamplitude, wenn der Synchronisationspuls die Entscheidungsschwelle zu einem Zeitpunkt erreicht, welcher vor dem Zeitfenster liegt. Die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung erkennt eine zu niedrige Synchronisationspulsamplitude, wenn der Synchronisationspuls die Entscheidungsschwelle während einer Periodendauer des Synchronisationspulses nicht erreicht. Die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung erkennt eine korrekte Synchronisationspulsamplitude, wenn der Synchronisationspuls die Entscheidungsschwelle zu einem Zeitpunkt erreicht, welcher innerhalb des Zeitfensters liegt. Prinzipiell lässt sich die Bewertung der Synchronisationspulsamplitude an einer beliebigen Stelle des Synchronisationspulses durchführen, beispielsweise auch entlang der steigenden oder fallenden Flanke. Allerdings sind die geringsten Toleranzen und damit die zuverlässigste Regelung in der Umgebung des Maximums der Pulsspannung zu erwarten, da die Spannung hier den kleinsten Änderungen unterliegt. Die Dauer des Synchronisationspulses wird konstant gehalten, während die Stufenhöhen des vom Digital-Analog-Wandler ausgegebenen Referenzstromes entsprechend der Information aus der Amplitudenbewertung skaliert werden können. Die Stufenhöhe kann beispielsweise aus der Multiplikation der minimal möglichen Stufenhöhe mit einem Skalierungsfaktor berechnet werden. Die minimale Stufenhöhe ergibt sich aus dem minimalen Strom aus der Stromquelle bzw. Stromsenke. Der Skalierungsfaktor wird bei einem zu niedrigen Synchronisationspuls vergrößert und bei einem zu hohen Synchronisationspuls verkleinert, bis die richtige Höhe erreicht wird und die Entscheidungsschwelle innerhalb des Zeitfensters überschritten wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Sensoranordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Empfängeranordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug, welche einen optimierten Synchronisationspuls erzeugt und ausgibt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Form und des zeitlichen Verhaltens eines erfindungsgemäß optimierten Synchronisationspulses innerhalb der vorgegebenen Grenzen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Busspannung während eines Synchronisationspulses bei einem Synchronisationsstrom, welcher größer als ein Ruhestrom ist.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs des Busstroms während des Synchronisationspulses aus 3.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Busspannung während eines Synchronisationspulses bei einem Synchronisationsstrom, welcher kleiner als der Ruhestrom ist.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs des Busstroms während des Synchronisationspulses aus 5.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Busspannung während eines optimierten Synchronisationspulses bei einem Synchronisationsstrom, welcher gleich dem Ruhestrom ist.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs des Busstroms während des Synchronisationspulses aus 7.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 1 einen Datenbus 5, mindestens einen Sensor 7 und ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Empfangsanordnung 3 für ein Steuergerät in einem Fahrzeug. Die erfindungsgemäße Empfangsanordnung 3 umfasst einen Spannungsgenerator 30 zur Erzeugung eines Synchronisationspulses Psync mit einer ersten Spannungsquelle 3.1, einer Stromquelle 3.5 und einer Stromsenke 3.6. Der Spannungsgenerator 30 erzeugt den Synchronisationspuls Psync über die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 durch Aufladen und/oder Entladen einer Buslast im Wesentlichen als Sinusschwingung. Die Empfangsanordnung 3 gibt den Synchronisationspuls Psync zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung über den Datenbus 5 an den mindestens einen Sensor 7 aus. Erfindungsgemäß vergleicht der Spannungsgenerator 30 einen Spannungswert am Ende 12 des Synchronisationspulses Psync mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle 3.2 der Restempfängerschaltung 3.3 und ermittelt eine Spannungsdifferenz Udiff. Der Spannungsgenerator 30 steuert in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz Udiff die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 so an, dass die ermittelte Spannungsdifferenz Udiff unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt. Vorzugsweise wird versucht, die Spannungsdifferenz Udiff auf 0V zu regeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Stromquelle 3.5 Stromwerte bereit, welche größer oder gleich 0mA sind, und die Stromsenke 3.6 stellt Stromwerte bereit, welche kleiner als 0mA sind.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, erzeugt der Spannungsgenerator 30 den Synchronisationspuls Psync innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen Vo, Vu mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten. Die Empfangsanordnung 3 gibt den Synchronisationspuls Psync zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung über den Datenbus 5 an den mindestens einen Sensor 7 aus. Damit ein synchrones Bussystem mit einem Sensor 7 oder mehreren Sensoren funktioniert, weist der dargestellte Synchronisationspuls Psync für alle möglichen Buskonfigurationen und unter allen möglichen Betriebsbedingungen eine bestimmte Form und ein bestimmtes zeitliches Verhalten auf. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, weist der Synchronisationspuls Psync eine Flankensteilheit auf, welche durch die Flankensteilheit einer ersten Kennlinie, welche die untere Grenze Vu repräsentiert, und die Flankensteilheit einer zweiten Kennlinie, welche die obere Grenze Vo repräsentiert, vorgegeben wird. Durch die Sinusform oder die sinusähnliche Form ist der Synchronisationspuls Psync in den vorgegebenen Grenzen Vu, Vo derart optimiert, dass eine möglichst geringe elektromagnetische Abstrahlung, insbesondere im Spektralbereich der Signalübertragung (100kHz bis 300kHz) erreicht werden kann, welche auf den Bereich der Grundwellen des Synchronisationspulses Psync beschränkt bleibt.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Empfangsanordnung 3 den Spannungsgenerator 30, welcher eine gemeinsame digitale Ansteuerschaltung 32 und einen gemeinsamen Digital-Analog-Wandler 34 umfasst, welche einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 ausgeben. Durch die gemeinsame Nutzung der digitalen Ansteuerschaltung 32 und des Digital-Analog-Wandlers 34 für die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 lässt sich die Anzahl der Bauelemente des Spannungsgenerators 30 reduzieren. Dadurch spart der Spannungsgenerator 30 Layoutfläche bzw. Siliziumfläche ein. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ermöglicht eine sehr robuste Realisierung des Synchronisationspulses Psync und eine reduzierte elektromagnetischen Abstrahlung. Zudem kann die Ansteuerung der Stromquelle 3.5 und der Stromsenke 3.6 zur Erzeugung des Synchronisationspulses Psync vollständig in den Digitalteil der Empfangsanordnung 3 ausgelagert werden, was aufgrund der immer fortschrittlicheren Skalierung der Halbleitertechnologie zu einer flächeneffizienten Lösung führt.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, wird eine Spannungsversorgung 3.2 der restlichen Schaltkreise 3.3 der Empfangsanordnung 3 während der Erzeugung und Ausgabe des Synchronisationspulses Psync über eine Schalteinheit 3.4 vom Datenbus 5 abgekoppelt, während der Spannungsgenerator 30 zur Erzeugung des Synchronisationspulses Psync aktiviert wird. Da der Spannungsgenerator 30 die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 umfasst, entfällt die Notwendigkeit für einen zusätzlichen Schalter in Serie mit der Stromquelle 3.5 und der Stromsenke 3.6.
  • Die Form des Synchronisationspulses Psync ist entweder im Digitalteil bzw. in der digitalen Ansteuerschaltung 32 hinterlegt oder wird im Digitalteil bzw. in der digitalen Ansteuerschaltung 32 mit Hilfe eines Algorithmus berechnet. Mindestens ein Digital-Analog-Wandler 34 erzeugt aus dem N-Bit Datenwort einen Referenzstrom, welcher über die Stromquelle 3.5 bzw. Stromsenke 3.6 auf den Datenbus geleitet wird und die am Datenbus anliegende Last auf- bzw. entlädt. Um einen sinusförmigen oder annähernd sinusförmigen Synchronisationspuls Psync aus 2 zu erzeugen, werden sowohl die Stromquelle 3.5 als auch die Stromsenke 3.6 sinusförmig oder annähernd sinusförmig angesteuert.
  • Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, werden Anforderungen an die Form und Flankensteilheit des Synchronisationspulses Psync gestellt. Zum einen darf die Flankensteilheit nicht zu gering sein, da dies höhere Toleranzen der Erkennungszeit der Sensoren 7 zur Folge hat. Dies wiederum kann die maximale Anzahl an Sensoren 7 beschränken und somit den Datendurchsatz reduzieren. Zum anderen darf die Flankensteilheit nicht zu hoch sein, da dies zu verstärkter elektromagnetischer Abstrahlung führt. Zwei Größen, welche das Verhalten des Synchronisationspulses Psync stark beeinflussen, sind die Buslast und der Ruhestrom des Sensors 7 bzw. der Sensoren. Verschiedene Bus- und Sensorkonfigurationen weisen stark unterschiedliche Lasten und Ruheströme auf. Um trotz dieser starken Buslast- und Ruhestromvariationen einen Synchronisationspuls Psync innerhalb der vorgegebenen Grenzen Vu, Vo darstellen zu können, wird eine Regelung des Busstroms IBus bzw. der Busspannung UBus durchgeführt.
  • Die digitale Ansteuerschaltung 32 verwendet die Information über den Ruhestrom I0 aus einer Ruhestromregelung 10 der Restempfängerschaltung 3.3 und eine Information über die erreichte maximale Synchronisationspulsamplitude zur Regelung des Synchronisationspulses Psync. Die Kenntnis des Ruhestroms wird verwendet, um beim Start des Synchronisationspulses Psync eine korrekte Übernahme des Ruhestroms durch die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 des Synchronisationspulsgenerators 30 zu gewährleisten. Als Synchronisationspulsgenerator wird der Spannungsgenerator 30 bezeichnet, welcher den Synchronisationspuls Psync erzeugt und die mindestens eine digitale Ansteuerung 32, den mindestens einen Digital-Analog-Wandler 34, die Stromquelle 3.5, die Stromsenke 3.6 und die Spannungsversorgung 3.1 für die Stromquelle 3.5 umfasst. Die maximale Synchronisationspulsamplitude wird durch die Bewertung der Busspannung UBus ermittelt. Zur Bewertung der Busspannung UBus können beispielsweise eine Entscheidungsschwelle und ein Zeitfenster definiert werden. Die Bewertung der Busspannung UBus und eine korrespondierende Regelung stellen die gewünschte Form des Synchronisationspulses Psync zwischen Start- und Endpunkt des Synchronisationspulses Psync sicher. Die Regelung stellt jedoch nicht sicher, dass die Busspannung UBus, auf welche der Synchronisationspuls Psync aufsetzt, vom Spannungsgenerator 30, welcher den Synchronisationspuls Psync erzeugt, korrekt übernommen wird. Hierzu verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Aussage über die Ruhespannung bzw. den Ruhestrom auf dem Bus 5 als auch eine Regelung, welche die Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Ruhespannung bzw. des Ruhestroms und der anschließenden Ansteuerung der Lade- und Entladestromquellen bzw. der Stromquelle 3.5 und der Stromsenke 3.6 des Spannungsgenerators 30 minimiert.
  • Durch die automatische Regelung des Ruhestroms, die zum gegenwärtigen Stand der Technik gehört ist ein Maß für die Größe des Ruhestroms vorhanden. Diese Information wird vom Spannungsgenerator 30 zur Erzeugung des Synchronisationspulses Psync verwendet, um den Ruhestrom mit den Lade- bzw. Entladestromquellen bzw. der Stromquelle 3.5 und der Stromsenke 3.6 korrekt zu übernehmen. Die Information über den aktuellen Ruhestrom wird von der Ruhestromregelung 10 bereitgestellt, die im Block „restliche Empfängerschaltung 3.3" angeordnet ist. Da der Spannungsgenerator 30 zur Erzeugung des Synchronisationspulses Psync und die Ruhestromregelung 10 unabhängig voneinander sind, kann sich der von der Ruhestromregelung 10 erfasste Strom von dem vom Spannungsgenerator 30 erzeugten Strom unterscheiden. Dieser Zustand ist in den folgenden Abbildungen dargestellt.
  • 3 zeigt den Verlauf der Busspannung UBus des Synchronisationspulses Psync_pO und 4 zeigt den korrespondierenden Verlauf des Busstroms IBus, wenn der Synchronisationsstrom Isync_g zum Zeitpunkt der Übernahme größer als der Ruhestrom ist. Da der Ladestrom Isync_g aus dem Spannungsgenerator 30 größer als der Ruhestrom ist, endet der Synchronisationspuls Psync_pO auf einem höheren Wert als die Ruhespannung, so dass der Synchronisationspuls Psync_pO am Ende eine positive Spannungsdifferenz Udiff bzw. einen positiven Spannungsoffset aufweist.
  • 5 zeigt den Verlauf der Busspannung UBus des Synchronisationspulses Psync_nO und 6 zeigt den korrespondierenden Verlauf des Busstroms IBus, wenn der Synchronisationsstrom Isync_k zum Zeitpunkt der Übernahme kleiner als der Ruhestrom ist. Da der Ladestrom Isync_k aus dem Spannungsgenerator 30 kleiner als der Ruhestrom ist, endet der Synchronisationspuls Psync_nO auf einem niedrigeren Wert als die Ruhespannung, so dass der Synchronisationspuls Psync_nO am Ende eine negative Spannungsdifferenz Udiff bzw. einen negativen Spannungsoffset aufweist.
  • In den Darstellungen gemäß 7 und 8 wurde der Ruhestrom korrekt von den Lade- und Entladestromquellen bzw. von der Stromquelle 3.5 und der Stromsenke 3.6 des Spannungsgenerators 30 übernommen und sowohl der Stromverlauf als auch der Spannungsverlauf des Synchronisationspulses Psync sind frei von Offsets.
  • In 3 bis 6 beginnt der Synchronisationspuls Psync_pO bzw. der Synchronisationspuls Psync_nO mit einer Spannung, die ungefähr der Ruhespannung entspricht und in der Regel kein deutliches Offset aufweist. Diese Beobachtung liegt darin begründet, dass die Buskapazität den Strom IBus auf dem Bus 5 integriert und kurze Einbrüche oder Anhebungen im Strom geglättet in der Spannung darstellt. Die Offsetspannung ist daher am deutlichsten am Ende 12 des Synchronisationspulses Psync erkennbar. Um den Zustand in 7 und 8 zu ermöglichen, wird die Pulsspannung daher im eingekreisten Bereich, also gegen Ende 12 des Synchronisationspulses Psync, überwacht und kontinuierlich mit der Versorgungsspannung für den Empfänger verglichen. Sollte sich die Pulsspannung von der Versorgungsspannung unterscheiden, so wird die Ansteuerung des Digital-Analog-Wandlers 34 durch die digitale Ansteuerschaltung 32 des Spannungsgenerators 30 entsprechend angepasst.
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines Synchronisationspulses Psync zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung zwischen der Empfangsanordnung 3 und mindestens einem Sensor 7 über einen Datenbus 5 in einem Fahrzeug erzeugen den Synchronisationspuls Psync innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen Vo, Vu mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten. Zu Beginn der Signalübertragung zwischen dem mindestens einen Sensor 7 und der Empfängeranordnung 3 wird der Synchronisationspuls Psync von der Empfängeranordnung 3 an den mindestens einen Sensor 7 übertragen. Der Synchronisationspuls Psync wird im Wesentlichen als Sinusschwingung erzeugt. Erfindungsgemäß werden ein Spannungswert am Ende 12 des Synchronisationspulses Psync mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle 3.2 des Restempfängerschaltung 3.3 verglichen und eine Spannungsdifferenz Udiff ermittelt, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz Udiff die Stromquelle 3.5 und die Stromsenke 3.6 so angesteuert werden, dass die ermittelte Spannungsdifferenz Udiff unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009001370 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug mit einem Spannungsgenerator (30) zur Erzeugung eines Synchronisationspulses (Psync), welcher eine erste Spannungsquelle (3.1), eine Stromquelle (3.5) und eine Stromsenke (3.6) umfasst, wobei der Spannungsgenerator (30) den Synchronisationspuls (Psync) innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen (Vo, Vu) mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten erzeugt, und wobei die Empfangsanordnung (3) den Synchronisationspuls (Psync) zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung über einen Datenbus (5) an mindestens einen Sensor (7) ausgibt, wobei der Spannungsgenerator (30) den Synchronisationspuls (Psync) über die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) durch Aufladen und/oder Entladen einer Buslast im Wesentlichen als Sinusschwingung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsgenerator (30) einen Spannungswert am Ende (12) des Synchronisationspulses (Psync) mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle (3.2) der Restempfängerschaltung (3.3) vergleicht und eine Spannungsdifferenz (Udiff) ermittelt, wobei der Spannungsgenerator (30) in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz (Udiff) die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) so ansteuert, dass die ermittelte Spannungsdifferenz (Udiff) unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt.
  2. Empfangsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsgenerator (30) mindestens eine digitale Ansteuerschaltung (32) und mindestens einen Digital-Analog-Wandler (34) umfasst, welche einen im Wesentlichen sinusförmigen Referenzstrom erzeugen und an die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) ausgeben.
  3. Empfangsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (3.5) Stromwerte bereitstellt, welche größer oder gleich 0mA sind, wobei die Stromsenke (3.6) Stromwerte bereitstellt, welche kleiner als 0mA sind.
  4. Empfangsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung (32) die vorgegebene Form und das vorgegebene zeitliche Verhalten des Synchronisationspulses (Psync) speichert und/oder berechnet, wobei die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung (32) entsprechende digitale Datenworte an den mindestens einen Digital-Analog-Wandler (34) ausgibt.
  5. Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine digitale Ansteuerschaltung (32) den Synchronisationspuls (Psync) basierend auf einem Ruhestrom und der Buslast regelt.
  6. Empfangsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ruhestromregelung (10) der Restempfängerschaltung (3.3) ein Maß für den Ruhestrom liefert.
  7. Empfangsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erreichte Synchronisationspulsamplitude ein Maß für die Buslast liefert, wobei die Synchronisationspulsamplitude durch eine Bewertung der Busspannung (UBus) ermittelbar ist.
  8. Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses zur Synchronisierung einer nachfolgenden Signalübertragung zwischen einer Empfangsanordnung (3) und mindestens einem Sensor (7) über einen Datenbus (5) in einem Fahrzeug, wobei der Synchronisationspuls (Psync) innerhalb von vorgegebenen Spezifikationsgrenzen (Vo, Vu) mit einer vorgegebenen Form und einem vorgegebenen zeitlichen Verhalten erzeugt und zu Beginn der Signalübertragung zwischen dem mindestens einen Sensor (7) und der Empfängeranordnung (3) von der Empfängeranordnung (3) an den mindestens einen Sensor (7) übertragen wird, wobei der Synchronisationspuls (Psync) im Wesentlichen als Sinusschwingung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswert am Ende (12) des Synchronisationspulses (Psync) mit einem korrespondierenden Spannungswert einer Versorgungsspannung einer zweiten Spannungsquelle (3.2) des Restempfängerschaltung (3.3) verglichen und eine Spannungsdifferenz (Udiff) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Spannungsdifferenz (Udiff) die Stromquelle (3.5) und die Stromsenke (3.6) so angesteuert werden, dass die ermittelte Spannungsdifferenz (Udiff) unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt.
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