DE102014115493B3

DE102014115493B3 - Empfänger und Verfahren zum Empfangen eines Signals

Info

Publication number: DE102014115493B3
Application number: DE102014115493.2A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt; Wolfgang Scherr
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-10-25
Also published as: US20160119006A1; US9467185B2; CN105550132B; CN105550132A

Abstract

Ein Empfänger umfasst eine Empfängerschaltung zum Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals und eine Abtastschaltung zum Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion und zum Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht, wobei die Quantisierungsfunktion eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten abbildet.

Description

GEBIET
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Empfänger und ein Verfahren zum Empfangen eines Signals, das zum Beispiel verwendet werden kann, um einen Datenwert zu empfangen, der in einem pulsbreiten-codierten Signal codiert ist.
HINTERGRUND
In vielen Bereichen der Technik sind Daten in einem System von einem Ort zu einem anderen zu übertragen. Beispiele kommen von allen Arten von auszuführenden Anwendungen und Aufgaben, zum Beispiel einschließlich des Sammelns von sensorbezogenen Daten aus einem Sensor, der an einem unterschiedlichen Ort angeordnet ist als seine entsprechende Steuer- oder Verarbeitungseinheit, die zum Beispiel für das Sammeln und Vorverarbeiten der Daten verantwortlich ist. Zu anderen Beispielen gehören zum Beispiel das Schreiben und/oder Lesen von Daten aus einem Speicher, der sich an einem unterschiedlichen Ort befindet, das Bereitstellen von Steuersignalen an einen Aktuator, das Lesen von Daten von einer oder Bereitstellen von Daten an eine Benutzerschnittstelle, um nur einige Beispiele zu nennen.
Während in vielen Bereichen der Technik und Anwendungsbereichen Daten unter Verwendung von hoch fortschrittlichen Übertragungsschemata übertragen werden können, besteht eine Tendenz, die zum Übertragen von Daten verwendete Infrastruktur zu vereinfachen. Bei einigen der Bereiche und Anwendungen können vergleichsweise erschwerte Betriebsbedingungen vorhanden sein, die zum Beispiel Störungen bei den Übertragungen verursachen. Allerdings kann auch unter diesen schwierigeren Betriebsbedingungen die Verfügbarkeit der Daten wichtig oder sogar entscheidend für das Betreiben des entsprechenden Systems sein.
Während hoch entwickelte Übertragungsschemata und ihre Infrastrukturen dazu geeignet sein können, selbst unter sehr schwierigen Betriebsbedingungen zu arbeiten, ist die Tendenz, die zum Übertragen der Daten notwendige Infrastruktur zu vereinfachen, auch bei diesen Umgebungen vorhanden. Dies kann die einem Entwerfer zur Verfügung stehenden Optionen einschränken, um den Einfluss von Störungen auf die Signalübertragung zu reduzieren. Zu den Beispielen von Optionen, die einem Systementwerfer möglicherweise nicht zur Verfügung stehen, gehören zusätzliche Abschirmmaßnahmen, ein Erhöhen der verfügbaren Rechenleistung, damit ausgefeiltere Fehlerkorrekturcodes verwendet werden können, ein Erhöhen der Signalenergie, um das Signal-Rauschen-Verhältnis zu verstärken, und ähnliche Optionen.
Gleichwohl können eine robuste Operation eines solchen Systems, eine vergleichsweise einfache Implementierung und eine robuste Übertragung von Daten nach wie vor wünschenswert sein. Gleichzeitig besteht ein Wunsch, die verfügbare Bandbreite oder – anders ausgedrückt – den verfügbaren Datendurchsatz zu erhöhen.
Im Bereich von Hochvolumenarchitekturen und/oder kostengünstigen Implementierungen kann das Finden einer Lösung für diese Herausforderung noch relevanter sein als in anderen Bereichen der Technik. Zum Beispiel können bei motorisierten Fahrzeugen Kommunikationsverbindungen, über die unterschiedliche Komponenten miteinander kommunizieren und Daten übertragen, einer Vielzahl von harten Betriebsbedingungen und einer Vielzahl von Verzerrungen unterschiedlicher Typen unterliegen. Verzerrungen können zum Beispiel von elektrischen Impulsen kommen, die verwendet werden, um Systeme eines Fahrzeugs zu betreiben, die ihrerseits kapazitiv oder induktiv in die Übertragungsverbindung koppeln. Die Situation kann durch Umgebungsbedingungen weiter verschlechtert werden, was zumindest teilweise zu einer Signalverschlechterung führen oder sogar zusätzliche Typen von Verzerrungen einführen kann. Unter den Umgebungsbedingungen können zum Beispiel große Schwankungen der Umgebungstemperatur, der Einfluss von Feuchtigkeit und Vibrationen sein, um nur einige Quellen für zusätzliche Verzerrungen zu nennen.
Obwohl im Fall von elektrischen Systemen und elektrischen Signalübertragungsschemata diese Einflüsse und Verzerrungen bedeutender sein können als bei anderen Übertragungsschemata, können sich ähnliche Herausforderungen auch beim Verwenden nicht elektrischer Signale ergeben, zum Beispiel magnetischer Signale, optischer Signale oder anderer Signale, um Daten zu übertragen oder auszutauschen. Ferner können sich ähnliche Herausforderungen auch bei Systemen ergeben, bei denen es sich nicht um fahrzeugbasierte Systeme handelt. Ferner können vergleichbare Situationen auch in anderen Bereichen der Technik existieren, einschließlich Nichthochvolumenarchitekturen und/oder nicht kostengünstiger Anwendungen.
Die US 2008/0192873 A1 beschreibt einen einschleifigen Frequenz- und Phasen-Detektor mit einem Phasendetektor, der ein Eingangsdatensignal empfängt und eine Phase des Eingangsdatensignals mit einer Phase eines Taktsignals vergleicht. Wenn der Phasendetektor eine Phasendifferenz zwischen dem Eingangsdatensignal und dem Taktsignal detektiert, erzeugt er ein Phasenkorrektursignal, um die Phase des Taktsignals anzupassen. Das Phasenkorrektursignal kann ein Up-Signal oder ein Down-Signal umfassen. Das Up-Signal erhöht, das Down-Signal senkt die Phase und die Frequenz des Taktsignals.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher besteht ein Bedarf zum Verbessern eines Kompromisses zwischen der Robustheit eines Systems, bei dem Daten selbst unter widrigen Betriebsbedingungen übertragen werden, einem Vereinfachen einer solchen Implementierung oder Architektur und der verfügbaren Bandbreite zum Übertragen von Daten.
Dieser Bedarf kann durch einen Empfänger oder ein Verfahren gemäß einem der unabhängigen Ansprüche erfüllt werden.
Ein Empfänger umfasst eine Empfängerschaltung zum Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals und einer Abtastschaltung zum Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion und zum Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht. Die Quantisierungsfunktion bildet eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten ab.
Es kann möglich sein, den vorgenannten Kompromiss zwischen der Robustheit eines solchen Systems selbst unter widrigen Betriebsbedingungen, einem Vereinfachen der Implementierung und der verfügbaren Bandbreite der Infrastruktur durch Verwenden eines Empfängers zu verbessern, der verifiziert, ob der Übergang eines Pulses in den vorbestimmten Bereich in Bezug auf eine erwartete Position fällt, oder ob er von der erwarteten Position um mehr als den vorbestimmten Bereich abweicht. Im letzteren Fall nimmt der Empfänger ein unerwartetes Ereignis an, zum Beispiel eine Verzerrung, die störend auf ein Signal einwirkt, das den Puls und den Übergang umfasst. In diesem Fall erzeugt die Abtastschaltung des Empfängers ein Signal, das das unerwartete Ereignis anzeigt.
Daher kann es durch Einsetzen einer vergleichsweise einfachen Überabtasttechnik möglich sein, unerwartete Ereignisse auf der Empfängerseite zu detektieren und als Antwort auf das erzeugte Signal auf das unerwartete Ereignis zu reagieren. Dies kann es erlauben, Verzerrungen zu detektieren und daher die Robustheit des Übertragungsschemas zu erhöhen, während die Auswirkung auf die Komplexität der Implementierung und auf die verfügbare Bandbreite eingeschränkt wird.
Optional kann bei einem Empfänger die Abtastschaltung ausgebildet sein, um einen empfangenen Wert aus einer Vielzahl von Werten basierend auf der Quantisierungsfunktion und einer erwarteten Position, die dem empfangenen Wert entspricht, zu bestimmen, wenn die bestimmte Position des Übergangs in den vorbestimmten Bereich um die erwartete Position, die dem empfangenen Wert entspricht, fällt. Die Abtastschaltung kann daher geeignet sein, den empfangenen Wert basierend auf der Position des Übergangs des Pulses zu bestimmen, wenn die bestimmte Position in den vorbestimmten Bereich um die erwartete Position des empfangenen Wertes fällt.
Die vorbestimmten Bereiche können symmetrisch um ihre jeweiligen erwarteten Werte angeordnet sein, oder sie können asymmetrisch um ihre jeweiligen erwarteten Positionen angeordnet sein. Somit können die erwarteten Positionen Mittelpunkte der vorbestimmten Bereiche bilden oder sie können sich von den jeweiligen Mittelpunkten der vorbestimmten Bereiche entfernt befinden.
Der Empfänger ist dazu ausgebildet, um eine Nachricht nicht zu berücksichtigen, die einen empfangenen Wert aus der Vielzahl von Werten umfasst, wenn die Abtastschaltung das Signal erzeugt hat, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt. Dies kann es dem Empfänger oder anderen Teilen eines Systems, die den Empfänger umfassen, erlauben, Nachrichten zu verarbeiten, die einen empfangenen Wert umfassen, was durch eine Verzerrung oder ein ähnliches unerwartetes Ereignis gestört werden können. Anders ausgedrückt, die Robustheit eines Systems, das einen solchen Empfänger umfasst, kann durch Verwerfen von Nachrichten erhöht werden, in denen ein oder mehrere empfangene Werte der jeweiligen Nachricht aufgrund des Auftretens eines unerwarteten Ereignisses fehlerhaft sein können.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der vorbestimmte Bereich höchstens 30 % einer Distanz zwischen zwei benachbarten erwarteten Positionen entsprechen. Ein Verwenden eines vorbestimmten Bereiches dieser Größe kann einerseits eine zuverlässige Bestimmung von unerwarteten Ereignissen erlauben, während andererseits eine Komplexität der Implementierung des Empfängers immer noch vergleichbar einfach sein kann. Zum Beispiel kann es möglich sein, kleinere Werte für den vorbestimmten Bereich von zum Beispiel höchstens 20 % oder sogar höchstens 15 % oder höchstens 10 % zu verwenden. Je kleiner der vorbestimmte Bereich in Bezug auf die Distanz zwischen zwei benachbarten erwarteten Positionen ist, umso empfindlicher wird der Empfänger in Bezug auf unerwartete Ereignisse, wie beispielsweise Verzerrungen. Je kleiner allerdings der vorbestimmte Bereich, umso komplexer kann die Implementierung des Empfängers werden.
Objekte, Strukturen, Daten, Werte und dergleichen können benachbart sein, wenn zwischen den jeweiligen Objekten, Strukturen, Daten oder Werten kein weiteres Objekt, keine weitere Struktur, kein weiterer Datenwert oder kein weiterer Wert der gleichen Art angeordnet ist. Dementsprechend können zwei Objekte, Strukturen, Daten oder Werte angrenzend sein, wenn die zwei Objekte, Strukturen, Daten oder Werte direkte Nachbarn sind, zum Beispiel wenn sie direkt in Kontakt oder aneinanderstoßend sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem Empfänger der vorbestimmte Bereich um die erwartete Position durch eine vordefinierte Anzahl von Abtastwerten gemäß einer Abtastzeit-Auflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals gegeben sein. Dies kann ein Vereinfachen der Implementierung des Empfängers erlauben, da der vorbestimmte Bereich durch Implementieren eines Zählers bestimmt werden kann. Die vordefinierte Anzahl von Abtastwerten kann fest, programmierbar oder veränderbar sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu können bei einem Empfänger die vorbestimmten Bereiche für die erwarteten Positionen aus der Vielzahl von erwarteten Positionen gleichmäßig dimensioniert sein. Dies kann ferner ein Vereinfachen einer Implementierung des Empfängers erlauben, da Schwankungen der vordefinierten Bereiche, abhängig von den erwarteten Positionen, den Werten, die den erwarteten Positionen zugeordnet sind oder anderen Parametern, vermieden werden können.
Zusätzlich oder alternativ dazu basieren bei einem Empfänger die vorbestimmten Bereiche um die erwarteten Positionen auf einem vordefinierten Bruchteil der Werte, die den erwarteten Positionen gemäß der Quantisierungsfunktion entsprechen. Dies kann es dem Empfänger erlauben, das Vorhandensein eines unerwarteten Ereignisses basierend auf den Werten, die den erwarteten Positionen zugeordnet sind, zu bestimmen. Der vordefinierte Bruchteil kann für einige oder für alle vorbestimmten Bereiche um die erwarteten Positionen gleich sein. Die vordefinierten Bruchteile können fest, programmierbar oder veränderbar sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu können bei einem Empfänger die Distanzen zwischen benachbarten erwarteten Positionen gemäß der Quantisierungsfunktion gleich sein. Dies kann ferner ein Vereinfachen einer Implementierung des Empfängers erlauben, da die Distanzen zwischen jeweiligen benachbarten Positionen nicht schwanken und für alle erwarteten Positionen konstant sein können. Zum Beispiel ermöglicht dies ein Bestimmen der erwarteten Position, die den empfangenen Wert anzeigt, in Bezug auf die Position des empfangenen Übergangs, durch Verwenden eines Zählers, und das Analysieren des Zählerwerts basierend auf einer linearen Beziehung.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem Empfänger die Quantisierungsfunktion monoton sein. Zum Beispiel kann die Quantisierungsfunktion streng monoton sein. Die Quantisierungsfunktion kann zum Beispiel die Vielzahl von erwarteten Positionen, die in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet sind, auf die Vielzahl von Werten abbilden, die in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet sind. Dies kann auch ein Vereinfachen einer Implementierung des Empfängers erlauben.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem Empfänger die Quantisierungsfunktion die Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von ganzzahligen Werten abbilden. Durch Verwenden von ganzzahligen Werten kann es möglich sein, eine Implementierung des Empfängers weiter zu vereinfachen. Optional kann bei einem solchen Empfänger eine maximale Differenz zwischen benachbarten, ganzzahligen Werten aus einer Vielzahl von ganzzahligen Werten gleich eins sein, wenn die Vielzahl von ganzzahligen Werten in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet ist. Dies kann ein weiteres Vereinfachen einer Implementierung des Empfängers erlauben. Zum Beispiel kann es möglich sein, ein oder mehrere der niederwertigsten Bits in einer digitalen Zählerimplementierung nicht zu berücksichtigen oder eine andere Transformation einzusetzen, um die Position des empfangenen Übergangs auf den entsprechenden empfangenen Wert abzubilden, abhängig von der Implementierung und zum Beispiel der eingesetzten Überabtastung.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Empfänger ausgebildet sein, um das Signal zu empfangen, das einen weiteren Übergang vor dem Übergang umfasst, wobei der Wert in einer Zeitspanne zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang codiert ist. Dies kann eine verlässlichere Codierung des Wertes in dem Signal erlauben.
Optional kann bei einem Empfänger die Quantisierungsfunktion die bestimmte Position des Übergangs auf den Wert durch Subtrahieren eines vordefinierten Versatzes von der Zeitspanne zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang abbilden. Dies kann ein Vereinfachen einer Implementierung des Empfängers erlauben, indem eine vergleichsweise einfache Subtraktion implementiert wird. Der vordefinierte Versatz kann fest, programmierbar oder veränderbar sein. Der vordefinierte Versatz kann in jeder geeigneten Einheit gegeben sein, zum Beispiel basierend auf einer Betriebsfrequenz des Empfängers, der Empfängerschaltung oder der Abtastschaltung, oder jeder Zeiteinheit, die sich aus der Betriebsfrequenz der erwähnten Komponenten herleitet.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Empfänger ausgebildet sein, um das Signal zu empfangen, das den weiteren Übergang und den Übergang als Übergänge in einer gemeinsamen ersten Richtung umfasst. Dies kann eine zuverlässigere Bestimmung eines in dem Signal codierten Wertes erlauben, da eine Asymmetrie betreffend eine Anstiegszeit/eine Abfallzeit zwischen den Signalpegeln, die für den Übergang und den weiteren Übergang verwendet werden, von geringerer Bedeutung sein kann. Da der Übergang und der weitere Übergang die gleiche Richtung gemeinschaftlich teilen, zum Beispiel von einem niedrigeren Signalpegel zu einem höheren Signalpegel oder von einem höheren Signal zu einem niedrigeren Signalpegel, kann es möglich sein, Effekte zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren, die durch eine Asymmetrie zwischen der Anstiegszeit und der Abfallzeit des Signals verursacht werden.
Optional kann der Empfänger ausgebildet sein, um das Signal zu empfangen, das ferner einen Zwischenübergang in einer entgegengesetzten zweiten Richtung umfasst, wobei der Zwischenübergang zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang positioniert ist. Dies kann ferner ein Verbessern einer Genauigkeit der Codierung und der Decodierung des in dem Signal enthaltenen Wertes erlauben. Zum Beispiel kann der Zwischenübergang als ein Übergang von einem zweiten Signalpegel zu einem ersten Signalpegel verwendet werden, wobei der Übergang und der weitere Übergang Übergänge von dem ersten Signalpegel zu dem zweiten Signalpegel sind. Anders ausgedrückt, der Zwischenübergang kann ein Übergang sein, um den Signalpegel zurück zu dem ersten Signalpegel zu bringen. Folglich kann es möglich sein, als den Übergang und den weiteren Übergang Übergänge von dem gemeinsamen ersten Signalpegel zu einem gemeinsamen zweiten Signalpegel zu verwenden.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem Empfänger eine Zeitauflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals besser sein als die kleinste Distanz aus der Vielzahl von erwarteten Positionen. Dies kann es der Abtastschaltung erlauben, zuverlässig zu bestimmen, ob der Übergang in einen vorbestimmten Bereich um eine erwartete Position fällt.
Optional kann bei einem Empfänger die Zeitauflösung um zumindest einen Faktor vier besser sein als die kleinste Distanz zwischen den erwarteten Positionen aus der Vielzahl von erwarteten Positionen. Dies kann es der Abtastschaltung erlauben, zuverlässig zu bestimmen, ob die Position des Übergangs in den vorbestimmten Bereich um eine erwartete Position fällt.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei dem Empfänger die Empfängerschaltung ausgebildet sein, um eine anfängliche Sequenz zu empfangen, die einen vorbestimmten Kalibrierwert darstellt bzw. repräsentiert. Die Abtastschaltung kann ferner ausgebildet sein, um die erwarteten Positionen der Quantisierungsfunktion basierend auf dem Vergleich des Kalibrierwerts und der anfänglichen Sequenz zu bestimmen. Dies kann eine flexiblere Übertragung von Daten erlauben, da die Zeitbasis einer Kalibrierfunktion durch den Sender intermittierend, zum Beispiel regelmäßig, bereitgestellt werden kann.
Optional kann bei einem Empfänger die anfängliche Sequenz einen ersten Übergang und einen zweiten Übergang umfassen, wobei die Abtastschaltung ausgebildet sein kann, um die erwarteten Positionen der Quantisierungsfunktion basierend auf einer Zeit zwischen dem ersten und zweiten Übergang der anfänglichen Sequenz und dem Kalibrierwert zu bestimmen. Dies kann ferner erlauben, die Zeitbasis für die Quantisierungsfunktion zuverlässig bereitzustellen basierend auf einer ähnlichen Technik, die zum Übertragen von Daten verwendet wird.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bei einem Empfänger die Empfängerschaltung ausgebildet sein, um das Signal asynchron zu empfangen. Dies kann ein weiteres Vereinfachen und Implementieren des Empfängers erlauben, da ein Bereitstellen eines Taktsignals zum Empfangen einer Zeitbasis für das Signal möglicherweise weggelassen werden kann.
Ein Empfänger kann auch in einem Sendeempfänger enthalten sein, der ferner eine Senderschaltung umfasst, die ausgebildet ist, um ein zu übertragendes Signal zu erzeugen und/oder das Signal zu übertragen. Das zu übertragende oder übertragene Signal kann ein Signal sein, für dessen Empfangen und Verarbeiten der Empfänger ausgebildet ist. Allerdings kann die Senderschaltung auch ein unterschiedliches Übertragungsprotokoll, eine unterschiedliche Übertragungstechnik oder eine Kombination derselben verwenden. Somit kann ein Sendeempfänger eine Senderschaltung zusätzlich zu einem Empfänger umfassen, wie vorher beschrieben.
Ein Empfänger oder ein Sendeempfänger kann als eine integrierte Schaltung implementiert sein, die ein Substrat aufweist, in das der Empfänger zumindest teilweise integriert ist. Das Substrat kann ein Die oder Chip sein, der eine Hauptoberfläche und eine Dicke entlang einer Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche umfasst, wobei die Dicke kleiner ist als die Erstreckung des Dies entlang der Hauptoberfläche. Zum Beispiel kann die Dicke zumindest ein Faktor von 10 kleiner als eine kleinste Erstreckung des Substrats parallel zu der Hauptoberfläche sein. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat sein, das ein Halbleitermaterial umfasst, wie beispielsweise Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs) oder ähnliche Materialien.
Die integrierte Schaltung kann Teil einer diskreten Vorrichtung sein. Allerdings kann ein Empfänger oder ein Sendeempfänger auch als eine diskrete Vorrichtung implementiert sein, die nicht nur ein einzelnes Substrat, ein einzelnes Die oder einen einzelnen Chip umfasst, sondern über mehrere Substrate, Dies oder Chips verteilt sein kann. Die Vielzahl von Substraten, Dies oder Chips kann in einem einzelnen Gehäuse angeordnet oder enthalten sein. Zum Beispiel können alle Teile der diskreten Vorrichtung in einer einzelnen Prozesssequenz hergestellt sein, wie beispielsweise einem Halbleiter-Wafer-Prozess zum Fertigen der diskreten Vorrichtung. Manchmal können Teile der diskreten Vorrichtung nach einem typischen mikroelektronischen Wafer-Herstellungsprozess hergestellt sein. Um die Waferfertigung nicht zu verunreinigen, kann es möglich sein, eine finale Passivierungsschicht aufzutragen, die die Schaltung und andere Elemente schützt, bevor größere separate Objekte angebracht werden, einschließlich zum Beispiel Anschlüssen der diskreten Vorrichtung oder dergleichen.
Ferner kann eine diskrete Vorrichtung einem Funktionstest unterzogen werden, ehe sie in eine komplexere Komponente oder ein komplexeres System zusammengebaut wird. Wenn eine solche Aufgabe ausgeführt worden ist, können die individuellen Teile, die diesem Test unterzogen wurden, als eine diskrete Vorrichtung betrachtet werden. Zum Beispiel kann der Test ein vereinfachtes Testverfahren umfassen, das es erlaubt, zu verifizieren, ob die diskrete Vorrichtung funktioniert und ob sie innerhalb der erwarteten Grenzen ausführt. Zum Beispiel kann der Test verwendet werden, um zu sehen, ob eine zusätzliche Kalibrierung unnötig, ratsam oder sogar notwendig ist. Zum Speichern zusätzlicher Kalibrierdaten kann die diskrete Vorrichtung zum Beispiel Speicherorte aufweisen, um die Kalibrierdaten zu speichern.
Ein Speicherort kann eine oder mehrere Speicherzellen des gleichen Typs oder unterschiedlicher Typen umfassen. Die Speicherzellen können als flüchtige oder nichtflüchtige Speicherzellen implementiert sein. Eine nichtflüchtige Speicherzelle kann auf Direktzugriffsspeicher-Technologie (RAM-Technologie; RAM = Random Access Memory) basieren, während eine nichtflüchtige Speicherzelle zum Beispiel auf der Technik des elektrisch löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speichers (EEPROM-Technik; EEPROM = Electrically Erasable And Programmable Read-Only Memory), auf optischer Speichertechnologie, magnetischer Speichertechnologie und dergleichen basieren kann.
Ein Verfahren zum Empfangen eines Signals umfasst ein Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals, ein Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des Referenzsignals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion und ein Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht. Die Quantisierungsfunktion bildet eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten ab.
Ein Programm umfasst einen Programmcode, der ausgebildet ist, um ein solches Verfahren auszuführen, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardware ausgeführt wird. Das Programm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein, das den Programmcode umfasst und das bei Ausführung verursacht, dass die Maschine das Verfahren ausführt. Das maschinenlesbare Speichermedium kann zum Beispiel maschinenlesbare Anweisungen umfassen, die bei Ausführung ein Verfahren implementieren oder einen Empfänger realisieren, wie vorher beschrieben. Eine programmierbare Hardware kann zum Beispiel einen Prozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = Central Processing Unit), eine graphische Verarbeitungseinheit (GPU = Graphical Processing Unit), ein Feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA = Field Programmable Gate Array), ein System-auf-Chip (SOC = System On Chip) oder jede andere Form von programmierbarer Hardware umfassen. Das Programm kann zum Beispiel Software oder Firmware umfassen, die zum Beispiel in dem vorgenannten maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein kann. Ein solches maschinenlesbares Speichermedium kann zum Beispiel einen oder mehrere Speicherorte wie vorher beschrieben umfassen.
Mechanische Komponenten können direkt oder indirekt über eine weitere Komponente miteinander gekoppelt sein. Elektrische oder andere Komponenten können direkt oder indirekt derart miteinander gekoppelt sein, dass informationstragende oder informationsenthaltende Signale ausgetauscht oder von einer Komponente zu der anderen Komponente gesendet werden können. Ferner können elektrische oder andere Komponenten direkt oder indirekt elektrisch gekoppelt sein, um sie mit elektrischer Energie zu versorgen, zum Beispiel indem eine Versorgungsspannung und ein Versorgungsstrom an die jeweiligen Komponenten bereitgestellt werden.
Informationstragende Signale oder informationsenthaltende Signale können zum Beispiel unter Verwendung elektrischer, optischer, magnetischer oder Funksignale gesendet, bereitgestellt oder ausgetauscht werden. Die Signale können hinsichtlich ihrer Werte und ihrer zeitlichen Sequenz unabhängig voneinander diskret oder kontinuierlich sein. Zum Beispiel können die Signale analoge oder digitale Signale sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Figuren beschrieben.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Kommunikationssystems, das einen Empfänger umfasst;
2 zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer Sequenz eines Signals, um eine Operation eines Empfängers darzustellen;
3 zeigt eine vereinfachte Sequenz eines SPC- oder SENT-basierten Signals;
4 stellt eine Überlagerung eines Signals mit einer Verzerrung dar;
5 zeigt eine Sequenz eines Signals, um eine Operation eines Empfängers darzustellen; und
6 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. In diesem Kontext werden zusammenfassende Bezugszeichen verwendet, um mehrere Objekte gleichzeitig zu beschreiben oder um gemeinsame Merkmale, Abmessungen, Charakteristika oder Ähnliches dieser Objekte zu beschreiben. Die zusammenfassenden Bezugszeichen basieren auf ihren individuellen Bezugszeichen. Ferner werden Objekte, die in mehreren Ausführungsbeispielen oder mehreren Figuren erscheinen, aber identisch oder zumindest im Hinblick auf zumindest einige ihrer Funktionen oder strukturellen Merkmale ähnlich sind, mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, beziehen sich Teile der Beschreibung, die sich auf solche Objekte beziehen, auch auf die entsprechenden Objekte der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele oder der unterschiedlichen Figuren, sofern dies nicht explizit oder – unter Berücksichtigung des Kontextes der Beschreibung und der Figuren – implizit anderweitig angegeben ist. Daher können ähnliche oder verwandte Objekte mit zumindest einigen identischen oder ähnlichen Merkmalen, Abmessungen und Charakteristika implementiert sein, können jedoch auch mit unterschiedlichen Eigenschaften implementiert sein.
In vielen Bereichen der Technik besteht ein Bedarf, um es Komponenten eines Systems zu erlauben, Daten von einer Komponente zu einer anderen unter Verwendung zum Beispiel eines digitalen Übertragungsschemas zu übertragen. Manchmal ist die Kommunikation nicht unidirektional sondern bidirektional, was einen Austausch von Daten, Befehlen, Statusinformationen oder dergleichen erlaubt. In der folgenden Beschreibung werden Informationen, die von einer Komponente zu einer anderen Komponente zu übertragen sind, ungeachtet ihres Inhalts oder ihrer Bedeutung als Daten bezeichnet. Zum Beispiel werden in der folgenden Beschreibung Statusinformationen, Befehle sowie andere Werte oder Daten als Daten bezeichnet.
Bei diesen Anwendungen müssen oft sehr unterschiedliche Entwurfsziele berücksichtigt werden. Allerdings stellen in vielen Fällen eine robuste Übertragung von Daten in Bezug auf Verzerrungen, ein Erlauben einer einfachen Implementierung und dennoch eine hohe Bandbreite zum Übertragen von Daten die wichtigsten Entwurfsziele dar. Folglich besteht in vielen Bereichen der Technik ein Bedarf, einen Kompromiss zwischen diesen Parametern zu verbessern.
Beispiele kommen zum Beispiel von Hochvolumen- und/oder kostengünstigen Implementierungen, bei denen technisch einfache und somit kosteneffiziente Lösungen wichtig sein können. Zum Beispiel unterliegen im Bereich von Komponenten für eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen die individuellen Komponenten häufig erheblichen Verzerrungen und arbeiten unter schwierigen Umwelteinflüssen einschließlich großer Schwankungen bei Temperatur, Feuchtigkeit und mechanischen Vibrationen. Zum Beispiel können elektromagnetische Bursts in elektrische oder elektronische Kommunikationssysteme koppeln, die zum Beispiel durch Zündanlagen, Leistungssteuerungssysteme oder dergleichen verursacht werden.
Allerdings ist es unter diesen schwierigeren Betriebsbedingungen häufig erforderlich, dass Komponenten zuverlässig arbeiten und in der Lage sind, Daten mit einer ausreichend hohen Rate zu übertragen und/oder zu empfangen. Im Fall von fahrzeugbezogenen Systemen kann dies zum Beispiel für sicherheitsbezogene Systeme und Komponenten wichtig sein, die die Sicherheit der Fahrgäste oder des Fahrzeugs direkt oder indirekt beeinflussen können. Ein Beispiel kommt aus dem Bereich von Sensoren und sensorbezogenen Anwendungen. Zum Beispiel können im Fall eines motorisierten Fahrzeugs Sensoren verwendet werden, um Drehwinkel, Winkelgeschwindigkeiten oder andere Parameter zu überwachen.
Aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren, die in einem Auto, einem Motorrad, einem LKW oder einem ähnlichen Fahrzeug enthalten sind, unterliegen die Sensoren sowie ihre Steuereinheiten einem entsprechenden Kostendruck, der technisch einfachere Lösungen bevorzugt, die die Möglichkeit einer ausreichend hohen Bandbreite sowie einer robusten Übertragung von Daten bereitstellen sollten. Indem ein Bus-System oder ein Kommunikationssystem mit einer ausreichend hohen Bandbreite bereitgestellt wird, kann es möglich sein, eine Gesamtzahl von Bus-Systemen oder Kommunikationssystemen zu reduzieren, indem mehrere Komponenten mit einem einzelnen Bus- oder Kommunikationssystem gekoppelt werden.
Obwohl bei dem oben beschriebenen Beispiel ein fahrzeugbezogenes Anwendungsszenario beschrieben worden ist, bestehen in anderen Bereichen der Technik ähnliche Herausforderungen, die zu ähnlichen Anforderungen führen. Daher wird nachstehend, ohne einen Verlust von Allgemeingültigkeit, auf eine fahrzeugbezogene Anwendung Bezug genommen, obwohl ähnliche Beispiele in anderen Anwendungsbereichen und anderen Bereichen der Technik ebenfalls eingesetzt werden können.
Nachstehend wird eine Übertragungstechnik beschrieben, die vorrangig auf der Verwendung elektrischer Signale zum Übertragen von Daten basiert. Zum Beispiel können Daten in einer elektrischen Spannung und/oder einem elektrischen Strom codiert sein, der moduliert oder verändert wird, um die Daten zu übertragen. Zum Beispiel wird bei den nachstehend beschriebenen Protokollen ein Datenwert oder ein Stück Information übertragen oder empfangen, das grundsätzlich jede Anzahl von unterschiedlichen Zuständen umfassen kann. Allerdings wird nachstehend ein Bit-basiertes Übertragungsprotokoll näher betrachtet, bei dem ein individueller Datenwert eine spezifizierte Anzahl von Bits umfassen kann, die in eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Zuständen übersetzt werden. Zum Beispiel kann im Fall eines Bit-basierten Protokolls jeder Datenwert 4 Bits umfassen, sodass 16 (= 2⁴) unterschiedliche Zustände übertragen werden können. Bei anderen Anwendungsgebieten kann die Anzahl von Bits schwanken. Ferner ist es bei weitem nicht notwendig, ein Bit-basiertes Übertragungsschema zu implementieren. Grundsätzlich kann jede Anzahl von Zuständen anstatt der Leistung von 2 (2ⁿ, wobei n eine Ganzzahl ist) verwendet werden.
Zu den Beispielen entsprechender Protokolle gehören zum Beispiel SPC (kurze PWM-Codes; PWM = Pulsbreitenmodulation = Pulse Width Modulation) oder SENT (Einzel-Flanken-Nibble-Übertragung; SENT = Single-Edge Nibble Transmission). Beide Protokolle basieren auf einem PWM-Codierschema zum Übertragen von Nibbles oder Vielfachen von Nibbles. Jedes Nibble umfasst exakt 4 Bits.
Bei den folgenden Beispielen werden die zu übertragenden Informationen oder Daten in abfallenden Flanken codiert. Bei anderen Beispielen können ansteigende Flanken oder jegliche Kombination von ansteigenden und abfallenden Flanken verwendet werden, um Daten zu codieren.
Wie vorher dargestellt können anstelle von elektrischen elektronischen Übertragungsschemata auch andere Übertragungsschemata zum Übertragen oder Empfangen von Daten verwendet werden, zum Beispiel einschließlich optischer Übertragungsschemata, magnetischer Übertragungsschemata oder drahtloser Übertragungsschemata.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Kommunikationssystems 100, das einen Empfänger 110 und einen Sender 120 umfasst. Der Sender 120 und der Empfänger 110 sind miteinander über eine Kommunikationsverbindung 130 gekoppelt, die eigens entworfen sein kann, um Daten von dem Sender 120 in einer durch den Sender 120 erzeugten Form an den Empfänger 110 zu übertragen. Die Kommunikationsverbindung 130 kann zum Beispiel ausgebildet sein, um elektrische Signale zu übertragen, obwohl bei anderen Beispielen die Kommunikationsverbindung 130 auch eigens entworfen sein kann, um optische Signale, magnetische Signale oder andere Signale zu übertragen.
Bei einigen Beispielen kann die Kommunikationsverbindung 130 schließlich durch eine drahtlose Kommunikationsverbindung ersetzt werden, die zum Beispiel ein funkbasiertes Übertragungsschema einsetzt. Ferner kann die Übertragungsverbindung 130 eine magnetische Übertragungsverbindung sein.
Im Fall eines elektrischen Übertragungsschemas kann die Kommunikationsverbindung 130 eine oder mehrere elektrisch leitfähige Leitungen oder Drähte umfassen. Diese leitfähigen Leitungen oder Drähte können zum Beispiel einen elektrischen Bus bilden, um Daten seriell oder parallel zu übertragen. Bei anderen Beispielen kann die Kommunikationsverbindung 130 eine oder mehrere optische Fasern aufweisen, um optische Signale von dem Sender 120 an den Empfänger 110 zu übertragen.
Der Empfänger 110 umfasst eine Empfängerschaltung 140, die entworfen ist, um ein pulsbreiten-codiertes Signal zu empfangen, und eine Abtastschaltung 150, die mit der Empfängerschaltung 140 gekoppelt ist und entworfen ist, um eine Position eines Übergangs eines Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion zu bestimmen. Die Quantisierungsfunktion bildet eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten ab. Wie nachstehend ausführlicher dargelegt wird, kann die Abtastschaltung 150 ein Signal erzeugen, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht. Das Signal, das das unerwartete Ereignis anzeigt, kann zum Beispiel anderen Teilen an einem Ausgang 160 zugänglich sein. Abhängig von der Implementierung kann der Ausgang 160 eine elektrische Signalleitung umfassen, um das Signal, das das unerwartete Ereignis anzeigt, als ein elektrisches Signal oder in jeglicher anderen Form bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Signal, das das unerwartete Ereignis anzeigt, auch ein optisches Signal sein, sodass der Ausgang 160 zum Beispiel eine Lichtquelle, z. B. eine Leuchtdiode (LED = Light-Emitting Diode), einen Halbleiterlaser oder dergleichen umfassen kann. In ähnlicher Weise kann der Ausgang 160 entworfen sein, um ein magnetisches Signal zu erzeugen oder bereitzustellen. In diesem Fall kann der Ausgang 160 zum Beispiel eine Magnetspule oder dergleichen umfassen.
Im Fall einer prozessorbasierten Implementierung kann der Ausgang 160 einen Speicherort umfassen, in dem zumindest ein Bit zumindest vorübergehend gespeichert werden kann. Ein Speicherort kann zum Beispiel jegliche passende flüchtige oder nichtflüchtige Speicherzelle umfassen, wie vorher erörtert.
Die Empfängerschaltung 140 kann zum Beispiel eigens entworfen sein, um ein über die Kommunikationsverbindung 130 transportiertes Signal physisch zu empfangen. Die Empfängerschaltung 140 kann zum Beispiel Filter, Verstärker oder andere entsprechende Analog- und/oder Digitalschaltungen umfassen.
Bevor weitere Einzelheiten betreffend den Empfänger 110 im Zusammenhang mit der schematischen Darstellung oder dem Diagramm eines Signals, das der Empfänger 110 verarbeiten kann, beschrieben werden, ist zu beachten, dass der Empfänger 110 auch Teil einer größeren Komponente sein kann, wie zum Beispiel eines Sendeempfängers 170. Der Sendeempfänger 170 kann eine Senderschaltung 180 umfassen, die auch mit der Kommunikationsverbindung 130 gekoppelt ist und entworfen ist, um ein Signal zu erzeugen, das über die Kommunikationsverbindung 130 gesendet werden soll. Um sowohl den Empfänger 110 als auch die Senderschaltung 180 mit der Kommunikationsverbindung 130 zu koppeln, kann ein optionaler Schalter 190 oder ein ähnlicher Multiplexer oder Koppler implementiert sein, um es sowohl dem Empfänger 110 als auch der Senderschaltung 180 zu erlauben, auf die Kommunikationsverbindung 130 alternierend oder gleichzeitig zuzugreifen.
Die Senderschaltung 180 kann entworfen sein, um ein Signal zu erzeugen ähnlich zu dem, das der Empfänger 110 empfangen kann, kann aber auch ein Signal erzeugen, das sich von dem durch den Empfänger 110 zu empfangenden Signal unterscheidet. Zum Beispiel kann eine Senderschaltung 180 ein unterschiedliches Übertragungsprotokoll und/oder eine unterschiedliche Übertragungstechnologie verwenden. Folglich kann die Kommunikationsverbindung 130 entworfen sein, um Signale basierend auf unterschiedlichen Übertragungsprotokollen oder dergleichen zu übertragen. Bei einem anderen Beispiel kann der Sendeempfänger 170 mit einer unterschiedlichen Kommunikationsverbindung 130 gekoppelt sein, die allerdings ausschließlich der Einfachheit halber in 1 nicht gezeigt ist. Diese zusätzliche Kommunikationsverbindung wäre eine optionale Komponente, wodurch der optionale Schalter möglicherweise weggelassen werden kann.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Signals, das der Empfänger 110 empfangen und verarbeiten kann. Das Signal ist genauer gesagt ein pulsbreiten-codiertes Signal, das einen Puls 200 mit einem Übergang 210 umfasst, auf dessen Basis die Abtastschaltung 150 in der Lage ist, einen empfangenen Wert aus einer Vielzahl von Werten zu erhalten, indem die Position des Übergangs 210 mit einer entsprechenden Vielzahl von erwarteten Positionen verglichen wird. Die Quantisierungsfunktion bildet jede der erwarteten Positionen auf einen Wert aus der Vielzahl von Werten ab. Zum Beispiel kann die Abtastschaltung 150 durch Überabtastung des empfangenen Signals eine Position eines Übergangs 210 bestimmen und die Position des Übergangs 210 mit den erwarteten Positionen gemäß der Quantisierungsfunktion vergleichen. Zum Beispiel kann basierend auf dem erwarteten Übergang mit der kleinsten Distanz zu der Position des Übergangs 210 die Abtastschaltung 150 den in dem Signal codierten Wert unter Verwendung der Quantisierungsfunktion bestimmen. Dieser Wert kann als der empfangene Wert bezeichnet werden.
Um dies etwas genauer zu erklären, 2 umfasst eine Vielzahl von erwarteten Positionen 220-1, 220-2 und 220-3. Eine Distanz einer Position eines Übergangs 210 von der erwarteten Position 220-2 ist geringer als eine Distanz einer Position des Übergangs 210 von der erwarteten Position 220-1 sowie von der erwarteten Position 220-3. Daher kann basierend auf einer Quantisierungsfunktion, wobei drei Werte auf die drei erwarteten, in 2 gezeigten Positionen 220 abgebildet sind, der empfangene Wert der eine sein, der durch die Quantisierungsfunktion der erwarteten Position 220-2 zugeordnet ist. Die Werte, die den erwarteten Positionen zugeteilt sind, können sich voneinander unterscheiden.
Allerdings kann das Signal Verzerrungen unterliegen, wie im Zusammenhang von 4 ausführlicher dargestellt wird. Daher kann die beabsichtigte Position eines Übergangs 210 durch eine solche Verzerrung überlagert sein, was zu einer Verschiebung der Position des Übergangs 210 führt. Aufgrund der störenden Einwirkung dieser Verzerrung kann es passieren, dass das übertragene Signal durch die Verzerrung hinsichtlich des zu übertragenden Wertes verändert werden kann.
Um in der Lage zu sein, eine solche Situation zu detektieren, vergleicht die Abtastschaltung 150 die Position des Übergangs 210 nicht nur mit den erwarteten Positionen 220, sondern verifiziert auch, ob die bestimmte Position des Übergangs 210 von den erwartenden Positionen 220, die dem empfangenen Wert entsprechen, um mehr als einen vorbestimmten Bereich 230 abweicht. Bei 2 sind vorbestimmte Bereiche 230-1, 230-2 und 230-3, die den erwarteten Positionen 220-1, 220-2 bzw. 220-3 entsprechen, durch gestrichelte Linien gezeigt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel fällt die Position des Übergangs 210 klar in den vorbestimmten Bereich 230-2 der erwarteten Position 220-2. Folglich kann die Abtastschaltung den Wert, der der erwarteten Position 220-2 entspricht, als den empfangenen Wert bestimmen.
Falls der Übergang 210 allerdings von der erwarteten Position 220 gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als den entsprechenden vorbestimmten Bereich 230 abweichen würde, kann die Abtastschaltung 150 das vorgenannte Signal erzeugen, das das unerwartete Ereignis anzeigt.
Die Abtastschaltung 150 verwendet eine Übertasttechnik für das empfangene Signal, um zu verifizieren, ob die Position des Übergangs 210 in den vorbestimmten Bereich 230 der entsprechenden erwarteten Position 220 fällt. Zum Beispiel kann die Abtastschaltung bei einer Betriebsfrequenz arbeiten, die höher ist als eine Frequenz, die einer Distanz zwischen den erwarteten Positionen 220 entspricht. Anders ausgedrückt, eine Zeitauflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals kann besser sein als eine kleinste Distanz aus der Vielzahl der erwarteten Positionen 220. Sowohl das Bestimmen der relevanten erwarteten Position 220 mit zum Beispiel der kleinsten Distanz von der Position des Übergangs 210 als auch die Frage, ob die Position des Übergangs 210 in den vorbestimmten Bereich 230 fällt, können dann zum Beispiel bestimmt werden, indem ein Zähler eingesetzt wird. Um die Abtastschaltung 150 zu befähigen, zu verifizieren, ob die Position des Übergangs 210 von den erwarteten Positionen 220 um mehr als den entsprechenden vorbestimmten Bereich 230 abweicht, kann zum Beispiel die Zeitauflösung gewählt werden, dass sie zumindest um einen Faktor 4 besser ist als die kleinste Distanz zwischen den erwarteten Positionen 220 aus einer Vielzahl erwarteter Positionen. Bei anderen Beispielen kann der entsprechende Faktor höher sein, zum Beispiel zumindest ein Faktor von 6, zumindest ein Faktor von 8 oder zumindest ein Faktor von 10.
Basierend auf der Zeitauflösung, die zum Überabtasten des empfangenen Signals verwendet wird, kann die Größe der vorbestimmten Regionen 230 bestimmt werden. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Region höchstens 30 %, höchstens 20 % oder höchstens 10 % einer Distanz zwischen zwei benachbarten erwarteten Positionen 220 entsprechen.
Bei einer Implementierung, bei der die Abtastschaltung 150 einen Zähler verwendet, um zu bestimmen, ob die Position des Übergangs 210 in den vorbestimmten Bereich 230 um die entsprechende erwartete Position 220 fällt, kann der vorbestimmte Bereich zum Beispiel durch eine vordefinierte Anzahl von Abtastwerten gemäß einer Abtastzeit-Auflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals gegeben sein. Um die Implementierung des Empfängers 110 sogar weiter zu vereinfachen, kann es ferner möglich sein, die Abtastschaltung 150 derart zu implementieren, dass die vorbestimmten Bereiche 230 für die erwartete Position 220 der Vielzahl von erwarteten Positionen 220 gleichmäßig dimensioniert sind.
Bei anderen Beispielen sind die vorbestimmten Bereiche 230 allerdings an den erwarteten Positionen 220 und können auch auf einem vordefinierten Bruchteil der Werte basieren, die den jeweiligen erwarteten Positionen 220 gemäß der Quantisierungsfunktion entsprechen. Zum Beispiel kann der vordefinierte Bruchteil 30 %, 20 % oder 10 % sein, um nur einige Beispiele zu geben. Allgemein gesagt, kann der Bruchteil kleiner als 50 % sein im Fall einer symmetrischen Anordnung der vordefinierten Bereiche 230 in Bezug auf die erwarteten Positionen 220. Allerdings ist es bei anderen Beispielen bei weitem nicht erforderlich, dass die erwarteten Positionen 220 im Zentrum oder am Mittelpunkt der vorbestimmten Bereiche 230 sind.
Hinsichtlich der Quantisierungsfunktion und der erwarteten Positionen 220, auf deren Basis die Quantisierungsfunktion die Werte auf die entsprechenden erwarteten Positionen 220 abbildet, können die Distanzen zwischen benachbarten erwarteten Positionen 220 gemäß der Quantisierungsfunktionen gleich sein. Ein solches Beispiel ist in 2 dargestellt, wo die Distanzen zwischen den erwarteten Positionen 220-1, 220-2 gleich der Distanz zwischen den erwarteten Positionen 220-2 und 220-3 sind.
Die Quantisierungsfunktion, die jeder der erwarteten Positionen 220 einen Wert oder eine Vielzahl von Werten zuweist oder zuteilt, kann monoton sein. Zum Beispiel kann die Quantisierungsfunktion monoton oder monoton steigend sein. Im ersten Fall kann die Quantisierungsfunktion zum Beispiel die Vielzahl von erwarteten Positionen 220, die in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet sind, auf die Vielzahl von Werten in einer aufsteigenden Reihenfolge abbilden. Im letzteren Fall kann die Situation umgekehrt sein. Hier kann die Quantisierungsfunktion die Vielzahl von erwarteten Positionen 220, wenn diese in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet sind, auf die Vielzahl von Werten abbilden, die in einer absteigenden Reihenfolge angeordnet sind. Die durch die Quantisierungsfunktion abgebildeten Werte können zum Beispiel ganzzahlige Werte sein. Eine maximale Differenz zwischen benachbarten, ganzzahligen Werten kann eins sein, wenn die Vielzahl ganzzahliger Werte in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet ist. Zum Beispiel kann die erste erwartete Position 220-1 auf eine Ganzzahl j abgebildet sein, die zweite erwartete Position 220-2 auf die Ganzzahl (j + 1), die dritte erwartete Position 220-3 auf die Ganzzahl (j + 2) usw. Anders ausgedrückt, die Quantisierungsfunktion kann auf die erwarteten Positionen 220, die in der aufsteigenden Reihenfolge angeordnet sind, ganzzahlige Werte abbilden, die um eins kleiner oder größer sind als der vorhergehende Wert, der auf die vorhergehende erwartete Position 220 abgebildet ist.
Obwohl in 2 eine Quantisierungsfunktion implizit gezeigt ist, die drei erwartete Positionen 220-1, 220-2 und 220-3 auf drei Werte abbildet, können die Quantisierungsfunktion und die Abtastschaltung 150 entworfen sein, um jegliche Anzahl von erwarteten Positionen 220 auf entsprechende Werte abzubilden. Anders ausgedrückt, die Quantisierungsfunktion kann weniger erwartete Positionen 220 aufweisen, aber auch eine größere Anzahl von erwarteten Positionen. Die Anzahl von erwarteten Positionen 220 kann zum Beispiel der Anzahl von Zuständen entsprechen, die ein einzelner Datenwert erreichen kann. Im Fall eines einzelnen Bits, das zu übertragen ist, kann eine Quantisierungsfunktion ausreichen, die nur zwei unterschiedliche Zustände und somit zwei unterschiedliche erwartete Positionen 220 umfasst. Wenn andererseits ein Nibble mit seinen 4 Bits zu übertragen ist, sollten grundsätzlich 16 unterschiedliche Zustände und somit 16 unterschiedliche erwartete Positionen 220 auf die unterschiedlichen Werte abgebildet werden. Im Fall von 6 Bits steigt die Anzahl von erwarteten Positionen auf 64 (= 2⁶) und im Fall von einem Byte mit 8 Bits kann die Anzahl von erwarteten Position auf bis zu 256 (= 2⁸) unterschiedliche erwartete Positionen 220 steigen.
Allerdings ist es, wie vorher dargestellt, bei weitem nicht notwendig, ein Bit-basiertes Übertragungsschema zu verwenden. Im Fall eines Bit-basierten Übertragungsschemas mit einem Datenwert, der n Bits umfasst, kann die Anzahl von erwarteten Positionen 220 zum Beispiel 2ⁿ unterschiedliche erwartete Positionen 220 umfassen. Allerdings kann im Rahmen von Quantisierungsfunktionen auch jede andere Anzahl verwendet werden.
Der Empfänger 110 und zum Beispiel seine Abtastschaltung 150 können ausgebildet sein, um das Signal zu empfangen, das einen weiteren Übergang 240 aufweist, der sich vor dem Übergang 210 befindet. Der zu übertragende Wert kann dann in einer Zeitspanne 250 zwischen dem weiteren Übergang 240 und dem Übergang 210 codiert sein. Obwohl der Übergang 210 sowie ein weiterer Übergang 240 grundsätzlich Übergänge in unterschiedlichen Richtungen sein können, kann eine zuverlässigere Übertragung von Daten schließlich erreichbar sein, wenn für den Übergang 210 sowie den weiteren Übergang 240 Übergänge in einer gemeinsamen ersten Richtung verwendet werden. Folglich kann es möglich sein, eine Auswirkung von Symmetrien zu reduzieren oder eine Auswirkung derselben sogar zu eliminieren, die durch den Sender 120 für ansteigende Flanken und abfallende Flanken verursacht werden. Allerdings ist zu beachten, dass in 2 die Form und Dauer der ansteigenden oder abfallenden Flanken ausschließlich der Einfachheit halber vernachlässigt worden sind.
Um es dem Übergang 210 sowie einem weiteren Übergang 240 zu erlauben, Übergänge in der gemeinsamen ersten Richtung zu sein und nur zwei Signalpegel zu verwenden, kann der Empfänger 110 entworfen sein, um das Signal zu empfangen, das ferner einen Zwischenübergang 260 in einer entgegengesetzten zweiten Richtung aufweist. Der Zwischenübergang 260 kann dann zwischen dem weiteren Übergang 240 und dem Übergang 210 positioniert sein. Folglich kann es möglich sein, den Sender 120 sowie den Empfänger 110 derart zu implementieren, dass die Übergänge 210, 240 und 260 jeweils verursachen, dass sich das Signal zwischen einem ersten und zweiten Signalpegel ändert. Allerdings sind der Übergang 210 sowie der weitere Übergang 240 verglichen zu dem Zwischenübergang 260 in einer entgegengesetzten Richtung gerichtet.
Die Quantisierungsfunktion kann zum Beispiel die entsprechenden Werte auf die erwarteten Positionen 220 durch Subtrahieren eines Versatzes von der Zeitspanne 250 zwischen dem weiteren Übergang 240 und dem Übergang 210 abbilden. Abhängig von der Implementierung kann der Versatz fest oder veränderbar, zum Beispiel programmierbar, sein.
Als vorsorgliche Maßnahme kann der Empfänger 110 eine Nachricht zum Beispiel verwerfen oder nicht berücksichtigen, die einen empfangenen Wert umfasst, wenn die Abtastschaltung 150 das Signal, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, während des Empfangs der Nachricht erzeugt hat. Das Vorhandensein des Signals, das das unerwartete Ereignis anzeigt, kann zum Beispiel als eine erhöhte Wahrscheinlichkeit ausgelegt werden, dass eine Verzerrung störend auf eine Übertragung eingewirkt hat, sodass der Wert, der durch die Abtastschaltung 150 empfangen und decodiert wird, möglicherweise verzerrt worden ist. In diesem Fall kann es sicherer sein, die komplette Nachricht nicht zu berücksichtigen oder zu verwerfen, anstatt eines Betreibens des Systems, das den Empfänger umfasst, basierend auf dem Wert, der möglicherweise verzerrt worden ist.
Ein Empfänger 110 kann in der Lage sein, asynchron zu arbeiten und somit das Signal asynchron zu empfangen. Dies kann es dem Entwerfer eines Systems, das einen solchen Empfänger umfasst, erlauben, ein Bereitstellen eines Taktsignals an den Empfänger 110 für Taktzwecke wegzulassen. Stattdessen kann eine gemeinsame Zeitbasis des Senders 120 und des Empfängers 100 gemeinschaftlich anders geteilt sein. Zum Beispiel kann der Empfänger 110 ausgebildet sein, um eine anfängliche Sequenz an 270 zu empfangen, die einen vorbestimmten Kalibrierwert darstellt. Die Abtastschaltung 150 kann dann entworfen sein, um die erwarteten Positionen 220 basierend auf einem Vergleich des Kalibrierwerts und der anfänglichen Sequenz 270 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die anfängliche Sequenz 270 einen ersten Übergang 280 und einen zweiten Übergang 290 nach dem ersten Übergang aufweisen. Eine Zeit 300 zwischen dem ersten und zweitem Übergang 280, 290 kann dann als eine Zeitbasis verwendet werden, um die erwarteten Positionen 220 zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Zeiteinheit oder ein Tick definiert sein, indem der Kalibrierwert durch die Zeit 300 geteilt wird. Der Kalibrierwert kann fest oder veränderbar, zum Beispiel programmierbar sein, abhängig von der Implementierung und dem Standard, nach dem ein Empfänger 110 arbeitet.
Erneut können der erste und zweite Übergang 280, 290 die gleiche Richtung gemeinschaftlich teilen. Folglich kann ein dritter Übergang 310 zwischen dem ersten und zweiten Übergang 280, 290 angeordnet sein. Wiederum können die drei Übergänge 280, 290 und 310 Übergänge zwischen dem vorgenannten ersten und zweiten Signalpegel sein.
Nachfolgend wird ein Beispiel, das aus der Automobilbranche kommt, ausführlicher beschrieben. SPC und SENT verwenden eine Teilemodulation, die die Übertragung von 4-Bit-Nibbles codiert. Ein Empfänger kann einen zusätzlichen Sicherheitsmechanismus installieren, der es erlaubt, Fehler aufgrund einer Verletzung einer Zeitspezifikation zu detektieren. Bei einem Standard-SENT- oder -SPC-Übertragungsschema werden Werte einer zyklischen N-Bit-Redundanzprüfung (CRC-Werte; CRC = Cyclic Redundancy Check) über alle Bits einer Nachricht verwendet. Zum Beispiel wird bei dem SENT-Standard zusätzlich vorgeschlagen, die Nibble-Länge nur auf den Synchronisierungspuls zu prüfen. Werte von +/–1,5 % können verwendet werden, was weniger ist als die Auflösung dieses Pulses, der seinerseits +/–1/56 ist, was +/–1,79 % entspricht. Ein Empfänger 110 definiert einen Bereich von Bruchteils-Nibble-Längenmessungen, die durch den Empfänger 110 nicht akzeptiert werden. Dies kann eine Implementierung einer weiteren Sicherheitsmaßnahme zusätzlich oder alternativ zu der CRC-Wert-Verifizierung erlauben, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, Übertragungsfehler zu detektieren.
3 zeigt ein Beispiel eines Codierschemas für zwei 12-Bit-Signale. Genauer gesagt, 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Signals mit einer Gesamtnachrichtenlänge von 154 bis 270 Takt-Ticks abhängig von den zu übertragenden Werten. Eine Mindest-Nibble-Periode kann zum Beispiel 36 µs bei einer Länge von 3 µs pro Takt-Tick entsprechen. Dies entspricht einer Mindest-Nibble-Länge von 12 Ticks (36 µs = 12 Ticks·3 µs/Tick). Eine Nibble-codierte Zeitperiode kann zum Beispiel 36 µs plus j-mal 3 µs entsprechen, wo j eine Ganzzahl im Bereich von 0 bis 15 ist (T_nibble = j·3 µs; j = 0, ..., 15). Anders ausgedrückt, eine Quantisierungsfunktion bildet die erwarteten Positionen, die durch einen Tick getrennt sind und die gleichmäßig beabstandet sind, auf die Werte 0 bis 15 entsprechend einer aufsteigenden Reihenfolge der erwarteten Positionen 220 ab. Der Versatzwert, der verwendet wird, um den empfangenen Wert zu bestimmen, indem er von der Zeitperiode 250 subtrahiert wird, ist hier 12 Ticks oder die vorgenannten 36 µs.
Bevor die Beschreibung der schematischen Darstellung von 3 fortgesetzt wird, ist allerdings zu beachten, dass dies lediglich ein Beispiel darstellt. Andere Implementierungen und Beispiele können eine höhere oder niedrigere Frequenz aufweisen, die einer höheren bzw. geringeren Zeit pro Tick entspricht. Ferner können alle anderen Parameter, einschließlich zum Beispiel der Richtungen der Übergänge, des Kalibrierwertes und des Versatzes, unterschiedlich implementiert sein.
Das schematische Diagramm von 3 umfasst erneut eine anfängliche Sequenz 270, die einen ersten Übergang 280, einen zweiten Übergang 290 und einen dritten Übergang 310 umfasst, der zwischen dem ersten und zweiten Übergang angeordnet ist. Die Zeit 300 zwischen dem ersten und zweiten Übergang 280, 290 entspricht einem Kalibrierwert von 56 Ticks. Basierend auf diesem Kalibrierwert führt die Zeit 300 zu einer gemeinsamen Zeitbasis, die durch den Sender 120, der das in 3 gezeigte Signal erzeugt, und durch den Empfänger 110, der das Signal empfängt, verwendet wird. Eine Verwendung dieser gemeinsamen Zeitbasis erlaubt es dem Empfänger 110, die in dem Signal oder der Nachricht enthaltenen Werte zu decodieren. Anders ausgedrückt, die anfängliche Sequenz 270 erlaubt es, dass das Signal asynchron übertragen wird.
Ein SENT-Standard definiert seine Nachrichten abhängig von der Länge von zwei angrenzenden abfallenden Flanken oder Übergängen. Um die Zeitbasis bereitzustellen, die es erlaubt, die Nachrichten eines Sensors oder einer ähnlichen Vorrichtung zu decodieren, die eine Zeitbasis aufweisen, die eine geringe Präzision aufweist und auch von Temperatur abhängig ist, weist der erste Puls, der in der anfänglichen Sequenz 270 enthalten ist, in jedem Rahmen eine feste Länge von 56 Ticks auf. Die Zeit 300 dieses anfänglichen Pulses wird durch den Empfänger 110 gemessen und durch die bekannte Länge oder den bekannten Kalibrierwert von 56 geteilt, um die tatsächliche Tick-Länge zu extrahieren, die durch den Sender 120 oder den Sendesensor erzeugt wird. Die extrahierte Tick-Länge kann dann verwendet werden, um die Informationen der folgenden Nibbles zu decodieren.
Abgesehen von der anfänglichen Sequenz 270 umfasst die in 3 dargestellte Nachricht eine Vielzahl von Paketen 320-0, 320-1, ..., 320-6 sowie eine Prüfsumme 330. Die Vielzahl von Paketen 320 umfasst als ein anfängliches Paket 320-1 einen Status und Kommunikationswert, der bei dem in 3 dargestellten Beispiel durch ein Nibble codiert ist, das die vorgenannten 4 Bits umfasst. Das anfängliche Paket 320-0 umfasst den Wert 0, sodass eine Zeitperiode 250 zwischen dem Übergang 210 und dem weiteren Übergang 240 12 Ticks basierend auf der Zeitbasis entspricht, die durch die anfängliche Sequenz 270 festgelegt worden ist. Es ist zu beachten, dass bei dem hier gezeigten Beispiel der weitere Übergang 240 dem zweiten Übergang 290 der anfänglichen Sequenz 270 entspricht. Zwischen dem Übergang 210 und dem weiteren Übergang 240 ist der Zwischenübergang 260 angeordnet.
In ähnlicher Weise umfasst die Vielzahl von Paketen ferner 6 Pakete 320-1, ..., 320-6, von denen jedes 4 Bits von Daten umfasst, die auch als eine Summe des Versatzwertes (12 Ticks in dem Beispiel hier), addiert zu dem ganzzahligen Wert der 4 Bits·1 Tick, codiert sind. Das erste Paket 320-1 entspricht zum Beispiel einem Wert von 50, sodass eine Zeitspanne 250-1 zwischen dem entsprechenden Übergang 210-1 und dem entsprechenden weiteren Übergang 240-1 eine Länge von 27 Ticks aufweist. Die Länge der Zeitspanne 250-1 ist die Summe des Versatzes von 12 Ticks plus den ganzzahligen Wert von 15·1 Tick. Es ist zu beachten, dass der Übergang 210-0 des anfänglichen Pakets 320-0 und der weitere Übergang 240-1 des ersten Pakets 320-1 einander entsprechen. Bei dem gezeigten Beispiel entspricht der Übergang 210-k des Pakets 320-k in ähnlicher Weise dem weiteren Übergang 240-(k + 1) des folgenden Pakets 320-(k + 1), wo k eine Ganzzahl in dem Bereich zwischen 1 und 5 ist.
In ähnlicher Weise weist die Zeitspanne 250-2, die einem Wert von 5 entspricht, eine Länge von 17 Ticks auf, die Zeitspanne 250-3 des dritten Datenpakets 320-3, die einem Wert von 10 entspricht, weist eine Länge von 22 Ticks auf, die Zeitspanne 250-4 des vierten Datenpakets 320-4 weist eine Länge von 40 Ticks auf, was einem Wert von 2 entspricht, die Zeitspanne 250-5 des fünften Datenpakets 320-5 weist eine Länge von 20 Ticks auf, was einem Wert von 8 entspricht und die Zeitspanne 250-6 des sechsten Datenpakets 320-6 weist eine Länge von 12 Ticks auf, was einem Wert von 0 entspricht. Die ersten drei Datenpakete 320-1, 320-2, 320-3 können 12 Bits eines ersten Signals darstellen, während die Datenpakete 320-4, 320-5 und 320-6 12 Bits eines zweiten Signals entsprechen.
Den Datenpaketen 320 folgen die Prüfwerte 330, die in einer entsprechenden Zeitspanne 250’ codiert sind, die eine Länge von 21 Ticks aufweist, was einem Wert von 9 entspricht. Der Prüfwert 330 umfasst bei dem hier gezeigten Beispiel auch 4 Bits und kann zum Beispiel einen CRC-Wert der Datenpakete 320-1, ..., 320-6 darstellen. Dem Prüfwert 330 kann ein optionaler Pause-Puls 340 folgen. Der Pause-Puls kann zum Beispiel eine Länge von 77 Ticks aufweisen, wie in 3 angezeigt. Um den Nachrichteninhalt derart zu ändern, dass er durch eine Verletzung des Protokolls nicht detektierbar ist, muss eine störende Einwirkung in der Nähe eines der Übergänge 210, 240 auftreten. Anders ausgedrückt, um einen Wert einer Nachricht zu ändern, muss eine Verzerrung ungefähr an einer abfallenden Flanke eines in 3 gezeigten Protokolls auftreten.
Um dies weiter zu veranschaulichen, 4 zeigt das Signal in dem unterem Teil, der eine Nachricht darstellt, die einen Wert von 2 aufweist (binäre Darstellung: 0010), was basierend auf dem Versatz von 12 Ticks einer Zeitspanne 250 von 14 Bit-Zeiten oder -Ticks entspricht. Die horizontale Achse von 4 stellt die Zeitachse in Einheiten von Ticks dar. In dem oberen Teil von 4 sind Verzerrungen 350-1, 350-2, 350-3 und 350-4 gezeigt. Jegliche Verzerrung kann ein positives oder negatives Zeichen verglichen zu den aktuellen Signalpegeln aufweisen. Die in 4 gezeigten Verzerrungen 350 sind spitzenförmig.
Die Verzerrungen 350-1 und 350-4 stellen detektierbare Verzerrungen dar, die zu einer Verletzung von Zeitgebungseinschränkungen führen, die durch die Spezifikation des jeweiligen SENT-Standards auferlegt sind. Zum Beispiel würde die erste Verzerrung 350-1 zu einer Zeitspanne zwischen einem entsprechenden Übergang 210 und dem weiteren Übergang 240 führen, die kleiner ist als der Versatzwert von 12 Ticks. In ähnlicher Weise würde die Verzerrung 350-4 zu einem zusätzlichen Übergang führen, der die SENT-Zeitgebungsanforderungen verletzt.
Allerdings können die Verzerrungen 350-2 und 350-3 dazu führen, dass der Übergang 210 um einen Tick zu einem niedrigeren Wert bzw. einem höheren Wert verschoben wird. Anders ausgedrückt, während der Übergang 210 wie beabsichtigt einer Zeitperiode von 14 Ticks entsprechen würde, kann die Verzerrung 350-2 verursachen, dass die Zeitperiode 250 auf 13 Bit-Zeiten oder -Ticks gekürzt wird. In ähnlicher Weise kann die Verzerrung 350-3 verursachen, dass die Zeitperiode 250 um einen Tick erhöht wird. Folglich kann jede der Verzerrungen 350-2, 350-3 zu einem Wechsel der Position des Übergangs 210 und somit zu einer Veränderung der Zeitperiode führen, was sich in eine Veränderung des Wertes übersetzt.
Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass eine Verschiebung eines Übergangs 210, 240 oder – bei den hier gezeigten Beispielen – einer abfallenden Flanke das Protokoll verletzt, führt ein Empfänger 110 eine Reihe von verbotenen Bruchteilen von Tick-Zeiten ein, die geprüft werden, wenn der Inhalt des Wertes oder Nibbles decodiert wird.
5 stellt dies in einer ähnlichen Situation, wie in 4 gezeigt, dar. Allerdings entspricht die Zeitperiode 250 zwischen dem weiteren Übergang 240 und dem Übergang 210 hier einem Wert von 9. Da bei den hier dargestellten Beispielen die Zeitperioden 250 zwischen abfallenden Flanken genommen sind, wird die Zeitperiode 250 auch als T_f2f (f2f = Falling-To-Falling = abfallend-zu-abfallend) bezeichnet.
Ferner zeigt 5 für die Werte 0, 9 und 15 die erwarteten Positionen 220-0, 220-9 und 220-15. Für die zwei erwarteten Positionen 220-9, 220-15 wurden die vorbestimmten Bereiche 230-9 bzw. 230-15 auch durch gestrichelte Linien in 5 gekennzeichnet. Wann immer der Übergang 210 in den entsprechenden vorbestimmten Bereich 230-9 fällt, kann der codierte Wert als unverändert angesehen werden. Falls der Übergang 210 allerdings in die hash-codierte Region außerhalb der vorbestimmten Bereiche 230 fällt, kann das Signal, das das unerwartete Ereignis anzeigt, durch die Abtastschaltung 150 erzeugt werden und die Nachricht kann zum Beispiel verworfen oder nicht berücksichtigt werden.
Die vorbestimmten Bereiche 230 können zum Beispiel einem Toleranzbereich von zum Beispiel +/–10 % des entsprechenden Wertes entsprechen. Anders ausgedrückt der vorbestimmte Bereich 230-9 kann einem Wert von 8,91 bis 9,09 Ticks entsprechen oder auf einen Wert zwischen 8,9 und 9,1 Ticks aufgerundet sein. Wenn die Position des Übergangs 210, wie durch die Abtastschaltung 150 bestimmt, außerhalb des vorbestimmten Bereiches 230-9, wie erwähnt, fallen sollte, kann das Signal erzeugt werden, das das unerwartete Ereignis anzeigt. In ähnlicher Weise kann der vorbestimmte Bereich 230-15 für die erwartete Position 220-15, die einem Wert von 15 entspricht, die Werte von 14,85 bis 15,15 umfassen, was 10 % des Wertes entspricht, der auf die erwartete Position 220-1 durch die Quantisierungsfunktion abgebildet wird. Bei anderen Beispielen kann genauso gut ein anderes Schema eingesetzt werden. Zum Beispiel können die vorbestimmten Bereiche 230 durch eine absolute Tick-Zeit gegeben sein. Im Fall einer absoluten Tick-Zeit von +/–0,1 Tick-Zeiten wären die vorbestimmten Bereiche 230 zum Beispiel gleich breit. Zum Beispiel entspricht der vorbestimmte Bereich 230-9 in diesem Fall Werten zwischen 8,9 und 9,1, während der vorbestimmte Bereich 230-15, der der erwarteten Position 220-15 entspricht, die Werte 14,9 bis 15,1 aufweist. Bei anderen Beispielen können auch andere vorbestimmte Bereiche 230 verwendet werden, die zum Beispiel die Zeitperiode 250 (zum Beispiel Tf2f) als Basis zum Definieren der vorbestimmten Bereiche 230 verwenden können.
Dieses Prinzip kann zum Beispiel implementiert sein, indem eine gewisse Granularität einer Abtastrate des Empfängers 110 eingeführt wird. Dies kann erfolgen zum Beispiel durch einen peripheren Takt einer Erfassungs- und Vergleichseinheit sowie ein Prüfen hinsichtlich bestimmter Grenzen der empfangenen Zählungen von einer abfallenden zu einer abfallenden Flanke oder ähnlichen Übergängen. Ein solcher Prüfmechanismus kann zum Beispiel, ähnlich zu der Prüfung des Synchronisierungspulses der anfänglichen Sequenz 270, implementiert sein.
Bei Annahme zum Beispiel einer Tick-Zeit von 1,5 µs kann ein peripherer Takt einer zentralen Steuereinheit von 6,7 MHz bereits eine Abtastung innerhalb einer 10 % Toleranz eines 1 Takt-Ticks bereitstellen. Ein Verdoppeln der Abtastrate kann bereits ein Entscheidungsfenster von +/– zwei der niederwertigsten Bits des Wertes erlauben, der durch die zentrale Steuereinheit bereitgestellt wird, um zu entscheiden, ob die Flanke in dem erforderlichen vorbestimmten Bereich 230 ist, der auch als Fenster bezeichnet wird.
Falls nicht kann das gesamte Packet oder die gesamte Nachricht entweder übergangen werden oder zumindest eine Warnung für eine mögliche Verschlechterung des Empfangs auf der Empfängerseite gekennzeichnet werden. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Zeitgebungsprüfung kann die Schwankung der Zeitgebung durch die folgenden Maßnahmen geprüft werden. Zum Beispiel kann die Zeitgebung der Sensoren oder anderen Sender 120 vorrangig durch Temperaturschwankungen und Altersdrift verursacht sein. Ein Fehler, der an der abfallenden Flanke der anfänglichen 56-Tick-Synchronisierungspulse der anfänglichen Sequenz 270 auftritt, kann zum Beispiel detektiert werden durch Vergleich der Länge eines benachbarten Synchronisierungspulses einer vorherigen anfänglichen Sequenz 270, die gleich einer begrenzten Toleranz T_synctol sein soll, die deutlich kleiner sein kann als der vorgeschlagene Wert von +/–1,5 % gemäß dem SENT-Standard. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der tatsächliche Synchronisierungspulse der anfänglichen Sequenz 270 geprüft werden in Bezug auf einen Durchschnitt oder durch Verwenden eines unendlichen Impulsantwortfilters, der eine Länge der vorhergehenden Synchronisierungspulse überwacht. Dies gibt eine bessere langfristige Prüfung als nur das Überprüfen benachbarter oder angrenzender Pulse. Allerdings kann dies erfordern, dass der Empfänger mehr anfängliche Sequenzen 270 empfängt.
Ferner kann der Empfänger 110 hinsichtlich Synchronisierung sowie seiner Entscheidung kalibriert sein. Bei diesem Szenario kann der Empfänger 110, der zum Beispiel Teil einer zentralen Steuereinheit sein kann, Informationen betreffend einen solchen flankigen Punkt empfangen, indem jede Art von Niederpassfiltern angewandt wird, zum Beispiel einschließlich eines arbeitenden Durchschnittsfilters oder komplexerer unendlicher Impulsantwortfilter, endlicher Impulsantwortfilter, minimaler oder maximaler Tracker oder dergleichen. Ferner kann es möglich sein nach einer Inbetriebnahme gut definierte Initialisierungsnachrichten zu senden, um eine Kalibrierung der Zeitgebungen zu erlauben und eine Zeitbasis für die späteren Übertragungen zu haben.
Um es einem Empfänger 110 zu erlauben, mit einem entsprechenden Sender 120 zu arbeiten, kann es ratsam sein, die erforderlichen Sicherheitsmerkmale und -protokolle zu spezifizieren.
Die Verwendung eines Empfängers 110 kann es erlauben, die Nachrichtenintegrität zu überprüfen, ohne die Länge der Prüfsumme bei jeder Nachricht zu erweitern. Dies kann die Datenratenanforderungen verletzen, insbesondere bei Sensorbussen mit niedriger Datenrate, und kann ferner die Aufwärtskompatibilität mit bestehenden Standards gefährden.
Folglich kann ein Empfänger 110 in dem Rahmen einer SPC-Sensorschnittstelle verwendet werden, die eine verbesserte Sicherheitsstufe durch eine entsprechende Zeitgebungsbewertung bereitstellen kann.
7 zeigt schließlich ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das in einem Prozess P100 ein Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals umfasst. Bei einem Prozess P110 wird eine Position eines Übergangs 210 des Pulses 200 durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion bestimmt. Bei einem Prozess P120 wird ein Signal erzeugt, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs 210 von einer erwarteten Position 220 gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich 230 abweicht. Die Quantisierungsfunktion bildet die Vielzahl erwarteter Positionen 220 auf eine Vielzahl von Werten ab.
Obwohl in 6 eine spezifische Reihenfolge der Prozesse P100, P110 und P120 gezeigt ist, ist es bei weitem nicht erforderlich, die individuellen Prozesse in der in 6 gegebenen Reihenfolge auszuführen. Die Reihenfolge der Prozesse kann beliebig geändert werden. Ferner können die Prozesse zeitlich überlappend oder sogar gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner können die Prozesse in einer Schleife ausgeführt oder durchgeführt werden. Die Schleife kann unterbrochen werden, wenn eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist.
Die Beschreibung und die Zeichnungen stellen nur die Prinzipien der Erfindung dar. Der Fachmann auf dem Gebiet wird in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu erdenken, die, obwohl sie hierin nicht explizit beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und innerhalb ihres Wesens und Schutzbereiches umfasst sind. Ferner sind alle hierin angeführten Beispiele ausdrücklich nur zu pädagogischen Zwecken gedacht, um den Leser beim Verständnis der Prinzipien der Erfindung und der Konzepte zu unterstützen, die durch den oder die Erfinder beigetragen wurden, um die Technik weiterzuentwickeln, und sollen nicht als Einschränkung für solche hierin angeführten Beispiele und Bedingungen angesehen werden. Ferner sollen alle hierin angeführten Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung angeben, sowie spezifische Beispiele derselben, auch Entsprechungen derselben umfassen.
Funktionale Blöcke, bezeichnet als „Mittel zum ....“ (die eine bestimmte Funktion ausführen), sollen als funktionale Blöcke angesehen werden, die eine Schaltungsanordnung aufweisen, die angepasst ist zum Ausführen bzw. zur Ausführung einer bestimmten Funktion. Somit kann ein „Mittel zum ...“ auch als ein „Mittel, angepasst oder geeignet zum ...“ verstanden werden. Ein Mittel, das zum Ausführen einer bestimmten Funktion angepasst ist, impliziert nicht, dass ein solches Mittel notwendigerweise die Funktion ausführt (zu einem gegebenen Zeitpunkt).
Die hierin beschriebenen Verfahren können als Software implementiert sein, z. B. als Computerprogramm. Die Teilprozesse können durch ein solches Programm, z. B. durch Schreiben in einen Speicherort, ausgeführt werden. In ähnlicher Weise kann das Lesen oder Empfangen von Daten durch Lesen aus demselben oder einem anderen Speicherort ausgeführt werden. Ein Speicherort kann ein Register oder ein anderer Speicher einer geeigneten Hardware sein. Die Funktionen der verschiedenen in den Figuren gezeigten Elemente, die jegliche Funktionsblöcke umfassen, die als „Mittel“, „Mittel zum Bilden“, „Mittel zum Bestimmen“ etc. gekennzeichnet sind, können durch die Verwendung dedizierter Hardware bereitgestellt werden, wie z. B., „eine Bildungseinrichtung“, einen „Bestimmer“, etc., sowie Hardware, die in der Lage ist, Software in Zuordnung zu einer geeigneten Software auszuführen. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzelnen, dedizierten Prozessor, einen einzelnen, gemeinschaftlich verwendeten Prozessor, oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt werden, wobei einige derselben gemeinschaftlich verwendet werden können. Ferner sollte die explizite Verwendung des Ausdrucks „Prozessor“ oder „Steuerung“ nicht derart ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die in der Lage ist, Software auszuführen, und kann implizit und ohne Einschränkung eine Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = digital signal processor), einen Netzwerkprozessor, eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (ASIC = application specific integrated circuit), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA; field programmable gate array), einen Nur-Lese-Speicher (ROM = read only memory) zum Speichern von Software, einen Direktzugriffsspeicher (RAM = random access memory) und eine nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Andere Hardware, ob herkömmlich und/oder kundenspezifisch, kann ebenfalls umfasst sein. In ähnlicher Weise sind jegliche, in den Figuren gezeigten Schalter ausschließlich konzeptionell. Ihre Funktion kann durch die Operation einer Programmlogik, durch dedizierte Logik, durch die Wechselwirkung von Programmsteuerung und dedizierter Logik ausgeführt werden, wobei die bestimmte Technik durch den Implementierer auswählbar ist, da sie aus dem Kontext besser verständlich ist.
Der Fachmann auf dem Gebiet sollte erkennen, dass jegliche Blockdiagramme hierin konzeptionelle Ansichten einer darstellenden Schaltungsanordnung darstellen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. In ähnlicher Weise wird darauf hingewiesen, dass jegliche Flussdiagramme, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium verkörpert sein können und somit durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, egal ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist oder nicht.
Ferner sind die nachfolgenden Ansprüche hierdurch in die detaillierte Beschreibung eingelagert, wobei jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen kann. Während jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen kann, sollte darauf hingewiesen werden, dass – obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand von jedem anderen abhängigen Anspruch umfassen können. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, außer es ist angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist es die Absicht, auch Merkmale eines Anspruchs in jeglichen anderen unabhängigen Anspruch zu integrieren, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig ist.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass Verfahren, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, durch eine Vorrichtung implementiert sein können, die ein Mittel zum Ausführen von jeglichem der entsprechenden Prozesse dieser Verfahren aufweist.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Offenbarung von mehreren Prozessen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht darauf beschränkt sein soll, dass sie in der spezifischen Reihenfolge ist. Daher schränkt die Offenbarung von mehreren Prozessen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge ein, außer solche Prozesse oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar.
Ferner kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Prozess mehrere Teilprozesse umfassen oder in diese aufgeteilt sein. Solche Teilprozesse können in der Offenbarung dieses einzelnen Prozesses umfasst oder Teil desselben sein, außer dies ist ausdrücklich ausgeschlossen.

Claims

Ein Empfänger, umfassend: eine Empfängerschaltung zum Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals; eine Abtastschaltung zum Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion und zum Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht, wobei die Quantisierungsfunktion eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten abbildet, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um eine Meldung zu ignorieren, die einen empfangenen Wert aus der Vielzahl von Werten umfasst, wenn die Abtastschaltung das Signal erzeugt hat, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt.
Der Empfänger gemäß Anspruch 1, wobei die Abtastschaltung ausgebildet ist, um einen empfangenen Wert aus der Vielzahl von Werten basierend auf der Quantisierungsfunktion und einer erwarteten Position, die dem empfangenen Wert entspricht, zu bestimmen, wenn die bestimmte Position des Übergangs in den vorbestimmten Bereich um die erwartete Position, die dem empfangenen Wert entspricht, fällt.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Bereich höchstens 30 % einer Distanz zwischen zwei benachbarten erwarteten Positionen entspricht.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Bereich um die erwartete Position durch eine vordefinierte Anzahl von Abtastwerten gemäß einer Abtastzeit-Auflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals gegeben ist.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmten Bereiche für die erwarteten Positionen aus der Vielzahl von erwarteten Positionen gleichmäßig dimensioniert sind.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmten Bereiche um die erwarteten Positionen auf einem vordefinierten Bruchteil der Werte basieren, die den erwarteten Positionen gemäß der Quantisierungsfunktion entsprechen.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Distanzen zwischen benachbarten, erwarteten Positionen gemäß der Quantisierungsfunktion gleich sind.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quantisierungsfunktion monoton ist.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quantisierungsfunktion die Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von ganzzahligen Werten abbildet.
Der Empfänger gemäß Anspruch 9, wobei eine maximale Differenz zwischen benachbarten ganzzahligen Werten aus der Vielzahl von ganzzahligen Werten eins ist, wenn die Vielzahl von ganzzahligen Werten in einer aufsteigenden Reihenfolge angeordnet ist.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen, das einen weiteren Übergang vor dem Übergang umfasst, wobei der Wert in einer Zeitspanne zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang codiert ist.
Der Empfänger gemäß Anspruch 11, wobei die Quantisierungsfunktion die bestimmte Position des Übergangs auf den Wert durch Subtrahieren eines vordefinierten Versatzes von der Zeitspanne zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang abbildet.
Der Empfänger gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen, das den weiteren Übergang und den Übergang als Übergänge in einer gemeinsamen ersten Richtung umfasst.
Der Empfänger gemäß Anspruch 13, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen, das ferner einen Zwischenübergang in einer entgegengesetzten zweiten Richtung umfasst, wobei der Zwischenübergang zwischen dem weiteren Übergang und dem Übergang positioniert ist.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zeitauflösung des empfangenen, überabgetasteten Signals besser ist als eine kleinste Distanz der Vielzahl von erwarteten Positionen.
Der Empfänger gemäß Anspruch 15, wobei die Zeitauflösung um zumindest einen Faktor vier besser ist als die kleinste Distanz zwischen den erwarteten Positionen aus der Vielzahl von erwarteten Positionen.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um eine anfängliche Sequenz zu empfangen, die einen vorbestimmten Kalibrierwert darstellt, und wobei die Abtastschaltung ferner ausgebildet ist, um die erwarteten Positionen der Quantisierungsfunktion basierend auf einem Vergleich des Kalibrierwerts und der anfänglichen Sequenz zu bestimmen.
Der Empfänger gemäß Anspruch 17, wobei die anfängliche Sequenz einen ersten Übergang und einen zweiten Übergang umfasst und wobei die Abtastschaltung ausgebildet ist, um die erwarteten Positionen der Quantisierungsfunktion basierend auf einer Zeit zwischen dem ersten und zweiten Übergang der anfänglichen Sequenz und dem Kalibrierwert zu bestimmen.
Der Empfänger gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Empfängerschaltung ausgebildet ist, um das Signal asynchron zu empfangen.
Ein Verfahren, umfassend: Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals; Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion; Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht, wobei die Quantisierungsfunktion eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten abbildet; und Ignorieren einer Meldung, die einen empfangenen Wert aus der Vielzahl von Werten umfasst, wenn das ein unerwartetes Ereignis anzeigende Signal erzeugt wurde.
Ein Programm, umfassend einen Programmcode, der ausgebildet ist, um ein Verfahren auszuführen, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardware ausgeführt wird, das Verfahren umfassend: Empfangen eines pulsbreiten-codierten Signals; Bestimmen einer Position eines Übergangs des Signalpulses durch Überabtastung des empfangenen Signals in Bezug auf eine Quantisierungsfunktion; Erzeugen eines Signals, das ein unerwartetes Ereignis anzeigt, wenn die bestimmte Position des Übergangs von einer erwarteten Position gemäß der Quantisierungsfunktion um mehr als einen vorbestimmten Bereich abweicht, wobei die Quantisierungsfunktion eine Vielzahl von erwarteten Positionen auf eine Vielzahl von Werten abbildet; und Ignorieren einer Meldung, die einen empfangenen Wert aus der Vielzahl von Werten umfasst, wenn das ein unerwartetes Ereignis anzeigende Signal erzeugt wurde.