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GEBIET
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Empfänger, einen Sender, ein Verfahren zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal, ein Verfahren zum Senden eines Datenwerts und eines zusätzlichen Datenwerts in einem Signal und entsprechende Computer-, Prozessor- und auf programmierbare Hardware bezogene Implementierungen.
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HINTERGRUND
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Auf vielen Gebieten der Technik werden Daten von einer Entität zu einer anderen Entität unter Verwendung eines digitalen Kodierungsschemas übertragen. Während bei einigen dieser Anwendungen hochentwickelte Übertragungsschemata eingesetzt werden, besteht auf vielen Gebieten eine Tendenz, eine digitale Übertragung unter Verwendung eines einfacheren aber robusten Protokolls zu ermöglichen, das sowohl einen hohen Durchsatz als auch eine einfache Implementierung erlaubt. Daher besteht ein allgemeiner Bedarf zum Verbessern eines Kompromisses zwischen einer Robustheit der Übertragung im Hinblick auf Verzerrungen, Einfachheit der Implementierung und einen hohen Durchsatz.
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Zum Beispiel kann auf dem Gebiet von Hochvolumenarchitekturen, die kostengünstige Implementierungen verwenden, das Finden einer Lösung für diesen Kompromiss relevanter sein als bei anderen Gebieten der Technik. Zum Beispiel benötigen auf dem Gebiet von Kommunikationssystemen für motorisierte oder nicht-motorisierte Fahrzeuge, unterschiedliche Komponenten, die Sensoren, Steuerungseinheiten und andere Bauelemente umfassen, häufig eine Kommunikationsarchitektur, die eine Übertragung von Daten erlaubt, die robust gegen Verzerrungen ist, sogar unter ernsten Betriebsbedingungen. Nichtsdestotrotz sollte eine solche Architektur ausreichend Bandbreite bereitstellen, um unterschiedlichen Entitäten zu ermöglichen, Daten zu übertragen. Aufgrund des höheren Volumens dieser Komponenten, die sogar bei einem einzelnen Fahrzeug verwendet werden, kann eine einzelne und somit kosteneffiziente Implementierung ebenfalls wichtig sein. Ein Beispiel kommt aus dem Automobilsektor wo Sensoren, Steuerungseinheiten und andere Bauelemente miteinander kommunizieren müssen oder zumindest Daten in einer Richtung bereitstellen müssen.
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Es besteht jedoch auf anderen Gebieten der Technik ein vergleichbarer Bedarf, der Architekturen und Systeme mit nicht hohem Volumen umfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es besteht daher ein Bedarf zum Verbessern eines Kompromisses zwischen der Robustheit einer Signalübertragung, einer Einfachheit der Implementierung und einem verfügbaren Durchsatz für eine Kommunikationsarchitektur.
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Dieser Bedarf wird erfüllt durch einen Empfänger, einen Sender, ein Verfahren zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal, ein Verfahren zum Übertragen eines Datenwerts und eines zusätzlichen Datenwerts in einem Signal und entsprechende auf Computer, Prozessor und programmierbare Hardware bezogene Implementierungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Ein Empfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Empfängerschaltung zum Empfangen eines ersten Übergangs in einer ersten Richtung, eines zweiten Übergangs in einer zweiten Richtung nach dem ersten Übergang und eines dritten Übergangs in der ersten Richtung nach dem zweiten Übergang eines Signals, wobei eine erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zumindest teilweise einen Datenwert anzeigt, der empfangen werden soll. Die Empfängerschaltung ist angepasst, um eine zweite Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang und einem zweiten Übergang zu bestimmen und um einen zusätzlichen Datenwert zu bestimmen, der basierend zumindest auf der bestimmten zweiten Zeitperiode zwischen dem ersten und zweiten Übergang empfangen werden soll.
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Durch Verwenden eines Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Zeitintervall zwischen dem ersten und zweiten Übergang zusätzlich verwendet werden, um den zusätzlichen Datenwert zu übertragen, was zu einem höheren Datendurchsatz führen kann. Ferner kann es möglich sein, die Auswirkung auf die Robustheit des Übertragungsschemas und die Einfachheit einer entsprechenden Implementierung einzugrenzen.
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Optional kann die Empfängerschaltung ferner angepasst sein, um die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zu bestimmen und um den Datenwert basierend zumindest auf der bestimmten ersten Zeitperiode zu bestimmen. Anders ausgedrückt kann der Empfänger in der Lage sein, den Datenwert aus dem Signal zu bestimmen oder wieder zu gewinnen.
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Optional kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um den ersten Übergang und den dritten Übergang als Übergänge aus einem gemeinsamen vordefinierten ersten Signalpegel zu einem gemeinsamen vordefinierten zweiten Signalpegel zu bestimmen. Dies kann eine sogar noch robustere Übertragung des Datenwerts erlauben.
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Optional kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode zu bestimmen – zwischen dem ersten und zweiten Übergang – die kürzer ist als eine minimale Zeitperiode nach dem ersten Übergang, für einen Übergang zu dem ersten Pegel gemäß einer vordefinierten oder vorbestimmten Spezifikation oder einem Protokoll zum Übertragen des Datenwerts. Zum Beispiel kann es möglich sein, eine Abwärtskompatibilität im Hinblick auf ein Protokoll zum Übertragen des Datenwerts zu verletzen, was es erlauben kann, den Durchsatz der Daten sogar noch weiter zu erhöhen. Abhängig jedoch von der Robustheit einer solchen hergebrachten Implementierung kann es für einen solchen Empfänger möglich sein, einfach die Modifikation des zweiten Übergangs zu ignorieren. Dies kann eine Abwärtskompatibilität erlauben.
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Zusätzlich oder alternativ kann bei einem solchen Empfänger die Empfängerschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode basierend auf dem zweiten Übergang zu einem Zwischensignalpegel zu bestimmen, der sich von dem ersten Signalpegel und dem zweiten Signalpegel unterscheidet. Dies kann eine Abwärtskompatibilität weiter verbessern durch Verwenden des Zwischensignalpegels, der sich von dem ersten und dem zweiten Signalpegel unterscheidet. Zusätzlich oder alternativ kann es ein Erhöhen der Bandbreite für den zusätzlichen Datenwert erlauben. Bei einer solchen Implementierung kann der zweite Übergang ein Übergang sein, der nicht an dem ersten und zweiten Signalpegel endet. Der Zwischensignalpegel kann ein Signalpegel sein, der zwischen dem ersten und dem zweiten Signalpegel angeordnet ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode zwischen dem ersten und zweiten Übergang basierend auf einer Amplitude eines zweiten Übergangs zu bestimmen. Die Empfängerschaltung kann ferner angepasst sein, um den zusätzlichen Datenwert basierend auf zumindest zwei unterschiedlichen Amplituden eines zweiten Übergangs zu bestimmen. Es kann daher möglich sein, den Durchsatz oder die Bandbreite des Übergangsschemas sogar weiter zu erhöhen durch zusätzliches Ermöglichen, dass der zweite Übergang unterschiedliche Amplituden umfasst, um zu ermöglichen, dass der Datendurchsatz durch Verwenden eines zusätzlichen Amplitudenmodulationsschemas erhöht wird.
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Natürlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen die Empfängerschaltung ferner angepasst sein, um die zweite Zeitperiode zwischen dem ersten und zweiten Übergang basierend auf dem zweiten Übergang zu bestimmen, der immer dieselbe Amplitude aufweist. Dies kann ermöglichen, dass ein Empfänger besser kompatibel mit hergebrachten Protokollen ist. Zusätzlich oder alternativ kann dies ermöglichen, dass das Übertragungsprotokoll robuster gegen Verzerrungen ist, da die Amplitude in diesem Fall keine Informationen aufweist.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um den Datenwert basierend auf der ersten Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zu bestimmen, die variabel und abhängig von dem Datenwert ist. Anders ausgedrückt muss der Datenwert, der durch den Empfänger empfangen werden soll, keinesfalls konstant sein, sondern kann von dem zu übertragenden Datenwert abhängen. Wiederum anders ausgedrückt kann sich das übertragene Signal von einem klassischen PWM-Signal (PWM = pulse width modulated signal = pulsbreitenmodulierten Signal) unterscheiden.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um den Datenwert basierend auf einer Größe des Quantisierungsschrittes der ersten Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zu bestimmen, der kürzer oder gleich einer Größe des Quantisierungsschrittes der zweiten Zeitperiode zwischen dem ersten und zweiten Übergang betreffend den zusätzlichen Datenwert ist. Da der erste und dritte Übergang Übergänge in der gemeinsamen ersten Richtung sind, kann es möglich sein, Hardware-bezogene, herstellungsbezogene und/oder operationsbezogene Einflüsse auf die Übergänge einzuschränken. Dies kann ermöglichen, die Position des ersten und dritten Übergangs genauer zu bestimmen.
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Ein Sender gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Senderschaltung zum Bestimmen, basierend auf einem Datenwert, der übertragen werden soll, einer ersten Zeitperiode zwischen einem ersten Übergang in einer ersten Richtung und einem dritten Übergang in der ersten Richtung eines zu erzeugenden Signals. Die Senderschaltung ist ferner angepasst, um basierend auf einem zusätzlichen Datenwert, der übertragen werden soll, eine vorbestimmte zweite Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang und einem zweiten Übergang in einer zweiten Richtung des Signals zu modifizieren, wenn der zusätzliche Datenwert sich von einem voreingestellten Wert unterscheidet. Die Senderschaltung ist ferner angepasst, um das Signal zu erzeugen, umfassend den ersten Übergang in der ersten Richtung, den zweiten Übergang nach dem ersten Übergang in der zweiten Richtung und den dritten Übergang nach dem Übergang in der ersten Richtung basierend auf der ersten und zweiten Zeitperiode.
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Das Verwenden eines Senders gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verbessern des vorangehend erwähnten Kompromisses zwischen der Robustheit des Übertragungsschemas, der Einfachheit einer entsprechenden Implementierung und einem höheren Datendurchsatz durch Verwenden der Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang erlauben, um den zusätzlichen Datenwert zu übertragen. Hier kann basierend auf einer vorbestimmten zweiten Zeitperiode die Senderschaltung des Senders in der Lage sein, diese zweite Zeitperiode zu modifizieren, wenn der zusätzliche Datenwert eine entsprechende Modifikation anzeigt.
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Optional kann die Senderschaltung angepasst sein, um das Signal zu erzeugen, das den ersten und dritten Übergang als Übergänge von einem gemeinsamen vordefinierten ersten Signalpegel zu einem gemeinsamen vordefinierten zweiten Pegel umfasst. Wie vorangehend ausgeführt wurde, kann dies die Robustheit des Übertragungsschemas weiter verbessern und/oder eine Implementierung des Senders vereinfachen.
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Optional kann die Senderschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode – zwischen dem ersten Übergang und dem zweiten Übergang – zu modifizieren, die kürzer ist als eine minimale Zeitperiode nach dem ersten Übergang für einen Übergang zu dem ersten Pegel gemäß einer vorbestimmten oder vordefinierten Spezifikation oder einem Protokoll zum Übertragen des Datenwerts, wenn der zusätzliche Datenwert anzeigt, dass die zweite Zeitperiode kürzer ist als die minimale Zeit. Anders ausgedrückt kann es möglich sein, den Sender auf solche Weise zu implementieren, dass er ein vordefiniertes Protokoll zum Übertragen des Datenwerts verletzen kann, um den Datendurchsatz sogar noch weiter zu erhöhen. Dies kann jedoch zu einer weniger kompatiblen Senderimplementierung führen. Abhängig jedoch von der Robustheit einer solchen hergebrachten Implementierung kann es möglich sein, dass ein solcher Empfänger einfach die Modifikation des zweiten Übergangs ignoriert. Dies kann eine Abwärtskompatibilität erlauben.
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Zusätzlich oder alternativ kann bei einem solchen Sender die Senderschaltung angepasst sein, um das Signal zu erzeugen, das den zweiten Übergang zu einem Zwischensignalpegel aufweist, der sich von dem ersten Signalpegel und dem zweiten Signalpegel unterscheidet. Dies kann eine Abwärtskompatibilität durch Verwenden des Zwischensignalpegels weiter verbessern, der sich von dem ersten und zweiten Signalpegel unterscheidet. Zusätzlich oder alternativ kann es das Erhöhen der Bandbreite für den zusätzlichen Datenwert erlauben. Bei einer solchen Implementierung kann der zweite Übergang ein Übergang sein, der nicht an dem ersten und zweiten Signalpegel endet. Der Zwischensignalpegel kann ein Signalpegel sein, der zwischen dem ersten und zweiten Signalpegel angeordnet ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Senderschaltung angepasst sein, um ferner eine Amplitude für den zweiten Übergang basierend auf dem zusätzlichen Datenwert aus zumindest zwei unterschiedlichen Amplituden für den zweiten Übergang zu bestimmen. Die Senderschaltung kann ferner angepasst sein, um den zweiten Übergang des Signals mit der bestimmten Amplitude für den zweiten Übergang zu erzeugen. Als Folge kann es möglich sein, den Datendurchsatz noch weiter zu erhöhen durch Einsetzen eines Amplitudenmodulationsschemas zum Senden oder Übertragen des zusätzlichen Datenwerts. Zum Beispiel könnten durch Implementieren der Senderschaltung, um für 2n unterschiedliche Amplituden in der Lage zu sein, n zusätzliche Bits für den zusätzlichen Datenwert übertragen werden. Natürlich können auch Zustandssätze aus Amplitudenwerten, die kein Mehrfaches von 2n sind, verwendet werden.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen jedoch kann die Senderschaltung angepasst sein, um den zweiten Übergang zu erzeugen, der immer dieselbe Amplitude aufweist. Wie ausgeführt wurde, kann dies eine Kompatibilität und/oder eine Robustheit des Übertragungsschemas verbessern.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Senderschaltung angepasst sein, um die erste Zeitperiode basierend auf dem Datenwert als eine variable Zeitperiode abhängig von dem Datenwert zu bestimmen. Anders ausgedrückt kann der Sender in der Lage sein, nicht nur eine feste Information als den Datenwert zu übertragen, sondern einen mehrerer Datenwerte durch Bestimmen der geeigneten variablen ersten Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zu übertragen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Senderschaltung angepasst sein, um die erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang für den Datenwert basierend auf der Größe eines Quantisierungsschrittes zu bestimmen, der kleiner oder gleich einer Größe eines Quantisierungsschrittes der zweiten Zeitperiode zwischen dem ersten und zweiten Übergang betreffend den zusätzlichen Datenwert ist. Da der erste und dritte Übergang Übergänge in der gemeinsamen ersten Richtung sind, kann es möglich sein, Hardware-bezogene, herstellungsbezogene und/oder operationsbezogene Einflüsse auf die Übergänge einzuschränken. Dies kann erlauben, die Positionen des ersten und dritten Übergangs genauer zu bestimmen. Ein Sender gemäß einem Ausführungsbeispiel kann daher verwendet werden, um gleichzeitig Daten gemäß einer hergebrachten Spezifikation zu übertragen und um einen zusätzlichen Datenwert zu einem Empfänger zu übertragen, der gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Lage ist, den zusätzlichen Datenwert zu bestimmen.
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Ferner umfassen Ausführungsbeispiele auch einen Sendeempfänger, der einen Sender und einen Empfänger umfasst, wie vorangehend beschrieben wurde. In einem solchen Fall können die Senderschaltung und die Empfängerschaltung gemeinsame Komponenten gemeinschaftlich verwenden, die sowohl zum Senden als auch Empfangen des Datenwerts und/oder des zusätzlichen Datenwerts verwendet werden.
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Ferner können Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal umfassen, wobei das Verfahren das Empfangen eines ersten Übergangs in einer ersten Richtung, eines zweiten Übergangs nach dem ersten Übergang in einer zweiten Richtung und eines dritten Übergangs nach dem zweiten Übergang in der ersten Richtung des Signals umfasst, wobei eine erste Zeitperiode zwischen dem ersten und dritten Übergang zumindest teilweise einen Datenwert anzeigt, der empfangen werden soll. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen einer zweiten Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang und dem zweiten Übergang und das Bestimmen, dass der zusätzliche Datenwert basierend zumindest auf der bestimmten zweiten Zeitperiode empfangen werden soll.
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Ein Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Verfahren zum Übertragen eines Datenwerts und eines zusätzlichen Datenwerts in einem Signal, wobei das Verfahren das Bestimmen, basierend auf dem Datenwert, einer ersten Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang in einer ersten Richtung und einem dritten Übergang in der ersten Richtung des Signals umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Modifizieren, basierend auf dem zusätzlichen Datenwert, einer vorbestimmten zweiten Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang und dem zweiten Übergang in einer zweiten Richtung des Signals, wenn sich ein zweiter Datenwert von einem voreingestellten Wert unterscheidet. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen des Signals umfassend den ersten Übergang in der ersten Richtung, den zweiten Übergang nach dem ersten Übergang in der zweiten Richtung und den dritten Übergang nach dem zweiten Übergang in der ersten Richtung basierend auf der ersten und zweiten Zeitperiode.
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Ausführungsbeispiele umfassen ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von einem beliebigen der vorangehend beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen programmierbaren Hardware ausgeführt wird.
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Entsprechend kann ein Ausführungsbeispiel auch beides umfassen, ein Verfahren zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal und ein Verfahren zum Übertragen eines Datenwerts und eines zusätzlichen Datenwerts in einem Signal, wie vorangehend beschrieben wurde. Dies gilt auch für das Computerprogramm gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsbeispiele umfassen ferner ein Datenübertragungssystem, das einen Empfänger und einen Sender aufweist, wobei zumindest einer derselben gemäß einem Ausführungsbeispiel implementiert ist, sowie ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Auto, das eine Steuerungseinheit aufweist, die einen Empfänger oder Sendeempfänger und zumindest einen Sensor umfasst, der einen Sender oder einen Sendeempfänger aufweist, wie in dem Kontext des Kommunikationssystems beschrieben ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Figuren beschrieben.
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1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Datenübertragungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 stellt ein Protokoll zum Senden und/oder Empfangen eines Datenwerts dar;
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3 stellt eine Asymmetrie eines Signals im Hinblick auf Übergänge in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung dar.
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4 stellt ein Protokoll dar, das durch einen Empfänger und/oder einen Sender verwendet wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5a stellt ein Protokoll zum Senden und/oder Empfangen eines Datenwerts dar;
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5b stellt ein Protokoll dar, das durch einen Empfänger und/oder einen Sender verwendet wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei der zweite Übergang eine unterschiedliche Amplitude aufweist;
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6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs, das ein Datenübertragungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist;
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Übertragen eines Datenwerts und eines zusätzlichen Datenwerts und eines Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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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, die 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.
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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 oder Entität zu einer anderen Komponente oder Entität zu übertragen sind, ungeachtet des Inhalts oder der Bedeutung der entsprechenden Informationen als Daten bezeichnet.
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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 mit hohem Datendurchsatz wichtige Entwurfsziele dar. Folglich besteht in vielen Bereichen der Technik ein Bedarf, einen Kompromiss zwischen diesen Parametern zu verbessern.
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Beispiele stammen zum Beispiel von Hochvolumen- und/oder kostengünstigen Implementierungen, bei denen technisch einfache und somit kosteneffiziente Lösungen wichtig sein können. Zum Beispiel sind im Bereich von Komponenten für eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen, die individuellen Komponenten häufig erheblichen Verzerrungen ausgesetzt und arbeiten unter schwierigen Umwelteinflüssen. Zum Beispiel können elektromagnetische Burts in elektrische oder elektronische Kommunikationssysteme koppeln, die zum Beispiel durch Zündanlagen, Leistungskontrollsysteme oder dergleichen verursacht werden.
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Allerdings ist es unter diesen schwierigeren Betriebsbedingungen häufig erforderlich, dass die Komponenten zuverlässig arbeiten und in der Lage sind, Daten mit einer ausreichend hohen Durchsatzrate zu senden und/oder zu empfangen, um zu ermöglichen, dass die individuellen Komponenten ordnungsgemäß und innerhalb ihrer spezifizierten Parameter arbeiten. Dies kann wichtig sein, da zum Beispiel sicherheitsbezogene Systeme und Komponenten mit direktem Einfluss auf die Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs beteiligt sein können.
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Ein Beispiel kommt zum Beispiel aus dem Gebiet von Sensoren und anderen elektronischen Komponenten eines motorisierten oder nicht-motorisierten Fahrzeugs, das mit einem anderen über das entsprechende elektrische Netz- oder Bus-System des Fahrzeugs kommuniziert. Aufgrund der Anzahl von unterschiedlichen Sensoren, die in einem Auto, einem Motorrad oder einem ähnlichen Fahrzeug enthalten sind, unterliegen die Sensoren und Steuerungseinheiten sowie andere Komponenten einem entsprechenden Kostendruck, der technisch einfachere Lösungen favorisiert. Ferner kann eine einfache Lösung robuster gegen Verzerrungen sein im Vergleich zu höher entwickelten Protokollen und Implementierungen.
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Um jedoch die Anzahl von Bus-Systemen oder Kommunikationssystemen in einem solchen Fahrzeug einzuschränken, sollte die entsprechende Bandbreite oder der Durchsatz im Hinblick auf Daten, die über das Kommunikationssystem übertragen werden sollen, ausreichend hoch sein, um den Bedarf zum Einrichten unterschiedlicher Kommunikationssysteme zu verhindern. Dies kann sogar das Reduzieren der Anzahl der Kommunikationssysteme in einem solchen Fahrzeug erlauben.
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Obwohl bei dem oben ausgeführten Beispiel ein fahrzeugbezogenes Anwendungsszenario beschrieben wurde, bestehen auch auf anderen Gebieten der Technik ähnliche Probleme, die zu ähnlichen Anforderungen führen. Ohne Verlust an Allgemeinheit wird nachfolgend Bezug auf eine fahrzeugbezogene Anwendung eines Kommunikationsprotokolls und dessen zugeordnete Infrastruktur genommen, die zum Beispiel einem Sensor oder einer anderen Komponente eines Autos erlaubt, mit einer Steuerungseinheit oder einer ähnlichen anderen Komponente zu kommunizieren.
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Nachfolgend kann das beschriebene Kommunikationsprotokoll als ein elektrisches Kommunikationsprotokoll implementiert sein, das zum Beispiel auf einer elektrischen Spannung und/oder einem elektrischen Strom basiert, der moduliert oder geändert wird, um die Daten zu übertragen. Um genauer zu sein, wird bei den beschriebenen Protokollen ein Datenwert gesendet oder empfangen, der im Prinzip jegliche Anzahl von unterschiedlichen Zuständen aufweisen kann. Jedoch wird nachfolgend ein Bit-basiertes Übertragungsprotokoll detaillierter beschrieben, bei dem ein Datenwert eine spezifizierte Anzahl von Bits aufweisen kann, was in eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Zuständen übersetzt wird. Zum Beispiel können in dem Fall eines Nibbles (Halbbytes), das 4 Bits aufweist, 16 (= 24) unterschiedliche Zustände übertragen werden. Die Anzahl von Bits kann jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen unterschiedlich sein. Ferner ist es keinesfalls erforderlich, ein Bit-basiertes Übertragungsschema zu implementieren. Im Prinzip kann jegliche Anzahl von Zuständen anstelle einer 2er-Potenz (2n, wobei n eine ganze Zahl ist) verwendet werden.
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Beispiele von entsprechenden Protokollen umfassen zum Beispiel SPC (Short PWM Codes; kurze PWM-Codes) oder SENT (single-edge nibble transmission; Nibble-Übertragung mit einzelner Flanke). Beide dieser Protokolle basieren auf einem Pulsbreitenmodulations-Kodierungsschema (PWM-Kodierungsschema; PWM = pulse width modulation) für die Übertragung von Nibbles oder Mehrfachen aus Nibbles, wobei jedes der Nibbles vier Bits umfasst. Bei diesen Beispielen basiert die Bewertung nur auf abfallenden Flanken. Obwohl diese Protokolle vergleichsweise robust im Hinblick auf Verzerrungen sind, ist eine erreichbare Datenrate in dem Fall von beiden Protokollen beschränkt. Beide Protokolle verwenden jedoch eine relativ lange Periode in dem Nibble-Anfangsblock, der nicht zur Datenübertragung verwendet wird. Wie nachfolgend detaillierter ausgeführt wird, kann die Anfangsphase des Nibbles verwendet werden, um zumindest ein zusätzliches Bit als einen zusätzlichen Datenwert zu übertragen.
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Obwohl bei den erwähnten Protokollen nur abfallende Flanken des Signals verwendet werden, können bei anderen Ausführungsbeispielen auch ansteigende Flanken zum Übertragen eines Datenwerts verwendet werden. Folglich werden nachfolgend Beispiele der Protokolle im Hinblick auf Übergänge in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung beschrieben, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet. In dem Fall einer SPC-Implementierung oder einer SENT-Implementierung kann die erste Richtung eine Richtung sein, die einer abfallenden Flanke zugeordnet ist, wobei die zweite Richtung einer ansteigenden Flanke zugeordnet sein kann. Wie erwähnt wurde, können bei anderen Ausführungsbeispielen die Rollen der ansteigenden und abfallenden Flanke ausgetauscht sein.
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Wie nachfolgend ausgeführt wird, können anstelle eines elektrischen oder elektronischen Übertragungsschemas auch andere Übertragungsschemata verwendet werden, die zum Beispiel optische Übertragungsschemata und magnetische Übertragungsschemata umfassen.
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1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Datenübertragungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System 100 umfasst einen Sender 110 und einen Empfänger 120, die über eine Kommunikationsverknüpfung 130 gekoppelt sind, die zum Beispiel einen Bus zum Übertragen von Daten in zumindest einer Richtung umfassen kann. Natürlich kann die Kommunikationsverknüpfung 130 bei anderen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere individuelle Datenleitungen aufweisen, um zu ermöglichen, dass Daten in zumindest einer Richtung übertragen werden. Nichtsdestotrotz kann die Kommunikationsverknüpfung auch implementiert sein, in der Lage zu sein, Daten in beiden Richtungen zu übertragen, derart, dass die Kommunikationsverknüpfung 130 eine bidirektionale Verknüpfung ist, die einen bidirektionalen Kommunikationskanal einrichtet.
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Der Sender 110 und der Empfänger 120 können räumlich voneinander getrennt sein und über die Kommunikationsverknüpfung 130 gekoppelt sein. Natürlich können der Sender 110 sowie der Empfänger 120 Teil einer größeren Komponente sein, wie zum Beispiel eines Sensors, einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU; electronic control unit) oder einer ähnlichen Komponente eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Autos, eines Lastwagens oder eines anderen motorisierten oder nicht-motorisierten Fahrzeugs.
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Der Sender 110 weist eine Senderschaltung 140 auf, während der Empfänger 120 eine Empfängerschaltung 150 aufweist. Die Kommunikationsverknüpfung 130 kann als eine unidirektionale Kommunikationsverknüpfung implementiert sein, die erlaubt, dass Daten von dem Sender 110 zu einem Empfänger 120 übertragen werden. Anstatt jedoch nur einen Sender 110 und einen Empfänger 120 zu implementieren, können die zwei Komponenten ferner eine optionale Empfängerschaltung 150’ bzw. eine optionale Senderschaltung 140’ aufweisen, was den Sender 110 und den Empfänger 120 zu Sendeempfängern macht, die sowohl zum Senden als auch Empfangen von Daten in der Lage sind. In diesem Fall kann die Kommunikationsverknüpfung 130 als eine bidirektionale Kommunikationsverknüpfung implementiert sein, die das Austauschen von Daten zwischen den zwei Komponenten erlaubt.
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Obwohl jedoch in 1 die entsprechende Sender- und Empfänger-Schaltung 140, 150 als getrennte Blöcke gezeigt sind, können bei einer echten Implementierung die entsprechenden Schaltungen zumindest teilweise Komponenten gemeinschaftlich verwenden, die zum Verarbeiten von Signalen und Daten verwendet werden.
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2 stellt ein Beispiel eines Protokolls zum Übertragen eines Datenwerts von einem Sender 110 zu einem Empfänger 120 (in 2 nicht gezeigt) dar. Um etwas genauer zu sein, basiert das in 2 gezeigte Protokoll auf dem vorangehend erwähnten SENT-Standard. Das Protokoll basiert auf einem Signal 200, das Übergänge in unterschiedlichen Richtungen erfährt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel entspricht die erste Richtung einer abfallenden Flanke eines Signals 200, während ein Übergang in der entgegengesetzten zweiten Richtung einer ansteigenden Flanke entspricht. Bei anderen Beispielen können die Richtungen ausgetauscht sein.
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Das Signal 200 umfasst einen ersten Übergang 210 in der ersten Richtung, was hier einer abfallenden Flanke des Signals 200 entspricht. Das Signal 200 umfasst ferner einen zweiten Übergang 220 nach dem ersten Übergang 210 in der zweiten Richtung, was hier einer ansteigenden Flanke des Signals 200 entspricht. Nach dem zweiten Übergang 220 umfasst das Signal 200 ferner einem dritten Übergang 230 wiederum in der ersten Richtung. Wie im Hinblick auf das SENT-Protokoll sowie das SPC-Protokoll als ein Beispiel detaillierter ausgeführt wird, zeigt eine erste Zeitperiode 240 (Tf2f; f2f = falling to falling edge = abfallende zu abfallende Flanke) zwischen dem ersten und dritten Übergang 210, 230 zumindest teilweise ein Datenwert an, der gesendet oder empfangen werden soll.
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Natürlich kann das Signal 200 ferner einen vierten Übergang 250 umfassen, der das Signal 200 zurück auf einen gemeinsamen ersten Pegel 260 bringt. Der erste und dritte Übergang 210, 230 können als Übergänge von dem gemeinsamen, vordefinierten ersten Signalpegel 260 zu einem gemeinsamen, vordefinierten zweiten Signalpegel 270 implementiert sein. Abhängig von dem implementierten Protokoll können die unterschiedlichen Signalpegel 260, 270 unterschiedlichen Werten einer Spannung, eines Potentials oder einem Strom in dem Fall eines elektrischen oder elektronischen Signalübertragungsschema entsprechen. Natürlich sind Ausführungsbeispiele keineswegs auf einen elektrischen Signaltransport beschränkt, sondern können auch auf einem optischen, magnetischen oder einem anderen Übertragungsschema basieren. Abhängig von dem entsprechenden Übertragungsschema können die Pegel zum Beispiel als Polarisierungspegel, Intensitätspegel in dem Fall von optischen Übertragungsschemata oder als Magnetfeldstärke oder Magnetfeldrichtungen in dem Fall eines magnetischen Übertragungsschemas implementiert sein.
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Falls nur ein Zweipegel-Protokoll implementiert wird, kann die Robustheit des Übertragungsschemas schließlich besser im Vergleich zu einem Mehrpegelsystem sein, bei dem die Übergänge 210, 220, 230, 250 mehr als nur eine spezifizierte Amplitude in dem Fall eines Zweipegel-Übertragungsschemas annehmen können. Dementsprechend kann die Empfängerschaltung 150 eines Empfängers 120 oder eines entsprechenden Sendeempfängers daher in der Lage sein, in der ersten Zeit 240 zwischen dem ersten Übergang 210 und dem dritten Übergang 230 den Datenwert basierend zumindest auf der bestimmten ersten Zeitperiode 240 zu bestimmen. Dementsprechend kann die Senderschaltung 140 in der Lage sein, basierend auf dem zu übertragenden Datenwert die erste Zeitperiode 240 zwischen dem ersten Übergang 210 in der ersten Richtung und dem dritten Übergang 230 in der ersten Richtung des Signals 200 zu bestimmen, das durch die Senderschaltung 140 erzeugt werden soll.
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Bei dem in 2 gezeigten Protokoll ist der Datenwert, der gesendet oder empfangen werden soll, in der ersten Zeitperiode 240 kodiert, was hier der Zeit Tf2f (falling to falling edge) zwischen den abfallenden Flanken eines ersten und dritten Übergangs 210, 230 entspricht. Zwischen dem ersten und dritten Übergang 230 ist der zweite Übergang in der entgegengesetzten oder zweiten Richtung angeordnet. Zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220 nimmt das Signal 200 bei dem in 2 gezeigten Beispiel den zweiten Signalpegel 270 an. Folglich wird eine zweite Zeitperiode 280 zwischen dem ersten und zweiten Übergang 210, 220 in 2 als Tf2r (falling to rising edge; abfallende zu ansteigende Flanke) bezeichnet, was die Zeitperiode zwischen der abfallenden Flanke des ersten Übergangs 210 (erste Richtung) zu der ansteigenden Flanke des zweiten Übergangs 220 (zweite Richtung) anzeigt. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Zuordnung der ersten Richtung als die abfallende Flanke und der zweiten Richtung als die ansteigende Flanke bei anderen Beispielen ohne Weiteres ausgetauscht werden kann. Ferner ist es keineswegs erforderlich, dass das Signal nur zwei Signalpegel 260, 270 annimmt, wie in 2 gezeigt ist.
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Bei dem in 2 gezeigten Beispiel werden die Zeitperioden 240, 280 auf einer Zeitskala quantisiert, die in dem unteren Teil von 2 angezeigt ist. Hier ist die Zeitskala in Bit-Zeiten oder Ticks unterteilt, was auch die Größe der Quantisierungsschritte darstellt, die zum Beispiel zum Bestimmen des Datenwerts basierend auf der ersten Zeitperiode 240 verwendet werden.
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Bei herkömmlichen Protokollen, wie zum Beispiel dem SENT-Standard oder dem SPC-Standard ist die niedrige Zeit oder zweite Zeitperiode 280 derart spezifiziert, dass sie länger ist als 4 Bit-Zeiten von 4 Ticks. Anders ausgedrückt ist bei einigen der herkömmlichen Standards die niedrige Zeit, die zwei Nibble trennt, derart spezifiziert, dass sie länger ist als vier Bit-Zeiten. Natürlich kann bei anderen Spezifizierungen dieses Minimum als ein unterschiedlicher Wert spezifiziert sein.
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Das Verwenden des Zwischenraums zwischen der minimalen Länge von vier Bit-Zeiten oder Ticks und dem letzten möglichen Ort des zweiten Übergangs 220 (ansteigende Flanke in 2), der vor dem folgenden dritten Übergang 230 (abfallende Flanke in 2) benötigt wird, der einen Wert von 0 zum Beispiel bei 12 Bit-Zeiten oder Ticks repräsentiert, erlaubt das Addieren zusätzlicher Informationen. Wie nachfolgend detaillierter ausgeführt wird, wird diese Unterbrechungszeit zwischen dem ersten und dritten Übergang verwendet, um den zusätzlichen Datenwert zu senden oder zu empfangen.
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Abhängig von der Implementierung kann eine Abwärtskompatibilität mit dem Originalstandard abhängig von der konkreten Implementierung verletzt werden oder nicht. Wenn zum Beispiel die Minimalzeit eingehalten wird, wie oben angezeigt ist, kann eine Abwärtskompatibilität aufrecht erhalten werden, obwohl ein hergebrachter Empfänger möglicherweise nicht in der Lage ist, den zusätzlichen Datenwert zu bestimmen. Anders ausgedrückt wird die Abwärtskompatibilität in dem Fall des Original-SENT-Standards nicht notwendigerweise verletzt, wenn die Minimalzeit für einen Übergang zu dem ersten Pegel 260 eingehalten wird, da keine Einschränkung betreffend die Länge der anfänglichen niedrigen Zeit vorliegt, solange sie mehr als 4 Bit-Zeiten aufweist. Zum Beispiel kann durch Einführen eines Push-Pull-Treibers (Gegentakttreibers) für einen Ausgang des Senders 110, der mit einem Sensorbus in einem Fahrzeug verbunden sein kann, um nur ein Beispiel zu nennen, eine maximale Länge einer ansteigenden oder abfallenden Flanke von zum Beispiel 1 Bit-Zeit oder sogar weniger garantiert werden.
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Durch Verletzen der vorangehend beschriebenen Minimalzeit für einen Übergang zu dem ersten Pegel 260 gemäß der Spezifikation zum Übertragen des Datenwerts jedoch kann es möglich sein, sogar mehr Informationen zu übertragen, die in dem zusätzlichen Datenwert enthalten sind. Zum Beispiel kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode 280 zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220 so zu bestimmen, dass sie kürzer ist als die vorangehend erwähnte Minimalzeit für den Übergang zu dem ersten Pegel 260 gemäß der Spezifikation zum Übertragen des Datenwerts. Auf ähnliche Weise kann die Senderschaltung angepasst sein, um die zweite Zeitperiode 280 entsprechend zu modifizieren, wenn der zusätzliche Datenwert, der übertragen werden soll, anzeigt, dass die zweite Zeitperiode 280 kürzer ist als die Minimalzeit der Spezifikation zum Übertragen des Datenwerts.
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Bei dem SENT-Standard ist der Datenwert ein Nibble, das genau vier Bits umfasst. Anders ausgedrückt können sechzehn unterschiedliche Zustände in dem SENT-Standard als der Datenwert übertragen werden. Natürlich ist nicht erforderlich, dass Ausführungsbeispiele von dem Datenwert vier Bits oder ein Nibble umfassen. Unterschiedliche Größen für den Datenwert können ohne weiteres implementiert werden.
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Die sechzehn unterschiedlichen Zustände 0, 1, 2, ... 15 sind in der ersten Zeitperiode 240 als eine zusätzliche Zeitperiode codiert, die direkt der Anzahl von Ticks entspricht, was zu dem vorangehend erwähnten Versatz von 12 Bit-Zeiten oder 12 Ticks addiert wird. Zum Beispiel entspricht der Nibble-Wert 0 der ersten Zeitperiode 240, die 12 Ticks lang ist. Ein Nibble-Wert von 7 entspricht 19 Bit-Zeiten oder Ticks für die erste Zeitperiode 240. Auf ähnliche Weise entspricht der Wert 15 für das Nibble einer ersten Zeitperiode 240 von 27 (= 12 + 15) Ticks oder Bit-Zeiten.
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Anders ausgedrückt ist die erste Zeitperiode 240 zwischen dem ersten und dritten Übergang 210, 230 variabel und abhängig von dem Datenwert, der gesendet oder empfangen werden soll. Dementsprechend kann die Empfängerschaltung angepasst sein, um den Datenwert basierend auf dieser variablen Zeitperiode zu bestimmen. Auf ähnliche Weise kann die Senderschaltung angepasst sein, um die erste Zeitperiode basierend auf dem Datenwert als eine variable Zeitperiode abhängig von dem Datenwert zu bestimmen.
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In 2 unter dem Zeitindex sind die unterschiedlichen Werte des Datenwerts unter den entsprechenden Ticks oder Bit-Zeiten angezeigt. Ferner sind als gepunktete Linien unterschiedliche dritte Übergänge 230 dargestellt, obwohl in 2 der Einfachheit halber nur einer mit dem Bezugszeichen 230 gekennzeichnet ist. Der dritte Übergang 230, der in 2 markiert ist, entspricht dem Nibble-Wert 9 bei 21 Ticks oder Bit-Zeiten.
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Wie 2 darstellt, ist das hier verwendete Protokoll ein asynchrones Übertragungsschema, das nicht erfordert, dass ein Taktsignal parallel übertragen wird. Eine Synchronisierung und eine gemeinsame Zeitbasis kann eingerichtet werden durch Einschließen eines Synchronisationsrahmens oder Synchronisationsdaten in das Signal 200.
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3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Signals 200, das wiederum einen ersten Übergang 210, einen zweiten Übergang 220 und einen dritten Übergang 230 zwischen dem ersten Pegel 260 und einem zweiten Signalpegel 270 umfasst. Wie vorangehend ausgeführt wurde, sind der erste Übergang 210 und der dritte Übergang 230 Übergänge entlang der ersten Richtung, während der zweite Übergang 220 ein Übergang in der entgegengesetzten oder zweiten Richtung ist.
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3 stellt jedoch einen Effekt dar, der häufig bei Implementierungen angetroffen wird. Die Zeit der Übergänge in der ersten und zweiten Richtung weicht häufig voneinander ab. Zum Beispiel kann eine Dauer 290-1 für einen Übergang in der ersten Richtung (hier der erste Übergang 210) kürzer sein als eine Dauer 290-2 für einen entsprechenden Übergang in der entgegengesetzten zweiten Richtung (hier zweiter Übergang 220). Dies kann zum Beispiel durch eine nicht vollständig symmetrische Implementierung der Treiberschaltungen der Senderschaltung 140 verursacht werden, die das Signal 200 erzeugt. Zum Beispiel ist bei dem SENT-Standard die maximale Ausfallzeit derart spezifiziert, dass sie höchstens 6,5 µs ist, während die maximale Anstiegszeit 18,0 µs ist.
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Aufgrund dieser akzeptierten und zu einem gewissen Ausmaß sogar erwarteten Asymmetrie der Flanken oder Übergänge in den unterschiedlichen Richtungen werden herkömmlicherweise Übergänge entlang derselben Richtung verwendet, um einen Datenwert zu bestimmen, der gesendet oder empfangen werden soll. Dies kann eine Implementierung der entsprechenden Sender- oder Empfänger-Schaltungen 140, 150 vereinfachen, da zum Beispiel Signalpegel, die zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Übergangs verwendet werden, zu einheitlicher verteilten Zeitdifferenzen im Hinblick auf das Signal 200 führen, das den Startsignalpegel verlässt. Anders ausgedrückt, da der erste und dritte Übergang 210, 230 Übergänge in derselben Richtung sind, wird angenommen, dass ein Signalpegel, der durch eine konkrete Empfängerschaltung 150 verwendet wird, um das Vorhandensein eines Übergangs zu bestimmen, konsistenter im Hinblick auf den Zeitpunkt ist, wann das Signal 200 den ersten Signalpegel 260 verlässt. Das Verwenden von Übergängen entlang unterschiedlicher Richtungen kann eine zusätzliche Kalibrierung oder eine komplexere Implementierung erfordern, was als weniger vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache Implementierung betrachtet werden kann. Durch Implementieren eines Push-Pull-Treibers in der Senderschaltung 140 jedoch kann die Asymmetrie zwischen den Übergängen in die erste und zweite Richtung reduziert werden, ohne eine wesentliche Zunahme im Hinblick auf die Komplexität der Implementierung.
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4 zeigt ein Diagramm ähnlich zu dem, das in 2 gezeigt ist. In 4 jedoch ist die zweite Zeitperiode 280 (Tf2r) zwischen dem ersten und zweiten Übergang 210, 220 ebenfalls variabel und zeigt den zusätzlichen Datenwert an, der übertragen werden soll. Um dies darzustellen, zeigt 4 als gestrichelte Linien vier unterschiedliche Übergänge entlang der zweiten Richtung (ansteigende Flanke in 4) von dem zweiten Signalpegel 270 zu dem ersten Signalpegel 260. Hier bezieht sich die zweite Zeitperiode Tf2r, die in 4 angezeigt ist, auf einen zweiten Übergang 220, der einer „einschränkenden“ Position des zweiten Übergangs 220 entspricht, wodurch bei der in 4 gezeigten Implementierung sichergestellt wird, dass der nachfolgende dritte Übergang 230 sicher implementiert werden kann, wenn der Datenwert den Wert 0 annimmt, wie wiederum in dem unteren Teil von 4 angezeigt ist.
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Um jedoch etwas genauer zu sein, kann bei den in 4 gezeigten Beispielen die zweite Zeitperiode 280 zwischen vier Bit-Zeiten oder Ticks bis zehn Ticks oder Bit-Zeiten variiert werden. Aufgrund einer möglichen Asymmetrie, die jedoch unter Verwendung entsprechender Treibertechniken für die Senderschaltung 140 eingeschränkt werden kann, ist bei den hier gezeigten Beispielen eine Größe der Quantisierungsschritte für den zusätzlichen Datenwert als 2 Ticks oder 2 Bit-Zeiten ausgewählt. Anders ausgedrückt ist die Größe der Quantisierungsschritte für den zusätzlichen Datenwert hier zwei Mal so groß wie die Quantisierungsschritte für den Datenwert. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel verwendet das Arbeitsprinzip dieser Protokollerweiterung die ansteigende Flanke (zweiter Übergang 220) innerhalb der Nibble-Übertragung, um in einem Zeitfenster von 4 bis 6, 6 bis 8 oder 8 bis 10 Ticks oder Bit-Zeiten zu erscheinen, wodurch ermöglicht wird, dass drei unterschiedliche Werte des zusätzlichen Datenwerts übertragen werden. Die Werte sind hier als 0 für das Zeitfenster 4 bis 6 Ticks, 1 für die Bit-Zeiten 6 bis 8 und 2 für die Bit-Zeiten 8 bis 10 angezeigt. Die Zeitfenster sind diesen drei unterschiedlichen Werten für die zusätzlichen übertragenen Informationen zugeordnet.
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Die in 4 gezeigte Implementierung entspricht einem konservativeren Entwurf, der berücksichtigt, dass die ansteigende und abfallende Flanke unterschiedliche Steigungen aufweisen können. Folglich sei bei diesem Beispiel angenommen, dass die Trennung der Symbole derart ausgewählt sein kann, dass sie größer ist als für die Standardzeit, wo das Fenster von zum Beispiel dem SENT- oder SPC-Übertragungsschema hier durch zwei benachbarte abfallende Flanken definiert ist. Dieses Beispiel verwendet die Annahme, dass die neuen zusätzlichen Daten, die auch als ein Teil-Nibble bezeichnet werden können, dasselbe oder ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR; signal-to-noise-ratio) aufweisen können als das Standard-SENT- oder SPC-Nibble.
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Um den zusätzlichen Datenwert wiederzugewinnen, kann die Empfängerschaltung in der Lage sein, die zweite Zeitperiode 280 zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220 zu bestimmen und den zusätzlichen Datenwert zu bestimmen, der basierend zumindest teilweise auf der bestimmten zweiten Zeitperiode 280 zwischen den erwähnten Übergängen 210, 220 empfangen wird. Auf ähnliche Weise kann die Senderschaltung 140 des Senders 110 in der Lage sein, basierend auf dem zusätzlichen Datenwert, der übertragen werden soll, die vorbestimmte zweite Zeitperiode (zum Beispiel 10 Ticks bei dem Beispiel von 4) zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220 des Signals 200 zu modifizieren, wenn sich der zusätzliche Datenwert von einem Standardwert (zum Beispiel 2 bei dem Beispiel von 4) unterscheidet oder eine entsprechende Modifikation anzeigt.
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Eine Senderschaltung kann dann das Signal 200 basierend auf der ersten Zeitperiode für den Datenwert und der optional modifizierten zweiten Zeitperiode 280 für den zusätzlichen Datenwert erzeugen. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte eine höhere oder niedrigere Sicherheitspanne für die Zeitmessung gegeben sein. Zum Beispiel kann es empfehlenswert sein, den Sender 110 und den Empfänger 120 derart zu implementieren, dass der zusätzliche Datenwert nur ein einzelnes Bit umfasst, das zum Beispiel kodiert werden kann durch Zuordnen des Werts 0 zu den Bit-Zeiten oder Ticks 4 bis 7 und des Werts 1 zu den Bit-Zeiten oder Ticks 7 bis 10. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist es jedoch keineswegs erforderlich, ganzzahlige Bit-Zeiten zu verwenden, da zum Beispiel der Empfänger eine Mikrosteuerung aufweisen kann, die eine viel höhere Zeitauflösung aufweisen kann. Auf ähnliche Weise kann auch der Sender 110 eine ähnliche auf Mikrosteuerung basierende Schaltung aufweisen, die eine viel feinere Auflösung erlaubt. Zum Beispiel können in dem Fall eines zusätzlichen Datenwerts, das 2 Bits umfasst, die Bit-Zeiten 4 bis 5,5 dem Wert 0 zugewiesen sein, die Bit-Zeiten oder Ticks 5,5 bis 7 können dem Wert 1 zugewiesen sein, die Bit-Zeiten oder Ticks 7 bis 8,5 können dem Wert 2 zugewiesen sein und die Bit-Zeiten oder Ticks 8,5 bis 10 können dem Wert 3 zugewiesen sein. Auf ähnliche Weise können sogar mehr Zustände als der zusätzliche Datenwert übertragen werden. Zum Beispiel können die Bit-Zeiten 4 bis 5,5 dem Wert 0 zugeordnet sein, Bit-Zeiten 5,5 bis 7 dem Wert 1, 7 bis 8,5 dem Wert 2, 8,5 bis 10 dem Wert 3 und die Werte 10 bis 11,5 dem Wert 4.
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Bei Implementierungen kann die Quantisierungsschrittgröße für den zusätzlichen Datenwert gleich oder größer sein als die entsprechende Quantisierungsschrittgröße für den Datenwert. Zum Beispiel kann die Quantisierung der zweiten Zeit-Periode größer ausgewählt sein als die der ersten Zeitperiode, da die erste Periode zwischen Übergängen in der gemeinsamen ersten Richtung gemessen werden kann, wie zum Beispiel zwei abfallenden Flanken. Somit können diese Übergänge weniger abhängig oder sogar unabhängig von Hardware-Parametern sein, während die zweite Periode zwischen Übergängen in entgegengesetzten Richtungen gemessen wird, zum Beispiel zwischen einer abfallenden Flanke und einer ansteigenden Flanke. Diese Übergänge können somit unterschiedlich von Asymmetrien, Temperaturabweichungen und Versorgungsspannungsabhängigkeiten von möglichen Pull-up- und Pull-down-Antriebsschaltungsanordnung und Lasteinrichtung abhängen. Anders ausgedrückt kann die Zeitperiode zwischen zwei Übergängen in einer gemeinsamen Richtung, wie zum Beispiel zwei abfallenden Flanken, genauer sein aufgrund einer Anpassung als die zwischen – unabhängig von der Reihenfolge – einer abfallenden und einer ansteigenden Flanke, da die zwei Flanken unterschiedliche Ausbreitungen abhängig von Herstellungsparametern und Betriebsbedingungen aufweisen können.
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Die Größe der Quantisierungsschritte für den zusätzlichen Datenwert kann sogar kleiner sein als die Größe der Quantisierungsschritte für den Datenwert. Folglich kann es möglich sein, den zusätzlichen Datenwert, der dieselbe Menge an Informationen umfasst wie der Datenwert oder sogar einen höheren Informationsgehalt, zu übertragen. Dies kann zusätzlich vergrößert werden durch Verwenden eines Amplitudenmodulationsschemas, wobei die Empfängerschaltung 150 und die Senderschaltung 140 in der Lage sind, die Amplitude eines zweiten Übergangs 220 zu bestimmen und den zusätzlichen Datenwert basierend auf der bestimmten Amplitude des zweiten Übergangs 220 zu bestimmen bzw. ein entsprechendes Signal 200 zu erzeugen. In dem Fall eines Amplitudenmodulationsschemas können die Amplituden zumindest zwei unterschiedliche Amplituden aufweisen. In verzerrungsreichen Umgebungen jedoch kann die vorangehend beschriebene Implementierung von kleineren Quantisierungsschrittgrößen sowie eines Amplitudenmodulationsschemas weniger vorteilhaft sein. In einem solchen Fall kann es zum Beispiel interessanter sein, die Schaltungen derart zu implementieren, dass der zweite Übergang 220 immer dieselbe Amplitude aufweist wie der erste Übergang 210 und/oder der dritte Übergang 230.
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Wie vorangehend ausgeführt wurde, kann die Abwärtskompatibilität bei Protokollen wie zum Beispiel SENT oder SPC derart geopfert werden, dass der zusätzliche Datenwert und der Code, der darin enthalten ist, sogar unter den vorangehend erwähnten Vier-Bit-Zeiten starten können. Natürlich kann der zusätzliche Datenwert als ein Fehlerdetektionscode oder ein Fehlerkorrekturcode verwendet werden, der zum Beispiel einen Redundanzcode umfasst. Anders ausgedrückt können abgesehen von dem Erhöhen der gesendeten verwendeten Daten an andere Anwendungen die neuen Datenbits des zusätzlichen Datenwerts gesendet werden, um als ein Redundanzcode für das nachfolgende Nibble zum Beispiel bei dem SENT-Protokoll oder dem SPC-Protokoll verwendet zu werden. Natürlich kann es empfehlenswert sein, so viele Empfänger 120 wie möglich zu verwenden, unter Verwendung der spezifizierten Erweiterung dieses Protokolls. Es kann eine Erhöhung der Datenrate erlauben, da die kürzeren Bitzeiten möglich gemacht werden.
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5a stellt ein Beispiel eines Protokolls zum Übertragen eines Datenwerts von einem Sender 110 zu einem Empfänger 120 dar (in 5a nicht gezeigt), was dem Diagramm von 2 ähnelt. Wiederum basiert das in 5a gezeigte Protokoll auf dem SENT-Standard und stellt somit eine Standardform des PWM-Signals 200 dar. Somit bringt der zweite Übergang 220 das Signal 200 von dem zweiten Signalpegel 270 zurück zu dem ersten Signalpegel 260.
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5b zeigt ein Beispiel eines Protokolls zum Übertragen von nicht nur einem Datenwert, sondern einem zusätzlichen Datenwert von einem Sender 110 zu einem Empfänger 120 (in 5b nicht gezeigt). Das Signal 200 umfasst einen ersten Übergang 210, der den Signalpegel des Signals 200 von dem ersten Signalpegel 260 zu dem zweiten Signalpegel 270 überträgt, wo das Signal für eine Zeitperiode konstant ist. Der zweite Übergang 220 überträgt den Signalpegel von dem zweiten Signalpegel 270 zu einem Zwischensignalpegel 294. Der Zwischensignalpegel 294 kann zwischen dem ersten und zweiten Signalpegel 260, 270 sein und zum Beispiel verwendet werden, um den Signalpegel, der zum Kodieren des zusätzlichen Datenwerts verwendet wird, von dem Signalpegel (erster Signalpegel 260) zu unterscheiden, der zum Kodieren des Datenwerts verwendet wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zwischensignalpegel 296 ein Signalpegel sein, der verwendet wird, um die verfügbare Bandbreite weiter zu vergrößern durch Einsetzen einer amplitudenmodulationsartigen Technik. Eine Differenz zwischen dem zweiten Signalpegel 270 und dem Zwischensignalpegel 294 kann eine Amplitude sein, aus der die Senderschaltung 140 auswählen kann, wenn die Amplitude für den zweiten Übergang 220 basierend auf dem zusätzlichen Datenwert bestimmt wird. In diesem Fall kann eine Differenz zwischen dem ersten Signalpegel 260 und dem zweiten Signalpegel 270 eine andere Amplitude repräsentieren, die die Senderschaltung verwenden kann, um den zusätzlichen Datenwert zu kodieren.
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Dem zweiten Übergang 220 folgt eine Phase mit einem konstanten Signalpegel (Zwischen-Signalpegel 294), vorher umfasst das Signal 200 einen weiteren zweiten Übergang 296, in dessen Verlauf der Signalpegel auf den ersten Signalpegel 260 transferiert wird. Eine Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang 210 und dem weiteren zweiten Übergang 296 (T’f2r) kann ebenfalls bestimmt werden, zum Beispiel um Zeitgebungsanforderungen oder andere Parameter zu verifizieren.
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Somit zeigt 5b ein pulsbreitenmoduliertes Signal 200 mit einer unterschiedlichen Amplitude.
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6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer möglichen Anwendung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese Figur zeigt ein Fahrzeug 300 in der Form eines Autos 305, umfassend ein Datenübertragungssystem 100, das zumindest einen Sensor 310 und eine elektronische Steuerungseinheit oder Steuerung 320 umfasst. Um etwas genauer zu sein, umfasst das Fahrzeug 300 aus 6 zumindest zwei Sensoren 310-1, 310-2, die Radgeschwindigkeitssensoren oder andere verwendete Sensoren sein können. Die Sensoren 310 sind mit der Steuerung 320 über eine Kommunikationsverknüpfung 130 gekoppelt, die als ein Bus implementiert sein kann, um nur ein Beispiel zu nennen. Jeder der Sensoren 310 umfasst zumindest einen Sender 110, um den Sensoren 310 zu erlauben, der Steuerung 320 Sensordaten bereitzustellen. Dementsprechend umfasst die Steuerung 320 zumindest einem Empfänger 120, um zu erlauben, dass die Daten, die die zusätzlichen Daten umfassen, die durch die Sensoren 310 gesendet werden, bestimmt werden. Somit können Ausführungsbeispiele zum Beispiel SPC-kompatible Sensorschnittstellen zum Übertragen zusätzlicher Informationen in der Niedrigphase eines Signals 200 umfassen.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal 200. Das Verfahren umfasst bei einem Prozess P100 das Empfangen eines ersten Übergangs 210 in einer ersten Richtung, eines zweiten Übergangs 220 nach dem ersten Übergang 210 in einer zweiten Richtung und einen dritten Übergang 230 nach dem zweiten Übergang 220 in der ersten Richtung des Signals 200. Eine erste Zeitperiode 240 zwischen dem ersten und dritten Übergang 210, 230 zeigt zumindest teilweise einen Datenwert an, der empfangen werden soll.
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Bei einem Prozess P110 umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen einer zweiten Zeitperiode 280 zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220. Bei einem Prozess P120 wird der zusätzliche Datenwert, der empfangen werden soll, zumindest teilweise basierend auf der bestimmten zweiten Zeitperiode 280 bestimmt.
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Auf ähnliche Weise zeigt 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wiedergewinnen eines zusätzlichen Datenwerts aus einem Signal 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei einem Prozess P200 wird eine erste Zeitperiode 240 zwischen einem ersten Übergang 220 in einer ersten Richtung und einem dritten Übergang 230 in der ersten Richtung eines Signals 200 basierend auf dem zu übertragenden Datenwert bestimmt. Bei einem Prozess P210 wird eine vorbestimmte zweite Zeitperiode zwischen dem ersten Übergang 210 und dem zweiten Übergang 220 in der zweiten Richtung des Signals 200 modifiziert. Dies kann zum Beispiel ausgeführt werden, wenn sich der zusätzliche Datenwert von einem Standardwert unterscheidet.
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Bei einem Prozess P220 wird das Signal 200 umfassend den ersten Übergang 210 in der ersten Richtung, den zweiten Übergang 220 nach dem ersten Übergang 210 in der zweiten Richtung und den dritten Übergang 230 nach dem zweiten Übergang 220 in der ersten Richtung basierend auf der ersten und zweiten Zeitperiode 240, 280 erzeugt.
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Natürlich ist die Reihenfolge der Prozesse keinesfalls auf die Reihenfolge beschränkt, die in den Figuren oder der Beschreibung gezeigt ist. Die Reihenfolge der Ausführung der Prozesse kann sich bei Ausführungsbeispielen unterscheiden. Ferner können die Prozesse zeitlich überlappend oder sogar gleichzeitig ausgeführt werden. Sie können auch wiederholt werden und zum Beispiel in einer Schleife ausgeführt werden, bis eine spezifizierte Bedingung erfüllt ist.
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Natürlich, wie vorangehend ausgeführt wurde, können Ausführungsbeispiele auch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von jeglichen der beschriebenen Verfahren umfassen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen programmierbaren Hardware ausgeführt wird. Eine solche programmierbare Hardware kann zum Beispiel eine Steuerung 230 für ein Auto 305 umfassen, aber auch einen Sensor 310 oder jegliche andere Vorrichtung.
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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 Schutzbereichs 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.
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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).
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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. Auf ähnliche 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. Auf ähnliche 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.
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Der Fachmann auf dem Gebiet sollte erkennen, dass jegliche Blockdiagramme hierin konzeptionelle Ansichten einer darstellenden Schaltungsanordnung darstellen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. Auf ähnliche 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
