DE102016101113A1

DE102016101113A1 - Pulsbreitenmodulierte bzw. pwm-sensorschnittstelle mit einer abgeschlossenen symmetrischen bitübertragungsschicht

Info

Publication number: DE102016101113A1
Application number: DE102016101113.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN105827689B; CN105827689A; US9374174B1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung, wie etwa ein Transceiver oder ein Sensor, bereitgestellt. Eine Schnittstellenschaltung der Vorrichtung schließt eine Signalleitung mit einer Impedanz ab, die an eine Impedanz der Signalleitung angepasst ist. Eine Steuerung der Vorrichtung ist ausgelegt zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung mittels der Schnittstellenschaltung und gemäß einem Kommunikationsprotokoll, das Pulsbreitenmodulation (PWB) zur Datencodierung verwendet. Außerdem werden ein System, das zwei oder mehr Vorrichtungen mit impedanzanpassenden Schnittstellenschaltungen aufweist, und ein Verfahren zur Kommunikation mit einer Vorrichtung, die eine impedanzanpassende Schnittstellenschaltung aufweist, bereitgestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Bitübertragungsschicht eines Kommunikationssystems, das Pulsbreitenmodulation (PWM; vom Englischen „Pulse Width Modulation“) zur Datencodierung verwendet.
HINTERGRUND
Ein Kommunikationsprotokoll ist eine Menge von Regeln zum Datenaustausch in oder zwischen Vorrichtungen. Eine Art von Kommunikationsprotokoll ist das SENT-Protokoll (Single Edge Nibble Transmission). Das SENT-Protokoll ist ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsprotokoll zum asynchronen und unidirektionalen Übermitteln von Nibbles von Daten (d.h. 4 Bit Daten), die durch Pulsbreitenmodulation (PWM) codiert werden. Das SENT-Protokoll wird oft auf Automotive-Anwendungen angewandt, um hochauflösende Daten von einer Sensorvorrichtung in Echtzeit zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) zu übermitteln. Zu solchen Automotive-Anwendungen gehören zum Beispiel elektronische Servolenkung, Drosselpositionserfassung, Pedalpositionserfassung, Luftströmungsmassenerfassung und Fluidstand-Erfassungsanwendungen.
Obwohl das SENT-Protokoll auf zahlreiche Anwendungen anwendbar ist, weist es eine Anzahl von Unzulänglichkeiten auf, die seine Nützlichkeit beschränken. Zu diesen Unzulänglichkeiten gehört die unidirektionale und asynchrone Beschaffenheit des SENT-Protokolls. Außerdem ist das SENT-Protokoll auf Punkt-zu-Punkt-Kommunikation beschränkt. Um diese und andere Unzulänglichkeiten anzugehen, kann das SPC-Protokoll (Short PWM Code; Kurz-PWM-Code) zur Erweiterung des SENT-Protokolls verwendet werden. Das SPC-Protokoll führt bidirektionale synchrone Kommunikation über eine Signalleitung ein, die von zwei oder mehr Vorrichtungen geteilt wird, um dadurch das SENT-Protokoll zu verbessern.
Trotz der SPC-Verbesserungen ist die Datenrate oft immer noch gering. Ein das SPC-Protokoll implementierendes Kommunikationssystem weist oft eine offene und relativ undefinierte Bitübertragungsschicht (d.h. Hardwareschicht) auf. Ferner werden Emissionskontrolle und Widerstand gegenüber elektromagnetischer Einspeisung, sowie sie von Standards der elektromagnetischen Kompatiblität (EMC) erfordert werden, oft durch Filterstrukturen in der Bitübertragungsschicht verwaltet. Obwohl die offene Beschaffenheit Flexibilität beim Entwurf der Bitübertragungsschicht erlaubt und die Filterstrukturen eine wichtige Rolle spielen, beschränken die offene Beschaffenheit und die Filterstrukturen auch die Fähigkeit von Vorrichtungen, über einen großen Frequenzbereich Anpassung an die Signalleitung zu erreichen. Dies beschränkt wiederum die erreichbare Datenrate. Es ist daher eine Aufgabe, diesbezüglich verbesserte Vorrichtungen, Systeme und Verfahren bereitzustellen.
KURZFASSUNG
Es werden eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 15 sowie ein Verfahren nach Anspruch 20 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Angesichts des Obigen stellt die vorliegende Offenbarung eine Bitübertragungsschicht zur Verbesserung der Datenrate und Impedanzanpassung eines Pulsbreitenmodulations- bzw. PWM-Kommunikationssystem bereit. Zu Beispielen für das Kommunikationssystem gehören ein SENT-Kommunikationssystem (Single Edge Nibble Transmission) und ein Kommunikationssystem mit Kurz-PWM-Code (SPC).
Bei einigen Ausführungsformen umfassen zur Verbesserung der Datenrate und Impedanzanpassung eines PWM-Kommunikationssystems zwei Vorrichtungen, die sich die Signalleitung teilen, jeweils eine Steuerung und eine durch die Steuerung gesteuerte Impedanzanpassungs-Schnittstellenschaltung. Die Schnittstellenschaltung schließt die Signalleitung ab und wird typischerweise als Pull-Up- und -Down-Schalter zum Ansteuern der Signalleitung und ein Abschlusswiderstand zur Impedanzanpassung modelliert. Emissionskontrolle und Widerstand gegenüber elektromagnetischer Einspeisung werden durch einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) oder einen Komparator der Schnittstellenschaltung verwaltet. Der ADC oder der Komparator misst die Signalleitung (z.B. die Spannung) und gibt jeweils mit einer vorbestimmten Abtastrate diskrete Messungen oder ein kontinuierliches Binärsignal an die Steuerung aus. Da sich jede Vorrichtung, die sich die Signalleitung teilt, ungefähr dieselbe Bitübertragungsschicht teilt, ist die Bitübertragungsschicht des PWM-Kommunikationssystems um die Signalleitung herum symmetrisch.
Bei anderen Ausführungsformen umfasst zur Verbesserung der Datenrate und Impedanzanpassung des des PWM-Kommunikationssystems mindestens eine Vorrichtung des Paars einen Pull-Up-Transistor und einen Pull-Down-Transistor anstelle des Abschlusswiderstands und der Pull-Up- und -Down-Schalter. Die Pull-Up- und Pull-Down-Transistoren werden zur Ansteuerung der Signalleitung verwendet und typischerweise für Impedanzanpassung dimensioniert. Zusätzlich oder als Alternative wird Impedanzanpassung mit PWM erzielt durch PWM der Pull-Up- und Pull-Down-Transistoren (d.h. Anlegen von Pulsen an diese), gegebenenfalls auf der Basis von Rückkopplung von der Signalleitung. Indem die Transistoren in der Triodenregion betrieben werden und die Pulshöhen und Pulsflanken gesteuert werden, können die Impedanzen der Transistoren dynamisch justiert werden.
Die verbesserte Datenrate kann zur Verbesserung der Datencodierung verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit undetektierter Fehlerbit zu verringern. Zum Beispiel kann die verbesserte Datenrate verwendet werden, um die Länge von Prüfsummenpulsen zu vergrößern, wie etwa von CRC-Pulsen (Zyklische Redundanzprüfung), die in SPC-Nachrichten enthalten sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Bitübertragungsschicht eines Kommunikationssystems gemäß einigen Ausführungsformen.
2 zeigt eine Schnittstellenschaltung gemäß einigen Ausführungsformen.
3 zeigt einige Ausführungsformen eines Steuerschemas für eine Schnittstellenschaltung.
4 zeigt alternative Ausführungsformen eines Steuerschemas für eine Schnittstellenschaltung.
5 zeigt eine Schnittstellenschaltung gemäß alternativen Ausführungsformen.
6 zeigt die Bitübertragungsschicht eines Kommunikationssystems, das mehr als zwei Transceiver (auch als Sendeempfänger bezeichnet) aufweist, die sich eine Signalleitung teilen, gemäß einigen Ausführungsformen.
7 zeigt die Bitübertragungsschicht eines Sensorsystems gemäß einigen Ausführungsformen.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden von Daten gemäß einigen Ausführungsformen.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen von Daten gemäß einigen Ausführungsformen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung darstellen und die zur Veranschaulichung spezielle beispielhafte Ausführungsformen zeigen, durch die die Offenbarung praktisch realisiert werden kann. Es versteht sich, dass andere beispielhafte Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder andere Änderungen implementiert werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Die folgende ausführliche Beschreibung sollte deshalb nicht als einschränkend betrachtet werden. Stattdessen wird der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
Mit Bezug auf 1 ist eine Bitübertragungsschicht 100 eines Kommunikationssystems gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Die Bitübertragungsschicht 100 entspricht der zur Implementierung des Kommunikationssystems verwendeten physischen Hardware. Typischerweise handelt es sich bei der Bitübertragungsschicht 100 um eine von vielen Abstraktionsschichten, wie etwa eine Sicherungs- oder Transportschicht, womit das Kommunikationssystem implementiert wird. Zum Beispiel ist gemäß dem OSI-Modell (Open Systems Interconnection) des Repräsentierens des Kommunikationssystems die Bitübertragungsschicht 100 eine von sieben Abstraktionsschichten, die das Kommunikationssystem repräsentieren. Während die Bitübertragungsschicht 100 eine von vielen Abstraktionsschichten ist, ist sie typischerweise die niedrigste Abstraktionsschicht.
Das Kommunikationssystem umfasst einen ersten Transceiver 102 und einen zweiten Transceiver 104, ausgelegt zum Austauschen von Daten miteinander gemäß einem Kommunikationsprotokoll. Geeigneterweise codiert das Kommunikationsprotokoll die Daten unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PWM). Zu Beispielen für ein solches Kommunikationsprotokoll gehören das SENT-Protokoll (Single Edge Nibble Transmission), das PWM-SPC-Protokoll (Code mit Kurz-Pulsbreitenmodulation) und Ableitungen des SENT- oder SPC-Protokolls. Das Kommunikationssystem kann für eine beliebige Anwendung verwendet werden. Das Kommunikationssystem wird jedoch typischerweise für Automotive-Anwendungen verwendet. Bei solchen Ausführungsformen kann der erste Transceiver 102 zum Beispiel in eine elektronische Steuereinheit (ECU) integriert sein und der zweite Transceiver 104 kann zum Beispiel in eine Sensorvorrichtung integriert sein. Automotive-Anwendungen, für das Kommunikationssystem besondere Verwendung findet, wären zum Beispiel elektronische Servolenkung, Drosselpositionserfassung, Pedalpositionserfassung, Luftströmungsmassenerfassung und Flüssigkeitsstand-Erfassungsanwendungen.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Transceiver 102, 104 erstrecken sich eine Signalleitung 106, eine Stromversorgungsleitung 108 und eine Stromversorgungs-Rückkehrleitung 110. Die Stromversorgungsleitungen 108, 110 sind mit Stromversorgungsverbindern 112 des ersten und zweiten Transceivers 102, 104 verbunden und werden zum Leiten von Stromversorgung zu dem zweiten Transceiver 104 von einer Stromversorgung 114, wie etwa einer Spannungsquelle, die mit dem ersten Transceiver 102 integriert oder anderweitig assoziiert ist, verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist ein Filter 116 des zweiten Transceivers 104 über die Stromversorgungsverbinder 112 des zweiten Transceivers 104 geschaltet, um Rauschen zu filtern, das sich während der Stromversorgungsübertragung über die Stromversorgungsleitung 108, 110 akkumuliert. Das Filter 116 ist zum Beispiel ein Tiefpassfilter mit Widerstand und Kondensator (RC) mit einem Versorgungskondensator 118 und einem Versorgungswiderstand 120 zwischen den Stromversorgungsverbindern 112 in Reihe geschaltet. Die Signalleitung 106 ist an die Signalverbinder 122 des ersten und zweiten Transceivers 102, 104 angeschlossen und dient zum Übermitteln von codierten Daten, wie etwa PWM-codierten Daten, zwischen dem ersten und zweiten Transceiver 102, 104 gemäß dem Kommunikationsprotokoll. Bei einigen Ausführungsformen weist die Signalleitung 106 eine Impedanz von etwa 50–200 Ohm auf.
Die Steuerungen 124, 126 und die Schnittstellenschaltungen 128, 130 werden durch die Stromversorgung 114 versorgt und entsprechen dem ersten und zweiten Transceiver 102, 104, wobei typischerweise jeder Transceiver 102, 104 eine Steuerung 124, 126 und eine Schnittstellenschaltung 128, 130 umfasst. Die Steuerungen 124, 126 steuern die Schnittstellenschaltungen 128, 130, um höhere Abstraktionsschichten des Kommunikationssystems (höher als die Bitübertragungsschicht 100) zu implementieren. Die Steuerungen 124, 126 können Hardware, Software oder eine Kombination von beiden umfassen, um die höheren Abstraktionsschichten zu implementieren. Zum Beispiel umfasst die Steuerung 124 des ersten Transceivers 102 typischerweise einen Mikrocontroller, auf dem Software läuft, um die höheren Abstraktionsschichten zu implementieren, und die Steuerung 126 des zweiten Transceivers 104 umfasst typischerweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder dergleichen zur Implementierung der höheren Abstraktionsschichten. Die Schnittstellenschaltungen 128, 130 stellen den Steuerungen 124, 126 eine Schnittstelle zu der Signalleitung 106 bereit und sind zwischen entsprechenden Steuerungen 124, 126 und entsprechenden Signalverbindern 122 angeordnet. Ferner stimmen die Schnittstellenschaltungen 128, 130 die Impedanz der Signalleitung 106 ab, um die Signalleitung 106 abzuschließen. Das Abschließen der Signalleitung 106 vermeidet vorzugsweise Reflexionen und erlaubt somit eine Steigerung der Rate, mit der Daten über die Signalleitung 106 ausgetauscht werden können.
Jede Schnittstellenschaltung 128, 130 umfasst einen Pull-Up-Schalter 132 und einen Pull-Down-Schalter 134 zwischen entsprechenden Stromversorgungsverbindern 112 in Reihe geschaltet. Der Pull-Up- und der Pull-Down-Schalter 132, 134 werden mittels der Pull-Up- und der Pull-Down-Leitung 136, 138 elektronisch durch die entsprechende Steuerung 124, 126 gesteuert. Ferner ist ein Abschlusswiderstand 140 der Schnittstellenschaltung 128, 130 zwischen einen entsprechenden Signalverbinder 122 und einen geteilten Knoten des Pull-Up-Schalters 132 und des Pull-Down-Schalters 134 geschaltet, um die Signalleitung 106 abzuschließen und die Impedanz der Signalleitung 106 abzustimmen.
Die Impedanz des Abschlusswiderstands 140 wird als zwischen einem Zielbereich liegend ausgewählt. Bei einigen Ausführungsformen wird die Abschlusswiderstandsimpedanz als zwischen einem Zielbereich von etwa 0,5 und 2,0-mal der Signalleitungsimpedanz über alle Betriebsbedingungen (z.B. alle Betriebsfrequenzen) ausgewählt. Dies erreicht einen Reflexionsfaktor r von zwischen etwa –1/3 bis 1/3 über alle Betriebsbedingungen und erlaubt eine Datenrate von zweimal der des SENT-Protokolls. Der Reflexionsfaktor r kann als
erechnet werden, wobei R die Abschlusswiderstandsimpedanz und R_L die Signalleitungsimpedanz ist. Anders ausgedrückt, wird die Abschlusswiderstandsimpedanz als zwischen einem Zielbereich liegend ausgewählt, der auf einer Zieldatenrate basiert. Zum Beispiel erfordert eine Zieldatenrate von 5-mal der des SENT-Protokolls einen Reflexionsfaktor von zwischen etwa –1/7 und 1/7 und einen Zielbereich von 0,75 und 1,5-mal der Signalleitungsimpedanz über alle Betriebsbedingungen.
Jede Schnittstellenschaltung 128, 130 umfasst ferner einen Komparator 142 zur Messung des Spannungsabfalls an den entsprechenden Abschlusswiderstand 140, während die Schnittstellenschaltung 128, 130 Daten empfängt. Während der Datenempfangsphase einer Schnittstellenschaltung 128, 130 werden der Pull-Up- und Pull-Down-Schalter 132, 134 auf einen vorbestimmten Zustand gesetzt (z.B. einen Pull-Down-Zustand, einen Pull-Up-Zustand oder einen hochohmischen Zustand, in dem sowohl der Pull-Up- als auch der Pull-Down-Schalter 132, 134 aktiv sind). Ferner vergleicht der Komparator 142 den Spannungsabfall an den Abschlusswiderstand 140 mit einer Referenzspannung 144, die von dem vorbestimmten Zustand abhängt. Auf der Basis des Vergleichs gibt der Komparator 142 ein Signal, wie etwa ein Binärsignal, über eine Ausgangsleitung 146 an eine entsprechende Steuerung 124, 126 aus. Das Signal variiert abhängig davon, ob der Spannungsabfall über oder unter der Referenzspannung 144 liegt. Bei einigen Ausführungsformen führt der Komparator 142 Hysterese auf dem Binärsignal ein. Durch Einführen von Hysterese wird vorteilhafterweise Rauschen auf der Signalleitung 106 für Emissionskontrolle und Widerstand gegenüber elektromagnetischer Einspeisung zurückgewiesen, sowie es Standards der elektromagnetischen Kompatibilität (EMC) erfordern. Der Hysterese kann eine verringerte Verwendung von Filterstrukturen, wie etwa RC-Filterstrukturen, auf der Signalleitung 106 einhergehen oder nicht.
Bei einigen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Kondensatoren 148, Induktivitäten und/oder andere elektronische Komponenten entsprechend den Schnittstellenschaltungen 128, 130 mit der Signalleitung 106 verbunden. Solche elektronischen Komponenten 148 können zum Beispiel eingesetzt werden, um für die Fälle, bei denen sowohl der Pull-Up- als auch der Pull-Down-Schalter 132, 134 aktiv und hochohmisch sind, Rauschen auf der Signalleitung 106 zu filtern und/oder um einen Wechselstrom- bzw. AC-Pfad von den Eingängen des Komparators 142 zu der Stromversorgungsrückleitung 110 bereitzustellen. Soweit die Schnittstellenschaltungen 128, 130 solche elektronischen Komponenten 148 umfassen, werden die elektronischen Komponenten 148 so ausgewählt, dass die Auswirkung der elektronischen Komponenten 148 auf die Eingangsimpedanzen der Schnittstellenschaltungen 128, 130 vernachlässigbar ist. Das heißt, über alle Betriebsbedingungen (z.B. alle Betriebsfrequenzen) der Signalleitung 106 verlagert der Einfluss der elektronischen Komponenten 148 auf die Eingangsimpedanz die Eingangsimpedanz nicht außerhalb des Zielbereichs (z.B. etwa 0,5–2,0-mal die Impedanz der Signalleitungsimpedanz).
Während des Betriebs des Kommunikationssystems steuert einer des ersten und zweiten Transceivers 102, 104 die Signalleitung 106 mit codierten Daten an und der andere des ersten und zweiten Transceivers 102, 104 empfängt die codierten Daten. Um die Signalleitung 106 mit codierten Daten anzusteuern, empfängt die Steuerung 124, 126 des ansteuernden Transceivers 102, 104 Daten, wie etwa zu sendende Sensordaten, und codiert die Daten zu einer Abfolge von Pulsen mit definierten Transienten oder Breiten. Die Pulse werden dann auf der Signalleitung 106 erzeugt, indem die Signalleitung 106 unter Verwendung des Pull-Up- oder Pull-Down-Schalters 132, 134 selektiv hoch oder niedrig gezogen wird. Um die codierten Daten über die Signalleitung 106 zu empfangen, misst der Komparator 142 des empfangenden Transceivers 102, 104 kontinuierlich die Spannung auf der Signalleitung 106 und gibt ein Binärsignal aus. Die Steuerung 124, 126 des empfangenden Transceivers 102, 104 analysiert dann die Transienten von Pulsen in dem Binärsignal, um darin codierte Daten zu decodieren.
Die Verwendung der Abschlusswiderstände 140 erlaubt vorteilhafterweise ein Abschließen der Signalleitung 106 und die Abstimmung der Impedanz zur besseren Signalisierung. Durch Abschließen der Signalleitung 106 und bei einigen Ausführungsformen Weglassen von Filterstrukturen kann die Datenrate auf der Signalleitung 106 vergrößert werden. Mit dieser vergrößerten Datenrate können zusätzliche Daten übermittelt werden, wie etwa mehr Prüfsummendaten und/oder mehr Nutzinformationsdaten. Weiterhin erlangt die Bitübertragungsschicht 100 durch Verwendung derselben Schnittstellenschaltungen 128, 130 mit dem ersten und zweiten Transceiver 102, 104 eine Symmetrie um die Signalleitung 106, die den Entwurf der Bitübertragungsschicht 100 und den Betrieb des Kommunikationssystems vereinfacht. Der erste und der zweite Transceiver 102, 104 senden und empfangen beide auf die gleiche Weise Daten auf der Signalleitung 106.
Mit Bezug auf 2 ist eine Schnittstellenschaltung 200 gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Die Schnittstellenschaltung 200 kann anstelle einer oder beider der Schnittstellenschaltungen 128, 130 von 1 verwendet werden. Die Schnittstellenschaltung 200 umfasst einen Komparator 202, der während des Empfangens von Daten die Spannung auf einer Signalleitung (z.B. der Signalleitung 106 von 1) misst. Der Komparator 202 vergleicht die Spannung auf der Signalleitung mit einer Referenzspannung 144, wie etwa 1,5 Volt, und gibt auf der Basis des Vergleichs ein Binärsignal an eine entsprechende Steuerung (z.B. eine Steuerung 124, 126 von 1) aus. Bei einigen Ausführungsformen implementiert der Komparator 202 Hysterese auf dem Binärsignal, um die Einhaltung von EMC-Standards zu verbessern. Hysterese kann verringerte Verwendung von Filterstrukturen, wie etwa RC-Filterstrukturen, auf der Signalleitung einhergehen oder nicht. Solche Filterstrukturen vergrößern oft die Eingangskapazität von Transceivern, was sich auf die Impedanzanpassung auswirkt und die erreichbaren Datenraten beschränkt.
Zwischen entsprechenden Stromversorgungsverbindern (z.B. Stromversorgungsverbindern 112 von 1) sind ein Pull-Up-Transistor 204 und ein Pull-Down-Transistor 206 geschaltet. Beispiele für den Pull-Up- und den Pull-Down-Transistor 204, 206 wären Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs). Typischerweise ist der Pull-Up-Transistor 204 ein p-MOSFET und der Pull-Down-Transistor 206 ein n-MOSFET. Der Pull-Up- und der Pull-Down-Transistor 204, 206 werden mittels Pull-Up- und Pull-Down-Steuerleitungen (z.B. der Steuerleitungen 136, 138 von 1) gesteuert, um die Signalleitung anzusteuern und codierte Daten zu senden. Bei einigen Ausführungsformen steuert die Steuerung den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 durch Anlegen von Pulsen 208 mit definierten Formen (z.B. Höhen und Flanken) und definierten Transienten an dem Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206. Durch Betreiben des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 in der Triodenregion können die Pulse 208 zum Beispiel die Impedanz des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 justieren und deshalb beim Ansteuern der Signalleitung feinere Kontrolle bieten. Ferner empfängt bei einigen Ausführungsformen die Steuerung Rückkopplung von dem Komparator 202, um die Pulse 208 dynamisch zu justieren, um die Formen und/oder Transienten der Pulse auf der Signalleitung besser zu steuern.
Neben der Verwendung zur Ansteuerung der Signalleitung werden der Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 auch zum Definieren einer wie oben beschrieben ausgewählten Abschlussimpedanz verwendet. Die Abschlussimpedanz kann durch entsprechende Dimensionierung und/oder Steuerung des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 definiert werden. Bei einigen Ausführungsformen ist jeder des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 so dimensioniert, dass man die Abschlussimpedanz hat. Bei solchen Ausführungsformen wird typischerweise nur einer des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 auf einmal aktiviert oder leitend. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Abschlussimpedanz genauer mit der Signalleitungsimpedanz übereinstimmen muss (z.B. um eine höhere Datenrate zu erhalten), werden die Pulse 208 mittels der Pull-Up- und Pull-Down-Steuerleitung an den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 angelegt, um die Abschlussimpedanz zu justieren. Bei solchen Ausführungsformen werden die Pulse 208 so erzeugt, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt einer oder beide des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 leiten.
Die Impedanz eines Pull-Up- oder Pull-Down-Transistors 204, 206 kann mittels der Gate-Source-Spannung, während sich der Transistor 204, 206 in der Triodenregion befindet, gesteuert werden. Die Beziehung zwischen Gate-Source-Spannung und Impedanz ist Fachleuten bekannt und hängt von den Technologieparametern (z.B. vom Typ des Transistors) des Transistors 204, 206 und von den Entwurfsabmessungen (z.B. Breite und Länge) des Transistors 204, 206 ab. Ferner werden bei weiteren Ausführungsformen die Herstellungsverteilung (d.h. Varianzen während der Herstellung des Transistors 204, 206) und/oder die Temperatur berücksichtigt, um die Beziehung zwischen Gate-Source-Spannung und Impedanz besser zu modellieren. Da man mit der Gate-Source-Spannung des Transistors 204, 206 die Impedanz des Transistors 204, 206 variieren kann, kann die Impedanz des Transistors 204, 206 mittels Steuerung der Form (z.B. Höhe und/oder Flanken) der an den Transistor 204, 206 angelegten Pulse 208 variiert werden. Zum Beispiel können die Pulse 208 mit definierten Steigungen oder Flanken während des Übergangs zwischen Zuständen erzeugt werden.
Ein Problem mit dem Obigen ist, dass, wenn ein Pull-Up- oder Pull-Down-Transistor 204, 206 in die Sättigungsregion eintritt, Abweichungen von der Zielimpedanz erscheinen können. Solche Abweichungen beginnen typischerweise bei einem Einschalten des Transistors 204, 206 während ein Übergang auf der Signalleitung beginnt und die Drain-Source-Spannung des Transistors 204, 206 immer noch hoch ist. Um dieses Problem anzugehen, werden die an den Pull-Up-Transistor 204 angelegten Pulse mit den an den Pull-Down-Transistor 206 angelegten Pulsen koordiniert, so dass sich die Flanken der an den Transistor 204, 206 angelegten Pulse 208 überlappen und einer der Transistoren 204, 206 ausgeschaltet ist, während der andere Transistor eingeschaltet wird. Wenn Abweichungen wie oben beschrieben beginnen, befindet sich der Transistor 204, 206, der sich ausschaltet, immer noch in der Triodenregion, um dadurch ein kollektives Steuern und Anpassen der Gesamtimpedanz der zwei Transistoren 204, 206 an die Signalleitung zu erlauben.
Mit Bezug auf 3 zeigt ein Graph 300 der Impedanz als Funktion der Zeit ein Steuerschema der Schnittstellenschaltung 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Impedanz ist für den Pull-Up-Transistor durch eine erste Linie 302, für den Pull-Down-Transistor durch eine zweite Linie 304 und für einen Abschlusswiderstand durch eine dritte Linie 306 gezeigt. Wie bereits erwähnt, ist der Pull-Up-Transistor 204 typischerweise ein p-MOSFET und der Pull-Down-Transistor 206 typischerweise in n-MOSFET. Die Zeit ist in eine Pull-Down-Periode, eine Pull-Up-Periode und eine Empfangsperiode der Schnittstellenschaltung 200 abgegrenzt.
Wie durch 3 dargestellt wird, überlappen sich die Flanken der Pulse 208 (d.h. der Gate-Source-Spannung) für den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor, so dass die Parallelschaltung sowohl des Pull-Up- als auch des Pull-Down-Transistors 204, 206 ungefähr in einem Zielbereich von etwa 0,5–2,0-mal der Signalleitungsimpedanz bleibt. Ferner werden während der Empfangsperiode beide Transistoren 204, 206 auf ungefähr 2,0-mal die Signalleitungsimpedanz abgestimmt. Eine Unzulänglichkeit bei dem Steuerschema ist, dass der Stromverbrauch hoch ist. Der Stromverbrauch kann als die Versorgungsspannung, dividiert durch viermal die Signalleitungsimpedanz, berechnet werden.
Ungeachtet dieses Steuerschemas können andere Steuerschemata mit mehr oder weniger Überlappung der Impedanzen und anderen Einstellungen für die Empfangsperiode verwendet werden.
Mit Bezug auf 4 zeigt ein Graph 400 der Impedanz als Funktion der Zeit ein alternatives Steuerschema der Schnittstellenschaltung 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Impedanz ist für den Pull-Up-Transistor durch eine erste Linie 402, für den Pull-Down-Transistor durch eine zweite Linie 404 und für einen Abschlusswiderstand durch eine dritte Linie 306 gezeigt.
Wie durch 4 dargestellt wird, überlappen sich die Flanken der Pulse 208 für den Pull-Up- und den Pull-Down-Transistor 204, 206, so dass die Parallelschaltung sowohl des Pull-Up- als auch des Pull-Down-Transistors 204, 206 ungefähr in dem Zielbereich von etwa 0,5–2,0-mal der Signalleitungsimpedanz bleibt. Ferner werden während der Empfangsperiode der Pull-Up- und der Pull-Down-Transistor 204, 206 in einen definierten Zustand versetzt. Zum Beispiel wird während der Empfangsperiode der Pull-Up-Transistor 204 aktiviert und der Pull-Down-Transistor 206 deaktiviert (d.h. die Schnittstellenschaltung 200 in einen Pull-Down-Zustand versetzt). Vorteilhafterweise führt das Steuerschema nicht zu Querstrom während der Empfangsperiode und ist einfacher als das Steuerschema von 3. Die Spannungspegel, die decodiert werden müssen, und die Stromlast für den Sender sind dagegen asymmetrisch. Ungeachtet dieser Steuerschemata können andere Steuerschemata mit mehr oder weniger Überlappung der Impedanzen und anderen Einstellungen für die Empfangsperiode verwendet werden.
Wieder mit Bezug auf 2 wird bei einigen Ausführungsformen die Abschlussimpedanz ferner mit einem mit der Signalleitung verbundenen AC-Lastnetzwerk 210 justiert. Zum Beispiel kann das AC-Lastnetzwerk 210 eine Reihenschaltung eines Widerstands 212 und eines Kondensators 214 sein. Voreilhafterweise erlaubt das AC-Lastnetzwerk 210 ein Justieren oder Verschieben der Steuerbereiche der Transistorimpedanzen, da das AC-Lastnetzwerk 210 parallel liegt. Typischerweise wird die RC-Zeitkonstante des AC-Lastnetzwerk 210 so gewählt, dass das Verhalten für den Betriebsfrequenzbereich der Signalleitung ungefähr resistiv ist.
Mit Bezug auf 5 ist eine Schnittstellenschaltung 500 gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Die Schnittstellenschaltung 500 kann anstelle einer oder beider der Schnittstellenschaltungen 128, 130 von 1 verwendet werden. Die Schnittstellenschaltung 500 umfasst einen ADC 502, der die Spannung auf einer Signalleitung (z.B. der Signalleitung 106 von 1) mit einer vorbestimmten Abtastrate misst. Zum Beispiel misst der ADC 502 periodisch die Spannung durch Vergleichen der Signalleitungsspannung mit einer oder mehreren Referenzspannungen mit der vorbestimmten Abtastrate und gibt digitale Werte an eine entsprechende Steuerung (z.B. eine Steuerung 124, 126 von 1) aus. Bei anderen Ausführungsformen wird anstelle des ADC 502 ein (nicht gezeigter) Komparator verwendet, um die Spannung auf der Signalleitung kontinuierlich zu messen, indem zum Beispiel die Signalleitungsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und ein Binärsignal ausgegeben wird. Beim Messen der Spannung auf der Signalleitung wird, gleichgültig, ob der ADC 502 oder der Komparator verwendet wird, zur Einhaltung von EMC-Standards ohne Verwendung von Filterstrukturen auf der Signalleitung Rauschen herausgefiltert.
Ein Pull-Up-Transistor 204 und ein Pull-Down-Transistor 206 sind zwischen entsprechenden Stromversorgungsverbindern (z.B. den Stromversorgungsverbindern 112 von 1) in Reihe geschaltet. Beispiele für den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 sind MOSFETs. Der Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 werden mittels Pull-Up- und Pull-Down-Steuerleitungen (z.B. den Steuerleitungen 136, 138 von 1) elektronisch gesteuert, um die Signalleitung anzusteuern und codierte Daten zu senden. Neben der Verwendung zur Ansteuerung der Signalleitung werden der Pull-Up- und der Pull-Down-Transistor 204, 206 auch zum Definieren einer wie oben beschrieben ausgewählten Abschlussimpedanz verwendet. In dieser Hinsicht werden einer oder beider des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206 so dimensioniert und/oder gesteuert, dass sie eine Zielimpedanz in einem Zielbereich aufweisen (z.B. 0,5–2,5-mal die Signalleitungsimpedanz).
Der Pull-Up- und der Pull-Down-Transistor 204, 206 werden wie in 2 beschrieben elektronisch durch die Steuerung und/oder entsprechende Regler 504 gesteuert. Im Gegensatz zu 2 werden der Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 jedoch auch elektronisch auf der Basis von Messungen von dem ADC 502 oder dem Komparator (d.h. Rückkopplung von der Signalleitung) gesteuert. Zum Beispiel aktiviert die Steuerung wie dargestellt die Regler 504, um die Signalleitung heraus- oder herunterzuziehen. Als Reaktion auf die Aktivierung pulst ein Regler 504 selektiv den entsprechenden Pull-Up- oder Pull-Down-Transistor 204, 206, um Impedanzanpassung der Signalleitung zu erreichen, wie auf der Basis der Messungen von dem ADC 502 oder dem Komparator bestimmt. Als ein andere Beispiel pulst die Steuerung selektiv den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206, um eine Impedanzanpassung der Signalleitung zu erreichen, wie auf der Basis der Messungen von dem ADC 502 oder dem Komparator bestimmt und ohne Verwendung der Regler 504.
Bei einigen Ausführungsformen verwenden die Steuerung und/oder die entsprechenden Regler 504 die Messungen von dem ADC 502 oder dem Komparator zur Bestimmung von Steuergatespannungen für die Steuerung des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 204, 206. Zum Beispiel messen die Steuerung und/oder der entsprechende Regler 504 die Spannung auf der Signalleitung unter Verwendung des ADC 502 oder des Komparators. Danach wird eine Drain-Source-Spannung eines der Transistoren 204, 206 bestimmt. Für den Pull-Up-Transistor 204 wird die Drain-Source-Spannung als die Differenz zwischen der Versorgungsleitungsspannung und der gemessenen Spannung berechnet. Für den Pull-Down-Transistor 206 ist die Drain-Source-Spannung die gemessene Spannung. Danach wird der Drain-Source-Strom durch Dividieren der Drain-Source-Spannung mit der bekannten Impedanz der Signalleitung berechnet. Ferner wird für den Pull-Up-Transistor 204 der Quotient mit minus eins multipliziert, da Strom in der entgegengesetzten Richtung wie beim Pull-Down-Transistor 206 fließt. Mit dem Drain-Source-Strom wird eine Gate-Source-Spannung des Transistors 204, 206 als Funktion der Drain-Source-Spannung und des Drain-Source-Stroms unter Verwendung eines Transistormodells des Transistors 204, 206 berechnet. Das Transistormodell gibt eine Gate-Source-Spannung zurück, die eine Impedanz in einem Zielbereich (z.B. 0,5–2,5-mal die Signalleitungsimpedanz) erzielt, während der Transistor 204, 206 in der Triodenregion gehalten wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Transistormodell die Herstellungsverteilung und/oder Temperatur berücksichtigen, um die Gate-Source-Spannung besser zu bestimmen.
Nach Bestimmung der Steuergatespannungen für den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 legen die Steuerung und/oder die entsprechenden Regler 504 (nicht spezifisch gezeigte) Pulse an den Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 auf der Basis der Steuergatespannungen an. Dies kann wie oben in 2 erreicht werden und/oder gemäß einem der Steuerschemata von 3 und 4. Flankenformung der Pulse und/oder Weiterreichung zwischen dem Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 können durch Umverteilung von Strom zwischen dem Pull-Up- und Pull-Down-Transistor 204, 206 gesteuert werden (z.B. durch sukzessives Ausschalten des Pull-Down-Transistors 206, während sich der Pull-Up-Transistor 204 einschaltet). Die Geschwindigkeit des Prozesses kann derartig gesteuert werden, dass sich die gemessene Spannung mit der gewünschten Slew-Rate ändert, wenn nicht einer der Transistoren 204, 206 ausgeschaltet ist.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Abschlussimpedanz ferner mit einem mit der Signalleitung verbundenen (nicht gezeigten) AC-Lastnetzwerk justiert. Das AC-Lastnetzwerk kann zum Beispiel eine Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands sein. Vorteilhafterweise erlaubt das AC-Lastnetzwerk ein Justieren oder Verschieben der Steuerbereiche der Transistorimpedanzen, da das AC-Netzwerk parallel liegt. Typischerweise wird die RC-Zeitkonstante des AC-Lastnetzwerks so gewählt, dass das Verhalten ungefähr für den Betriebsfrequenzbereich der Signalleitung resistiv ist.
Obwohl es nicht gezeigt ist, können eine oder beide Schnittstellenschaltungen 128, 130 von 1 mit alternativen Schnittstellenschaltungen ersetzt werden, wie etwa den Schnittstellenschaltungen 200, 500 von 2 und 5. Zum Beispiel kann die Schnittstellenschaltung 130 des zweite Transceivers 104 mit der Schnittstellenschaltung 200, 500 von 2 oder 5 ersetzt werden. Als ein anderes Beispiel kann die Schnittstellenschaltung 128 des ersten Transceivers 102 mit der Schnittstellenschaltung 200 von 2 ersetzt werden und die Schnittstellenschaltung 130 des zweiten Transceivers 104 mit der Schnittstellenschaltung 500 von 5 ersetzt werden. Als weiteres Beispiel kann mindestens eine der Schnittstellenschaltungen 128, 130 von 1 mit einer Schnittstellenschaltung ersetzt werden, bei der der Pull-Up- und Pull-Down-Transistor mit einem Stromsteuerungs-Digital-Analog-Umsetzer (DAC) und einem Stromspiegel ersetzt sind.
Mit Bezug auf 6 ist eine Bitübertragungsschicht 600 eines Kommunikationssystems gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Im Gegensatz zu der Bitübertragungsschicht 100 von 1 sind mehr als zwei Transceiver 102, 104, 602, 604 mit einer Signalleitung 106 verbunden und ausgelegt zum Austauschen von Daten miteinander gemäß einem Kommunikationsprotokoll. Geeigneterweise codiert das Kommunikationsprotokoll die Daten unter Verwendung von PWM. Beispiele für solche Kommunikationsprotokolle wären das SENT-Protokoll, das SPC-Protokoll und Ableitungen des SENT- oder SPC-Protokolls.
Das Kommunikationssystem umfasst einen ersten Transceiver 102, einen zweiten Transceiver 104 und einen oder mehrere zusätzliche Transceiver 602, 604. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Transceiver 602, 604 umfassen zum Beispiel einen dritten Transceiver 602 und einen vierten Transceiver 604 und sind wie oben für den zweiten Transceiver 104 beschrieben. Das Kommunikationssystem kann für eine beliebige Anwendung verwendet werden. Das Kommunikationssystem wird jedoch typischerweise für Automotive-Anwendungen verwendet. Automotive-Anwendungen, für die das Kommunikationssystem besondere Verwendung findet, wären zum Beispiel elektronische Servolenkung, Drosselpositionserfassung, Pedalpositionserfassung, Luftströmungsmassenerfassung und Flüssigkeitsstands-Erfassungsanwendungen.
Zusammen mit der Stromversorgungsleitung 108 und einer Stromversorgungsrückleitung 110 erstreckt sich die Signalleitung 106 zwischen den Transceivern 102, 104, 602, 604. Die Stromversorgungsleitungen 108, 110 sind mit Stromversorgungsverbindern 112 der Transceiver 102, 104, 602, 604 verbunden und werden verwendet, um dem zweiten und den zusätzlichen Transceivern 104, 602, 604 Stromversorgung von einer Stromversorgung 114 zuzuführen, die mit dem ersten Transceiver 102 integriert oder anderweitig assoziiert ist. Bei einigen Ausführungsformen sind Filter 116, 606, 608, die dem zweiten und zusätzlichen Transceiver 104, 602, 604 entsprechen, an die Stromversorgungsverbinder 112 der zweiten und zusätzlichen Transceiver 104, 602, 604 angeschlossen, um Rauschen zu filtern, das sich während der Stromversorgungsübertragung über die Stromversorgungsleitungen 108, 110 akkumuliert.
Die Steuerungen 124, 126, 610, 612 und Schnittstellenschaltungen 128, 130, 614, 616, die durch die Stromversorgungsleitung 114 versorgt werden, entsprechen den Transceivern 102, 104, 602, 604, wobei typischerweise jeder Transceiver 102, 104, 602, 604 eine Steuerung 124, 126, 610, 612 und eine Schnittstellenschaltung 128, 130, 614, 616 umfasst. Die Steuerungen 124, 126, 610, 612 steuern die Schnittstellenschaltungen 128, 130, 614, 616, um höhere Abstraktionsschichten des Kommunikationssystems (höher als die Bitübertragungsschicht 600) zu implementieren. Die Schnittstellenschaltungen 128, 130, 614, 616 stellen den Steuerungen 124, 126, 610, 612 eine Schnittstelle zu der Signalleitung 106 bereit und sind zwischen entsprechenden Steuerungen 124, 126, 610, 612 und entsprechenden Stromversorgungsverbindern 112 angeordnet. Ferner passen die Schnittstellenschaltungen 128, 130, 614, 616 die Impedanz der Signalleitung 106 an, um die Signalleitung 106 abzuschließen und um die Rate zu verbessern, mit den Daten über die Signalleitung 106 ausgetauscht werden können.
Da es mehr als zwei Transceiver 102, 104, 602, 604 auf der Signalleitung 106 gibt, passen die Transceiver 102, 104, 602, 604 die Signalleitungsimpedanz mit Rücksicht aufeinander an. Zum Beispiel passt einer der Transceiver 102, 104, 602, 604, typischerweise der erste Transceiver 102, die Impedanz der Signalleitung 106 an und jeder andere Transceiver 102, 104, 602, 604 passt n-mal die Impedanz der Signalleitung 106 an, wobei n die Anzahl anderer Transceiver 102, 104, 602, 604 ist. Ferner wird die Signalleitung 106 durch einen oder mehrere der Transceiver 102, 104, 602, 604 auf einem definierten Pegel, wie etwa Masse, gehalten, wenn keine Daten auf die Signalleitung 106 angesteuert werden. Als ein anderes Beispiel umfasst das Kommunikationsprotokoll ein System von Token zur Erzielung von Impedanzanpassung.
Gemäß dem System von Token können nur zwei Transceiver 102, 104, 602, 604 auf einmal Token aufweisen. Ein Transceiver 102, 104, 602, 604 zum Empfangen oder Senden von Daten fordert ferner ein Token gemäß dem Kommunikationsprotokoll an und beschafft es, bevor er Daten empfängt oder sendet. Die Transceiver 102, 104, 602, 604 mit Token passen die Signalleitungsimpedanz mit einer Abschlussimpedanz wie oben bestimmt an und die Empfänger 102, 104, 602, 604 ohne Token schalten sich in einen Hochimpedanzzustand (relativ zu den Transceivern 102, 104, 602, 604 mit Token). Der Hochimpedanzzustand kann zum Beispiel durch Öffnen sowohl des Pull-Up- als auch des Pull-Down-Schalters oder des Pull-Up- und Pull-Down-Transistors 132, 134, 204, 206 (siehe 1–3) erreicht werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen des Systems von Token weist einer der Transceiver 102, 104, 602, 604, typischerweise der erste Transceiver 102, immer ein Token (implizit oder explizit) auf, und die anderen Transceiver 102, 104, 602, 604 teilen sich das andere Token.
Mit Bezug auf 7 ist ein Sensorsystem 700 gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Das Sensorsystem 700 kann zum Beispiel das Kommunikationssystem von 1 umfassen. Das Sensorsystem 700 wird typischerweise für Automotive-Anwendungen verwendet, kann aber auch auf andere Anwendungen angewandt werden. Automotive-Anwendungen, für die das Sensorsystem besondere Anwendung findet, wären zum Beispiel elektronische Servolenkung, Drosselpositionserfassung, Pedalpositionserfassung, Luftströmungs-Massenerfassung und Flüssigkeitsstand-Erfassungsanwendungen. Das Sensorsystem umfasst eine Sensorvorrichtung 702, die über eine Signalleitung 106, eine Stromversorgungsleitung 108 und eine Stromversorgungsrückleitung 110 mit einer entfernten ECU 704 kommuniziert bzw. durch diese versorgt wird.
Die ECU 704 versorgt die Sensorvorrichtung 702 über die Stromversorgungsleitungen 108, 110 aus einer Stromversorgung 114 der ECU 704 mit Strom. Ferner empfängt und decodiert die ECU 704 Daten von der Sensorvorrichtung 702 über die Signalleitung 106 unter Verwendung des Transceivers 102‘‘. Eine Mikrocontrollereinheit (MCU) 124‘ steuert eine Schnittstellenschaltung 128‘‘ des Transceivers 102‘‘ und empfängt die Daten von der Sensorvorrichtung 702 über die Signalleitung 106. Die Schnittstellenschaltung 128‘‘ schließt die Signalleitung 106 mit einer angepassten Impedanz ab und umfasst einen ADC oder Komparator (nicht gezeigt) zum Filtern von Rauschen auf der Signalleitung 106 und Versorgen der MCU 124‘ mit Messungen der Signalleitungen 106. Beispiele für die Schnittstellenschaltung 128‘‘ werden in 1–3 beschrieben. Bei Empfang des gefilterten Signals decodiert die MCU 124‘ die codierten Daten darauf und führt Nachverarbeitungsaktivitäten unter Verwendung der decodierten Daten aus. Zum Beispiel kann die MCU 124‘ eine Armaturenbrettlampe eines Fahrzeugs aktivieren, wenn Sensordaten empfangen werden, die angeben, dass das Wischwasser ausgeht.
Die Sensorvorrichtung 702 erhält Stromversorgung von der ECU 704 über die Stromversorgungsleitungen 108, 110 und filtert die empfangene Stromversorgung unter Verwendung eines Filters 116. Ferner erzeugt die Sensorvorrichtung 702 unter Verwendung eines Sensors 706 Sensordaten und sendet die Sensordaten über die Signalleitung 106 unter Verwendung des Transceivers 104‘‘ zu der ECU 704. Der Sensor 706 kann zum Beispiel ein resistiver Sensor, ein optoelektrischer Sensor oder dergleichen sein. Die Sensordaten umfassen zum Beispiel die Position eines Fahrzeugbremspedals, die Geschwindigkeit, mit der ein Fahrzeug fährt, usw. Der Transceiver 104‘‘ codiert die Signaldaten zu einer Abfolge von Pulsen und steuert die Signalleitung 106 mit der Abfolge von Pulsen an. Der Transceiver 104‘‘ umfasst einen Protokollgenerator 126‘ und eine Schnittstellenschaltung 130‘‘. Der Protokollgenerator 126‘ steuert die Schnittstellenschaltungen 130‘‘ und steuert codierte Daten auf die Signalleitung 106 an. Die Schnittstellenschaltung 130‘‘ schließt die Signalleitung 106 mit einer angepassten Impedanz ab. Beispiele für die Schnittstellenschaltung 130‘‘ werden in 1–3 beschrieben.
Obwohl es nicht gezeigt ist, kann das Sensorsystem 700 beliebige der oben beschriebenen Ausführungsformen des Kommunikationssystems und der Bitübertragungsschicht verwenden. Zum Beispiel kann das Sensorsystem 700 einen oder mehrere zusätzliche Sensoren umfassen, die jeweils entsprechende in 6 beschriebene Transceiver umfassen.
Mit Bezug auf 8 zeigt ein Flussdiagramm 800 ein Verfahren zum Senden von Daten gemäß einigen Ausführungsformen.
Bei 802 werden Daten in einem Transceiver empfangen. Die Daten sind zum Beispiel Sensordaten. Der Transceiver ist zum Beispiel ein beliebiger der oben beschriebenen Transceiver.
Bei 804 werden die empfangenen Daten zu einer Abfolge von Pulsen mit definierten Transienten codiert. Die Codierung kann zum Beispiel gemäß den Protokollen SENT oder SPC erfolgen und wird typischerweise durch eine Steuerung, wie etwa einen Mikrocontroller, durchgeführt.
Bei 806 wird die Abfolge von Pulsen über eine Signalleitung gesendet, während gleichzeitig die Impedanz des Transceivers an die Impedanz der Signalleitung angepasst wird. Die Signalleitung erstreckt sich zwischen dem Transceiver und einem entfernten Empfänger. Die Abfolge von Pulsen wird typischerweise durch selektives Aktivieren von Pull-Up- und/oder Pull-Down-Schaltern oder Pull-Up- und/oder -Down-Transistoren auf die Signalleitung angesteuert, um die Signalleitung hoch- (z.B. auf +5 Volt) oder herunterzuziehen (z.B. auf Masse). Typischerweise werden die Pull-Up- und/oder Pull-Down-Schalter oder -Transistoren durch die Steuerung gesteuert. Bei einigen Ausführungsformen wird Impedanzanpassung durch einen zwischen die Signalleitung und die Pull-Up- und/oder Pull-Down-Schalter oder -Transistoren geschalteten Abschlusswiderstand erreicht. Zusätzlich oder als Alternative wird bei einigen Ausführungsformen Impedanzanpassung durch Dimensionieren der Pull-Up- und/oder Pull-Down-Transistoren und/oder Pulsen der Pull-Up- und/oder Pull-Down-Schalter oder -Transistoren mit Pulsen mit definierten Formen (z.B. Höhen und/oder Flanken) erreicht.
Bei einigen Ausführungsformen wird bei 808 die Impedanz des Transceivers auf der Basis von Rückkopplung von der Signalleitung während der Ansteuerung der Signalleitung dynamisch justiert. Zum Beispiel werden die Pull-Up- und/oder -Down-Schalter oder -Transistoren gepulst, um an die Impedanz der Signalleitung anzupassen. Die dynamische Justierung kann durch die Steuerung und/oder Regler gesteuert werden.
Mit Bezug auf 9 zeigt ein Flussdiagramm 900 ein Verfahren zum Empfangen codierter Daten gemäß einigen Ausführungsformen.
Bei 902 wird eine codierte Daten repräsentierende Abfolge von Pulsen über eine Signalleitung in einem Transceiver empfangen, während gleichzeitig die Impedanz des Transceivers an die Impedanz der Signalleitung angepasst wird. Die Signalleitung erstreckt sich zwischen dem Transceiver und einem entfernten Sender. Die codierten Daten sind zum Beispiel codierte Sensordaten. Der Transceiver ist zum Beispiel ein beliebiger der oben beschriebenen Transceiver. Die Abfolge von Pulsen wird typischerweise durch eine Steuerung, wie etwa einen Mikrocontroller, mittels eines Komparators oder ADC, der mit der Signalleitung verbunden ist, von der Signalleitung empfangen. Der Komparator oder ADC misst die Signalleitung (z.B. Spannung) und gibt ein kontinuierliches Binärsignal bzw. diskrete Messungen mit einer vorbestimmten Abtastrate aus. Bei einigen Ausführungsformen wird Impedanzanpassung durch einen zwischen die Signalleitung und den Komparator oder ADC geschalteten Abschlusswiderstand erreicht. Zusätzlich oder als Alternative wird Impedanzanpassung durch Dimensionieren von mit der Signalleitung verbundenen Pull-Up- und/oder Pull-Down-Transistoren und /oder Pulsen von mit der Signalleitung verbundenen Pull-Up- und/oder -Down-Schaltern oder -Transistoren mit definierten Formen (z.B. Höhen und/oder Flanken) erreicht.
Bei einigen Ausführungsformen wird bei 904 die Impedanz des Transceivers auf der Basis von Rückkopplung von der Signalleitung, während eine Abfolge von Pulsen empfangen wird, dynamisch justiert. Zum Beispiel werden die Pull-Up- und/oder -Down-Schalter oder -Transistoren gepulst, um an die Impedanz der Signalleitung anzupassen. Die dynamische Justierung kann durch die Steuerung und/oder Regler gesteuert werden.
Bei 906 wird die Abfolge von Pulsen zu Daten decodiert. Die Decodierung kann zum Beispiel gemäß den Protokollen SENT oder SPC erfolgen und wird typischerweise durch die Steuerung durchgeführt.
Bei 908 werden die decodierten Daten für nachgeschaltete Verwendung decodiert. Zum Beispiel kann ein Airbag ausgelöst werden, wenn Daten empfangen werden, die einen Fahrzeugunfall angeben.
Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, stellt die vorliegende Offenbarung somit eine Vorrichtung bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstellenschaltung, die eine Signalleitung mit einer Impedanz abschließt, die an eine Impedanz der Signalleitung angepasst ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, die dafür ausgelegt ist, Daten auf der Signalleitung mittels der Schnittstellenschaltung und gemäß einem PWM zur Datencodierung verwendenden Kommunikationsprotokoll zu senden oder zu empfangen.
Bei anderen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein System bereit. Das System umfasst eine erste Vorrichtung und eine oder mehrere zusätzliche Vorrichtungen. Die erste Vorrichtung umfasst eine erste Schnittstellenschaltung, die eine Signalleitung mit einer Impedanz abschließt, die an eine Impedanz der Signalleitung angepasst ist. Ferner umfasst die erste Vorrichtung eine erste Steuerung, die dafür ausgelegt ist, Daten auf der Signalleitung mittels der ersten Schnittstellenschaltung und gemäß einem PWB zur Datencodierung verwendenden Kommunikationsprotokoll zu senden oder zu empfangen. Die eine oder mehreren zusätzlichen Vorrichtungen schließen die Signalleitung mit einer Impedanz ab, die an die Impedanz der Signalleitung angepasst ist. Ferner sind die eine oder mehreren zusätzlichen Vorrichtungen dafür ausgelegt, Daten auf der Signalleitung gemäß dem Kommunikationsprotokoll zu senden oder zu empfangen.
Bei weiteren Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Kommunikation bereit. Über eine Signalleitung wird in einem Transceiver eine Abfolge von Pulsen gesendet oder empfangen, während gleichzeitig eine Impedanz des Transceivers an eine Impedanz der Signalleitung angepasst wird. Ferner werden Daten in die Abfolge von Pulsen codiert und/oder die Abfolge von Pulsen wird zu decodierten Daten decodiert.
Das Obige skizziert Merkmale mehrerer Ausführungsformen, so dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Für Fachleute ist erkennbar, dass sie die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage zum Entwurf oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile wie die hier angeführten Ausführungsformen verwenden können. Außerdem sollte für Fachleute erkennbar sein, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Substitutionen und Modifikationen daran vornehmen können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Schnittstellenschaltung, die eine Signalleitung mit einer Impedanz abschließt, die an eine Impedanz der Signalleitung angepasst ist; und eine Steuerung, die zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung mittels der Schnittstellenschaltung und gemäß einem Kommunikationsprotokoll, das Pulsbreitenmodulation (PWM) zur Datencodierung verwendet, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung zum Senden oder Empfangen der Daten gemäß einem SENT-Kommunikationsprotokoll oder einem SPC-Kommunikationsprotokoll eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen die Daten erzeugenden Sensor, wobei die Steuerung zum Codieren der Daten gemäß dem Kommunikationsprotokoll und zum Ansteuern der Signalleitung mit den codierten Daten durch Steuerung der Schnittstellenschaltung eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Impedanz der Schnittstellenschaltung zwischen 0,5–2,0-mal die Impedanz der Signalleitung beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Schnittstellenschaltung Folgendes umfasst: einen Pull-Up-Schalter und einen Pull-Down-Schalter in Reihenschaltung; und einen zwischen einen gemeinsamen Knoten des Pull-Up-Schalters und des Pull-Down-Schalters und die Signalleitung geschalteten Abschlusswiderstand, wobei eine Impedanz des Abschlusswiderstands an die Impedanz der Signalleitung angepasst ist; wobei die Steuerung zum Steuern des Pull-Up-Schalters und des Pull-Down-Schalters, um die Daten auf der Signalleitung zu senden, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abschlusswiderstand einen mit der Signalleitung verbundenen ersten Anschluss und einen mit einer Stromversorgungsleitung oder eine Stromversorgungsrückleitung über einen Kondensator verbundenen zweiten Anschluss umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Schnittstellenschaltung Folgendes umfasst: einen Pull-Up-Transistor und einen Pull-Down-Transistor in Reihenschaltung; wobei die Steuerung zum Steuern des Pull-Up-Transistor und des Pull-Down-Transistors, um die Daten auf der Signalleitung zu senden, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Pull-Up-Transistor und der Pull-Down-Transistor zur Anpassung an die Impedanz der Signalleitung dimensioniert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuerung eingerichtet ist, zum Anpassen an die Impedanz der Signalleitung Pulse an den Pull-Up-Transistor und den Pull-Down-Transistor anzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei Höhen der Pulse dimensioniert sind zur Anpassung von Impedanzen des Pull-Up-Transistors und des Pull-Down-Transistors an die Signalleitungsimpedanz.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–10, wobei die Steuerung oder ein Regler zwischen der Steuerung und einem Pull-Up-Transistor oder Pull-Down-Transistor zum Anlegen von Pulsen an den Pull-Up-Transistor oder Pull-Down-Transistor zur Anpassung an die Impedanz der Signalleitung auf der Basis einer Rückkopplung von der Signalleitung eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei Höhen und Flanken der Pulse so geformt sind, dass eine kombinierte Impedanz des Pull-Up-Transistors und des Pull-Down-Transistors in einem Bereich gehalten wird, der an die Signalleitungsimpedanz angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die Schnittstellenschaltung Folgendes umfasst: einen Komparator oder Analog-Digital-Umsetzer, eingerichtet zum Messen einer Spannung auf der Signalleitung und zum Ausgeben eines binären Messsignals an die Steuerung; und wobei die Steuerung zum Empfangen der Daten aus dem binären Messsignal und zum Decodieren der empfangenen Daten gemäß dem Kommunikationsprotokoll eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner umfassend: ein mit der Signalleitung verbundenes Wechselstrom-Lastnetzwerk, wobei das Wechselstrom-Lastnetzwerk einen Widerstand in Reihe mit einem Kondensator umfasst.
System, umfassend: eine erste Vorrichtung, umfassend: eine erste Schnittstellenschaltung, die eine Signalleitung mit einer Impedanz abschließt, die an eine Impedanz der Signalleitung angepasst ist; und eine erste Steuerung, die zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung mittels der Schnittstellenschaltung und gemäß einem Kommunikationsprotokoll, das Pulsbreitenmodulation zur Datencodierung verwendet, eingerichtet ist; und eine oder mehrere zusätzliche Vorrichtungen, die die Signalleitung mit einer Impedanz abschließen, die an die Impedanz der Signalleitung angepasst ist, und zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung gemäß dem Kommunikationsprotokoll eingerichtet sind.
System nach Anspruch 15, wobei die eine oder mehreren zusätzlichen Vorrichtungen Folgendes umfassen: eine zweite Vorrichtung, umfassend: eine zweite Schnittstellenschaltung, die die Signalleitung mit einer Impedanz abschließt, die an die Impedanz der Signalleitung angepasst ist; und eine zweite Steuerung, die zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung mittels der zweiten Schnittstellenschaltung und gemäß dem Kommunikationsprotokoll eingerichtet ist.
System nach Anspruch 16, wobei die erste und zweite Schnittstellenschaltung dieselbe Anordnung elektrischer Komponenten aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 15–17, wobei die eine oder mehreren zusätzlichen Vorrichtungen jeweils eine Eingangsimpedanz aufweisen, die n-mal die Impedanz der Signalleitung beträgt, wobei n die Anzahl von mit der Signalleitung verbundenen zusätzlichen Vorrichtungen ist.
System nach einem der Ansprüche 15–18, wobei die eine oder mehreren zusätzlichen Vorrichtungen eingerichtet sind, sich ein Token gemäß dem Kommunikationsprotokoll zu teilen, und wobei eine zusätzliche Vorrichtung, die das Token aufweist, zum Anpassen der Impedanz der Signalleitung und zum Senden oder Empfangen von Daten auf der Signalleitung eingerichtet ist.
Verfahren zur Kommunikation, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Senden oder Empfangen einer Abfolge von Pulsen über eine Signalleitung in einem Transceiver, während gleichzeitig eine Impedanz des Transceivers an eine Impedanz der Signalleitung angepasst wird; und Codieren von Daten zu einer Abfolge von Pulsen; und/oder Decodieren der Abfolge von Pulsen zu decodierten Daten.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: dynamisches Anpassen der Impedanz des Transceivers auf der Basis von Rückkopplung von der Signalleitung während des Sendens oder Empfangens der Abfolge von Pulsen.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, ferner umfassend: Empfangen der Abfolge von Pulsen durch Vergleichen einer Spannung auf der Signalleitung mit einer Referenzspannung; und Erzeugen eines binären Ausgangssignals auf der Basis des Vergleichens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20–22, ferner umfassend: Senden der Abfolge von Pulsen durch wahlweises Aktivieren eines Pull-Up-Transistors oder Pull-Down-Transistors oder eines Pull-Up-Schalters oder Pull-Down-Schalters, der mit der Signalleitung verbunden ist.