DE102018130360A1 - Methods and devices for the transmission of data via an electrical power supply line - Google Patents

Methods and devices for the transmission of data via an electrical power supply line Download PDF

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Abstract

Es wird eine Sendeeinheit (310) zum Senden von Daten (314) über eine elektrische Versorgungsleitung (302) beschrieben. Die Sendeeinheit (310) umfasst ein Energieversorgungsmodul (311), das zumindest ein Schaltelement (331, 332) umfasst und das eingerichtet ist, durch PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) elektrische Energie in Form eines Ausgangssignals (304) auf der Versorgungsleitung (302) bereitzustellen. Des Weiteren umfasst die Sendeeinheit (310) eine Modulationseinheit (312), die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zielwert (315) für das Ausgangssignal (304) ein PWM-Steuersignal (313) für den PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) zu generieren, wobei das PWM-Steuersignal (313) eine Sequenz von PWM Pulsen (401, 402) für eine Sequenz von Perioden (403) umfasst. Außerdem ist die Modulationseinheit (312) eingerichtet, die PWM Pulse (401, 402) der einzelnen Perioden (403) in Abhängigkeit von zu sendenden Daten (314) innerhalb der jeweiligen Periode (403) zu positionieren.A transmission unit (310) for transmitting data (314) via an electrical supply line (302) is described. The transmission unit (310) comprises an energy supply module (311), which comprises at least one switching element (331, 332) and which is set up by PWM operation of the switching element (331, 332) electrical energy in the form of an output signal (304) on the supply line (302). Furthermore, the transmission unit (310) comprises a modulation unit (312), which is set up as a function of a target value (315) for the output signal (304), a PWM control signal (313) for the PWM operation of the switching element (331, 332) ), the PWM control signal (313) comprising a sequence of PWM pulses (401, 402) for a sequence of periods (403). In addition, the modulation unit (312) is set up to position the PWM pulses (401, 402) of the individual periods (403) as a function of data (314) to be sent within the respective period (403).

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einheiten bzw. Vorrichtungen zur Übertragung von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung, insbesondere zur Übertragung von Daten über eine Versorgungsleitung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs.The invention relates to methods and units or devices for transmitting data via an electrical supply line, in particular for transmitting data via a supply line of an electrical vehicle electrical system of a vehicle.

Ein Fahrzeug umfasst ein elektrisches Bordnetz, über das eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden. Des Weiteren umfasst ein Fahrzeug typischerweise Kommunikationsleitungen, zur Übertragung von Daten innerhalb des Fahrzeugs. Die elektrische Energieversorgung und die Datenkommunikation führen typischerweise zu einem signifikanten Aufwand (insbesondere in Bezug auf Bauraum, Kosten und Gewicht) für die Verkabelung in einem Fahrzeug, insbesondere dann, wenn besondere Anforderungen in Bezug auf Redundanz bestehen (wie z.B. für vollautomatisiert oder hochautomatisiert fahrende Fahrzeuge.A vehicle comprises an electrical vehicle electrical system, via which a large number of electrical consumers of the vehicle are supplied with electrical energy. Furthermore, a vehicle typically includes communication lines for the transmission of data within the vehicle. The electrical power supply and the data communication typically lead to a significant effort (in particular with regard to installation space, costs and weight) for the wiring in a vehicle, in particular when there are special requirements in terms of redundancy (such as for fully automated or highly automated vehicles) .

Zur Einsparung von Kommunikationsleitungen kann in einem Fahrzeug Power Line Communication (PLC) verwendet werden, um Daten über Energieversorgungsleitungen zu übertragen. Die Bereitstellung von Sendern und Empfängern für PLC ist jedoch typischerweise mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, der insbesondere bei relativ geringen Datenraten nicht immer vertretbar ist.To save communication lines, Power Line Communication (PLC) can be used in a vehicle to transmit data via power supply lines. However, the provision of transmitters and receivers for PLC is typically associated with a relatively high outlay, which is not always justifiable, in particular at relatively low data rates.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente Übertragung von Daten über eine Energieversorgungsleitung zu ermöglichen, insbesondere für ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs.The present document deals with the technical task of enabling a particularly efficient transmission of data via a power supply line, in particular for an electrical vehicle electrical system.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The task is solved by the independent claims. Advantageous embodiments include described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim can form a separate invention that is independent of the combination of all features of the independent claim can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a late application. This applies in the same way to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent claims.

Gemäß einem Aspekt wird eine Sendeeinheit zum Senden von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung (z.B. über eine Versorgungsleitung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs) beschrieben. Die Sendeeinheit umfasst ein Energieversorgungsmodul, das zumindest ein Schaltelement umfasst und das eingerichtet ist, durch PWM-Betrieb des zumindest einen Schaltelements elektrische Energie in Form eines Ausgangssignals auf der Versorgungsleitung bereitzustellen. Ein Schaltelement kann ein halbleiter-basiertes Schaltelement und/oder ein Transistor sein, z.B. ein MOSFET (metaloxide semiconductor, field effect transistor) und/oder ein IGBT (insulated-gate bipolar transistor).According to one aspect, a transmission unit for transmitting data via an electrical supply line (e.g. via a supply line of an electrical vehicle electrical system of a vehicle) is described. The transmission unit comprises an energy supply module which comprises at least one switching element and which is set up to provide electrical energy in the form of an output signal on the supply line by PWM operation of the at least one switching element. A switching element can be a semiconductor-based switching element and / or a transistor, e.g. a MOSFET (metal oxide semiconductor, field effect transistor) and / or an IGBT (insulated-gate bipolar transistor).

Das Energieversorgungsmodul kann z.B. eine Halbbrücke mit einem ersten (z.B. einem High Side) Schaltelement und einem zweiten (z.B. einem Low Side) Schaltelement umfassen, die in komplementärer und/oder alternierender Weise auf Basis eines PWM-Steuersignals betrieben werden. Alternativ oder ergänzend kann das Energieversorgungsmodul ein Tiefpass-Filter, insbesondere ein LC-Glied, zur Erzeugung des Ausgangssignals umfassen. Insbesondere kann das Energieversorgungsmodul einen Spannungswandler, beispielsweise einen Gleichspannungswandler, umfassen. Das zumindest eine Schaltelement des Energieversorgungsmoduls kann somit dazu verwendet werden, elektrische Energie für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern über eine Versorgungsleitung bereitzustellen. Dabei kann das Ausgangssignal eine bestimmte Ausgangsspannung, insbesondere eine DC-Ausgangsspannung, für die Energieversorgung der ein oder mehreren elektrischen Verbraucher sein.The power supply module can e.g. comprise a half bridge with a first (e.g. a high side) switching element and a second (e.g. a low side) switching element, which are operated in a complementary and / or alternating manner on the basis of a PWM control signal. Alternatively or in addition, the energy supply module can include a low-pass filter, in particular an LC element, for generating the output signal. In particular, the energy supply module can comprise a voltage converter, for example a DC voltage converter. The at least one switching element of the energy supply module can thus be used to provide electrical energy for the operation of one or more electrical consumers via a supply line. The output signal can be a specific output voltage, in particular a DC output voltage, for the energy supply of the one or more electrical consumers.

Außerdem umfasst das Sendemodul eine Modulationseinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Zielwert für das Ausgangssignal ein PWM-Steuersignal für den PWM-Betrieb des Schaltelements zu generieren, wobei das PWM-Steuersignal eine Sequenz von PWM Pulsen für eine Sequenz von Perioden umfasst. Dabei können die Perioden mit einer bestimmten Periodenfrequenz aufeinander folgen. Die Periodenfrequenz der Sequenz von Perioden kann z.B. 100kHz, 500 kHz oder mehr sein.In addition, the transmission module comprises a modulation unit which is set up to generate a PWM control signal for the PWM operation of the switching element as a function of a target value for the output signal, the PWM control signal comprising a sequence of PWM pulses for a sequence of periods. The periods with a certain period frequency can follow one another. The period frequency of the sequence of periods can e.g. 100kHz, 500 kHz or more.

Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die Pulsweite eines PWM-Pulses in Abhängigkeit von dem Zielwert einzustellen, z.B. zu regeln. Insbesondere kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf das Ausgangssignal zu erfassen. Die Pulsweite eines PWM-Pulses des PWM-Steuersignals kann dann in Abhängigkeit von den Sensordaten angepasst werden, insbesondere um das Ausgangssignal auf den Zielwert zu regeln.The modulation unit can be set up to set the pulse width of a PWM pulse as a function of the target value, e.g. to regulate. In particular, the modulation unit can be set up to acquire sensor data in relation to the output signal. The pulse width of a PWM pulse of the PWM control signal can then be adapted as a function of the sensor data, in particular in order to regulate the output signal to the target value.

Die Pulsweise der PWM-Pulse des PWM-Steuersignals kann somit dazu genutzt werden, das Ausgangssignal (z.B. eine DC-Ausgangsspannung) in Abhängigkeit von einem Zielwert einzustellen. Dabei können die einzelnen PWM-Pulse standardmäßig an einer bestimmten Standardposition innerhalb der jeweiligen Perioden angeordnet sein (z.B. mittig innerhalb der einzelnen Perioden).The pulse mode of the PWM pulses of the PWM control signal can thus be used to set the output signal (for example a DC output voltage) as a function of a target value. The individual PWM pulses can be used as standard be arranged at a certain standard position within the respective periods (eg in the middle of the individual periods).

Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die PWM Pulse der einzelnen Perioden in Abhängigkeit von zu sendenden Daten innerhalb der jeweiligen Periode zu positionieren. Insbesondere können die PWM Pulse zumindest teilweise abweichend von der Standardposition innerhalb der jeweiligen Perioden positioniert bzw. verschoben werden (z.B. zu dem Periodenanfang hin oder zu dem Periodenende hin verschoben werden).The modulation unit can be set up to position the PWM pulses of the individual periods as a function of the data to be sent within the respective period. In particular, the PWM pulses can be positioned or shifted at least partially deviating from the standard position within the respective periods (e.g. shifted towards the beginning of the period or towards the end of the period).

Beispielsweise kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls einer Periode an der Standardposition zu positionieren, z.B. mittig in Bezug auf die Periode, wenn keine Daten und/oder wenn ein erster Datenwert (z.B. der Wert „0“) übertragen werden sollen. Des Weiteren kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls der Periode abweichend von der Standardposition zu einem Periodenanfang oder zu einem Periodenende der Periode hin zu verschieben, wenn ein zweiter Datenwert (z.B. der Wert „0“) übertragen werden soll.For example, the modulation unit can be set up to position the PWM pulse of a period at the standard position, e.g. middle in relation to the period if no data and / or if a first data value (e.g. the value "0") should be transmitted. Furthermore, the modulation unit can be set up to shift the PWM pulse of the period deviating from the standard position to a period start or to a period end of the period if a second data value (e.g. the value "0") is to be transmitted.

Durch das Verschieben der PWM Pulse eines PWM-Steuersignals zur Generierung eines Ausgangssignals (z.B. zur Generierung einer DC Ausgangsspannung) können somit in effizienter Weise Daten für eine Kommunikationsverbindung übertragen werden. Dabei können die bereits für die Energieversorgung verwendeten ein oder mehreren Schaltelemente verwendet werden, um die zu übertragenden Daten auf das Ausgangssignal zu modulieren. Es wird somit eine Gewichts-, Kosten- und Bauraum-effiziente Datenkommunikation ermöglicht (insbesondere für ein Fahrzeug).By shifting the PWM pulses of a PWM control signal to generate an output signal (e.g. to generate a DC output voltage), data for a communication connection can be transmitted in an efficient manner. The one or more switching elements already used for the energy supply can be used to modulate the data to be transmitted onto the output signal. This enables weight, cost and space-efficient data communication (in particular for a vehicle).

Das Energieversorgungsmodul kann ausgebildet sein, das Ausgangssignal derart zu erzeugen, dass sich die in Abhängigkeit der Daten angepasste Positionierung der PWM Pulse des PWM-Steuersignals als (ggf. hochfrequenter) Rippel des Ausgangssignals niederschlägt. Insbesondere kann die angepasste Positionierung der PWM Pulse zu einer Modulation bzw. zu einer Veränderung der Form des Rippels des Ausgangssignals führen. Eine Empfangseinheit kann dann die Positionierung der PWM Pulse aus einem dem Ausgangssignal entsprechenden Empfangssignal ermitteln, um die zu übertragenden Daten zu extrahieren. Insbesondere kann der Rippel des Empfangssignals extrahiert (z.B. durch ein Hochpass-Filter) und analysiert (z.B. durch eine Zeit-Frequenz-Transformation) werden, um die Daten zu extrahieren.The energy supply module can be designed to generate the output signal in such a way that the positioning of the PWM pulses of the PWM control signal, which is adjusted as a function of the data, is reflected as a (possibly high-frequency) ripple of the output signal. In particular, the adapted positioning of the PWM pulses can lead to a modulation or to a change in the shape of the ripple of the output signal. A receiving unit can then determine the positioning of the PWM pulses from a received signal corresponding to the output signal in order to extract the data to be transmitted. In particular, the ripple of the received signal can be extracted (e.g. by a high-pass filter) and analyzed (e.g. by a time-frequency transformation) to extract the data.

Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die PWM Pulse von zwei direkt aufeinander folgenden Perioden in komplementärer Weise relativ zu der Standardposition zu verschieben. Beispielsweise kann einer der beiden PWM Pulse zum Periodenanfang und der andere der beiden PWM Pulse in entsprechender Weise zum Periodenende hin verschoben werden. Durch das komplementäre Verschieben von Paaren von PWM Pulsen können in besonders effizienter Weise Beeinträchtigungen der Datenübertragung auf das für die Energieübertragung verwendete Ausgangssignal reduziert werden (da durch die Datenübertragung im Mittel keine Änderung der Pulsweite und/oder der Periodenfrequenz bewirkt wird). Des Weiteren ermöglicht das komplementäre Verschieben eine besonders effiziente und zuverlässige Rückgewinnung der Daten mittels einer Zeit-Frequenz-Transformation (z.B. mittels einer FourierTransformation).The modulation unit can be set up to shift the PWM pulses of two directly successive periods in a complementary manner relative to the standard position. For example, one of the two PWM pulses can be shifted towards the beginning of the period and the other of the two PWM pulses in a corresponding manner towards the end of the period. By complementarily shifting pairs of PWM pulses, impairments in the data transmission to the output signal used for the energy transmission can be reduced in a particularly efficient manner (since on average no change in the pulse width and / or the period frequency is brought about by the data transmission). Furthermore, the complementary shifting enables a particularly efficient and reliable recovery of the data by means of a time-frequency transformation (e.g. by means of a Fourier transformation).

Die Modulationseinheit kann somit eingerichtet sein, durch Einstellen der Position der PWM Pulse des PWM-Steuersignals ein oder mehrere Bits an Daten pro Paar von Perioden des PWM-Steuersignals zu übertragen. Insbesondere kann die Modulationseinheit eingerichtet ist, den PWM Puls einer Periode an K unterschiedlichen Positionen innerhalb der Periode zu positionieren, um log2 K Bits an Daten zu senden, wobei K = 2,4 oder mehr ist. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Abständen zu der Standardposition eines PWM Pulses kann die Datenrate erhöht werden.The modulation unit can thus be set up to transmit one or more bits of data per pair of periods of the PWM control signal by adjusting the position of the PWM pulses of the PWM control signal. In particular, the modulation unit can be set up to position the PWM pulse of a period at K different positions within the period in order to send log 2 K bits of data, where K = 2.4 or more. The data rate can be increased by using different distances from the standard position of a PWM pulse.

Eine Periode mit der Periodendauer T kann eine normierte Länge von 1 aufweisen. Die Standardposition kann z.B. bei 0.5 liegen. Die K unterschiedlichen Positionen können z.B. jeweils um mindestens 0.1, 0.2 oder mehr zueinander beabstandet sein. Beispielsweise kann ein PWM Puls um 0.1, 0.2 oder mehr relativ zu der Standardposition innerhalb einer Periode verschoben werden.A period with the period T can have a normalized length of 1. The standard position can e.g. be at 0.5. The K different positions can e.g. each be spaced apart by at least 0.1, 0.2 or more. For example, a PWM pulse can be shifted 0.1, 0.2 or more relative to the standard position within a period.

Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, in Vorbereitung auf das Senden von Daten die PWM-Pulse von mehreren Perioden an zumindest teilweise unterschiedlichen Positionen innerhalb der jeweiligen Periode zu positionieren, um ein Synchronisations-Wort zu senden. Die PWM Pulse von (direkt) darauf folgenden Perioden des PWM-Steuersignals können dann in Abhängigkeit von den zu sendenden Daten innerhalb der jeweiligen Periode positioniert werden, um direkt im Anschluss an das Synchronisations-Wort Daten zu übertragen. Durch das Einfügen eines Synchronisations-Wortes kann die Zuverlässigkeit der Datenübertragung weiter erhöht werden. Insbesondere kann es einer Empfangseinheit ermöglicht werden, sich durch Detektion des Synchronisations-Wortes mit dem Sendevorgang der Sendeeinheit zu synchronisieren.In preparation for the transmission of data, the modulation unit can be set up to position the PWM pulses of several periods at at least partially different positions within the respective period in order to send a synchronization word. The PWM pulses of (directly) subsequent periods of the PWM control signal can then be positioned depending on the data to be sent within the respective period in order to transmit data directly after the synchronization word. The reliability of the data transmission can be further increased by inserting a synchronization word. In particular, a reception unit can be enabled to synchronize itself with the transmission process of the transmission unit by detecting the synchronization word.

Die Modulationseinheit kann eingerichtet sein, die Pulsweite eines PWM Pulses zu ermitteln. Dabei kann die Pulsweite typischerweise einen Wert zwischen 0 und 1 in Bezug auf die Periodendauer T aufweisen. Des Weiteren kann die Modulationseinheit eingerichtet sein, den PWM Puls nur dann zur Übertragung von Daten an einer von der Standardposition abweichenden Position der jeweiligen Periode zu positionieren, wenn die Pulsweite kleiner als eine Maximalweite ist. Die Maximalweite kann z.B. 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 oder mehr sein. Die Übertragung von Daten mittels der Verschiebung von PWM Pulsen kann somit auf PWM Pulse mit einer relativ kleinen Pulsweite beschränkt werden. So kann die Güte der Datenübertragung erhöht werden.The modulation unit can be set up to determine the pulse width of a PWM pulse. The pulse width can typically be a value have between 0 and 1 with respect to the period T. Furthermore, the modulation unit can be set up to only position the PWM pulse for the transmission of data at a position of the respective period that deviates from the standard position if the pulse width is smaller than a maximum width. The maximum width can be, for example, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 or more. The transmission of data by means of the shifting of PWM pulses can thus be limited to PWM pulses with a relatively small pulse width. The quality of the data transmission can be increased in this way.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Empfangseinheit zur Extraktion bzw. zum Empfang von Daten aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung empfangenen Empfangssignal beschrieben. Das Empfangssignal kann dem von der in diesem Dokument beschriebenen Sendeeinheit generierten Ausgangssignal entsprechen. Die Empfangseinheit kann z.B. Teil eines elektrischen Verbrauchers sein, der mit der durch das Empfangssignal und/oder mit der auf der Versorgungsleitung bereitgestellten elektrischen Energie betrieben wird. Das Empfangssignal kann z.B. eine DC Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers sein.According to a further aspect, a receiving unit for extracting or receiving data from a received signal received via an electrical supply line is described. The received signal can correspond to the output signal generated by the transmitting unit described in this document. The receiving unit can e.g. Be part of an electrical consumer that is operated with the electrical energy provided by the received signal and / or with the supply line. The received signal can e.g. be a DC supply voltage for the electrical consumer.

Die Empfangseinheit umfasst eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, ein von dem Empfangssignal abgeleitetes Verarbeitungssignal mittels einer Zeit-Frequenz Transformation (z.B. mittels einer DFT oder einer FFT Transformation) in den Frequenzbereich zu transformieren. Durch Anwenden einer Zeit-Frequenz-Transformation kann für mindestens einen Frequenzkanal (d.h. für mindestens ein Frequenzband) ein Kanalsignal bereitgestellt werden. Das Kanalsignal für einen Frequenzkanal zeigt dabei die Energie des Verarbeitungssignals in dem Frequenzkanal an.The receiving unit comprises an evaluation unit which is set up to transform a processing signal derived from the received signal into the frequency range by means of a time-frequency transformation (for example by means of a DFT or an FFT transformation). By applying a time-frequency transformation, a channel signal can be provided for at least one frequency channel (i.e. for at least one frequency band). The channel signal for a frequency channel indicates the energy of the processing signal in the frequency channel.

Der Frequenzkanal bzw. die Frequenz des Frequenzkanals kann von der Periodenfrequenz des PWM-Steuersignals abhängen, das zur Generierung des Empfangssignals (bzw. zur Generierung des dem Empfangssignal entsprechenden Ausgangssignals) verwendet wurde. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, ein Kanalsignal für ein oder mehrere Frequenzkanäle mit jeweils einer Frequenz von ( 1 + 2 k ) f p w m 2 ,

Figure DE102018130360A1_0001
mit k = 0, 1, 2, ..., bereitzustellen, wobei f p w m = 1 T
Figure DE102018130360A1_0002
die Periodenfrequenz des PWM-Steuersignals ist. Es können somit Kanalsignale für ein oder mehrere Frequenzkanäle bereitgestellt werden, die in zuverlässiger Weise eine Daten-abhängige Verschiebung der PWM Pulse des PWM-Steuersignals anzeigen, mit dem das Empfangssignal von einer Sendeeinheit generiert wurde.The frequency channel or the frequency of the frequency channel can depend on the period frequency of the PWM control signal that was used to generate the received signal (or to generate the output signal corresponding to the received signal). In particular, the evaluation unit can be set up to provide a channel signal for one or more frequency channels, each with a frequency of ( 1 + 2nd k ) f p w m 2nd ,
Figure DE102018130360A1_0001
with k = 0, 1, 2, ..., where f p w m = 1 T
Figure DE102018130360A1_0002
is the period frequency of the PWM control signal. Channel signals can thus be provided for one or more frequency channels, which reliably indicate a data-dependent shift of the PWM pulses of the PWM control signal with which the received signal was generated by a transmitting unit.

Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, die Daten auf Basis des zumindest einen Kanalsignals, insbesondere auf Basis des Absolutwertes bzw. des Betrages des zumindest einen Kanalsignals, zu ermitteln. Insbesondere kann die Auswerteinheit eingerichtet sein, das Kanalsignal mit zumindest einem Peak-Schwellenwert zu vergleichen, um die Daten zu ermitteln. Dabei kann ein Überschreiten des Peak-Schwellenwertes an einem bestimmten Zeitpunkt anzeigen, dass an dem bestimmten Zeitpunkt (bzw. in der entsprechenden Periode des PWM-Steuersignals) eine Verschiebung eines PWM-Pulses erfolgt ist (und somit der zweite Datenwert, etwa „1“, übertragen wurde). Andererseits kann ein Unterschreiten des Peak-Schwellenwertes an dem bestimmten Zeitpunkt anzeigen, dass an dem bestimmten Zeitpunkt (bzw. in der entsprechenden Periode des PWM-Steuersignals) keine Verschiebung eines PWM-Pulses erfolgt ist (und somit keine Daten oder der erste Datenwert, etwa „0“, übertragen wurde).Furthermore, the evaluation unit is set up to determine the data on the basis of the at least one channel signal, in particular on the basis of the absolute value or the amount of the at least one channel signal. In particular, the evaluation unit can be set up to compare the channel signal with at least one peak threshold value in order to determine the data. If the peak threshold value is exceeded at a certain point in time, it may indicate that a PWM pulse has shifted at the certain point in time (or in the corresponding period of the PWM control signal) (and thus the second data value, for example “1”) , was transferred). On the other hand, falling below the peak threshold value at the specific point in time may indicate that at the specific point in time (or in the corresponding period of the PWM control signal) there has been no shift of a PWM pulse (and thus no data or the first data value, for example "0" was transferred).

Es wird somit eine Empfangseinheit beschrieben, die eine effiziente und zuverlässige Extraktion von Daten aus einem Empfangssignal ermöglicht, das durch PWM-Betrieb zumindest eines Schaltelements generiert wurde.A reception unit is thus described which enables efficient and reliable extraction of data from a reception signal which was generated by PWM operation of at least one switching element.

Die Empfangseinheit kann eine (ggf. analoge) Filtereinheit zur Bereitstellung eines gefilterten Empfangssignals umfassen. Dabei kann die Filtereinheit eingerichtet sein, eine von der korrespondierenden Sendeeinheit bewirkte Tiefpass-Filterung des dem Empfangssignal entsprechenden Ausgangssignals zumindest teilweise zu kompensieren (z.B. um das PWM-Steuersignal zu rekonstruieren). Die Auswerteeinheit kann dann eingerichtet sein, das Verarbeitungssignal von dem gefilterten Empfangssignal abzuleiten (z.B. durch Abtastung des gefilterten Empfangssignals). Durch die Filterung des Empfangssignals kann die Güte der Datenextraktion erhöht werden.The receiving unit can comprise a (possibly analog) filter unit for providing a filtered received signal. In this case, the filter unit can be set up to at least partially compensate for a low-pass filtering of the output signal corresponding to the received signal caused by the corresponding transmission unit (e.g. in order to reconstruct the PWM control signal). The evaluation unit can then be set up to derive the processing signal from the filtered received signal (e.g. by sampling the filtered received signal). The quality of the data extraction can be increased by filtering the received signal.

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, durch Vergleich des Kanalsignals mit einem Schwellenwert ein Synchronisations-Wort zu detektieren. Insbesondere kann ein Synchronisations-Zeitpunkt erkannt werden, an dem ein Synchronisations-Wort empfangen wird. Die Daten können dann ausgehend von dem Synchronisations-Zeitpunkt an von der Periodenfrequenz abhängigen Detektionszeitpunkten aus dem Kanalsignal extrahiert werden. Beispielsweise können ausgehend von dem Synchronisations-Zeitpunkt jeweils an um T oder 2T beabstandeten Detektionszeitpunkten Daten extrahiert werden. Durch die Erkennung eines Synchronisation-Wortes wird es somit der Empfangseinheit ermöglicht, sich in zuverlässiger Weise mit der entsprechenden Sendeeinheit zu synchronisieren. So kann die Güte der Datenübertragung weiter verbessert werden.The evaluation unit can be set up to detect a synchronization word by comparing the channel signal with a threshold value. In particular, a synchronization time can be recognized at which a synchronization word is received. The data can then be extracted from the channel signal on the basis of the synchronization time at detection times which are dependent on the period frequency. For example, starting from the synchronization time, data can be extracted at detection times spaced by T or 2T. The recognition of a synchronization word thus enables the receiving unit to reliably synchronize with the corresponding transmitting unit. In this way, the quality of the data transmission can be further improved.

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, auf Basis des Verarbeitungssignals für eine Periode des PWM-Steuersignals (das zur Generierung des Empfangssignals verwendet wurde) eine Pulsweite eines PWM Pulses des PWM-Steuersignals in der Periode zu ermitteln. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, nur dann Daten aus dem Kanalsignal zu extrahieren, wenn die ermittelte Pulsweise kleiner als die Maximalweite ist. Die Maximalweite kann z.B. 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 oder mehr sein. Die Übertragung von Daten mittels der Verschiebung von PWM Pulsen kann somit auf PWM Pulse mit einer relativ kleinen Pulsweite beschränkt werden. So kann die Güte der Datenübertragung erhöht werden. The evaluation unit can be set up to determine a pulse width of a PWM pulse of the PWM control signal in the period on the basis of the processing signal for a period of the PWM control signal (which was used to generate the received signal). Furthermore, the evaluation unit can be set up to extract data from the channel signal only when the pulse rate determined is smaller than the maximum width. The maximum width can be, for example, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 or more. The transmission of data by means of the shifting of PWM pulses can thus be limited to PWM pulses with a relatively small pulse width. The quality of the data transmission can be increased in this way.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Kommunikationseinheit beschrieben, die sowohl eine Sendeeinheit als auch eine Empfangseinheit umfasst. Zwei Kommunikationseinheiten können dann eine bidirektionale Kommunikation über eine Versorgungsleitung durchführen, wobei Daten der Sendeeinheit der ersten Kommunikationseinheit von der Empfangseinheit der zweite Kommunikationseinheit empfangen werden, und wobei Daten der Sendeeinheit der zweiten Kommunikationseinheit von der Empfangseinheit der ersten Kommunikationseinheit empfangen werden. Dabei können die PWM-Steuersignale der Sendeeinheiten der beiden Kommunikationseinheiten unterschiedliche Periodenfrequenzen aufweisen, um eine zuverlässige Unterscheidung der von der jeweiligen Sendeeinheit gesendeten Daten zu ermöglichen. Dabei sind die Periodenfrequenzen bevorzugt keine ganzzahligen Vielfachen voneinander.According to a further aspect, a communication unit is described which comprises both a transmitting unit and a receiving unit. Two communication units can then carry out bidirectional communication via a supply line, data from the transmission unit of the first communication unit being received by the reception unit of the second communication unit, and data from the transmission unit of the second communication unit being received by the reception unit of the first communication unit. The PWM control signals of the transmission units of the two communication units can have different period frequencies in order to enable reliable differentiation of the data transmitted by the respective transmission unit. The period frequencies are preferably not integral multiples of one another.

Alternativ oder ergänzend können die unterschiedlichen Sendeeinheiten unterschiedliche Verschiebungsgrade der PWM-Pulse der jeweiligen PWM-Steuersignale verwenden, um es den unterschiedlichen Empfangseinheiten zu ermöglichen, die Daten der unterschiedlichen Sendeeinheiten voneinander zu unterscheiden.Alternatively or additionally, the different transmission units can use different degrees of displacement of the PWM pulses of the respective PWM control signals in order to enable the different reception units to distinguish the data of the different transmission units from one another.

Alternativ oder ergänzend können die unterschiedlichen Sendeeinheiten unterschiedliche (disjunkte, nicht überschneidende) Zeitintervalle zum Senden von Daten verwenden. Es kann somit ein Zeitmultiplex von unterschiedlichen Sendeeinheiten erfolgen, um eine gemeinsame Versorgungsleitung zur Datenübertragung zu verwenden.As an alternative or in addition, the different transmission units can use different (disjoint, non-overlapping) time intervals for transmitting data. Time-division multiplexing from different transmitter units can thus take place in order to use a common supply line for data transmission.

Beispielsweise können in Serie geschaltete Gleichspannungs-Wandler eine bidirektionale Kommunikation durchführen. Dabei bewirken die ein oder mehreren Schaltelemente des ersten Gleichspannungs-Wandlers einen modulierten Rippel der Ausgangsspannung des ersten Wandlers (um Daten an den zweiten Gleichspannungs-Wandler zu senden). Des Weiteren bewirken die ein oder mehreren Schaltelemente des zweiten Gleichspannungs-Wandlers einen modulierten Rippel der Eingangsspannung des zweiten Wandlers (um Daten an den ersten Gleichspannungs-Wandler zu senden).For example, DC converters connected in series can perform bidirectional communication. The one or more switching elements of the first DC converter result in a modulated ripple in the output voltage of the first converter (in order to send data to the second DC converter). Furthermore, the one or more switching elements of the second DC-DC converter cause a modulated ripple of the input voltage of the second converter (to send data to the first DC-DC converter).

Alternativ oder ergänzend können parallel geschaltete Gleichspannungs-Wandler über eine gemeinsame Versorgungsleitung an den jeweiligen Ausgängen der Gleichspannungs-Wandler eine bidirektionale Kommunikation durchführen.Alternatively or additionally, DC converters connected in parallel can perform bidirectional communication via a common supply line at the respective outputs of the DC converters.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches Bordnetz (z.B. für ein Fahrzeug) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit umfasst.According to a further aspect, an electrical vehicle electrical system (e.g. for a vehicle) is described, which comprises the transmitting unit and / or receiving unit described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit und/oder das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described, which comprises the transmitting unit and / or receiving unit described in this document and / or the electrical system described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Senden von Daten über eine elektrische Versorgungsleitung beschrieben. Das Verfahren umfasst das Generieren eines PWM-Steuersignals in Abhängigkeit von einem Zielwert für ein Ausgangssignal, wobei das PWM-Steuersignal eine Sequenz von PWM Pulsen für eine Sequenz von Perioden umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren das Positionieren der PWM Pulse der einzelnen Perioden innerhalb der jeweiligen Periode in Abhängigkeit von zu sendenden Daten, so dass sich ein PWM-Steuersignal mit zumindest teilweise verschobenen PWM-Pulsen ergibt. Ferner umfasst das Verfahren das Betreiben zumindest eines Schaltelements in einem PWM-Betrieb in Abhängigkeit von dem PWM-Steuersignal (mit den zumindest teilweise verschobenen PWM-Pulsen), um das Ausgangssignal auf einer Versorgungsleitung bereitzustellen.According to a further aspect, a method for sending data via an electrical supply line is described. The method comprises generating a PWM control signal as a function of a target value for an output signal, the PWM control signal comprising a sequence of PWM pulses for a sequence of periods. In addition, the method comprises positioning the PWM pulses of the individual periods within the respective period as a function of data to be transmitted, so that a PWM control signal with at least partially shifted PWM pulses results. Furthermore, the method comprises operating at least one switching element in PWM operation as a function of the PWM control signal (with the at least partially shifted PWM pulses) in order to provide the output signal on a supply line.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Extraktion von Daten aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung empfangenen Empfangssignal beschrieben. Das Verfahren umfasst das Transformieren eines von dem Empfangssignal abgeleiteten Verarbeitungssignals mittels einer Zeit-Frequenz Transformation in einen Frequenzbereich, um für mindestens einen Frequenzkanal ein Kanalsignal bereitzustellen, wobei der Frequenzkanal von einer Periodenfrequenz eines PWM-Steuersignals abhängt, das zur Generierung des Empfangssignals verwendet wurde. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln der Daten auf Basis des Kanalsignals.According to a further aspect, a method for extracting data from a received signal received via an electrical supply line is described. The method comprises transforming a processing signal derived from the received signal into a frequency range by means of a time-frequency transformation in order to provide a channel signal for at least one frequency channel, the frequency channel being dependent on a period frequency of a PWM control signal that was used to generate the received signal. Furthermore, the method comprises determining the data based on the channel signal.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to run on a Processor (for example on a control unit of a vehicle) to be executed, and thereby to perform one of the methods described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to carry out one of the methods described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspect of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem elektrischen Bordnetz;
  • 2 ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs;
  • 3a ein beispielhaftes Datenübertragungssystem;
  • 3b einen beispielhaften Gleichspannungswandler;
  • 4 beispielhafte PWM Pulse eines PWM-Steuersignals;
  • 5a eine beispielhafte Auswerteeinheit einer Empfangseinheit;
  • 5b ein beispielhaftes Kanalsignal;
  • 6a ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Senden von Daten; und
  • 6b ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Empfang von Daten.
The invention is described in more detail below with the aid of exemplary embodiments. Show
  • 1 an exemplary vehicle with an electrical system;
  • 2nd an exemplary electrical system of a vehicle;
  • 3a an exemplary data transmission system;
  • 3b an exemplary DC-DC converter;
  • 4th exemplary PWM pulses of a PWM control signal;
  • 5a an exemplary evaluation unit of a receiving unit;
  • 5b an exemplary channel signal;
  • 6a a flow diagram of an exemplary method for sending data; and
  • 6b a flow diagram of an exemplary method for receiving data.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, eine effiziente Datenübertragung über eine elektrische Versorgungsleitung zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhafte Fahrzeug 100 mit einem elektrischen Bordnetz 200, und 2 zeigt ein beispielhafte elektrisches Bordnetz 200 für ein Fahrzeug 100, insbesondere für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug 100. Das Bordnetz 200 umfasst eine Ladedose 201, über die der elektrische Energiespeicher 102 des Fahrzeugs 100 geladen werden kann (z.B. an einer Fahrzeug-externen Ladestation). Des Weiteren kann das Fahrzeug 100 ein Ladegerät 202 umfassen, das eingerichtet ist, einen AC-Ladestrom in einen DC-Ladestrom zum Laden des Energiespeichers 102 zu wandeln (für einen AC-Ladevorgang). Das Ladegerät 202 kann einen AC/DC-Wandler umfassen. Beispielsweise kann das Ladegerät 202 eingerichtet sein, einen DC-Ladestrom für den Energiespeicher 102 auf Basis von ein oder mehreren Phasen eines Dreiphasenstroms zu generieren. An der Ladedose 201 können dann die ein oder mehreren Phasen des Dreiphasenstroms bereitgestellt werden.As stated at the beginning, the present document deals with the technical task of enabling efficient data transmission via an electrical supply line. In this context shows 1 an exemplary vehicle 100 with an electrical system 200 , and 2nd shows an exemplary electrical system 200 for a vehicle 100 , in particular for an at least partially electrically powered vehicle 100 . The electrical system 200 includes a charging socket 201 through which the electrical energy storage 102 of the vehicle 100 can be charged (e.g. at a vehicle-external charging station). Furthermore, the vehicle 100 a charger 202 comprise, which is set up an AC charging current in a DC charging current for charging the energy store 102 to convert (for an AC charge). The charger 202 may include an AC / DC converter. For example, the charger 202 be set up a DC charging current for the energy storage 102 to generate on the basis of one or more phases of a three-phase current. On the charging socket 201 the one or more phases of the three-phase current can then be provided.

Ferner kann das Bordnetz 200 einen Wechselrichter bzw. Inverter 204 umfassen, der eingerichtet ist, einen (ggf. mehrphasigen) Wechselstrom zum Betrieb einer Antriebsmaschine 205 des Fahrzeugs 100 zu generieren. Außerdem können ein oder mehreren elektrische Verbraucher 203 direkt an das (Hochvolt-) Bordnetz 200 angeschlossen sein (z.B. eine Heizung oder Lenkung des Fahrzeugs 100).Furthermore, the electrical system 200 an inverter 204 comprise, which is set up, a (possibly multi-phase) alternating current for operating a drive machine 205 of the vehicle 100 to generate. In addition, one or more electrical consumers 203 directly to the (high-voltage) electrical system 200 be connected (e.g. heating or steering of the vehicle 100 ).

Des Weiteren umfasst das Bordnetz 200 einen (Gleichspannungs-) Wandler 207 zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers 212 mit einer reduzierten Versorgungsspannung (z.B. bei 48V oder 12V). Der Betrieb des Wandlers 207 und/oder des Ladegeräts 202 und/oder des Wechselrichters 204 kann durch eine Steuereinheit 101 gesteuert werden.The on-board electrical system also includes 200 a (DC) converter 207 to supply an electrical consumer 212 with a reduced supply voltage (e.g. at 48V or 12V). Operation of the converter 207 and / or the charger 202 and / or the inverter 204 can by a control unit 101 to be controlled.

Ein Fahrzeug 100 bzw. ein Bordnetz 200 können somit ein oder mehrere Wandler 202, 207, 204 umfassen, wobei ein Wandler 202, 207, 204 typischerweise aktiv betriebene Schaltelemente, insbesondere Transistoren wie z.B. MOSFETs, umfasst, um ein Ausgangssignal (z.B. eine DC-Spannung) zu erzeugen. Die ein oder mehreren Schaltelemente werden dabei typischerweise periodisch mit einem PWM (Pulsweiten-modulierten) Steuersignal angesteuert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die PWM-Ansteuerung eines Schaltelements kann dazu verwendet werden, in effizienter Weise Übertragungsdaten auf das von dem Schaltelement erzeugte Ausgangssignal zu modulieren.A vehicle 100 or an electrical system 200 can therefore use one or more converters 202 , 207 , 204 include being a transducer 202 , 207 , 204 typically actively operated switching elements, in particular transistors such as MOSFETs, in order to generate an output signal (eg a DC voltage). The one or more switching elements are typically controlled periodically with a PWM (pulse width modulated) control signal in order to generate an output signal. PWM control of a switching element can be used to efficiently modulate transmission data on the output signal generated by the switching element.

3a zeigt ein beispielhaftes Übertragungssystem 300 mit einer Sendeeinheit 310 und einer Empfangseinheit 320. Dabei umfasst die Sendeeinheit 310 in dem dargestellten Beispiel einen Gleichspannungs-Wandler 311 (allgemein als Energieversorgungsmodul bezeichnet), der eingerichtet ist, eine Eingangsspannung 303 in eine Ausgangsspannung (d.h. in ein Ausgangssignal 304) auf einer Energieübertragungsleitung 302 zu wandeln. Der Wandler 311 wird in Abhängigkeit von einem periodischen PWM-Steuersignal 313 betrieben, wobei das PWM-Steuersignal 313 von einer Modulationseinheit 312 generiert wird. Dabei kann das PWM-Steuersignal 313 in Abhängigkeit von einem Zielwert 315 für die Ausgangsspannung 304 generiert werden (z.B. mittels eines Reglers, der eingerichtet ist, die Ausgangsspannung 304 auf den Zielwert 315 zu regeln). Die Einstellung der Ausgangsspannung 304 auf einen Zielwert 315 kann durch Anpassung der Pulsbreite der PWM Pulse des PWM-Steuersignals 313 erfolgen. 3a shows an exemplary transmission system 300 with a transmitter unit 310 and a receiving unit 320 . The transmitter unit includes 310 a DC-DC converter in the example shown 311 (commonly referred to as a power supply module) that is configured to have an input voltage 303 into an output voltage (ie into an output signal 304 ) on an energy transmission line 302 to walk. The converter 311 becomes dependent on a periodic PWM control signal 313 operated, the PWM control signal 313 from a modulation unit 312 is generated. The PWM control signal 313 depending on a target value 315 for the Output voltage 304 generated (e.g. by means of a regulator that is set up, the output voltage 304 to the target value 315 to regulate). The setting of the output voltage 304 to a target value 315 can by adjusting the pulse width of the PWM pulses of the PWM control signal 313 respectively.

Des Weiteren kann das PWM-Steuersignal 313 in Abhängigkeit von Übertragungsdaten 314 erzeugt werden, wobei insbesondere die Lage bzw. die Phase der PWM Pulse des PWM-Steuersignals 313 innerhalb von ein oder mehreren Perioden in Abhängigkeit von den Übertragungsdaten 314 verändert bzw. moduliert werden kann.Furthermore, the PWM control signal 313 depending on transmission data 314 are generated, in particular the position or the phase of the PWM pulses of the PWM control signal 313 within one or more periods depending on the transmission data 314 can be changed or modulated.

Die ein oder mehreren Schaltelemente der Sendeinheit 310, insbesondere des Wandlers 311, können dann in Abhängigkeit von dem (modulierten) PWM Steuersignal 313 betrieben werden, um das Ausgangssignal 304 (insbesondere eine Ausgangsspannung) zu erzeugen, das über die Energieversorgungsleitung 302 übertragen wird. Dabei führt die Modulation des PWM-Steuersignals 313 zu einer Modulation des Ausgangssignals 304.The one or more switching elements of the transmitter unit 310 , especially the converter 311 , depending on the (modulated) PWM control signal 313 operated to the output signal 304 (in particular an output voltage) to generate that via the power supply line 302 is transmitted. The PWM control signal is modulated 313 to modulate the output signal 304 .

Die Empfangseinheit 320 des Übertragungssystems 300 umfasst eine Verarbeitungseinheit 322, die eingerichtet ist, die Übertragungsdaten (als Empfangsdaten 324) aus dem Ausgangssignal 304 auf der Versorgungsleitung 302 zu extrahieren. Ferner umfasst die Empfangseinheit 320 in dem in 3a dargestellten Beispiel einen weiteren Gleichspannungs-Wandler 321.The receiving unit 320 of the transmission system 300 comprises a processing unit 322 , which is set up, the transmission data (as reception data 324 ) from the output signal 304 on the supply line 302 to extract. The receiving unit further comprises 320 in the in 3a example shown another DC-DC converter 321 .

3b zeigt einen beispielhaften Wandler 311 mit einer Halbbrücke aus einem Hide Side Schaltelement 331 und einem Low Side Schaltelement 332. Die Schaltelemente 331, 332 werden in komplementärer Weise mit dem PWM-Steuersignal 313 angesteuert, um auf Basis einer Eingangsspannung bzw. eines Eingangssignals 303 am Eingang 333 eine Ausgangsspannung bzw. ein Ausgangssignal 304 am Ausgang 334 bereitzustellen. 3b shows an exemplary converter 311 with a half bridge made of a hide side switching element 331 and a low side switching element 332 . The switching elements 331 , 332 are complementary to the PWM control signal 313 driven to on the basis of an input voltage or an input signal 303 at the entrance 333 an output voltage or an output signal 304 at the exit 334 to provide.

Wie bereits oben dargelegt, kann die Sendeeinheit 310, insbesondere die Modulationseinheit 312, eingerichtet sein, die Lage bzw. die Phase von ein oder mehreren PWM Pulsen eines PWM-Steuersignals 313 in Abhängigkeit von den Übertragungsdaten 314 zu verschieben. Dies ist beispielhaft in 4 dargestellt. Insbesondere zeigt 4 eine Sequenz von Pulsen 401, 402 eines PWM Steuersignals 313 für eine entsprechende Sequenz von Perioden 403. Dabei sind die PWM Pulse 401 standardmäßig an einer Standardposition angeordnet (z.B. mittig in Bezug auf eine Periode 403). Die an der Standardposition angeordneten PWM Pulse 401 sind in 4 gestrichelt dargestellt. Die Pulsweite der einzelnen PWM Pulse 401 kann in Abhängigkeit von dem Zielwert 315 für das Ausgangssignal 304 eingestellt werden.As already explained above, the sending unit 310 , especially the modulation unit 312 , be set up, the position or the phase of one or more PWM pulses of a PWM control signal 313 depending on the transmission data 314 to postpone. This is exemplified in 4th shown. In particular shows 4th a sequence of pulses 401 , 402 a PWM control signal 313 for a corresponding sequence of periods 403 . Here are the PWM pulses 401 by default arranged in a standard position (for example, in the middle of a period 403 ). The PWM pulses arranged at the standard position 401 are in 4th shown in dashed lines. The pulse width of the individual PWM pulses 401 can depend on the target value 315 for the output signal 304 can be set.

Zur Übertragung von Daten 314 können einzelne Pulse 401 relativ zu der Standardposition verschoben werden. Insbesondere kann ein PWM Puls 401 zum Ende einer Periode 403 oder zum Anfang einer Periode 403 hin verschoben werden. In besonders vorteilhafter Weise können die Pulse 401 von zwei aufeinander folgenden Perioden 403 in komplementärer Weise zueinander verschoben werden, um Daten 314 zu übertragen. In dem in 4 dargestellten Beispiel wird der erste Puls 401 eines Pulspaares zum Periodenende hin und der zweite Puls 401 des Pulspaares zum Periodenanfang hin verschoben. Durch ein paarweises, komplementäres Verschieben von Pulsen 402 kann in effizienter und zuverlässiger Weise bewirkt werden, dass die mittlere Pulsweite der Pulse 402 des PWM-Steuersignals 313 (zur Einstellung des Zielwertes 315 für das Ausgangssignal 304) unverändert bleibt.For the transmission of data 314 can single pulses 401 relative to the default position. In particular, a PWM pulse 401 at the end of a period 403 or at the beginning of a period 403 be moved there. The pulses can be used in a particularly advantageous manner 401 of two consecutive periods 403 in a complementary manner to each other to move data 314 transferred to. In the in 4th The example shown is the first pulse 401 one pulse pair towards the end of the period and the second pulse 401 of the pulse pair shifted towards the beginning of the period. By pairwise, complementary shifting of pulses 402 can be caused in an efficient and reliable manner that the mean pulse width of the pulses 402 of the PWM control signal 313 (for setting the target value 315 for the output signal 304 ) remains unchanged.

Zur Übertragung von Daten 314 können somit die Pulse 401 eines Pulspaares verschoben werden (z.B. um den binären Wert „1“ zu übertragen) oder nicht verschoben werden (z.B. um den binären Wert „0“ zu übertragen). Folglich kann mit jedem Pulspaar zumindest ein Bit übertragen werden.For the transmission of data 314 can therefore use the pulses 401 of a pulse pair can be shifted (eg to transmit the binary value "1") or not shifted (eg to transmit the binary value "0"). As a result, at least one bit can be transmitted with each pair of pulses.

Ggf. können die „Amplitude“ bzw. das Ausmaß bzw. der Grad der Verschiebung von Pulsen 401, 402 dazu verwendet werden, die zu kodierende Datenmenge zu erhöhen. Beispielsweise können pro Puls 401, 402 bzw. pro Pulspaar vier unterschiedliche Verschiebungswerte ermöglicht werden, um jeweils 2 Bits an Daten 314 zu übertragen.Possibly. can the "amplitude" or the extent or degree of shift of pulses 401 , 402 can be used to increase the amount of data to be encoded. For example, per pulse 401 , 402 or four different shift values per pulse pair, each with 2 bits of data 314 transferred to.

Im unteren Teil von 4 wird ein Differenzsignal 404 dargestellt, das die Differenz zwischen einem PWM-Steuersignal 313 mit nicht verschobenen Pulsen 401 und einem PWM-Steuersignal 313 mit verschobenen Pulsen 402 anzeigt. Wie aus 4 ersichtlich, weist das Differenzsignal 404 eine Periodendauer auf, die der Dauer von zwei Perioden 403 des PWM-Steuersignals 313 entspricht. Das Frequenzspektrum des Differenzsignals 404 weist somit eine signifikante Komponente bei der halben Puls- bzw. Periodenfrequenz auf. Zur Detektion der Verschiebung von PWM Pulsen 402 und somit zur Demodulation der Übertragungsdaten 314 kann somit das Frequenzspektrum des dem Ausgangssignal 304 entsprechenden Empfangssignals an der Empfangseinheit 320 analysiert werden (insbesondere bei der halben Puls- bzw. Periodenfrequenz). In the lower part of 4th becomes a difference signal 404 shown the difference between a PWM control signal 313 with pulses not shifted 401 and a PWM control signal 313 with shifted pulses 402 displays. How out 4th can be seen, the difference signal 404 a period that is the duration of two periods 403 of the PWM control signal 313 corresponds. The frequency spectrum of the difference signal 404 thus has a significant component at half the pulse or period frequency. For the detection of the shift of PWM pulses 402 and thus for demodulation of the transmission data 314 can thus be the frequency spectrum of the output signal 304 corresponding received signal at the receiving unit 320 are analyzed (especially at half the pulse or period frequency).

Die Auswerteeinheit 322 der Empfangseinheit 320 kann eingerichtet sein, das dem Ausgangssignal 304 der Sendeeinheit 310 entsprechende Empfangssignal an der Empfangseinheit 320 mit einem Hochpass-Filter zu filtern, um einen Gleichanteil des Empfangssignals zu eliminieren, und um ggf. eine Tiefpass-Funktion der Sendeeinheit 310 zumindest teilweise zu kompensieren. Des Weiteren kann das (gefilterte) Empfangssignal mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet werden, um ein digitales (gefiltertes) Empfangssignal bereitzustellen (das in diesem Dokument auch als Verarbeitungssignal bezeichnet wird). Ein Ausschnitt des Verarbeitungssignals, der einem Pulspaar entspricht, kann dann mittels einer Zeit-Frequenz-Transformation (z.B. mittels einer FFT bzw. einer DFT) transformiert werden, um ein Frequenzspektrum mit einer Vielzahl von Frequenzbändern bzw. Frequenzkanälen bereitzustellen. Mittels einer Fensterfunktion kann somit ein Ausschnitt des Empfangs- bzw. Verarbeitungssignals extrahiert und in den Frequenzbereich transformiert werden. Dabei werden bevorzugt überlappende Fensterfunktionen verwendet. Mit anderen Worten, die (gleitenden) Fenster zur Auswahl von Abschnitten des Empfangs- bzw. Verarbeitungssignals werden bevorzugt überlappend gewählt.The evaluation unit 322 the receiving unit 320 can be set up the output signal 304 the sending unit 310 corresponding reception signal at the reception unit 320 with a high pass filter to filter a DC component of the Eliminate received signal, and possibly a low-pass function of the transmitter unit 310 to compensate at least partially. Furthermore, the (filtered) received signal can be sampled at a specific sampling frequency in order to provide a digital (filtered) received signal (which is also referred to in this document as a processing signal). A section of the processing signal which corresponds to a pair of pulses can then be transformed by means of a time-frequency transformation (for example by means of an FFT or a DFT) in order to provide a frequency spectrum with a multiplicity of frequency bands or frequency channels. A section of the received or processing signal can thus be extracted by means of a window function and transformed into the frequency range. Overlapping window functions are preferably used. In other words, the (sliding) windows for the selection of sections of the received or processing signal are preferably chosen to overlap.

Es können dann ein oder mehrere Frequenzbänder bzw. Frequenzkanäle analysiert werden, um das Vorhandensein bzw. das Nicht-Vorhandensein einer Verschiebung und/oder um den Grad der Verschiebung der Pulse 401, 402 des PWM-Steuersignals 313 zu detektieren. Dabei können insbesondere die Frequenzbänder bzw. Frequenzkanäle für die Frequenzen ( 1 + 2 k ) f p w m 2 ,

Figure DE102018130360A1_0003
betrachtet werden, mit k = 0,1, 2, ..., wobei f p w m = 1 T ,
Figure DE102018130360A1_0004
und wobei T die Periodendauer einer Periode 403 des PWM Steuersignals 313 ist.One or more frequency bands or frequency channels can then be analyzed for the presence or absence of a shift and / or for the degree of shift of the pulses 401 , 402 of the PWM control signal 313 to detect. In particular, the frequency bands or frequency channels for the frequencies ( 1 + 2nd k ) f p w m 2nd ,
Figure DE102018130360A1_0003
are considered, with k = 0.1, 2, ..., where f p w m = 1 T ,
Figure DE102018130360A1_0004
and where T is the period of a period 403 of the PWM control signal 313 is.

5a zeigt eine beispielhafte Auswerteeinheit 322 einer Empfangseinheit 320. Das (gefilterte) Empfangssignal 501 wird in einem (Schiebe-) Register 502 gespeichert. Mittels einer Fensterfunktion 503 werden (überlappende) Ausschnitte des Empfangssignals 501 extrahiert und mittels einer Zeit-Frequenz-Transformation 504 in den Frequenzbereich transformiert. Es wird dann zumindest ein geeigneter Kanal 505 für die Detektion der Modulation des PWM Steuersignals 313 ausgewählt. 5a shows an exemplary evaluation unit 322 a receiving unit 320 . The (filtered) receive signal 501 is in a (sliding) register 502 saved. Using a window function 503 (overlapping) sections of the received signal 501 extracted and by means of a time-frequency transformation 504 transformed into the frequency domain. It will then at least be a suitable channel 505 for the detection of the modulation of the PWM control signal 313 selected.

Die Auswerteeinheit 322 kann somit eingerichtet sein, das Eingangssignal 501 mit einer Fensterfunktion 503 und anschließender Fourier Transformation 504 zu bearbeiten, sodass unterschiedliche Frequenzkanäle 505 vorliegen. Der passende Frequenzkanal 505 kann gewählt und der Betrag gebildet werden (in Einheit 507). Durch eine Matched-Filter-Einheit 508 kann eine Startsequenz bzw. ein Synchronisations-Wort detektiert werden (z.B. unter Verwendung eines Schwellenwert-Vergleichs 509). Eine Steuerungslogik 510 kann daraufhin (ausgehend von der Startsequenz) den Abtastvorgang des Kanalsignals steuern (z.B. mittels einer Schwellenwert-Vergleichs 511), und die empfangenen Daten 324 in einem Register 506 bereitstellen.The evaluation unit 322 can thus be set up the input signal 501 with a window function 503 and subsequent Fourier transformation 504 to edit so different frequency channels 505 are available. The right frequency channel 505 can be chosen and the amount can be calculated (in units 507 ). Through a matched filter unit 508 a start sequence or a synchronization word can be detected (for example using a threshold value comparison 509 ). A control logic 510 can then (starting from the start sequence) control the sampling process of the channel signal (for example by means of a threshold value comparison 511 ), and the data received 324 in a register 506 provide.

5b zeigt ein beispielhaftes Kanalsignal 521 eines Frequenzkanals 505 (z.B. des Grundkanals für die Frequenz f p w m 2

Figure DE102018130360A1_0005
) des Empfangssignals 501. Das Kanalsignal 521 umfasst Peaks bzw. Spitzen, wenn eine Verschiebung der Pulse 402 von Pulspaaren vorliegt. Diese Peaks bzw. Spitzen können über einen Vergleich mit einem Peak-Schwellenwert 522 detektiert werden. 5b shows an exemplary channel signal 521 of a frequency channel 505 (e.g. the basic channel for the frequency f p w m 2nd
Figure DE102018130360A1_0005
) of the received signal 501 . The channel signal 521 includes peaks when there is a shift in the pulses 402 of pulse pairs is present. These peaks or peaks can be compared to a peak threshold 522 can be detected.

Zur Übertragung von Daten können zunächst ein oder mehrere Synchronisation-Bits übertragen werden, um es der Empfangseinheit 320 zu ermöglichen, sich mit der Sendeinheit 310 zu synchronisieren und/oder um den Anfang einer Nachricht zu erkennen. In dem dargestellten Beispiel werden vier Synchronisations-Bits mit den Werten „1010“ verwendet. Zur Synchronisation kann die Auswerteeinheit 322 ein erstmaliges Überschreiten des Schwellenwertes 522 an dem Zeitpunkt 531 und ein darauf folgendes Unterschreiten des Schwellenwertes 522 an dem Zeitpunkt 532 detektieren. Der mittig zwischen den beiden Zeitpunkten 531, 532 liegende Zeitpunkt 533 kann dann als Synchronisationszeitpunkt betrachtet werden. Es können dann ausgehend von dem Synchronisationszeitpunkt 533 im zeitlichen Abstand von jeweils 2T Signalwerte 534, insbesondere Bits, der Empfangsdaten 324 in dem Empfangssignal 501 detektiert werden. Die empfangenen Signalwerte 534 können in ein Register 506 geschrieben werden.To transmit data, one or more synchronization bits can first be transmitted to the receiving unit 320 to enable yourself with the transmitter unit 310 to synchronize and / or to recognize the beginning of a message. In the example shown, four synchronization bits with the values " 1010 "Used. The evaluation unit can be used for synchronization 322 a first exceeding of the threshold 522 at the time 531 and then falling below the threshold value 522 at the time 532 detect. The middle between the two times 531 , 532 lying time 533 can then be viewed as the time of synchronization. It can then start from the synchronization time 533 at intervals of 2T signal values 534 , in particular bits, of the received data 324 in the received signal 501 can be detected. The received signal values 534 can in a register 506 to be written.

Es wird somit ein Kommunikationsverfahren beschrieben, das z.B. eine Kommunikation zwischen zwei DCDC-Wandlern 311, 321 ermöglicht. Dabei werden Symmetrien und Asymmetrien im Schaltverhalten von ein oder mehreren Schaltelementen 331, 332 eines Wandlers 311 verwendet, um Daten 314 zu übertragen. Das Schaltverhalten der ein oder mehreren Schaltelemente 331, 332 ist dabei an der Rippelspannung des Ausgangssignals 304 des Wandlers 311 messbar. Der Empfänger 302 kann eingerichtet sein, dieses Signal, d.h. die Rippelspannung, mit einer Verstärkerschaltung zu verstärken. Des Weiteren können die gesendeten Daten 314 mittels digitaler Signalverarbeitung zurückgewonnen werden. Der eigentliche Betrieb des Wandlers 311 wird, insbesondere aufgrund einer geeigneten Wahl der Modulation der PWM Ansteuerung der Schaltelemente 331, 332, nicht wesentlich beeinflusst.A communication method is thus described which, for example, communication between two DCDC converters 311 , 321 enables. Here, symmetries and asymmetries in the switching behavior of one or more switching elements 331 , 332 of a converter 311 used to data 314 transferred to. The switching behavior of the one or more switching elements 331 , 332 is at the ripple voltage of the output signal 304 of the converter 311 measurable. Recipient 302 can be set up to amplify this signal, ie the ripple voltage, with an amplifier circuit. Furthermore, the data sent 314 be recovered using digital signal processing. The actual operation of the converter 311 is, in particular due to a suitable choice of modulation of the PWM control of the switching elements 331 , 332 , not significantly influenced.

Das in diesem Dokument beschriebene Kommunikationsverfahren kann in analoger Weise auf Module angewendet werden, bei denen elektrische Lasten und/oder Kondensatoren anhand von ein oder mehreren Schaltelementen 331, 332 geschaltet werden. Somit können insbesondere diverse Module eines elektrischen Bordnetzes 200 eines Fahrzeugs 100 dazu verwendet werden, mittels vorhandener Hardware Daten 314 über die Energieübertragungsleitungen 302 eines elektrischen Bordnetzes 200 zu übertragen. Dabei können die Übertragungsleitungen 302 für Hochvolt-Spannungen (z.B. 200V, 300V oder mehr) oder für Niedervolt-Spannungen (z.B. 60V oder weniger, etwa 48V oder 12V) ausgelegt sein.The communication method described in this document can be applied in an analogous manner to modules in which electrical loads and / or capacitors are based on one or more switching elements 331 , 332 switched will. This means that, in particular, various modules of an electrical system can 200 of a vehicle 100 be used by means of existing hardware data 314 over the power transmission lines 302 an electrical system 200 transferred to. The transmission lines 302 be designed for high-voltage voltages (e.g. 200V, 300V or more) or for low-voltage voltages (e.g. 60V or less, about 48V or 12V).

Es sei darauf hingewiesen, dass das beschriebene Sendeverfahren alternativ oder ergänzend eine Frequenzmodulation und/oder eine Phasenmodulation ermöglicht. Des Weiteren kann (alternativ oder ergänzend zu einem DCDC-Wandler 311) jede digitale Ansteuerung eines Verbrauchers 203, 212 zur Nachrichtenübertragung genutzt werden. Außerdem können mit dem beschriebenen Verfahren auch bidirektionale Kommunikationsverbindungen aufgebaut werden.It should be pointed out that the described transmission method alternatively or additionally enables frequency modulation and / or phase modulation. Furthermore, (alternatively or in addition to a DCDC converter 311 ) every digital activation of a consumer 203 , 212 be used for message transmission. In addition, bidirectional communication connections can also be established with the described method.

6a zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Senden von Daten 314 über eine elektrische Versorgungsleitung 302. Das Verfahren 600 kann z.B. durch eine Sendeeinheit 310 ausgeführt werden. Die Versorgungsleitung 302 kann ausgelegt sein, elektrische Energie für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern 203, 212 zu übertragen. Insbesondere kann die Versorgungsleitung 302 dafür vorgesehen sein, einen Gleichstrom zur Energieversorgung von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern 203, 212 zu übertragen. 6a shows a flow diagram of an exemplary method 600 for sending data 314 via an electrical supply line 302 . The procedure 600 can, for example, by a transmitter unit 310 be carried out. The supply line 302 can be designed electrical energy for the operation of one or more electrical consumers 203 , 212 transferred to. In particular, the supply line 302 be provided for a direct current to supply energy to one or more electrical consumers 203 , 212 transferred to.

Das Verfahren 600 umfasst das Generieren 601 eines PWM-Steuersignals 313 in Abhängigkeit von einem Zielwert 315 für ein Ausgangssignal 304. Dabei kann das Ausgangssignal 304 insbesondere eine DC-Ausgangsspannung sein, die zum Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern 203, 212 an die Versorgungsleitung 302 gelegt wird. Der Zielwert 315 kann einen Sollwert der gewünschten Ausgangsspannung anzeigen. Das PWM-Steuersignal 313 kann generiert werden, um die DC-Ausgangsspannung auf den Zielwert 315 einzustellen (insbesondere einzuregeln).The procedure 600 includes generating 601 a PWM control signal 313 depending on a target value 315 for an output signal 304 . The output signal 304 in particular be a DC output voltage, which is used to operate one or more electrical consumers 203 , 212 to the supply line 302 is placed. The target value 315 can display a setpoint of the desired output voltage. The PWM control signal 313 can be generated to bring the DC output voltage to the target value 315 discontinue (especially regulate).

Das PWM-Steuersignal 313 umfasst eine Sequenz von PWM Pulsen 401, 402 für eine entsprechende Sequenz von Perioden 403. Dabei können die Perioden 403 jeweils eine (konstante) Periodendauer T aufweisen bzw. die Perioden 403 können mit einer Periodenfrequenz f p w m = 1 T

Figure DE102018130360A1_0006
aufeinander folgen. Die Pulsweite der PWM Pulse 401, 402 kann in Abhängigkeit von dem Zielwert 315 eingestellt und/oder angepasst werden, insbesondere um eine DC-Ausgangsspannung (d.h. das Ausgangssignal 304) auf den Zielwert 315 einzustellen.The PWM control signal 313 comprises a sequence of PWM pulses 401 , 402 for a corresponding sequence of periods 403 . The periods 403 each have a (constant) period T or the periods 403 can with a period frequency f p w m = 1 T
Figure DE102018130360A1_0006
follow each other. The pulse width of the PWM pulses 401 , 402 can depend on the target value 315 can be set and / or adjusted, in particular around a DC output voltage (ie the output signal 304 ) to the target value 315 adjust.

Außerdem umfasst das Verfahren 600 das Positionieren 602 der PWM Pulse 401, 402 der einzelnen Perioden 403 innerhalb der jeweiligen Periode 403 in Abhängigkeit von zu sendenden Daten 314. Mit anderen Worten, die PWM Pulse 401, 402 des PWM-Steuersignals 313 können in Abhängigkeit von zu sendenden Daten 314 relativ zu einer Standardposition innerhalb der jeweiligen Periode 403 verschoben werden (z.B. zum Periodenanfang oder zum Periodenende hin). Die Verschiebung der einzelnen PWM Pulse 401, 402 zeigt dann die zu sendenden Daten 314 (z.B. jeweils ein oder mehrere Bits der zu sendenden Daten 314) an.The procedure also includes 600 positioning 602 the PWM Pulse 401 , 402 of the individual periods 403 within the respective period 403 depending on the data to be sent 314 . In other words, the PWM pulse 401 , 402 of the PWM control signal 313 can depend on data to be sent 314 relative to a standard position within the respective period 403 be moved (e.g. towards the beginning or end of the period). The shift of the individual PWM pulses 401 , 402 then shows the data to be sent 314 (eg one or more bits of the data to be sent 314 ) at.

Das Verfahren 600 umfasst ferner das Betreiben 603 zumindest eines Schaltelements 331, 332 in einem PWM-Betrieb in Abhängigkeit von dem PWM-Steuersignal 313, um das Ausgangssignal 304 auf einer Versorgungsleitung 302 bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Halbbrücke mit zwei Schaltelementen 331, 332 in Abhängigkeit von dem PWM-Steuersignal 313 betrieben werden, um eine DC-Ausgangsspannung als Ausgangssignal 304 bereitzustellen. Dabei bewirkt der PWM-Betrieb der ein oder mehreren Schaltelemente 331, 332 eine Modulation des Ausgangssignals 304, die die Verschiebung der einzelnen PWM Pulse 401, 402 des PWM-Steuersignal 313 anzeigt. Somit können in zuverlässiger und effizienter Weise Daten 314 über eine elektrische Energieversorgungsleitung 302 übertragen werden.The procedure 600 also includes operating 603 at least one switching element 331 , 332 in a PWM operation depending on the PWM control signal 313 to the output signal 304 on a supply line 302 to provide. For example, a half bridge with two switching elements 331 , 332 depending on the PWM control signal 313 operated to a DC output voltage as an output signal 304 to provide. The PWM operation of the one or more switching elements 331 , 332 a modulation of the output signal 304 that the shift of each PWM pulse 401 , 402 of the PWM control signal 313 displays. Thus, data can be stored in a reliable and efficient manner 314 via an electrical power supply line 302 be transmitted.

6b zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 610 zur Extraktion von Daten 324 aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung 302 empfangenen Empfangssignal 501. Das Verfahren 610 kann z.B. durch eine Empfangseinheit 310 ausgeführt werden. Das Empfangssignal 501 kann dabei dem gemäß Verfahren 600 generierten Ausgangssignal 304 entsprechen. 6b shows a flow diagram of an exemplary method 610 to extract data 324 from one via an electrical supply line 302 received signal 501 . The procedure 610 can, for example, by a receiving unit 310 be carried out. The receive signal 501 can do this according to the procedure 600 generated output signal 304 correspond.

Das Verfahren 610 umfasst das Transformieren 611 eines von dem Empfangssignal 501 abgeleiteten Verarbeitungssignals mittels einer Zeit-Frequenz Transformation 504 in den Frequenzbereich, um für mindestens einen Frequenzkanal 505 ein Kanalsignal 521 bereitzustellen. Beispielsweise kann das Empfangssignal 501 gefiltert und abgetastet werden, um das Verarbeitungssignal bereitzustellen. Ferner kann das Verarbeitungssignal z.B. mittels einer DFT (Discrete Fourier Transform) und/oder einer FFT (Fast Fourier Transform) in den Frequenzbereich transformiert werden. Dabei können sequentiell überlappende Fensterausschnitte des Verarbeitungssignals transformiert werden. Der mindestens eine Frequenzkanal 505 kann einem Frequenzband im Frequenzbereich entsprechen.The procedure 610 involves transforming 611 one of the received signal 501 derived processing signal by means of a time-frequency transformation 504 in the frequency range to for at least one frequency channel 505 a channel signal 521 to provide. For example, the received signal 501 filtered and sampled to provide the processing signal. Furthermore, the processing signal can be transformed into the frequency range, for example by means of a DFT (Discrete Fourier Transform) and / or an FFT (Fast Fourier Transform). Sequentially overlapping window sections of the processing signal can be transformed. The at least one frequency channel 505 can correspond to a frequency band in the frequency domain.

Der Frequenzkanal 505, insbesondere die Frequenz des Frequenzkanals 505, hängt dabei von der Periodenfrequenz des PWM-Steuersignals 313 ab, das zur Generierung des Empfangssignals 501 (bzw. zur Generierung des dem Empfangssignal 501 entsprechenden Ausgangssignals 304 einer Sendeeinheit 310) verwendet wurde. Insbesondere kann zumindest ein Frequenzkanal 505 betrachtet werden, in dem eine Daten-abhängige Verschiebung von PWM Pulsen 401, 402 des PWM-Steuersignals 313 detektiert werden kann.The frequency channel 505 , especially the frequency of the frequency channel 505 depends on the period frequency of the PWM control signal 313 from that for the generation of the received signal 501 (or to generate the received signal 501 corresponding output signal 304 a transmission unit 310 ) has been used. In particular, at least one frequency channel 505 be considered in which a data dependent shift of PWM pulses 401 , 402 of the PWM control signal 313 can be detected.

Außerdem umfasst das Verfahren 610 das Ermitteln 612 der Daten 324 auf Basis des Kanalsignals 521. Insbesondere kann zu diesem Zweck (z.B. mittels eines Schwellwert-Vergleichs) überprüft werden, ob das Kanalsignal 521 Energie aufweist (und somit eine Verschiebung von PWM Pulsen 401, 402 zur Datenübertragung erfolgt ist) oder nicht (und somit keine Verschiebung von PWM Pulsen 401, 402 erfolgt ist).The procedure also includes 610 investigating 612 of the data 324 based on the channel signal 521 . In particular, it can be checked for this purpose (eg by means of a threshold value comparison) whether the channel signal 521 Has energy (and thus a shift of PWM pulses 401 , 402 for data transmission) or not (and therefore no displacement of PWM pulses 401 , 402 is done).

Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, in effizienter Weise Daten 314 über eine elektrische Versorgungsleitung 302 zu übertragen. Dabei kann für die elektrische Versorgung vorhandene Hardware zur Einkoppelung der Daten 314 verwendet werden. Es wird somit eine Kosten-, Bauraum- und Gewichts-effiziente Datenübertragung ermöglicht, insbesondere in einem Bordnetz 200 eines Fahrzeugs 100.The measures described in this document allow data to be stored efficiently 314 via an electrical supply line 302 transferred to. Hardware for coupling the data can be used for the electrical supply 314 be used. This enables cost-efficient, space-saving and weight-efficient data transmission, in particular in an electrical system 200 of a vehicle 100 .

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.

Claims (20)

Sendeeinheit (310) zum Senden von Daten (314) über eine elektrische Versorgungsleitung (302); wobei die Sendeeinheit (310) umfasst, - ein Energieversorgungsmodul (311), das zumindest ein Schaltelement (331, 332) umfasst und das eingerichtet ist, durch PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) elektrische Energie in Form eines Ausgangssignals (304) auf der Versorgungsleitung (302) bereitzustellen; und - eine Modulationseinheit (312), die eingerichtet ist, - in Abhängigkeit von einem Zielwert (315) für das Ausgangssignal (304) ein PWM-Steuersignal (313) für den PWM-Betrieb des Schaltelements (331, 332) zu generieren; wobei das PWM-Steuersignal (313) eine Sequenz von PWM Pulsen (401, 402) für eine Sequenz von Perioden (403) umfasst; und - die PWM Pulse (401, 402) der einzelnen Perioden (403) in Abhängigkeit von zu sendenden Daten (314) innerhalb der jeweiligen Periode (403) zu positionieren.Transmitting unit (310) for transmitting data (314) via an electrical supply line (302); the transmitter unit (310) comprising - A power supply module (311) which comprises at least one switching element (331, 332) and which is set up to provide electrical energy in the form of an output signal (304) on the supply line (302) by PWM operation of the switching element (331, 332); and - a modulation unit (312) which is set up - Depending on a target value (315) for the output signal (304) to generate a PWM control signal (313) for the PWM operation of the switching element (331, 332); wherein the PWM control signal (313) comprises a sequence of PWM pulses (401, 402) for a sequence of periods (403); and - To position the PWM pulses (401, 402) of the individual periods (403) depending on the data to be sent (314) within the respective period (403). Sendeeinheit (310) gemäß Anspruch 1, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, - den PWM Puls (401) einer Periode (403) an einer Standardposition zu positionieren, insbesondere mittig in Bezug auf die Periode (403), wenn keine Daten (314) und/oder ein erster Datenwert übertragen werden sollen; und - den PWM Puls (402) der Periode (403) abweichend von der Standardposition zu einem Periodenanfang oder zu einem Periodenende der Periode (403) hin zu verschieben, wenn ein zweiter Datenwert übertragen werden soll.Transmitter unit (310) according to Claim 1 , wherein the modulation unit (312) is set up - to position the PWM pulse (401) of a period (403) at a standard position, in particular in the center with respect to the period (403), if no data (314) and / or a first one Data value to be transferred; and - to shift the PWM pulse (402) of the period (403) deviating from the standard position to a period start or to a period end of the period (403) when a second data value is to be transmitted. Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, die PWM Pulse (402) von zwei direkt aufeinander folgenden Perioden (403) in komplementärer Weise relativ zu einer Standardposition zu verschieben.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the modulation unit (312) is set up to shift the PWM pulses (402) from two directly successive periods (403) in a complementary manner relative to a standard position. Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, durch Einstellen der Position der PWM Pulse (402) des PWM-Steuersignals (313) ein oder mehrere Bits an Daten (314) pro Paar von Perioden (403) des PWM-Steuersignals (313) zu übertragen.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the modulation unit (312) is set up by adjusting the position of the PWM pulses (402) of the PWM control signal (313) one or more bits of data (314) per pair of periods ( 403) of the PWM control signal (313). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, den PWM Puls (401, 402) einer Periode (403) an K unterschiedlichen Positionen innerhalb der Periode (403) zu positionieren, um log2 K Bits an Daten (314) zu senden.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the modulation unit (312) is set up to position the PWM pulse (401, 402) of a period (403) at K different positions within the period (403) in order to log 2 K bits to send to data (314). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, - in Vorbereitung auf das Senden von Daten (314) die PWM-Pulse (401, 402) von mehreren Perioden (403) an zumindest teilweise unterschiedlichen Positionen innerhalb der jeweiligen Periode (403) zu positionieren, um ein Synchronisations-Wort zu senden; und - die PWM Pulse (401, 402) von darauf folgenden Perioden (403) des PWM-Steuersignals (313) in Abhängigkeit von den zu sendenden Daten (314) innerhalb der jeweiligen Periode (403) zu positionieren.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the modulation unit (312) is set up, - in preparation for sending data (314) to position the PWM pulses (401, 402) from several periods (403) at at least partially different positions within the respective period (403) in order to send a synchronization word; and - To position the PWM pulses (401, 402) of subsequent periods (403) of the PWM control signal (313) depending on the data to be sent (314) within the respective period (403). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieversorgungsmodul (311) ausgebildet ist, das Ausgangssignal (304) derart zu erzeugen, dass sich die in Abhängigkeit der Daten (314) angepasste Positionierung der PWM Pulse (401, 402) des PWM-Steuersignals (313) in einem Rippel des Ausgangssignals (304) niederschlägt.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply module (311) is designed to generate the output signal (304) in such a way that the PWM pulses (401, 402) of the PWM are adjusted as a function of the data (314) Control signal (313) in a ripple of the output signal (304). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieversorgungsmodul (311) eine Halbbrücke mit einem ersten Schaltelement (331) und einem zweiten Schaltelement (332) umfasst, die in komplementärer und/oder alternierender Weise auf Basis des PWM-Steuersignals (313) betrieben werden.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply module (311) is a half-bridge with a comprises a first switching element (331) and a second switching element (332), which are operated in a complementary and / or alternating manner on the basis of the PWM control signal (313). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieversorgungsmodul (311) ein Tiefpass-Filter, insbesondere ein LC-Glied, zur Erzeugung des Ausgangssignals (304) umfasst.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply module (311) comprises a low-pass filter, in particular an LC element, for generating the output signal (304). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieversorgungsmodul (311) einen Spannungswandler, insbesondere einen Gleichspannungswandler, umfasst.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply module (311) comprises a voltage converter, in particular a DC voltage converter. Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine Periodenfrequenz der Sequenz von Perioden (403) 100 kHz, 500kHz oder mehr ist, und/oder - die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, eine Pulsweite eines PWM-Pulses (401, 402) in Abhängigkeit von dem Zielwert (315) einzustellen, insbesondere zu regeln; und/oder - die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, - Sensordaten in Bezug auf das Ausgangssignal (304) zu erfassen; und - die Pulsweite eines PWM-Pulses (401, 402) in Abhängigkeit von den Sensordaten anzupassen, insbesondere um das Ausgangssignal (304) auf den Zielwert (315) zu regeln.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein - A period frequency of the sequence of periods (403) is 100 kHz, 500 kHz or more, and / or - The modulation unit (312) is set up to set, in particular to regulate, a pulse width of a PWM pulse (401, 402) as a function of the target value (315); and or - The modulation unit (312) is set up, - acquire sensor data in relation to the output signal (304); and - Adapting the pulse width of a PWM pulse (401, 402) as a function of the sensor data, in particular in order to regulate the output signal (304) to the target value (315). Sendeeinheit (310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinheit (312) eingerichtet ist, - eine Pulsweite eines PWM Pulses (401, 402) zu ermitteln; und - den PWM Puls (401, 402) nur dann zur Übertragung von Daten (314) an einer von einer Standardposition abweichenden Position zu positionieren, wenn die Pulsweite kleiner als eine Maximalweite ist.Transmitting unit (310) according to one of the preceding claims, wherein the modulation unit (312) is set up, - to determine a pulse width of a PWM pulse (401, 402); and - To position the PWM pulse (401, 402) for the transmission of data (314) at a position deviating from a standard position only if the pulse width is smaller than a maximum width. Empfangseinheit (320) zur Extraktion von Daten (324) aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung (302) empfangenen Empfangssignal (501); wobei die Empfangseinheit (320) eine Auswerteeinheit (322) umfasst, die eingerichtet ist, - ein von dem Empfangssignal (501) abgeleitetes Verarbeitungssignal mittels einer Zeit-Frequenz Transformation (504) in einen Frequenzbereich zu transformieren, um für mindestens einen Frequenzkanal (505) ein Kanalsignal (521) bereitzustellen; wobei der Frequenzkanal (505) von einer Periodenfrequenz eines PWM-Steuersignals (313) abhängt, das zur Generierung des Empfangssignals (501) verwendet wurde; und - die Daten (324) auf Basis des Kanalsignals (521) zu ermitteln.Receiving unit (320) for extracting data (324) from a received signal (501) received via an electrical supply line (302); the receiving unit (320) comprising an evaluation unit (322) which is set up - transforming a processing signal derived from the received signal (501) into a frequency range by means of a time-frequency transformation (504) in order to provide a channel signal (521) for at least one frequency channel (505); wherein the frequency channel (505) depends on a period frequency of a PWM control signal (313) which was used to generate the received signal (501); and - To determine the data (324) based on the channel signal (521). Empfangseinheit (320) gemäß Anspruch 13, wobei - die Empfangseinheit (320) eine Filtereinheit zur Bereitstellung eines gefilterten Empfangssignals (501) umfasst; - die Filtereinheit insbesondere eingerichtet ist, eine von einer korrespondierenden Sendeeinheit (310) bewirkte Tiefpass-Filterung eines dem Empfangssignal (501) entsprechenden Ausgangssignals (304) zumindest teilweise zu kompensieren; und - die Auswerteeinheit (322) eingerichtet ist, das Verarbeitungssignal von dem gefilterten Empfangssignal (501) abzuleiten.Receiving unit (320) according to Claim 13 , wherein - the receiving unit (320) comprises a filter unit for providing a filtered received signal (501); - The filter unit is in particular set up to at least partially compensate for a low-pass filtering of an output signal (304) corresponding to the received signal (501), which is effected by a corresponding transmitting unit (310); and - the evaluation unit (322) is set up to derive the processing signal from the filtered reception signal (501). Empfangseinheit (320) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei die Auswerteinheit (322) eingerichtet ist, das Kanalsignal (521) mit zumindest einem Peak-Schwellenwert (522) zu vergleichen, um die Daten (324) zu ermitteln.Receiving unit (320) according to one of the Claims 13 to 14 , wherein the evaluation unit (322) is set up to compare the channel signal (521) with at least one peak threshold value (522) in order to determine the data (324). Empfangseinheit (320) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei - die Auswerteeinheit (322) eingerichtet ist, ein Kanalsignal (521) für ein oder mehrere Frequenzkanäle (505) mit einer Frequenz von ( 1 + 2 k ) f p w m 2 ,
Figure DE102018130360A1_0007
mit k = 0, 1, 2, ..., bereitzustellen; und - f p w m = 1 T
Figure DE102018130360A1_0008
die Periodenfrequenz ist.
Receiving unit (320) according to one of the Claims 13 to 15 , wherein - the evaluation unit (322) is set up a channel signal (521) for one or more frequency channels (505) with a frequency of ( 1 + 2nd k ) f p w m 2nd ,
Figure DE102018130360A1_0007
with k = 0, 1, 2, ... to provide; and - f p w m = 1 T
Figure DE102018130360A1_0008
is the period frequency.
Empfangseinheit (320) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Auswerteeinheit (322) eingerichtet ist, - durch Vergleich des Kanalsignals (521) mit einem Schwellenwert (522) an einem Synchronisations-Zeitpunkt (533) ein Synchronisations-Wort zu detektieren; und - die Daten (324) ausgehend von dem Synchronisations-Zeitpunkt (533) an von der Periodenfrequenz abhängigen Detektionszeitpunkten aus dem Kanalsignal (521) zu extrahieren.Receiving unit (320) according to one of the Claims 13 to 16 , wherein the evaluation unit (322) is set up to - detect a synchronization word by comparing the channel signal (521) with a threshold value (522) at a synchronization time (533); and - extracting the data (324) from the channel signal (521) starting from the synchronization time (533) at detection times which are dependent on the period frequency. Empfangseinheit (320) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Auswerteeinheit (322) eingerichtet ist, - auf Basis des Verarbeitungssignals für eine Periode (403) des PWM-Steuersignals (313) eine Pulsweite eines PWM Pulses (402) des PWM-Steuersignals (313) in der Periode (403) zu ermitteln; und - nur dann Daten (324) aus dem Kanalsignal (521) zu extrahieren, wenn die ermittelte Pulsweise kleiner als eine Maximalweite ist.Receiving unit (320) according to one of the Claims 13 to 16 , wherein the evaluation unit (322) is set up, on the basis of the processing signal for a period (403) of the PWM control signal (313), a pulse width of a PWM pulse (402) of the PWM control signal (313) in the period (403) determine; and - only to extract data (324) from the channel signal (521) if the determined pulse mode is smaller than a maximum width. Verfahren (600) zum Senden von Daten (314) über eine elektrische Versorgungsleitung (302); wobei das Verfahren (600) umfasst, - Generieren (601) eines PWM-Steuersignals (313) in Abhängigkeit von einem Zielwert (315) für ein Ausgangssignal (304); wobei das PWM-Steuersignal (313) eine Sequenz von PWM Pulsen (401, 402) für eine Sequenz von Perioden (403) umfasst; - Positionieren (602) der PWM Pulse (401, 402) der einzelnen Perioden (403) innerhalb der jeweiligen Periode (403) in Abhängigkeit von zu sendenden Daten (314); und - Betreiben (603) zumindest eines Schaltelements (331, 332) in einem PWM-Betrieb in Abhängigkeit von dem PWM-Steuersignal (313), um das Ausgangssignal (304) auf einer Versorgungsleitung (302) bereitzustellen.Method (600) for sending data (314) over an electrical supply line (302); the method (600) comprising - generating (601) a PWM control signal (313) as a function of a target value (315) for an output signal (304); where the PWM control signal (313) comprises a sequence of PWM pulses (401, 402) for a sequence of periods (403); - positioning (602) the PWM pulses (401, 402) of the individual periods (403) within the respective period (403) as a function of data (314) to be sent; and - operating (603) at least one switching element (331, 332) in a PWM mode in dependence on the PWM control signal (313) in order to provide the output signal (304) on a supply line (302). Verfahren (610) zur Extraktion von Daten (324) aus einem über eine elektrische Versorgungsleitung (302) empfangenen Empfangssignal (501); wobei das Verfahren (610) umfasst, - Transformieren (611) eines von dem Empfangssignal (501) abgeleiteten Verarbeitungssignals mittels einer Zeit-Frequenz Transformation (504) in einen Frequenzbereich, um für mindestens einen Frequenzkanal (505) ein Kanalsignal (521) bereitzustellen; wobei der Frequenzkanal (505) von einer Periodenfrequenz eines PWM-Steuersignals (313) abhängt, das zur Generierung des Empfangssignals (501) verwendet wurde; und - Ermitteln (612) der Daten (324) auf Basis des Kanalsignals (521).Method (610) for extracting data (324) from a received signal (501) received via an electrical supply line (302); the method comprising (610) Transforming (611) a processing signal derived from the received signal (501) into a frequency range by means of a time-frequency transformation (504) in order to provide a channel signal (521) for at least one frequency channel (505); wherein the frequency channel (505) depends on a period frequency of a PWM control signal (313) which was used to generate the received signal (501); and - Determining (612) the data (324) based on the channel signal (521).
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