DE10328684B4

DE10328684B4 - Mittel zur Erfassung der optischen Empfangslichtleistung

Info

Publication number: DE10328684B4
Application number: DE10328684A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Enßlin (FH); Bärbel Gaiser
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP4153903B2; JP2005020747A; US7460791B2; US20050019041A1; DE10328684A1

Abstract

Empfangseinheit für ein Steuergerät (13) zum Empfang von Eingangsdaten, welche in Form optischer Signale in einem optischen Bussystem (2) eines Verkehrsmittels übermittelt werden, wobei die Empfangseinheit (1) an ein optisches Bussystem (2) ankoppelbar ist und ein Mittel (3) zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Empfangseinheit oder im Steuergerät eine Messanordnung (6) vorhanden ist, welche eine Kenngröße für die optische Empfangsleistung misst, ein Ausgangsport (7) zur Weiterleitung von digitalisierten Messdaten vorhanden ist, dass ein Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung vorhanden ist, welches ein Speichermittel aufweist, in dem eine Kennlinie abgespeichert ist, welche den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung darstellt, und dass das Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung eine Auswerteeinheit aufweist, welche die gemessene Kenngröße mit der Kennlinie vergleicht und die hieraus bestimmte optische Empfangsleistung an den Ausgangsport (7) weiterleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und eine Empfangseinheit für ein Steuergerät zum Empfang von Eingangsdaten, welche in Form optischer Signale in einem optischen Bussystem eines Verkehrsmittels übermittelt werden.
Optische Bussysteme zeichnen sich durch Datenübertragungsraten von mindestens 20 Mbit/s bis über 1 Gbit/s und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen aus, da als Trägermedium Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich optische Bussysteme für den Einsatz in Verkehrsmitteln. Dies betrifft insbesondere Telekommunikationsanwendungen und Audiosysteme.

Die Multimedia-Networking-Technologie MOST (Media Oriented Systems Transport) ist ein Beispiel für den Einsatz von optischen Bussystemen in Verkehrsmitteln. Diese Technologie wurde von verschiedenen Automobilherstellern und Zulieferer auf Basis eines optischen Bussystems entwickelt, welches speziell für den Einsatz im Infotainment-Bereich eines Fahrzeugs konzipiert wurde. Weitere Informationen zum Thema MOST finden sich beispielsweise in der Zeitschrift Elektronik, 14/2000, Seite 54 ff und unter http://www.mostnet.de. Der Infotainmaint-Bereich umfasst die Vernetzung von Anwendungen wie Radio, Telefon, Navigation, Video oder DVD. Weitere optische Bussysteme zum Einsatz in Kraftfahrzeugen sind beispielsweise Byteflight (www.byteflight.com), TTP (Time Triggered Protocol) und FlexRay (www.flexray.com).

Optische Bussysteme im Verkehrsmittel werden meist in Ringtopologie ausgelegt. Ein Bussystem in Ringtopologie, insbesondere ein optisches Bussystem, kann aus einer Vielzahl einzelner Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zusammengesetzt sein. Zwischen zwei benachbarten Punkten erstreckt sich ein Ringsegment bzw. eine Übertragungsstrecke, die eingangsseitig durch einen Sender und ausgangsseitig durch einen Empfänger begrenzt ist. Ein einwandfreier Betrieb des gesamten Bussystems ist nur dann möglich, wenn alle einzelnen Übertragungsstrecken fehlerfrei funktionsfähig sind. Dies gilt in besonderer Weise für Ringsysteme, bei denen das fehlerfreie Funktionieren aller Ringsegmente bzw. Übertragungsstrecken zwingend erforderlich ist, wenn es sich dabei um eine geschlossene Kette einzelner aufeinander folgender Übertragungsstrecken handelt. Der Ausfall eines einzigen Ringsegmentes, also einer einzigen Übertragungsstrecke eines Ringsystems führt zum Ausfall der gesamten Kommunikation (Grundlagen des Netzwerkbetriebs, 2. Auflage, Microsoft Press 1997, Seiten 44, 45, 801, 808).

Die DE 101 33 749 A1 zeigt eine Netzwerkkomponente für ein optisches Netzwerk mit Notlauffunktion. Die Netzwerkkomponente ist dabei an einen ringförmigen Datenbus angekoppelt und mit einer Empfangs- und einer Sendeeinheit versehen. Be einem Bruch des Datenbus-Glasfaserkabels ist eine Notlaufeigenschaft vorgesehen, die gewisse Funktionen der Netzwerkkomponente aufrecht erhält.

Es ist daher wichtig, die Funktionsfähigkeit des Bussystems zu überprüfen. Ein Ausfall einer Komponente oder eine fehlerhaft arbeitende Komponente oder eine Unterbrechung des Verbindungskabels hat den Ausfall der Datenkommunikation im ganzen Ringsystem zur Folge.

In optischen Bussystemen erfolgt der Datentransport auf dem Lichtwellenleiter mittels Lichtsignalen. Hierzu werden zum Senden die elektrischen Signale in optische Signale und zum Empfangen die optischen Signale in elektrische Signale umgewandelt. Dabei bedient man sich opto-elektronischer bzw. faseroptischer Sende-/Empfangs-Einheiten, auch optisch-/elektrische Wandler oder FOT (Fiber Optical Transceiver) genannt.

Opto-elektronische Empfänger müssen das gesamte Spektrum der im Lichtwellenleiter vorhandenen optischen Leistung detektieren. Dies hat zur Folge, dass der opto-elektronische Empfänger weit außerhalb seines idealen Arbeitspunktes, also einer bestimmten optischen Leistung bzw. Energiespanne, betrieben werden muss. Die Folgen sind erhöhte Störanfälligkeit des optischen Bussystems.

Verschiedene Störeinflüsse verändern die vom Sender gesendete optische Leistung auf dem Weg zum Empfänger derart, dass die am opto-elektronischen Empfänger zur Verfügung stehende Bandbreite der optischen Leistung unter- oder überschritten wird. Dies führt zu einer fehlerhaften arbeitenden Empfangseinheit und damit zum Ausfall des Ringsystems.

Hauptsächliche Störeinflüsse sind Steckerkontakte, Staubablagerungen am Faserende, Varianz der Biegeradien und der Faserlängen, unterschiedliche Kabellängen sowie hohe Temperaturschwankungen. Hervorzuheben ist, dass diese Störeinwirkungen im Allgemeinen eine Dämpfungszunahme in der Faser bewirken. Zahlenbeispiele bei POF-(Plastic Optical Fiber)-Kunststofffasern für Dämpfungszunahmen sind im Falle von Temperaturerhöhung 0.03 dB/K und im Falle unterschiedlicher Kabellängen 0,2 dB/m. Oszillation der Phasenlage, sogenannter Jitter, und Pulsweitenvariation sind weitere Störeinwirkungen, welche Übertragungsfehler verursachen.

Aus der DE 102 38 869 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperaturmanagement in einem optischen Bussystem in Ring-Topologie bekannt. Hierzu wird die Temperatur nahe bei der Sende-/Empfangseinheit eines Steuergeräts gemessen. Sobald die Temperatur an der Sende-/Empfangseinheit des Steuergeräts eine vorgegebene kritische Temperatur übersteigt, wird die Sende-/Empfangseinheit abgeschaltet und Weckanforderungen auf das Bussystem werden blockiert.

Die DE 101 44 339 A1 offenbart eine separate Prüfeinrichtung zum Prüfen des Lichtwellenleiters bspw. in einer Werkstatt. Die Prüfeinrichtung wird dazu mit dem Lichtwellenleiter wirkverbun den, um die Sendeeinheit bedarfsweise zu aktivieren/deaktivieren, um einen Dunkelwert und einen Hellwert für den optischen Datenbus auszuwerten und aus diesen eine Dämpfungsinformation für den zu prüfenden Lichtwellenleiter zu ermitteln.

In der DE 100 55 103 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung der Leistungsfähigkeit eines unter Störeinflüssen arbeitenden Bussystems, insbesondere optischen Bussystems, offenbart. In diesem Verfahren wird die Sendeleistung des Senders und/oder die Empfindlichkeit des Empfängers auf einer Übertragungsstrecke in Abhängigkeit der aktuell ermittelten Pegelreserve geregelt. Hierzu muss die optische Sendeleistung am Sender einstellbar und/oder die am Empfänger ankommende Lichtleistung messbar sein.

Diese dynamische Regelung des optischen Pegels vermeidet Übertragungsfehler im Bussystem. Die Regelung stellt einen stabilen optischen Pegel am idealen Arbeitspunkt des Empfängers ein. Zusatzdämpfungen werden erkannt und ausgeregelt.

Die Messung der am Empfänger ankommenden optischen Leistung ist bisher nur über analoge Schaltungen möglich. Diese Schaltungen sind aufwendig und teuer in der Herstellung, da die analoge Schaltung aus vielen einzelnen Bausteinen besteht, welche aufeinander abgestimmt werden müssen. Zudem ist der beanspruchte Bauraum einer derartigen Messanordnung in Form einer analogen Schaltung um ein Vielfaches höher, als der beanspruchte Bauraum der optischen Empfangseinheit. Des Weiteren haben analoge Schaltungen insbesondere den Nachteil, dass diese stark EMV-(Elektromagnetische Verträglichkeit)-empfindlich sind.

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Empfangseinheit und ein Steuergerät bereitzustellen, welche eine dynamische Regelung des optischen Pegels optimiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst. Danach ist die Messanordnung als digitale Schaltung ausgeführt. Zudem weist die Empfangseinheit einen Ausgangsport zur Weiterleitung der digitalisierten Messdaten auf.

Vorteilhaft ist erkannt worden, dass eine digitale Schaltung einen geringeren Bauraum als eine analoge Schaltung beansprucht. Digitale Schaltungen haben zudem den Vorteil, dass diese billiger in der Herstellung sind. Des Weiteren haben digitale Schaltungen eine geringere EMV-Empfindlichkeit und sind damit weniger störanfällig. Somit ist eine Messanordnung in Form einer digitalen Schaltung billiger, kleiner und störunempfindlicher.

Eine digitale Schaltung kann insbesondere als Halbleiterbauelement, wie IC (Integrated Circuit – Integrierte Schaltung), ASIC (Application Specific Integrated Circuit – anwendungspezifischer IC), MCM (Multi Chip Modul) oder als Teil eines "System on a Chip" ausgeführt sein.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Messdaten der Messanordnung in digitaler Form an einem Ausgangsport der Empfangseinheit zur Verfügung gestellt werden. So kann eine weitere Einheit, wie beispielsweise ein Kommunikations-Controller oder ein Mikro-Controller, welche Teil eines Steuergeräts ist, diese Daten zur Auswertung und Regelung einsetzen.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Empfangseinheit, weist die Empfangseinheit ein Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung auf, welches ein Speichermittel aufweist, in dem eine Kennlinie abgespeichert ist, welchen den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung darstellt. Zudem weist das Mittel eine Auswerteeinheit auf, welche die gemessene Kenngröße mit der Kennlinie vergleicht und die hieraus bestimmte optische Empfangsleistung an den Ausgangsport weiterleitet. Das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung ist als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt.

Vorteilhaft ist erkannt worden, dass das Abspeichern des Zusammenhangs zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung in Form einer Kennlinie und die Auswertung mittels des Vergleichs der Messdaten mit der abgespeicherten Kennlinie, die Bestimmung der optischen Empfangsleistung vereinfacht. Insbesondere begünstigt die Aufteilung in Speichermittel und Auswerteeinheit die Umsetzung als digitale Schaltung oder Softwaremodul.

Das Speichermittel ist als nichtflüchtiger Halbleiterspeicher ausgeführt, so dass die Kennlinie bei Abschaltung der Empfangseinheit nicht neu geladen werden muss.

Nichtflüchtige Speichermittel für Halbleiterschaltungen sind Halbleiterspeicher wie beispielsweise (ROM – Read only memory), PROM (programmable read only memory), OTP (one time programmable PROM), EPROM (erasable PROM) oder Flash memory.

Die Kennlinie für den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung kann empirisch ermittelt, also beispielsweise ausgemessen, werden oder über entsprechende Datenblätter des Mittels zur Umwandlung der optischen Signale berechnet werden. Die zu messende Kenngröße und der Zusammenhang zwischen Kenngröße und optischen Empfangsleistung wird durch das Mittel zur Umwandlung der optischen in elektrischen Signale bestimmt.

Vorteilhaft ist erkannt worden, dass das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung in Form einer digitalen Schaltung billiger, kleiner und störunempfindlicher ist.

Das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung kann auch als Softwaremodul ausgeführt sein, was den Vorteil hat, dass es billiger und flexibler als eine digitale Schaltung ist. Hierzu muss die Empfangseinheit ein entsprechendes Rechenmittel, also beispielsweise einen Mikroprozessor mit Ein-/Ausgabeeinheit, Speicher und Stromversorgung aufweisen.

Da das Mittel zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale als Empfangsphotodiode ausgebildet ist und die Kenngröße zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung der induzierte Strom oder die induzierte Spannung in der Empfangsphotodiode ist, wird die Empfangseinheit optimiert. Empfangsphotodioden sind heute auf dem Markt als übliches elektronisches Bauteil, insbesondere als Halbleiterbauteil zur Integration in eine digitale Schaltung, erhältlich.

Die Messung des von dem empfangenen Licht in der Empfangsphotodiode induzierten Stroms oder Spannung, lässt sich mit einfachsten Strom- oder Spannungsmessschaltungen realisieren, wie diese bereits bei der Datenaufbereitung der Eingangsdaten vor deren Weiterleitung, beispielsweise an einen Kommunikations-Controller, eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Ausgangsport der Empfangseinheit ein Busanschluss ist, welcher an einen Busanschluss einer weiteren Einheit mittels einer Datenleitung ankoppelbar ist, wobei die Übermittlung der Daten der Empfangseinheit an die weitere Einheit über den Busanschluss mittels eines Busprotokolls erfolgt. Somit können Messdaten und/oder Daten der optischen Empfangsleistung sowie Eingangsdaten über den einen Ausgangsport übermittelt werden. Hierzu muss die Empfangseinheit und die weitere Einheit, beispielsweise ein Kommunikations-Controller, über einen Busanschluss und den entsprechenden Mitteln zur protokollkonformen Umsetzung der Daten verfügen. Dies ist vorteilhaft, wenn die Empfangseinheit mit weiteren Einheiten eines Steuergeräts, beispielsweise einen Kommunikations- und/oder Mikro-Controllers, über einen internen Gerätebus verbunden ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Steuergerät nach Anspruch 5 gelöst. Danach weist die Empfangseinheit einen Ausgangsport zur Weiterleitung der digitalisierten Messdaten an den Kommunikations- und/oder Mikro-Controller auf. Die Messanordnung ist als digitale Schaltung ausgeführt.

Vorteilhaft ist weiter erkannt worden, dass das Steuergerät ein Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung aufweist, welches ein Speichermittel aufweist, in dem eine Kennlinie abgespeichert ist, welche den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung darstellt und eine Auswerteeinheit aufweist, welches die gemessene Kenngröße mit der Kennlinie vergleicht und die hieraus bestimmte optische Empfangsleistung an den Ausgangsport weiterleitet. Mittels der Bestimmung der optischen Empfangsleistung wird eine Regelung der optischen Empfangsleistung in der Empfangseinheit des Steuergeräts erst ermöglicht.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Steuergeräts ist das Mittel zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale eine Empfangsphotodiode und die Kenngröße der in der Empfangsphotodiode induzierte Strom oder die in der Empfangsphotodiode induzierte Spannung. Durch den Einsatz von Empfangsphotodioden wird das Steuergerät bzw. die Empfangseinheit vereinfacht.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Steuergerät ein Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung der Empfangsphotodiode auf, welches in Abhängigkeit der Abweichung der ermit telten optischen Empfangsleistung von der Empfangsleistung am idealen Arbeitspunkts der Empfangsphotodiode ein Signal zur Regelung der Lichtleistung an den Sender der optischen Leistung mittels der Sendeeinheit an das optische Bussystem übermittelt.

Vorteilhaft ist erkannt worden, dass Störeffekte wie beispielsweise Jitter, Varianz der Biegeradien, Varianz der Faserlängen usw., minimiert werden, sofern die das optische Signal sendende Sendeeinheit ein Steuersignal erhält, welches die zu sendende Lichtleistung derart regelt, dass die Empfangsphotodiode eine Lichtleistung am idealen Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode empfängt. So werden mittels eines Signals zur Erhöhung der zu sendenden Lichtleistung Dämpfungen und mittels eines Signals zur Verminderung der zu sendenden Lichtleistung Verstärkungen minimiert.

Bevorzugt weist das Mittel zur Regelung ein Speichermittel auf, in dem die notwendige Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode abgelegt ist. Das Speichermittel ist insbesondere als nichtflüchtiger Halbleiterspeicher ausgeführt, so dass bei Abschalten des Steuergeräts die Daten nicht neu geladen werden müssen.

Bevorzugt weist das Mittel zur Regelung eine Auswerteinheit zum Vergleich der gemessenen optischer Empfangsleistung und dem gespeicherten idealen Arbeitspunkt auf, wodurch die Auswertung vereinfacht wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung im Kommunikations-Controller oder im Mikro-Controller angeordnet. Entsprechend der gewählten Anordnung des Mittels zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung weist der Kommunikations-Controller oder der Mikro-Controller einen Eingangsport auf, welcher über eine Signalleitung mit dem Ausgangsport verbunden ist. Zudem ist das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt.

Bevorzugt ist das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung im Kommunikations-Controller oder im Mikro-Controller angeordnet. Zudem ist das Mittel zur Regelung der Empfangsleistung als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt.

Die Anordnung des Mittels zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung und/oder des Mittels zur Regelung der Empfangslichtleistung im Kommunikations- und/oder Mikro-Controller, ermöglicht ein flexibles Design des Steuergeräts. Zudem werden die Kosten minimiert.

Bevorzugt sind das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung sowie das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung im Mikro-Controller, als Softwaremodul angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein bereits vorhandener Kommunikations-Controller nicht mehr angepasst werden muss. Hierbei ist zu beachten, dass der Kommunikations-Controller ein integriertes Halbleiterbauteil ist und Änderungen an integrierten Bauteilen kostenintensiver und zeitaufwendiger sind. Zudem verfügt der Mikro-Controller über Rechenmittel auf dem das Softwaremodul laufen kann. Der zusätzliche Eingangsport am Mikro-Controller zur Aufnahme der Messdaten von der Empfangseinheit ist mit minimalen Kosten umzusetzen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ausgangsport der Empfangseinheit einen Busanschluss auf, welcher an einen Busanschluss des Kommunikations- oder Mikro-Controllers mittels einer Datenleitung ankoppelbar ist, wobei die Übermittlung der Daten der Empfangseinheit an den Kommunikations- oder Mikro-Controller über den Busanschluss mittels eines Busprotokolls erfolgt, so dass Messdaten und/oder Daten der optischen Empfangsleistung sowie Eingangsdaten über den einen Ausgangsport übermittelt werden. Dieser Ausgangsport der Empfangseinheit ist vorteilhaft, sofern das Steuergerät über einen internen Gerätebus verfügt.

Da der ideale Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode temperaturabhängig ist, ist nahe bei der Empfangseinheit ein Temperatursensor positioniert, dessen Temperaturmessdaten an das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung übermittelt werden, wobei das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung das zu sendende Signal in Abhängigkeit der Temperaturmessdaten ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass Störeffekte aufgrund von. Temperaturschwankungen an der Empfangseinheit minimiert werden.

Bevorzugt ist in dem Speichermittel des Mittels zur Regelung der Empfangslichtleistung die Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt in Abhängigkeit der Temperatur der Empfangsphotodiode abgespeichert. Zudem schließt die Auswerteeinheit die Temperaturmessdaten sowie die abgespeicherte temperaturabhängige Lichtleistung in den Vergleich ein, wodurch eine optimierte Bestimmung der Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode ermöglicht wird.

Bei einer Weiterbildung des Steuergeräts ist der Kommunikations-Controller nahe an der Empfangseinheit positioniert. Mit dieser Maßnahme wird die Länge der elektrischen Signalleitungen zwischen Empfangseinheit und Kommunikations-Controller minimiert. Entsprechend verringern sich Probleme aufgrund von Elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV).

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die untergeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung einer Ausführungsform zu verweisen. Es sollen auch die vorteilhaften Ausgestaltungen einbezogen sein, die sich aus einer beliebigen Kombination der Unteransprüche ergeben. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
1 eine erfindungsgemäße Empfangseinheit und
2 ein erfindungsgemäßes Steuergerät.
In 1 ist die erfindungsgemäße Empfangseinheit 1 für ein Steuergerät 13 zum Empfang von Eingangsdaten abgebildet. Die Eingangsdaten werden in Form optischer Signale in einem optischen Bussystem 2 eines Verkehrsmittels übermittelt. Die Empfangseinheit 1 ist an ein optisches Bussystem 2 ankoppelbar und weist ein Mittel 3 zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale auf. Zudem ist eine Messanordnung 6 vorhanden, welche eine Kenngröße für die optische Empfangsleistung misst. Die Messanordnung 6 ist als digitale Schaltung ausgeführt. Zudem ist ein Ausgangsport 7 zur Weiterleitung der digitalisierten Messdaten vorhanden.
Die erfindungsgemäße Empfangseinheit 1 ist in der Multimedia-Netzwerk-Technologie MOST (Media Oriented Systems Transport), als Teil eines optisches Ring-Bussystems 2 für Infotainment-Anwendungen im Fahrzeug, eingesetzt. Das optisches Bussystem 2 setzt polymeroptische Lichtwellenleiter als Übertragungsmedium ein, welche zum Datenaustausch der an das optische Bussysteme 2 angeschlossenen Steuergeräte 13 dienen. Die Steuergeräte 13 für Infotainment-Anwendungen im Fahrzeug sind Mensch-Maschine-Schnittstelle, Sprachbedienung, Navigation, Internet, PC- Schnittstelle, Sound-System, Handy, Kopfhörer, Telematikanwendungen, Medienlaufwerke wie CD, MD, DVD usw.
Die Empfangseinheit 1 weist eine Empfangsphotodiode 3 zur Umwandlung der vom Bussystem 2 ankommenden optischen in elektrische Signale auf. Die elektrischen Signale werden in der Digitalisierungseinheit 4 nach den üblichen Verfahren digitalisiert. Hierzu wird das an der Empfangsphotodiode 3 abgegriffene Spannungssignal gefiltert, verstärkt und beispielsweise über "Data Slicing" oder "Pulsweitenkorrektur" korrigiert. Die Digitalisierungseinheit wandelt diese Daten in ein digitales Signal um. Diese digitalisierten Eingangsdaten stehen am Ausgangsport 5 zur Übermittlung an einen Kommunikations-Controller 15 bereit.
Die Empfangseinheit 1 weist eine Messanordnung 6 zur Messung des an der Empfangsphotodiode 3 mittels des ankommenden optischen Signals induzierten Stromes auf. Der an der Empfangsphotodiode 3 induzierte Strom ist proportional zur empfangenen Lichtstärke. Das gemessene Stromsignal wird gefiltert und verstärkt. Zusätzlich weist die Messanordnung 6 einen A/D-Wandler auf, mittels dem das Stromsignal digitalisiert wird.
Zusätzlich weist die Empfangseinheit 1 ein Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung 8 auf, welche das digitalisierte Stromsignal einer optischen Empfangsleistung zuordnet. Hierzu weist das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung 8 einen nichtflüchtigen Halbleiter-Speicher auf, in dem die Kennlinie der Empfangsphotodiode 3 bezüglich induzierten Stroms und der in der Empfangsphotodiode 3 empfangenen optischen Leistung abgespeichert ist. Zudem weist das Mittel 8 zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung einen Vergleicher auf, welcher softwaretechnisch den digitalisierten Stromwert mit der abgespeicherten Kennlinie vergleicht und über Interpo lation einen Wert für die optische Empfangsleistung an der Empfangsphotodiode 3 liefert. Dieser Wert wird am Ausgangsport 7 zur Übermittlung bereit gestellt.
Die Empfangseinheit 1 ist als integriertes Halbleiterbauelement ausgeführt.
Alternativ kann in der Empfangseinheit 1 zur Datenübermittlung an einen Kommunikations-Controller 15 der Ausgangsport 5 als Busanschluss ausgebildet sein. Dieser als Busanschluss ausgebildete Ausgangsport 5 ist an einen internen Gerätebus ankoppelbar an dem beispielsweise ein Kommunikations-Controller 15 ebenfalls angebunden ist. Dieser so ausgebildete Ausgangsport 5 kann zur Übermittlung der Eingangsdaten und der Messdaten über den internen Gerätebus mittels eines Busprotokolls eingesetzt werden.
In 2 ist ein an das optische Bussystem 2 ankoppelbares Steuergerät 13 abgebildet. Das Steuergerät 13 enthält neben einer der oben beispielhaft aufgeführten im Mikro-Controller 16 umgesetzte Gerätefunktionseinheit, einen Kommunikations-Controller 15 und eine opto-elektronische Sende- sowie Empfangseinheit 14, 1.
Der Mikro-Controller 16 und der Kommunikations-Controller 15 weisen zur Umsetzung ihrer Gerätefunktion mindestens eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinheit, einen Prozessor sowie entsprechenden Speicher und Stromversorgung auf.
Der Datenaustausch zwischen Steuergeräten auf dem Bussystem 2 ist über das Kommunikationsprotokoll MOST (Media Oriented Systems Transport) geregelt, welches beispielsweise die maximale Länge der zu versendenden Nutzdaten bzw. des Datenpakets, die Adressierung, das Format, die Sendeart usw. festlegt. Die Nutzdaten entsprechen den zu versendenden Daten des Mikro- Controllers 16 des Steuergeräts 13 ohne die zur Versendung ebenfalls notwendigen Adressierungs- und Protokolldaten.
Die vom Steuergerät 13 zu versendenden bzw. zu empfangenden Nutzdaten werden vom Mikro-Controller 16 zum Kommunikations-Controller 15 und dann zur Sendeeinheit 14 bzw. von der Empfangseinheit 1 zum Kommunikations-Controller 15 und dann zum Mikro-Controller 16 übertragen.
Mittels des im Kommunikations-Controllers 15 implementierten MOST-Protokolls erfolgt über die Sende-/Empfangseinheit 14, 1 das Versenden und Empfangen von Daten in Form von Datenpakten bzw. Botschaften. Hierbei werden die zu versendenden Nutzdaten des Steuergeräts 13 mit Adressierungsdaten und mit Zusatzinformationen, wie beispielsweise Länge des Datenstrings, Start und Ende der Botschaft, o.a. in einen definierten Botschaftsrahmen gesetzt und als Datenpaket in dem Botschaftsrahmen versendet, welches vom Empfänger wieder aufgelöst werden muss. Der Kommunikations-Controller 15 sorgt hierbei für die kommunikationsprotokollkonforme Erzeugung, Auflösung und Überprüfung des Bitstroms von und zum Mikro-Controller 16 sowie von und zur Sende-/Empfangseinheit 14,1.
Die Empfangseinheit 1 sowie die Sendeeinheit 14 sind als ein Bauteil FOT (Fiber Optical Transceiver) 17 ausgebildet, wobei Sende- und Empfangseinheit 14, 1 elektronisch getrennt ausgeführt sind. Jedes Steuergerät 13 wird über einen standardisierten Stecker mit dem optischen Bussystem 2 verbunden.
Die Sendeeinheit 14 wandelt elektrische Signale in optische Signale um und sendet diese auf den Lichtwellenleiter des optischen Bussystems 2.
Die Empfangseinheit 1 wandelt wie oben beschrieben die optischen in elektrische Signale um und sendet diese digitalisier ten Eingangsdaten über den Ausgangsport 5 an den Kommunikations-Controller 15.
Die Empfangseinheit 1 weist eine Messanordnung 6 zur Messung des an der Empfangsphotodiode 3 mittels des ankommenden optischen Signals induzierten Stromes auf. Der an der Empfangsphotodiode 3 induzierte Strom ist proportional zur empfangenen Lichtstärke. Das gemessene Stromsignal wird gefiltert und verstärkt. Zusätzlich weist die Messanordnung 6 einen A/D-Wandler auf, mittels dem das Stromsignal digitalisiert wird.
Der Mikro-Controller 16 weist ein Mittel 8 zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung und ein Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung auf. Beide Mittel sind softwaretechnisch im Mikro-Controller umgesetzt. Über die Signalleitung 18, welche den Ausgangsport 7 der Empfangseinheit 1 mit einem Eingangsport 19 des Mikro-Controllers 16 verbindet, werden dem Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung die digitalisierten Messdaten übermittelt.
Das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung der Empfangsphotodiode, welches in Abhängigkeit der Abweichung der gemessenen optischen Empfangsleistung von der Empfangsleistung am idealen Arbeitspunkts der Empfangsphotodiode ein Signal zur Regelung der Lichtleistung an den Sender über die Sendeeinheit 14 an das optische Bussystem 2 abgibt, ist wie oben ausgeführt ebenfalls softwaremäßig in den Mikro-Controller 16 integriert.
Das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung weist einen Speicher auf, in dem die Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode abgelegt ist. Zudem weist das Mittel zur Regelung einen Vergleicher zum Vergleich der gemessenen optischer Empfangsleistung und dem gespeicherten idealen Arbeitspunkt auf. Ergibt der Vergleich, dass die empfangene Lichtleistung im Bereich des idealen Arbeitspunktes des Empfangsphotodiode liegt und diese damit optimal arbeitet erfolgt keine Regelung. Liegt die empfangene Lichtleistung außerhalb des Bereichs des optimalen Arbeitspunkts der Empfangsphotodiode sendet das Mittel zur Regelung ein Signal über seine Sendeeinheit 14 an den Sender des empfangenen Signals. Das Signal enthält je nach Abweichung vom optimalen Arbeitspunkt eine Anweisung an den Sender seine Lichtleistung um beispielsweise einige db zu schwächen oder zu erhöhen.
Alternativ kann das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung auch im Kommunikations-Controller 15 integriert sein. Der Kommunikations-Controller 15 würde in diesem Fall eine Signalleitung 20 aufweisen, welche den Ausgangsport 7 der Empfangseinheit 1 mit einem Eingangsport 21 des Kommunikations-Controllers 15 verbindet.
Alternativ kann auch das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung im Kommunikations-Controller hardware- oder softwaretechnisch integriert sein.
Eine weitere alternative Anordnung im Steuergerät 13 ist eine Empfangseinheit 1, welche das Mittel zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung aufweist, so dass die Empfangseinheit 1 die aktuelle optische Empfangsleistung am Ausgangsport 7 oder 5 zur Übermittlung bereitstellt. Bei dieser Anordnung kann das Mittel zur Regelung in den Kommunikations-Controller 15 oder den Mikro-Controller 16 integriert sein. Je nach Anordnung des Mittels zur Regelung der Empfangslichtleistung muss eine Signalleitung 18 oder 20 zu dem entsprechenden Eingangsport 19 oder 21 vorhanden sein.
Sind die Sende-/Empfangseinheit 17, der Kommunikations- und/oder Mikro-Controller 15, 16 über einen internen Bus verbunden, so sind die zusätzlichen Signalleitungen 18, 20 und die entsprechenden Ports 7, 19, 21 nicht mehr notwendig.
Als weitere alternative Ausführungsform ist nahe der Sende-/Empfangseinheit 17 ein Temperatursensor positioniert, dessen Temperaturmessdaten dem Mikro-Controller 16 über das optische Bussystem 2 oder einer zusätzlichen Signalleitung zugeführt und auch von dem Mikro-Controller 16 verarbeitet werden. Die im Speicher des Mittels zur Regelung abgelegte Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt ist in Abhängigkeit der Temperatur der Empfangsphotodiode 3 abgespeichert. Bei der Regelung, also bei der Entscheidung ob und um wieviel db die Lichtleistung des Senders geschwächt oder angehoben werden soll, wird nun mittels des Vergleichers der aktuelle Temperaturmesswert und die gemessene optische Leistung mit dem temperaturabhängigen gespeicherten idealen Arbeitspunkt verglichen.
In aktuell ausgeführten Steuergeräten sind Mikro-Controller 16 und Kommunikations-Controller 15 aus Bauplatzgründen auf einer Platine als getrennte Einheiten zusammengeführt.

Claims

Empfangseinheit für ein Steuergerät (13) zum Empfang von Eingangsdaten, welche in Form optischer Signale in einem optischen Bussystem (2) eines Verkehrsmittels übermittelt werden, wobei die Empfangseinheit (1) an ein optisches Bussystem (2) ankoppelbar ist und ein Mittel (3) zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Empfangseinheit oder im Steuergerät eine Messanordnung (6) vorhanden ist, welche eine Kenngröße für die optische Empfangsleistung misst, ein Ausgangsport (7) zur Weiterleitung von digitalisierten Messdaten vorhanden ist, dass ein Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung vorhanden ist, welches ein Speichermittel aufweist, in dem eine Kennlinie abgespeichert ist, welche den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung darstellt, und dass das Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung eine Auswerteeinheit aufweist, welche die gemessene Kenngröße mit der Kennlinie vergleicht und die hieraus bestimmte optische Empfangsleistung an den Ausgangsport (7) weiterleitet.
Empfangseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt ist.
Empfangseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale eine Empfangsphotodiode (3) ist und die Kenngröße der in der Empfangsphotodiode (3) induzierte Strom oder die in der Empfangsphotodiode (3) induzierte Spannung ist.
Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsport (7) ein Busanschluss ist, welcher an einen Busanschluss einer weiteren Einheit mittels einer Datenleitung ankoppelbar ist, wobei die Übermittlung der Daten der Empfangseinheit (1) an die weitere Einheit über den Busanschluss mittels eines Busprotokolls erfolgt, so dass Messdaten und/oder Daten der optischen Empfangsleistung sowie Eingangsdaten über den einen Ausgangsport (7) übermittelt werden.
Steuergerät, welches mittels Sende-/Empfangseinheit (14,1) an ein optisches Bussystem (2) in einem Verkehrsmittel ankoppelbar ist, wobei das Steuergerät (13) Daten mittels Sende-/Empfangseinheit (14, 1) über das optische Bussystem (2) in Form von optischen Signalen austauscht, und das Steuergerät (13) eine Empfangseinheit (1) zum Empfang von Eingangsdaten aufweist, wobei die Empfangseinheit (1) ein Mittel (3) zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale aufweist sowie eine Messanordnung (6) aufweist, welche eine Kenngröße für die optischen Empfangsleistung misst, die Sendeeinheit (14) zum Senden optischer Signale auf das optische Bussystem (2) Mittel (3) zur Umwandlung von elektrischen in optische Signale aufweist, einen Kommunikations-Controller (15) mit Mittel zur busprotokollkonformen Umsetzung von Daten aufweist, die Empfangseinheit (1) sowie die Sendeeinheit (14) mit dem Kommunikations-Controller (15) über eine jeweilige Signalleitung verbunden sind, einen Mikro-Controller (16) aufweist, welcher über Signalleitungen zum Empfang und Versendung von Daten mit dem Kommunikations-Controller (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (1) einen Ausgangsport (7) zur Weiterleitung der digitalisierten Messdaten an den Kommuni kations- und/oder Mikro-Controller (15,16) aufweist, dass das Steuergerät (13) ein Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung aufweist, welches ein Speichermittel aufweist, in dem eine Kennlinie abgespeichert ist, welche den Zusammenhang zwischen gemessener Kenngröße und korrespondierender optischer Empfangsleistung darstellt und eine Auswerteeinheit aufweist, welches die gemessene Kenngröße mit der Kennlinie vergleicht und die hieraus bestimmte optische Empfangsleistung an den Ausgangsport (7) weiterleitet.
Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale eine Empfangsphotodiode (3) ist und die Kenngröße der in der Empfangsphotodiode (3) induzierte Strom oder die in der Empfangsphotodiode (3) induzierte Spannung ist.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) ein Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung der Empfangsphotodiode (3) aufweist, welches in Abhängigkeit der Abweichung der ermittelten optischen Empfangsleistung von der Empfangsleistung am idealen Arbeitspunkts der Empfangsphotodiode (3) ein Signal zur Regelung der Lichtleistung an den Sender der optischen Leistung mittels der Sendeeinheit (14) an das optische Bussystem (2) übermittelt.
Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Regelung ein Speichermittel aufweist, in dem die Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt der Empfangsphotodiode (3) abgelegt ist und das Mittel zur Regelung eine Auswerteinheit zum Vergleich der gemessenen optischer Empfangsleistung- und dem gespeicherten idealen Arbeitspunkt aufweist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Bestimmung der opti schen Empfangsleistung im Kommunikations-Controller (15) oder im Mikro-Controller (16) angeordnet ist und entsprechend der Anordnung der Kommunikations-Controller (15) oder der Mikro-Controller (16) einen Eingangsport aufweist, welcher über eine Signalleitung mit dem Ausgangsport (7) verbunden ist und das Mittel (8) zur Bestimmung der optischen Empfangsleistung als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung im Kommunikations-Controller (15) oder im Mikro-Controller (16) angeordnet ist und das Mittel zur Regelung der Empfangsleistung als digitale Schaltung oder als Softwaremodul ausgeführt ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsport (7) der Empfangseinheit (1) ein Busanschluss ist, welcher an einen Busanschluss des Kommunikations- oder Mikro-Controllers (15,16) mittels einer Datenleitung ankoppelbar ist, wobei die Übermittlung der Daten der Empfangseinheit (1) an den Kommunikations- oder Mikro-Controller (15,16) über den Busanschluss mittels eines Busprotokolls erfolgt, so dass Messdaten und/oder Daten der optischen Empfangsleistung sowie Eingangsdaten über den einen Ausgangsport (7) übermittelt werden.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nahe bei der Empfangseinheit (1) ein Temperatursensor positioniert ist, dessen Temperaturmessdaten an das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung übermittelt werden, wobei das Mittel zur Regelung der Empfangslichtleistung das zu sendende Signal in Abhängigkeit der Temperaturmessdaten ermittelt.
Steuergerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speichermittel des Mittels zur Regelung der Empfangslichtleistung die Lichtleistung für den idealen Arbeitspunkt in Abhängigkeit der Temperatur der Empfangsphotodiode (3) abgespeichert ist und die Auswerteeinheit die Temperaturmessdaten sowie die abgespeicherte temperaturabhängige Lichtleistung in den Vergleich einschließt.