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Gebiet
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Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation, wie UARTS, und insbesondere Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation, die in Stör- und/oder Hochspannungsumgebungen verwendet werden.
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Hintergrund
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Ein batterieelektrisches Fahrzeug, oder ein BEV (engl. Battery Electric Vehicle), ist eine Art Elektrofahrzeug (Electric Vehicle, EV), das chemische Energie verwendet, die in wiederaufladbaren elektrischen Autobatterien (Electric Vehicle Batteries, EVBs), die auch als „Akkupacks” und „Traktionsbatterien” bekannt sind, gespeichert ist. Anstelle von (oder zusätzlich zu) Verbrennungsmotoren verwenden BEVs Elektromotoren und Antriebssteuerungen für den Antrieb. Ein ausschließlich batteriebetriebenes Elektrofahrzeug, oder reines Elektrofahrzeug, bezieht seine gesamte Energie aus seinen Akkupacks, während ein an einer Steckdose aufladbares Hybridelektrofahrzeug einen Teil seiner Energie aus seinen Akkupacks und einen Teil seiner Energie aus einem Verbrennungsmotor bezieht.
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Akkupack-Ausführungen für Elektrofahrzeuge (EVs) sind komplex und variieren stark je nach Hersteller und konkreter Anwendung. Alle umfassen jedoch eine Kombination mehrerer mechanischer und elektrischer Komponentensysteme, die die erforderlichen Grundfunktionen des Packs ausführen. Des Weiteren umfassen Akkupacks viele einzelne Zellen, die in Reihe und parallel verbunden sind, um die Anforderungen des Packs hinsichtlich der Gesamtspannung und des Gesamtstroms zu erfüllen. Akkupacks können einige Hundert individuelle Zellen enthalten.
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Um die Herstellung und Montage zu erleichtern, wird der große Stapel Zellen üblicherweise in kleinere Stapel, die Module genannt werden, unterteilt. Mehrere dieser Module werden in einem einzelnen Pack angeordnet. Innerhalb jedes Moduls werden die Zellen zusammengeschweißt, um den elektrischen Pfad für den Stromfluss fertigzustellen. Module können außerdem Kühleinrichtungen, Temperaturüberwachungsgeräte und andere Vorrichtungen aufweisen. Mithilfe eines Batteriemanagementsystems, oder „BMS”, ermöglichen in den meisten Fällen Module außerdem eine Überwachung der durch jede Batteriezelle in dem Stapel erzeugten Spannung. Der Akkupack umfasst außerdem eine Vielzahl von anderen Sensoren, wie z. B. Temperatur- und Stromsensoren, die durch das BMS überwacht werden. Das BMS kann außerdem für die Kommunikation mit der Welt außerhalb des Akkupacks zuständig sein.
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Im Allgemeinen befindet sich eine Vielzahl von Batteriemanagementsystemen in einem batterieelektrischen Fahrzeug. Diese Systeme können eine Leiterplatte mit diskreten und/oder integrierten Schaltkreisen umfassen und eine Reihe von Sensor- und Kommunikationsprotokollen vorsehen. Insbesondere kommunizieren Batteriemanagementsysteme üblicherweise digital mit einer Master-Batteriesteuerung und können mit anderen Batteriemanagementsystemen kommunizieren.
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Digitale Kommunikation in der rauen Umgebung eines batterieelektrischen Fahrzeugs kann problematisch sein. Zum Beispiel können Gleichtaktspannungen von einigen Dutzend Volt zwischen verschiedenen Teilen des Systems vorliegen. Da digitale Kommunikation üblicherweise viel niedrigere Spannungen verwendet, können die Gleichtaktspannungen ein Problem darstellen. Außerdem kann die Umgebung des batterieelektrischen Fahrzeugs ein sehr hochfrequentes Rauschen erzeugen, z. B. 100 MHz und höher, was die Logik eines BMS stören kann.
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Wegen der Probleme der differentiellen Kommunikation in Störumgebungen wird zuweilen eine Manchester-Codierung verwendet. Jedoch sind Verfahren des Stands der Technik zum Decodieren von Manchester-codierten Daten wegen einer Reihe von Faktoren, darunter Oszillatorfehlanpassungen zwischen sendenden und empfangenen Vorrichtungen, selbst für Fehler anfällig.
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Zusammenfassung
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Verschiedene Beispiele werden hierin zum Zweck der Veranschaulichung verschiedener Kombinationen von Elementen und Abläufen innerhalb des Umfangs der Offenbarungen der Beschreibung und der Zeichnung dargelegt. Außerdem werden andere Kombinationen von Elementen und Abläufen sowie deren Abwandlungen hierin unterstützt, wie für Fachleute offensichtlich sein wird.
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Eine als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegte Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation umfasst eine zentrale Logik, einen mit der zentralen Logik gekoppelten differentiellen Sender und einen mit der zentralen Logik gekoppelten differentiellen Empfänger. Vorzugsweise umfasst der differentielle Empfänger einen Komparator, der einen differentiellen Eingang für einen Signalverlauf aufweist und funktionsfähig ist, Signalverlaufsbereichsinformationen zu erschließen, ein Filter, das geeignet ist, Rauschen aus dem Signalverlauf unter Verwendung der Signalverlaufsbereichsinformationen zu entfernen, und einen adaptiven Abtaster, der geeignet ist, einen Abtastpunkt des Signalverlaufs einzustellen, nachdem er gefiltert wurde. Die Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation kann außerdem einen mit der zentralen Logik gekoppelten zweiten differentiellen Sender und einen zweiten differentiellen Empfänger aufweisen, der mit der zentralen Logik gekoppelt ist aufweist: und einen Komparator, der einen differentiellen Eingang für einen Signalverlauf aufweist und funktionsfähig ist, Signalverlaufsbereichsinformationen zu erschließen, ein Filter, das geeignet ist, Rauschen aus dem Signalverlauf unter Verwendung der Signalverlaufsbereichsinformationen zu entfernen, und einen adaptiven Abtaster, der geeignet ist, einen Abtastpunkt des Signalverlaufs einzustellen, nachdem er gefiltert wurde.
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Ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegtes System zur differentiellen Kommunikation umfasst eine erste Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation, die einen differentiellen Sender enthält, einen differentiellen Isolator, der von der ersten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation physisch getrennt ist und einen mit einem differentiellen Ausgang des ersten differentiellen Senders gekoppelten differentiellen Eingang aufweist, und eine zweite Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation, die von der ersten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation und dem differentiellen Isolator physisch getrennt ist. In einer Ausführungsform umfasst die zweite Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation einen differentiellen Empfänger, der einen mit einem differentiellen Ausgang des differentiellen Isolators gekoppelten differentiellen Eingang umfasst und aufnahmefähig für einen empfangenen Signalverlauf ist, einen Komparator, der zum Erschließen von Signalverlaufsbereichsinformationen aus dem empfangenen Signalverlauf funktionsfähig ist, ein Filter, das zum Entfernen von Rauschen aus dem empfangenen Signalverlauf unter Verwendung der Signalverlaufsbereichsinformationen geeignet ist, und einen adaptiven Abtaster, der zum Einstellen eines Abtastpunktes des empfangenen Signalverlaufs, nachdem er gefiltert wurde, geeignet ist.
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Ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegtes Verfahren zur differentiellen Kommunikation umfasst ein Übermitteln eines digitalen Signalverlaufs von einer ersten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation an eine physisch getrennte zweite Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation über einen Isolator, der physisch sowohl von der ersten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation als auch der zweiten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation getrennt ist, ein Erschließen von Signalverlaufsbereichsinformationen hinsichtlich des digitalen Signalverlaufs in der zweiten Kommunikationsvorrichtung, ein Filtern zum Entfernen von Rauschen aus dem digitalen Signalverlauf unter Verwendung der Signalverlaufsbereichsinformationen, ein Einstellen eines Abtastpunktes des digitalen Signalverlaufs, nachdem der digitale Signalverlauf gefiltert wurde. In einer Ausführungsform umfasst der digitale Signalverlauf eine Präambelsequenz, die nicht Manchester-codiert ist, einen Manchester-codierten Abschnitt und eine nicht Manchester-codierte Stoppsequenz.
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Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation geschaffen werden, die Gleichtaktspannungsisolation zwischen Kommunikationsvorrichtungen schaffen.
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Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation geschaffen werden, die gut bei Anwendungen funktionieren, in denen elektrisches Rauschen weit verbreitet ist.
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Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation geschaffen werden, die die Decodierung von Manchester-codierten Signalverläufen verbessern.
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Diese und andere Beispiele für hier unterstützte Kombinationen von Elementen und Abläufen sowie deren Vorteile werden für Fachleute nach einer Lektüre der nachstehenden Beschreibungen und einer Analyse der verschiedenen Figuren der Zeichnung offensichtlich sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Mehrere Beispiele werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Elemente und/oder Abläufe mit gleichen Bezugsnummern versehen sind. Die Beispiele sind als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung der hierin offenbarten Konzepte gedacht. Es zeigen:
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1 einen Blockschaltplan eines Beispiels für ein System zur differentiellen Kommunikation;
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2 einen Schaltplan eines Beispiels für einen differentiellen Isolator des Systems zur differentiellen Kommunikation von 1;
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3 einen Blockschaltplan eines Beispiels für einen differentiellen Empfänger von 1;
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4 einen Schaltplan eines Beispiels für einen Komparator von 3;
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5 ein Diagramm eines Beispiels für einen von dem Komparator von 4 empfangenen digitalen Signalverlauf;
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6 ein Zustandsdiagramm eines Beispiels für ein Filter von 3;
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7 ein Diagramm von Beispielen für Manchester-codierte Signalverläufe;
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8 ein Zustandsdiagramm eines Beispiels für ein adaptives Filter von 3;
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9 eine Tabelle, die eine Funktionsweise des adaptiven Filters von 8 darstellt, und
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10 ein Diagramm einer nicht Manchester-codierten Präambelsequenz und einer nicht Manchester-codierten Stoppsequenz.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Diese Anmeldung beansprucht die Prioritätsrechte der USSN 61/587,108, USSN 61/587,113 und USSN 61/587,122, die am 16. Januar 2012 eingereicht wurden und hier durch Rückbezug aufgenommen sind.
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1 ist ein Blockschaltplan eines als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegten Systems zur differentiellen Kommunikation 10, das eine Vielzahl von physisch getrennten Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation 12A, 12B, 12C und 12D umfasst. in dieser Darstellung ist die Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation 12A eine Host-Vorrichtung, die einen Prozessor 14, einen differentiellen Sender Tx 16 und einen differentiellen Empfänger Rx 18 aufweist. Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation 12B und 12C sind als Zwischenvorrichtungen konfiguriert und die Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation 12D ist als eine Endgerätvorrichtung konfiguriert. Die Host-Vorrichtung 12A kommuniziert mit den Vorrichtungen zur digitalen Kommunikation 12B, 12C und 12D sowohl in Upstream-Richtung (vom Host her) als auch in Downstream-Richtung (zum Host hin). Zum Beispiel kann das System zur differentiellen Kommunikation 10 für ein Batterieüberwachungssystem sein, in dem die Vorrichtungen zur digitalen Kommunikation 12B, 12C und 12D mit physisch separaten, um den Akkupack herum angeordneten Batterieüberwachungsgeräten assoziiert sind. Die Anzahl von Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation kann in Abhängigkeit von der Anwendung variieren, aber sie wird immer mindestens zwei Vorrichtungen umfassen.
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In diesem nicht beschränkenden Beispiel enthält jede der Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation 12B, 12C und 12D eine Logik 20, einen mit der Logik 20 gekoppelten ersten Empfänger RXL 22, einen mit der Logik 20 gekoppelten ersten Sender TXU 24, einen mit der Logik 20 gekoppelten zweiten Empfänger RXU 26 und einen mit der Logik 20 gekoppelten zweiten Sender TXL 28. In diesem Beispiel empfängt der erste Empfänger RXL 22 jeder der Kommunikationsvorrichtungen 12B, 12C und 12D einen Upstream-Kommunikationsverkehr. Wie nachstehend besprochen, kann der zweite Empfänger 26 zum Empfang von Downstream-Kommunikationsverkehr verwendet werden oder nicht.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 1 können differentielle Isolatoren 30 zwischen einem Sender einer Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation und einem Empfänger einer benachbarten Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation in einem nicht beschränkenden Beispiel vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform sind die differentiellen Isolatoren von den Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation physisch getrennt und schaffen Schutz gegen Einkopplung von hohen Gleichtaktspannungen und Transienten von einer Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation in eine andere. Wie in dieser Figur erklärt, sind die differentiellen Isolatoren 30 zwischen den Sendern und Empfängern benachbarter Vorrichtungen zur digitalen Kommunikation in dem Upstream-Datenpfad vorgesehen. Wenn der Sender und die Empfänger benachbarter Vorrichtungen zur digitalen Kommunikation für einen Downstream-Kommunikationsverkehr verwendet werden, werden differentielle Isolatoren 30' verwendet.
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Das System zur differentiellen Kommunikation 10 veranschaulicht mehrere Downstream-Pfade für einen zu der Host-Vorrichtung 12A zurückkehrenden Kommunikationsverkehr. Zum Beispiel kann die Endgerätvorrichtung zur differentiellen Kommunikation 12D mit einem internen Rückpfad 32A oder einem externen Rückpfad 32B zwischen einem Sender TXU 24 und einem Empfänger RXU 26 konfiguriert sein. Bei diesen Beispielen sind differentielle Isolatoren 30' auf dem Downstream-Datenpfad vorzugsweise enthalten, um eine Downstream-Isolation zwischen benachbarten Vorrichtungen zur differentiellen Kommunikation zu schaffen. Alternativ kann ein externer Rückpfad 32C als ein Downstream-Datenpfad zwischen dem Sender TXU 24 der Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation 12D und dem Empfänger RX 18 der (Host-)Vorrichtung zur differentiellen Kommunikation 12A, vorzugsweise über einen Isolator 30', verwendet werden. In dieser Ausführungsform können Isolatoren 30' weggelassen sein.
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2 ist ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegter Schaltplan eines Isolators 30 des Systems zur differentiellen Kommunikation von 1. In diesem Beispiel umfasst der Isolator 30 einen differentiellen Eingang 33, der ein Paar Eingänge Vp und VN enthält. Ein erster Knoten eines DC-blockierenden Kondensators 34 ist mit dem differentiellen Eingang Vp gekoppelt und ein erster Knoten eines zweiten DC-blockierenden Kondensators 36 ist mit dem differentiellen Eingang VN gekoppelt. Zweite Knoten der blockierenden Kondensatoren 34 und 36 sind über die Reihenschaltung von Widerständen 38 und 40, die einen mit Masse verbundenen gemeinsamen Knoten aufweisen, miteinander gekoppelt. Zweite Knoten der blockierenden Kondensatoren 34 und 36 sind außerdem mit ersten Knoten von Widerständen 42 und 44 verbunden, deren zweite Knoten über die Reihenschaltung von Kondensatoren 46 und 48, die einen mit Masse verbundenen gemeinsamen Knoten aufweisen, miteinander gekoppelt sind. Ein differentieller Ausgang 50 ist vorgesehen, der von den Gleichtaktspannungen und Transienten der differentiellen Eingänge Vp und VN isoliert ist. Es ist offensichtlich, dass der Isolator 30 DC-Komponenten des differentiellen Eingangssignals blockiert und sein R/C-Netzwerk dabei hilft, die sehr hochfrequenten Komponenten („Hochfrequenzrauschen”) zu dämpfen.
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3 ist ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegter Blockschaltplan eines differentiellen Empfängers 22 von 1. In diesem Beispiel umfasst der differentielle Empfänger 22 einen Komparator 52, ein Filter 54 und einen adaptiven Abtaster 56. In diesem Beispiel ist der Komparator 52 mit dem differentiellen Ausgang 50 des Isolators 30 gekoppelt und dient dazu, Referenzspannungen, die beim Filtern eines eingehenden Signalverlaufs verwendet werden, zu liefern. Das Filter 54 dient zum Entfernen von Rauschen aus dem Signalverlauf und der adaptive Abtaster 56 tastet den Signalverlauf ab, um Wechsel zu ermitteln.
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4 ist ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegter Blockschaltplan eines Komparators 52 von 3. In diesem Beispiel umfasst der Komparator 52 einen differentiellen Eingang 58, der ein Paar Knoten 60 und 62 des differentiellen Eingangs aufweist, die mit dem differentiellen Ausgang 50 des Isolators 30 gekoppelt sind (siehe 2). Ein erster Knoten eines Widerstands 64 ist mit dem Knoten 60 des differentiellen Eingangs gekoppelt und ein erster Knoten eines Widerstands 66 ist mit Knoten 62 des differentiellen Eingangs gekoppelt. Zweite Knoten der Widerstände 64 und 66 sind über die Reihenschaltung eines Kondensators 68 und eines Kondensators 70 miteinander gekoppelt. Ein Knoten zwischen den Kondensatoren 68 und 70 ist mit Masse gekoppelt. Die zweiten Knoten der Widerstände 64 und 66 sind jeweils mit ersten Knoten von Widerständen 72 bzw. 74 gekoppelt. Zweite Knoten der Widerstände 72 und 74 sind über die Reihenschaltung von Widerständen 76 und 78 miteinander gekoppelt. An den zweiten Knoten der Widerstände 72 und 74 entsteht jeweils eine interne positive Spannung (VIP) bzw. eine interne negative Spannung (VIN) und an einem Knoten zwischen den Widerständen 76 und 78 entsteht eine interne Gleichtaktspannung (VCMI). Es ist daher offensichtlich, dass die Widerstände und Kondensatoren des Komparators 52 ein R/C-Netzwerk schaffen, das sowohl großes Gleichtaktrauschen als auch kleineres differentielles Rauschen dämpft, um die Verwendung von Niederspannungskomparatoren zum Abtasten des differentiellen Signals (VIP-VIN) zu ermöglichen. Ein wesentlicher Zweck dieses R/C-Netzwerks ist es zu verhindern, dass hohe Gleichtaktspannungen die nachstehend besprochenen Niederspannungskomparatoren beschneiden (clip).
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Das Komparatorbeispiel 58 von 4 umfasst ferner eine Anzahl von Niederspannungskomparatoren, darunter einen positiven Komparator 80, einen mittleren Komparator 82 und einen negativen Komparator 84. Vorzugsweise sind die Komparatoren 80, 82 und 84 Hysterese-Komparatoren. In diesem nicht beschränkenden Beispiel sind ein positiver Eingang des positiven Komparators 80 und ein positiver Eingang des mittleren Komparators 82 mit VIP gekoppelt. Außerdem sind in diesem Beispiel ein negativer Eingang des negativen Komparators 84 und ein negativer Eingang des mittleren Komparators 82 mit VIN gekoppelt. Als noch weitere Beispiele ist ein negativer Eingang des positiven Komparators 80 über eine erste Offsetspannungsquelle Voff 86 mit VIN gekoppelt und ein positiver Eingang des negativen Komparators 84 ist über eine zweite Offsetspannungsquelle Voff 88 mit VIP gekoppelt. Der positive Komparator 80 weist einen Ausgang OPOS auf, der mittlere Komparator 82 weist einen Ausgang OMID auf und der negative Komparator weist einen Ausgang ONEG auf.
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5 ist ein Diagramm eines Beispiels für einen von dem Komparator von 4 empfangenen digitalen Signalverlauf 90. In diesem Beispiel bewegt sich der digitale Signalverlauf 90 hinsichtlich der Amplitude von +Vdd bis –Vdd, wobei eine Ruhelage (Idle-Zustand) bei ungefähr null (0) Volt liegt. Die Komparatorausgänge OPOS, OMID und ONEG unterteilen das Diagramm in 4 Bereiche, die mit A, B, C und D gekennzeichnet sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist es offensichtlich, dass VIP = VIN = VCMI, wenn kein Signal vorliegt, und dass beim Vorliegen eines Signals die Komparatoren folgendermaßen „ansprechen”:
OMID = 1 wenn VIP-VIN > 0, sonst = 0
OPOS = 1 wenn VIP-VIN > Voff, sonst = 0,
ONEG = 1 wenn VIP-VIN > –Voff, sonst = 0
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Voff kann in diesem nicht beschränkenden Beispiel ungefähr 140 mV betragen (auf der Grundlage eines Dämpfungsnetzwerk von 3,3 V/24).
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Unter Verwendung dieser vier Bereiche ist es möglich, sieben (7) gültige Zustände aus einem Signalverlauf zu erhalten. Sieben Zustände sind insofern vorteilhaft, als es bei der Erfassung von 0/1 und 1/0-Wechseln und bei einer Fehlerermittlung (z. B. Erkennen von 2 Zuständen, die nicht gleichzeitig vorliegen können) hilfreich ist. In diesem nicht beschränkenden Beispiel wird OPOS durch die erste Offsetspannungsquelle 86 auf ungefähr Vdd/2 eingestellt und ONEG wird durch die zweite Offsetspannungsquelle 88 auf ungefähr –Vdd/2 eingestellt.
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Es ist zu beachten, dass der Signalverlauf 90 ein Rauschen N aufweist. Dieses Rauschen könnte möglicherweise einen Fehler beim Bestimmen des Spannungspegels des Signalverlaufs 90 verursachen. Durch Schaffen der vier Bereiche A, B, C und D kann genauer bestimmt werden, was der tatsächliche Wert des Signalverlaufs bei einem bestimmten Abtastpunkt ist.
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Das Filter 54 eines differentiellen Empfängers 22 arbeitet, um den Signalverlauf zu filtern und zum Beispiel das in 5 dargestellte Rauschen N zu entfernen. Das Filter 54 kann in diesem nicht beschränkenden Beispiel durch einen Zustandsautomaten implementiert sein, wie Fachleute erkennen werden. Andere Formen von Filtern sind ebenfalls geeignet.
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6 ist ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegtes Zustandsdiagramm 92 einer Zustandsautomat-Implementierung des Filters 54 (siehe 3). In diesem Beispiel liegen sieben verschiedene Zustände vor, die mit IDLE, STARKES HIGH, FALLEND, FIEL, STARKES LOW, STEIGEND und STIEG gekennzeichnet sind. Die Kennzeichnungen A, B, C und D entsprechen den Bereichen A, B, C und D von 5. Jedem der Zustände wurde ein arbiträrer Vier-Bit-Code zugeordnet, obwohl in anderen Ausführungsformen ein Drei-Bit-Code ausreichen kann (für sieben Zustände).
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Unter Bezugnahme auf sowohl 5 als auch 6 fängt das Signalverlaufsbeispiel 90 in einem Idle-Zustand an und verbleibt in diesem Zustand, solange sich das Signal in dem B- oder C-Bereich befindet. Wenn sich das Signal in den Bereich D bewegt, ist der Signalverlauf in dem STARKES HIGH-Zustand. Wenn sich das Signal in den Bereich C bewegt, ändert sich der Zustand auf FALLEND. Als Nächstes, wenn sich das Signal in den Bereich B bewegt, bewegt es sich in den Zustand FIEL, und wenn sich das Signal in den Bereich A bewegt, erreicht es den STARKES-LOW-Zustand. Der Zustandsautomat des Filters 54 setzt diesen Prozess fort, um eine saubere, im Wesentlichen rauschfreie Variante des Signalverlaufs zu erzeugen.
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Der übermittelte Signalverlauf (z. B. Signalverlauf 90 von 5) codiert Daten und andere Informationen in digitaler Form. Zum Beispiel kann eine Manchester-Codierung verwendet werden. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, ist die Manchester-Codierung (auch als „Phasencodierung” oder „PE” bekannt) ein Leitungscode, bei dem die Codierung jedes Datenbit mindestens einen Wechsel aufweist und dieselbe Zeit in Anspruch nimmt. Daher weist er keine DC-Komponente auf und ist taktrückgewinnend, was bedeutet, dass er induktiv oder kapazitiv gekoppelt werden kann und dass ein Taktsignal aus den codierten Daten zurückgewonnen werden kann. Jedoch können auch andere Formen von Codierung verwendet werden, wenn der charakteristische Signalverlauf keine DC-Komponente enthält, wie Fachleuten bekannt ist.
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7 ist ein Diagramm von Beispielen für Manchester-codierte Signalverläufe. Um die Signalverläufe zu decodieren, nimmt der differentielle Empfänger 22 eine Anzahl von Abtastwerten, wenn er das Vorliegen eines bestimmten Zustands oder „Bit” erwartet. Wenn der differentielle Empfänger 22 die Abtastwerte zu falscher Zeit nimmt, kann ein Fehler auftreten. Zum Beispiel veranschaulichen drei Signalverläufe 94, 96 und 98 in 7 normal, langsam und schnell übermittelte Versionen derselben Manchester-codierten Signale. Wie erwähnt, können Abtastfehler bei dem LANGSAM TX-Signalverlauf 96 und dem SCHNELL TX-Signalverlauf 98 auftreten.
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8 ist ein als Beispiel und nicht als Beschränkung dargelegtes Zustandsdiagramm 100 eines Zustandsautomaten für den adaptiven Abtaster 56, der den sicheren Wechsel zwischen geraden und ungeraden Bits eines Manchester-codierten Signalverlaufs verwendet, um das UART-Byte wieder durchgehend zu synchronisieren, und dadurch eine erhöhte Oszillatorfehlanpassungstoleranz zu ermöglichen. Der Zustandsautomat fängt in dem ZUSTAND NORMAL-Zustand an. Wenn der adaptive Abtaster 56 eine frühe Flanke erkennt, geht er in den Zustand MINUS_1 über. Wenn eine weitere frühe Flanke erkannt wird, geht er in den Zustand MINUS_2 über und so weiter. Ein Erkennen einer späten Flanke im MINUS_1-Zustand veranlasst ihn, zurück in den ZUSTAND-NORMAL-Zustand überzugehen. Gleichermaßen geht der Prozess in einen PLUS_1-Zustand über, wenn eine späte Flanke im ZUSTAND-NORMAL-Zustand erkannt wird, und so weiter. Der Zustandsautomat des adaptiven Abtasters 100 kann daher den Abtastpunkt des empfangenen Manchester-codierten Signalverlaufs um ±3 Abstasttaktzyklen anpassen, um ein adaptives Abtasten des Signalverlaufs zu liefern.
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Das nicht beschränkende Verfahrensbeispiel des adaptiven Abtasters 56 kann außerdem folgendermaßen unter Bezugnahme auf sowohl 7 als auch 8 erklärt werden. Die mittige Abtastung des Bit n ist bei einem herkömmlichen Abstastverfahren in einem System mit einem 8fachen Abtasttakt (z. B. 2 Mbps Systemtakt & 16 MHz Abtasttakt) 4 + 8*n Taktzyklen nach der Startflanke. Ein Abtasten des adaptiven Abtasters 56 passt die mittige Abtastung um maximal 4 + 8*n +/– 3 an. Im Fall eines langsamen Sender-Oszillators ist die Abtastung des letzten Stoppbit (@ Takt 84) in der Regel die Fehlerstelle, die zum Abtasten des Paritätsbit während der Stoppzeit führt. Das adaptive Abtasten kann sogar bis Takt 87 angepasst werden, was eine bessere Möglichkeit bietet, das empfangene Stoppbit korrekt abzutasten. Im Fall eines schnellen Sender-Oszillators ist die Abtastung des letzten Paritätsbit (@ Takt 76) in der Regel die Fehlerstelle, die zu einem Abtasten des Stoppbit während der Paritätszeit führt. Das adaptive Abtasten kann sogar bis Takt 73 angepasst werden, was eine bessere Möglichkeit bietet, das empfangene Paritätsbit korrekt abzutasten.
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9 ist eine Tabelle, die eine Funktion des adaptiven Filters von 8 darstellt und einen Vergleich einer Oszillatorfehlanpassungstoleranz eines herkömmlichen Abtastens auf der linken Seite gegenüber einem adaptiven, vorstehend beschrieben Abtasten zeigt. Es ist ersichtlich, dass ein adaptives Abtasten eine wesentliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Abtastverfahren darstellt.
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10 ist ein Diagramm einer nicht Manchester-codierten Präambelsequenz 102 und einer nicht-Manchester codierten Stoppsequenz 104 gemäß einem nicht beschränkenden Beispiel. Wie vorstehend erklärt, weist eine Manchester-Codierung bestimmte Vorteile in zum Beispiel störenden elektrischen Umgebungen auf. Diese einzelnen nicht Manchester-codierten Bytes funktionieren als Begrenzungszeichen zwischen Paketbefehlssequenzen, die die Notwendigkeit einer Idle-Phase beseitigen, oder als andere Signalbeschränkungen zum Initialisieren und Beenden von Befehlen. Dies ermöglicht es dem Host, kontinuierliche Ströme von Daten zu senden, die eine unbegrenzte Anzahl von Befehlen enthalten können, oder alternativ ermöglicht es dem Host, willkürliche Idle-Phasen innerhalb eines einzelnen Befehls zu senden.
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Präambelsequenz 102 umfasst eine Serie von Pulsen, wobei jede High-/Low-Zeit 1 bit dauert, auf die eine 3-Bit-Low-Phase und eine 3-Bit-High-Phase folgen. Ein unabhängiger Zustandsautomat kann beauftragt werden, alle eingehenden Daten auf diese Sequenz zu überwachen und ein UART-Byte an dieser Sequenz neu zu synchronisieren. Auf diese Weise kann der Host einen kontinuierlichen Datenstrom senden und sich von jeglichen Synchronisationsfehlern in den UART-Bytes erholen. Dieses Muster kann außerdem verwendet werden, um die Baudrate (in 2er-Potenzen einer Basisbaudrate) des eingehenden Signalverlaufs nach Erhalt lediglich eines einzelnen Byte zu bestimmen.
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Stoppsequenz 104 ist ein Manchester-„Fehler” zwischen Bits 0 & 1 eines UART-Byte. Durch Anordnen des Manchester-Fehlers möglichst früh in dem Byte kann die Vorrichtung vom Lesemodus in den Schreibmodus mit der minimalen Empfänger-zu-Sender-Latenz (2 Bits) schalten. In einem Ausführungsbeispiel sind Manchester-codierte Daten mit Even-Parity-Bit und 2 Stopp-Bits kombiniert, um ein Byte (Signalverlauf) von 6 High-Bits + 6 Low-Bits zu erzeugen. Dieser DC-ausgeglichene Signalverlauf ermöglicht eine Übermittlung mit kapazitiver Kopplung ohne die Notwendigkeit einer DC-Wiederherstellungsphase.
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Obwohl verschiedene Beispiele unter Verwendung konkreter Begriffe und Vorrichtungen beschrieben wurden, dient eine solche Beschreibung ausschließlich Veranschaulichungszwecken. Die verwendeten Worte sind Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung. Es versteht sich, dass Änderungen und Abwandlungen von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart und dem Umfang jeglicher hierin beschriebenen Beispiele abzuweichen. Es versteht sich außerdem, dass Aspekte verschiedener anderer Beispiele entweder vollständig oder teilweise vertauscht werden können. Es ist daher vorgesehen, dass die hierin und nachstehend vorgestellten Ansprüche gemäß ihrem wahren Erfindungsgedanken und Umfang und ohne Beschränkung oder Hinderung interpretiert werden sollen.
