DE19634099C2

DE19634099C2 - Method for bidirectional data transmission

Info

Publication number: DE19634099C2
Application number: DE1996134099
Authority: DE
Inventors: Martin Woyda-Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-24
Also published as: DE19634099A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben.The invention is based on the genus, as in independent claim 1 specified.

In der Gefahrenmeldetechnik werden Bus-Systeme eingesetzt, um die einzelnen Melder unabhängig voneinander überwachen zu können. Eine Erhöhung der Sicherheit ergibt sich durch den Einsatz von Ringleitungsstrukturen. Im LSN ("Lokalen SicherheitsNetzwerk") werden Zweidraht-Leitungen zur gleichzeitigen Übertragung von Energie und Daten eingesetzt (Sonderdruck von BOSCH TELENORMA "Lokales SicherheitsNetzwerk in Gefahrenmeldeanlagen, Ausgabe 3).Bus systems are used in hazard detection technology used to make the individual detectors independent to be able to monitor each other. An increase in Security results from the use of Ring line structures. In the LSN ("Local Safety network ") become two-wire lines simultaneous transmission of energy and data used (special print by BOSCH TELENORMA "Local Security network in alarm systems, edition 3).

Aufgabe der Erfindung ist eine Erhöhung der Reichweite. Eine Vergrößerung der erlaubten Länge der Zweidrahtleitung bei LSN-Leitungen (Ring- und Stichleitungen) von derzeit einem Kilometer würde besonders in der Brandmeldetechnik die Einsatzmöglichkeit von LSN vergrößern. Ideal wäre es, wenn die Reichweite nur durch den Spannungsabfall begrenzt wäre, der sich durch das Ohmsche Gesetz ergibt. The object of the invention is to increase the range. An increase in the allowed length of the Two-wire line for LSN lines (ring and Branch lines) of currently one kilometer especially in fire alarm technology Increase the possible use of LSN. It would be ideal if the range is only due to the voltage drop would be limited, which results from Ohm's law.

Das Verfahren der bidirektionalen Datenübertragung im LSN weist eine richtungsabhängige Unsymmetrie der Übertragungsqualität auf. Während die spannungsgeprägte Übertragung vom Master zu den Slaves infolge des Stromsenkenverhaltens der Slaves dämpfungsfrei erfolgt und daher als qualitativ hochwertig mit geringer Störanfälligkeit und großer Reichweite bezeichnet werden kann, ist die stromgeprägte Übertragung von den Slaves zum Master von geringerer Qualität. Dieses gilt für alle derzeitigen Komponenten des LSN.The process of bidirectional data transmission in the LSN shows a directional asymmetry of the Transmission quality. While the tense Transmission from the master to the slaves as a result of the Current sink behavior of the slaves is done without damping and therefore as high quality with less Susceptibility to malfunction and long range is the current-driven transmission from the slaves to the Master of lower quality. This applies to everyone current components of the LSN.

Eine der Ursachen hierfür ist darin zu sehen, daß der Zeitpunkt des Eintreffens der Daten von den Slaves beim Master unbekannt ist. Um diese Daten zu empfangen, wird derzeit nach Absenden der Daten zu den Slaves ein zeitliches Empfangsfenster geöffnet, innerhalb dessen die Antwort der Slaves liegen muß. In diesem asynchronen Verfahren ist der Zeitpunkt des Eintreffens des ersten Bits unsicher, deshalb muß der Empfänger mit einer Empfindlichkeit arbeiten, die gewährleistet, daß die Datenbits wesentliche Änderungen der vom Rauschen des Datenübertragungskanals hervorgerufenen Spannung erzeugen.One of the reasons for this can be seen in the fact that the Time of arrival of the data from the slaves at Master is unknown. To receive this data, currently a time after sending the data to the slaves Reception window opened, within which the response of the Slaves must lie. In this asynchronous procedure the Time of arrival of the first bit uncertain, therefore the receiver must work with a sensitivity that ensures that the data bits change significantly caused by the noise of the data transmission channel Create tension.

Eine weitere Ursache liegt darin, daß der Kapazitätsbelag des Datenübertragungskanals zu einer Stromteilung führt, so daß nur ein Bruchteil des von den Slaves erzeugten Stromhubes beim Master ankommt. Da die Information, ob es sich bei den übertragenen Bits jeweils um eine logische Eins oder Null handelt, in der Dauer des einzelnen Bits liegt, ist die Lage der Entscheidungsschwelle im Empfänger des Masters ausschlaggebend. Diese Entscheidungsschwelle muß festgelegt werden, ohne eine Kenntnis über die Amplitude der zu erwartenden Datenbits zu besitzen. Liegt diese Schwelle zu nahe beim Ruhestrom, besteht die Gefahr, daß Rauschanteile die Schwelle erreichen und somit die Daten verfälschen oder daß es wegen der Impulsverzerrungen zu einer Vertauschung von Nullen und Einsen kommt. Liegt diese Schwelle zu hoch, können kleine Stromänderungen nicht mehr erkannt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Einschränkung der Reichweite des Systems.Another reason is that the capacity of the data transmission channel leads to a current division, so that only a fraction of that generated by the slaves Stromhubes arrives at the master. As the information whether it a logical one for the transmitted bits or zero, is in the duration of the single bit, is the location of the decision threshold in the recipient of the Masters decisive. This decision threshold must be fixed without knowing the amplitude of the to have expected data bits. Is this threshold too close to the quiescent current, there is a risk that Noise components reach the threshold and thus the data falsify or that it is due to impulse distortion an exchange of zeros and ones. Is this Threshold too high, small changes in current can no longer be recognized. In this way there is one Limiting the range of the system.

Advantages of the invention

Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat folgende Vorteile:
The subject of the application with the features of claim 1 has the following advantages:

- There is an increase in range that can only be achieved by the detection limit of the current pulses in the master is limited is. The current stroke of the slaves is only set so high as is necessary for this proof.
- The current stroke does not reduce the available supply voltage at the end of the line.
- The current pulse is during the "high" state delivered so that an additional voltage reserve arises.
- There is an additional advantage Energy saving, since not every average second bit, as before, by a full current pulse is shown.
- The detection in the master is simplified because only the qualitative decision "current increase or not" must be taken.
- The answer of the slaves is drift-free, since every bit is the clock is resynchronized.
- The previous, complex interference suppression can be omitted, since time measurements are no longer necessary.
- The previous use of repeaters is superfluous.
- Only the software has to be adapted in the slaves, it is no hardware change required.
- There is a mixture of existing and new components possible until all components have been converted.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können. Durch diese Weiterbildungen ergeben sich weitere Vorteile:
Advantageous further developments are specified in the dependent claims, the characteristics of which can also be combined with one another, where appropriate. This training offers further advantages:

- Start bit and stop bit are omitted.
- A dynamic adaptation to the distance to the slaves is possible by adjusting a decision threshold.

Im Folgenden wird gezeigt, wie ein bitsynchrones Verfahren der Datenübertragung von den Slaves zum Master realisiert werden kann. Hierbei müssen die Slaves, wie auch schon bisher, nicht über eine stabile Zeitbasis verfügen. The following shows how a bit-synchronous method data transfer from the slaves to the master can be. Here the slaves, like already so far, do not have a stable time base.

Der Grundgedanke besteht darin, daß der Master, der über einen quarzstabilen Takt verfügt, eine spannungsgeprägte Übertragung einer Datenfolge jeweils mit einem spannungsgeprägten Takt, das heißt, mit einer Sequenz von Taktsignalen, fortsetzt, deren Anzahl der vom Slave erwarteten Bits entspricht. Der Slave setzt nun seinen Stromimpuls in diejenigen Positionen der Sequenz, die der Wertigkeit der logischen Einsen seines Datentelegrammes entsprechen. Auf diese Weise wird für jedes Bit ein Zeitfenster geöffnet, in das die Information nach nur wenigen Maschinenzyklen eingeschrieben wird. Das Ausbleiben des Stromimpulses wird vom Master als logische Null gewertet. Damit das von einem Slave gesendete Datentelegramm, das dem Wert 00 entspricht, sich vom Ausbleiben jeglicher Stromimpulse unterscheidet, wird das Paritätsbit so definiert, daß es bei diesem Datentelegramm als "Überlebensbit" gesetzt ist (ungerade Parität). Auf die Übertragung von Start- und Stopbits kann jeweils verzichtet werden, da Beginn und Ende der Übertragung eines Datentelegramms vom Master durch die Sequenz von Taktsignalen festgelegt wird.The basic idea is that the master who has has a quartz-stable clock, a voltage-shaped Transmission of a data sequence with one tense clock, that is, with a sequence of Clock signals, the number of which continues from the slave expected bits. The slave now sets his Current pulse in those positions in the sequence that the Significance of the logical ones of his data telegram correspond. In this way, one for each bit Time window opened, in which the information after only a few machine cycles is registered. The absence of the current pulse is the logic zero from the master rated. So that that sent by a slave Data telegram that corresponds to the value 00 differs from Failure to distinguish any current impulses will Parity bit defined so that it is with this data telegram is set as "survival bit" (odd parity). On the Transmission of start and stop bits can be omitted as the start and end of the transmission of a Data telegram from the master through the sequence of Clock signals is set.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description explained.

Description of the embodiment

Die folgende Zeichnung stellt dem bisherigen das neue Übertragungsverfahren gegenüber. Als Beispiel wurde für Adresse und Daten der Wert 01 dargestellt.The following drawing represents the new one Transmission procedures. As an example for Address and data of the value 01 are shown.

Der linke Teil der Zeichnungen zeigt jeweils die spannungsmodulierte Adressierung des Slaves mit der Adresse "Eins". Die Bitfolge ist Startbit SB, Adressbits A0 ... A7, Paritätsbit P und Stopbit STP. Im oberen Teil ist die bisher verwendete Adressierung dargestellt, die nach dem Stopbit beendet ist, rechts ist die strommodulierte Antwort des Slave zu sehen, die Bitfolge ist Startbit SB, Datenbits D0 bis D7, Paritätsbit P und Stopbit STP. Im unteren Teil ist das neue Verfahren dargestellt, das sich bis nach Aussenden des Stopbits nicht von der bisherigen Adressierung unterscheidet. Rechts sind die Taktimpulse für die Synchronisierung der Slaves angefügt, wobei im ersten Taktimpuls das Datenbit D0 durch einen Stromimpuls vom Slave markiert ist.The left part of the drawings shows the voltage-modulated addressing of the slave with the address "One". The bit sequence is start bit SB, address bits A0 ... A7, Parity bit P and stop bit STP. So far in the upper part used addressing shown after the stop bit is finished, the current modulated answer of the To see slave, the bit sequence is start bit SB, data bits D0 to D7, parity bit P and stop bit STP. In the lower part is presented the new procedure, which extends itself after sending out of the stop bit not from the previous addressing differs. On the right are the clock pulses for the Synchronization of the slaves added, whereby in the first Clock pulse the data bit D0 by a current pulse from the slave is marked.

Der rechte Teil des oberen Bildes zeigt innerhalb eines Empfangsfensters E das Oszillogramm der bisherigen Slaveantwort, wie es sich qualitativ als Spannungsabfall, hervorgerufen durch den Leitungswiderstand, beim Slave zeigen würde. Die Lage der idealen Entscheiderschwelle ist als dicke, waagerechte Linie eingezeichnet. Man sieht, daß Amplituden der halben Höhe nicht mehr fehlerfrei detektiert werden würden. Zu berücksichtigen ist, daß eine Verschiebung der Entscheiderschwelle in Richtung der Nullinie wegen der Verzerrung der Impulse durch den Übertragungskanal zu einer Vertauschung von Nullen und Einsen führen kann. Die Lage des Datentelegramms innerhalb des Empfangsfensters E ist nicht definiert und hängt von der Taktfrequenz des Slaves ab, ebenso die absolute Dauer von Nullen und Einsen. Die Strommodulation führt zu einer Verringerung der Versorgungsspannung (das ist der Gleichspannungsanteil des gezeigten Datentelegramms) und damit zu einer Begrenzung der Reichweite in Abhängigkeit vom Leitungswiderstand.The right part of the picture above shows inside a Receiving window E the oscillogram of the previous one Slave response, as is qualitatively a voltage drop, caused by the line resistance at the slave would show. The location of the ideal decision threshold is drawn as a thick, horizontal line. One can see that Half-height amplitudes are no longer detected correctly would be. It should be borne in mind that a shift the decision threshold towards the zero line because of the Distortion of the impulses through the transmission channel to one Swapping zeros and ones can result. The location of the Data telegram within the reception window E is not defines and depends on the clock frequency of the slave, also the absolute duration of zeros and ones. The Current modulation leads to a reduction in Supply voltage (this is the DC component of the shown data telegram) and thus to limit the Range depending on the line resistance.

Das untere Bild zeigt das erfindungsgemäß verbesserte Verfahren. Im rechten Teil des unteren Bildes ist die Sequenz von Taktsignalen gezeigt, mit welcher der Master den Takt seiner Datenfolge fortsetzt, wobei durch den Slave das erste Bit (D0) durch einen Stromimpuls I markiert wurde. Die Detektion durch den Master kann nun auf verschiedene Art, wie auch durch Kombination mehrerer Arten erfolgen Eine Möglichkeit besteht darin, festzustellen, ob der Takt überhaupt mit einer Stromerhöhung korreliert ist. Wird die Detektion des Stromimpulses, z. B. durch Integration, ausgehend vom maximalen Wert der Taktsignalspannung vorgenommen, so kann die Entscheiderschwelle sehr nahe an diese Spannung gelegt werden, da das Rauschen im allgemeinen keinen Beitrag zum Integral liefert. Dies wird durch die schräge Gerade im Stromimpuls I veranschaulicht. Vor jedem Bit steht der maximale Wert der Taktsignalspannung erneut zur Verfügung, so daß die Entscheiderschwelle mit Hilfe einer Klemmschaltung von diesem Wert abgeleitet werden kann. Bei entsprechender Dimensionierung kann der Stromhub des Slaves herabgesetzt werden, so daß es auch bei längeren Leitungen nicht zu einer Unterschreitung der Ruhespannung kommt. The lower picture shows the improvement according to the invention Method. In the right part of the picture below is the Sequence of clock signals shown with which the master Clock continues its data sequence, whereby the slave first bit (D0) was marked by a current pulse I. The Detection by the master can now be done in different ways, as well as by combining several types One way is to determine if the clock is correlated with an increase in current at all. Will the Detection of the current pulse, e.g. B. through integration, based on the maximum value of the clock signal voltage made, the decision threshold can be very close to this voltage can be applied because of the noise in general makes no contribution to the integral. This is through the oblique straight line illustrated in the current pulse I. In front of everyone Bit represents the maximum value of the clock signal voltage again available so that the decision threshold with the help a clamping circuit can be derived from this value. With appropriate dimensioning, the current swing of the Slaves are reduced, so that it is longer Lines do not fall below the quiescent voltage is coming.

Eine individuelle Anpassung an die einzelnen Slaves kann dadurch erfolgen, daß den Taktsignalen z. B. zwei Leertakte vorangestellt werden, die vom adressierten Slave immer mit einer Eins und einer darauffolgenden Null (oder umgekehrt) "gefüllt" werden. Der Mittelwert dieser beiden Zustände kann dann die Entscheiderschwelle für die folgenden Datenbits (also Stromimpulse) bestimmen, oder es kann durch einen Mustervergleich mit den folgenden Bits deren Wert ermittelt werden. So kann eine Anpassung an die entfernungsabhängige Dämpfung der Slave-Signale erfolgen. Um Übertragungszeit zu sparen, wäre es auch möglich, diesen beiden Bits den Wert des Paritätsbits und des invertierten Paritätsbits zu geben, so daß nur insgesamt ein Bit mehr zu übertragen wäre als ohne Anpassung der Entscheiderschwelle.An individual adaptation to the individual slaves can by the fact that the clock signals z. B. two empty clocks are always preceded by the addressed slave a one and a subsequent zero (or vice versa) be "filled". The mean of these two states can then the decision threshold for the following data bits (i.e. current pulses), or it can be determined by a Pattern comparison with the following bits whose value is determined will. So an adaptation to the distance-dependent The slave signals are damped. To transfer time too save, it would also be possible to value these two bits of the parity bit and the inverted parity bit, so that only one bit more would have to be transmitted than without adjusting the decision threshold.

Claims

1. Method for bidirectional data transmission on a bus between a master and slaves, the transmission of data sequences from the master to the slaves being voltage-sensitive and the slaves having the behavior of current sinks when transmitting, characterized in that

1. - that after the transmission of a data sequence from the master to a slave, a sequence of clock signals from the master is given on the bus, in which a pulse with a voltage alternates continuously with a pulse with a different voltage, and
2. - that the pulses with the higher voltage each serve as a window for current pulses of the slave, which are either a logical one or a zero.

2. The method according to claim 1, characterized in that in Master the detection of the current pulses by their Integration, which starts from the higher tension, with subsequent comparison with a decision threshold he follows.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an individual adaptation to a sending slave in that at the beginning of the sequence of clock signals only one of two pulses of higher voltage from sending slave is assigned a current pulse and in Master the mean of the voltage values of the resulting Pulse roofs as a decision threshold for others from the slave sent current pulses is used.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the beginning of the sequence of clock signals only one of two pulses of higher voltage from a sending slave is loaded with a current pulse and the value of the following current pulses sent by the slave in the master is determined by pattern comparison.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that one of the two clock signals at the beginning of the sequence of Clock signals from the slave the value of a parity bit and that other clock signal the value of the inverted parity bit gets embossed.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the delivery of start and stop bits is waived by the slaves.