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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für einen
optischen Datenbus mit mehreren Teilnehmern, die jeweils über einen
optoelektronischen Wandler (OEW) am Datenbus angeschlossen sind
sowie eine Vorrichtung zur Realisierung des Betriebsverfahrens.
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Bekannte
und gebräuchliche
OEW's, wie sie beispielsweise
aus der
EP 0 671 833
A2 bekannt sind, erfordern für ihre Arbeitsweise aufgrund
einer hohen erforderlichen Signalverstärkung einen Ruhestrom von mindestens
10 mA. Soll in Betriebspausen die Empfangsbereitschaft bestehen,
so ergibt sich damit ein Ruhestrom, der mindestens gleich dem angegebenen
Minimalwert multipliziert mit der Anzahl der Teilnehmer ist. Bei
Anwendung optischer Bussysteme in Fahrzeugen ergeben sich damit
Ruheströme, die
weit über
dem zulässigen
Wert von 50 mA liegen.
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Eine
Möglichkeit,
diesem Problem zu entgehen besteht darin, die OEW's bei längeren Betriebspausen
durch eine separate Strom-Signalleitung zu aktivieren und wieder
zu inaktivieren. Zu jedem Teilnehmer ist hierzu eine Signalleitung
zu verlegen mit den damit verbundenen Nachteilen, wie Kosten, Gewicht,
zusätzliche
Steckverbindung sowie Störanfälligkeit
bei Unterbrechung der Signalleitung. Wird diese beispielsweise als
Ringleitung verlegt, so sind von einer Unterbrechung der Signalleitung
meist eine Vielzahl von Busteilnehmern betroffen. Auch ergibt sich
damit das grundsätzliche
Problem, die mit der Anwendung eines optischen Datenbusses verbundenen
Vorteile durch Verwendung einer parallelen und einem elektrischen
Datenbus entsprechenden Leitungsstruktur zumindest teilweise wieder
aufzugeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch einen geringen
Ruhestromverbrauch und den Entfall einer elektrischen Signalleitungsstruktur
auszeichnet. Ein derartiges Betriebsverfahren eignet sich besonders
zur Anwendung bei Fahrzeugen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete Vorrichtung
zu schaffen, mit der das Betriebsverfahren durchgeführt werden
kann.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe hinsichtlich des Betriebsverfahrens durch die Kennzeichenmerkmale
des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 7.
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Das
Betriebsverfahren zeichnet sich durch einen geringen Ruhestrombedarf
aus. Da die Busteilnehmer bei längeren
Betriebspausen inaktiviert sind, ergibt sich nur noch für die optoelektronischen
Schalter ein Ruhestrombedarf. Da derartige Schalter so konzipiert
werden können,
daß sie
einen Ruhestrom von etwa 10 nA haben, ergibt sich in der Summe auch
bei einer Vielzahl von Teilnehmern ein Summenstrom, der unter der
eingangs genannten Grenze von 50 mA liegt. Mit diesem Betriebsverfahren
kann der Datenbus dann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden und
kommt ohne eine elektrische Signalleitungsstruktur aus.
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Das
mit Hilfe der OES mögliche
optische Wecken des optischen Datenbuses ermöglicht ein lokal gesteuertes,
lokales Schalten der Versorgungsspannungen der einzelnen OEW's mit sehr geringem Aufwand.
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OEW
und OES können
in einem Stecker integriert sein und werden vom Lichtwellenleiter
des optischen Datenbus mit Licht versorgt. Der OES erkennt aufgrund
von auftretenden Lichtsignalen, ob ein Datenverkehr auf dem Bus
stattfindet und steuert über
eine Auswerteschaltung einen elektronischen Schalter an, der die
Versorgungsspannung des OEW's
schaltet.
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Bei
diesem Schalter kann es sich beispielsweise um einen bekannten High-Side-FET-Schalter handeln.
Da der OES nicht für
die Abwicklung des schnellen Datenverkehrs zuständig ist, kann hierfür ein optoelektronisches
Bauelement mit einer hohen Eigenvewrstärkung und damit einer hohen
Fotostromausbeute verwendet werden. Ein zusätzlicher, ruhestromintensiver
Verstärker
ist hier nicht erforderlich. Ein Beispiel hierfür ist ein selbstsperrender MOSFET
(Fototransistor) mit einem optisch zugänglichen Gate. Findet auf dem
Datenbus ein Datenverkehr statt, werden Lichtsignale gesendet, es
treffen Photonen auf das Gate auf und laden dieses auf. Der MOSFET
leitet. Dieser Zustand wird beispielsweise mit einem Mikroprozessor
als Auswerteschaltung ausgewertet, der dann den High-Side-Schalter durchsteuert.
Der OEW liegt dann an der Betriebsspannung. Er ist aktiv und kann
den Datenverkehr abwickeln. Treffen keine Photonen mehr auf das Gate
auf, entlädt
sich dieses und der MOSFET sperrt. Nach einer definierten, von der
Bauform des OES abhängigen
Wartezeit von z. B. einigen Sekunden, schaltet der Mikroprozessor
die Versorgungsspannung des OEW's
ab. Ist der Bus an einer Stelle unterbrochen, gehen nicht mehr erreichbare
Teilnehmer in den Schlafmodus und deaktivieren ihre ruhestromintensiven
OEWs. Erreichbare Teilnehmer bleiben wach..
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Die
Auswertung des Signals des OES durch einen Mikroprozessor erlaubt
ein hohes Maß an
Flexibilität.
Insbesondere wird dadurch die Diagnosefähigkeit des Datenbusses stark
erweitert. Mit Hilfe des OES läßt sich
die Funktion des OEW's überprüfen. Der
OEW arbeitet dann abhängig
vom Schaltzustand des OES.
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Wird
der Eintritt in den Schlaf-Modus und damit dem Abschalten der OEW's durch ein Bustelegramm
eines den Datenverkehr auf dem Datenbus in der Regel steuernden
Busmasters angekündigt,
können
die Bus-Teilnehmer das Ausbleiben von Lichtimpulsen aufgrund einer
Störung
des Datenbusses erkennen. Da dann das vorbereitende Schlaf-Telegramm
fehlt, kann das Ausbleiben an Lichtimpulsen nur auf eine Störung zurückzuführen sein.
Der Bus-Teilnehmer kann dann ein Störungs-Telegramm an die anderen
Teilnehmer und/oder den Busmaster senden. Das Telegramm kann zusätzlich die
Teilnehmeradresse enthalten. Der Busmaster und/oder die anderen
Teilnehmer können
dann entsprechend reagieren. Der von der Störung betroffene Teilnehmer kann
selbst ein Notprogramm fahren, indem er beispielsweise eine kritische
Funktion beendet oder wichtige Funktionen selbstätig erfüllt und deren Daten sendet.
Anschließend
kann sich der betroffene Teilnehmer in einen Schlafmodus mit geringem
Ruhestrombedarf begeben.
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Anhand
der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zum Einsatz für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren
eines optischen Datenbus.
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Die
in der Figur gezeigte Vorrichtung besteht aus einem optoelektronischen
Wandler OEW als Hauptempfängerelement
zur Durchführung
des Datenverkehrs auf einem optischen Datenbus, der ausschnittsweise
als Lichtwellenleiter LWL dargestellt ist. Mit dem OEW integriert
ist ein Hilfsempfängerele ment
als optoelektronischer Schalter OES, der sich durch eine hohe Fotostromausbeute
auszeichnet, der aber andererseits nicht in der Lage ist, den Datenverkehr
durchzuführen.
Dem OES nachgeschaltet ist eine Auswerteschaltung in Form eines
Mikroprozessors uP sowie ein davon gesteuerter High-Side-Schalter
HS, der den OEW an der Betriebsspannung V+ an- und abschaltet.
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OEW,
OES und HS sind in einem Steckergehäuse untergebracht. Der Mikroprozessor
uP wertet den Schaltzustand des wenig ruhestromintensiven Hilfsempfängerelements
OES aus und schaltet bei Auftreffen von Lichtimpulsen, die über den
Lichtwellenleiter LWL von einem anderen, nicht dargestellten Busteilnehmer
auf den Lichtwellenleiter LWL ausgegeben werden, den OEW durch Schließen des
Schalters HS an der Betriebsspannung an.
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Bleiben
Lichtimpulse für
eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise 1 ms aus, so wird
das Hilfsempfängerelement
OES nicht-leitend. Der Mikroprozessor uP erkennt dies und öffnet den
Schalter HS. Dadurch wird der OEW von der Betriebsspannung abgeschaltet
und damit deaktiviert. Der dann noch erforderliche Ruhestrombedarf
ergibt sich lediglich als Dunkelstrom für das ständig aktive Hilfsempfängerelement
OES. Er unterscheidet sich gegenüber
dem Ruhestrombedarf des OEW um mehrere 10er-Potenzen. Dadurch wird
es möglich,
allein über den
Datenbus den einzelnen OEW und damit den einzelnen Teilnehmer zu
wecken. Dies kann von einem beliebigen Busteilnehmer aus erfolgen.
In einer Ringstruktur beispielsweise sendet der weckende Busteilnehmer
hierzu beliebige Bitfolgen, um die ihm nachfolgenden Teilnehmer
zu aktivieren. Wird der Empfänger
des weckenden Teilnehmers aktiviert, hat das Wecksignal den ganzen
Ring durchlaufen. Der Bus ist wach und ein Datenverkehr kann aufgenommen
werden.
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Ein
derartiger, aus OES, OEW und HS bestehender, dem jeweiligen Teilnehmer
zugeordneter Gesamtempfänger
hat im Schlaf-Modus einen sehr geringen Ruhestrom im Bereich von
wenigen nA und eignet sich daher für den Betrieb in Fahrzeugen.
Der Zusatzaufwand gegenüber
einem nicht weckfähigen, ständig aktivierten
System beschränkt
sich auf zwei zusätzliche
Halbleiterbauelemente (OES und HS).