DE19742170A1 - Verfahren zur Erzeugung des Arbeitstaktes in einem Modul eines Datenübertragungssystems, und entsprechend ausgestattetes Datenübertragungssystem - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung des Arbeitstaktes in einem Modul eines Datenübertragungssystems, und entsprechend ausgestattetes DatenübertragungssystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung des Ar
beitstakts in einem Modul eines Datenübertragungssystems,
insbesondere in einem Insassenschutzsystem eines Kraftfahr
zeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Datenübertragungssystem gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Üblicherweise erfolgt bei gattungsgemäßen Verfahren die Er
zeugung des Arbeitstakts in dem Modul durch einen eigenen
Resonator, zum Beispiel einen in dem Modul angeordneten Kera
mikresonator. Insassenschutzsysteme, zum Beispiel Airbag-
Steuergeräte weisen hierbei oftmals ein zentrales Steuergerät
(ECU) sowie ausgelagerte, Beschleunigungssensoren enthaltende
Module (Satelliten) auf, wobei die ausgelagerten Module zum
Beispiel die Beschleunigungen im Fall eines Seitenaufpralls
melden oder Unfallfrüherkennungsinformationen erzeugen.
Das zentrale Steuergerät ist ebenfalls mit einer eigenen
Zeitbasis in Form eines Resonators ausgestattet. Die ausgela
gerten Module senden häufig in einem festgelegten Raster Er
kennungssignale zum zentralen Steuergerät, um diesen ihren
korrekten, aktiven Betriebszustand zu melden. Das Senderaster
ist aber von der eigenen, durch den Resonator erzeugten Zeit
basis des Satelliten abhängig, so daß die Kommunikation asyn
chron verläuft und deshalb störanfällig ist. Auch muß die im
Satelliten verwendete Zeitbasis hohe Genauigkeit für die Si
cherstellung der korrekten digitalen Signalverarbeitung in
dem Modul aufweisen und ist damit technisch aufwendig.
Weiterhin ist es wichtig, daß der Arbeitstakt des oder der
Module und der Arbeitstakt des zentralen Steuergeräts über
einstimmen. Wenn diese Arbeitstakte nicht exakt synchroni
siert sind, können bei der Auswertung der vom Modul gemesse
nen und an das zentrale Steuergerät übertragenen Beschleuni
gungssignale Fehler, insbesondere Aliasing-Fehler auftreten,
so daß die Frequenz der tatsächlich gemessenen Beschleuni
gungssignale von der im Steuergerät ermittelten Frequenz der
Steuersignale nach deren Auswertung abweichen kann. Diese
Fehlauswertungen können z. B. zur unerwünschten, nicht not
wendigen Einleitung von Schutzmaßnahmen führen und sind daher
kritisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten,
daß die Erzeugung des Arbeitstakts in dem Modul mit geringem
Aufwand erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Maß
nahmen gelöst.
Weiterhin wird mit der Erfindung ein Datenübertragungssystem
gemäß dem Patentanspruch 4 geschaffen, bei dem der Ar
beitstakt im Modul mit geringem Aufwand zuverlässig erzeugbar
ist.
Bei der Erfindung erzeugt das Steuergerät somit ein Synchro
nisationstaktsignal, das dem Modul zugeführt wird und auf
dessen Basis das Modul seinen eigenen Arbeitstakt mit Hilfe
eines Frequenz- und/oder Phasenregelkreises generiert. Da der
Einsatz eines Frequenz- und/oder Phasenregelkreises nur sehr
viel geringeren Aufwand erfordert als die Verwendung eines
eigenen Resonators, ist die Generierung des Arbeitstakts im
Modul mit geringem technischen Aufwand möglich.
Ferner wird der Vorteil erzielt, daß der im Modul gebildete
Arbeitstakt ständig mit dem vom Steuergerät zugeführten Syn
chronisationstaktsignal korreliert ist, so daß ein synchrones
Arbeiten des Steuergeräts und des Moduls erreichbar ist. Da
mit ist eine synchrone Verbindung zwischen dem Steuergerät
und dem Modul ermöglicht, die eine deutlich höhere Übertra
gungsgeschwindigkeit und Übertragungssicherheit, verglichen
mit einer asynchronen Kommunikation, besitzt.
Der Frequenz- und/oder Phasenregelkreis des Moduls kann durch
eine voll integrierbare kostengünstige Schaltung gebildet
sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Syn
chronisationstaktsignal vom Steuergerät in Form von Span
nungsimpulsen erzeugt, wohingegen das Modul die zu übertra
genden Daten in Form von Stromimpulsen zum Steuergerät über
trägt. Die Schnittstelle zwischen dem Steuergerät und dem
Modul ist somit als bidirektionale Schnittstelle ausgelegt,
die in der Richtung vom Steuergerät zum Modul als Spannungs
schnittstelle wirkt und in der Richtung vom Modul zum Steuer
gerät als Stromschnittstelle arbeitet. Hierdurch läßt sich
sicherstellen, daß das vom Steuergerät zum Modul übertragene
Synchronisationstaktsignal völlig unabhängig von einer even
tuell gleichzeitig in Gegenrichtung erfolgenden Datenübertra
gung gesendet werden kann. Zwischen dem Steuergerät und dem
Modul besteht somit eine synchrone und bidirektionale, voll
duplexfähige Übertragungsstrecke. Das Steuergerät kann hier
bei selbstverständlich nicht nur das Synchronisationstaktsi
gnal zum Modul übertragen, sondern auch zusätzliche Daten
senden, zum Beispiel Steuerdaten für Programmierungszwecke
des Moduls.
Vorzugsweise ist das von dem Steuergerät gesendete Synchroni
sationstaktsignal ein niederfrequentes Signal, das zum Bei
spiel eine Frequenz unterhalb von 10 Kilohertz, zum Beispiel
bei 1 bis 2 Kilohertz aufweist. Auf der Basis dieses Synchro
nisationstaktsignals erzeugt der Frequenz- und/oder Phasenre
gelkreis im Modul ein frequenz- und/oder phasenstarres inter
nes Signal, das dann durch Frequenzvervielfachung auf den
Arbeitstakt des Moduls, zum Beispiel auf 10 bis 16 Megahertz,
vervielfacht wird. Der Einsatz eines niederfrequenten Syn
chronisationstaktsignals bringt den Vorteil, daß die Bela
stung des zentralen Steuergeräts durch die Erzeugung dieses
Signals entsprechend reduziert ist und auch eine eventuell
gleichzeitig erfolgende, sehr viel höherfrequente Datenüber
tragung klar von dem Synchronisationstaktsignal unterscheid
bar ist, d. h. keine Störungen dieses Signals und somit der
Frequenzstabilität des Arbeitstakts im Modul hervorruft.
Das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem läßt sich in
vorteilhafter Ausgestaltung noch weiter dadurch vereinfachen,
daß die Datenübertragungsleitung nicht nur zur Datenübertra
gung und Synchronisationstaktsignalübertragung benutzt wird,
sondern zugleich als Spannungsversorgungsleitung für das Mo
dul dient. Dieses benötigt daher keinen separaten Spannungs
anschluß, sondern kann von dem Steuergerät ohne zusätzlichen
Verdrahtungsaufwand mit der Versorgungsspannung gespeist wer
den. Das Modul ist in diesem Fall vorzugsweise mit einem
Spannungsregler zur Erzeugung einer konstanten Modul-
Versorgungsspannung versehen.
Die Erfindung läßt sich nicht nur bei Insassenschutzsystemen
wie Airbag-Systemen oder Gurtstraffer-Systemen einsetzen,
sondern auch zur Datenübertragung zwischen für andere Zwecke
vorgesehenen Steuergeräten und zugehörigen ausgelagerten
Schaltungen insbesondere in Kraftfahrzeugen einsetzen. Wei
terhin können an das Steuergerät auch mehrere Module ange
schlossen sein, deren interner Arbeitstakt jeweils auf der
Basis des vom zentralen Steuergerät zugeführten Synchronisa
tionstaktsignals synchronisiert generiert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels näher beschrieben.
In Fig. 1 ist schematisch der Schnittstellenbereich eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Datenübertragungs
systems dargestellt.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsge
mäßen Datenübertragungssystems ist als Airbag-
Insassenschutzsystem ausgebildet, das ein zentrales, die Aus
lösung des oder der nicht gezeigten Airbags steuerndes Steu
ergeräts 1 und ein oder mehrere ausgelagerte Module
(Satelliten) 2 aufweist. Das Modul 2 enthält einen oder meh
rere nicht gezeigte Beschleunigungssensoren zur Erfassung
eines Seitenaufpralls und/oder Früherkennungssensoren zur
Unfallfrüherkennung. Das Steuergerät 1 und das Modul 2 sind
über eine Datenübertragungsleitung 3 miteinander verbunden,
die nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zur Span
nungsspeisung des Moduls 2 dient und hierzu eine vom Steuer
gerät 1 aufgeprägte Ruhespannung führt.
Das Steuergerät 1 umfaßt eine gesteuerte Spannungsquelle 4,
die durch einen im Steuergerät 1 vorhandenen, nicht gezeigten
Resonator getaktet wird. Der Resonator erzeugt den Ar
beitstakt zur Steuerung der Betriebsweise des Steuergeräts 1,
der beispielsweise eine Frequenz von 10 bis 16 Megahertz be
sitzt. Dieser Arbeitstakt wird zur Steuerung der gesteuerten
Spannungsquelle 4 stark herabgeteilt und beispielsweise auf
einen Wert von 1 bis 2 Kilohertz verringert. Die Spannungs
quelle 4 erzeugt daher auf der Datenübertragungsleitung 3
Spannungsimpulse mit der entsprechenden Frequenz von 1 bis 2
Kilohertz, die als Synchronisationstaktsignal an das Modul 2
angelegt werden. Weiterhin können über die Datenübertragungs
leitung 3 Datensignale vom Steuergerät 1 zum Modul 2 übertra
gen werden, die im Steuergerät durch nicht gezeigte Komponen
ten erzeugt und auf die Datenübertragungsleitung 3 als Span
nungsimpulse eingespeist werden. Im Modul 2 ist für diese
Datenauswertung ein nicht gezeigter Datenempfänger vorhanden,
der auf diese hochfrequenten Spannungsimpulse anspricht und
entsprechende Ausgangssignale an eine Auswerteschaltung an
legt.
Im Modul 2 ist ein Komparator 8 an die Datenübertragungslei
tung 3 angeschlossen, der das von dem Steuergerät 1 erzeugte
Synchronisationstaktsignal mit einer voreingestellten Schwel
le vergleicht und über seinen Ausgang mit einem Frequenz- und/oder
Phasenregelkreis, vorzugsweise in Form einer PLL-
Schaltung 9, verbunden ist. Der Frequenz- und/oder Phasenre
gelkreis erzeugt intern ein mindestens frequenzstarr, vor
zugsweise aber auch phasenstarr mit dem Ausgangssignal des
Komparators 8, und damit mit dem Synchronisationstaktsignal,
gekoppeltes Zwischensignal mit einer dem Synchronisations
taktsignal entsprechenden Frequenz (vorzugsweise 1 bis 2
kHz), das über interne Frequenzvervielfacher auf den vom Mo
dul 2 benötigten Arbeitstakt von beispielsweise 10 bis 16 MHz
umgewandelt wird. Dieser Modul-Arbeitstakt wird am Ausgang
der PLL-Schaltung 9 abgegeben und an den im Modul 2 vorhande
nen Mikroprozessor oder Microcontroller als Arbeitstakt ange
legt. Da der Arbeitstakt des Moduls 2 streng auf der Grundla
ge des Synchronisationstaktsignals des Steuergeräts generiert
wird und das Synchronisationstaktsignal seinerseits streng
auf der Grundlage des Resonator-Arbeitstakts des Steuergeräts
1 erzeugt wird, ist erfindungsgemäß eine sehr gute Synchroni
sation zwischen den Arbeitstakten der Mikroprozessoren oder
Microcontroller des Steuergeräts 1 und des Moduls 2 sicherge
stellt. Dadurch ergibt sich zwangsweise auch ein synchrones
Arbeiten beim Datensenden und Datenempfang, so daß hohe Da
tenübertragungssicherheit und Übertragungsgeschwindigkeit
erzielbar ist.
Die PLL-Schaltung 9 ist voll integrierbar und kostengünstig
herstellbar, so daß eine gute Synchronisation mit geringem
technischen Aufwand ohne eigenen Modul-Resonator erzielt
wird.
Zur Datenübertragung zum Steuergerät 1 weist das Modul 2 eine
gesteuerte Stromquelle 10 auf, die durch ein an ihren Steuer
eingang angelegtes Datensendesignal gesteuert wird und ent
sprechende Stromimpulse auf die Datenübertragungsleitung 3
legt. Diese eingeprägten Ströme fließen nahezu unabhängig von
der aktuellen Spannung im Steuergerät 1 zu diesem und werden
dort durch eine Strommeßschaltung 5 in entsprechende Span
nungssignale umgesetzt, die an einen Komparator 6 angelegt
werden. Der Komparator 6 vergleicht die eingangsseitigen
Spannungsimpulse mit einem festen Schwellwert und gibt an
seinem Ausgang ein den gesendeten Daten entsprechendes Aus
gangssignal ab, das an eine Auswerteschaltung des Steuerge
räts 1 angelegt wird. Damit findet die Datenübertragung vom
Modul 2 zum Steuergerät 1 unabhängig von dem durch die ge
steuerte Spannungsquelle 4 erzeugten Synchronisationstaktsi
gnal statt, das als Spannungsimpuls mit eingeprägter Spannung
bereitgestellt wird. Somit ist auch die von der Spannungs
quelle erzeugte Spannung (Synchronisationstaktsignal) unab
hängig von dem aktuell im Modul 2 fließenden Strom.
Vom Steuergerät 1 wird weiterhin der Datenübertragungsleitung
3 eine Gleichspannung aufgeprägt, die an einen an die Daten
übertragungsleitung 3 angeschlossenen Spannungsregler 7 im
Modul 2 angelegt wird. Der Spannungsregler 7 erzeugt aus der
eingangsseitigen Gleichspannung eine konstant geregelte Ver
sorgungsgleichspannung, die zur Speisung der Komponenten und
Verbraucher im Modul 2 dient. Damit ist für das Modul 2 keine
eigene externe Spannungsversorgungsleitung erforderlich, was
den insgesamt benötigten Verdrahtungsaufwand und Leitungsauf
wand verringert.
Claims (10)
1. Verfahren zur Erzeugung des Arbeitstakts in einem Modul
(2) eines Datenübertragungssystems (1, 2, 3), insbesondere in
einem Insassenschutzsystem eines Kraftfahrzeugs, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Steuergerät (1) des Daten
übertragungssystems (1, 2, 3) ein Synchronisationstaktsignal
zu dem Modul (2) überträgt und das Modul einen Frequenz- und/oder
Phasenregelkreis (9) aufweist, dem das Synchronisa
tionstaktsignal eingangsseitig zugeführt wird und der hierauf
basierend den den Betrieb des Moduls (2) einschließlich des
sen Sende- und Empfangsvorgänge steuernden Arbeitstakt er
zeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Steuergerät (1) das Synchronisati
onstaktsignal in Form von Spannungsimpulsen erzeugt und das
Modul (2) die von ihm zu übertragenden Daten in Form von
Stromimpulsen zum Steuergerät (1) überträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Taktsignal ein niederfre
quentes Signal ist, das in dem Frequenz- und/oder Pha
senregelkreis (9) einer Frequenzvervielfachung zur Bildung
des Arbeitstakts unterzogen wird.
4. Datenübertragungssystem, insbesondere Insassenschutzsystem
in einem Kraftfahrzeug, mit einem Steuergerät (1) und minde
stens einem Modul (2), die über eine Datenübertragungsleitung
(3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich
net, daß das Steuergerät (1) einen Synchronisationstaktsi
gnalgenerator (4) aufweist, und daß das Modul (2) einen Fre
quenz- und/oder Phasenregelkreis (9) enthält, dem das von dem
Synchronisationstaktgenerator (4) erzeugte Synchronisati
onstaktsignal eingangsseitig zugeführt wird und der hierauf
basierend den den Betrieb des Moduls (2) einschließlich des
sen Sende- und Empfangsvorgänge steuernden Arbeitstakt er
zeugt.
5. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenz- und/oder Pha
senregelkreis (9) einen Frequenzvervielfacher zur Frequenz
vervielfachung des aus dem Synchronisationstaktsignal intern
gebildeten Signals enthält.
6. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Synchronisationstaktgene
rator durch eine in Abhängigkeit von dem Steuergerät-
Arbeitstakt angesteuerte Spannungsquelle (4) zur Erzeugung
des Synchronisationstaktsignals gebildet ist.
7. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1)
eine an die Datenübertragungsleitung (3) angeschlossene
Strommeßeinrichtung (5) zur Erkennung und Demodulation der
von dem Modul (2) in Form von Stromimpulsen zugeführten Da
tensignale enthält.
8. Datenübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Modul (2) eine gesteu
erte Stromquelle (10) zur Erzeugung der Datensignale enthält.
9. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (2) einen
Komparator (8) enthält, der eingangsseitig mit der Datenüber
tragungsleitung (3) verbunden ist und ausgangsseitig an den
Eingang des Frequenz- und/oder Phasenregelkreises (9) ange
schlossen ist.
10. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1)
der Datenübertragungsleitung (3) eine Gleichspannung aufprägt
und daß das Modul (2) einen eingangsseitig an die Daten
übertragungsleitung (3) angeschlossenen Spannungsregler (7)
enthält, der ausgangsseitig die Versorgungsspannung für das
Modul (2) bereitstellt.
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